DE102009008792A1

DE102009008792A1 - Kraftstoffpumpe und Verfahren zur Fertigung einer Kraftstoffpumpe

Info

Publication number: DE102009008792A1
Application number: DE102009008792A
Authority: DE
Inventors: Bernd Jaeger
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2010-08-19
Also published as: EP2396534A1; CN102317613A; WO2010092033A1; JP2012518112A; EP2396534B1

Abstract

Bei einer Kraftstoffpumpe mit einem zwischen zwei Gehäuseteilen (5, 6) angeordneten Laufrad (7) weisen dem Laufrad (7) zugewandte Oberflächen der Gehäuseteile (5, 6) eine Schicht (13, 14) aus Keramik auf. Diese Keramik enthält Oxidkeramik und ist durch Umwandlung von Leichtmetall der Gehäuseteile (5, 6) erzeugt. Hierdurch weist die Kraftstoffpumpe einen besonders hohen Schutz gegen abrasiven und chemischen Verschleiß auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug mit einem angetriebenen Laufrad und mit dem Laufrad axial gegenüberstehenden Gehäuseteilen und mit einem Abstandhalter zur Beabstandung der Gehäuseteile, wobei die Gehäuseteile aus Leichtmetall gefertigt sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fertigung einer Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug, bei der ein angetriebenes Laufrad zwischen zwei axial gegenüberstehenden Gehäuseteilen mit einem Abstandhalter zur Beabstandung der Gehäuseteile angeordnet wird und die Gehäuseteile aus Leichtmetall gefertigt werden.
Solche Kraftstoffpumpen sind aus der Praxis bekannt. Bei der bekannten Kraftstoffpumpe weist eines der Gehäuseteile einen Einlasskanal und das andere Gehäuseteil einen Auslasskanal auf. Die Kraftstoffpumpe wird hierdurch axial durchströmt. Der Abstandhalter ist ringförmig gestaltet und umschließt das Laufrad. Damit können die Gehäuseteile gegen den Abstandhalter vorgespannt werden. Die Höhe des Abstandhalters und die Höhe des Laufrades sind im Neuzustand der Kraftstoffpumpe maßgeblich die Spalte zwischen den Stirnseiten des Laufrades und den Gehäuseteilen. Durch Verschleiß der Gehäuseteile durch den Betrieb der Kraftstoffpumpe können sich die Spalte gegenüber dem Laufrad jedoch vergrößern. Damit steigt die Leckage innerhalb der Kraftstoffpumpe, was zur Folge hat, dass die Leistung und der Wirkungsgrad der Kraftstoffpumpe stark abfallen. Der Verschleiß der Gehäuseteile kann beispielsweise durch den Einsatz der Kraftstoffpumpe in staubhaltiger Umgebung oder durch korrosive Kraftstoffe stark ansteigen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Kraftstoffpumpe der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass sie einen hohen Wirkungsgrad auch nach langem Betrieb aufweist.
Weiterhin soll ein Verfahren zur Fertigung der Kraftstoffpumpe geschaffen werden, welches einen hohen Wirkungsgrad der Kraftstoffpumpe sicherstellt.
Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Gehäuseteile an ihrer dem Laufrad gegenüberstehenden Seite eine Schicht aus Keramik aufweist.
Durch diese Gestaltung weist die Oberfläche der Gehäuseteile an den für den dauerhaft hohen Wirkungsgrad der Kraftstoffpumpe maßgeblichen Stellen einen besonders hohen Verschleißschutz auf. Da Keramik weitgehend unempfindlich gegen korrosive Kraftstoffe, wie beispielsweise alkoholhaltige Kraftstoffe ist, sind die Oberflächen der aus Aluminium gefertigten Gehäuseteile zuverlässig vor chemischem Verschleiß geschützt. Weiterhin weist Keramik gerade im Vergleich zu dem Leichtmetall der Gehäuseteile eine besonders hohe Festigkeit gegen abrasiven Verschleiß auf. Damit sind die Gehäuseteile auch bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe in staubhaltiger Umgebung zuverlässig gegen Verschleiß geschützt. Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe weist hierdurch auch nach langem Betrieb einen hohen Wirkungsgrad auf. Vorzugsweise ist das Leichtmetall der Gehäuseteile eine Aluminiumlegierung.
Die Fertigung der Schicht aus Keramik lässt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig fertigen, wenn die Schicht Oxidkeramik enthält. Zur Fertigung dieser Schicht eignet sich insbesondere die so genannten plasmaelektrolytische Oxidation.
Zur weiteren Erhöhung der Festigkeit der Oberfläche der Gehäuseteile trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn die Schicht eine Verbindung aus Phosphor enthält. Die Einbindung der Verbindung aus Phosphor in die Oxidkeramik enthaltende Schicht stellt die beson ders hohe Festigkeit der Oberfläche der Gehäuseteile gegen abrasiven Verschleiß und chemischen Verschleiß sicher.
Die Schicht aus Keramik weist gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine zuverlässige Verbindung mit dem Material der Gehäuseteile auf, wenn die Schicht aus Keramik durch chemische Umwandlung des Leichtmetalls der Gehäuseteile erzeugt ist. Diese zuverlässige Verbindung der Schicht aus Keramik mit dem Material der Gehäuseteile vermeidet zuverlässig ein Abplatzen der Schicht und damit die Gefahr, dass abgeplatzte Keramik in den Spalt zwischen Gehäuseteil und Laufrad gelangen kann. Damit hat die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe zudem eine besonders hohe Sicherheit gegen einen spontanen Ausfall. Für die Erzeugung der Schicht kommt vorzugsweise die so genannte plasmaelektrolytische Oxidation zum Einsatz, bei der das Leichtmetall der Gehäuseteile selbst in das Leichtmetalloxid umgewandelt wird.
Eine hohe Stabilität der Schicht und eine hohe Sicherheit gegen ein Abplatzen lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sicherstellen, wenn die Schicht aus Keramik 2–15 μm stark ist.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe weist eine besonders lange Lebensdauer auf, wenn die Oberfläche des Laufrades aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt ist. Hierdurch steht sich die Materialpaarung von Keramik und faserverstärktem Kunststoff innerhalb der Kraftstoffpumpe gegenüber. Diese Materialpaarung weist einen besonders dauerhaften Schutz gegen abrasiven Verschleiß der Bauteile auf. Vorzugsweise ist das Laufrad vollständig aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt und dadurch besonders kostengünstig herstellbar.
Die Gehäuseteile sind gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zuverlässig vor Korrosion geschützt, wenn sich die Schicht aus Keramik über die gesamte Oberfläche der Gehäuseteile erstreckt.
Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines Verfahrens zur Fertigung der Kraftstoffpumpe, welches einen hohen Wirkungsgrad der Kraftstoffpumpe sicherstellt, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor der Montage zumindest an den dem Laufrad gegenüberstehenden Seiten der Gehäuseteile eine Schicht aus Keramik erzeugt wird.
Durch diese Gestaltung wird auf den relativ weichen, aus Leichtmetall gefertigten Gehäuseteilen die Schicht aus Keramik erzeugt, welche einen besonders hohen Schutz gegen einen abrasiven oder chemischen Verschleiß bietet. Damit weist die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigte Kraftstoffpumpe einen dauerhaft hohen Wirkungsgrad auf.
Die Erzeugung der Schicht gestaltet sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach, wenn die Schicht aus Keramik durch plasmaelektrolytische Oxidation erzeugt wird. Bei der plasmaelektrolytischen Oxidation wird das zu beschichtende Bauteil in einem chemischen Bad unter 100°C mit einer pulsierenden Wechselspannung beaufschlagt. Hierbei bildet sich um das Bauteil ein Plasma aus, welches das Material des Bauteils in Oxidkeramik umwandelt. Diese Schicht ist härter als eine vergleichbare, im Hartanodiserungsverfahren erzeugte Schicht.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe,
2 eine Draufsicht auf eines der Gehäuseteile.
1 zeigt eine Kraftstoffpumpe mit einer von einem Elektromotor 1 angetriebenen Pumpenstufe 2. Die Pumpenstufe 2 hat ein Gehäuse 3 mit zwei von einem Abstandhalter 4 auf Abstand gehaltenen Gehäuseteilen 5, 6. Der Abstandhalter 4 ist hier als separates Bauteil dargestellt. Selbstverständlich kann der Abstandhalter 4 auch einstückig mit einem der Gehäuseteile 5, 6 gefertigt sein. Zwischen den Gehäuseteilen 5, 6 ist ein Laufrad 7 drehbar angeordnet. Das Laufrad 7 ist auf einer Welle 8 des Elektromotors 1 befestigt. Das dem Elektromotor 1 abgewandte Gehäuseteil 6 weist einen Einlasskanal 9 zum Ansaugen von Kraftstoff auf. Das dem Elektromotor 1 zugewandte Gehäuseteil 5 hat einen zu dem Elektromotor 1 geführten Auslasskanal 10. Zur Verdeutlichung sind der Einlasskanal 9 und der Auslasskanal 10 in die Zeichenebene gedreht dargestellt. Die Pumpenstufe 2 ist als Seitenkanalpumpe ausgebildet und hat eine von dem den Einlasskanal 9 aufweisenden Gehäuseteil 6 durch das Laufrad 7 bis zu dem den Auslasskanal 10 aufweisenden Gehäuseteil 5 geführte Förderkammer 11. Die Kraftstoffpumpe hat zudem an dem der Pumpenstufe 2 abgewandten Ende des Elektromotors 1 einen Anschlussstutzen 12 zum Anschluss einer nicht dargestellten Vorlaufleitung. Im Betrieb der Kraftstoffpumpe treibt der Elektromotor 1 das Laufrad 7 an, wodurch Kraftstoff über den Einlasskanal 9 angesaugt und durch die Förderkammer 11 zu dem Auslasskanal 10 gefördert wird. Anschließend strömt der Kraftstoff durch den Elektromotor 1 zu dem Anschlussstutzen 12. Die Gehäuseteile 5, 6 sind aus Aluminium, beispielsweise im Spritzgussverfahren gefertigt, während das Laufrad 7 aus faserfertigem Kunststoff besteht. An ihren dem Laufrad 7 zugewandten Seiten weisen die Gehäuseteile 5, 6 jeweils eine 2 bis 15 μm dicke Schicht 13, 14 aus Keramik auf. Diese Schichten 13, 14 können sich in einer nicht dargestellten Ausführungsform über die gesamten Gehäuseteile 5, 6 erstrecken.
2 zeigt in einer Draufsicht auf das den Auslasskanal 10 aufweisende Gehäuseteil 5 aus 1, dass die Schicht 13 aus Keramik sich über die gesamte, dem Laufrad 7 aus 1 zugewandte Oberfläche erstreckt. In dem Gehäuseteil 5 ist ein bis zu dem Auslasskanal 10 geführter teilringförmiger Kanal 15 der Förderkammer 11 angeordnet.

1: Elektromotor
2: Pumpenstufe
3: Gehäuse
4: Abstandhalter
5, 6: Gehäuseteil
7: Laufrad
8: Welle
9: Einlasskanal
10: Auslasskanal
11: Förderkammer
12: Anschlussstutzen
13, 14: Schicht
15: teilringförmiger Kanal

Claims

Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug mit einem angetriebenen Laufrad (7) und mit dem Laufrad (7) axial gegenüberstehenden Gehäuseteilen (5, 6) und mit einem Abstandhalter (4) zur Beabstandung der Gehäuseteile (5, 6), wobei die Gehäuseteile (5, 6) aus Leichtmetall gefertigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (5, 6) an ihrer dem Laufrad gegenüberstehenden Seite eine Schicht (13, 14) aus Keramik aufweist.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (13, 14) Oxidkeramik enthält.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (13, 14) eine Verbindung aus Phosphor enthält.
Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schicht (13, 14) aus Keramik durch chemische Umwandlung des Leichtmetalls der Gehäuseteile (5, 6) erzeugt ist.
Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (13, 14) aus Keramik 2–15 μm stark ist.
Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Laufrades (7) aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt ist.
Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schicht (13, 14) aus Keramik über die gesamte Oberfläche der Gehäuseteile (5, 6) erstreckt.
Verfahren zur Fertigung einer Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug, bei der ein angetriebenes Laufrad zwischen zwei axial gegenüberstehenden Gehäuseteilen mit einem Abstandhalter zur Beabstandung der Gehäuseteile angeordnet wird und die Gehäuseteile aus Leichtmetall gefertigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile vor ihrer Montage zumindest an ihren dem Laufrad gegenüberstehenden Seiten mit Keramik beschichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Keramik durch plasmaelektrolytische Oxidation erzeugt wird.