DE102014222614A1

DE102014222614A1 - Pendelschieberzellenpumpe

Info

Publication number: DE102014222614A1
Application number: DE102014222614.7A
Authority: DE
Inventors: Isabella Bernhardt; Jeff Carter; James George; André Maeder; Jose Manoel Martins Leites; Christian Richter; Eike Stitterich; Mark Tepler
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2014-02-06
Filing date: 2014-11-05
Publication date: 2015-08-06
Also published as: CN204877929U

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pendelschieberzellenpumpe (1) zur Förderung eines Fluides, beispielsweise Schmieröl, umfassend – ein Gehäuse (2), – eine Welle (3) und einen Innenrotor (4), der über Pendel (5) mit einem Außenrotor (6) verbunden ist, wobei der Außenrotor (6) in einer Aufnahme (7) angeordnet ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass an einer mit dem Außenrotor (6) in Kontakt stehenden ersten Kontaktfläche (9) der Aufnahme (7) und/oder an einer mit der Aufnahme (7) in Kontakt stehenden zweiten Kontaktfläche (10) am Außenrotor (6) eine die Reibung und den Verschleiß reduzierende Polymerbeschichtung (11) aufgebracht ist. Hierdurch kann eine verschleiß- und energiearme Lagerung erreicht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pendelschieberzellenpumpe zur Förderung eines Fluides, beispielsweise Schmieröl, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gattungsgemäße Pendelschieberzellenpumpen werden insbesondere beispielsweise als Ölpumpen bereits vielfältig in modernen Kraftfahrzeugen eingesetzt, da Pendelschieberzellenpumpen nicht nur besonders exakt zu steuern sind, sondern auch eine pulsationsarme Förderung des zu fördernden Fluids ermöglichen. Bekannte Pendelschieberzellenpumpen können dabei auch als Getriebeölpumpen, Hochdruckpumpen oder Druckölpumpen eingesetzt werden, wobei je nach Anzahl der eingesetzten Pendelschieberzellenpumpen ein nicht unbeachtlicher Anteil an Energie zum Betrieb derselben aufgewendet werden muss.
Bei der Herstellung moderner Kraftfahrzeuge werden deshalb zunehmend Überlegungen angestellt, Nebenaggregate möglichst energiesparend und damit umweltschonend betreiben zu können und im gleichen Zuge die Leistungsfähigkeit der Systeme zu erhöhen. Ein nicht unbeachtlicher Teil der zum Betrieb des Kraftfahrzeugs aufzuwendenden Energie geht jedoch durch Reibung bzw. eine schwergängige Lagerung beweglicher Komponenten verloren und steht somit nicht mehr zum Antrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung. Ziel ist es deshalb Kraftfahrzeuge bzw. einzelne Komponenten derselben möglichst leichtgängig zu lagern, um insbesondere den nicht direkt zum Antrieb des Kraftfahrzeugs aufgewendeten Anteil an Energie zu minimieren und dadurch generell das Kraftfahrzeug möglichst effizient betreiben zu können.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Pendelschieberzellenpumpe der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen energiearmen Betrieb auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer gattungsgemäßen Pendelschieberzellenpumpe bisher verwendete einfache Gleitlager nunmehr mit einer speziellen, die Gleitreibung reduzierenden Polymerbeschichtung zu versehen und dadurch einen deutlich leichteren Lauf zu erreichen. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die erfindungsgemäße Pendelschieberzellenpumpe insgesamt energieärmer zu betreiben. Zudem können durch solche speziellen Lagerungen höhere Leistungsanforderungen erfüllt werden, da beschichtete Gleitlager nicht nur reibungsärmer laufen, sondern zudem auch höhere Kräfte übertragen können. Die erfindungsgemäße Pendelschieberzellenpumpe dient dabei in bekannter Weise zur Förderung eines Fluides, beispielsweise Schmier- oder Getriebeöl, und umfasst ein Gehäuse, eine Welle und einen Innenrotor, der über Pendel mit einem Außenrotor verbunden ist, wobei dieser Außenrotor in einer Aufnahme angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist nun an einer mit dem Außenrotor in Kontakt stehenden ersten Kontaktfläche der Aufnahme und/oder an einer mit der Aufnahme in Kontakt stehenden zweiten Kontaktfläche am Außenrotor die zuvor beschriebene die Gleitreibung reduzierende Polymerbeschichtung aufgebracht. Durch die Polymerbeschichtung kann darüber hinaus erreicht werden, dass bei einem Anfahren der Pendelschieberzellenpumpe ein deutlich kleineres zu überwindendes Moment aufgebracht werden muss, als dies bei herkömmlichen und keine derartige Polymerbeschichtung aufweisenden Gleitlagern erforderlich ist, so dass mittels der erfindungsgemäßen Polymerbeschichtung die Pendelschieberzellenpumpe auch ideal für sogenannte „Start-/Stopp“-Anwendungen mit häufigen Durchfahren des Misch- oder Festkörperreibungsgebiets sind.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Aufnahme im Gehäuse oder in einem Steuerschieber ausgebildet. Muss die erfindungsgemäße Pendelschieberzellenpumpe hinsichtlich ihrer Förderleistung nicht reguliert werden oder wird dies ausschließlich über die Drehzahl der Welle reguliert, so kann der Außenrotor in einer Aufnahme am Gehäuse gleitend gelagert sein. Weist jedoch beispielsweise die erfindungsgemäße Pendelschieberzellenpumpe keine eigene Antriebseinrichtung, beispielsweise einen Elektromotor, auf, und wird daher von einem anderen Aggregat angetrieben, welches zur Steuerung der Förderleistung der Pendelschieberzellenpumpe nicht steuerbar ist, so kann deren Förderleistung auch durch ein Verstellen der Exzentrizität des Außenrotors relativ zum Innenrotor erfolgen, wobei in diesem Fall der Außenrotor in einem verstellbaren Steuerschieber gelagert ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Polymerbeschichtung eine Matrix aus einem Kunststoff aus polymerischem Polyimid-/-amidmaterial auf, das über die gesamte Matrix verteilt folgende Zusammensetzung aufweist: 10–25Vol.-% Aluminiumpulver, bevorzugt 12,5Vol.-% Aluminiumpulver, 2 bis 8 Vol.-% Fluorpolymer, bevorzugt bis 6–8 Vol.-% Fluorpolymer, 2 bis 10Vol.-% Silan, bevorzugt 3 bis 8 Vol.-% Silan, besonders bevorzugt bis 3–6 Vol.-% Silan und zu übrigen Teilen das Polyimid/-amidharz ohne zufällige Verunreinigungen. Durch den Zusatz von Silanen kann insbesondere die Stabilität der Polyimid-/amidmatrix verbessert werden, ohne die hierfür bislang erforderlichen Füllstoffe. Durch die Polyimid-/-amidharzmatrix kann auch eine hohe chemische Beständigkeit, sowie eine hohe mechanische und thermische Belastbarkeit erreicht werden. Der Zusatz von ca. 2 bis 8 Vol.-% Fluorpolymer, bevorzugt bis 6–8 Vol.-% Fluorpolymer, bewirkt die gewünschte Verringerung des Reibungskoeffizienten, wobei als Fluorpolymer beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) verwendet werden kann. Selbstverständlich können auch weitere Fluorpolymere, wie beispielsweise fluoriertes Ethylenpropylen (FEP) eingesetzt werden. Mittels dieser Fluorpolymere lassen sich insbesondere die Gleiteigenschaften deutlich verbessern.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist das Aluminiumpulver Teilchen in Form von dünnen Schuppen mit einer Größe von ca. 1 bis 40 µm, vorzugsweise 1 bis 5 µm, auf. Durch eine derartige Größenverteilung der Aluminiumteilchen kann die Verschleißbeständigkeit deutlich erhöht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Polymerbeschichtung Farbpigmente, insbesondere 5–20 Vol.-% Kupferphthalocyanin, auf die, die Polymerbeschichtung blau einfärbt. So lässt sich eventueller Abrieb bei Verschleiß schnell und sicher feststellen.
Zweckmäßig ist die Beschichtung aufgespritzt. Das Aufbringen der Beschichtung mittels Spritzverfahren stellt nicht nur eine fertigungstechnisch einfache und hocheffiziente, sondern zudem auch kostengünstige Möglichkeit dar.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Pendelschieberzellenpumpe.
Entsprechend der 1 weist eine erfindungsgemäße Pendelschieberzellenpumpe 1 zur Förderung eines Fluides, beispielsweise zur Förderung von Schmier- oder Getriebeöl, ein Gehäuse 2 auf, eine Welle 3 sowie einen Innenrotor 4, der über Pendel 5 mit einem Außenrotor 6 verbunden ist. Der Außenrotor 6 ist dabei in einer Aufnahme 7 angeordnet, wobei diese Aufnahme 7 entweder im Gehäuse 2 selbst oder aber in einem Steuerschieber 8 ausgebildet sein kann. Im gezeichneten Fall ist sie im Steuerschieber 8 ausgebildet. Erfindungsgemäß ist nun an einer mit dem Außenrotor 6 in Kontakt stehenden ersten Kontaktfläche 9 der Aufnahme 7 und/oder an einer mit der Aufnahme 7 in Kontakt stehenden zweiten Kontaktfläche 10 am Außenrotor 6 eine die Gleitreibung reduzierende Polymerbeschichtung 11 aufgebracht. Durch diese Polymerbeschichtung 11 kann nicht nur der Verschleiß reduziert werden, sondern auch die Lagerreibung, wodurch die erfindungsgemäße Pendelschieberzellenpumpe 1 deutlich energieärmer betrieben werden kann.
Durch die Lagerung des Außenrotors 6 in einem Steuerschieber 8 kann durch ein Verstellen des Steuerschiebers 8 die Exzentrizität des Außenrotors 6 relativ zum Innenrotor 4 verändert und darüber die Förderleistung der Pendelschieberzellenpumpe 1 in bekannter Weise gesteuert werden. Ist die Aufnahme 7 direkt im Gehäuse 2 angeordnet, so erfolgt kein Verstellen des Außenrotors 6 relativ zum Innenrotor 4 zum Verändern der Förderleistung, sondern dies kann in diesem Fall lediglich über die Antriebsgeschwindigkeit der Welle 3 erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Polymerbeschichtung 11 weist eine Matrix aus einem Kunststoff aus polymerischem Polyimid-/-amidmaterial auf, das über die gesamte Matrix verteilt folgende Zusammensetzung aufweist: 5–25Vol.-% Aluminiumpulver, bevorzugt 12,5Vol.-% Aluminiumpulver, 2 bis 10 Vol.-% Fluorpolymer, bevorzugt bis 6–8 Vol.-% Fluorpolymer, 2–10 Vol.-% Silan, bevorzugt 3–8 Vol.-% Silan und besonders bevorzugt 3–6 Vol.-% Silan und zu übrigen Teilen das Polyimid-/-amidharz ohne zufällige Verunreinigungen. Besonders bevorzugt besitzt die erfindungsgemäße Polymerbeschichtung 11 eine Matrix aus einem Kunststoff aus polymerischem Polyimid-/amidmaterial und weist über die gesamte Matrix verteilt folgende Zusammensetzung auf: 10–20 Vol.-% Aluminium, 6 bis 8 Vol.-% Fluorpolymer, 3 bis 8 Vol.-% Silan und zu übrigen Teilen das Polyimid/-amidharz ohne zufällige Verunreinigungen. Durch eine derartige Zusammensetzung der Polymerbeschichtung kann eine besonders reibungsarme Beschichtung erzielt werden.
Das Aluminiumpulver besitzt Teilchen in Form von dünnen Schuppen mit einer Größe von 1 bis 40 µm, bevorzugt 1 bis 5 µm, wogegen die Teilchengröße vorzugsweise 10 bis 30 µm beträgt. Das Silanmaterial der erfindungsgemäßen Polymerbeschichtung 11 ist ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: gamma-Aminopropyltriethoxysilan und Bis-(gamma-Trimethoxysilylpropyl)amin, wogegen das Fluorpolymer der Polymerbeschichtung 11 ausgewählt ist aus der Gruppe Polytetrafluorethylen (PTFE) und fluoriertem Ethylen-Propylen (FEP). Zum Aufbringen der Polymerbeschichtung 11 auf die erste und/oder zweite Kontaktfläche 9, 10 kann beispielsweise ein Spritzverfahren verwendet werden, wodurch die Polymerbeschichtung 11 höchst präzise und zugleich wirtschaftlich aufgetragen werden kann. Hierzu können beispielsweise die zu beschichtenden Teile, beispielsweise die zu beschichtenden Außenrotoren 6 und/oder die zu beschichtenden Steuerschieber 8, übereinander gestapelt sein und mittels einer Sprühlanze besprüht bzw. bespritzt werden. Die Polymerbeschichtung 11 weist in fertigem Zustand eine Dicke zwischen ca. 2 bis 20 µm vorzugsweise 3–15 µm auf, wodurch insbesondere im Vergleich zu ähnlich reibungsgünstigen Wälzlagern ein deutlicher Bauraumvorteil erzielt werden kann.

Claims

Pendelschieberzellenpumpe (1) zur Förderung eines Fluides, beispielsweise Schmieröl, umfassend – ein Gehäuse (2), – eine Welle (3) und einen Innenrotor (4), der über Pendel (5) mit einem Außenrotor (6) verbunden ist, wobei der Außenrotor (6) in einer Aufnahme (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einer mit dem Außenrotor (6) in Kontakt stehenden ersten Kontaktfläche (9) der Aufnahme (7) und/oder an einer mit der Aufnahme (7) in Kontakt stehenden zweiten Kontaktfläche (10) am Außenrotor (6) eine die Reibung und den Verschleiß reduzierende Polymerbeschichtung (11) aufgebracht ist.
Pendelschieberzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (7) im Gehäuse (2) oder in einem Steuerschieber (8) ausgebildet ist.
Pendelschieberzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerbeschichtung (11) eine Matrix aus einem Kunststoff aus polymerischem Polyimid-/-amidmaterial aufweist, das über die gesamte Matrix verteilt folgende Zusammensetzung aufweist: – 5 bis 25 Vol.-% Aluminiumpulver, vorzugsweise 10 bis 20 Vol.-% Aluminiumpulver, – 2 bis 8 Vol.-% Fluorpolymer, vorzugsweise 6 bis 8 Vol.-% Fluorpolymer, – 2 bis 10 Vol.-% Silan, vorzugsweise 3 bis 8 Vol.-% Silan – und zu übrigen Teilen das Polyimid/-amidharz ohne zufällige Verunreinigungen.
Pendelschieberzellenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerbeschichtung (11) noch Farbpigmente, insbesondere 5–20 Vol.-% Kupferphthalocyanin, aufweist.
Pendelschieberzellenpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumpulver Teilchen in Form von dünnen Schuppen mit einer Größe von 1 bis 40 µm aufweist.
Pendelschieberzellenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchengröße 10 bis 30 µm beträgt.
Pendelschieberzellenpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorpolymer ausgewählt ist aus einer Gruppe, die umfasst: Polytetrafluorethylen (PTFE) und fluorierten Ethylen-Propylen (FEP).
Pendelschieberzellenpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Silanmaterial ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus: gamma-Aminopropyl-triethoxysilan und Bis-(gamma-Trimethoxy-silylpropyl)-amin.
Pendelschieberzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerbeschichtung (11) aufgespritzt ist.
Pendelschieberzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerbeschichtung (11) eine Dicke von 2 bis 20 µm, vorzugsweise 3–15 µm aufweist.