DE102010041425A1

DE102010041425A1 - Kraftstoffhochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102010041425A1
Application number: DE201010041425
Authority: DE
Inventors: Oliver Gaertner; Daniel Gosse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-03-29
Also published as: EP2625417B1; WO2012041627A1; CN103119284A; EP2625417A1; CN103119284B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (1) zur Aufnahme wenigstens eines Pumpenelementes sowie einer Antriebswelle zur Betätigung des wenigstens einen Pumpenelementes, wobei das Pumpengehäuse (1) wenigstens ein aus Kunststoff gefertigtes Gehäuseteil (2) umfasst. Erfindungsgemäß weist das aus Kunststoff gefertigte Gehäuseteil (2) zumindest im Bereich einer mechanisch und/oder thermisch hoch beanspruchten Stelle (3) eine die Festigkeit und/oder die Temperaturbeständigkeit erhöhende nanokristalline metallische Beschichtung (4) auf. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer nanokristallinen metallischen Beschichtung (4) zur Erhöhung der Festigkeit und/oder der Temperaturbeständigkeit eines Gehäuseteils (2) einer Kraftstoffhochdruckpumpe.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer nanokristallinen metallischen Beschichtung zur Erhöhung der Festigkeit und/oder der Temperaturbeständigkeit eines Gehäuseteils einer Kraftstoffhochdruckpumpe.
Stand der Technik
Kraftstoffhochdruckpumpen, beispielsweise in Form einer Radialkolbenpumpe, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Sie werden in Kraftstoffeinspritzsystemen von Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Kraftstoff, vorzugsweise Dieselkraftstoff, auf Hochdruck zu fördern. Hierzu weist eine solche Kraftstoffhochdruckpumpe wenigstens ein Pumpenelement auf, das in einem Pumpengehäuse aufgenommen ist. Zur Betätigung des wenigstens einen Pumpenelementes ist ferner eine Antriebswelle mit einem Nocken- oder Exzentertrieb in dem Pumpengehäuse aufgenommen. In der Regel besteht das Pumpengehäuse oder zumindest Teile des Pumpengehäuses aus Stahl oder Aluminium. Zur Reduzierung des Gewichts und der Kosten ist bereits vorgeschlagen worden, einen Kunststoff als Grundwerkstoff für das Pumpengehäuse oder Teile desselben zu verwenden. Zur Verstärkung mechanisch stark beanspruchter Stellen wurde weiterhin bereits vorgeschlagen, Metallhülsen oder -einsätze in das Kunststoffgehäuse einzusetzen. Die Verwendung von Metallhülsen eignet sich beispielsweise zur Auskleidung von Bohrungen, die ggf. einer Beanspruchung durch Temperatur, Druck und/oder Reibung ausgesetzt sind. Nachteilig hieran ist jedoch das Erfordernis die Verwendung zusätzlicher Bauteile, die zudem genau eingepasst werden müssen. Dadurch steigen die Herstellungskosten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffhochdruckpumpe der eingangs genannten Art bereit zu stellen, die hinsichtlich Gewicht und Herstellungskosten optimiert ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben. Ferner wird die Verwendung einer nanokristallinen metallischen Beschichtung zur Erhöhung der Festigkeit und/oder der Temperaturbeständigkeit eines Gehäuseteils einer Kraftstoffhochdruckpumpe entsprechend Anspruch 6 vorgeschlagen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorgeschlagene Kraftstoffhochdruckpumpe besitzt ein Pumpengehäuse zur Aufnahme wenigstens eines Pumpenelementes sowie einer Antriebswelle zur Betätigung des wenigstens einen Pumpenelementes. Das Pumpengehäuse umfasst dabei wenigstens ein aus Kunststoff gefertigtes Gehäuseteil. Erfindungsgemäß weist das aus einem Kunststoff gefertigte Gehäuseteil zumindest im Bereich einer mechanisch und/oder thermisch hoch beanspruchten Stelle eine die Festigkeit und/oder die Temperaturbeständigkeit erhöhende nanokristalline metallische Beschichtung auf. Die nanokristalline metallische Beschichtung vermag ein zusätzliches zur Verstärkung eingesetztes metallisches Bauteil, wie beispielsweise eine Metallhülse, zu ersetzen. Durch die Beschichtung wird ein Verbundbauteil bestehend aus einem Grundkörper aus Kunststoff und einer metallischen Beschichtung geschaffen, das die Vorteile der Werkstoffe Kunststoff und Metall in sich vereinigt. Denn der Kunststoff ermöglicht die Verwendung eines kostengünstigen Spritzgussverfahrens, mittels dessen zudem sehr komplexe Formen herstellbar sind. Bei dem Grundkörper handelt es sich daher vorzugsweise um ein Spritzgussteil. Die Verwendung von Kunststoff ermöglicht ferner eine Reduzierung des Gewichts. Die Vorzüge des Werkstoffs Metall äußern sich in einer deutlichen erhöhten Festigkeit und Temperaturbeständigkeit des Bauteils zumindest im Bereich der Beschichtung.
Durch das nanokristalline Gefüge der metallischen Beschichtung sind ein guter Verbund und damit eine ausreichende Haftung der Beschichtung auf dem Bauteil sichergestellt. Darüber hinaus können sehr dünne Schichten ausgeführt werden, die bereits zu der gewünschten Erhöhung der Festigkeit und/oder Temperaturbeständigkeit führen. Die Kosten können ferner dadurch reduziert werden, dass die Beschichtung lediglich partiell aufgetragen wird. Demzufolge ist eine Beschichtung am Ort der Beanspruchung bereits ausreichend.
Als Kunststoff findet vorzugsweise ein Thermoplast Einsatz. Der Kunststoff kann zudem durch einen Faseranteil verstärkt sein. Als Verstärkungsfasern eignen sich insbesondere Glas- oder Kohlefasern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das aus einem Kunststoff gefertigte Gehäuseteil eine Bohrung zur Fluidführung und/oder zur Aufnahme eines hubbeweglichen Stößels, mittels welcher ein Pumpenkolben eines Pumpenelementes an der Antriebswelle abstützbar ist: Die Bohrung weist zumindest in einem Teilbereich eine die Festigkeit und/oder die Temperaturbeständigkeit erhöhende nanokristalline metallische Beschichtung auf. Bei dem Gehäuseteil kann es sich beispielsweise um ein Niederdruckgehäuse einer Hochdruckpumpe und bei der Bohrung um eine Stößelbohrung handeln. Durch die Hubbewegung des Stößels wird die Bohrung auf Reibung beansprucht. Damit einher gehen ferner hohe Temperaturen. Die nanokristalline metallische Beschichtung erhöht die Festigkeit im Bereich der Bohrung und wirkt somit einem vorzeitigen Verschleiß des Gehäuseteils entgegen. Zugleich wird die Temperaturbeständigkeit des Gehäuseteils im Bereich der Bohrung erhöht. Alternativ oder ergänzend können auch fluidführende Bohrungen des Gehäuseteils mit einer entsprechenden Beschichtung versehen sein.
Vorteilhafterweise enthält die nanokristalline metallische Beschichtung Eisen, Nickel und/oder Titan. Die vorstehend genannten Metalle können in Reinform oder als Legierung ggf. unter Verwendung eines weiteren Metalls vorliegen. Alternativ oder ergänzend können auch Metalle wie Aluminium, Kupfer, Kobalt, Molybdän, Platin und/oder Zirkonium sowie Legierungen hieraus Einsatz finden.
Bevorzugt weist die nanokristalline metallische Beschichtung eine Schichtstärke zwischen 10 und 500 μm, vorzugsweise zwischen 20 und 250 μm, weiterhin vorzugsweise zwischen 25 und 200 μm auf. Derartige Schichtstärken reichen bereits aus, um den gewünschten Effekt einer erhöhten Festigkeit und/oder Temperaturbeständigkeit zu erzielen.
Zur Ausbildung derart dünner Schichtstärken weisen die Nanokristalle der nanokristallinen metallischen Beschichtung weiterhin bevorzugt eine Korngröße zwischen 2 nm und 1000 nm, vorzugsweise zwischen 10 nm und 500 nm, weiterhin vorzugsweise zwischen 15 nm und 100 nm auf.
Des Weiteren wird die Verwendung einer nanokristallinen metallischen Beschichtung zur Erhöhung der Festigkeit und/oder der Temperaturbeständigkeit eines Gehäuseteils einer Kraftstoffhochdruckpumpe zumindest im Bereich einer mechanisch und/oder thermisch hoch belasteten Stelle beansprucht. Das Gehäuseteil ist dabei ein Kunststoff-Spritzgussteil aus einem thermoplastischen Werkstoff ist und die Beschichtung wird in einer Schichtstärke zwischen 25 und 200 μm aufgetragen. Auf diese Weise kann ein Kunststoff-Metall-Verbundkörper hergestellt werden, der die Vorteile der Werkstoffe Kunststoff und Metall in sich vereint. Der Kunststoff-Metall-Verbundkörper weist ein geringes Gewicht und – zumindest an den mit einer nanokristallinen metallischen Beschichtung versehenen Stellen – eine hohe Festigkeit und Temperaturbeständigkeit auf. Der Kunststoff-Grundkörper ist kostengünstig mittels Spritzgießen herstellbar. Das Spritzgießen ermöglicht zudem die Ausbildung komplexer Formen. Die Beschichtung wird vorzugsweise lediglich partiell aufgetragen, nämlich lediglich an den Stellen, die mechanisch und/oder thermisch hohen Beanspruchungen bzw. Belastungen ausgesetzt sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 und 2 perspektivische Darstellungen eines Kunststoff-Spritzguss-Gehäuses einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe,
3 einen Schnitt durch das Kunststoff-Spritzguss-Gehäuse der 1 und 2.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Den perspektivischen Darstellungen der 1 und 2 ist ein Gehäuseteil 2 eines Pumpengehäuses 1 einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer Vielzahl von Bohrungen zu entnehmen. Die Bohrungen dienen vorrangig der Fluidführung oder der Aufnahme von Befestigungsmitteln. Darüber hinaus sind Bohrungen 5 vorgesehen, die jeweils der Aufnahme und Führung eines hubbeweglichen Stößels eines Pumpenelementes (nicht dargestellt) dienen. Durch die Hubbewegung des Stößels im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe werden die Bohrungen 5 auf Reibung beansprucht. Damit einher geht ein Temperaturanstieg, der eine zusätzliche Belastung des Gehäuseteils 2 im Bereich der Bohrung 5 darstellt. Zumindest bei den Bohrungen 5 handelt es sich somit um mechanische und thermisch hoch beanspruchte Stellen 3. In der Regel werden daher derartige Gehäuseteile 2 aus Stahl oder Aluminium als Werkstoff gefertigt. Um Gewicht und Kosten einzusparen, handelt es sich bei dem in den 1 und 2 dargestellten Gehäuseteil 2 jedoch um ein Kunststoff-Spritzgussteil, das im Bereich der Bohrungen 5 mit einer nanokristallinen metallischen Beschichtung 4 zur Erhöhung der Festigkeit und der Temperaturbeständigkeit versehen ist (siehe auch 3).
Die Ausbildung des Grundkörpers des Gehäuseteils 2 als Kunststoff-Spritzgussteil reduziert das Gewicht des Gehäuseteils 2 und vereinfacht die Realisierung komplexer Formen. Zugleich weist das Kunststoff-Spritzgussteil zumindest im Bereich der Bohrungen 5 aufgrund der nanokristallinen metallischen Beschichtung 4 eine ausreichende Festigkeit und Temperaturbeständigkeit auf. Ferner steigt die Steifigkeit des Gehäuseteils 2.
Zur Erzielung der vorstehend genannten Wirkungen genügt bereits eine selektive, das heißt partielle Beschichtung des Gehäuseteils 2 lediglich im Bereich der mechanisch und/oder thermisch hoch beanspruchten Stellen 3. Dadurch können die Herstellungskosten weiter reduziert werden. Als mechanisch und/oder thermisch hoch beanspruchte Stellen 3 kommen neben den Bohrungen 5 zur Aufnahme der Stößel der Pumpenelemente weitere Bohrungen zur Fluidführung oder zur Aufnahme von Befestigungsmitteln in Frage. Schließlich kann es sich bei dem Gehäuseteil 2 auch um ein Flanschbauteil handeln, mittels dessen die Kraftstoffhochdruckpumpe an einem Motorgehäuse oder dergleichen befestigbar ist. Stark beanspruchte Stellen 3 eines solchen Flanschbauteils stellen beispielsweise der Flansch, Teile der Innenoberfläche oder bestimmte Anschlusspunkte dar. Eine nanokristalline metallische Beschichtung kann demnach auf diese Stellen 3 beschränkt werden. Alternativ kann aber auch das gesamte Flanschbauteil mit einer nanokristallinen metallischen Beschichtung versehen sein.

Claims

Kraftstoffhochdruckpumpe einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (1) zur Aufnahme wenigstens eines Pumpenelementes sowie einer Antriebswelle zur Betätigung des wenigstens einen Pumpenelementes, wobei das Pumpengehäuse (1) wenigstens ein aus Kunststoff gefertigtes Gehäuseteil (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Kunststoff gefertigte Gehäuseteil (2) zumindest im Bereich einer mechanisch und/oder thermisch hoch beanspruchten Stelle (3) eine die Festigkeit und/oder die Temperaturbeständigkeit erhöhende nanokristalline metallische Beschichtung (4) aufweist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Kunststoff gefertigte Gehäuseteil (2) eine Bohrung (5) zur Fluidführung und/oder zur Aufnahme eines hubbeweglichen Stößels, mittels welcher ein Pumpenkolben eines Pumpenelementes an der Antriebswelle abstützbar ist, umfasst, welche zumindest in einem Teilbereich eine die Festigkeit und/oder die Temperaturbeständigkeit erhöhende nanokristalline metallische Beschichtung (4) aufweist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nanokristalline metallische Beschichtung (4) Eisen, Nickel und/oder Titan enthält.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nanokristalline metallische Beschichtung (4) eine Schichtstärke zwischen 10 und 500 μm, vorzugsweise zwischen 20 und 250 μm, weiterhin vorzugsweise zwischen 25 und 200 μm aufweist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanokristalle der nanokristallinen metallischen Beschichtung (4) eine Korngröße zwischen 2 nm und 1000 nm, vorzugsweise zwischen 10 nm und 500 nm, weiterhin vorzugsweise zwischen 15 nm und 100 nm aufweisen.
Verwendung einer nanokristallinen metallischen Beschichtung (4) zur Erhöhung der Festigkeit und/oder der Temperaturbeständigkeit eines Gehäuseteils (2) einer Kraftstoffhochdruckpumpe zumindest im Bereich einer mechanisch und/oder thermisch hoch belasteten Stelle (3), wobei das Gehäuseteil (2) ein Kunststoff-Spritzgussteil aus einem thermoplastischen Werkstoff ist und die Beschichtung in einer Schichtstärke zwischen 25 und 200 μm aufgetragen wird.