DE102009000796A1

DE102009000796A1 - Kraftstoffpumpe

Info

Publication number: DE102009000796A1
Application number: DE102009000796A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dornhoefer; Roland Seidel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-08-19
Also published as: WO2010091753A1

Abstract

Es sind schon Kraftstoffpumpen bekannt mit einem Rotor zum Fördern von Flüssigkeiten, der aus einem thermoplastischen Kunststoff als Basiswerkstoff besteht, dem Fasern und weitere Füllstoffe zugesetzt sind. Die dem Basiswerkstoff beigefügten Fasern sind Glasfasern. Die weiteren Füllstoffe sind mineralische Füllstoffe. Die Füllstoffe sind erforderlich, um eine Quellung des Rotors im Kraftstoff zu mindern bzw. die Festigkeit zu erhöhen. Der Rotor wird über eine Antriebswelle von einem Anker eines Elektromotors angetrieben. Dazu ragt die Antriebswelle formschlüssig in eine Mitnehmeröffnung des Rotors hinein. Nachteilig ist, dass der Rotor im Bereich der Mitnehmeröffnung durch die Antriebswelle tribologisch stark belastet ist, wodurch im Laufe der Zeit ein Verschleiß an der Mitnehmeröffnung auftritt. Wenn die oberste Deckschicht, also die sogenannte Spritzhaut des Rotors im Bereich der Mitnehmeröffnung erst einmal durch Verschleiß verletzt ist, liegen die Füllstoffe frei an der Oberfläche des Rotors und verursachen einen progressiv ansteigenden Verschleiß am Rotor und an der Antriebswelle. Dieser Verschleiß kann die Funktionseigenschaften und die Lebensdauer der Kraftstoffpumpe nachteilig beeinträchtigen. Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe wird der Verschleiß an der Mitnehmeröffnung des Rotors und an der Antriebswelle stark verringert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Fasern Kunststofffasern sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffpumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es sind schon Kraftstoffpumpen bekannt mit einem Rotor zum Fördern von Flüssigkeiten, der aus einem thermoplastischen Kunststoff als Basiswerkstoff besteht, dem Fasern und weitere Füllstoffe zugesetzt sind. Die dem Basiswerkstoff beigefügten Fasern sind Glasfasern. Die weiteren Füllstoffe sind mineralische Füllstoffe. Die Füllstoffe sind erforderlich, um eine Quellung des Rotors im Kraftstoff zu mindern bzw. die Festigkeit zu erhöhen. Der Rotor wird über eine Antriebswelle von einem Anker eines Elektromotors angetrieben. Dazu ragt die Antriebswelle formschlüssig in eine Mitnehmeröffnung des Rotors hinein. Nachteilig ist, dass der Rotor im Bereich der Mitnehmeröffnung durch die Antriebswelle tribologisch stark belastet ist, wodurch im Laufe der Zeit ein Verschleiß an der Mitnehmeröffnung auftritt. Wenn die oberste Deckschicht, also die sogenannte Spritzhaut des Rotors im Bereich der Mitnehmeröffnung erst einmal durch Verschleiß verletzt ist, liegen die Füllstoffe frei an der Oberfläche des Rotors und verursachen einen progressiv ansteigenden Verschleiß am Rotor und an der Antriebswelle. Dieser Verschleiß kann die Funktionseigenschaften und die Lebensdauer der Kraftstoffpumpe nachteilig beeinträchtigen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der Verschleiß an der Mitnehmeröffnung des Rotors und an der Antriebswelle stark verringert wird, indem die dem Basiswerkstoff des Rotors beigemischten Fasern Kunststofffasern sind. Der Verschleiß wird durch die Kunststofffasern um mehr als den Faktor Hundert verringert. Weiterhin wurde festgestellt, dass der auftretende Verschleiß nicht wie im Stand der Technik progressiv, sondern nur linear über der Betriebszeit ansteigt. Die Höhe dieser Verschleißminderung ist außerordentlich überraschend und war unerwartet, da alle bekannten, üblicherweise eingesetzten Faserfüllstoffe, wie Glas- oder Kohlefasern, starken und in fortgeschrittenem Stadium auch progressiven Verschleiß verursachen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Kraftstoffpumpe möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die hochfesten Kunststofffasern aus Aramid hergestellt sind, da sich bei diesen Fasern die höchste Verschleißminderung einstellt.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn dem Kunststoff als weiterer Füllstoff Polytetrafluorethylen (PTFE), Graphit und/oder Molybdänsulfid (MoS₂) zugemischt ist, da auf diese Weise die Reibung und auch der Verschleiß unter Mischreibungsbedingungen verringert wird.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn dem Basiswerkstoff 10% Massenanteil Kunststofffasern und 10% Massenanteil Polytetrafluorethylen (PTFE) beigefügt sind, da auf diese Weise ein Optimum bzgl. Verschleißwiderstand, Quellreduzierung und Festigkeit erreicht wird.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn diese weiteren Füllstoffe als Nanopartikel zugemischt sind, da auf diese Weise höhere Festigkeiten erreicht werden und auch der Verschleiß reduziert wird.
Auch vorteilhaft ist, wenn der Basiswerkstoff Polyphenylensulfid (PPS) ist, da dies ein preiswerter, quellbeständiger Thermoplast ist, der jedoch sehr verschleißanfällig ist, wenn Glas- oder Kohlefasern inkorporiert sind.
Außerdem vorteilhaft ist, wenn zusätzlich Mineralien als weitere Füllstoffe beigefügt sind, da auf diese Weise die Quellanfälligkeit des Materials weiter reduziert wird. Als Füllstoff kann z. B. Calziumcarbonat zugesetzt werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt im Schnitt eine vereinfacht dargestellte Kraftstoffpumpe und
2 eine Teilansicht der Mitnehmeröffnung des Rotors der Kraftstoffpumpe aus 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt beispielhaft eine Kraftstoffpumpe, bei der die Erfindung Anwendung finden könnte.
Das Kraftstoffpumpe dient dazu, Flüssigkeit, beispielsweise Kraftstoff, aus einem Vorratsbehälter zu einer Brennkraftmaschine zu fördern. Die Kraftstoffpumpe kann sowohl eine Strömungspumpe oder als auch eine Verdrängerpumpe sein.
Das Kraftstoffpumpe hat ein Pumpengehäuse 1 mit zumindest einem Eingangskanal 2 und einem Ausgangskanal 3. Der Eingangskanal 2 des Kraftstoffpumpes ist beispielsweise über eine Saugleitung 4 mit einem Vorratsbehälter 5 verbunden, in dem beispielsweise Kraftstoff gespeichert ist. Der Ausgangskanal 3 ist über eine Druckleitung 8 beispielsweise mit einer Brennkraftmaschine 9 verbunden.
Das Pumpengehäuse 1 weist eine Pumpenkammer 10 auf, in der ein Rotor 11 rotierend um eine Pumpenachse 12 umläuft. Die Pumpenkammer 10 wird begrenzt durch zwei sich in Richtung der Pumpenachse 12 gegenüberliegende Stirnwände 17, 18 und in radialer Richtung bezüglich der Pumpenachse 8 von einer Umfangswand 19.
Der Rotor 11 dient der Flüssigkeitsförderung und baut einen vorbestimmten Druck stromab der Pumpenkammer 10 auf. Beispielhaft ist der Rotor 11 als Turbinenlaufrad ausgebildet. Die Ausbildung des Rotors 11 ist aber ausdrücklich beliebig. Der Rotor 11 wird über eine Antriebswelle 15 von einem Aktor 16, beispielsweise einem Anker eines Elektromotors, angetrieben. Der Rotor 11 und die Antriebswelle 15 sind formschlüssig miteinander verbunden, indem der Rotor 11 eine Mitnehmeröffnung 22 aufweist, in die die Antriebswelle 15 formschlüssig hinein- bzw. hindurchragt. Der Formschluss ergibt sich beispielsweise dadurch, dass die Antriebswelle 15 an ihrem dem Rotor 11 zugewandten Endabschnitt zumindest eine Abflachung 23 aufweist, die jeweils mit einem Mitnehmerabschnitt 24 der Mitnehmeröffnung 22 formschlüssig zusammenwirkt (2). Der Rotor 11 ist auf der Antriebswelle 15 beispielsweise derart gelagert, dass er zwischen den Stirnwänden 17, 18 axial beweglich ist.
Der Rotor 11 ist aus einem thermoplastischen Kunststoff als Basiswerkstoff hergestellt. Der Basiswerkstoff ist beispielsweise Polyphenylensulfid (PPS), könnte aber auch ein anderer Kunststoff sein, beispielsweise PEEK oder POM. Dem Basiswerkstoff des Rotors 11 sind Fasern und weitere Füllstoffe zugesetzt. Die Fasern dienen der Erhöhung der Bauteilfestigkeit und die mineralischen Füllstoffe der Minderung der Bauteilquellung im Fördermedium Kraftstoff. Eine Quellung des Rotors 11 kann zu einem Anlaufen des Rotors 11 an eine der Wandungen oder Planflächen der Pumpenkammer 10 führen, was hohe Reibung, hohen Verschleiß und möglicherweise ein Ausfallen der Kraftstoffpumpe zur Folge hat.
Der Rotor 11 ist im Bereich der Mitnehmeröffnung 22 tribologisch stark belastet, wodurch im Laufe der Zeit ein Verschleiß an der Mitnehmeröffnung 22 auftritt. Dieser Verschleiß ist bei Kraftstoffen mit schlechten Schmiereigenschaften, beispielsweise Ethanol oder Ethanolgemischen, besonders hoch.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die dem Basiswerkstoff zugesetzten Fasern Kunststofffasern sind. Die Kunststofffasern haben eine hohe Festigkeit (zwischen 2000–3000 N/mm² Zugfestigkeit) und bestehen gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Aramid. Durch die Kunststofffasern wird der Verschleiß an der Mitnehmeröffnung 22 um mehr als den Faktor 100 verringert. Es wurde festgestellt, dass der noch auftretende Verschleiß nicht wie im Stand der Technik progressiv, sondern nur linear über der Betriebszeit ansteigt.
Dem Basiswerkstoff sind als weiterer Füllstoff Polytetrafluorethylen (PTFE), Graphit und/oder Molybdänsulfid (MoS₂) zugemischt, die Reibung unter Mischreibungsbedingungen zu verringern. Desweiteren sind als weitere Füllstoffe Mineralien zugesetzt, die eine Bauteilquellung in Kontakt mit Kraftstoffen mindern sollen. Als Füllstoffe können beispielsweise 40% Calziumcarbonat zugesetzt sein. Diese weiteren Füllstoffe sind beispielsweise als Nanopartikel (sogenannte Nanocomposites) zugesetzt, um höhere Festigkeiten zu erreichen und den Verschleiß zu reduzieren.
Der Rotor 11 wird mittels Spritzguss hergestellt.

Claims

Kraftstoffpumpe mit einem Rotor (11) zum Fördern von Flüssigkeiten, der aus einem thermoplastischen Kunststoff als Basiswerkstoff besteht, dem Fasern und weitere Füllstoffe zugesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Kunststofffasern sind.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffasern aus Aramid hergestellt sind.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoff als weiterer Füllstoff Polytetrafluorethylen (PTFE), Graphit, Molybdänsulfid (MoS₂) und/oder Mineralien zugemischt sind.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Basiswerkstoff 10% Kunststofffasern und 10% Polytetrafluorethylen (PTFE) beigefügt ist.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Füllstoffe als Nanopartikel zugemischt sind.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiswerkstoff Polyphenylensulfid (PPS) ist.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (11) ein Spritzgussteil ist.