Vorteile
der Erfindung
Die
erfindungsgemäße Förderpumpe
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil einer hohen
Verschleißbeständigkeit.
Die Förderpumpe
kann insbesondere als Zahnradpumpe ausgestaltet sein und dient zum
Fördern
von Brennstoff. Beispielsweise kann die Förderpumpe den Brennstoff zu
einer Hochdruckpumpe fördern.
In solch einem Fall steht der Saugbereich der Förderpumpe zumindest mittelbar
mit dem Tank in Verbindung. Es sind jedoch auch andere Anwendungen denkbar,
bei denen ein bereits unter einem gewissen Druck stehender Brennstoff
an den Saugbereich geführt
wird.
Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen
Förderpumpe möglich.
Vorteilhaft
ist es, dass das keramische Zusatzmaterial aus einer Vielzahl von
Partikeln besteht, die in das metallische Grundmaterial eingelagert sind.
Das metallische Grundmaterial kann dabei aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung bestehen. Beispielsweise kann eine Aluminiumlegierung
zum Einsatz kommen, die im Wesentlichen aus Aluminium und Silicium
besteht, wobei der Massenanteil von Silicium an der Legierung 9%
betragen kann. Das keramische Zusatzmaterial kann aus einem Siliciumcarbid
bestehen, wobei der Anteil des Siliciumcarbids an der Zusammensetzung
aus dem metallischen Grundmaterial und dem Siliciumcarbid beispielsweise
aus dem Bereich von etwa 5 Massenprozent bis etwa 20 Massenprozent
liegt. Mit zunehmendem Anteil des keramischen Zusatzmaterials an
der Zusammensetzung aus dem metallischen Grundmaterial und dem keramischen
Zusatzmaterial nehmen die keramischen Eigenschaften der Zusammensetzung zu.
Um eine hohe Verschleißbeständigkeit
zu erreichen, ist ein hoher Anteil des keramischen Zusatzmaterials
von beispielsweise 20 Massenprozent von Vorteil. Durch Variieren
des Anteils des keramischen Zusatzmaterials an der Zusammensetzung
lässt sich allerdings
in gewissen Grenzen auch die Wärmeausdehnung
des Gehäuseteils
vorgeben, wobei die Wärmeausdehnung
mit zunehmendem Anteil des keramischen Zusatzmaterials verringert
wird. Im Hinblick auf den jeweiligen Anwendungsfall kann die Verschleißbeständigkeit
und die Wärmeausdehnung
des Gehäuseteils
vorteilhaft beeinflusst werden. Eine gute Verschleißbeständigkeit
wirkt sich in einem vorteilhaften Reibverhalten, einem vorteilhaften
Korrosionsverhalten und einem vorteilhaften Kavitationsverhalten
aus.
Das
Förderelement,
das zum Fördern
des Brennstoffes von einem Saugbereich zu einem Druckbereich dient,
kann auf Grund der hohen Verschleißbeständigkeit des Gehäuseteils
direkt an einem in das Gehäuseteil
integrierten Lagerzapfen gelagert sein. Ferner kann auch ein Gehäusedeckel vorgesehen
sein, der entsprechend dem Gehäuseteil aus
einem metallischen Grundmaterial und einem keramischen Zusatzmaterial
gebildet ist und zusammen mit dem Lagerzapfen zur Lagerung des Förderelementes
dient. Weitere Förderelemente
können ebenfalls
direkt an in das Gehäuseteil
integrierten Lagerzapfen gelagert sein. Dadurch können separate
Lager entfallen, wodurch die Zuverlässigkeit der Förderpumpe
verbessert ist. Gleitflächen
zwischen den Förderelementen
und den Lagerzapfen benötigen
keine Beschichtung mit einer Verschleißschutzschicht, da durch die
keramischen Eigenschaften eine sehr gute Verschleißbeständigkeit
erreicht werden kann. Dadurch wird die Herstellung der Förderpumpe
erleichtert und die Zuverlässigkeit
der Förderpumpe über deren
Lebensdauer verbessert.
Zeichnung
Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es
zeigt:
1 ein
Ausführungsbeispiel
der Förderpumpe
der Erfindung in einer auszugsweisen Schnittdarstellung und
2 den
in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt in einer schematischen
Darstellung.
Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Förderpumpe 1 der
Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Förderpumpe 1 als
Zahnradpumpe 1 ausgestaltet. Die Förderpumpe 1 kann insbesondere
als Niederdruckpumpe eingesetzt werden, die im Rahmen eines Common-Rail-Systems
Brennstoff aus einem Brennstofftank zu einer Hochdruckpumpe fördert. Insbesondere
eignet sich die Förderpumpe 1 für Brennstoffeinspritzanlagen
von gemischverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
Die erfindungsgemäße Förderpumpe 1 eignet
sich jedoch auch für
andere Anwendungsfälle.
Brennstoff,
insbesondere Dieselbrennstoff, der von der Förderpumpe 1 gefördert wird,
kann zugleich die Aufgabe eines Schmiermittels übernehmen. Diesbezüglich ist
die Schmierfähigkeit
des Dieselbrennstoffs von Bedeutung. Eine mögliche Anforderung an die Schmierfähigkeit
von Dieselbrennstoffen für
Personenkraftwagen oder Nutzkraftwagen besteht in der Vorgabe, dass
die Schmierfähigkeit
maximal wsd 1,4 460 μm
HFRR beträgt.
Allerdings sind die Dieselbrennstoffe weltweit in unterschiedlicher Qualität erhältlich,
so dass die Schmierfähigkeit
gegebenenfalls nur wsd 1,4 520 μm
HFRR oder schlechter ist. Im Hinblick auf einen universellen Einsatz
der Förderpumpe 1 ist
daher eine hohe Verschleißbeständigkeit
insbesondere bei Brennstoffen mit geringer Schmierfähigkeit
wünschenswert,
um einen zuverlässigen
Betrieb zu ermöglichen.
Die
Förderpumpe 1 weist
ein Gehäuse 2 auf, das
aus einem Gehäuseteil 3 und
einem Gehäusedeckel 4 besteht.
Das Gehäuseteil 3 weist
eine Einlassöffnung 5 auf,
durch die Brennstoff in einen Saugbereich 6 im Inneren
des Gehäuses 2 geleitet
werden kann. Ferner weist das Gehäuse 2 eine Auslassöffnung 7 auf, über die
Brennstoff aus einem im Inneren des Gehäuses 2 vorgesehenen
Druckbereich 8 aus der Förderpumpe 1 austreten
kann. Die Einlassöffnung 5 kann
mit einem Brennstofftank verbunden sein, und die Auslassöffnung 7 kann
mit einer Hochdruckpumpe verbunden sein. Die Förderpumpe 1 weist
im Inneren des Gehäuses 2 angeordnete
Förderelemente 9, 10 auf,
die als Zahnräder 9, 10 ausgestaltet
sind. Im Betrieb der Förderpumpe 1 dreht sich
das Zahnrad 9 im Uhrzeigersinn, während sich das Zahnrad 10 entgegen
dem Uhrzeigersinn dreht. Dadurch wird Brennstoff aus dem Saugbereich 6 in den
Druckbereich 8 gefördert.
Dabei ist das Förderelement 9 an
dem Lagerzapfen 15 gelagert. Ferner ist das Förderelement 10 an
dem Lagerzapfen 16 gelagert. Die Lagerzapfen 15, 16 können einteilig
mit dem Gehäuse 2 ausgebildet
sein oder in das Gehäuse 2 eingepresst
sein. Die Förderpumpe 1 wird
nachfolgend auch anhand der 2 weiter
im Detail beschrieben.
2 zeigt
den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt in einer schematischen
Schnittdarstellung. Zwischen einer Gehäusewand 17 des Gehäuseteils 3 des
Gehäuses 2 und
einem Zahn 11 des Förderelements 9 ist
ein Spalt 12 mit einer Spaltbreite 13 vorgesehen,
der im Betrieb der Förderpumpe 1 mit
einem Teil eines Brennstoffes 14 gefüllt ist. Der Brennstoff 14 wird
dabei von dem Saugbereich 6 zu dem Druckbereich 8 gefördert und
dient gleichzeitig als Schmiermittel zwischen den Förderelementen 9, 10 und
dem Gehäuse 2 sowie
den Lagerzapfen 15, 16.
Das
Gehäuseteil 3 des
Gehäuses 2 und
die Lagerzapfen 15, 16 bestehen aus einer Matrix
aus metallischen Grundmaterial 20 und einem keramischen
Zusatzmaterial 21, das in Form einer Vielzahl von Partikeln 22, 23 in
das metallische Grundmaterial 20 eingelagert ist. Zur Vereinfachung
der Darstellung sind in der 2 nur die
Partikel 22, 23 gekennzeichnet. Die Größe jedes
der Partikel 22, 23 kann beispielsweise im Bereich
von 5 μm
bis 20 μm
liegen. Der Anteil des keramischen Zusatzmaterials 21 an der Zusammensetzung
aus dem metallischen Grundmaterial 20 und dem keramischen
Zusatzmaterial 21 kann beispielsweise 20 Massenprozent
betragen. Die Partikel 22, 23 sind gleichmäßig über das
Gefüge des
metallischen Grundmaterials 20 eingelagert. Auf diese Weise
ist ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff ausgestaltet.
Das metallische Grundmaterial 20 kann beispielsweise aus
einer Aluminiumlegierung mit Silicium oder Silicium und Kupfer bestehen.
Beispielsweise kann der Anteil des Siliciums an der Legierung 9 Massenprozent
betragen. Zusätzlich
kann auch Kupfer mit einem Anteil von 3 Massenprozent in der Aluminiumlegierung
enthalten sein. Das keramische Zusatzmaterial 21 kann aus
einem Siliciumcarbid (SiC) bestehen.
Der
Ausgangsstoff Aluminium sowie ein weiterer Ausgangsstoff, der aus
mit Siliciumcarbid legiertem Aluminium besteht, sind als Standardprodukte kostengünstig erhältlich.
Durch eine geeignete Mischung dieser Ausgangsstoffe kann der gewünschte Anteil
von Siliciumcarbid an der Mischung eingestellt werden. Die so erhaltene
Legierung kann mittels eines Druckgussverfahrens weiterverarbeitet
werden, um das Gehäuse 2 mit
den vorzugsweise integrierten Lagerzapfen 15, 16 auszubilden.
Durch
das keramische Zusatzmaterial 21 wird zum einen die Verschleißbeständigkeit
des Gehäuseteils 3 und
der Lagerzapfen 15, 16 erheblich verbessert. Eine
an dem Lagerzapfen 15 vorgesehene Gleitfläche 24,
an der das Förderelementes 9 gelagert
ist, kann daher unbeschichtet ausgestaltet sein. Speziell wird durch
das keramische Zusatzmaterial 21 eine Gleitfläche 24 des
Lagerzapfens 15 mit hoher Abriebsbeständigkeit geschaffen, die auch
bei schlecht schmierenden Brennstoffen 14 eine hohe Zuverlässigkeit
der Förderpumpe 1 gewährleistet. Eine
zusätzliche
Beschichtung des Lagerzapfens 15 an seiner Gleitfläche 24 ist
somit nicht erforderlich, so daß die
Zuverlässigkeit
der Förderpumpe 1 verbessert
ist.
Die
Gleitfläche 24 ist
an dem Lagerzapfen 15 in einem Bereich ausgebildet, in
dem das Förderelement 9 beim
Fördern
des Brennstoffes 14 mit dem Lagerzapfen 15 zur
Lagerung zusammenwirkt. Eine entsprechend der Gleitfläche 24 ausgebildete
Gleitfläche 25 ist
an dem Lagerzapfen 16 in einem Bereich ausgebildet, in
dem das Förderelement 10 beim Fördern von
Brennstoff aus dem Saugbereich 6 in den Druckbereich 8 mit
dem Lagerzapfen 16 zur Lagerung zusammenwirkt.
Zum
anderen wird durch das keramische Zusatzmaterial 21 eine
vorteilhafte Wärmeausdehnung des
Gehäuseteils 3 und
der Lagerzapfen 15, 16 erreicht. Insbesondere
kann durch das keramische Zusatzmaterial 21 ein Wärmeausdehnungskoeffizient der
Zusammensetzung aus dem metallischen Grundmaterial 20 und
dem keramischen Zusatzmaterial 21 erreicht werden, der
kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient
eines metallischen Grundmaterials 20, bei dem keine Einlagerung
vorgesehen ist. Insbesondere kann durch die Wahl des keramischen Zusatzmaterials 21 und
den Anteil des keramischen Zusatzmaterials 21 eine Anpassung
der Wärmeausdehnung
des Gehäuseteils 3 in
Bezug auf eine Wärmeausdehnung
der Förderelemente 9, 10 erfolgen.
Beispielsweise
können
die Förderelemente 9, 10 aus
einem Stahl gefertigt sein. Bei einem Gehäuse 2, das beispielsweise
lediglich aus einer Aluminiumlegierung besteht, ergibt sich das
Problem, dass über
den thermischen Betriebsbereich eine erhebliche Variation der Spaltbreite 13 auftritt.
Dadurch kann es einerseits zu einem erhöhten Verschleiß und andererseits
bei großer
Spaltbreite 13 zu erheblichen Wirkungsgradverlusten kommen.
Durch das keramische Zusatzmaterial 21 kann die Wärmeausdehnung des
Gehäuses 2 zumindest
an die Wärmeausdehnung
des Materials der Förderelemente 9, 10 angenähert werden,
so dass die Variation der Spaltbreite 13 über den
thermischen Betriebsbereich verringert ist. Dadurch können Wirkungsgradverluste
vermieden werden. In Bezug auf den jeweiligen Anwendungsfall kann
dadurch gegebenenfalls auch eine größere Toleranz bei der Herstellung
des Gehäuses 2 und/oder
der Förderelemente 9, 10 vorgegeben werden.
Da
mit zunehmendem Anteil des keramischen Zusatzmaterials 21 sowohl
die Wärmeausdehnung
des Gehäuses 2 verringert
als auch die Verschleißbeständigkeit
der Lagerzapfen 15, 16 verbessert werden kann,
ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Förderpumpe 1 eine Kombination
der damit verbundenen Vorteile. Die Förderpumpe 1 kann daher
auch in neuen Anwendungsbereichen mit niedrigen Antriebsdrehzahlen
und/oder höheren
Temperaturen eingesetzt werden.
Insbesondere
die durch das Material der Lagerzapfen 15, 16 erzeugten
harten Gleitflächen 24, 25 tragen
zu einer hohen Verschleißbeständigkeit der
Förderpumpe 1 bei.
Dabei werden das Reibverhalten, das Korrosionsverhalten und die
Beständigkeit
gegenüber
Kavitationseinflüssen
verbessert. In Bezug auf den jeweiligen Einsatzbereich kann die Förderpumpe 1 gegebenenfalls
nicht nur im Gebiet der Flüssigkeitsreibung,
sondern auch im Mischreibungseinsatz betrieben werden.
Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere
eignet sich die Erfindung auch für
eine Förderpumpe 1, die
als Hochdruckpumpe oder für
andere Brennstoffe als Dieselbrennstoff ausgestaltet ist. Ferner
kann das Gehäuse 2 auch
aus mehreren Gehäuseteilen
bestehen, von denen eines oder mehrere entsprechend dem Gehäuseteil 3 aus
einem metallischen Grundmaterial 20 und einem keramischen
Zusatzmaterial 21 ausgestaltet sind.