ROTOR AUS SINTERMETALL EINER DREHKOLBENPUMPE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Rotor aus Sintermetall einer Drehkolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Rotors.

[0002] Ein derartiger, aus DE 40 20 082 A1 bekannter Rotor ist aus drei separat hergestellten Einzelteilen, nämlich aus zwei äußeren Schalen und einem, zwischen diesen liegenden Mittelteil zusammengesetzt. Dabei besteht das Mittelteil aus einem, gegenüber dem Material der äußeren Schalen festigkeitsmäßig höheren Material. Die gattungsgemäßen Anschlussklauen-Einzelstege befinden sich an dem Mittelteil.

[0003] Aus DE 197 03 499 A1 ist ein ähnlicher Rotor bekannt. Jener Rotor wird aus drei Teilen, nämlich einem gesinterten Topfteil, einem Drehteil aus Stahl und einem Kupferring in einem sehr zeit- und kostenintensiven Prozess hergestellt. An das gesinterte Topfteil wird das Drehteil nach einer vorausgegangenen Aufkohlung über den Kupferring angelötet. Das Kupfer des Kupferringes diffundiert bei der für das Löten erforderlichen Wärmebehandlung in bruchgefährdete Porenzonen des Sinterbauteils ein und garantiert dadurch dem Rotor eine ausreichende Bruchstabilität in dem Drehteilbereich. Das Drehteil aus Stahl bildet den Anschlussklauenbereich jenes Rotors. Die Klaue in diesem Bereich, an dem eine Kupplung angesetzt wird, ist dort über den gesamten Durchmesser des angelöteten Stahldrehteiles verlaufend ausgebildet. Der bekannte Rotor könnte beispielsweise nach einem aus EP 0 822 876 B1 bekannten Sinterverfahren hergestellt sein. Der Grund für das vorstehend beschriebene bene Zusammenfügen aus mehreren, das heißt mindestens zwei, vorgefertigten Ausgangsteilen, besteht darin, dass der Kupplungsbereich bei einem einteilig gesinterten Rotor bisher nicht mit einer für einen Dauerbetrieb des Rotors ausreichenden Festigkeit hergestellt werden konnte.

[0004] Die Erfindung beschäftigt sich insgesamt mit dem Problem, einen gattungsgemäßen Rotor aus Sintermaterial besonders rationell und kostengünstig und mit ausreichender Dauerfestigkeit in insbesondere dessen Kupplungsbereich herzustellen.

[0005] Gelöst wird dieses Problem durch eine Ausbildung eines gattungsgemäßen Rotors nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

[0006] Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0007] Aus der erfindungsgemäßen Form des Anschlussklauenabschnittes des Rotors ergibt sich eine vorteilhafte Ausgestaltung eines anzusetzenden Kupplungselementes.

[0008] Ferner zeigt der letzte Unteranspruch ein Herstellungsverfahren mit einem für die Durchführung besonders vorteilhaft aufgebauten Sinter-Presswerkzeug auf.

[0009] Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dem Rotor insbesondere in dem Anschlussklauenabschnitt eine Form zu geben, die es ihm gestattet, den Rotor durch ein Presswerkzeug mit einer Reihe einzeln beaufschlagbarer Pressstempel mit einem für sämtliche Funktionsbereiche ausreichenden Sinterpressdruck herstellen zu können. Durch eine Aufteilung des Anschlussklauenabschnittes in zwei voneinander getrennte, diametral beabstandet gegenüberliegende Einzelstege ist es möglich, diese Einzelstege durch diesen jeweils zugeordnete, separat beaufschlagbare Sinter-Presswerkzeugstempel für die in diesem Bereich geforderte Materialstabilität ausreichend hoch verdichten zu können. Möglich ist dies deshalb, weil der Pressdruck lediglich auf jeweils eine geringe Querschnittsfläche aufzubringen ist, wodurch in diesen Querschnittsbereichen ein extrem hoher spezifischer Druck erreicht werden kann.

[0010] Wie allgemein und insbesondere auch bei einem gattungsgemäßen Rotor aus DE 197 03 499 A1 bekannt ist, kann die Festigkeit von Sinterstählen durch das Ausfüllen der Poren mit einem niedrig schmelzenden Metall (Tränklegierungen), beispielsweise Kupfer oder Kupferlegierungen erhöht werden. Bei dem erfindungsgemäßen Rotor werden daher zumindest die Einzelstege mit Übergangsbereichen in den angrenzenden Rotorkörper entsprechend mit Kupfer infiltriert. Zu diesem Zweck wird auf die Oberflächen derjenigen Bereiche, die mit Kupfer infiltriert werden sollen, vor dem Aussetzen des sintergepressten Grundmaterials der erforderlichen Sihtertemperatur mit einer Kupferschicht versehen. Unter der Sinterwärme schmilzt derart aufgebrachtes Kupfer und dringt insbesondere durch Kapillarwirkung bedingt in das unterhalb der beschichteten Oberflächen liegende Material ein. Durch eine geeignete Wahl der Dicke der aufzubringenden Kupferschichten kann ein vollständiges Durchdringen zumindest der Einzelstege einschließlich angrenzender Übergangsbereiche erreicht werden. Dadurch kann bei einem Rotor aus Sinterstahl erreicht werden, dass zumindest in den Einzelstegen Dichten bis 8 g/cm³ und darüber realisierbar sind. Grundsätzlich ist es dabei möglich, das Porenvolumen des sintergepressten Formlings praktisch zu eliminieren, wodurch wegen der von Kupfer gegenüber Stahl höheren spezifischen Dichte bei einem derart mit Kupfer infiltrierten Stahlsinterkörper dessen spezifisches Gewicht oberhalb desjenigen von Stahl liegen kann. Hierdurch erhalten die Einzelstege einschließlich der an sie angrenzenden Übergangsbereiche des Rotors äußerst gute Festigkeitseigenschaften.

[0011] Ein nachstehend noch näher erläutertes, vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.

[0012] In dieser zeigen

Fig. 1

einen Querschnitt durch einen gesinterten Rotor,

Fig. 2

eine Draufsicht auf den Rotor nach Fig. 1,

Fig. 3

eine Ansicht des Rotors nach Fig. 1 von unten,

Fig. 4

eine Vorderansicht eines an dem Rotor ansetzbaren Kupplungselementes,

Fig. 5

eine Draufsicht auf das Kupplungselement nach Fig. 4.

[0013] Der Rotor besteht aus einem topfförmigen Grundkörper 1 und einem von dessen Boden abragenden zylindrischen Fußbereich mit einem sich hieran anschließenden Anschlussklauenabschnitt 2. In dem Anschlussklauenabschnitt 2 ragen axial nach außen als Anschlussklauen zwei diametral gegenüberliegende Einzelstege 3 ab, die von gleicher Form und Größe sind. Diese Einzelstege 3 erstrecken sich in Umfangsrichtung jeweils über einen Bereich von etwa 90° und nehmen diametral jeweils etwa 20% des Anschlussklauenabschnittdurchmessers ein. Diese Werte sind lediglich ein zweckmäßiges Beispiel und sollen insoweit insbesondere keine festen Bereichsgrenzen darstellen. Diese sind vielmehr in den Patentansprüchen herausgestellt.

[0014] Die Einzelstege 3 sind randprofilgehärtet, wobei diese Härtung induktiv erzeugt sein kann. Der randgehärtete Bereich der Einzelstege 2 kann insbesondere schroff gekühlt sein, um die notwendige Materialfestigkeit mit hoher Sicherheit erreichen zu können.

[0015] Die Besonderheit der Erfindung besteht in der Formgebung des Anschlussklauenabschnittes 2 durch die hier ausgebildeten Einzelstege 3 und die damit gegebene Möglichkeit, das Material dieser Einzelstege 3 bei der Sinterherstellung des Rotors ausreichend hoch verdichten zu können. Diese hohe Verdichtung wird durch ein Sinter-Presswerkzeug erreicht, das mit den Einzelstegen 3 querschnittsmäßig zugeordneten, separat betätigbaren Sinterpressstempeln ausgerüstet ist. Die Innenbereiche des Rotors 1, die diesen separat betätigbaren Sinterwerkzeugstempeln zugeordnet sind, sind in Fig. 3 mit den Bezugszeichen 4, 4' belegt.

[0016] Das Sinterwerkzeug, das diese zwei separaten Stempel 4, 4' besitzt, besteht aus insgesamt sieben, jeweils einzeln druckbeaufschlagbaren Stempeln. Zwei dieser Stempel sind die bereits vorstehend erwähnten Stempel 4, 4'. Die übrigen Stempel sind Rotorbereichen zugeordnet, die in der Fig. 3 mit 5, 5'; 6, 6' und 7 bezeichnet sind.

[0017] Der Rotor ist aus folgendem Material:
Kohlenstoff 0,6 bis 0,8%, Mangan 0,1 bis 0,3%, Sonstige max. 1%, Rest Eisen und ist einteilig gesintert. Der spezifische Sinterpressdruck ist derart, dass möglichst in allen Bereichen des Rotors, jedoch mit Sicherheit im Bereich der Einzelstege 3 des Anschlussklauenabschnittes, eine Materialdichte von mindestens 6,8 bis 7,4 g/cm³ gegeben ist.

[0018] Wird bei der Herstellung des gesinterten Rotors bei dem Sinterwärmeprozess Kupfer aus einer auf zumindest die Bereiche der Einzelstege aufgebrachten Kupferschichten in das Materialinnere, das heißt in die Poren des Sintermaterials an diesen Stellen durch Kapillarwirkung eingebracht, so empfiehlt sich mit Bezug auf das vorstehend angegebene Sinterstahlmaterial der Einsatz eines Kupfermateriales mit beispielsweise der Zusammensetzung:
Eisen 3 bis 5%, Mangan 0,6 bis 1,5%, Sonstige max. 2%, Rest Kupfer.

[0019] Die Kupferschichten können auf die bereits 'sintergepressten Einzelstege, bevor diese dem Sinterwärmeprozess unterworfen werden, in Kappenform appliziert werden. Dies bedeutet, dass entsprechend geformte Kappen, Hütchen beziehungsweise topfartige Gebilde auf die betreffenden, mit Kupfer zu infiltrierenden Materialbereiche vor der Durchführung des Sinterwärmeprozesses einfach aufgesetzt werden. Die Dicke der Kupferschichten, das heißt die Wanddicke der aufzusetzenden Kappen, kann beispielsweise experimentell derart festgelegt werden, dass ein vollständiges Durchdringen der entsprechend zu behandelnden Materialbereiche sicher gewährleistet ist. Grundsätzlich kann die erforderliche Menge des einzusetzenden Kupfers selbstverständlich auch zumindest annähernd richtig rechnerisch ermittelt werden.

[0020] In dem Anschlussklauenbereich 2 kann ein der Anschlussform dieses Abschnittes angepasstes Kupplungselement 8 angesetzt werden. Dieses Kupplungselement 8 umfasst einen Kupplungsklauenbereich 9, der in einen Längssteg 10 als Anschlusselement für ein anzuschließendes Bauelement integriert ist. Durch diese Ausführung des Kupplungselementes 8 können auf einfache Weise unterschiedlich lange Kupplungen hergestellt und eingesetzt werden.

[0021] Alle in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Form miteinander erfindungswesentlich sein.

Ansprüche

1. Rotor aus Sintermetall einer Drehkolbenpumpe, insbesondere einer Drehkolbenpumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks eines an einen Vakuumpumpen-Sauganschluss anschließbaren Unterdruck-Bremskraftverstärkers eines Kraftfahrzeuges, mit einem topfförmigen Grundkörper (1) und einem von dem Boden dieses Grundkörpers (1) zentral abragenden Lagerzapfenelement aus einem direkt von dem Boden ausgehenden zylindrischen Fußbereich und einem sich an diesen anschließenden Anschlussklauenabschnitt (2) für ein anzusetzendes Kupplungselement, wobei der Anschlussklauenabschnitt (2) in der Form zweier abstehender Einzelstege (3) ausgebildet ist, die diametral beabstandet im Außenumfangsbereich des zylindrischen Fußabschnittes in jeweils einem Bereich liegen, der umfangsmäßig auf maximal 100° und radial auf maximal 25% des Durchmessers des zylindrischen Fußabschnitts begrenzt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotor einteilig pressgesintert ausgeführt ist und die Einzelstege (3) für die in diesem Bereich geforderte Materialstabilität ausreichend hoch verdichtet sind.

2. Rotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zwei Einzelstege (3) gleiche Form und Größe besitzen.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Umfangsbereich, der von einem Einzelsteg (3) eingenommen wird, auf maximal 90° beschränkt ist.

4. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der von den Einzelstegen (3) jeweils radial eingenommene Bereich auf maximal 20% des zylindrischen Fußabschnitts beschränkt ist.

5. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einzelstege (3) des Anschlussklauenabschnitts randprofilgehärtet sind.

6. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Randprofilhärtung induktiv erzeugt ist.

7. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der randgehärtete Bereich schroff gekühlt ist.

8. Rotor aus Stahl als Sintermetall nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einzelstege (3) einschließlich zumindest eines direkt in Richtung des Rotorgrundkörpers angrenzenden Übergangsbereiches in das gepresste Sintergefüge nachträglich infiltriertes Kupfer enthalten.

9. Rotor nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein mit Kupfer angereicherter Einzelsteg (3) eine spezifische Dichte von mindestens 7,5 g/cm³ aufweist.

10. Rotor nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die spezifische Dichte oberhalb von 7,8 g/cm³ liegt.

11. Rotor nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die spezifische Dichte mindestens 7,9 bis 8,0 g/cm³ beträgt.

12. Gesintertes Kupplungselement eines Rotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kupplungselement einen der Ausbildung des Anschlussklauenabschnittes (2) angepassten Querschnitt mit einem stabförmigen Drehmomentenabtriebsbereich in der Form eines Längssteges (10) aufweist.

13. Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in einem Sinterpresswerkzeug zur Erzeugung des gesinterten Rotors den Einzelstegen (3) querschnittsmäßig zugeordnete Separatstempel mit separater Druckbeaufschlagung vorgesehen sind.

14. Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach einem der Ansprüche 8 bis 11, mit einem Verfahren nach. Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest in den Einzelstegen (3) infiltriert vorliegendes Kupfer bei der Sinterwärmebehandlung aus einer oberflächlich auf mindestens die Einzelstege (3) aufgebrachten Kupferschicht in das Sintergefüge eindringt.

Claims

1. A rotor of sintered metal of a rotary piston pump, in particular a rotary piston pump for generating a vacuum of a vacuum brake booster of a motor vehicle connectable to a vacuum pump intake connection, having a pot-shaped base body (1) and a bearing journal element protruding centrally from the bottom of this base body (1) from a cylindrical foot area coming directly out of the bottom and a connecting claw section (2) to be connected thereto for a coupling element to be attached, wherein the connecting claw section (2) is designed in the form of two single protruding webs (3) that are diametrically opposed in the outer circumferential area of the cylindrical foot section in an area limited at the circumference to max. 100° and radially to max. 25% of the diameter of the cylindrical foot section
characterized in that the rotor is designed in one piece and is press sintered, and the individual webs (3) are sufficiently highly compressed for the material stability required in this area.

2. The rotor according to Claim 1, characterized in that the two individual webs (3) have the same size and shape.

3. The rotor according to Claim 1 or 2, characterized in that the circumferential area assumed by an individual web (3) is limited to max. 90°.

4. The rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the area assumed radially by the individual webs (3) is limited to max. 20% of the cylindrical base section.

5. The rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the individual webs (3) of the connecting claw section are case-hardened in edge profiles.

6. The rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the case-hardening in edge profiles is inductively generated.

7. The rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the edge-hardened area is shock cooled.

8. The rotor made of as the sintered metal according to one of the preceding claims, characterized in that the individual webs (3), including at least one transitional area directly adjacent in the direction of the rotor base body, contain copper that has been infiltrated subsequently into the pressed sintered structure.

9. The rotor according to Claim 8, characterized in that a single web (3) enriched with copper has a specific gravity of at least 7.5 g/cm³.

10. The rotor according to Claim 9, characterized in that the specific gravity is greater than 7.8 g/cm³.

11. The rotor according to Claim 10, characterized in that the specific gravity is at least 7.9 to 8.0 g/cm³.

12. A sintered coupling element of a rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling element has a cross section that has been adapted to the development of the connecting claw section (2) with a rod-shaped torque abrasion area in the form of an elongated web (10).

13. A method for producing a rotor according to one of the preceding claims, characterized in that separate rams assigned to the individual webs (3) according to cross section are provided with a separate pressure acting on them in a sintering compression mold for producing the sintered rotor.

14. The method for manufacturing a rotor according to one of Claims 8 through 11 with a method according to Claim 13, characterized in that copper that is present in infiltrated form at least in the individual webs (3) penetrates out of a superficially copper layer applied at least to the individual webs (3) and into the sintered structure during the sintering heat treatment.

Revendications

1. Rotor en métal fritté d'une pompe à piston rotatif, en particulier d'une pompe à piston rotatif pour produire une dépression d'un servofrein, raccordable à un raccord d'aspiration de pompe à vide, d'un véhicule automobile, comprenant un corps de base (1) en forme de pot et un élément de tourillon, dépassant de façon centrale du corps de base (1), lequel élément est constitué d'une zone de pied cylindrique partant directement du fond et d'une section de griffe de raccordement (2), se raccordant à cette dernière, pour un élément d'accouplement à fixer, la section de griffe de raccordement (2) étant réalisée en forme de deux traverses individuelles (3) en saillie, qui se situent à distance diamétrale dans la zone périphérique extérieure de la section de pied cylindrique dans une plage respective, limitée circonférentiellement à 100° maximum et radialement à 25% maximum du diamètre de la section de pied cylindrique, caractérisé en ce que le rotor a une réalisation frittée sous pression d'une seule pièce et les traverses individuelles (3) sont soumises à une compression suffisamment élevée pour la stabilité de matériau requise dans cette zone.

2. Rotor suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux traverses individuelles (3) ont la même forme et la même dimension.

3. Rotor suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la zone périphérique, occupée par une traverse individuelle (3), est limitée à 90° maximum.

4. Rotor suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone, respectivement occupée dans la direction radiale par les traverses individuelles (3), est limitée à 20% maximum de la section de pied cylindrique.

5. Rotor suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les traverses individuelles (3) de la section de griffe de raccordement sont trempées en bordure.

6. Rotor suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la trempe de bordure est produite par induction.

7. Rotor suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone trempée en bordure est refroidie brusquement.

8. Rotor en acier en tant que métal fritté suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les traverses individuelles (3), y compris au moins une zone de transition directement limitrophe dans la direction du corps de base du rotor, renferment du cuivre infiltré ultérieurement dans la structure frittée comprimée.

9. Rotor suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'une traverse individuelle (3), enrichie en cuivre, présente une masse volumique spécifique d'au moins 7,5 g/cm³.

10. Rotor suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la masse volumique spécifique se situe au-dessus de 7,8 g/cm³.

11. Rotor suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la masse volumique spécifique est d'au moins 7,9 à 8,0 g/cm³ .

12. Elément d'accouplement fritté d'un rotor suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément d'accouplement présente une section transversale adaptée à la réalisation de la section de griffe de raccordement (2), avec une zone de sortie de couple en forme de barre dans la forme d'une traverse longitudinale (10).

13. Procédé de fabrication d'un rotor suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans un outil de frittage pour produire le rotor fritté, des matrices séparées, associées en section transversale aux traverses individuelles (3), sont prévues avec une alimentation en pression séparée.

14. Procédé de fabrication d'un rotor suivant l'une des revendications 8 à 11 par un procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce que du cuivre présent, infiltré au moins dans les traverses individuelles (3), pénètre lors du traitement thermique de frittage d'une couche de cuivre, appliquée en surface sur au moins les traverses individuelles (3), dans la structure frittée.

Zeichnung