(57)【要約】【課題】  軽くてコンパクトでもあるオイルポンプを提供する。【解決手段】  アルミニウムを含む材料から製造されるケーシングとこのケーシング内に配置される可動成形部品とを有するオイルポンプが提案され、可動成形部品が少なくとも部分的に、少なくとも１つのオーステナイト系鉄基合金を含む焼結性材料から製造され、焼結性材料から製造される可動成形部品はケーシングの熱膨張率の少なくとも６０％の熱膨張率を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムを含む材料から製造されるケーシング（２）と、このケーシング（２）内に配置される可動成形部品とを有するオイルポンプにおいて、
可動成形部品が少なくとも部分的に、少なくとも１つのオーステナイト系鉄基合金を含む焼結性材料から製造され、かつケーシング（２）の熱膨張率の少なくとも６０％の熱膨張率を有することを特徴とするオイルポンプ（１）。
【請求項２】
焼結性材料から製造される成形部品がＤＩＮ ＥＮ ２４４９８‐１による少なくとも１００ＨＢのブリネル硬さを有することを特徴とする、請求項１記載のオイルポンプ（１）。
【請求項３】
焼結性材料から製造される成形部品の熱膨張率が約１５〜約２１ｐｐｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１または２記載のオイルポンプ（１）。
【請求項４】
可動成形部品がロータセット（４）を含み、軸（５）上に配置されるロータセット（４）の少なくとも１つのロータ（６）とケーシング（２）の壁（３）との間の軸線方向隙間が５０μｍ未満であることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか一の項に記載のオイルポンプ（１）。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか一の項に記載の成形部品。
【請求項６】
請求項５記載の成形部品を製造するための方法において、
第１ステップでは少なくとも１つのオーステナイト系鉄基合金を含む焼結性材料が押型に充填され；
第２ステップでは少なくとも５００ＭＰａの成形圧力においてＤＩＮ ＩＳＯ ２７３８による少なくとも６．５ｇ／ｃｍ3の密度を有する圧粉体が加圧され、
第３ステップでは圧粉体が少なくとも１０００℃の温度において窒素および／または水素を含むガス雰囲気中で焼結されることを特徴とする方法。
【請求項７】
第４ステップでは焼結された成形部品が少なくとも６００ＭＰａの圧力においてＤＩＮ
ＩＳＯ ２７３８による少なくとも６．７ｇ／ｃｍ3の密度に再圧縮されることを特徴と
する、請求項６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーシングとこのケーシング内に配置される可動成形部品とを有するオイルポンプ、前記のような成形部品、および、前記のような成形部品を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に指摘した種類のオイルポンプは、とくに、比較的高い温度が優勢である内燃機関において利用される。先行技術において公知の通常のオイルポンプは鋳鉄からなるケーシングとこのケーシング内に配置される可動成形部品、例えば内接歯車ポンプの場合歯付きロータセットとを有する。可動成形部品は鉄含有合金から、しかも通常は焼結冶金製造法で製造されている。その際、鉄銅合金が使用される。鋳鉄と鉄銅合金が使用される結果、このようなオイルポンプは比較的高い重量を有する。それゆえに、自動車の重量を低減するとの自動車製造における一般的傾向を考慮して、一層軽量のオイルポンプを提供することは努力するに値する。
【０００３】
このため、オイルポンプのケーシングを鋳鉄からでなくアルミニウム合金から鋳造法で製造することが先行技術により公知である。その場合にも可動成形部品として、例えば歯付きロータセットとして、オイルポンプケーシングの内部に配置して鉄銅合金が利用される。しかしこのようなオイルポンプでは問題として、オイルポンプがとくに内燃機関動作時に曝される温度変動と比較的高い温度とのゆえに［オイルポンプが］漏れ損失を有し、漏れ損失は通常オイルポンプ自体を一層大きい寸法で設計することによって補償される。しかしオイルポンプを一層大きい寸法で設計すると所望の重量節約が再び部分的に無にされる。
【０００４】
それゆえに、一方で軽量であり、しかし他方で漏れ損失がないかまたは僅かな漏れ損失を有するだけであることがオイルポンプに要求される。
【特許文献１】ドイツ特許第１９６４６３５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の課題は、前記諸欠点を有していないオイルポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために、アルミニウムを含む材料から製造されるケーシングとこのケーシング内に配置される可動成形部品とを有するオイルポンプが提案され、このオイルポンプは、可動成形部品が少なくとも部分的に、少なくとも１つのオーステナイト系鉄基合金を含む焼結性材料から製造され、かつオイルポンプケーシングの熱膨張率の少なくとも６０％の熱膨張率を有することを特徴としている。好ましくは、熱膨張率はオイルポンプケーシングの熱膨張率の少なくとも７０％、一層好ましくは少なくとも７４％である。オイルポンプは例えばインボリュート歯を備えた外接歯車ポンプ、トロコイド歯とクレセントとを備えた内接歯車ポンプ、サイクロイド歯を備えたＧロータ、Ｐロータまたはベーンポンプとして形成しておくことができる。
【０００７】
本発明の意味で焼結成形部品とは焼結性材料から完全に製造された成形部品のことであり、他方で複合成形部品も含めて理解され、このような複合成形部品の本体は例えばアルミニウム含有混合粉末から製造しておくことができ、本体にさらに結合される部材は少な
くとも１つのオーステナイト系鉄基合金を含む他の焼結性材料から製造しておくことができる。アルミニウム含有混合粉末からなる本体は中実アルミニウム鋳物からなるものに取り替えることもできよう。その逆に複合成形部品は例えば正面またはその表面にのみ、少なくとも１つのオーステナイト系鉄基合金を含む焼結性材料からなる焼結層を有することもでき、それに対して本体は例えば鋼または鋳鉄から、焼結しまたは中実に、製造されている。
【０００８】
本発明に係るオイルポンプはとくに内燃機関動作時に僅かな漏れ損失を有する。それゆえに比較的大きな寸法による設計は不可欠でなく、オイルポンプケーシング用にアルミニウムを使用することによってオイルポンプの重量は著しく低減している。オイルポンプのケーシングは鋳造法または焼結冶金製造法のいずれかで製造することができる。有利にはケーシングはアルミニウム合金から鋳造されている。
【０００９】
オイルポンプケーシング内に配置される可動成形部品を製造するための焼結性材料は、有利には単に１つのオーステナイト系鉄基合金から製造されている。しかしさまざまなオーステナイト系鉄基合金の混合物も可能である。さらに焼結性材料は通常の潤滑剤、加圧助剤、減摩剤等を含むことができる。焼結性材料の総量に対して約０．２〜約５重量％の量を添加される潤滑剤として例えばＭｏＳ2、ＷＳ2、ＢＮ、ＭｎＳ、黒鉛および／または別の、コークス、分極性黒鉛等の改質炭素等の自己潤滑剤が使用でき、これらが可動成形部品に自己潤滑特性を付与する。結合剤および／または減摩剤としての材料は、ポリ酢酸ビニル、ワックス、とくにエチレンビスステアリン酸アミド等のアミドワックス、セラック、ポリアルキレンオキシドおよび／またはポリグリコールを含む群から選択することができる。ポリアルキレンオキシドおよび／またはポリグリコールは主に、平均分子量が約１００〜５００００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは約１０００〜６５００ｇ／ｍｏｌの範囲内のポリマーおよび／またはコポリマーとして使用される。結合剤および／または減摩剤は主に、投入される焼結性材料の総量に対して約０．０１〜１２重量％の範囲内、好ましくは約０．５〜５重量％の範囲内の量が使用される。
【００１０】
オーステナイト系鉄基合金としてとくに適しているのは合金３１６Ｌ、３０５、３０８、３１７Ｌ、３２１またはそれらの混合物である。投入されるオーステナイト系鉄基合金は鉄の他に主に０．００５〜０．０４重量％の炭素、０．１〜１．５重量％のケイ素、８〜１８重量％のニッケル、０〜２５重量％のクロム、１〜４重量％のモリブデン、０．０５〜１重量％のマンガンを含む。
【００１１】
オイルポンプの焼結性材料から製造される可動成形部品は主にＤＩＮ（ドイツ工業規格） ＥＮ ２４４９８‐１によるブリネル硬さが少なくとも１００ＨＢ、好ましくは１２０ＨＢ、さらに好ましくは少なくとも１３０ＨＢ、さらに好ましくは少なくとも１４０ＨＢである。その際、ブリネル硬さは直径２．５ｃｍの焼入れ鋼球を圧子として６２．５ｋｇの荷重で算出される。このように硬い可動成形部品によって本発明に係るオイルポンプの長い寿命を達成することができる。というのも、従来のアルミニウム合金鋳物の熱膨張率は約２０〜２４ｐｐｍの範囲内であるが、しかし焼結性材料として使用されるオーステナイト系鉄基合金の熱膨張率よりも下である点が考慮されねばならないからである。
【００１２】
焼結性材料から製造される可動成形部品の熱膨張率は主に約１２〜２１ｐｐｍ、好ましくは１６〜１９ｐｐｍの範囲内である。このような可動成形部品によって、本発明に係るオイルポンプが、とくに内燃機関内で使用される場合にオイルポンプに求められる機械的トライボロジー要請を満たすことが確保されている。オイルポンプの可動成形部品は主にロータセットを含み、軸上に配置されるロータセットの少なくとも１つのロータとロータがそれに対して作動するオイルポンプケーシングの壁との間の軸線方向隙間は５０μｍ未満、好ましくは４０μｍ未満である。それとともに本発明に係るオイルポンプは有利なこ
とにごくコンパクトに形成することができる。さらに、上で定義した軸線方向隙間によって本発明に係るオイルポンプの高い吐出し量が達成される。
【００１３】
本発明はさらに、オイルポンプのケーシング内に配置される成形部品とこの成形部品を製造するための方法とに関し、その際、
第１ステップでは少なくとも１つのオーステナイト系鉄基合金を含む焼結性材料が押型に充填され；
第２ステップでは少なくとも５００ＭＰａの成形圧力においてＤＩＮ ＩＳＯ ２７３８による少なくとも６．５ｇ／ｃｍ3の密度を有する圧粉体が加圧され、
第３ステップでは圧粉体が少なくとも１０００℃の温度において窒素および／または水素を含むガス雰囲気中で焼結される。
【００１４】
水素と窒素とからなる混合ガス雰囲気が存在する場合、窒素成分と水素成分との割合は少なくとも６６：３３、主に９５：５以上である。
【００１５】
本発明に係る方法によって、少なくとも１つのオーステナイト系鉄基合金から製造される可動成形部品中に窒化物相が生成され、窒化物相によって成形部品はとくに内燃機関において本発明に係るオイルポンプの動作にとって不可欠な、硬さおよび強度に関する諸要請を満たす。本発明に係る方法により混合ガス雰囲気を介して窒化物相を持ち込むことの代案はいわゆるプラズマ窒化であり、これは付加的に他のステップにおいて本発明に係る方法と組合せることもできる。
【００１６】
本発明に係る方法では有利には、
第４ステップにおいて焼結成形部品は少なくとも６００ＭＰａ、好ましくは少なくとも７５０ＭＰａの圧力においてＤＩＮ ＩＳＯ ２７３８による少なくとも６．７ｇ／ｃｍ3 の密度に再圧縮される。
【００１７】
本発明のこれらの利点およびその他の利点は以下の実施例と図とに基づいて説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に全体に符号１として示す本発明に係るオイルポンプ１は（例えば特許文献１に開示されたような）Ｐロータ型のものであり、この場合２部品（２’、２’’）で形成されるケーシング２を備えている。このケーシング２内に歯付きロータセット４が配置されており、ロータセットは軸線Ｚの方向で軸５上に配置されるインナロータ６とこれを取り囲む遊星歯車８とを備えている。歯付きロータセット４はさらにここには図示しない支承ポケットを備えた回転可能な支承リング９からなり、回転可能に支承される遊星ロータ８が支承ポケット内に配置されている。インナロータ６は支承リング９に対して偏心で支承され、かつ外歯を備えたほぼ星形の外輪郭を有する。歯付きロータセット４は、通常どおり、ここには詳しくは図示しない吸込み領域と圧力領域と押しのけ室とを有する。駆動軸５を介して歯付きインナロータ６に駆動トルクが伝達される。本発明の意味において可動成形部品と呼ばれるのは図１によれば支承リング９、インナロータ６、遊星ロータ８であり、軸５上に配置される連行子（図示せず）を含む軸もである。
【００１９】
オイルポンプ１のケーシング部分２’の内壁３とインナロータ６の正面１０との間に軸線方向隙間Ａがあり、隙間は４０μｍである。
【００２０】
図１に示す歯付きロータセット４は混合物から製造されたが、この混合物はポリアミドワックスである１重量％の減摩剤Ｌｉｃｏｗａｘ Ｃ（クラリアント社Clariant GmbH、フランクフルト）と９９重量％のオーステナイト系鉄基合金３１６Ｌとを含有しており、こ
の鉄基合金は０．０２重量％の炭素と０．８重量％のケイ素と１３重量％のニッケルと１７重量％のクロムと２．２重量％のモリブデンと０．２重量％のマンガンとを含有しており、残りの残成分は鉄で形成される。オーステナイト系鉄基合金３１６Ｌはヘガネス社（Hoeganaes AB）、ストックホルム、スウェーデンから入手されたものである。
【００２１】
上で定義した混合物はまず６００ＭＰａの圧力と室温とにおいて６．６〜６．７ｇ／ｃｍ3 の範囲内の密度を有する圧粉体に加圧された。引き続きこの圧粉体は第２ステップにおいて窒素７０％と水素３０％とからなる混合ガス雰囲気下で１２８０℃の温度においてウォーキングビーム炉内で１５分間焼結された。このように焼結されたロータセットは引き続き他のステップにおいて８００ＭＰａの圧力において６．８〜７．０ｇ／ｃｍ3 の密度に再圧縮された。歯付きロータセットのこのように製造された可動成形部品の硬さは１４１ＨＢ、ＤＩＮ  ＥＮ  ２４４９８‐１（ブリネル硬さ）による６２．５／２．５、であった。規格ＤＩＮ  ５１０４５（温度範囲２５℃〜２００℃）により算定された熱膨張率は１７ｐｐｍと算定された。
【００２２】
このように製造された歯付きロータセットがＧＤ‐ＡｌＳｉ9Ｃｕ3（素材番号３．２１６３．０５）からなるアルミニウム鋳物ケーシング内に嵌挿された。このケーシングはＤＩＮ  ５１４０５（温度範囲２５℃〜２００℃）により熱膨張率が２３ｐｐｍであった。
【００２３】
このように製造されたオイルポンプは内燃機関内で一般的なような荷重および比較的高い温度のもとで比較的長い作動時間後でも漏れ損失がごく僅かであり、先行技術において一般的なオイルポンプとは異なりかなり軽量である。
【００２４】
本発明によれば、上で述べたような完全歯付きロータセットは少なくとも１つのオーステナイト系鉄基合金を含む材料から製造することが可能であるだけでなく、本発明の意味においてインナロータのみを、１つのオーステナイト系鉄基合金を含む材料から完全に製造しておくこともできる。しかしロータセットの個々の構成要素、とくに内歯は複合成形部品として製造することもでき、その場合例えばインナロータの歯および／またはインナロータの例えば壁３に向き合う正面１０のいずれかは１つのオーステナイト系鉄基合金を含む材料からなる被覆を備えて製造されている。さらにその逆にロータセットのロータ部品の歯のみを別の材料、例えばアルミニウム基合金から作製しておくこともでき、他方で当該ロータの本体はオーステナイト系鉄基合金から製造しておくことができる。さらに、歯付きロータセットのインナロータの連行子のみをオーステナイト系鉄基合金材料から製造することも可能である。しかし本発明の対象は、決して前記組合せに限定されるものでなく、オイルポンプ内に配置される可動成形部品のその他考えられるあらゆる組合せに及ぶ。
【００２５】
それとともに本発明でもって提供することが可能なオイルポンプは、一方でコンパクトに構成され軽量でもあり、鋳鉄ケーシングを有するオイルポンプのものに匹敵する動作時間を達成する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るオイルポンプの略横断面図（部分図）である。
【図１】
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【国際調査報告】
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