专利名称：油泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有一个外壳和布置在该外壳中的可运动的模制件的油泵，以及这种模制件和生产这种模制件的方法。
前述种类的油泵尤其被使用在内部具有较高温度的内燃发动机上。常见的、现有技术所公开的油泵具有一个铸铁制的外壳和布置在该外壳中的可运动的模制件，比如在一个内啮合齿轮泵中的啮合转子组。其中，这些可运动的模制件由含铁的合金制成，而且通常是用粉末冶金制造方法制造的。其中，使用了铁铜合金。使用铸铁和铁铜合金导致这种油泵具有较大的重量。考虑到汽车制造业中减轻汽车重量的一般性趋势，因此要努力提供具有较轻重量的油泵。
对此，现有技术公开了在铸造方法中不用铸铁，而是用一种铝合金来生产油泵的外壳。在此，使用的也是铁铜合金作为布置在油泵外壳内部的可运动的模制件，如作为啮合转子组。但在这种油泵中存在如下问题，即由于温度波动以及油泵尤其在内燃发动机工作时所承受的较高温度，会产生间隙损耗，而该间隙损耗通常是通过将油泵自身设计为较大的尺寸来补偿的。但由于将油泵设计为较大的尺寸，所希望的减轻重量又被部分地抵消了。
因此，就存在对一种一方面重量轻、另一方面又不具有或只具有很小的间隙损耗的油泵的需求。
因此，本发明的任务就在于提供一种不具有前述缺点的油泵。
为了解决该任务提出了一种油泵，该油泵具有一个由一种含铝材料制成的外壳和布置在该外壳内的可运动的模制件，其中该油泵的特征在于，这些可运动的模制件至少部分地由一种可烧结的、至少包含一种奥氏体铁基合金的材料制成，并且这些模制件的热膨胀系数至少为该油泵外壳的热膨胀系数的60％。优选的是该热膨胀系数至少为该油泵外壳的热膨胀系数的70％，更为优选的是该热膨胀系数至少为该油泵外壳的热膨胀系数的74％。该油泵可以例如被设计为具有渐开线啮合齿的外齿轮泵、具有长短幅旋轮线啮合齿并具有月牙弯的内齿轮泵、具有摆线啮合齿的G转子、P转子或叶片泵。
本发明所述的被烧结的模制件是指完全由一种可烧结材料制成的模制件，另一方面，本发明所述的被烧结的模制件也指复式模制件，其中，一个这种复式模制件的基体可例如由一种含铝的粉末混合物制成，而与该基体相连的部分由另一种可烧结的、至少含有一种奥氏体铁基合金的材料制成。在此，也可用实心铸铝件的基体代替由一种含铝粉末混合物制成的基体。反过来，该复式模制件也可譬如只在端面或其表面具有一层用一种可烧结的、含有至少一种奥氏体铁基合金的材料制成的烧结层，而与此相反的是，该基体由譬如钢或铸铁烧结制成或由钢或铸铁实心地制成。
本发明所述的油泵尤其在内燃发动机内运转时具有小的间隙损耗。因此，不必将油泵设计为较大尺寸，而且通过使用铝制造油泵外壳，油泵的重量被明显地减小了。该油泵的外壳可以或者以铸造方法、或者通过粉末冶金制造方法来制造。有利的是用一种铝合金铸造该外壳。
用来制造布置在油泵外壳内的可运动的模制件的可烧结材料有利地只由一种奥氏体铁基合金制成。但也可使用多种奥氏体铁基合金的混合物。此外，该可烧结材料可包括常用的润滑材料、挤压辅助剂、润滑剂等。润滑料以相对于可烧结材料总量的重量上大约0.2至大约5％的量被加入。可以使用自润滑的润滑料，如MoS2、WS2、BN、MnS以及石磨和/或其他碳变型，如焦炭、极化石磨或类似物等。这种自润滑的润滑料赋予该可运动的模制件自润滑的特性。可以从一组包括聚醋酸乙烯脂、石蜡、尤其是氨基蜡如亚乙基双硬脂酰胺(Ethylenbissteaorylamid)、虫胶、聚环氧烷烃(Polyalkylenoxide)和/或聚乙二醇的材料中选择材料作为粘合剂和/或润滑剂。聚环氧烷烃和/或聚乙二醇被优选地作为具有在大致100至50,000克/摩尔区域内的、优选约为1,000至6,500克/摩尔区域内的中等分子量的聚合物和/或共聚体使用。粘合剂和/或润滑剂优选地以相对于使用的可烧结材料总量的重量上约为0.01至12％的量、优选约为0.5至5％的量被使用。
316L、305、308、317L和321合金或这些合金的混合物尤为适合作为奥氏体铁基合金。优选的是，除铁外，使用的奥氏体的铁基合金还包含总重量的0.005至0.04％的碳、0.1至1.5％的硅、8至18％的镍、0至25％的铬、1至4％的钼和0.05至1％的锰。
有利的是，油泵的由可烧结材料制成的可运动的模制件具有根据DIN EN 24498-1的至少为100HB的布氏硬度、优选为120HB、进一步优选为至少130HB、再进一步优选为至少140HB。此处，布氏硬度通过使用一个直径为2.5厘米的被硬化的钢球作为压入体以62.5千克的载荷来测得。通过如此硬度的、可运动的模制件可以使本发明所述的油泵具有长的使用寿命。因为，要考虑的是，传统铸铝合金的热膨胀系数处于约为20至24ppm的范围内，而作为可烧结材料使用的奥氏体铁基合金的热膨胀系数位于其下。
优选的是，该由可烧结材料制成的可运动的模制件的热膨胀系数位于约为12至21ppm的区域内，优选为16至19ppm的区域内。通过这种可运动的模制件保证了本发明所述的油泵尤其在使用于内燃发动机时可以满足向该油泵提出的机械摩擦要求。优选的是，该油泵的可运动的模制件包含一个转子组，其中该转子组的至少一个布置在轴上的转子和该转子顶靠工作的该油泵外壳的壁之间的轴向间隙小于50微米，优选是小于40微米。因此，有利的是，本发明所述的油泵可以被设计得十分紧凑。此外，通过如前定义的轴向间隙还可以使本发明所述的油泵具有很高的功率。
此外，本发明还涉及布置在油泵外壳内的模制件以及制造这种模制件的方法，其中，●在第一步中，将一种可烧结的、包含至少一种奥氏体铁基合金的材料装入到一个压模中；●在第二步中，在压力至少为500Mpa下压制一个密度根据DINISO 2738为至少6.5克/立方厘米的毛坯；●在第三步中，在温度至少为1000℃时，在一种包含氮和/或氢的气体环境中对该毛坯进行烧结。在设有一种由氢和氮组成的混合气体环境时，氮和氢的比例至少为66∶33，优选大于95∶5。
通过本发明所述的方法，在由至少一种奥氏体的铁基合金制成的可运动的模制件中形成氮化物相，通过该相，这些模制件可以满足尤其在内燃发动机中为运行本发明所述的油泵在硬度和强度方面的必要的需求。按本发明所述的方法，通过一种混合气体环境形成氮化物的相的替代方案是所谓的离子渗氮，其中，这种离子渗氮也可以在另一步中同本发明所述的方法相结合。
有利的是，在本发明所述方法的第四步中，●被烧结的模制件在压力至少为600Mpa时，优选为至少750Mpa时，其根据DIN ISO 2738的密度被校准到至少为6.7克/立方厘米。
本发明的这些和其他优点将借助下面的实施例和附图来解释。图中示出
图1本发明所述的油泵的示意图的横截面图(部分截面)。
图1示出了一个整个由附图标记1标识的本发明所述的P转子型油泵(如在DE 196 46 39 C2中公开的那样)，该油泵具有一个外壳2，在此，该外壳被设计成二体式(2’，2”)的。在该外壳2中设有一个具有设在轴5上沿轴线Z方向的内转子6和围绕该内转子的行星齿轮8的啮合转子组4。此外，该啮合转子组4还由一个具有此处未示出的支承油室的可旋转的支承环9组成，被可旋转支承的行星转子8被安置在该支承油室中。该内转子6与支承环9偏心支承，并且具有设有一个外啮合齿的接近星形的外轮廓。同常见的啮合转子组一样，该啮合转子组4具有一个在此未进一步示出的抽吸区域、一个压力区域和一个挤压室。通过驱动轴5，一个驱动力矩被传送到齿形的内转子6上。根据图1，可以将支承环9、内转子6、行星转子8、轴5以及设在该轴上的同步件(未示出)称为本发明所述的可运动的模制件。
在油泵1的外壳部分2’的内壁3和内转子6的端面10之间存在一个为40微米的轴向间隙A。
图1所示的啮合转子组4是由一种含有重量上1％的由法兰克福的Clariant有限公司生产的为聚酰胺蜡(Polyamidwache)的润滑剂Licowax C，和重量上99％的奥氏体的铁基合金316L的混合物制成，其中该316L合金含有重量上0.02％碳、0.8％硅、13％镍、17％铬、2.2％和0.2％锰，其中其余的组成部分由铁构成。该奥氏体的铁基合金316L由瑞典斯德哥尔摩德Hoeganaes AB公司生产。
前面定义的混合物首先在600Mpa的压力和室温下被压制成一个密度位于6.6至6.7克/立方厘米区域内的毛坯，接着在第二步中，该毛坯在一个步进式炉中在温度为1280℃和由70％氮和30％氢构成的混合气体环境下被烧结15分钟。接着在下一步中，被如此烧结的转子组在800Mpa的压力下被校准到密度为6.8至7.0克/立方厘米。啮合转子组的如此制成的可运动的模制件的硬度为141HB(布氏硬度)，根据DIN EN 24498-1的62.5/2.5。根据DIN 51045标准(温度范围25℃-200℃)，热膨胀系数被确定为17ppm。
如此制成的啮合转子组被置入一个由GD-AlSi9Cu3(材料编号3.2163.05)制成的铝铸外壳中，根据DIN 51405(温度范围25℃-200℃)该铝铸外壳具有的热膨胀系数为23ppm。
如此制成的油泵即使在内燃发动机中常见的负荷和升高的温度条件下运转较长时间后，也只具有较小的间隙损耗。该油泵与背景技术中常见的油泵的区别在于，该油泵的重量大为减轻。
根据本发明，不仅可以制造如前描述的那样使用至少含有一种奥氏体铁基合金的材料制造一个完整的啮合转子组，在本发明中，还可以是，只有该内转子是完全由一种至少含有一种奥氏体铁基合金的材料制成的。但也可以将一个转子组的单个组件，尤其是内齿轮制成复式模制件，其中，然后或者对譬如内转子的啮合齿和/或内转子的例如朝向壁3的端面10使用含有一种奥氏体铁基合金的材料的涂层进行制造。此外，也可以反过来，只有一个转子组的转子件的啮合齿使用另一种材料，如使用一种铝基合金制成，而所涉及的转子的基体则可以与此相反使用一种奥氏体的铁基合金制成。此外还可以的是，只将一个啮合转子组的内转子的同步件用一种奥氏体的铁基合金材料制成。但本发明的内容绝不仅限于所述的组合，而是包括所有在油泵中安置的可运动的模制件的其他各种可能的组合。
因此，通过本发明，可以提供结构紧凑、轻便的油泵，其运转时间可以同具有铁铸外壳的油泵的运转时间相媲美。
权利要求
1.油泵(1)其具有由含铝材料制成的外壳(2)和设置在该外壳(2)中的可运动的模制件，其特征在于，该可运动的模制件至少部分地由一种可烧结的、至少包含一种奥氏体铁基合金的材料制成，并且该模制件的热膨胀系数至少为该外壳(2)的热膨胀系数的60％。
2.如权利要求1所述的油泵(1)，其特征在于，由可烧结材料制成的该模制件具有根据DIN EN 24 498-1的至少为100HB的布氏硬度。
3.如前述权利要求之一所述的油泵(1)，其特征在于，该由可烧结材料制成的模制件的热膨胀系数位于约15至约21ppm的区域内。
4.如前述权利要求之一所述的油泵(1)，其特征在于，该可运动的模制件包括转子组(4)，其中该转子组(4)的至少一个布置在轴(5)上的转子(6)和该外壳(2)的壁(3)之间的轴向间隙小于50微米。
5.如权利要求1至4之一所述的模制件。
6.制造如权利要求5所述的模制件的方法，其特征在于，●在第一步中，将一种可烧结的、包含至少一种奥氏体的铁基合金的材料装入到压模中；●在第二步中，在压力至少为500Mpa时压制一个密度根据DINISO 2738为至少6.5克/立方厘米的毛坯；●在第三步中，在温度至少为1000℃时，在一种包含氮和/或氢的气体环境中，对该毛坯进行烧结。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，●在第四步中，被烧结的模制件在压力至少为600Mpa时，校准到根据DIN ISO 2738至少为6.7克/立方厘米的密度。
全文摘要
为了解决要提供一种既轻便又紧凑的油泵的任务，提出了一种具有一个由含铝材料制成的外壳的油泵和设置在该外壳中的可运动的模制件，其中，该可运动的模制件至少部分地由一种可烧结的、至少包含一种奥氏体的铁基合金的材料制成，并且其中由一种可烧结材料制成的该模制件具有一个至少为该外壳的热膨胀系数60％的热膨胀系数。
文档编号C22C33/02GK1788098SQ200480013044
公开日2006年6月14日 申请日期2004年5月4日 优先权日2003年5月14日
发明者V·阿恩霍尔德, K·多尔迈耶, H·巴尔策尔, V·克鲁茨哈诺夫 申请人:Gkn金属烧结控股有限责任公司