Die Erfindung betrifft eine Matrize zum Sintern eines Sinterrotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Sinterrotors. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein mit Hilfe der Matrize gemäß einem derartigen Verfahren hergestellten Sinterrotor und eine Pumpe mit einem derartigen Sinterrotor.

Es ist möglich, Sinterrotoren mit einem Flügelaufnahmeschlitz herzustellen, der an einer Stirnseite des Rotorgrundkörpers offen ist. Die Druckschrift WO 2005/001293 A1 offenbart einen Rotor aus Sintermetall einer Drehkolbenpumpe mit einem topfförmigen Grundkörper und einem von dem Boden dieses Grundkörpers zentral ablagernden Lagerzapfenelement aus einem direkt von dem Boden ausgehenden zylindrischen Fußabschnitt und einem sich an diesen anschließenden Anschlussklauenabschnitt. Die Druckschrift GB 1 340 486 offenbart Verbesserungen betreffend Schmiedegeräte. Die Druckschrift JB 59107003 offenbart, wie man die Konstitution von Plungerstempeln verbessern kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung eines Sinterrotors für eine Pumpe, insbesondere eine Vakuumpumpe, mit einem Rotorgrundkörper, der einen Flügelaufnahmeabschnitt mit mindestens einem Flügelaufnahmeschlitz und mindestens zwei gesinterte Lagerabschnitte aufweist, zu vereinfachen.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Unteransprüche betreffen Weiterführungen des Erfindungsgedankens im Sinne der Aufgabenstellung.

Als Sinterrotor wird ein durch Sintern hergestellter Rotor bezeichnet. Beim Sintern wird ein pulverförmiges oder feinkörniges Material durch Druck- und Temperatureinwirkung verdichtet, wobei sich die Körner an ihren Oberflächen miteinander verbinden. Durch den Lagerkörper wird der bei herkömmlichen Sinterrotoren offene Flügelaufnahmeschlitz geschlossen. Die beiden Lagerabschnitte haben jeweils im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird der Sinterrotor längs gepresst, das heißt sämtliche Bewegungen von Stempeln beim Sintermetallpulvertransfer und beim Verdichten des Sintermetallpulvers in einer Matrize erfolgen in Längsrichtung des Sinterrotors, das heißt in Richtung beziehungsweise parallel zu der Drehachse des Sinterrotors.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Sinterrotors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper und der Flügelaufnahmeabschnitt den gleichen Außendurchmesser aufweisen. Der Lagerkörper und der Flügelaufnahmeabschnitt haben außen im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Sinterrotors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper die Gestalt eines Rings aufweist. Durch den Ring wird ein unerwünschtes Aufspreizen des Rotorgrundkörpers in dem Flügelaufnahmeabschnitt verhindert.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Sinterrotors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ring einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. Die Außenseite des Rings bildet eine Lagerfläche zur drehbaren Lagerung des Sinterrotors in einem Pumpengehäuseteil.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Sinterrotors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorgrundkörper in dem Flügelaufnahmeabschnitt Längsnuten zur Versenkung beziehungsweise Aufnahme von Pressgrat im Bereich des Flügelaufnahmeschlitzes aufweist. Die Längsnuten verlaufen in einer Trennebene zwischen Stegen, die an einer Matrize vorgesehen sind, und einem Stempel, dessen Funktion im Folgenden erläutert wird.

Bei einer Matrize zum Sintern eines vorab beschriebenen Sinterrotors mit Längsstegen zur Bildung des Flügelaufnahmeschlitzes, ist die vorab angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass die Längsstege durch einen umlaufenden Absatz begrenzt sind. Der umlaufende Absatz schafft einen Ringraum zur Erzeugung des Lagerkörpers.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Matrize ist dadurch gekennzeichnet, dass die Längsstege und der Absatz an die Matrize angeformt sind. Alternativ ist es möglich, die Stege und den Absatz mit Hilfe von Stempeln zu erzeugen.

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines vorab beschriebenen Sinterrotors, mit Hilfe einer vorab beschriebenen Matrize, ist die vorab angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass die Matrize von einer Füllseite mit Sintermetallpulver befüllt wird, das mit Hilfe von mehreren Stempeln verdichtet wird, die in Längsrichtung des Sinterrotors bewegbar sind, um eine Verdichtungskraft beziehungsweise einen Verdichtungsdruck auf das Sintermetallpulver in der Matrize auszuüben. Als Längsrichtung wird die Drehachse oder Rotationsachse des Sinterrotors bezeichnet. Die Matrize kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein und hat vorzugsweise eine rohrartige beziehungsweise kreiszylinderartige Gestalt. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Verdichtungskraft beziehungsweise des Verdichtungsdrucks von der der Füllseite entgegengesetzten Seite aufgebracht wird. Dadurch wird auf einfache Art und Weise die Erzeugung eines Hinterschnitts an dem Rotorgrundkörper ermöglicht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize, bezogen auf die Erdschwerkraft, von oben mit Sintermetallpulver befüllt wird, und dass der größte Teil der Verdichtungskraft beziehungsweise des Verdichtungsdrucks von unten aufgebracht wird. Dadurch wird das Befüllen vereinfacht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize von der Seite, die den Absatz aufweist, befüllt wird. Dadurch wird das Erzeugen des Hinterschnitts vereinfacht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize nach dem Befüllen mit mindestens einem füllseitigen Stempel verschlossen wird. Dabei wird eine relativ geringe Verdichtungskraft auf das Sintermetallpulver aufgebracht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermetallpulver in der Matrize mit Hilfe von mehreren Stempeln verschoben wird. Das Verschieben des Sintermetallpulvers wird auch als Pulvertransfer bezeichnet und dient dazu, das Sintermetallpulver in die Form oder Gestalt zu bringen, die der fertige Sinterrotor haben soll.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stempel zum Verschieben des Sintermetallpulvers von der Füllseite in die Matrize hinein bewegt werden. Vorzugsweise sind mehrere, teilweise hohl ausgeführte Stempel in einem weiteren hohl ausgeführten Stempel beziehungsweise ineinander hin und her bewegbar geführt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das verschobene Sintermetallpulver in der Matrize mit Hilfe von mehreren Stempeln verdichtet wird. Vorzugsweise werden zum Verdichten die gleichen Stempel wie zum Verschieben des Sintermetallpulvers verwendet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stempel zum Verdichten des Sintermetallpulvers hauptsächlich von der der Füllseite entgegengesetzten Seite in die Matrize hinein bewegt werden. Fast die gesamte Verdichtungskraft wird von der der Füllseite entgegengesetzten Seite aufgebracht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Stempel zum Verdichten des Lagerkörpers von der Füllseite in die Matrize hinein bewegt wird. Diese Bewegung ist deutlich kleiner als die Verdichtungsbewegung von der entgegengesetzten Seite.

Die Erfindung betrifft auch eine Pumpe, insbesondere eine Vakuumpumpe, mit einem vorab beschriebenen Sinterrotor.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

Figur 1

eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sinterrotors;

Figur 2

den Sinterrotor aus Figur 1 im Längsschnitt;

Figur 3

den Sinterrotor aus Figur 1 in einem weiteren Längsschnitt durch den Flügelaufnahmeschlitz;

Figur 4

eine Seitenansicht des Sinterrotors aus Figur 3 von rechts;

Figur 5

eine Seitenansicht des Sinterrotors aus Figur 3 von links;

Figur 6

eine Matrize zur Herstellung des Sinterrotors aus den Figuren 1 bis 5 im Horizontalschnitt;

Figur 7

die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie VII-VII in Figur 6;

Figuren

schematische Darstellungen eines Verfahrens zum Herstellen eines

8 bis 13

Sinterrotors, wie er in den Figuren 1 bis 5 dargestellt ist, in verschiedenen Verfahrensschritten und

Figur 14

die Ansicht eines Querschnitts an einer Stelle XIV in Figur 1.

Der erfindungsgemäße Sinterrotor ist Teil einer Vakuumpumpe, insbesondere einer Flügelzellenpumpe, die dazu dient, zum Beispiel in einem Unterdruckraum eines Bremskraftverstärkers, ein Vakuum zu erzeugen. Der Sinterrotor wird zum Beispiel über eine Antriebswelle angetrieben und führt einen Flügel, der innerhalb eines Hubrings drehbar angeordnet ist. Wenn sich der Sinterrotor um seine Drehachse dreht, dann kommt es in einem Saugraum zu einer Volumenvergrößerung, die ein Ansaugen eines Arbeitsmediums, insbesondere von Luft beziehungsweise einem Luft-Öl-Gemisch, in den Saugraum bewirkt. Gleichzeitig kommt es in einem Druckraum zu einer Volumenabnahme, die ein Fördern des Arbeitsmediums aus dem Druckraum bewirkt.

In den Figuren 1 bis 5 ist Rotorgrundkörper 1 in verschiedenen Ansichten dargestellt. An einem Ende weist der Rotorgrundkörper 1 ein Kopplungselement 2 auf, das zum Beispiel als Zweiflach ausgeführt ist und zur antriebsmäßigen Kopplung des Rotorgrundkörpers 1 und der (nicht dargestellten) Antriebswelle dient.

Auf das Kopplungselement 2 folgt ein Lagerabschnitt 4, der außen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels aufweist. Der Lagerabschnitt 4 ist einstückig mit einem Flügelaufnahmeabschnitt 5 verbunden, der ebenfalls im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders aufweist, der in Längsrichtung durch einen Flügelaufnahmeschlitz 6 unterbrochen ist. Der Flügelaufnahmeschlitz 6 ist an einer Stirnseite durch den Lagerabschnitt 4 begrenzt, der einen geringeren Durchmesser als der Flügelaufnahmeabschnitt 5 aufweist.

An seiner entgegengesetzten Stirnseite ist der Flügelaufnahmeschlitz durch einen Lagerkörper 10 geschlossen, der einstückig mit dem Rotorgrundkörper 1 verbunden ist. Der Lagerkörper 10 hat im Wesentlichen die Gestalt eines Rings mit einem rechteckigen Querschnitt. Der Lagerkörper 10 weist radial außen einen weiteren Lagerabschnitt 12 auf, der im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders aufweist. Der weitere Lagerabschnitt 12 ermöglicht zusammen mit dem Lagerabschnitt 4 eine besonders stabile Lagerung des insgesamt mit 20 bezeichneten Sinterrotors. Der Flügelabschnitt 5 erstreckt sich zwischen den beiden Lagerabschnitten 4 und 12. Im Bereich des Flügelaufnahmeschlitzes 6 weist der Lagerkörper 10 zwei nutartige Vertiefungen 15, 16 auf.

In den Schnittansichten der Figuren 2 und 3 sieht man, dass der Rotorgrundkörper 1 in dem Lagerabschnitt 4 einen zentralen Ölzuführkanal 22 aufweist, der sich in Richtung einer Längsbeziehungsweise Rotationsachse 21 des Rotorgrundkörpers 1 beziehungsweise Rotors 20 erstreckt. Der zentrale Ölzuführkanal 22 steht über einen Verbindungskanal 23 mit einem Querkanal 24 in Verbindung, der radial außen in eine an dem Lagerabschnitt 4 ausgebildete Lagerfläche mündet. Der Rotor 20 umfasst in dem Flügelaufnahmeaufschnitt 5 eine zentrale Ausnehmung 26, die zu dem Lagerabschnitt 4 hin geschlossen und zu dem Lagerkörper 10 offen ist.

In den Figuren 6 und 7 ist eine Matrize 30 zur Herstellung des Sinterrotors 20 in zwei verschiedenen Ansichten dargestellt. Die Matrize 30 weist einen rohrartigen, zylinderförmigen Grundkörper 31 auf, der innen zwei Längsstege 32, 33 aufweist, die zur Bildung des Flügelaufnahmeschlitzes 6 in dem Rotorgrundkörper 1 dienen. Die beiden Längsstege 32, 33 sind an den rohrartigen Grundkörper 31 der Matrize 30 angeformt. An dem in Figur 7 oberen Ende der Matrize 30 sind die Längsstege 32, 33 durch einen Absatz 34 begrenzt, der einen Ringraum 35 zur Bildung des Lagerkörpers 10 bildet.

In den Figuren 8 bis 13 ist die Matrize 30 vereinfacht und schematisch bei der Herstellung des Sinterrotors 20, insbesondere beim Füllen, Verschieben und Verdichten, dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Figur 8 ist die Matrize 30 beim Befüllen dargestellt. Über einen Stutzen 40 wird Sintermetallpulver 41 in das Innere der Matrize 30 eingefüllt. In der Matrize 30 ist ein Füllvolumen 42 durch Stempel 44, 45, 46 begrenzt, die von unten, das heißt von der der Füllseite entgegengesetzten Seite, in die Matrize 30 eingefahren sind. Der Stempel 44 hat die Gestalt eines geraden Vollzylinders, der an seinem freien Ende einen Dorn 47 aufweist, der einen geringeren Außendurchmesser als der Stempel 44 aufweist.

Der Stempel 44 ist in einem weiteren Stempel 45 hin und her bewegbar geführt, der innen hohl ausgebildet ist. Der Stempel 45 wiederum ist in einem weiteren Stempel 46 hin und her bewegbar geführt, der ebenfalls innen hohl ausgebildet ist. Da der Stempel 44 zentral in der. Mitte der Matrize 30 angeordnet ist, wird der Stempel 44 auch als zentraler Stempel bezeichnet. Der Stempel 45 wird auch als mittlerer Stempel bezeichnet. Der Stempel 46 wird auch als äußerer Stempel bezeichnet.

Der Bereich des späteren Flügelaufnahmeschlitzes ist im Bereich außerhalb der Stege beziehungsweise Längsstege (32, 33 in den Figuren 6 und 7) der Matrize 30 mit Sinterpulver gefüllt, wie bei 48 und 49 angedeutet ist. Die mit Sintermetallpulver gefüllten Bereiche 48, 49 sind in Längsrichtung, das heißt parallel zur Drehachse des Sinterrotors, unten von dem Stempel 46 und oben von dem Ringraum 35 begrenzt, der durch den Absatz (34 in Figur 7) am Ende der Längsstege (32, 33 in Figur 7) der Matrize 30 gebildet wird.

In Figur 9 ist die Matrize 30 vor beziehungsweise bei dem Start eines Verschiebens beziehungsweise eines Transfers des Sintermetallpulvers 42 in der Matrize 30 dargestellt. Die unten bereits durch die Stempel 44, 45 und 46 verschlossene Matrize 30 wird vor dem Start des Pulvertransfers oben, das heißt an ihrem füllseitigen Ende, durch drei füllseitige Stempel 51, 52, 53 verschlossen. Der Stempel 51 ist zentral in der Mitte angeordnet und wird daher auch als zentraler Stempel 51 bezeichnet. Der Stempel 52, der auch als mittlerer Stempel bezeichnet wird, ist innen zur Aufnahme und Führung des zentralen Stempels 51 hohl ausgeführt. Der äußere Stempel 53 ist zur Aufnahme des Stempels 52 mit dem Stempel 51 innen ebenfalls hohl ausgeführt.

Beim Pulvertransfer, der in Figur 10 dargestellt ist, bewegen sich der füllseitige zentrale Stempel 51 und der füllseitige mittlere Stempel 52 in das Füllvolumen beziehungsweise Transfervolumen 42 hinein, das heißt nach unten. Gleichzeitig bewegen sich der untere zentrale Stempel 44 und der untere mittlere Stempel 45 aus dem Füllvolumen 42 heraus, das heißt ebenfalls nach unten.

In Figur 11 ist das Ende des Pulvertransfers dargestellt. Am Ende des Pulvertransfers sind die füllseitigen Stempel 51 und 52 über die Mitte der Matrize 30 hinaus in das Füllvolumen 42 eingefahren. Die unteren Stempel 44 und 45 sind jeweils nur noch mit ihrer Spitze in der Matrize 30 angeordnet. Die äußeren Stempel 46 und 53 haben ihre Position bis zum Ende des Pulvertransfers in Figur 11 nicht verändert.

In den Figuren 12 und 13 sind der Start und das Ende eines Verdichtungsvorgangs dargestellt, in welchem das Füllvolumen 42, vorzugsweise unter Temperatureinwirkung, zu der endgültigen Gestalt des Sinterrotors 20 verdichtet wird. In Figur 12 ist angedeutet, dass alle drei unteren Stempel 44 bis 46 beim Verdichten weit in die Matrize 30 hinein bewegt werden. Dabei bewegen sich die füllseitigen Stempel 51, 52 nach oben. Gleichzeitig bewegt sich der füllseitige äußere Stempel 53 geringfügig nach unten, um den Ringraum 35 zur Bildung des Lagerkörpers zu verdichten. Bis zum Ende der Verdichtung in Figur 12 bewegen sich der füllseitige äußere Stempel 53 und die unteren Stempel 44 bis 46 noch weiter aufeinander zu. Gleichzeitig bewegen sich die füllseitigen Stempel 51 und 52 weiter nach oben.

Durch die vorliegende Erfindung wird auf einfache Art und Weise die Herstellung eines Sinterrotors mit zwei Lagerstellen aus Sintermetall ermöglicht. Ein wesentlicher Vorteil ist, dass der Flügelaufnahmeschlitz (6 in Figur 1) fertigfallend beziehungsweise werkzeugfallend realisiert wird. Der zweite Lagerabschnitt (12 in Figur 1) ist am Pressrohteil endkonturnah angeordnet. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Kombination eines werkzeugfallenden beziehungsweise fertigfallenden, am Ende durch einen Lagerring geschlossenen Flügelaufnahmeschlitzes bei gleichzeitig minimalem Zerspanungsvolumen ermöglicht. Der erfindungsgemäße Sinterrotor wird längs zur Drehachse (21 in Figur 3) des Sinterrotors gepresst, wie in den Figuren 12 und 13 dargestellt ist.

In Figur 14 ist ein Querschnitt an der Stelle XIV in Figur 1 dargestellt. In dem Querschnitt sieht man einen Teil des Flügelaufnahmeschlitzes in dem Flügelaufnahmeabschnitt 5 des Rotorgrundkörpers 1. Die Kontur des Flügelaufnahmeschlitzes 6 in dem Rotorgrundkörper 1 wird radial außen durch den Steg 33 erzeugt, der an der Matrize 30 ausgebildet ist. Radial innen wird der Flügelschlitz 6 durch den Stempel 52 erzeugt, der beim Pulvertransfer in die Matrize 30 hineinfährt.

Die Trennebene zwischen dem Stempel 52 und dem Längsstege 33 ist durch eine Linie 60 angedeutet. An den Enden der Trennebene 60 ist in dem Rotorgrundkörper 1 jeweils eine Längsnut 61, 62 ausgespart. Die Längsnuten 61, 62 dienen dazu, beim Verdichten des Sintermetallpulver entstehenden Pressgrat im Flügelschlitz 6 aufzunehmen. Der Pressgrat wird auch als Werkzeugtrenngrat bezeichnet.

Durch das Versenken des Werkzeugtrenngrats in den Längsnuten 61, 62 kann ein unerwünschtes Verklemmen eines Flügels der Vakuumpumpe in dem Flügelaufnahmeschlitz 6 verhindert werden, ohne dass die Dichtwirkung zwischen Flügel und Flügelaufnahmeschlitz beeinträchtigt wird.

Durch die an den Enden des Sinterrotors 20 geschlossene Geometrie des Flügelaufnahmeschlitzes 6 kann eine größere Maßstabilität erhalten werden, da ein unerwünschtes Aufspreizen des Flügelaufnahmeschlitzes verhindert wird. Darüber hinaus kann ein zusätzlicher Arbeitsgang Kalibrieren bei dem pulvermetalllogischen Herstellungsprozess eingespart werden. 1 Rotorgrundkörper 46 Stempel 2 Kopplungselement 47 Dorn 4 Lagerabschnitt 48 Bereich 5 Flügelaufnahmeabschnitt 49 Bereich 6 Flügelaufnahmeschlitz 51 Stempel 10 Lagerkörper 52 Stempel 12 Lagerabschnitt 53 Stempel 15 Vertiefung 60 Linie 16 Vertiefung 61 Längsnut 20 Sinterrotor 62 Längsnut 21 Rotationsachse 22 Ölzuführkanal 23 Verbindungskanal 24 Querkanal 26 Ausnehmung 30 Matrize 31 Grundkörper 32 Längssteg 33 Längssteg 34 Absatz 35 Ringraum 40 Stutzen 41 Sintermetallpulver 42 Füllvolumen 44 Stempel 45 Stempel