EP2948262B1 - Verfahren zur herstellung eines flügels für eine flügelzellenpumpe - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines flügels für eine flügelzellenpumpe Download PDF

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EP2948262B1
EP2948262B1 EP14705702.0A EP14705702A EP2948262B1 EP 2948262 B1 EP2948262 B1 EP 2948262B1 EP 14705702 A EP14705702 A EP 14705702A EP 2948262 B1 EP2948262 B1 EP 2948262B1
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EP
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vane
wing
weight
sintered part
sintering
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EP14705702.0A
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Arno Steiner
Alessandro DE NICOLÒ
Philipp NEUNHÄUSERER
Thomas OBERLEITER
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GKN Powder Metallurgy Engineering GmbH
Original Assignee
GKN Sinter Metals Engineering GmbH
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/02—Lubrication; Lubricant separation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/248—Thermal after-treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2230/00—Manufacture
    • F04C2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F04C2230/22—Manufacture essentially without removing material by sintering

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a vane for a vane pump.
  • the US 2009/0114046 A1 describes a vane pump with an iron-based sintered rotor and blades made of tool steel. Vanes made from SKH 51 tool steel are used as the material for the vanes of the vane pump.
  • the WO 2006/123502 A1 describes a method for producing a wing from a sintered material.
  • the wings include functionally essential radii and contours that are applied by post-processing.
  • the U.S. 4,501,613 A describes the manufacture of a sintered body, such as a compressor blade or a vane of a vane pump.
  • the U.S. 5,055,016 A relates to the manufacture of a vane compressor.
  • the wings should be made of a sintered material that has a higher carbon content.
  • the invention is based on the object of simplifying the manufacture of a vane pump.
  • the method is a method for producing an open-pored net-shape wing.
  • the wing here has at least a first end face and a second end face as well as a first side face and a second side face oriented parallel to this.
  • the second face is parallel to the first
  • metallic sintered material refers to a material with a predominantly metallic bond component that has been sintered.
  • the metallic sintered material can in particular have, for example, a sintered bronze, a sintered iron or any sintered steel.
  • metallic sintered material does not exclude the fact that further constituents, such as for example ceramics, are not at least partially present in the metallic sintered material.
  • vane refers to a small plate that can be used as a vane, in particular for a vane pump.
  • plate does not exclude the possibility that the shape of the wing deviates from a flat, planar shape.
  • the wing which is designed as a plate, has a shape that is at least derived from a parallelepiped with six surfaces. It is possible here to deviate from the shape of a parallelepiped, for example, in that two opposite surfaces of the parallelepiped are not oriented parallel to one another, but rather enclose an angle. It can also be provided that one or more surfaces of the wing are not designed as a plane.
  • Both the first side surface and the side surface oriented parallel to it are preferably designed as flat surfaces. This has the advantage that the wing can be inserted into a slot-shaped guide with correspondingly suitable dimensions, and the wing is then mounted in the slot-shaped guide, but can only be moved in one or at most two dimensions of the space.
  • the side faces oriented parallel to one another, but the first end face is also arranged in a parallel orientation to the second end face.
  • both the first end face and the second end face are designed as flat surfaces.
  • a design of the first and the second end face as flat surfaces has the advantage that the vane pump can be dimensioned in such a way that the entire first end face and the entire second end face are oriented at least almost adjacent to one another on inner surfaces of a vane pump that are parallel to one another, so that one is perpendicular to the end face, along a so-called front axle movement is avoided or at least largely avoided.
  • the wing should also encompass a first contour face and a second contour face.
  • the first contour surface and the second contour surface are distinguished in particular by the fact that the contour surface, for example for using the vane in a vane pump, can be designed in such a way that the contour surface can be optimized for running past an inside of a wall of the vane pump. Since the vane is typically moved past an inner wall of the vane pump by means of a rotational movement of a rotor of the vane pump, and the inner wall represents an inwardly curved surface from the perspective of the vane, an outwardly curved contour surface can in particular also be provided here.
  • the contour surface can be designed in such a way that two opposite edges of the contour surface are curved.
  • the contour surface it can be provided, for example, that one or both contour surfaces have a configuration of a curved rectangle.
  • first contour surface and the second contour surface have the same surface area and both contour surfaces have the same curvature, the shortest edges of the wing being curved edges.
  • first contour surface and the second contour surface are oriented parallel to one another. This results in an embodiment in which the first contour surface of the wing is curved outward and the second contour surface of the wing is curved inward, or vice versa.
  • first contour surface can also be oriented in plane mirroring to the second contour surface.
  • first contour surface is preferably mirrored on a plane whose normal vector is oriented parallel to each of the two side surfaces and to each of the two end surfaces.
  • a configuration of the wing as a body which, starting from a cuboid shape, has the two contour surfaces either curved outwards with the same radius of curvature or curved inwards, one after outwardly oriented curvature of both contour surfaces is the preferred embodiment.
  • first contour surface and / or the second contour surface may be adapted to an internal conversion, for example a vane pump, and for the first contour surface to be oriented in surface mirroring to the second contour surface.
  • a vane pump for example, a vane pump
  • Such a configuration of a vane has the advantage that, due to the high symmetry of the vane, errors in the orientation of the vane to the inner wall of the vane pump can be avoided when the vane is inserted into guides provided for this purpose in a rotor of a vane pump.
  • first contour surface is adapted to an inner wall, for example a vane pump, while the second contour surface has any configuration, for example generally a flat configuration.
  • the wing has a configuration derived from a parallelepiped designed as a parallelepiped.
  • the wing has 12 edges, three different edge lengths each being present four times.
  • the cuboid has edge lengths of axbxc, where a is the shortest edge with an edge length between 1 mm and 2 mm, c is the longest edge with an edge length between 25 mm and 30 mm and b is the medium-long edge with an edge length between 7 and 13 mm.
  • the wing is formed in that the first contour surface and the second contour surface are curved outwards, in that the shortest edge, a, is correspondingly curved and the curvature for each of the shortest edges a is identical and in each case outwards, that is away from the body, so that when looking at the body, the curvature appears as a concave curvature.
  • net-shape refers to a design of the wing in such a way that after the wing has been removed from the furnace in which the last heat treatment was carried out, no machining of the wing is necessary to develop the tolerances of the wing.
  • tolerances refers in particular to the functionally essential dimensional and shape tolerances.
  • the term net-shape should in particular not exclude the fact that the wing is deburred after the sintered part has been removed, in particular also in order to remove protruding burrs that may have arisen during pressing, for example.
  • the sintered part after the sintered part has been quenched inside the sintering furnace, the sintered part is also tempered inside the sintering furnace.
  • the sintered part is also removed as a net-shape wing after the sintered part has been tempered from the sintering furnace, it being possible to wait for the sintered part to cool down if necessary.
  • powder mixture includes, for example, a mixture of elemental powders or a mixture of compound powders, which can also be referred to as alloy powder, or a mixture of elemental and / or compound powders.
  • green compact denotes that intermediate product which is produced by pressing, but which has not yet been subjected to any specific heat treatment and, in particular, has not yet been fed to the sintering process.
  • the sintering of the green compact is carried out within a sintering furnace to form a sintered part with an austenitic structure at a temperature that is kept constant during the entire process step of the sintering which is then the sintering temperature.
  • the sintering takes place at different temperatures, for example in a sequential discrete sequence of sintering temperatures or in a continuous temperature profile or also a combination of a discrete and / or continuous temperature profile.
  • a sequence of several periods of sintering of the sintered part can also be provided, which is interrupted by other periods of time at lower temperatures which are not yet sufficient for sintering the sintered part.
  • the sintering of the green compact inside the sintering furnace to form a sintered part with an austenitic structure can take place, for example, in that a temperature provided immediately before the quenching of the sintered part for sintering inside the sintering furnace is in a stationary phase diagram in an austenitic range with that element composition which corresponds to the element composition of the powder mixture that was used to manufacture the pellet.
  • this temperature reached immediately before the quenching of the sintered part and / or one or more within the same austenitic range in the stationary phase diagram for the element composition that corresponds to the element composition of the powder mixture is maintained for a sufficiently long time to achieve a predominantly to achieve austenitic structure of the sintered part introduced into the sintering furnace as a green compact.
  • Achieving a predominantly austenitic structure relates to setting an austenitic structure in at least 50% of the volume of the sintered part.
  • At least 90% of the volume of the sintered part has an austenitic structure.
  • the method can be provided, for example, that immediately before the part is quenched, almost 100% of the volume of the sintered part has an austenitic structure.
  • the wing in which almost 100% of the part to be sintered has an austenitic structure, there is almost no retained austenite after quenching the sintered part.
  • the advantage of the absence of retained austenite is that there are no tolerance fluctuations, which means that the wing can be designed as a net-shaped wing without any further
  • the need for post-processing can be achieved in a particularly simple manner.
  • the sash may be tempered at ambient temperature. This can be the case, for example, with wings with a high proportion of light metal or light metal alloys.
  • the wing is pressed by forming the first contour surface using at least one lower punch of the powder press and the second contour surface using at least one upper punch of the powder press under pressure, and the first end surface, the second end surface, the first side surface and the second side surface can be formed by at least one die of the powder press.
  • the first contour surface and / or the second contour surface is that surface which is bounded by the shortest and the longest edge of the wing
  • the pressure exerted by the punch acts on the contour surfaces and, due to the play between the upper punch and the lower punch and the dies, press burrs arise on the edges.
  • press burrs can be removed after sintering the wing by a further process step of deburring.
  • the advantage of such deburring is, in particular, that the edges are rounded.
  • the first contour surface and / or the second contour surface is that surface which is from the are limited to the shortest and longest edge of the wing
  • the contour surfaces are formed here by the matrices. This makes it possible for one or both contour surfaces to be designed in an almost arbitrarily complex manner. Furthermore, because there is no clearance, deburring is not absolutely necessary.
  • an embodiment of the method is provided in the context of which the sintering takes place within a temperature range of 1050 ° C to 1300 ° C.
  • a stationary temperature within the temperature range of 1050 ° C. to 1300 ° C. is present during the entire duration of the sintering.
  • a temperature profile is present during the entire duration of the sintering, which occurs within the temperature price of 1050 ° C to 1300 ° C.
  • a steady temperature and / or a temperature profile between 1050 ° C. and 1300 ° C. is only present in sections during the sintering period, and that at least partially before and / or after and / or during sintering lower and / or higher temperatures can also be achieved. In the case of a specific change in the temperature, this can be set continuously or in a discrete manner.
  • the sintering takes place within a temperature range of 1100.degree. C. to 1150.degree. Sintering in this temperature range can be provided in particular for those alloys in which Mo is present as an alloying element with the highest or second highest concentration after Fe and C, if the concentration is considered as a proportion in% by weight.
  • the sintering takes place within a temperature range of 1250.degree. C. to 1300.degree. Sintering in this temperature range can be provided in particular for those alloys in which Cr is present as an alloying element with the highest or second highest concentration after Fe and C, if the concentration is considered as a percentage by weight.
  • the quenching takes place to a temperature within a temperature range of 100.degree. C. to 300.degree.
  • the quenching takes place by means of direct air blowing.
  • the advantage of quenching by means of direct air blowing is that quenching can be implemented in a particularly simple manner.
  • another advantage of quenching by blowing air is that quenching can be carried out inside the sintering furnace.
  • the sintered part is quenched to a temperature below a martensite start temperature of the sintered part in order to harden the sintered part.
  • the martensite start temperature for many of the powder mixtures described is approximately in a range between 300 ° C and 400 ° C.
  • the quenching should preferably take place at a cooling rate within a range of 0.85 ° C./second and 5.0 ° C./second. In a particularly preferred embodiment, the quenching should take place at a cooling rate within a range of 0.85 ° C./second and 2.0 ° C./second.
  • Quenching in water and / or an oil, for example, can be provided as further options for quenching.
  • the tempering of the sintered part takes place within a temperature range of 150.degree. C. to 300.degree.
  • a preferred variant of the method provides that the sintered part is tempered within a temperature range of 180.degree. C. to 240.degree.
  • the temperature and time period actually selected for the tempering, during which the tempering takes place, is in particular also dependent on the material composition.
  • the net-shape wing is deburred.
  • deburring may be necessary in particular in that embodiment of the method in which there is play in the tool during pressing.
  • Deburring can take place here, for example, by brushing, filing, grinding, milling, vibratory grinding, thermal deburring, electrochemical deburring, high-pressure water jet deburring, pressure flow, hydroerosive grinding and / or cutting.
  • the powder mixture comprises the following components: Cu 0-5.0 wt%; Mon 0.2-4.0 wt%; Ni 0-6.0 wt%; Cr 0-3.0 wt%; Si 0-2.0 wt%; Mn 0-1.0 wt%; C. 0.2-3.0% by weight and the remainder Fe.
  • the powder mixture comprises the following components: Mon 0.2-4.0 wt%; Cu 0-5.0 wt%; Ni 0-6.0 wt%; C. 0.2-2.0% by weight and the remainder Fe.
  • the powder mixture comprises the following components: Mon 1.2-1.8 wt%; Cu 1.0-3.0 wt%; C. 0.4-1.0 wt%; and the remainder Fe.
  • the powder mixture comprises the following components: Cr 0-3.0 wt%; Ni 0-3.0 wt%; Si 0-2.0 wt%; C. 0.2-3.0 wt%; Mon 0.2-2.0 wt%; and the remainder Fe.
  • the powder mixture comprises the following components: Cr 0.8-1.2 wt%; Ni 0.5-2.5 wt%; Si 0.4-0.8 wt%; C. 0.4-1.0 wt%; Mon 0.4-1.5 wt%; and the remainder Fe.
  • the powder mixture comprises the following components: Cu 1.0-3.0 wt%; Mon 1.0-2.0 wt%; C. 0.4-0.8 wt%;
  • composition of a powder mixture of components with a remainder of Fe is to be understood as meaning that, apart from small proportions of unavoidable impurities and / or compound components, no further elements and / or compounds than those specified are present in the powder mixture, i.e. Fe is 100% by weight. -% fills in missing parts.
  • pressing aids are added to the powder mixture before it is pressed.
  • Such pressing aids can be, for example, lubricants, binders and / or plasticizers.
  • These are additions to the powder mixture which, for example, facilitate the pressing of the powder mixture, simplify the ejection of the compact from the press tool and / or result in other advantageous behaviors of the powder mixture during mechanical and / or thermal action.
  • These pressing auxiliaries are not taken into account in the compositions of the powder mixtures given above.
  • the quantitative values listed for the stated compositions of the powder mixtures are therefore stated without taking into account any pressing aids that may be present, but do not exclude the fact that pressing aids are added to the stated compositions before the powder mixture is pressed.
  • the green compact is thermally treated with the aim of removing any pressing aids that may be present from the component.
  • This is a process that can also be referred to as dewaxing. It can be provided here, for example, that the green compact is dewaxed within the same sintering furnace in which the green compact is sintered. However, it can also be provided that the dewaxing is carried out in a furnace other than the sintering furnace.
  • the setting of the continuous and / or discrete temperature profile for dewaxing and / or sintering takes place in one or more stages.
  • the entire temperature profile is set in a sintering belt furnace.
  • the process step of tempering is also carried out in the same furnace as the previous process steps.
  • one possibility of implementation is to set the entire sequence of process steps for sequential implementation of the aforementioned process steps in a sintering belt furnace. It can be provided here that the entire temperature profile is set along a running direction of the components to be sintered. Likewise, however, it can also be provided that individual steps of the temperature profile are set independently of the position as a function of time. A combination of these two can also be provided.
  • Another idea relates to a vane for a vane pump.
  • the vane for a vane pump has at least a first end face and a second end face oriented parallel to this, a first side face and a second side face oriented parallel to this, as well as a first contour surface and a second contour surface.
  • the wing consists of a metallic sintered material. The surface of the wing is furthermore open-pored at least in some areas.
  • An at least regional presence of an open-pored surface of the wing is to be understood to mean that at least one of the six surfaces of the wing, i.e. at least one of the first end surface, the second end surface, the first side surface, the second side surface, the first contour surface and the second contour surface is at least partially open-pored.
  • Open-pored areas of the surface are characterized in that the surface is not completely closed, but that pores located on the surface are open to the extent customary for metallic sintered material.
  • open-pored surface can be used to designate an open-pored surface in accordance with DIN 30910 Part 3, for example.
  • the advantage of an area with a surface that is not completely closed and therefore open-pored is, in particular, that the open-pored areas of the surface can serve as a lubricating film reservoir, for example.
  • lubricating oil can be transported by means of the open-pored areas serving as lubricating film reservoirs.
  • the contour surface, which is provided for frictional contact with an inner wall of the vane pump also has open-pore areas, the lubricant contact that this creates can lead to improved lubrication over the area of the inner wall, which in particular can reduce wear.
  • At least the surfaces provided for frictional contact with an inner wall of the vane cells and both end faces are each at least partially open-pored.
  • an improved transport of lubricant can take place by means of the open-pored areas of the surface of the vane in the interior of the vane pump.
  • the surface of the wing is preferably largely open-pored.
  • a largely open-pore design of the surface of the wing is to be understood as meaning that at least 50 percent of the surface of the wing is open-pored.
  • the entire surface that is to say the surface of all lateral surfaces of the wing, is completely open-pored.
  • the surface of the wing is at least partially free of grinding marks.
  • Sanding marks are created, for example, by a targeted sanding of the surface in the course of reworking the sash to adjust the tolerances.
  • Further possible reasons for grinding are, for example, surface processing to set a correspondingly desired surface property, so that a certain surface roughness of the component can be set, for example, depending on the selected method of grinding and the abrasive. If there is a net-shape component that already has the dimensions required for use of the component without further post-processing, such grinding is not necessary, provided that the surface properties achieved make the component suitable for the application.
  • the proposed wing in the configuration described as without In addition to the saving of effort and thus costs resulting from the unnecessary grinding, there is a further advantage that possibly open-pore areas of the wing do not lose their open-pore property due to any necessary grinding for reworking.
  • the surface of the wing is preferably largely free of grinding marks.
  • the concept of a surface of the wing that is largely free of grinding marks is to be understood to mean that at least 50% of the surface of the wing is free of grinding marks.
  • the surface of the wing is completely free of grinding marks.
  • the wing has a structure which is martensitic at least up to a depth of 0.2 mm below the surface.
  • the surface of the wing here denotes the entirety of all surfaces of the wing, so that the wing has a martensitic structure over the entire surface of the wing.
  • Preferred configurations of the wing have a structure that is martensitic at least up to a depth of 0.5 mm below the surface.
  • the wing has a martensitic structure over its entire volume, that is to say that the wing is completely martensitic.
  • the martensitic structure of the wing is predominantly cubic martensitic.
  • This special embodiment of the martensitic structure has the advantage that the cubic martensitic structure, as a special case of a martensitic structure, has internal stresses only to a comparatively small extent. This results in advantages for the dimensional accuracy of the wing; in particular, the probability of changes in dimensional accuracy resulting from a reduction in internal stress is reduced.
  • a design of the wing can be provided in which the martensitic structure of the wing is completely cubic martensitic. Especially when the martensitic structure is completely cubic martensitic structure, fluctuations in tolerances are avoided as far as possible by reducing internal stresses.
  • the wing has a surface hardness with a value within a hardness range of 550 HV0.2 to 800 HV0.2.
  • the formation of the martensitic structure results in a value for the surface hardness between these values, which is comparatively high.
  • the advantage of these comparatively high hardness values is that a high degree of hardness is usually associated with a reduction in wear in the frictional contact. This means that the blades need to be replaced much less frequently.
  • a vane pump with a control ring and a rotor mounted eccentrically to the control ring in an interior of the control ring.
  • the rotor here has at least one slot-shaped guide, the slot-shaped guide preferably being arranged in the radial direction.
  • an open-pored net-shape wing is introduced into the slot-shaped guide.
  • the vane is movably mounted in the slot-shaped guide so that the vane is pressed against an inner wall of the control ring when the rotor rotates.
  • the lubricant present in the interior of the control ring comes into contact with open-pored areas of the surface of the vane, and these open-pored areas act as subsystems of a capillary system that contributes to a distribution of the lubricant within the control ring.
  • Another idea provides for the use of an open-pore net-shape vane in a vane pump.
  • This is preferably a vane pump in the form of a lubricating oil pump of a motor vehicle engine or a motor vehicle transmission.
  • an open-pored net-shape wing for example generally in pumps and / or compressors, can also be provided for other purposes.
  • the described method for producing a preferably open-pored, net-shape wing consisting of a metallic sintered material can also be provided for producing a preferably open-pored, net-shape component consisting of a metallic sintered material, with any desired components being able to be produced with this method . All of the described embodiments of the method should therefore also be able to be claimed in a general way for a completely independent of a construction of the component as a wing.
  • Fig. 1 is an exemplary representation of a possible method for producing one from a vane for a vane pump, as it is according to the prior art Technique can be done. For example, vanes for an oil pump of an 8-speed automatic transmission on the market are produced in this way.
  • a blank is punched 1 from a sheet metal.
  • this blank is a cuboid.
  • a milling 2 which is provided for forming a contour surface on one, two or even more side surfaces of the blank.
  • the design of the Fig. 1 According to the prior art, the method to be taken after removal 5 of the wing from the furnace in which the tempering 4 took place, a fine grinding 6 of the wing is carried out.
  • the surface is generally reworked, for example by deburring 7, as is the case in the illustration of the exemplary embodiment of the method shown.
  • FIG. 2 Another embodiment of a method for manufacturing a grand piano is Fig. 2 refer to.
  • the in Fig. 2 The method shown is a method for producing a blade according to the prior art, as it is made of a metallic sintered material, as is shown in FIG WO 2006/123502 A1 is described.
  • Fig. 2 differs from Fig. 1 to the effect that a blank is not punched from a sheet metal, but that instead the wing is made from a metallic sintered material.
  • a pressing 8 takes place, in the connection of which the geometry of the wing is already present, as it is desired for using the wing.
  • the wing is then sintered as a so-called compact in a sintering furnace by means of a process step of sintering 9.
  • the wing 10 is removed from the sintering furnace used for sintering 9 the wing.
  • an oven provided for this purpose hardening 11 and tempering 12 downstream of hardening 11.
  • the process steps fine grinding 13 and deburring 14 are absolutely necessary, which are arranged after the tempering 12 and a subsequent cooling.
  • Fig. 3 shows an embodiment of a method as a method for producing a wing made of a metallic sintered material.
  • a powder mixture is pressed 15 to form a green compact by means of a powder press.
  • the green compact is sintered 16 within a sintering furnace to form a sintered part with an austenitic structure.
  • This process step of sintering 16 is followed immediately by hardening 17, which is carried out within the sintering furnace.
  • it is necessary in a first step that the sintered part is largely or preferably completely austenitized.
  • Austenitization takes place by heating in a temperature range in which the powder mixture or the sintered part is in an austenitic structure or converts into one.
  • sintering 16 and austenitizing take place at least partially during sintering 16 as part of the same process, i.e. sintering of the component to be sintered takes place at a temperature at which an austenitic structure is established or an already existing one austenitic structure remains stable.
  • the sintered part is hardened by quenching the sintered part to a temperature below the martensite start temperature of the metallic sintered material. A sufficiently high quenching speed is brought about here to result in a martensitic transformation of the austenitic structure.
  • quenching to a temperature within a temperature range of 100 ° C. to 300 ° C. can take place, and this quenching can preferably take place by means of direct air blowing.
  • tempering 18 takes place, tempering 18 in the in Fig. 3
  • the embodiment shown also takes place within the sintering furnace.
  • the tempering 18 takes place by subsequent heating after the quenching, the heating having to take place at a temperature which does not yet result in a complete or partial phase transformation of the wing.
  • the last step is removal 19 of the wing, the wing being removed as a net-shaped wing, i.e. having its intended tolerances immediately after removal.
  • the possibility of removing the wing as net-shape wings is a significant innovation compared to the state of the art.
  • Fig. 4 a further embodiment of a method for producing a wing made of a metallic sintered material can be seen.
  • This in Fig. 4 The procedure shown differs from that in Fig. 3
  • sintering 21 and hardening 22 and tempering 23 which are still carried out in the sintering furnace, with the subsequent removal 24 of the wing, a final deburring 25 takes place as an additional process step.
  • Fig. 5 an embodiment of the wing for a vane pump can be found.
  • the wing 26 is shown in a plan view of a first end face 27. In each case at an angle of 90 ° to this first end face 27 and parallel to one another, a first side face 30 and, in an orientation parallel to this, a second side face 31 rest on the first end face 27.
  • the wing 26 also has a first contour surface 28 and a second contour surface 29.
  • the first contour surface 28 and the second contour surface 29 are each curved outward in the embodiment shown, the curvature being caused by a curvature of the edges which the first end surface 27 and the second end surface (not shown) with the first contour surface 28 and the second Have contour surface 29 in common.
  • the radius of curvature of these edges is the same for the first contour surface 28 and the second contour surface 29 and also for the edges common to both end surfaces.
  • Such an optimization can take place, for example, in such a way that when the first contour surface 28 or the second contour surface 29 is pressed against the inner surface of the vane pump by centrifugal force, the two spaces separated by the vane can be sealed off as tightly as possible.
  • a method step of pressing during the method for producing a wing consisting of a metallic sintered material for example according to the method shown in FIG Fig. 4 procedural sequence shown is Fig. 6 refer to.
  • the method step shown here is an exemplary embodiment for the in Fig. 4 process step shown as pressing 20.
  • the wing 32 is introduced upright in a press, so that the first contour surface 33 in the arrangement shown is formed by a lower punch 36 in accordance with the tool concept shown, while the second contour surface 34 is formed by an upper punch 37.
  • the first contour surface 33 and the second contour surface 34 are formed here by a pressure exerted by means of the lower punch 36 and the upper punch 37.
  • the first side surface and the second side surface of the wing are formed in that the first side surface and the second side surface, as well as the first end surface, which is not visible here, and the second end surface visible in plan view of the image plane, are formed by the die 35.
  • the orientation of the wing shown and the exertion of pressure by means of the lower punch 36 and the upper punch 37 on the first contour surface 33 and the second contour surface 34 results in the fact that deburring is necessary in many cases.
  • the tool used that is to say in particular the lower punch 36, the upper punch 37 and the die 35, have play with respect to one another, that is to say that the individual tools can move relative to one another.
  • Such deburring is for example in the Fig. 4 Process sequence shown as deburring 25 is shown.
  • Fig. 7 a further embodiment of a wing 38 can be seen.
  • the wing 38 is here similar to that in Fig. 6 formed wing and has in particular with that in the Fig. 6
  • the shortest contact edges are the contact edges of the first contour surface 39 with the first face 41 and the non-visible face and the contact edges of the second contour surface 40 with the first face 41 and the non-visible second face.
  • deburring as is the case, for example, in the design of the Procedure according to Fig. 4 shown as deburring 25 is necessary in many cases.
  • FIG. 8 Another embodiment of a method step of pressing for producing a wing 45 made of a metallic sintered material is shown.
  • the wing 45 is shown in the Fig. 8 oriented such that the first side surface 48 is visible in plan view.
  • the first end face 51 is formed by means of the upper punch 50 and the second end face 52 is formed by means of the lower punch 49.
  • the first contour surface 46 is formed by the die 53.
  • the pressing direction runs in the axial direction along the longitudinal axis, which is oriented parallel to the pressing direction formed by the upper punch 50 and the lower punch 49.
  • the illustrated embodiment of the method step of pressing aims in particular for a direct pressure effect on the longitudinal side of the wing 45, the longitudinal side representing the longest side of the wing 45 and, in the embodiment shown, as edge surfaces between the side surfaces 48 and the non-visible side surface with the contour surfaces 46, 47 is to be understood.
  • Another advantage of this design of the pressing process step is that in many cases deburring is not necessary, so that in the in Fig.
  • a method for producing a net-shape wing made of a metallic sintered material without deburring as a net-shape wing after removal of the sintered part is possible.
  • the in Fig. 8 The method step shown is for example a method step of pressing according to the method in Fig. 3 shown embodiment of the method for producing a wing comparable.
  • the upper pressing direction is shown by the arrow 58 and the lower pressing direction by the arrow 59 in a perspective side view.
  • the upper pressing direction here indicates the direction in which pressure is exerted on the first end face 56, while the lower pressing direction indicates the direction in which pressure is exerted on the second end face (not shown).
  • Fig. 10 is an example of a micrograph of the in Fig. 9 shown net-shape wing, i.e. after its removal, in longitudinal section.
  • the structure is martensitic, the martensitic structure being completely cubic.
  • FIG. 11 an exemplary configuration of a vane pump can be found.
  • the vane pump has a rotor 60 which is arranged within a control ring 61.
  • a number of seven wings are arranged in slot-shaped guides, for example wing 62, which is arranged in a slot-shaped guide in such a way that the first end face 63 lies in the plane of the paper, as well as the first contour surface 64 of the wing 62 on an inner wall of the control ring and is thus positioned adjacent to an inner wall of the vane pump.
  • the movable mounting of the vanes in the slot-like guides of the rotor causes a seal of the space between the first contour surface 64 and the inner wall of the vane pump when the rotor rotates and the centrifugal force acting on the vanes as a result.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flügels für eine Flügelzellenpumpe.
  • Die US 2009/0114046 A1 beschreibt eine Flügelzellenpumpe mit einem auf eisenbasierten gesinterten Rotor und Flügeln aus Werkzeugstahl. Als Material für die Flügel der Flügelzellenpumpe werden Flügel aus dem Werkzeugstahl SKH 51 verwendet.
  • Die WO 2006/123502 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Flügels aus einem Sintermaterial. Die Flügel umfassen funktionsessentielle Radien und Konturen, die durch eine Nachbearbeitung aufgebracht werden.
  • Die US 4,501,613 A beschreibt die Herstellung eines gesinterten Körpers, wie eine Kompressorschaufel oder einen Flügel einer Flügelpumpe.
  • Die US 5,055,016 A betrifft die Herstellung eines Flügelverdichters. Die Flügel sollen aus einem Sintermaterial bestehen, das einen höheren Carbongehalt aufweist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Herstellung einer Flügelzellenpumpe zu vereinfachen.
  • Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden net-shape Flügels für eine Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch den Figuren können mit einem oder mehreren Merkmalen daraus zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Insbesondere können auch ein oder mehrere Merkmale aus den unabhängigen Ansprüchen durch eine mehrere andere Merkmale aus der Beschreibung und/oder den Figuren ersetzt werden.
  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden net-shape Flügels für eine Flügelzellenpumpe vorgeschlagen. Es handelt sich bei dem Verfahren um ein Verfahren zur Herstellung eines offenporigen net-shape Flügels. Der Flügel weist hierbei zumindest eine erste Stirnfläche und eine zweite Stirnfläche sowie eine erste Seitenfläche und eine zu dieser parallel orientierte zweite Seitenfläche auf. Die zweite Stirnfläche ist parallel zu der ersten
  • Stirnfläche orientiert. Des Weiteren weist der Flügel eine erste Konturfläche und eine zweite Konturfläche auf. Das Verfahren zur Herstellung des Flügels umfasst wenigstens die folgenden Schritte:
    • ▪ Pressen einer Pulvermischung zu einem Grünling mittels einer Pulverpresse,
    • ▪ Sintern des Grünlings innerhalb eines Sinterofens zu einem Sinterteil mit austenitischem Gefüge,
    • ▪ Abschrecken des Sinterteils innerhalb des Sinterofens auf eine Temperatur unterhalb einer Martensitstarttemperatur des Sinterteils zum Härten des Sinterteils,
    • ▪ Anlassen des Sinterteils,
    • ▪ Entnahme des Sinterteils als net-shape Flügel.
  • Der Begriff des metallischen Sintermaterials bezeichnet ein Material mit vorwiegend metallischem Bindungsanteil, welches gesintert wurde. Das metallische Sintermaterial kann hierbei insbesondere beispielsweise eine Sinterbronze, ein Sintereisen oder einen beliebigen Sinterstahl aufweisen. Der Begriff des metallischen Sintermaterials schließt jedoch nicht aus, dass nicht auch weitere Bestandteile, wie beispielsweise Keramiken, in dem metallischen Sintermaterial zumindest partiell vorhanden sind.
  • Der Begriff des Flügels bezeichnet ein als Flügel, insbesondere für eine Flügelzellenpumpe, nutzbares Plättchen. Der Begriff des Plättchens schließt hierbei jedoch nicht aus, dass die Form des Flügels von einer flachen, ebenen Ausformung abweicht.
  • Der als Plättchen ausgebildete Flügel weist hierbei eine von einem Parallelepiped mit sechs Flächen wenigstens abgeleitete Form auf. Hierbei kann von der Form eines Parallelepipeds beispielsweise insofern abgewichen werden, dass zwei gegenüberliegende Flächen des Parallelepipeds nicht parallel zu einander orientiert sind, sondern einen Winkel einschließen. Ebenfalls kann weiterhin vorgesehen sein, dass eine oder mehre Flächen des Flügels nicht als Ebene ausgebildet sind.
  • Bevorzugt sind sowohl die erste Seitenfläche als auch die zu dieser parallel orientierte Seitenfläche als ebene Flächen ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Flügel in eine schlitzförmige Führung mit entsprechend geeigneten Abmessungen eingeführt werden kann, und der Flügel sodann in der schlitzförmigen Führung gelagert ist, hierbei aber nur in einer einer oder maximal in zwei Dimensionen des Raumes beweglich ist.
  • In einer speziellen Ausbildung sind nicht nur die Seitenflächen parallel zueinander orientiert, sondern ist auch die erste Stirnfläche zu der zweiten Stirnfläche in paralleler Orientierung angeordnet.
  • In bevorzugter Weise sind sowohl die erste Stirnfläche als auch die zweite Stirnfläche als ebene Flächen ausgebildet. Eine Ausbildung der ersten und der zweiten Stirnfläche als ebene Flächen bewirkt den Vorteil, dass eine Dimensionierung der Flügelzellenpumpe derart erfolgen kann, dass die gesamte erste Stirnfläche und die gesamte zweite Stirnfläche an zueinander parallelen Innenflächen einer Flügelzellenpumpe wenigstens beinahe anliegend orientiert sind, so dass eine senkrecht zur Stirnfläche, entlang einer sogenannten Stirnachse erfolgende Bewegung vermieden oder zumindest weitgehend vermieden wird.
  • Neben den Stirnflächen sowie den Seitenflächen sollen außerdem eine erste Konturfläche und eine zweite Konturfläche von dem Flügel umfasst sein. Die erste Konturfläche sowie die zweite Konturfläche zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Konturfläche, beispielsweise für eine Nutzung des Flügels in einer Flügelzellenpumpe, derart ausgebildet sein kann, dass die Konturfläche für ein Vorbeilaufen an einer Innenseite einer Wandung der Flügelzellenpumpe optimiert sein kann. Da der Flügel typischerweise an einer Innenwandung der Flügelzellenpumpe mittels einer Rotationsbewegung eines Rotors der Flügelzellenpumpe vorbeigeführt wird, und die Innenwandung aus Sicht des Flügels eine nach innen gewölbte Fläche darstellt, kann hierbei insbesondere auch eine nach außen gewölbte Konturfläche vorgesehen sein.
  • Die Konturfläche kann hierbei derart ausgebildet sein, dass zwei gegenüberliegende Kanten der Konturfläche gewölbt sind. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Konturfläche kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine oder beide Konturflächen eine Ausgestaltung eines gewölbten Rechtecks aufweisen.
  • Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die erste Konturfläche und die zweite Konturfläche den gleichen Flächeninhalt aufweisen und beide Konturflächen eine gleiche Krümmung aufweisen, wobei die kürzesten Kanten des Flügels gekrümmte Kanten sind.
  • Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die erste Konturfläche und die zweite Konturfläche parallel zueinander orientiert sind. Hierdurch ergibt sich eine Ausgestaltung, in welcher die erste Konturfläche des Flügels nach Außen gewölbt ist und die zweite Konturfläche des Flügels nach innen gewölbt ist oder umgekehrt.
  • Es kann ebenfalls möglich sein, dass die erste Konturfläche in Ebenenspiegelung zur zweiten Konturfläche orientiert ist. Bevorzugt ist die erste Konturfläche hierbei an einer Ebene gespiegelt, deren Normalenvektor zu jeder der beiden Seitenflächen als auch zu jeder der beiden Stirnflächen parallel orientiert ist.
  • Die bevorzugte Ausbildungen aus den Ausgestaltungen, die sich aus dem zuvor Beschriebenen ergeben, ist eine Ausgestaltung des Flügels als Körper, welcher ausgehend von einer quaderförmigen Gestalt die beiden Konturflächen jeweils mit gleichem Krümmungsradius entweder nach außen gewölbt aufweist oder nach innen gewölbt aufweist, wobei eine nach außen orientierte Wölbung beider Konturflächen die bevorzugte Ausgestaltung ist.
  • Beispielsweise kann möglich sein, dass die erste Konturfläche und/oder die zweite Konturfläche an eine Innenwandlung, beispielsweise einer Flügelzellenpumpe, angepasst ist und dass die erste Konturfläche in Flächenspiegelung zur zweiten Konturfläche orientiert ist. Eine solche Ausgestaltung eines Flügels hat den Vorteil, dass aufgrund der hohen Symmetrie des Flügels bei einem Einsetzen des Flügels in hierfür vorgesehenen Führungen in einem Rotor einer Flügelzellenpumpe Fehler hinsichtlich der Orientierung des Flügels zu der Innenwandung der Flügelzellenpumpe vermieden werden können.
  • Ebenso kann vorgesehen sein, dass die erste Konturfläche an eine Innenwandlung, beispielsweise einer Flügelzellenpumpe, angepasst ist, während die zweite Konturfläche eine beliebige, beispielsweise im allgemeinen eine ebene Ausgestaltung aufweist.
  • In einer speziellen Ausgestaltung weist der Flügel eine von einem als Quader ausgebildetem Parallelepiped abgeleitete Ausgestaltung auf. In dieser speziellen Ausgestaltung weist der Flügel 12 Kanten auf, wobei drei verschiedene Kantenlängen jeweils viermal vorhanden sind. Der Quader weist hierbei Kantenlängen von a x b x c, wobei a die kürzeste Kante mit einer Kantenlänge zwischen 1 mm und 2 mm, c die längste Kante mit einer Kantenlänge zwischen 25 mm und 30 mm und b die mittellange Kante mit einer Kantenlänge zwischen 7 und 13 mm ist. Der Flügel ist in dieser speziellen Ausgestaltung dadurch gebildet, dass die erste Konturfläche und die zweite Konturfläche nach außen gewölbt sind, indem die kürzeste Kante, a, entsprechend gekrümmt ist und die Krümmung für jede der kürzesten Kanten a identisch und jeweils nach außen, das heißt von dem Körper weg, gerichtet ist, so dass bei Aufsicht auf den Körper sich die Krümmung als konkave Krümmung darstellt.
  • Der Begriff net-shape bezieht sich auf eine dahingehende Ausgestaltung des Flügels, dass nach der Entnahme des Flügels aus dem Ofen, in welchem die letzte Wärmebehandlung vorgenommen wurde, keine spanende Bearbeitung des Flügels zur Ausbildung der Toleranzen des Flügels mehr notwendig ist. Mit dem Begriff der Toleranzen sind hierbei insbesondere die funktionswesentlichen Maß- und Formtoleranzen bezeichnet. Hingegen soll der Begriff net-shape insbesondere nicht ausschließen, dass ein Entgraten des Flügels nach der Entnahme des Sinterteils erfolgt, insbesondere auch, um ein Entfernen überstehender Grate vorzunehmen, die beispielsweise während des Pressens entstanden sein können.
    In einer bevorzugten Ausbildung des Verfahrens erfolgt nach dem Abschrecken des Sinterteils innerhalb des Sinterofens das Anlassen des Sinterteils ebenfalls innerhalb des Sinterofens. Die Entnahme des Sinterteils als net-shape Flügel erfolgt in dieser bevorzugten Ausgestaltung nach dem Anlassen des Sinterteils ebenfalls aus dem Sinterofen, wobei gegebenenfalls noch ein Abkühlen des Sinterteils abgewartet werden kann.
  • Der Begriff der Pulvermischung umfasst beispielsweise eine Mischung aus elementaren Pulvern oder eine Mischung aus Verbindungspulvern, auch als Legierungspulver bezeichenbar, oder eine Mischung aus elementaren und/oder Verbindungspulvern.
  • Der Begriff des Grünlings bezeichnet in der Abfolge des Verfahrens zur Herstellung des Flügels dasjenige Zwischenprodukt, welches mit dem Pressen erzeugt wird, das aber noch keiner gezielten Wärmebehandlung unterzogen ist und insbesondere auch noch nicht dem Prozess des Sinterns zugeführt worden ist.
  • Es kann weiterhin vorgesehen, dass das Sintern des Grünlings innerhalb eines Sinterofens zu einem Sinterteil mit austenitischem Gefüge bei einer während des gesamten Verfahrensschritts des Sinterns konstant gehaltenen Temperatur durchgeführt wird, welche dann die Sintertemperatur ist. Des Weiteren kann aber ebenfalls vorgesehen sein, dass das Sintern bei verschiedenen Temperaturen, welche beispielsweise in sequenzieller diskreter Folge von Sintertemperaturen oder in einem kontinuierlichen Temperaturverlauf oder aber auch einer Kombination aus einem diskreten und/oder kontinuierlichen Temperaturverlauf erfolgt. Ebenfalls kann aber auch eine Abfolge von mehreren Zeiträumen des Sinterns des Sinterteils vorgesehen sein, die von anderen Zeiträumen bei geringeren, noch nicht für ein Sintern des Sinterteils ausreichenden, Temperaturen unterbrochen wird.
  • Das Sintern des Grünlings innerhalb des Sinterofen zu einem Sinterteil mit austenitischem Gefüge kann beispielsweise erfolgen, indem eine unmittelbar vor dem Abschrecken des Sinterteils zum Sintern innerhalb des Sinterofen vorgesehene Temperatur in einem stationären Phasendiagramm in einem austenitischem Bereich liegt bei derjenigen Elementzusammensetzung, welche der Elementzusammensetzung der Pulvermischung entspricht, die für die Herstellung des Presslings verwendet wurde.
  • Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass diese unmittelbar vor dem Abschrecken des Sinterteils erreichte Temperatur und/oder eine oder mehrere innerhalb des gleichen austenitischen Bereichs in dem stationären Phasendiagramm bei der Elementzusammensetzung, welche der Elementzusammensetzung der Pulvermischung entspricht, genügend lange gehalten wird, um ein überwiegend austenitisches Gefüge des als Grünling in den Sinterofen eingebrachten Sinterteils zu erreichen. Ein Erreichen eines überwiegend austenitischen Gefüges bezieht sich auf ein Einstellen eines austenitischen Gefüges in wenigstens 50 % des Volumens des Sinterteils.
  • Bevorzugt kann beispielsweise vorgesehen sein, dass unmittelbar vor dem Abschrecken des Sinterteils wenigstens 90 % des Volumens des Sinterteils ein austenitisches Gefüge aufweisen.
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann beispielsweise vorgesehen sein, dass unmittelbar vor dem Abschrecken des Teils nahezu 100 % des Volumens des Sinterteils ein austenitisches Gefüge aufweisen. In einer derartigen Ausgestaltung des Flügels, bei welcher nahezu 100 % des zu sinternden Teils ein austenitisches Gefüge aufweisen, liegt nach dem Abschrecken des Sinterteils nahezu kein Restaustenit vor. Vorteil eines Nichtvorliegens eines Restaustenits ist, dass keine Toleranzschwankungen vorliegen, wodurch eine Ausgestaltung des Flügels als net-shape Flügel ohne weitere Notwendigkeit einer Nachbearbeitung in besonders einfacher Weise erreicht werden kann.
  • Es kann in einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens jedoch ebenfalls vorgesehen sein, dass eine Entnahme des Flügels als net-shape Flügel erfolgt und das Anlassen des Flügels ohne eine weitere gezielte Wärmebehandlung erfolgt. Stattdessen kann je nach verwendetem Material bereits ausreichend sein, dass bereits bei Umgebungstemperatur das Anlassen des Flügels erfolgt. Dies kann beispielsweise bei Flügeln mit hohem Anteil an Leichtmetall oder Leichtmetalllegierungen der Fall sein.
  • In einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Pressen des Flügels, indem die erste Konturfläche mittels wenigstens eines Unterstempels der Pulverpresse und die zweite Konturfläche mittels wenigstens eines Oberstempels der Pulverpresse unter Druck ausgebildet wird, und die erste Stirnfläche, die zweite Stirnfläche, die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche durch wenigstens eine Matrize der Pulverpresse ausgebildet werden.
  • In der Ausbildung des Flügels gemäß der Erfindung, in welcher die erste Konturfläche und/oder die zweite Konturfläche diejenige Fläche ist, welche von der kürzesten und der längsten Kante des Flügels begrenzt wird, führt dies zu einer dahingehenden Orientierung des Flügels, dass der durch die Stempel ausgeübte Druck auf die Konturflächen einwirkt und hierbei aufgrund von Spiel zwischen dem Oberstempel und dem Unterstempel sowie der Matrizen Pressgrate an den Kanten entstehen. Diese Pressgrate können nach dem Sintern des Flügels durch einen weiteren Verfahrensschritt des Entgratens entfernt werden. Vorteil eines solchen Entgratens ist insbesondere ein Abrunden der Kanten.
  • In der Ausgestaltung des net-shape Flügels gemäß der Erfindung, in welcher die erste Konturfläche und/oder die zweite Konturfläche diejenige Fläche ist, welche von der kürzesten und der längsten Kante des Flügels begrenzt werden, führt dies zu einer dahingehenden Orientierung des Flügels, dass der durch die Stempel ausgeübte Druck vornehmlich auf die Stirnflächen einwirkt. Eine Ausbildung der Konturflächen erfolgt hierbei durch die Matrizen. Hierdurch ist es möglich, dass eine nahezu beliebig komplexe Ausgestaltung einer oder beider Konturflächen vorgesehen sein kann. Des Weiteren ist aufgrund des dann nicht vorliegenden Spiels ein Entgraten nicht zwingend notwendig.
  • Weiterhin ist eine Ausbildung des Verfahrens vorgesehen, in dessen Rahmen das Sintern innerhalb eines Temperaturbereichs von 1050 °C bis 1300 °C erfolgt.
  • Hierbei kann vorgesehen sein, dass während der vollständigen Zeitdauer des Sinterns eine stationäre Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs von 1050 °C bis 1300 °C vorliegt. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass während des vollständigen Zeitdauer des Sintern ein Temperaturverlauf vorliegt, welcher innerhalb des Temperaturpreis von 1050 °C bis 1300 °C erfolgt. Ebenso kann jedoch vorgesehen sein, dass nur abschnittsweise während der Zeitdauer des Sintern eine stationäre Temperatur und/oder ein Temperaturverlauf vorliegt, welcher zwischen 1050 °C und 1300 °C liegt, und dass vor und/oder nach und/oder während des Sintern zumindest teilweise auch niedrigere und/oder auch höhere Temperaturen erreicht werden. Bei einer gezielten Veränderung der Temperatur kann diese in kontinuierlicher oder in diskreter Weise eingestellt werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Sintern innerhalb eines Temperaturbereichs von 1100 °C bis 1150 °C. Ein Sintern in diesem Temperaturbereich kann insbesondere für solche Legierungen vorgesehen sein, in welchen Mo als Legierungselement mit der nach Fe und C höchsten oder zweithöchsten Konzentration vorliegt, wenn die Konzentration als Anteil in Gew.-% betrachtet wird.
  • In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Sintern innerhalb eines Temperaturbereichs von 1250 °C bis 1300 °C. Ein Sintern in diesem Temperaturbereich kann insbesondere für solche Legierungen vorgesehen sein, in welchen Cr als Legierungselement mit der nach Fe und C höchsten oder zweithöchsten Konzentration vorliegt, wenn die Konzentration als Anteil in Gew.-% betrachtet wird.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Abschrecken auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs von 100 °C bis 300 °C erfolgt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Abschrecken mittels einer direkten Luftanblasung erfolgt. Vorteil eines Abschreckens mittels einer direkten Luftanblasung ist, dass eine besonders einfache Ausgestaltung eines Abschreckens erfolgen kann. Insbesondere ist ein weiterer Vorteil eines Abschreckens mittels Luftanblasung, dass ein Abschrecken innerhalb des Sinterofens durchgeführt werden kann.
  • Das Abschrecken des Sinterteils auf eine Temperatur unterhalb einer Martensitstarttemperatur des Sinterteils erfolgt hierbei zum Härten des Sinterteils. Die Martensitstarttemperatur liegt hierbei für viele der beschriebenen Pulvermischungen etwa in einem Bereich zwischen 300 °C und 400 °C.
  • Bevorzugt soll das Abschrecken mit einer Abkühlrate innerhalb eines Bereichs von 0,85 °C/Sekunde und 5,0 °C/Sekunde erfolgen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung soll das Abschrecken mit einer Abkühlrate innerhalb eines Bereichs von 0,85 °C/Sekunde und 2,0 °C/Sekunde erfolgen.
  • Als weitere Möglichkeiten eines Abschreckens kann beispielsweise ein Abschrecken in Wasser und/oder einem Öl vorgesehen sein.
  • Ebenfalls kann beispielsweise vorgesehen sein, verschiedene Arten des Abschreckens, beispielsweise der direkten Luftanblasung, des Abschreckens in Wasser, und/oder des Abschreckens mit Öl in sequenzieller Folge durchzuführen. Hierbei kann auch vorgesehen sein, dass eines oder mehrere dieser erwähnten Verfahren beispielsweise auch bei verschiedenen Temperaturen auch wiederkehrend durchgeführt werden.
  • In einer Ausbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Anlassen des Sinterteils innerhalb eines Temperaturbereichs von 150 °C bis 300 °C erfolgt.
  • Eine bevorzugte Variante des Verfahrens sieht vor, dass das Anlassen des Sinterteils innerhalb eines Temperaturbereichs von 180 °C bis 240 °C erfolgt.
  • Die tatsächlich für das Anlassen gewählte Temperatur und Zeitdauer, während derer ein Anlassen erfolgt, ist hierbei insbesondere auch von der Materialzusammensetzung abhängig.
  • In einer weiteren Ausbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass nach der Entnahme des Sinterteils als net-shape Flügel ein Entgraten des net-shape Flügels erfolgt. Eine Entgraten kann hierbei insbesondere in derjenigen Ausgestaltung des Verfahrens notwendig sein, in welcher während des Pressens ein Spiel des Werkzeugs vorliegt. Hierbei kann insbesondere ein Spiel des Werkzeugs in diesen Fällen vorhanden sein, in welchen die erste und/oder die zweite Konturfläche mittels Unterstempel bzw. Oberstempel erzeugt werden.
  • Das Entgraten kann hierbei beispielsweise durch Bürsten, Feilen, Schleifen, Fräsen, Gleitschleifen, thermisches Entgraten, elektrochemisches Entgraten, Hochdruckwasserstrahlentgraten, Druckfließen, hydroerosives Schleifen und/oder Schneiden erfolgen.
  • In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Pulvermischung folgende Bestandteile umfasst:
    Cu 0-5,0 Gew.-%;
    Mo 0,2-4,0 Gew.-%;
    Ni 0-6,0 Gew.-%;
    Cr 0-3,0 Gew.-%;
    Si 0-2,0 Gew.-%;
    Mn 0-1,0 Gew.-%;
    C 0,2-3,0 Gew.-%
    sowie als Rest Fe.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Pulvermischung die folgenden Bestandteile umfasst:
    Mo 0,2-4,0 Gew.-%;
    Cu 0-5,0 Gew.-%;
    Ni 0-6,0 Gew.-%;
    C 0,2-2,0 Gew.-%
    sowie als Rest Fe.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Pulvermischung die folgenden Bestandteile umfasst:
    Mo 1,2-1,8 Gew.-%;
    Cu 1,0-3,0 Gew.-%;
    C 0,4-1,0 Gew.-%;
    sowie als Rest Fe.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Pulvermischung die folgenden Bestandteile umfasst:
    Cr 0-3,0 Gew.-%;
    Ni 0-3,0 Gew.-%;
    Si 0-2,0 Gew.-%;
    C 0,2-3,0 Gew.-%;
    Mo 0,2-2,0 Gew.-%;
    sowie als Rest Fe.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Pulvermischung die folgenden Bestandteile umfasst:
    Cr 0,8-1,2 Gew.-%;
    Ni 0,5-2,5 Gew.-%;
    Si 0,4-0,8 Gew.-%;
    C 0,4-1,0 Gew.-%;
    Mo 0,4-1,5 Gew.-%;
    sowie als Rest Fe.
  • In einer weiteren Variante des Verfahrens kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Pulvermischung folgende Bestandteile umfasst:
    Cu 1,0-3,0 Gew.-%;
    Mo 1,0-2,0 Gew.-%;
    C 0,4-0,8 Gew.-%;
  • 0-2,0 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen aus der Menge {Ni, Cr, Si, Mn}
    sowie als Rest Fe.
  • Die Zusammensetzung einer Pulvermischung aus Bestandteilen mit einem Rest Fe ist dahingehend zu verstehen, dass abgesehen von geringen Anteilen unvermeidbarer Verunreinigungen und/oder Verbindungsbestandteile keine weiteren Elemente und/oder Verbindungen als die angegebenen in der Pulvermischung vorhanden sind, dass also Fe die zu 100 Gew.-% fehlenden Anteile ausfüllt.
  • Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass vor dem Pressen der Pulvermischung Presshilfsmittel zugefügt werden. Solche Presshilfsmittel können beispielsweise Gleitmittel, Bindemittel und/oder Plastifizierungsmittel sein. Hierbei handelt es sich um Zugaben zu der Pulvermischung, die beispielsweise das Pressen der Pulvermischung erleichtern, den Ausstoß des Presslings aus dem Pressenwerkzeug vereinfachen und/oder andere vorteilhafte Verhaltensweisen der Pulvermischung während mechanischen und/oder thermischen Einwirkens zur Folge haben. Bei den oben angegeben Zusammensetzungen der Pulvermischungen sind diese Presshilfsmittel nicht mitberücksichtigt. Die bei den genannten Zusammensetzungen der Pulvermischungen aufgeführten quantitativen Werte sind somit ohne Berücksichtigung von gegebenenfalls vorhandenen Presshilfsmitteln genannt, schließen aber nicht aus, dass vor dem Pressen der Pulvermischung zusätzlich zu den genannten Zusammensetzungen noch Presshilfsmittel zugefügt werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass nach dem Pressen und vor dem Sintern als ein weiterer Verfahrensschritt eine thermische Behandlung des Grünlings erfolgt mit dem Ziel, gegebenenfalls vorhandene Presshilfsmittel aus dem Bauteil zu entfernen. Hierbei handelt es sich um einen Vorgang, der auch als Entwachsen bezeichnet werden kann. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Entwachsen des Grünlings innerhalb des gleichen Sinterofens erfolgt, in welchem das Sintern des Grünlings erfolgt. Es kann jedoch ebenfalls vorgesehen sein, dass das Entwachsen in einem anderen Ofen als dem Sinterofen durchgeführt wird.
  • In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Einstellung des kontinuierlichen und/oder diskreten Temperaturverlaufs zum Entwachsen und/oder des Sintern in einer oder in mehreren Stufen erfolgt.
  • Als eine Möglichkeit zu einer Vornahme von mehreren oder, bevorzugt allen, der Verfahrensschritte des Entwachsens und/oder des Sinterns und des Abschreckens und des Anlassens in einem gleichen Ofen kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der gesamte Temperaturverlauf in einem Sinterbandofen eingestellt wird.
  • Ebenso kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu den Verfahrensschritt des Entwachsens und/oder des Sinterns wie auch dem Verfahrensschritt des Abschreckens auch noch der Verfahrensschritt des Anlassens in dem gleichen Ofen wie die vorherigen Verfahrensschritte vorgenommen wird. Auch hierfür ist eine Möglichkeit der Realisierung eine Einstellung der gesamten Folge der Verfahrensschritte zur sequenziellen Durchführung der vorgenannten Verfahrensschritte in einem Sinterbandofen. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der gesamte Temperaturverlauf entlang einer Laufrichtung der zu sinternden Bauteile eingestellt wird. Ebenso kann aber auch vorgesehen sein, dass einzelne Schritte des Temperaturverlaufs positionsunabhängig als Funktion der Zeit eingestellt werden. Auch eine Kombination aus diesen beiden kann vorgesehen sein.
  • Ein weiterer Gedanke betrifft einen Flügel für eine Flügelzellenpumpe.
  • Der Flügel für eine Flügelzellenpumpe weist zumindest eine erste Stirnfläche und eine zu dieser parallel orientierte zweite Stirnfläche, eine erste Seitenfläche und eine zu dieser parallel orientierte zweite Seitenfläche sowie eine erste Konturfläche und eine zweite Konturfläche auf. Der Flügel besteht hierbei aus einem metallischen Sintermaterial. Die Oberfläche des Flügels ist des Weiteren wenigstens bereichsweise offenporig ist.
  • Ein wenigstens bereichsweises Vorliegen einer offenporigen Oberfläche des Flügels ist dahingehend zu verstehen, dass wenigstens an einer der sechs Flächen des Flügels, das heißt wenigstens einer von der ersten Stirnfläche, der zweiten Stirnfläche, der ersten Seitenfläche, der zweiten Seitenfläche, der ersten Konturfläche und der zweiten Konturfläche wenigstens bereichsweise offenporig ist. Offenporige Bereiche der Oberfläche sind hierbei dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche nicht vollständig geschlossen ist, sondern dass in einem für metallisches Sintermaterial üblichen Maße an der Oberfläche befindliche Poren offen sind.
  • Insbesondere kann mit dem Begriff der offenporigen Oberfläche beispielsweise eine offenporige Oberfläche gemäß DIN 30910 Teil 3 bezeichnet sein.
  • Vorteil eines Bereichs mit nicht vollständig geschlossener und dadurch offenporiger Oberfläche ist insbesondere, dass die offenporigen Bereiche der Oberfläche beispielsweise als Schmierfilmreservoir dienen können. Hierdurch kann beispielsweise bei einer Nutzung des Flügels in einer Flügelzellenpumpe ein Transport von Schmieröl mittels der als Schmierfilmreservoir dienenden offenporigen Bereiche erfolgen. Sofern wenigstens auch die Konturfläche, welche für einen Reibkontakt mit einer Innenwandung der Flügelzellenpumpe vorgesehen ist, offenporige Bereiche aufweist, kann der hierdurch vorliegende Schmiermittelkontakt über den Bereich der Innenwandung hinweg zu einer verbesserten Schmierung führen, wodurch insbesondere ein verminderter Verschleiß erreicht werden kann.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Flügels sind wenigstens die für den Reibkontakt mit einer Innenwandung der Flügelzellen vorgesehene Flächen sowie beide Stirnflächen jeweils wenigstens bereichsweise offenporig. In einer derartigen Ausgestaltung des Flügels kann ein verbesserter Schmiermitteltransport mittels der offenporigen Bereiche der Oberfläche des Flügels in dem Innenraum der Flügelzellenpumpe erfolgen.
  • Die Oberfläche des Flügels ist bevorzugt größtenteils offenporig. Unter einer größtenteils offenporigen Ausbildung der Oberfläche des Flügels ist zu verstehen, dass wenigstens 50 Prozent der Oberfläche des Flügels offenporig sind.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Flügels ist die gesamte Oberfläche, das heißt die Oberfläche aller Mantelflächen des Flügels, vollständig offenporig.
  • In einer Ausgestaltung des Flügels kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche des Flügels wenigstens bereichsweise frei von Schleifspuren ist. Schleifspuren entstehen beispielsweise durch ein gezieltes Schleifen der Oberfläche im Zuge einer Nachbearbeitung des Flügels zur Anpassung der Toleranzen. Weitere mögliche Gründe für ein Schleifen ist beispielsweise eine Oberflächenbearbeitung zur Einstellung einer entsprechend erwünschten Oberflächeneigenschaft, so dass abhängig von dem gewählten Verfahren des Schleifens und des Schleifmittels beispielsweise eine bestimmte Oberflächenrauheit des Bauteils eingestellt werden kann. Bei einem Vorliegen eines net-shape Bauteils, welches ohne weitere Nachbearbeitung bereits die für eine Verwendung des Bauteils erforderlichen Maße aufweist, ist ein solches Schleifen nicht notwendig, sofern die erreichte Oberflächenbeschaffenheit das Bauteil für die Anwendung geeignet sein lässt. Bei dem vorgeschlagenen Flügel in der beschriebenen Ausgestaltung als ohne Schleifspuren ausgebildeter Flügel ergibt sich neben der durch das nicht erforderliche Schleifen sich ergebende Ersparnis von Aufwand und somit Kosten der weitere Vorteil, dass gegebenenfalls offenporige Bereiche des Flügels ihre Eigenschaft der Offenporigkeit nicht durch ein etwaiges notwendiges Schleifen für eine Nachbearbeitung verlieren.
  • Bevorzugt ist die Oberfläche des Flügels größtenteils frei von Schleifspuren. Der Begriff einer größtenteils von Schleifspuren freien Oberfläche des Flügels ist dahingehend zu verstehen, dass wenigstens 50 % der Oberfläche des Flügels frei von Schleifspuren sind.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche des Flügels vollständig frei von Schleifspuren ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Flügels kann vorgesehen sein, dass der Flügel ein Gefüge aufweist, welches wenigstens bis zu einer Tiefe von 0,2 mm unterhalb der Oberfläche martensitisch ist. Die Oberfläche des Flügels bezeichnet hierbei die Gesamtheit aller Flächen des Flügels, so dass über den kompletten Mantel des Flügels der Flügel ein martensitisches Gefüge aufweist.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen des Flügels weisen ein Gefüge auf, das wenigstens bis zu einer Tiefe von 0,5 mm unterhalb der Oberfläche martensitisch ist.
  • In besonders bevorzugten Ausbildungen des Flügels kann vorgesehen sein, dass der Flügel über sein gesamtes Volumen ein martensitisches Gefüge aufweist, dass der Flügel also vollständig martensitisch ist.
  • In einer weiteren Ausbildung des Flügels kann vorgesehen sein, dass das martensitische Gefüge des Flügels überwiegend kubisch martensitisch ausgebildet ist. In dieser speziellen Ausbildung des martensitischen Gefüges ergibt sich der Vorteil, dass das kubisch martensitische Gefüges als Spezialfall eines martensitischen Gefüges nur in vergleichsweise geringem Ausmaß innere Verspannungen aufweist. Hieraus ergeben sich Vorteile für die Maßhaltigkeit des Flügels; insbesondere wird die Wahrscheinlichkeit von durch einen Abbau von inneren Spannung sich ergebenden Änderungen der Maßhaltigkeit reduziert.
  • Besonders bevorzugt kann eine Ausbildung des Flügels vorgesehen sein, in welcher das martensitische Gefüge des Flügels vollständig kubisch martensitisch ausgebildet ist. Insbesondere in einer Ausbildung des martensitischen Gefüges als vollständig kubisch martensitisches Gefüge werden Schwankungen der Toleranzen durch einen Abbau von inneren Spannungen möglichst weitgehend vermieden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des Flügels kann vorgesehen sein, dass der Flügel eine Oberflächenhärte mit einem Wert innerhalb eines Härtebereichs von 550 HV0,2 bis 800 HV0,2 aufweist. Insbesondere durch die Ausbildung des martensitischen Gefüges ergibt sich für die Oberflächenhärte ein zwischen diesen Werten liegender Wert, welcher vergleichsweise hoch ist. Vorteil dieser vergleichsweisen hohen Härtewerte ist, dass üblicherweise eine hohe Härte mit einer Reduzierung des Verschleißes im Reibkontakt einher geht. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein Austausch der Flügel deutlich weniger häufig notwendig ist. Durch die Kombination der hohen Härte sowie der durch die offenporigen Bereiche des Flügels verbesserte Schmierung infolge einer verbesserten Schmiermittelverteilung kann somit im Optimalfall sogar erreicht werden, dass ein Austausch der Flügel während der gesamten Lebensdauer der Flügelzellenpumpe nicht notwendig wird.
  • Ein weiterer Gedanke betrifft eine Flügelzellenpumpe mit einem Steuerring und einem in einem Inneren des Steuerrings zu dem Steuerring exzentrisch gelagerten Rotor. Der Rotor weist hierbei wenigstens eine schlitzförmige Führung auf, wobei die schlitzförmige Führung bevorzugt in radialer Richtung angeordnet ist. Hierbei ist ein offenporiger net-shape Flügel in der schlitzförmigen Führung eingebracht. Der Flügel ist hierbei in der schlitzförmigen Führung beweglich gelagert, so dass der Flügel bei Rotation des Rotors gegen eine Innenwandung des Steuerrings gepresst wird.
  • In einer Ausgestaltung der Flügelzellenpumpe kann vorgesehen sein, dass in dem Inneren des Steuerrings vorhandenes Schmiermittel mit offenporigen Bereichen der Oberfläche des Flügels in Kontakt gerät, und diese offenporigen Bereiche als Teilsysteme eines Kapillarsystems wirken, das zu einer Verteilung des Schmiermittels innerhalb des Steuerrings beiträgt.
  • Ein weiterer Gedanke sieht eine Verwendung eines offenporigen net-shape Flügels in einer Flügelzellenpumpe vor. Hierbei handelt es sich bevorzugt um eine Flügelzellenpumpe in Ausgestaltung einer Schmierölpumpe eines Kraftfahrzeugmotors oder eines Kraftfahrzeuggetriebes.
  • Als spezielle Ausgestaltung einer solchen Schmierölpumpe sowie als weitere Möglichkeiten kann ein offenporiger net-shape Flügel beispielsweise genutzt werden:
    • in Motorschmierölpumpen für Verbrennungsmotoren,
    • in Schmierpumpen für Elektromotoren,
    • in Kühlpumpen für Elektromotoren,
    • in Schmierpumpen für Hybridantriebe,
    • in Kühlpumpen für Hybridantriebe,
    • in Aktuierungspumpen für Wandler-Automatikgetriebe,
    • in Schmierpumpen für Wandler-Automatikgetriebe,
    • in Kühlpumpen für Wandler-Automatikgetriebe,
    • in Aktuierungspumpen für Doppelkupplung-Automatikgetriebe,
    • in Schmierpumpen für Doppelkupplung-Automatikgetriebe,
    • in Kühlpumpen für Doppelkupplung-Automatikgetriebe,
    • in Aktuierungspumpen für Verteilergetriebe,
    • in Schmierpumpen für Verteilergetriebe,
    • in Kühlpumpen für Verteilergetriebe,
    • in Kompressoren für Klimaanlagen.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein offenporiger net-shape Flügel beispielsweise allgemein in Pumpen und/oder Kompressoren auch für andere Einsatzzwecke vorgesehen sein kann.
  • Das beschriebene Verfahren zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden, bevorzugt offenporigen, net-shape Flügel kann ebenso auch zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden, bevorzugt offenporigen, net-shape Bauteils vorgesehen sein, wobei beliebige Bauteile mit diesem Verfahren hergestellt werden können. Sämtliche beschriebenen Ausgestaltungen des Verfahrens sollen daher auch für eine vollkommen unabhängig von einer Ausgestaltung des Bauteils als Flügel in allgemeiner Weise beansprucht werden können.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den nachfolgenden Figuren hervor. Die aus den Figuren hervorgehenden Einzelheiten und Merkmale sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Vielmehr können ein oder mehrere Merkmal mit ein oder mehreren Merkmalen aus der obigen Beschreibung zu neuen Ausgestaltungen verknüpft werden. Insbesondere dienen die nachfolgenden Ausführungen nicht als Beschränkung des jeweiligen Schutzbereiches, sondern erläutern einzelne Merkmale so wie ihr mögliches Zusammenwirken untereinander.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels für eine Flügelzellenpumpe gemäß Stand der Technik;
    Fig. 2:
    Darstellung einer anderen Ausbildung eines Verfahrens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels für eine Flügelzellenpumpe gemäß Stand der Technik;
    Fig. 3:
    Verfahren zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden net-shape Flügels;
    Fig. 4:
    eine weitere Ausbildung eines Verfahrens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden net-shape Flügels für eine Flügelzellenpumpe;
    Fig. 5:
    Flügel für eine Flügelzellenpumpe in einer Stirnseitenansicht;
    Fig. 6:
    Darstellung eines Verfahrensschritts des Pressens einer anderen Ausgestaltung eines Flügels;
    Fig. 7:
    eine weitere Ausbildung eines Flügels für eine Flügelzellenpumpe, Darstellung in einer perspektivischen Ansicht;
    Fig. 8:
    Darstellung eines Verfahrensschritts des Pressens in einer weiteren Ausgestaltung;
    Fig. 9:
    eine Darstellung einer weiteren Ausgestaltung des Flügels für eine Flügelzellenpumpe, dargestellt in einer perspektivischen Seitenansicht;
    Fig. 10:
    Schliffbild des Flügels für eine Flügelzellenpumpe;
    Fig. 11:
    eine Flügelzellenpumpe zur beispielhaften Darstellung einer möglichen Verwendung des Flügels für eine Flügelzellenpumpe.
  • Fig. 1 ist eine beispielhafte Darstellung eines möglichen Verfahrens zur Herstellung eines aus eines Flügels für eine Flügelzellenpumpe zu entnehmen, wie es gemäß Stand der Technik durchgeführt werden kann. Beispielsweise werden Flügel für eine Ölpumpe eines auf dem Markt befindlichen 8-Gang Automatikgetriebes derart hergestellt. Gemäß dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgt in einem ersten Schritt ein Stanzen 1 eines Rohlings aus einem Blech. Bei diesem Rohling handelt es sich im Fall eines Flügels für eine Flügelzellenpumpe um einen Quader. Im Anschluss an das Stanzen des Rohlings erfolgt ein Fräsen 2, welches zur Ausbildung einer Konturfläche an einer, zweien oder auch mehreren Seitenflächen des Rohlings vorgesehen ist. Nach dem Fräsen 2 des Flügels zur Herstellung der endgültigen Form des Flügels erfolgt in einem nächsten Schritt ein Härten 3, wonach ein Anlassen 4 des Flügels erfolgt. Als Resultat liegt nach dem Anlassen 4 und weiterhin einem gegebenenfalls durchgeführten Abkühlen ein Flügel. Aufgrund der fertigungsbedingten Toleranzschwankungen weist der Flügel nach dem Anlassen noch nicht die Toleranzen auf, welche für einen Einsatz des Flügels in einer Flügelzellenpumpe notwendig sind. Stattdessen ist gemäß dem gezeigten nach Stand der Technik üblichen Verfahren üblich, die Fertigung des Flügels dahingehend zu planen, dass nach dem Anlassen 4 des Flügels die Abmessungen des Flügels größer sind als die für die Anwendung benötigten, um eine Nachbearbeitung für ein Erreichen der endgültig für die Verwendung nötigen Toleranzen zu ermöglichen. Für die Nachbearbeitung wird in der Ausgestaltung des der Fig. 1 zu entnehmenden, dem Stand der Technik entsprechenden, Verfahrens nach einer Entnahme 5 des Flügels aus dem Ofen, in welchem das Anlassen 4 erfolgte, ein Feinschleifen 6 des Flügels durchgeführt. Um gegebenenfalls noch vorhandene Grate zu entfernen, erfolgt gemäß Stand der Technik im Allgemeinen noch eine Nachbearbeitung der Oberfläche, beispielsweise durch Entgraten 7, wie es in der gezeigten Darstellung der beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens der Fall ist.
  • Eine weitere Ausbildung eines Verfahrens zur Herstellung eines Flügels ist Fig. 2 zu entnehmen. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung eines als aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels gemäß Stand der Technik, wie es in der WO 2006/123502 A1 beschrieben ist. Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 dahingehend, dass nicht ein Rohling aus einem Blech gestanzt wird, sondern dass stattdessen der Flügel aus einem metallischen Sintermaterial hergestellt wird. Hierfür erfolgt in einem ersten Schritt ein Pressen 8, in dessen Anschluss bereits die Geometrie des Flügels vorliegt, wie sie zur Verwendung des Flügels gewünscht ist. Im Anschluss an das Pressen 8 wird der Flügel dann als sogenannter Pressling in einem Sinterofen mittels eines Verfahrensschritt des Sinterns 9 gesintert. Auf das Sintern 9 hin erfolgt eine Entnahme 10 des Flügels aus dem zum Sintern 9 des Flügels genutzten Sinterofen. Im Anschluss erfolgt in einem hierfür vorgesehenen Ofen ein Härten 11 sowie ein dem Härten 11 nachgeschaltetes Anlassen 12. Im Allgemeinen sind die Abmessungen des Flügels auch nach Herstellung durch dieses Verfahren gemäß Stand der Technik zu groß für eine Anwendung in einer Flügelzellenpumpe. Daher sind gemäß Stand der Technik die Verfahrensschritte Feinschleifen 13 sowie Entgraten 14 zwingend notwendig, welche dem Anlassen 12 und einem diesem nachfolgenden Abkühlen nachgeschaltet sind.
  • Fig. 3 zeigt eine Ausbildung eines Verfahrens als Verfahren zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels. Gemäß der in Fig. 3 gezeigten Ausgestaltung eines solchen Verfahrens erfolgt in einem ersten Schritt ein Pressen 15 einer Pulvermischung zu einem Grünling mittels einer Pulverpresse. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Sintern 16 des Grünlings innerhalb eines Sinterofens zu einem Sinterteil mit austenitischem Gefüge. Unmittelbar an diesen Prozessschritt des Sinterns 16 folgt ein Härten 17, welches innerhalb des Sinterofens durchgeführt wird. Hierzu ist in einem ersten Schritt erforderlich, dass das Sinterteil größtenteils oder bevorzugt vollständig austenitisiert wird. Die Austenitisierung erfolgt durch Erhitzen in einem Temperaturbereich, in welchem die Pulvermischung beziehungsweise das Sinterteil in einem austenitischem Gefüge vorliegt oder in ein solches umwandelt. Bei dem Erhitzen ist vorgesehen, dass wenigstens teilweise während des Sinterns 16 das Sintern 16 und das Austenitisieren im Rahmen des gleichen Prozesses erfolgen, dass also ein Sintern des zu sinternden Bauteils bei einer Temperatur erfolgt, bei welcher sich ein austenitisches Gefüge einstellt oder ein bereits bestehendes austenitisches Gefüge stabil bleibt. Im Anschluss an das Austenitisieren wird das Sinterteil gehärtet, indem das Sinterteil auf eine Temperatur unterhalb der Martensit-Starttemperatur des metallischen Sintermaterials abgeschreckt wird. Hierbei wird eine genügend hohe Abschreckgeschwindigkeit herbeigeführt, um eine martensitische Umwandlung des austenitischen Gefüges zur Folge zu haben. Hierfür kann in einer bevorzugten Ausgestaltung ein Abschrecken auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs von 100 °C bis 300 °C erfolgen, und dieses Abschrecken bevorzugt mittels einer direkten Luftanblasung erfolgen. Nach dem Härten 17 erfolgt ein Anlassen 18, wobei das Anlassen 18 in der in Fig. 3 gezeigten Ausgestaltung ebenfalls innerhalb des Sinterofens erfolgt. Das Anlassen 18 erfolgt durch dem Abschrecken nachfolgendes Erhitzen, wobei das Erhitzen auf eine Temperatur erfolgen muss, welche noch keine vollständige oder auch teilweise Phasenumwandlung des Flügels zur Folge hat. In der Folge des Anlassens 18 erfolgt, nach gegebenenfalls zwischengeschaltetem Abkühlen, als letzter Schritt eine Entnahme 19 des Flügels, wobei der Flügel als net-shape Flügel entnommen wird, also unmittelbar nach der Entnahme seine vorgesehenen Toleranzen aufweist. Die Möglichkeit der Entnahme des Flügels als net-shape Flügel, wie sie sich überraschenderweise bei den vorgestellten und beschriebenen Entwicklungen gezeigt hat, ist hierbei eine maßgebliche Neuerung gegenüber dem Stand der Technik.
  • Fig. 4 ist eine weitere Ausgestaltung eines Verfahrens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels zu entnehmen. Das in Fig. 4 gezeigte Verfahren unterscheidet sich von dem in Fig. 3 gezeigten Verfahren insbesondere dahingehend, dass nach einem Pressen 20, einem Sintern 21 sowie einem jeweils noch in dem Sinterofen durchgeführten Härten 22 und Anlassen 23 mit der nachfolgenden Entnahme 24 des Flügels als zusätzlicher Verfahrensschritt noch ein abschließendes Entgraten 25 erfolgt.
  • Fig. 5 ist eine Ausgestaltung des Flügels für eine Flügelzellenpumpe zu entnehmen. Der Flügel 26 ist in der gezeigten Darstellung in der Aufsicht auf eine erste Stirnfläche 27 dargestellt. Jeweils in einem Winkel von 90° zu dieser ersten Stirnfläche 27 sowie parallel zueinander liegen an der ersten Stirnfläche 27 eine erste Seitenfläche 30 sowie in zu dieser parallelen Orientierung eine zweite Seitenfläche 31 an. Als vierte sowie fünfte Mantelfläche des Körpers des Flügels 26 weist der Flügel 26 weiterhin eine erste Konturfläche 28 sowie eine zweite Konturfläche 29 auf. Die erste Konturfläche 28 sowie die zweite Konturfläche 29 sind in der gezeigten Ausgestaltung jeweils nach außen hin gewölbt, wobei die Wölbung durch eine Krümmung der Kanten bewirkt wird, welche die erste Stirnfläche 27 und die nicht dargestellte zweite Stirnfläche mit der ersten Konturfläche 28 und der zweiten Konturfläche 29 gemeinsam aufweisen. Der Krümmungsradius dieser Kanten ist hierbei für die erste Konturfläche 28 und die zweite Konturfläche 29 sowie des Weiteren jeweils für die mit beiden Stirnflächen gemeinsamen Kanten der gleiche. Mit einer gezielten Einstellung des Krümmungsradius kann beispielsweise bei einem Einsatz des Flügels 26 in einer Flügelzellenpumpe diejenige der ersten Konturfläche 28 und der zweiten Konturfläche 29, welche für eine Bewegung in Berührung an eine Innenfläche der Flügelzellenpumpe vorgesehen ist, auf eine solche Berührung hin optimiert werden. Eine solche Optimierung kann hierbei beispielsweise dahingehend erfolgen, dass bei einem fliehkraftbedingtem Anpressen der ersten Konturfläche 28 oder der zweiten Konturfläche 29 an die Innenfläche der Flügelzellenpumpe ein möglichst dichtes Abschließen der beiden durch den Flügel getrennten Räume möglich ist. Zur Ausformung des Krümmungsradius der ersten Konturfläche 28 und/oder der zweiten Konturfläche 29 sind unterschiedliche Ausbildungen des Verfahrens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels möglich.
  • Ein Verfahrensschritt des Pressens während des Verfahrens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels, beispielweise gemäß der in Fig. 4 abgebildeten Verfahrensfolge, ist Fig. 6 zu entnehmen. Der gezeigte Verfahrensschritt ist hierbei ein Ausführungsbeispiel für den in Fig. 4 als Pressen 20 dargestellten Verfahrensschritt . Der Flügel 32 ist stehend in einer Presse eingebracht, so dass die erste Konturfläche 33 in der gezeigten Anordnung gemäß dem gezeigten Werkzeugkonzept von einem Unterstempel 36 gebildet wird, während die zweite Konturfläche 34 von einem Oberstempel 37 gebildet wird. Das Bilden der ersten Konturfläche 33 sowie der zweiten Konturfläche 34 erfolgt hierbei durch einen mittels des Unterstempels 36 und des Oberstempels 37 ausgeübten Druck. Gleichzeitig werden die erste Seitenfläche sowie die zweite Seitenfläche des Flügels gebildet, indem die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche, so wie hier nicht sichtbar auch die erste Stirnfläche sowie die in Aufsicht auf die Bildebene sichtbare zweite Stirnfläche durch die Matrize 35 ausgebildet werden. Als Folge der in Fig. 6 gezeigten Orientierung des Flügels sowie der Ausübung von Druck mittels des Unterstempels 36 und des Oberstempels 37 auf die erste Konturfläche 33 und die zweite Konturfläche 34 ergibt sich die Folge, dass in vielen Fällen ein Entgraten notwendig ist. Grund hierfür ist insbesondere, dass das verwendete Werkzeug, also insbesondere Unterstempel 36, Oberstempel 37 und Matrize 35, ein Spiel gegeneinander aufweisen, also eine relative Beweglichkeit der einzelnen Werkzeuge zueinander möglich ist. Ein solches Entgraten ist beispielsweise in der in Fig. 4 gezeigten Verfahrensfolge als Entgraten 25 dargestellt.
  • Fig. 7 ist eine weitere Ausgestaltung eines Flügels 38 zu entnehmen. Der Flügel 38 ist hierbei ähnlich dem in Fig. 6 dargestellten Flügel ausgebildet und hat insbesondere mit dem in der Fig. 6 gezeigten Flügel gemein, dass die erste Konturfläche 39 sowie die zweite Konturfläche 40 gemeinsame Kanten mit der ersten Seitenfläche 42 sowie der nicht sichtbaren zweiten Seitenfläche aufweisen, und dass diese Kontaktkanten die längsten Kontaktkanten des Flügels 38 sind. Die kürzesten Kontaktkanten hingegen sind die Kontaktkanten der ersten Konturfläche 39 mit der ersten Stirnfläche 41 sowie der nicht sichtbaren Stirnfläche sowie die Kontaktkanten der zweiten Konturfläche 40 mit der ersten Stirnfläche 41 und der nicht sichtbaren zweiten Stirnfläche. Bei diesem Verhältnis der Toleranzen der Kanten sowie der Orientierung des Flügels zu der oberen Pressrichtung, welche durch den Pfeil 43 dargestellt wird, sowie zur unteren Pressrichtung, welche durch den unteren Pfeil 44 dargestellt wird, ist ein Entgraten, wie es beispielsweise bei der Ausgestaltung des Verfahrens gemäß Fig. 4 als Entgraten 25 dargestellt wird, in vielen Fällen notwendig.
  • In Fig. 8 ist eine andere Ausgestaltung eines Verfahrensschritts des Pressens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden Flügels 45 gezeigt. Der Flügel 45 ist in der Darstellung der Fig. 8 derart orientiert, dass die erste Seitenfläche 48 in der Aufsicht sichtbar ist. In der gezeigten Ausgestaltung wird während des Verfahrensschritts des Pressens die erste Stirnfläche 51 mittels des Oberstempels 50 sowie die zweite Stirnfläche 52 mittels des Unterstempels 49 ausgebildet. In dieser Ausgestaltung des Verfahrensschritts des Pressens als Bestandteil des Verfahrens zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden net-shape Flügels wird die erste Konturfläche 46 ebenso wie die zweite Konturfläche 47 durch die Matrize 53 gebildet. Die Pressrichtung verläuft hierbei in axialer Richtung entlang der Längsachse, welche parallel zu der durch den Oberstempel 50 sowie den Unterstempel 49 gebildeten Pressrichtung orientiert ist. Die in Fig. 8 gezeigte Ausgestaltung des Verfahrensschritts des Pressens bezweckt insbesondere eine unmittelbare Druckauswirkung auf die Längsseite des Flügels 45, wobei die Längsseite die längste Seite des Flügels 45 darstellt und in der gezeigten Ausgestaltung als Kantenflächen zwischen den Seitenflächen 48 sowie der nicht sichtbaren Seitenfläche mit den Konturflächen 46, 47 zu verstehen ist. In einer derartigen Vorgehensweise ist es möglich, auch deutlich komplexere Konturen in die erste Konturfläche 46 und/oder die zweite Konturfläche 47 einzuformen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausbildung des Verfahrensschritts des Pressens ist, dass in vielen Fällen ein Entgraten nicht notwendig ist, so dass in der in Fig. 8 gezeigten Ausgestaltung des Verfahrensschritts des Pressens in vielen Fällen ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden net-shape Flügels ohne ein nach einer Entnahme des Sinterteils als net-shape Flügel erfolgendes Entgraten möglich ist. Der in Fig. 8 dargestellte Verfahrensschritt ist beispielsweise als Verfahrensschritt des Pressens gemäß der in Fig. 3 gezeigten Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Flügels vergleichbar.
  • In einer anderen Ausgestaltung des Flügels 54 ist in einer perspektivischen Seitenansicht die obere Pressrichtung durch den Pfeil 58 sowie die untere Pressrichtung durch den Pfeil 59 dargestellt. Die obere Pressrichtung zeigt hierbei die Richtung an, in welcher Druck auf die erste Stirnfläche 56 ausgeübt wird, während die untere Pressrichtung die Richtung anzeigt, in welcher Druck auf die nicht dargestellte zweite Stirnfläche ausgeübt wird.
  • Fig. 10 ist beispielhaft ein Schliffbild des in Fig. 9 gezeigten net-shape Flügels, also nach seiner Entnahme, im Längsschnitt zu entnehmen. Das Gefüge ist martensitisch, wobei das martensitische Gefüge vollständig kubisch ist.
  • Fig. 11 ist eine beispielhafte Ausgestaltung einer Flügelzellenpumpe zu entnehmen. Die Flügelzellenpumpe weist einen Rotor 60 auf, welcher innerhalb eines Steuerrings 61 angeordnet ist. Innerhalb des Steuerrings ist in schlitzförmigen Führungen eine Anzahl von sieben Flügeln angeordnet, beispielsweise Flügel 62, welcher in einer schlitzförmigen Führung derart angeordnet ist, dass die erste Stirnfläche 63 in der Papierebene liegt, sowie die erste Konturfläche 64 des Flügels 62 an einer Innenwandung des Steuerrings und somit einer Innenwandung der Flügelzellenpumpe anliegend positioniert ist. Durch die bewegliche Lagerung der Flügel in den schlitzartigen Führungen des Rotors wird bei einer Rotation des Rotors und der hierdurch erfolgenden auf die Flügel wirkenden Fliehkraft eine Dichtung des Raumes zwischen der ersten Konturfläche 64 sowie der Innenwandung der Flügelzellenpumpe bewirkt.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines aus einem metallischen Sintermaterial bestehenden, offenporigen, net-shape Flügels (26, 32, 38, 45, 54, 62) für eine Flügelzellenpumpe, wobei der Begriff net-shape sich auf eine Ausgestaltung des Flügels bezieht, bei der nach der Entnahme des Flügels aus einem Ofen, in welchem die letzte Wärmebehandlung vorgenommen wurde, keine spanende Bearbeitung des Flügels zur Ausbildung der Toleranzen des Flügels mehr notwendig ist, wobei der Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) eine von einem Parallelepiped mit sechs Flächen wenigstens abgeleitete Form aufweist und zumindest eine erste Stirnfläche (27, 41, 51, 56, 63) und eine, zu der ersten Stirnfläche parallel orientierte, zweite Stirnfläche (52) sowie eine erste Seitenfläche (30, 42, 48, 57) und eine zu dieser parallel orientierte zweite Seitenfläche (31) aufweist, sowie des Weiteren der Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) eine erste Konturfläche (28, 33, 39, 46, 55) und eine zweite Konturfläche (29, 34, 40, 47) aufweist; wobei die gemeinsamen Kanten zwischen den Konturflächen (28, 29, 33, 34, 39, 40, 46, 47, 55) und den Seitenflächen (30, 31, 42, 48, 57) die längsten Kontaktkanten des Flügels (26, 32, 38, 45, 54, 62) und die kürzesten Kontaktkanten die Kontaktkanten der Konturflächen (28, 29, 33, 34, 39, 40, 46, 47, 55) mit den Stirnflächen (27, 41, 51, 52, 56, 63) sind, und wobei das Verfahren zur Herstellung des Flügels (26, 32, 38, 45, 54, 62) wenigstens die folgenden Schritte umfasst:
    ▪ Pressen (8, 15, 20) einer Pulvermischung zu einem Grünling mittels einer Pulverpresse,
    ▪ Sintern (9, 16, 21) des Grünlings innerhalb eines Sinterofens zu einem Sinterteil mit austenitischem Gefüge,
    ▪ Abschrecken des Sinterteils innerhalb des Sinterofens auf eine Temperatur unterhalb einer Martensitstarttemperatur des Sinterteils zum Härten (3, 11, 17, 22) des Sinterteils,
    ▪ Anlassen (4, 11, 18, 23) des Sinterteils innerhalb des Sinterofens,
    ▪ Entnahme (5, 10, 19, 24) des Sinterteils als net-shape Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) als Entnahme (5, 10, 19, 24) aus dem Sinterofen,
    wobei das Pressen (8, 15, 20) des Flügels erfolgt, indem der durch die Stempel (36, 37, 49, 50) ausgeübte Druck auf die Konturflächen (28, 29, 33, 34, 39, 40, 46, 47, 55) oder die Stirnflächen (27, 41, 51, 52, 56, 63) einwirkt, so dass zumindest die erste Seitenfläche (30, 42, 48, 57) und die zweite Seitenfläche (31) durch wenigstens eine Matrize (35, 53) der Pulverpresse ausgebildet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern (9, 16, 21) innerhalb eines Temperaturbereichs von 1050 °C bis 1300 °C, bevorzugt von 1100 °C bis 1150 °C, erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschrecken auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs von 100 °C bis 300 °C erfolgt, bevorzugt mittels einer direkten Luftanblasung.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlassen (4, 11, 18, 23) des Sinterteils innerhalb eines Temperaturbereichs von 150 °C bis 300 °C, bevorzugt innerhalb eines Temperaturbereichs von 180 °C bis 240 °C, erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Entnahme (5, 10, 19, 24) des Sinterteils als net-shape Flügel (26, 32, 38, 45, 54, 62) ein Entgraten (7, 14, 25) des net-shape Flügels (26, 32, 38, 45, 54, 62) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung folgende Bestandteile umfasst: Cu 0-5,0 Gew.-%; Mo 0,2-4,0 Gew.-%; Ni 0-6,0 Gew.-%; Cr 0-3,0 Gew.-%; Si 0-2,0 Gew.-%; Mn 0-1,0 Gew.-%; C 0,2-3,0 Gew.-%
    sowie als Rest Fe.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung folgende Bestandteile umfasst: Cu 1,0-3,0 Gew.-%; Mo 1,0-2,0 Gew.-%; C 0,4-0,8 Gew.-%;
    0-2,0 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen aus der Menge {Ni, Cr, Si, Mn}
    sowie als Rest Fe.
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