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Dokumentenidentifikation DE112006000200T5 06.12.2007
Titel Lager für eine mit einem Motor betriebene Brennstoffpumpe
Anmelder Mitsubishi Materials PMG Corp., Niigata, JP;
Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Shimizu, Teruo, Niigata, JP;
Maruyama, Tsuneo, Niigata, JP;
Narisako, Hideki, Kariya, Aichi, JP;
Hazama, Tadashi, Kariya, Aichi, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 112006000200
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, KE, KG, KM, KN, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, LY, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, EP, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, OA, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, AP, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, EA, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM
WO-Anmeldetag 17.01.2006
PCT-Aktenzeichen PCT/JP2006/300521
WO-Veröffentlichungsnummer 2006077826
WO-Veröffentlichungsdatum 27.07.2006
Date of publication of WO application in German translation 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse C22C 9/06(2006.01)A, F, I, 20060117, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B22F 5/00(2006.01)A, L, I, 20060117, B, H, DE   C22C 13/00(2006.01)A, L, I, 20060117, B, H, DE   F16C 33/12(2006.01)A, L, I, 20060117, B, H, DE   

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lager für eine mit einem Motor betriebene Brennstoffpumpe, welches aus einer auf Kupfer-Nickel basierenden, gesinterten Legierung gefertigt ist.

Die Priorität der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2005-009989, eingereicht am 18. Januar 2005, wird beansprucht und deren Inhalt wird unter Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Konventionell ist ein Motor, der flüssigen Brennstoff wie Benzin oder Leichtöl verwendet, typischerweise mit einer mit einem Motor betriebenen Brennstoffpumpe versehen. Beispielsweise zeigt 2 einen Umriss einer Querschnitts-Seitenansicht einer bekannten, mit einem Motor betriebenen Brennstoffpumpe 20 zur Verwendung mit einem Benzinmotor.

In der in 2 gezeigten mit einem Motor betriebenen Brennstoffpumpe 20 ist eine Drehwelle 23, die an beiden Enden eines Motors 22 fixiert ist, durch Lager 24 in einem Gehäuse 21 abgestützt, und ein Propeller 25 ist an eines der Enden der sich drehenden Welle 23 angesetzt. Ein schmaler Benzinströmungsdurchgang 26 ist entlang der äußeren umfänglichen Oberfläche des Propellers 25, der äußeren umfänglichen Oberfläche des Motors (Rotor) 22 sowie des Raums zwischen den Lagern 24 und der sich drehenden Welle 23 ausgebildet. Zusätzlich ist ein (nicht gezeigter) Brennstoffdurchgang im Gehäuse 21 ausgebildet. Wenn der Motor 22 sich dreht und bewirkt, dass der Propeller 25 sich dreht, wird Benzin (Brennstoff) 27 in das Gehäuse 21 unter Druck eingesogen und anschließend aus dem Gehäuse 21 über den Benzinströmungsdurchgang 26 und den Brennstoffdurchgang in einen separaten Benzinmotor eingeführt.

In einer derartigen, mit einem Motor betriebenen Brennstoffpumpe 20 werden verschiedene, hochfeste, auf Kupfer basierende gesinterte Legierungen für die Lager 24 verwendet (siehe beispielsweise die Patentdokumente 1, 2 und 3).

  • Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der ersten Veröffentlichungs-Nr. S54-26206
  • Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der ersten Veröffentlichungs-Nr. S55-119144
  • Patentdokument 3: ungeprüfte japanische Patentanmeldung mit der zweiten Veröffentlichungs-Nr. S57-16175.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME

In den letzten Jahren wurden Motoren, die mit Motoren betriebene Brennstoffpumpen aufwiesen und flüssige Brennstoffe wie etwa Benzin oder Leichtöl verwendeten, über die gesamte Welt weit verbreitet verwendet. Die Qualität des verwendeten flüssigen Brennstoffs unterscheidet sich jedoch in verschiedenen Teilen der Welt und viele Regionen verwenden Benzin mit niedriger Qualität. Eine Art von als Benzin mit niedriger Qualität bekannter Brennstoff enthält organische Säuren. Wenn ein organische Säuren enthaltendes Benzin niedriger Qualität verwendet wird, bewirken die organischen Säuren eine Korrosion der aus einer auf Kupfer basierenden gesinterten Legierung gefertigten Lager der mit einem Motor betriebenen Brennstoffpumpe 20. Eine derartige Korrosion der Lager 24 existiert nahe den Öffnungen der Poren, die zu der Oberfläche des Lagers 24 hin offen sind und sich in das Innere des Lagers 24 hin erstrecken (im Anschluss als offene Poren bezeichnet), sowie an der Innenseite der derart geöffneten Poren, wodurch das Lager 24 geschwächt wird und die Lebensdauer des Lagers 24 reduziert wird.

Zusätzlich wurde in den letzten Jahren ein Fortschritt auf kleinere und leichtere Motoren für Kraftfahrzeuge und dergleichen beobachtet und infolgedessen besteht ein starkes Erfordernis für kleinere und leichtere Brennstoffpumpen zur Verwendung mit diesen Motoren, was bedeutet, dass die Lager, die eine Komponente eines derartigen Motors sind, kleiner sein müssen und dünnere Wände aufweisen müssen. Bei diesen mit einem Motor betriebenen Brennstoffpumpen 20 mit dem oben beschriebenen Aufbau wird jedoch zur Reduzierung der Größe der Pumpe ohne eine Verringerung von deren Ausgabeleistung eine hohe Drehgeschwindigkeit erfordert. In einem derartigen Fall verläuft dann, wenn die Größe der mit einem Motor betriebenen Brennstoffpumpe 20 reduziert wird, der in die mit einem Motor betriebenen Brennstoffpumpe 20 hineingesogene flüssige Brennstoff 27 bei hoher Geschwindigkeit und unter hohem Druck durch den Benzinströmungsdurchgang 26 , der aufgrund der reduzierten Größe signifikant kleiner ist. Unter derartigen Bedingungen erfordert das Lager 24 insbesondere eine noch höhere Festigkeit und einen Abrasions-Widerstand aufgrund seiner kleineren Größe und des Aufbaus mit dünnerer Wand. Derzeit jedoch weisen diese, obwohl konventionelle, aus einer auf Kupfer basierenden, gesinterten Legierung gefertigte Lager sämtlich eine hohe Festigkeit aufweisen, keinen ausreichenden Abrieb-Widerstand auf und das Lager wird daher schnell verschlissen und erreicht das Ende seiner nutzbaren Laufzeit nach kurzer Zeit.

MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten daher Forschungen in Bezug auf die Entwicklung eines Lagers für eine mit einem Motor betriebene Pumpe aus, welche einen exzellenten Korrosionswiderstand gegenüber organische Säuren enthaltenden Benzin aufweist, während eine exzellente Festigkeit und exzellenter Abrasions-Widerstand beibehalten werden. Die Ergebnisse dieser Forschungen werden im Folgenden gezeigt.

  • (i) Basispulver eines Kupfer-Nickel-Legierungspulvers, eines Kupfer-Phosphor-Legierungspulvers, eines Zinn-Pulvers sowie eines Graphitpulvers wurden miteinander kombiniert und vermischt, um ein gemischtes Pulver mit der folgenden Zusammensetzung herzustellen: 21 bis 35 Gew-% Nickel, 5 bis 12 Gew-% Zinn, 3 bis 7 Gew-% Kohlenstoff, 0,1 bis 0,8 Gew-% Phosphor, Rest Kupfer sowie unvermeidliche Verunreinigungen (Prozentsätze sind in Gew-% angegeben). Ein durch Pressen dieses gemischten Pulvers erhaltener Grünkörper wurde bei einer Temperatur von 800 bis 950°C gesintert. Der gesinterte Körper, der durch den Sinterprozess erhalten wurde, wurde bei einer Abkühlrate von nicht weniger als 15°C pro Minute schnell abgekühlt, wodurch ein Lager aus einer auf Kupfer basierenden, gesinterten Legierung erhalten wurde, bei dem die Poren über eine Matrix bei einer Porosität von 8 bis 18% verteilt waren, die Phosphor-Komponente an den Korngrenzen ? vorherrscht und freies Graphit entlang der Innenseiten der Poren, wie dies in der schematischen Zeichnung des Querschnittsaufbaus in 1 gezeigt ist, verteilt war. Eine Schicht aus zinnreicher Legierung, die mehr als 50 Gew-% Zinn enthielt, wurde an den Innenseiten der offenen Poren des Lagers und nahe den Öffnungen der offenen Poren ausgebildet.

    Die Porosität wird als Prozentsatz ausgedrückt, der durch die Subtraktion der gesinterten Dichte von der theoretischen Dichte einer Substanz mit der gleichen Zusammensetzung wie der gesinterte Körper, sowie durch Division des Produkts durch die theoretische Dichte erhalten. Die Porosität p wird wie folgt ausgedrückt, wobei p die Porosität, D die Dichte des gesinterten Körpers und Dr die theoretische Dichte einer Substanz mit der gleichen Zusammensetzung wie der gesinterte Körper sind. p = (Dr – D)/Dr × 100
  • (ii) In einem Lager, in dem die Schicht aus zinnreicher Legierung ausgebildet ist, wird die Bindungsfestigkeit zwischen den Körnern aus Kupfer-Nickel-Legierung aufgrund des Effekts der Phosphor-Komponente, die zwischen den Körnern aus Kupfer-Nickel-Legierung vorliegt, während des Sinterns bemerkenswert hoch und verbessert die Sintereigenschaften zwischen den Legierungskörnern. Infolgedessen weist das Lager selbst ebenfalls eine hohe Festigkeit auf. In dem auf einer auf Kupfer-Nickel basierenden, gesinterten Legierung gefertigten Lager wird die Schicht aus zinnreicher Legierung, die zumindest 50 Gew-% Zinn enthält, an der Innenseite der offenen Poren und nahe der Öffnungen der offenen Poren ausgebildet. Infolgedessen kann eine Korrosion derjenigen Bereiche, die durch die Verunreinigungen wie etwa in dem flüssigen Brennstoff enthaltenen organischen Säuren am meisten anfällig sind, wie etwa die Innenseiten der offenen Poren und Bereiche nahe der Öffnungen der offenen Poren, verhindert werden. Ein derartiges, aus einer Kupfer-Nickel basierenden, gesinterten Legierung gefertigtes und eine Schicht aus zinnreicher Legierung enthaltende Lager zeigt einen exzellenten Korrosionswiderstand gegenüber flüssigem Brennstoff, der große Mengen organischer Säuren enthält.
  • (iii) In der Schicht aus zinnreicher Legierung ist die Zinnkonzentration an der obersten Oberflächenschicht am höchsten und der Zinngehalt sinkt mit ansteigender Nähe zu den Körnern aus Kupfer-Nickel-Legierung ab. Darüber hinaus ist die Schicht aus zinnreicher Legierung aus einer auf Zinn-Kupfer-Nickel basierenden Zinnbasislegierung zusammengesetzt, die durchschnittlich 5 bis 27 Gew-% Kupfer, 5 bis 22 Gew-% Nickel sowie 0,1 bis 0,6 Gew-% Phosphor, Rest Zinn sowie unvermeidliche Verunreinigungen enthält.

Die vorliegende Erfindung ist eine korrisionsresistentes und abriebresistentes Lager für eine mit einem Motor betriebene Brennstoffpumpe, das basierend auf den Ergebnissen derartiger Forschungen erhalten wurde, welche mit einer auf Kupfer-Nickel basierenden, gesinterten Legierung durchgeführt wurden, welche eine Zusammensetzung von 21 bis 35 Gew-% Nickel, 5 bis 12 Gew-% Zinn, 3 bis 7 Gew-% Kohlenstoff, 0,1 bis 0,8 Gew-% Phosphor, Rest Kupfer sowie unvermeidliche Verunreinigungen aufweist, wobei die Poren in der Matrix bei einer Porosität von 8 bis 18% ausgebildet sind und die Phosphor-Komponente an den Korngrenzen vorherrscht und freies Graphit entlang der inneren Oberflächen der Poren verteilt ist und eine Schicht aus zinnreicher Legierung mit zumindest 50 Gew-% Zinn an den Innenseiten der offenen Poren, die zur Oberfläche geöffnet sind, und nahe der Öffnungen der offenen Poren ausgebildet ist.

In diesem Lager weist die Schicht aus zinnreicher Legierung vorzugsweise eine Zusammensetzung von 5 bis 27 Gew-% Kupfer, 5 bis 22 Gew-% Nickel, 0,1 bis 0,6 Gew-% Phosphor und Rest Zinn sowie unvermeidliche Verunreinigungen auf.

EFFEKTE DER ERFINDUNG

Das Lager gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen exzellenten Korrosionswiderstand, exzellenten Abriebwiderstand und eine hohe Festigkeit vorweisen, wenn es in einer mit einem Motor betriebenen Brennstoffpumpe für einen Motor verwendet wird, der normalen flüssigen Brennstoff verwendet, aber ebenso mit flüssigen Brennstoffen wie etwa eine organische Säuren enthaltendem Benzin mit niedriger Qualität. Dementsprechend kann ein Motor bereitgestellt werden, der über lange Zeit auch dann, wenn ein flüssiger Brennstoff mit schlechter Qualität verwendet wird, eine ausreichend hohe Leistung aufrecht erhalten kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau eines Querschnitts nahe der Oberfläche eines Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn durch ein optisches Mikroskop betrachtet, zeigt.

2 ist eine Umriss-/Querschnitts-Seitenansicht, die eine mit einem Motor betriebene Brennstoffpumpe für einen Benzinmotor zeigt.

10
Kupfer-Nickel-Legierungskorn
11
Matrix
12
Offene Poren
13
Freies Graphit
14
Schicht aus zinnreicher Legierung
15
Exponierter Abschnitt
20
Mit einem Motor betriebene Brennstoffpumpe
21
Gehäuse
22
Motor (Armatur)
23
Sich drehende Welle
24
Lager
25
Propeller
26
Benzin-Strömungsdurchgang
27
Benzin (Brennstoff)

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Im Folgenden wird die Beschreibung eines Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 angegeben.

1 ist eine schematische Zeichnung des Querschnitts-Aufbaus eines Lageroberflächenteils einer Oberfläche, die in einer Ebene geschnitten ist, die durch die zentrale Achse des Lagers verläuft und durch ein optisches Mikroskop betrachtet wird. In diesem Lager sind die offenen Poren 12 über eine Matrix 11 der Kupfer-Nickel-Legierungskörner 10 des Lagers bei einer Porosität von 8 bis 18% verteilt. Zusätzlich ist eine Phosphor-Komponente an den Korngrenzen der Kupfer-Nickel-Legierungskörner 10 verteilt und freies Graphit 13 ist entlang der Innenseiten der offenen Poren 12 verteilt. Wenn das Lager aus einer derartigen, auf Kupfer-Nickel basierenden, gesinterten Legierung gefertigt ist, wird ein exzellenter Abriebwiderstand durch die Kupfer-Nickel-Legierungskörner 10, die die Matrix 11 ausbilden, gewährleistet. Zusätzlich wird aufgrund des Effekts des freien Graphits 13 mit hoher Schmiereigenschaft, das auf den Innenseiten der offenen Poren 12 verteilt ist, und des Effektes durch den von der äußeren umfänglichen Oberfläche des Lagers zu der inneren umfänglichen Oberfläche durch die offenen Poren 12 innerhalb des Lagers zugeführten flüssigen Brennstoffs ausgebildeten Films aus fluidem Schmiermittel, der während der Hochgeschwindigkeitsdrehung des Motors, der einen hohen Druck und hohe Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Brennstoffs ausübt, erzeugt wird, auf das Lager aufgebrachte Reibungswiderstand reduziert und der Abriebwiderstand wird weiter verbessert. Darüber hinaus weist aufgrund der Tatsache, dass die Bindungsfestigkeit zwischen den Kupfer-Nickel-Legierungskörnern 10 aufgrund des Effekts der zwischen den Kupfer-Nickel-Legierungskörnern 10 vorliegenden Phosphor-Komponente, welche während des Sinterns die Sintereigenschaften zwischen den Körnern verbessert, ausgesprochen hoch ist, das Lager selbst eine hohe Festigkeit auf. Dementsprechend kann ein aus einer auf Kupfer-Nickel basierenden, gesinterten Legierung hergestelltes Lager kleiner und mit dünneren Wänden ausgestaltet sein, während es in Umgebungen, die einem schnell strömenden, unter Hochdruck stehenden flüssigen Brennstoff ausgesetzt sind, einen exzellenten Abriebwiderstand aufweist.

Eine zumindest 50 Gew-% Zinn enthaltende Schicht 14 aus zinnreicher Legierung ist an den inneren Oberflächen der offen Poren 12 und nahe den Öffnungen (Oberfläche des Lagers) der offenen Poren 12 ausgebildet. Die Schicht 14 aus zinnreicher Legierung bedeckt den Großteil der Lageroberfläche, exponierte Abschnitte 15, die nicht durch die Schicht 14 aus zinnreicher Legierung bedeckt sind und wo die Matrix der Kupfer-Nickel-Legierungskörner 10 frei liegt, können in Bereichen auftreten, wo ein breites Intervall zwischen den offenen Poren 12vorliegt. Wenn auch nur eine kleine Anzahl von exponierten Abschnitten ausgebildet ist, weisen diese exponierten Abschnitte jedoch einen sehr geringen Effekt auf die Korrosion durch die organische Säure auf, da sie nicht nahe den Öffnungen platziert sind, welche für die Korrosion anfällig sind.

Im Anschluss wird der Grund dafür, dass die Zusammensetzung und die Porosität der auf Kupfer-Nickel basierenden, gesinderten Legierung, wie oben beschrieben in dem Lager für eine mit einem Motor betriebene Brennstoffpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung begrenzt sind, beschrieben.

(1) Zusammensetzung (a) Nickel

Die Nickel-Komponente trägt zu einer exzellenten Festigkeit, einem exzellenten Abriebwiderstand und Korrosionswiderstand bei und weist den Effekt der Bereitstellung eines Lagers mit exzellenter Festigkeit, exzellentem Abriebwiderstand und Korrosionswiderstand durch Ausbilden der gesinterten Matrix 11 aus den Kupfer-Nickel-Legierungskörnern 10 auf. Wenn der Nickelgehalte der Kupfer-Nickel-Legierung kleiner als 21% ist, können eine exzellente Festigkeit, ein Abriebwiderstand und ein Korrosionswiderstand des Lagers nicht gewährleistet werden und wenn der Nickelgehalt 35% übersteigt, sinken die Sintereigenschaften deutlich ab und eine Festigkeitsverringerung ist unvermeidlich. Dementsprechend wird der Nickelgehalt innerhalb eines Bereichs von 21 bis 35% eingestellt.

(b) Phosphor

Die Phosphor-Komponente hat den Effekt der Verbesserung der Sintereigenschaften zwischen den Kupfer-Nickel-Legierungskörnern 10 während des Sinterprozesses und der Verbesserung der Festigkeit der Matrix 11, die aus den Kupfer-Nickel-Legierungskörnern 10 zusammengesetzt ist, d.h., dass die Festigkeit des Lagers verbessert wird. Wenn der Phosphorgehalt kleiner als 0,1% ist, wird eine ausreichende Sintereigenschaft nicht erreicht, und wenn der Phosphorgehalt 0,85 übersteigt, sinkt die Festigkeit an der Grenze der Kupfer-Nickel-Legierungskörner 10 deutlich ab. Dementsprechend wird der Phosphorgehalt innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 0,8% eingestellt.

(c) Graphit

Die Graphit-Komponente liegt hauptsächlich in der Form von freiem Graphit entlang der Innenseite der offenen Poren 12, die über die Matrix 11 verteilt sind, vor und weist den Effekt der Bereitstellung eines Lagers mit exzellenter Schmiereigenschaft auf und trägt zur Verbesserung des Abriebwiderstands des Lagers bei. Wenn der Graphitgehalt kleiner als 3% beträgt, wird der gewünschte Effekt der Verbesserung des Abriebwiderstands nicht erreicht und wenn der Graphitgehalt 7% übersteigt, sinkt die Festigkeit deutlich ab. Dementsprechend wird der Graphitgehalt innerhalb eines Bereichs von 3 bis 7% eingestellt.

(d) Zinn

Die Zinnkomponente wird dazu zugegeben, den Korrosionswiderstand des Lagers durch Ausbilden einer Schicht 14 aus zinnreicher Legierung, die zumindest 50 Gew-% Zinn enthält, auf den inneren Oberflächen der offenen Poren 12 und nahe den Öffnungen der offenen Poren 12 zu verbessern. Ein Zinngehalt von weniger als 5% wird nicht bevorzugt, da die Schicht 14 aus zinnreicher Legierung nicht mit ausreichender Dicke ausgebildet wird, und ein Zinngehalt über 12% wird nicht bevorzugt, da die Schicht 14 aus zinnreicher Legierung an den Korngrenzen der Kupfer-Nickel-Legierungskörner ausgebildet wird, was die Festigkeit deutlich verringert. Dementsprechend wird der Zinngehalt innerhalb eines Bereichs von 5 bis 125 eingestellt.

(2) Porosität

Die über die Lagermatrix 11 verteilten offenen Poren 12 weisen den Effekt der Reduzierung der starken Reibung und des hohen Oberflächendrucks, der auf das Lager durch den Hochdruck- und Hochgeschwindigkeits-Strom des flüssigen Brennstoffs wie oben beschrieben aufgebracht wird, auf und unterdrücken den Abrieb deutlich. Wenn die Porosität kleiner als 8% ist, ist die Proportion der offenen Poren 12, die über die Matrix 11 verteilt sind, zu gering und der Effekt kann nicht adäquat erreicht werden. Wenn die Porosität 18% übersteigt, wird die Festigkeit des Lagers deutlich reduziert. Dementsprechend wird die Porosität innerhalb eines Bereichs von 8 bis 18% eingestellt.

(3) Zusammensetzung der Schicht 14 aus zinnreicher Legierung

Die Schicht 14 aus zinnreicher Legierung wird durch schnelles Abkühlen des durch Sintern erhaltenen gesinterten Lagers bei einer Abkühlrate von 15°C pro Minute erhalten. Die Zinnkonzentration der Schicht 14 aus zinnreicher Legierung ist an der obersten Oberflächenschicht am höchsten und der Zinngehalt sinkt mit steigender Nähe zu der Legierungskörnern ab. Die durchschnittliche Zusammensetzung der Schicht 14 aus zinnreicher Legierung beträgt 5 bis 27 Gew-% Kupfer, 5 bis 22 Gew-% Nickel und 0,1 bis 0,6 Gew-% Phosphor mit dem Rest Zinn und unvermeidlichen Verunreinigungen.

TESTBEISPIELE

Das Lager für eine mit einem Motor betriebene Brennstoffpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft in konkreten Begriffen beschrieben.

Als Basispulver wurden Pulver aus einer Kupfer-Nickel-Legierung (mit einem in Tabelle 1 gezeigten Nickelgehalt), Kupfer-Phosphor-Legierungspulver (mit dem in Tabelle 1 gezeigten Phosphorgehalt), Graphitpulver, Zinnpulver und Kupferpulver jeweils mit einer durchschnittlichen Formgröße von 30 bis 100 &mgr;m vorbereitet. Diese Basispulver wurden miteinander kombiniert, um jede der in Tabelle 1 und Tabelle 2 aufgelisteten Zusammensetzungen zu erhalten, 1%-ige Stearinsäure wurden hinzugefügt und die daraus resultierenden Produkte wurden über 20 Minuten in einem V-Mischer vermischt und anschließend zu Grünkörpern unter einem vorab festgelegten Druck innerhalb eines Bereichs von 200 bis 700 MPa verpresst. Die daraus resultierenden Grünkörper wurden in einer Gasatmosphäre mit einem Ammoniak-Aufschluss bei den in Tabelle 1 gezeigten Temperaturen gesintert. Abschließend wurden die daraus resultierenden gesinterten Körper unter einem vorab festgelegten Druck innerhalb eines Bereichs von 200 bis 700 MPa einer Bemessung unterzogen, wodurch Lager gemäß der Erfindung 1 bis 12, ein Vergleichslager 1 sowie ein konventionelles Lager 1 hergestellt wurden, die jeweils aus einer auf Kupfer-Nickel basierenden Legierung oder einer auf Kupplungsring basierenden gesinterten Legierung mit einer Porosität, wie sie in Tabelle 2 gezeigt ist, gefertigt waren. Jedes Lager wies einen Außendurchmesser von 9 mm, einen Innendurchmesser von 5 mm sowie eine Höhe von 6 mm auf.

Ein willkürlicher Querschnitt der Lager gemäß der vorliegenden Erfindung 1 bis 12, des Vergleichslagers 1 sowie des konventionellen Lagers 1 wurden unter Verwendung eines optischen Mikroskops (Vergrößerung 200) untersucht. In jedem der Lager gemäß der vorliegenden Erfindung 1 bis 12 waren die Poren in einer Proportion, wie sie in der Porosität der Tabelle 2 gezeigt ist, über die Kupfer-Nickel-Legierungs-Lagermatrix 11 verteilt, eine Phosphor-Komponente war an der Korngrenze der Kupfer-Nickel-Legierungskörner 10 verteilt, freies Graphit 13 war entlang der inneren Oberflächen der offenen Poren 12 verteilt und eine Schicht 14 aus zinnreicher Schicht, die zumindest 50 Gew-% Zinn enthielt, war an den Innenseiten der offenen Poren 12, die zur Oberfläche des Lagers offen sind, und nahe der Öffnungen der offenen Poren 12 ausgebildet. Auf der anderen Seite waren im Vergleichslager 1 die Poren über die Kupfer-Nickel-Legierungslagermatrix in einer Proportion verteilt, die in der Porosität in Tabelle 2 gezeigt ist, eine Phosphor-Komponente war an den Korngrenzen der Kupfer-Nickel-Legierungskörner verteilt und freies Graphit war entlang der inneren Oberflächen der offenen Poren verteilt. Eine Schicht aus zinnreicher Legierung war jedoch nicht ausgebildet. Im konventionellen Lager 1 waren die Poren über die auf Kupfer basierende Legierungs-Lagermatrix in einer Proportion verteilt, die in der Porosität in Tabelle 2 gezeigt ist, und freies Graphit war entlang der inneren Oberflächen der offenen Poren verteilt.

Im Anschluss wurden die nachfolgenden Tests unter Verwendung der Lager gemäß der vorliegenden Erfindung 1 bis 12, des Vergleichslagers 1 und des konventionellen Lagers 1 ausgeführt.

Die Lager gemäß der vorliegenden Erfindung 1 bis 12, das Vergleichslager 1 sowie das konventionelle Lager 1 wurden in Brennstoffpumpen mit Außendimensionen von 110 mm Länge und 40 mm Durchmesser eingesetzt. Jede Brennstoffpumpe wurde dann innerhalb eines Benzintanks platziert und unter den nachfolgenden angegebenen Bedingungen getestet.

  • Rotationsgeschwindigkeit des Propellers: 5000 (minimale Drehgeschwindigkeit) bis 15000 (maximale Drehgeschwindigkeit) in U/min
  • Benzin-Strömungsrate: 50 Liter/Stunde (minimale Strömungsrate) bis 250 Liter/Stunde (maximale Strömungsrate)
  • Druck, der durch die bei hoher Geschwindigkeit sich drehende Welle auf das Lager aufgebracht wurde: maximal 500 kPa
  • Testzeit: 500 Stunden

Dies bedeutet, dass ein Praxistest ausgeführt wurde, in dem eine Hochgeschwindigkeitsdrehung des Motors bewirkt, dass das Benzin bei hoher Geschwindigkeit durch einen schmalen Spalt strömt und Bedingungen erzeugt, in denen das Lager einem hohen Druck unterworfen war und einem Benzin ausgesetzt war, das bei einer hohen Strömungsrate strömte, und die maximale Abriebtiefe der Lageroberfläche nach dem Test wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

Zusätzlich wurde zur Bewertung der Festigkeit der Lager gemäß der vorliegenden Erfindung 1 bis 12, des Vergleichslagers 1 sowie des konventionellen Lagers 1 jedes Lager einem Drucktest unterzogen und die Druckfestigkeit wurde gemessen. Die Resultate sind in Tabelle 2 gezeigt.

Darüber hinaus wurde zur Bewertung des Korrosionswiderstands der Lager gemäß der vorliegenden Erfindung 1 bis 12, des Vergleichslagers 1 sowie des konventionellen Lagers 1 eine Testlösung aus organischer Säure, die für Testzwecke ein Benzin mit schlechter Qualität ersetzt, durch Zugabe von Carbonsäure, die durch die Formel RCOOH dargestellt wird (wobei R ein Wasserstoffatom oder eine Kohlenstoff-Wasserstoff-Gruppe ist) vorbereitet und auf 60°C erhitzt und die Lager gemäß der vorliegenden Erfindung 1 bis 12, das Vergleichslager 1 sowie das konventionelle Lager 1 wurden in die erhitzte Testlösung aus organischer Säure für 100 Stunden eingetaucht. Die Menge der Variationen der Masse jedes Lagers vor und nach dem Eintauchen in die Testlösung aus organischer Säure wurde gemessen und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

Aus den Ergebnissen in Tabelle 1 und 2 ergibt sich, dass sämtliche Lager gemäß der vorliegenden Erfindung 1 bis 12 einen exzellenten Abriebwiderstand, eine hohe Festigkeit aufgrund des Effekts der Verbesserung der Sintereigenschaften mit der an den Korngrenzen der Kupfer-Nickel-Legierungskörner 10 verteilten Phosphor-Komponente und einen exzellenten Korrosionswiderstand gegenüber der Testlösung aus organischer Säure aufwiesen. Im Gegensatz hierzu litt das konventionelle Lager 1, das aus der auf Kupfer basierenden Sinterlegierung hergestellt wurde, obwohl es die gleiche hohe Festigkeit aufwies, unter einem vergleichsweise schnellen Abrieb und wies einen schlechteren Korrosionswiderstand gegenüber der Testlösung aus organischer Säure auf. Es ist ebenso ersichtlich, dass das Vergleichslager 1, in dem die Schicht aus zinnreicher Legierung nicht ausgebildet war, einen schlechteren Korrosionswiderstand gegenüber der Testlösung aus organischer Säure aufwies.

Obwohl oben bevorzugte Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt. Verschiedene Hinzufügungen, Weglassungen, Ersetzungen und andere Veränderungen sind möglich, vorausgesetzt, dass sie innerhalb dies Schutzbereichs liegen, der nicht vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abweicht. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben angegebene Beschreibung beschränkt und wird nur durch den Schutzbereich der anhängenden Ansprüche begrenzt.

GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT

Das Lager gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt einen exzellenten Korrosionswiderstand, exzellenten Abriebwiderstand und hohe Festigkeit, nicht nur wenn es in einer mit einem Motor betriebenen Brennstoffpumpe für einen Motor verwendet wird, der normalen Brennstoff verwendet, sondern auch in Motoren, die einen flüssigen Brennstoff mit schlechter Qualität verwenden, so wie etwa Benzin, das organische Säuren oder dergleichen enthält. Dementsprechend ist es möglich, einen Motor bereitzustellen, der über lange Zeit unabhängig von der schlechten Qualität des verwendeten flüssigen Brennstoffs eine ausreichend hohe Leistung beibehalten kann.

ZUSAMMENFASSUNG

Ein Lager für eine mit einem Motor betriebene Brennstoffpumpe wird aus einer auf Kupfer-Nickel basierenden, gesinterten Legierung gefertigt, welche aus 21 bis 35 Gew-% Nickel, 5 bis 12 Gew-% Zinn, 3 bis 7 Gew-% Kohlenstoff, 0,1 bis 0,8 Gew-% Phosphor und dem Rest Kupfer sowie unvermeidlichen Verunreinigungen zusammengesetzt ist. Eine Matrix des Lagers wird mit Poren mit einer Porosität von 8 bis 18% ausgebildet und die Phosphor-Komponente herrscht an den Korngrenzen vor und freies Graphit ist entlang der Innenseiten der offenen Poren, die zur Oberfläche hin geöffnet sind und sich in das Lager hinein erstrecken, verteilt. In diesem Lager ist eine Schicht aus einer zinnreichen Legierung mit größer gleich 50 Gew-% Zinn an den Innenseiten der offenen Poren und nahe den Öffnungen der offenen Poren ausgebildet.


Anspruch[de]
Lager für eine mit Motor betriebene Brennstoffpumpe, bestehend aus einer aus Kupfer-Nickel basierenden, gesinterten Legierung, wobei die auf Kupfer-Nickel basierende, gesinterte Legierung aus 21 bis 35 Gew-% Nickel, 5 bis 12% Zinn, 3 bis 7 Gew-% Kohlenstoff, 0,1 bis 0,8 Gew-% Phosphor und dem Rest Kupfer sowie unvermeidlichen Verunreinigungen besteht,

wobei das Lager beinhaltet:

über eine Matrix bei einer Porosität von 8 bis 18% ausgebildete Poren;

eine an den Korngrenzen vorherrschende Phosphor-Komponente;

entlang der inneren Oberflächen der offenen Poren, die zu einer Oberfläche des Lagers geöffnet sind und sich in das Innere des Lagers hin erstrecken, verteiltes freies Graphit; und

eine Schicht aus zinnreicher Legierung, die mindestens 50 Gew-% Zinn enthält und an den inneren Oberflächen der offenen Poren an den Umfängen der Öffnungen der offenen Poren ausgebildet ist.
Lager für eine mit einem Motor betriebene Brennstoffpumpe gemäß Anspruch 1, wobei die Schicht aus zinnreicher Legierung aus 5 bis 27 Gew-% Kupfer, 5 bis 22 gespeichert Nickel sowie 0,1 bis 0,6 Gew-% Phosphor und dem Rest Zinn sowie unvermeidlichen Verunreinigungen zusammengesetzt ist.






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