DE102017117787A1 - Adjustable external gear pump - Google Patents
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Abstract
Außenzahnradpumpe mit regelbarem Fördervolumen, umfassend
a) ein Gehäuse (3, 6),
b) eine in dem Gehäuse (3, 6) gebildete Förderkammer mit einem Einlass (4) für ein Fluid auf einer Niederdruckseite und einem Auslass (5) für das Fluid auf einer Hochdruckseite der Pumpe,
c) zumindest einen in der Förderkammer um eine Drehachse (R2) drehbaren Förderrotor (2),
d) zumindest ein zu einer Stirnseite des Förderrotors (2) angeordnetes Stellglied (15, 16), das für die Verstellung des Fördervolumens in dem Gehäuse (3, 6) axial hin und her bewegbar ist,
e) und zumindest eine in dem Gehäuse (3, 6) als Gleitfläche (3a, 3b, 6b) gebildete Laufbahn, die das Stellglied (15, 16) an zumindest einer Gleitfläche (15a, 16a) des Stellglieds (15, 16) in einem Gleitkontakt führt,wobei das Stellglied (15, 16) in Richtung seiner Bewegbarkeit mit einer Stellkraft beaufschlagt oder beaufschlagbar ist und
f) ein Sinterteil aus Sintermaterial umfasst und/oder durch ein Sinterteil aus Sintermaterial gebildet ist.
a) a housing (3, 6),
b) a delivery chamber formed in the housing (3, 6) with an inlet (4) for a fluid on a low-pressure side and an outlet (5) for the fluid on a high-pressure side of the pump,
c) at least one conveying rotor (2) rotatable in the delivery chamber about a rotation axis (R2),
d) at least one actuator (15, 16) arranged on an end face of the conveyor rotor (2) and movable axially to adjust the delivery volume in the housing (3, 6),
e) and at least one in the housing (3, 6) as a sliding surface (3a, 3b, 6b) formed track, the actuator (15, 16) on at least one sliding surface (15a, 16a) of the actuator (15, 16) in a sliding contact leads, wherein the actuator (15, 16) is acted upon or acted upon in the direction of its mobility with a restoring force and
f) comprises a sintered sintered part and / or is formed by a sintered sintered part.
Description
Die Erfindung betrifft eine Außenzahnradpumpe mit verstellbarem, vorzugsweise regelbarem Fördervolumen, eine Verstelleinheit der Außenzahnradpumpe und ein Verfahren zur Herstellung der Außenzahnradpumpe. Die Außenzahnradpumpe kann insbesondere als Schmierölpumpe für die Schmierölversorgung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, verwendet werden. Vorteilhaft wird die Außenzahnradpumpe als Schmierölpumpe für die Schmierölversorgung eines Personenkraftfahrzeugmotors oder eines Nutzkraftfahrzeugmotors verwendet.The invention relates to an external gear pump with adjustable, preferably adjustable delivery volume, an adjustment of the external gear pump and a method for producing the external gear pump. The external gear pump can be used in particular as a lubricating oil pump for the lubricating oil supply of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle engine. Advantageously, the external gear pump is used as a lubricating oil pump for the lubricating oil supply of a passenger vehicle engine or a commercial vehicle engine.
Schmierölpumpen von Kraftfahrzeugen werden in Abhängigkeit von der Drehzahl des mit Schmieröl zu versorgenden Motors angetrieben, üblicherweise direkt oder über ein mechanisches Getriebe vom Motor. Die Drehzahl der Pumpe steigt dementsprechend mit der Drehzahl des Motors. Da Rotationspumpen ein konstantes spezifisches Fördervolumen haben, d. h. pro Umdrehung bei jeder Drehzahl im Wesentlichen die gleiche Flüssigkeitsmenge fördern, steigt das Fördervolumen proportional mit der Pumpendrehzahl. Der Bedarf des Motors steigt bis zu einer gewissen Grenzdrehzahl ebenfalls in etwa proportional zur Motordrehzahl, knickt nach Erreichen der Grenzdrehzahl jedoch ab oder flacht zumindest ab, so dass die Rotationspumpe bei Überschreiten der Grenzdrehzahl über den Bedarf fördert. Um die überschüssige Fördermenge nicht verlustbehaftet in ein Reservoir leiten zu müssen, wurden verstellbare Rotationspumpen entwickelt. Verstellbare Außenzahnradpumpen sind für ihre Robustheit bekannt. Die Pumpen umfassen jeweils ein axial hin und her bewegbares Stellglied. Bei außenachsigen Zahnradpumpen wird die axiale Eingriffslänge zweier Zahnräder verstellt. Für die Verstellung wird das Stellglied mit einer Stellkraft beaufschlagt, beispielsweise unmittelbar mit der Hochdruckflüssigkeit. Der Stellkraft kann eine weitere Stellkraft, beispielsweise eine Federkraft und/oder ein Flüssigkeitsdruck, entgegenwirken.Automotive fuel oil pumping is driven as a function of the speed of the engine to be supplied with lubricating oil, usually directly or via a mechanical transmission from the engine. The speed of the pump increases accordingly with the speed of the motor. Since rotary pumps have a constant specific delivery volume, i. H. per revolution at each speed deliver substantially the same amount of fluid, the delivery volume increases proportionally with the pump speed. The demand of the engine increases up to a certain limit speed also approximately proportional to the engine speed, but kinks after reaching the limit speed or at least flattens, so that the rotary pump promotes exceeding the limit speed above demand. In order to manage the excess flow rate lossy in a reservoir, adjustable rotary pumps have been developed. Adjustable external gear pumps are known for their robustness. The pumps each include an axially reciprocable actuator. For external gear pumps, the axial engagement length of two gears is adjusted. For adjusting the actuator is subjected to a force, for example, directly with the high pressure fluid. The actuating force can counteract a further actuating force, for example a spring force and / or a fluid pressure.
Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine besonders robuste, verstellbare Außenzahnradpumpe mit einer hohen Laufzeit und damit einer hohen Lebensdauer bereitzustellen.It is a particular object of the invention to provide a particularly robust, adjustable external gear pump with a long service life and thus a long service life.
Diese Aufgabe wird durch die Außenzahnradpumpe gemäß dem Anspruch 1, der Verstelleinheit gemäß dem Anspruch 24 und dem Verfahren gemäß dem Anspruch 26 gelöst.This object is achieved by the external gear pump according to claim 1, the adjusting unit according to claim 24 and the method according to claim 26.
Die Erfindung betrifft eine Außenzahnradpumpe mit regelbarem Fördervolumen, welche ein Gehäuse umfasst. In dem Gehäuse ist eine Förderkammer mit einem Einlass für ein Fluid auf einer Niederdruckseite und einem Auslass für das Fluid auf einer Hochdruckseite der Pumpe gebildet. Außerdem umfasst die Außenzahnradpumpe einen in der Förderkammer um eine Drehachse drehbaren Förderrotor und ein zu einer Stirnseite des Förderrotors angeordnetes Stellglied, das für die Verstellung des Fördervolumens in dem Gehäuse axial hin und her bewegbar ist. Hierbei bezieht sich die axiale Richtung auf die Drehachse des Förderrotors. Das Stellglied ist in Richtung seiner Bewegbarkeit mit einer von dem Bedarf eines mit dem Fluid zu versorgenden Verbrauchers abhängigen Stellkraft beaufschlagbar.The invention relates to an external gear pump with adjustable delivery volume, which comprises a housing. In the housing, a delivery chamber is formed with an inlet for a fluid on a low pressure side and an outlet for the fluid on a high pressure side of the pump. In addition, the external gear pump comprises a conveying rotor rotatable in the conveying chamber about an axis of rotation and an actuator arranged on an end face of the conveying rotor which is axially movable back and forth for adjusting the delivery volume in the housing. Here, the axial direction refers to the axis of rotation of the conveyor rotor. The actuator is acted upon in the direction of its mobility with a dependent on the need for a consumer to be supplied with the fluid actuating force.
Das Gehäuse weist eine als Gleitfläche gebildete Laufbahn auf, die das Stellglied an einer Gleitfläche des Stellglieds in einem Gleitkontakt führt. Das Stellglied und/oder das Gehäuse umfasst ein Sinterteil aus Sintermaterial auf und/oder ist durch ein Sinterteil aus Sintermaterial gebildet. Es können mehrere solcher Sinterteile in der Außenzahnradpumpe vorhanden sein, beispielsweise können das Gehäuse und das Stellglied jeweils ein Sinterteil umfassen. Das Wort „umfasst“ ist hier in der Bedeutung von „enthält“, „beinhaltet“, „besteht aus“ und „ist“ zu verstehen. Das Sinterteil bildet wenigstens eine der Gleitflächen des Gehäuses oder des Stellglieds. Das Sinterteil weist vorzugsweise oberflächennahe, geöffnete Poren auf, die ein Schmiermittel, insbesondere ein durch die Außenzahnradpumpe gefördertes Fluid und/oder ein zur Verstellung der Fördermenge genutztes Fluid, aufnehmen können und dadurch Schmiertaschen bilden. Durch diese Poren verbessert sich die Schmierung der Gleitflächen, wodurch ein Verschleiß reduziert werden kann.The housing has a raceway formed as a sliding surface, which leads the actuator to a sliding surface of the actuator in a sliding contact. The actuator and / or the housing comprises a sintered material sintered part and / or is formed by a sintered material sintered part. There may be a plurality of such sintered parts in the external gear pump, for example, the housing and the actuator may each comprise a sintered part. As used herein, the word "comprising" means "contains," "includes," "consists of," and "is." The sintered part forms at least one of the sliding surfaces of the housing or the actuator. The sintered part preferably has near-surface, open pores, which can receive a lubricant, in particular a fluid conveyed by the external gear pump and / or a fluid used for adjusting the flow, and thereby form lubricating pockets. These pores improve the lubrication of the sliding surfaces, which can reduce wear.
Vorteilhaft ist das Sinterteil wenigstens im Bereich der Gleitflächen oberflächenverdichtet und/oder oberflächengehärtet und/oder mit einer höheren Druckeigenspannung versehen, wodurch die Gleitflächen robuster ausgestaltet werden können. Alternativ weist das Sinterteil eine Beschichtung auf, die die Gleitfläche des Gehäuses oder des Stellglieds bildet, wodurch eine besonders vorteilhafte Gleitpaarung realisiert werden kann. Grundsätzlich ist es denkbar, dass zumindest eine der Gleitflächen durch das Sinterteil gebildet ist und zumindest eine andere Gleitfläche durch die Beschichtung gebildet ist.The sintered part is advantageously surface-compacted and / or surface-hardened at least in the region of the sliding surfaces and / or provided with a higher compressive residual stress, as a result of which the sliding surfaces can be made more robust. Alternatively, the sintered part has a coating which forms the sliding surface of the housing or the actuator, whereby a particularly advantageous sliding pair can be realized. In principle, it is conceivable that at least one of the sliding surfaces is formed by the sintered part and at least one other sliding surface is formed by the coating.
Ein die Gleitfläche des Gehäuses bildendes Sinterteil kann durch ein Verfahren der Urformung, insbesondere durch Pressen und Sintern, in einem Stück gefertigt sein. Es kann ebenso aus mehreren durch Fügen verbundenen Einzelteilen gefertigt sein. Gehäuse von Außenzahnradpumpen umfassen typischerweise ein Gehäuseteil, das eine Umfangswand der Förderkammer bildet, und einen mit diesem Gehäuseteil lösbar verbundenen Deckel, der die Förderkammer an einer Stirnseite verschließt. Das die Umfangswand bildende Gehäuseteil kann weitere Funktionen erfüllen, beispielsweise den Einlass und/oder Auslass in die Förderkammer bilden sowie einen oder mehrere Zuführkanäle zum Einlass und/oder ein oder mehrere mit dem Auslass verbundene Abführkanäle aufweisen. Solch ein Gehäuseteil kann selbst aus mehreren vorgefertigten Gehäusestrukturen als gefügtes Gehäuseteil bereitgestellt werden. Typischerweise wird ein derartiges Gehäuseteil jedoch in einem Stück gefertigt, beispielsweise als Metallgussteil. Wird die Gleitfläche des Gehäuses von einem erfindungsgemäßen Sinterteil gebildet, kann solch ein Sinterteil insbesondere durch Pressen und Sintern als Buchse geformt und in das besagte Gehäuseteil eingesetzt und mit dem Gehäuseteil unbeweglich verbunden sein. Ein Verbund aus einem in Metallguss ausgeführten Gehäuseteil und einer in diesem Gehäuseteil aufgenommenen Sinterbuchse, die an ihrem Innenumfang zusätzlich oberflächenverdichtet und/oder oberflächengehärtet und/oder beschichtet und/oder mit einer höheren Druckeigenspannung versehen sein kann, kann eine Ausgestaltung in Ausführungen darstellen, in denen das Gehäuse eine erfindungsgemäße Gleitfläche aufweist.A sintered part forming the sliding surface of the housing can be manufactured in one piece by a method of primary shaping, in particular by pressing and sintering. It can also be made of several joined by joining items. Housings of external gear pumps typically comprise a housing part, which forms a peripheral wall of the delivery chamber, and a lid releasably connected to this housing part, which closes the delivery chamber at an end face. The housing part which forms the peripheral wall can fulfill further functions, for example form the inlet and / or outlet in the delivery chamber, as well as one or more have multiple feed channels to the inlet and / or one or more outlet channels connected to the outlet. Such a housing part can itself be made available from a plurality of prefabricated housing structures as a joined housing part. Typically, however, such a housing part is manufactured in one piece, for example as a metal casting. If the sliding surface of the housing is formed by a sintered part according to the invention, such a sintered part can be shaped in particular by pressing and sintering as a bushing and inserted into the said housing part and immovably connected to the housing part. A composite of a cast metal part in a housing part and a received in this housing part Sinterbuchse which may be additionally surface-densified and / or surface hardened and / or coated and / or provided with a higher compressive residual stress on its inner circumference, may represent an embodiment in embodiments in which the housing has a sliding surface according to the invention.
Vorzugsweise ist das Stellglied ein Stellkolben, beispielsweise ein zylindrischer Stellkolben, vorzugsweise mit runden, beispielsweise kreiszylindrischen Umfangflächen. Vorzugsweise hat das Stellglied einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser in radialer Richtung zur Drehachse des Förderrotors. Das Stellglied kann an einer Stirnseite mit dem Fluid der Hochdruckseite und/oder einer Federkraft beaufschlagbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann es an derselben Stirnseite mit einem Regeldruck beaufschlagbar sein, der durch das Fluid auf die Stirnseite wirkt.Preferably, the actuator is an actuating piston, for example a cylindrical actuating piston, preferably with round, for example, circular cylindrical peripheral surfaces. Preferably, the actuator has a substantially constant diameter in the radial direction to the axis of rotation of the conveyor rotor. The actuator may be acted upon on one end face with the fluid of the high pressure side and / or a spring force. Alternatively or additionally, it can be acted upon on the same end face with a control pressure, which acts through the fluid on the front side.
Das Stellglied ist vorteilhaft wenigstens teilweise hohl ausgebildet. Das Stellglied kann eine oder mehrere Ausnehmungen aufweisen, vorzugsweise auf der mit dem Fluid der Hochdruckseite beaufschlagbaren Stirnseite. Diese Ausnehmung(en) dient/dienen insbesondere der Gewichtsersparnis, wobei die Beaufschlagbarkeit des Stellglieds mit dem Fluid der Hochdruckseite und eine ausreichende mechanische Stabilität des Stellglieds erhalten bleibt. Die Ausnehmung(en) kann/können derart gestaltet sein, dass sie insgesamt zumindest 20%, vorteilhaft zumindest 30% und besonders vorteilhaft zumindest 50% des Volumens eines das Stellglied virtuell ein- oder umhüllenden Körpers einnimmt/einnehmen. Der virtuell ein- oder umhüllende Körper ist als Körper zu verstehen, der an den Außenflächen des Stellglieds anliegt, jedoch die Ausnehmung(en) überspannt. Er ist somit eine das Stellglied virtuell außen umhüllende dreidimensionale Geometrie ohne die Ausnehmung(en). Der umhüllende Körper weist mit Ausnahme der Ausnehmung(en) alle Geometriemerkmale des Stellglieds auf. Beispielsweise hat der virtuelle Körper die Form des Stellglieds vor Einbringung der Ausnehmung(en), wenn das Stellglied nicht in einem Verfahren der Urformung mit der/den Ausnehmung(en) versehen wird und die Ausnehmung(en) nachträglich eingebracht wird/werden, beispielsweise durch Bohren oder Fräsen.The actuator is advantageously at least partially hollow. The actuator may have one or more recesses, preferably on the acted upon by the fluid of the high pressure side end face. This recess (s) is / are used in particular to save weight, wherein the ability to act on the actuator with the fluid of the high pressure side and a sufficient mechanical stability of the actuator is maintained. The recess (s) can be configured such that they occupy / occupy a total of at least 20%, advantageously at least 30% and particularly advantageously at least 50% of the volume of a body virtually enclosing or enclosing the actuator. The virtually enveloping or enclosing body is to be understood as a body which bears against the outer surfaces of the actuator, but spans the recess (s). It is thus a three-dimensional geometry surrounding the actuator virtually outside without the recess (s). The enveloping body has all the geometry features of the actuator except for the recess (s). For example, the virtual body has the shape of the actuator prior to insertion of the recess (s), if the actuator is not provided in a process of Urformung with the recess (s) and the recess (s) is introduced later, for example Drilling or milling.
Eine Wandstärke des die zumindest eine Ausnehmung aufweisenden Stellglieds kann in radialer Richtung zur Drehachse des Förderrotors weniger als 50%, vorteilhaft weniger als 40% und besonders vorteilhaft weniger als 25% eines größten Durchmessers des Stellglieds in radialer Richtung zur Drehachse des Förderrotors haben. Die Wandstärke des Stellglieds wird hierbei also in radialer Richtung zur Drehachse des Förderrotors gemessen. Dieses Merkmal kann insbesondere dann verwirklicht werden, wenn lediglich eine im radialen Zentrum des Stellglieds verlaufende Ausnehmung vorhanden ist. Die Ausnehmung kann eine zylindrische Form aufweisen, deren Seitenfläche beispielsweise parallel zur Drehachse des Förderrotors verläuft. Die zylindrische Form kann insbesondere eine kreisförmige Grundfläche aufweisen. Vorzugsweise ist die Ausnehmung rotationssymmetrisch zur Drehachse des Förderrotors, insbesondere ein rotationssymmetrischer Zylinder.A wall thickness of the actuator having at least one recess may have less than 50%, advantageously less than 40% and particularly advantageously less than 25% of a maximum diameter of the actuator in the radial direction to the axis of rotation of the conveyor rotor in the radial direction to the axis of rotation of the conveyor rotor. The wall thickness of the actuator is thus measured in the radial direction to the axis of rotation of the conveyor rotor. This feature can be realized in particular when only one recess extending in the radial center of the actuator is present. The recess may have a cylindrical shape whose side surface extends, for example, parallel to the axis of rotation of the conveyor rotor. The cylindrical shape may in particular have a circular base. Preferably, the recess is rotationally symmetrical to the axis of rotation of the conveyor rotor, in particular a rotationally symmetrical cylinder.
Die Außenzahnradpumpe kann ein weiteres Stellglied umfassen, wobei das Stellglied, das weitere Stellglied und der Förderrotor Bestandteil einer in dem Gehäuse als Gesamtheit axial hin und her bewegbaren Verstelleinheit sind. Die Stellglieder sind in einem Beispiel je zu einer der Stirnseiten des Förderrotors angeordnet. Beispielsweise ist in dem Gehäuse eine weitere als Gleitfläche gebildete Laufbahn gebildet, die das weitere Stellglied an einer Gleitfläche des weiteren Stellglieds in einem Gleitkontakt führt. Zum Beispiel umfasst zumindest eines der Stellglieder und/oder das Gehäuse ein Sinterteil, das die Gleitfläche des Gehäuses, des Stellglieds oder des weiteren Stellglieds bildet, und/oder ist oder sind durch ein Sinterteil gebildet.The external gear pump may comprise a further actuator, wherein the actuator, the further actuator and the conveyor rotor are part of an axially displaceable in the housing as a whole back and forth adjusting unit. The actuators are each arranged in an example to one of the end faces of the conveyor rotor. For example, a further formed as a sliding surface raceway is formed in the housing, which leads the further actuator to a sliding surface of the further actuator in a sliding contact. For example, at least one of the actuators and / or the housing includes a sintered part that forms the sliding surface of the housing, the actuator or the further actuator, and / or is formed by a sintered part.
Auch das weitere Stellglied ist zumindest teilweise hohl ausgebildet. Das weitere Stellglied kann eine oder mehrere weitere Ausnehmungen aufweisen, vorzugsweise auf der dem Stellglied entgegengesetzten Seite. Die weitere(n) Ausnehmung(en) können insgesamt zumindest 20%, vorteilhaft zumindest 30% und besonders vorteilhaft zumindest 50% des Volumens eines das weitere Stellglied virtuell umhüllenden Körpers einnehmen. Für diesen virtuell umhüllenden Körper gelten die obigen Ausführungen bezüglich des virtuell umhüllenden Körpers des Stellglieds sinngemäß. In einem Beispiel beträgt eine Wandstärke des weiteren Stellglieds in radialer Richtung zur Drehachse des Förderrotors weniger als 50%, vorteilhaft weniger als 40% und besonders vorteilhaft weniger als 25% eines größten Durchmessers des Stellglieds in radialer Richtung zur Drehachse des Förderrotors.The further actuator is at least partially hollow. The further actuator may have one or more further recesses, preferably on the opposite side of the actuator. The further recess (s) can occupy a total of at least 20%, advantageously at least 30% and particularly advantageously at least 50% of the volume of a body virtually enveloping the further actuator. For this virtually enveloping body, the above statements regarding the virtually enveloping body of the actuator apply mutatis mutandis. In one example, a wall thickness of the further actuator in the radial direction to the axis of rotation of the conveyor rotor is less than 50%, advantageously less than 40% and particularly advantageously less than 25% of a largest diameter of the actuator in the radial direction to the axis of rotation of the conveyor rotor.
Der Stellkraft entgegenwirkend kann ein Elastizitätsglied angeordnet sein. Das Elastizitätsglied kann in zumindest eine der einen oder mehreren weitere Ausnehmungen ragen und innerhalb dieser zumindest einen oder mehreren weiteren Ausnehmungen an dem weiteren Stellglied abgestützt werden. Beispielsweise ist eine einzige weitere Ausnehmung an dem weiteren Stellglied vorhanden und das Elastizitätsglied ragt in diese weitere Ausnehmung hinein. In diesem Beispiel kann es an einer Stirnseite des weiteren Stellglieds abgestützt werden, die in der weiteren Ausnehmung liegt. Das Elastizitätsglied kann auch in mehrere weitere Ausnehmungen im weiteren Stellglied ragen und in einer, mehreren oder allen dieser weiteren Ausnehmungen am weiteren Stellglied abgestützt werden. The adjusting force counteracting a elastic member can be arranged. The elasticity member may protrude into at least one of the one or more further recesses and be supported within the at least one or more further recesses on the further actuator. For example, a single further recess is present on the further actuator and the elasticity member protrudes into this further recess. In this example, it can be supported on an end face of the further actuator, which lies in the further recess. The elasticity member may also protrude into a plurality of further recesses in the further actuator and be supported in one, several or all of these further recesses on the further actuator.
Die Außenzahnradpumpe umfasst in einem Beispiel einen weiteren Förderrotor, der in der Förderkammer um eine weitere Drehachse drehbar ist, wobei die Förderrotoren miteinander in einem Fördereingriff sind. Beispielsweise ist der weitere Förderrotor um eine weitere Drehachse drehbar, die vorzugsweise parallel zur Drehachse des anderen Förderrotors verläuft. Beispielsweise ist das Sinterteil nur in einem Umfangbereich, der dem Fördereingriff abgewandt ist, zur Bildung der Gleitfläche oberflächenverdichtet und/oder oberflächengehärtet und/oder beschichtet und/oder mit einer höheren Druckeigenspannung versehen. Dies beruht insbesondere auf der Überlegung, dass die beiden Förderrotoren sich im Betrieb voneinander weg drücken, da zwischen ihnen ein Teil des Fluids komprimiert wird. Somit wird der Förderrotor, der Teil der Verstelleinheit ist, auf die dem Fördereingriff abgewandte Seite gedrückt. Folglich wird die Gleitfläche auf der dem Fördereingriff abgewandten Seite höher belastet als an anderen Stellen. Somit ist ein insbesondere in diesem Bereich oberflächenverdichtetes und/oder oberflächengehärtetes und/oder beschichtetes und/oder mit einer höheren Druckeigenspannung versehenes Sinterteil vorteilhaft. Das Sinterteil kann auch im gesamten Bereich der Gleitfläche oberflächenverdichtet und/oder oberflächengehärtet und/oder beschichtet und/oder mit einer höheren Druckeigenspannung versehen sein. Es kann auch ausschließlich im Bereich der Gleitfläche oberflächenverdichtet und/oder oberflächengehärtet und/oder beschichtet und/oder mit einer höheren Druckeigenspannung versehen sein. Es kann auch an Bereichen außerhalb der Gleitfläche und/oder an allen Oberflächen des Sinterteils oberflächenverdichtet und/oder oberflächengehärtet und/oder beschichtet und/oder mit einer höheren Druckeigenspannung versehen sein.The external gear pump comprises in one example a further conveying rotor, which is rotatable in the conveying chamber about a further axis of rotation, wherein the conveying rotors are in a conveying engagement with each other. For example, the further conveyor rotor is rotatable about a further axis of rotation, which preferably runs parallel to the axis of rotation of the other conveyor rotor. For example, the sintered part is surface-compacted and / or surface-hardened and / or coated and / or provided with a higher compressive residual stress only in a circumferential region which faces away from the conveying engagement, to form the sliding surface. This is based in particular on the consideration that the two conveyor rotors press away from each other in operation, as between them a part of the fluid is compressed. Thus, the conveyor rotor, which is part of the adjustment, is pressed on the side facing away from the conveying engagement. Consequently, the sliding surface is loaded on the side facing away from the conveying engagement higher than elsewhere. Thus, a sintered part which is surface-compacted in particular in this area and / or surface-hardened and / or coated and / or provided with a higher compressive residual stress is advantageous. The sintered part can also be surface-compacted and / or surface-hardened and / or coated in the entire region of the sliding surface and / or provided with a higher compressive residual stress. It may also be surface-compacted and / or surface-hardened and / or coated exclusively in the area of the sliding surface and / or provided with a higher compressive residual stress. It can also be surface-compacted and / or surface-hardened and / or coated on regions outside the sliding surface and / or on all surfaces of the sintered part and / or provided with a higher compressive residual stress.
Durch die Oberflächenverdichtung und/oder Oberflächenhärtung und/oder Beschichtung und/oder Erhöhung der Druckeigenspannung kann ein Stellglied bereitgestellt werden, das aufgrund der Oberflächenschicht eine hohe Verschleißfestigkeit und aufgrund des Kernbereichs eine hohe Zähigkeit aufweist, wodurch ein kostengünstiges Stellglied mit hoher Dauerfestigkeit bzw. Lebensdauer bereitgestellt werden kann. Das Sinterteil ist vorzugsweise lediglich an seiner Oberfläche verdichtet und/oder gehärtet und/oder mit einer höheren Druckeigenspannung versehen. Beispielsweise kann eine Oberflächenverdichtung durch Nachverdichten des Sinterteils, indem beispielsweise ein Verformen der Oberfläche erfolgt, erfolgen. Zur Erhöhung der Druckeigenspannung kann das Stellglied durch Verdichtungsstrahlen (Shot-Peening), insbesondere durch Kugelstrahlen, behandelt werden. Vorzugsweise werden durch das Verdichtungsstrahlen in die Oberfläche des Sinterteils Druckeigenspannungen eingebracht bzw. induziert. Die Beschichtung des Sinterteils kann aus wenigstens einem aus Kunststoff, Keramik, Nitrid, einer Nickelphosphorverbindung oder einem Gleitlack bestehen oder von einer DLC-Beschichtung, einer Ferroprint-Beschichtung oder einer Nano-Beschichtung gebildet werden.By the surface densification and / or surface hardening and / or coating and / or increasing the compressive residual stress, an actuator can be provided which has a high wear resistance due to the surface layer and a high toughness due to the core region, thereby providing a low-cost actuator with high fatigue life can be. The sintered part is preferably compacted and / or cured only on its surface and / or provided with a higher compressive residual stress. For example, a surface compression by re-densification of the sintered part, for example, by a deformation of the surface takes place, take place. To increase the compressive residual stress, the actuator can be treated by compression peening (shot peening), in particular by shot peening. Preferably, compressive stresses are introduced or induced into the surface of the sintered part by the compaction blasting. The coating of the sintered part may consist of at least one of plastic, ceramic, nitride, a nickel-phosphorus compound or a bonded coating, or be formed by a DLC coating, a Ferroprint coating or a nano-coating.
Der oberflächenverdichtete und/oder oberflächengehärtete und/oder beschichtete und/oder der mit einer höheren Druckeigenspannung versehene Bereich weist beispielsweise eine Oberflächenschicht bis in eine Tiefe von 0.1mm oder tiefer, vorzugsweise 0.2mm oder tiefer, auf. Die Dichte und/oder die Härte und/oder die Druckeigenspannung der Oberflächenschicht ist höher als die Dichte eines unter der Oberflächenschicht liegenden Kernbereichs. Die Dichte der Oberflächenschicht ist beispielsweise um wenigstens 0.2g/cm3 höher, vorzugsweise um wenigstens 0.3g/cm3 höher als die Dichte des Kernbereichs. Die Dichte des Kernbereichs beträgt zum Beispiel weniger als etwa 2.7 g/cm3. In einem Beispiel ist die Dichte und/oder die Härte und/oder die Druckeigenspannung der Oberflächenschicht wenigstens 5%, vorzugsweise wenigstens 10% höher als die Dichte des Kernbereichs. Bei einer Beschichtung weist die Oberflächenschicht andere Gleiteigenschaft auf als der Kernbereich.The surface-densified and / or surface-hardened and / or coated and / or provided with a higher compressive residual area, for example, has a surface layer to a depth of 0.1mm or lower, preferably 0.2mm or lower on. The density and / or hardness and / or compressive residual stress of the surface layer is higher than the density of a core region underlying the surface layer. The density of the surface layer is, for example, at least 0.2 g / cm 3 higher, preferably at least 0.3 g / cm 3 higher than the density of the core region. The density of the core region is, for example, less than about 2.7 g / cm 3 . In one example, the density and / or the hardness and / or the compressive residual stress of the surface layer is at least 5%, preferably at least 10% higher than the density of the core region. In a coating, the surface layer has a different sliding property than the core region.
Das Sinterteil wird aus einem Pulvermaterial, beispielsweise einem Kunststoffpulver oder Keramikpulver oder vorzugsweise aus einem Metallpulver, durch Pressen und Sintern hergestellt. Der Begriff „Sinterteil“ umfasst dementsprechend aus einem Pulvermaterial durch Pressen und Sintern hergestellte Werkstücke.The sintered body is made of a powder material, for example, a plastic powder or ceramic powder or preferably a metal powder, by pressing and sintering. The term "sintered part" accordingly comprises workpieces made of a powder material by pressing and sintering.
Das Sinterteil ist vorteilhaft pulvermetallurgisch durch Pressen und Sintern hergestellt. Vorzugsweise ist das Sinterteil als ein Sintermetallteil ausgebildet. Das Sintermaterial kann ein Leichtmetall sein oder enthalten, vorzugsweise Aluminium oder eine Al-Basislegierung. Es kann insbesondere eine Al-Basislegierung sein, die Silizium und vorzugsweise wenigstens eines aus Kupfer und Eisen enthält. Alternativ kann das Sintermaterial auch Kunststoff oder Keramik sein oder enthalten. Das Sinterteil kann als ein Sinterkunststoffteil oder als ein Sinterkeramikteil ausgebildet sein.The sintered part is advantageously produced by powder metallurgy by pressing and sintering. Preferably, the sintered part is formed as a sintered metal part. The sintered material may be a light metal or contain, preferably aluminum or an Al-based alloy. It may in particular be an Al-based alloy containing silicon and preferably at least one of copper and iron. Alternatively, the sintered material and plastic or Be or be ceramic. The sintered part may be formed as a sintered plastic part or as a sintered ceramic part.
Das Stellglied und das weitere Stellglied sind in einer beispielhaften Ausführungsform durch einen Lagerzapfen in axialer Richtung der Drehachse zur Bildung einer Lagereinheit fest miteinander verbunden. Sie können durch den Lagerzapfen auch drehfest miteinander verbunden sein. Der Förderrotor kann auf dem Lagerzapfen um die Drehsachse drehbar gelagert sein.The actuator and the further actuator are connected in an exemplary embodiment by a journal in the axial direction of the axis of rotation to form a bearing unit firmly together. You can also be rotatably connected by the journal. The conveyor rotor may be rotatably mounted on the bearing pin about the rotation axis.
Ein Gefüge aus Sintermaterial, insbesondere ein pulvermetallurgisch durch Pressen und Sintern hergestelltes Gefüge aus Sintermaterial, kann das Gehäuse bilden. Solch ein Gefüge kann auch das Stellglied und/oder das weitere Stellglied und/oder die Lagereinheit bilden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Gehäuse, das Stellglied, das weitere Stellglied und/oder die Lagereinheit das Sinterteil mit oberflächenverdichteten und/oder oberflächengehärteten und/oder beschichteten und/oder mit einer höheren Druckeigenspannung versehenen Bereich(en) ist/sind.A structure of sintered material, in particular a powder metallurgically produced by pressing and sintering structure of sintered material, can form the housing. Such a structure may also form the actuator and / or the further actuator and / or the bearing unit. This is particularly advantageous if the housing, the actuator, the further actuator and / or the bearing unit is the sintered part with surface-densified and / or surface-hardened and / or coated and / or provided with a higher compressive residual area (s) is / are.
Die Erfindung betrifft auch eine Verstelleinheit für eine oben beschriebene Außenzahnradpumpe. Die Verstelleinheit weist ein Stellglied und ein Lagerzapfen, der mit dem Stellglied verbunden oder verbindbar ist, auf, wobei das Stellglied und/oder der Lagerzapfen ein Sinterteil aus Sintermaterial umfasst und/oder durch ein Sinterteil aus Sintermaterial gebildet ist. Das Stellglied und/oder der Lagerzapfen ist oberflächenverdichtet und/oder oberflächengehärtet und/oder beschichtet und/oder mit einer höheren Druckeigenspannung versehen. Das Sinterteil ist vorteilhaft pulvermetallurgisch durch Pressen und Sintern hergestellt.The invention also relates to an adjusting unit for an external gear pump described above. The adjusting unit has an actuator and a bearing journal which is connected or connectable to the actuator, wherein the actuator and / or the bearing journal comprises a sintered sintered part and / or is formed by a sintered material sintered part. The actuator and / or the journal is surface-compacted and / or surface-hardened and / or coated and / or provided with a higher compressive residual stress. The sintered part is advantageously produced by powder metallurgy by pressing and sintering.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Außenzahnradpumpe. In diesem Verfahren wird zunächst das Gehäuse und/oder das Stellglied und/oder die Lagereinheit und/oder das weitere Stellglied aus einem Sinterpulver zu einem Grünling gepresst. Anschließend wird der Grünling zu einem Sinterrohling gesintert. Der Sinterrohling wird an zumindest einer die Gleitfläche bildenden Oberfläche durch Kaltumformung verdichtet. Anschließend kann ein Kalibrationsschritt ausgeführt werden, bei dem die Außenabmessungen des Sinterteils kalibriert werden.The invention further relates to a method for producing the external gear pump described above. In this method, first the housing and / or the actuator and / or the bearing unit and / or the further actuator is pressed from a sintered powder to form a green compact. Subsequently, the green compact is sintered to form a sintered blank. The sintered blank is compacted on at least one surface forming the sliding surface by cold forming. Subsequently, a calibration step can be carried out, in which the outer dimensions of the sintered part are calibrated.
Unter dem Begriff der Oberflächenverdichtung wird vorzugsweise nicht der nach dem Sintern übliche Kalibrationsschritt verstanden. Durch solch einen Kalibrationsschritt wird sichergestellt, dass ein gesintertes Bauteil die gewünschten Maße aufweist. Dazu wird das gesinterte Bauteil an den nötigen Stellen geringfügig komprimiert. Diese Komprimierung resultiert in einer an den komprimierten Stellen höheren Oberflächendichte des Bauteils. Allerdings ist diese höhere Oberflächendichte nicht so hoch und/oder reicht nicht so tief in das oberflächennahe Material wie die erhöhte Dichte der Oberflächenschicht, die durch die erfindungsgemäße Oberflächenverdichtung erzeugt wird. Das bedeutet, dass durch die vor dem Kalibrationsschritt durchgeführte Oberflächenverdichtung eine Oberflächenschicht mit einer höheren Härte und/oder in einer größeren Dicke erzeugt wird, als dies üblicherweise durch den Kalibrationsschritt geschieht.The term surface densification is preferably not understood to mean the calibration step customary after sintering. Such a calibration step ensures that a sintered component has the desired dimensions. For this purpose, the sintered component is slightly compressed at the required locations. This compression results in a higher surface density of the component at the compressed points. However, this higher surface density is not as high and / or low enough in the near-surface material as the increased density of the surface layer produced by the surface compaction of the invention. This means that the surface compacting carried out before the calibration step produces a surface layer with a higher hardness and / or in a greater thickness than is normally done by the calibration step.
Beispielsweise werden die Schritte der Oberflächenverdichtung und der Kalibration zusammen in einem Arbeitsschritt ausgeführt. In diesem Fall wird der Grünling derart dimensioniert, dass er nach dem Sintervorgang in den Bereichen, die oberflächenverdichtet werden sollen, ein gewisses Übermaß aufweist. Durch den Kalibrationsschritt werden insbesondere diese Bereiche stark komprimiert, was in einer hohen Dichte der dadurch entstehenden harten Oberflächenschicht resultiert.For example, the steps of surface compacting and calibration are performed together in one operation. In this case, the green compact is dimensioned such that it has a certain excess after the sintering process in the areas that are to be surface-compacted. In particular, these areas are strongly compressed by the calibration step, resulting in a high density of the resulting hard surface layer.
Vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden auch in den Unteransprüchen und deren Kombinationen beschrieben. Die dort beschriebenen Merkmale und die vorstehend beschriebenen ergeben weitere vorteilhafte Merkmalskombinationen.Advantageous features of the invention are also described in the subclaims and their combinations. The features described therein and those described above provide further advantageous feature combinations.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren erläutert. An den Ausführungsbeispielen offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder Kombination von Merkmalen die sich nicht gegenseitig ausschließen, die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen vorteilhaft weiter. Es zeigen:
-
1 : eine Förderkammer einer Außenzahnradpumpe mit zwei in Zahneingriff befindlichen Förderrotoren; -
2 : die Außenzahnradpumpe in einem Längsschnitt; und -
3 : schematisch eine beispielhafte Verstelleinheit der Außenzahnradpumpe.
-
1 a delivery chamber of an external gear pump with two meshing conveyor rotors; -
2 : the external gear pump in a longitudinal section; and -
3 schematically an exemplary adjustment of the external gear pump.
Durch Drehantrieb der Förderrotoren
In
Der Lagerzapfen
Das Gehäuse wird von dem Gehäuseteil
Die Stellglieder
Wären die axialen Dichtflächen
Zur Vermeidung der genannten Nachteile sind die Dichtflächen
Das Gehäuseteil
Die Stellglieder
Je wenigstens einer der Gleitpartner des betreffenden Reibsystems ist im Bereich der entsprechenden Gleitfläche oberflächenverdichtet. Dabei kann in dem Reibsystem
In
Nach dem Sintern werden die Stellglieder
Die Stellglieder
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10222131 B4 [0033]DE 10222131 B4 [0033]
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