-
Die Erfindung bezieht sich auf eine
Pumpe, insbesondere eine Kraftstoffpumpe, mit einem Pumpengehäuse, in
dem eine Pumpenkammer ausgebildet ist, zu der eine Einlass hinführt und
von der ein Auslass wegführt,
mit einem in der Pumpenkammer angeordneten Pumpenrad, das auf einer
drehbar antreibbaren Antriebswelle befestigt ist, die in Lagern
im Pumpengehäuse
drehbar gelagert ist.
-
Bei derartigen aggressive Flüssigkeiten
wie z.B. Kraftstoffe fördernden
Pumpen ist es bekannt, deren Innenteile mit einer Eloxal-Schicht
als Korrosionsschutz zu versehen.
-
In zunehmendem Maß weisen heute die Kraftstoffe
Verschmutzungen auf, die zwischen den relativ zueinander bewegten
Teilen der Pumpen zu Verschleiß führen sowie
die Eloxal-Schicht beschädigen.
Verunreingungen der Kraftstoffe durch Wasser oder chemisch ähnlich reagierende
Stoffe sowie Zusätze
der Kraftstoffe der verschiedensten Art können dann zu weiteren Beschädigungen
der Pumpenteile führen.
-
Bei Pumpenbauteilen aus Aluminium
führen hoch
alkoholhaltige Kraftstoffe zur Oxydation und damit zu Ausblühungen und
im weiteren zu einer Blockade des Pumpenrads. Eine solche Blockade
kann auch durch die Verschmutzungen geschehen.
-
Sehr geringe Spalte sind aber zwischen
den beweglichen und den feststehenden Pumpenteilen erforderlich,
damit ein ausreichender Druckaufbau insbesondere bei einer als Strömungspumpe
aufgebauten Pumpe möglich
ist.
-
Weitere Nachteile der Eloxal-Schicht
sind deren hohe Kosten, deren Umweltunverträglichkeit sowie deren große Dicke
von etwa 30 μm,
die zu großen
Toleranzen führt.
Diese großen
Toleranzen ermöglichen
wiederum keinen zufriedenstellenden Druckaufbau der Pumpe.
-
Zur Lagerung und Führung der
Antriebswelle sind in Lagerbohrungen des Pumpengehäuses Lager in
Form von z. B. Kohlebuchsen angeordnet. Dies ist montage- und bauteilaufwendig.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher
eine Pumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach aufgebaut
und verschleißarm
ausgebildet ist und einen hohen Druckaufbau dauerhaft gewährleistet.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass an Oberflächen
des Pumpenrads anliegende Oberflächen
der Pumpenkammer und/oder an Oberflächen der Pumpenkammer anliegende
Oberflächen
des Pumpenrads eine durch physikalische Abscheidung aus der Gasphase
aufgebrachte Beschichtung geringer Dicke und großer Härte besitzen.
-
Die dünne Beschichtung ist mit exakt
gleichmäßiger Dicke
auftragbar und ermöglicht
so die Einhaltung geringer Toleranzen, so dass ein guter Druckaufbau
der Pumpe gewährleistet
ist.
-
Dazu trägt ebenfalls bei, dass der
Aufbau der Beschichtung mit einem gleichmäßigen Schichtwachstum von dichter
Struktur und glatter Oberfläche erfolgt,
was weiterhin zu einem guten Korrosionsschutz führt und den Einsatz der Pumpe
für die
unterschiedlichsten Kraftstoffarten und andere Fördermedien ermöglicht.
-
Die große Härte sichert die Beschichtung
gegen Verschleiß und
gewährleistet
eine hohe Lebensdauer der Pumpe. Dabei kann diese Härte vorzugsweise
in einem Bereich von 2500 HV bis 3500 HV (Vickershärte) aber
auch darüber
oder darunter liegen.
-
Da nur niedrige Verfahrenstemperaturen
bei der Erzeugung der Beschichtung erforderlich sind, kommt es nicht
zu einem Verziehen der beschichteten Bauteile und zu Materialveränderungen
wie Gefügeveränderungen
an diesen Bauteilen.
-
Da weiterhin die Beschichtung auf
die unterschiedlichsten Materialen aufgebracht werden kann, können für Pumpengehäuse und
Pumpenrad die jeweils optimalen Werkstoffe und Werkstoffpaarungen angewandt
werden.
-
Das Aufbringen der Schicht erfolgt
auf eine die Umwelt nicht belastende Art und Weise.
-
Eine weitere Lösung der Aufgabe besteht darin,
dass die Antriebswelle in Lagerbohrungen des Pumpengehäuses drehbar
gelagert sind, wobei die Lagerbohrungen und/oder die Antriebswelle
eine durch physikalische Abscheidung aus der Gasphase aufgebrachte
Beschichtung geringer Dicke und großer Härte besitzen.
-
Ergänzend zu den Merkmalen der
Beschichtung von Pumpengehäuse
und Pumpenrad werden durch die sehr harte und glatte Oberfläche der
Beschichtung von Lagerbohrung und/oder Antriebswelle sowie den engen
Toleranzen diese Teile die positiven Eigenschaften einer Kohlebuchse
als Lager direkt in die einfache Lagerbohrung verlagert. Damit können separate
Lager sowie deren Bearbeitung eingespart werden. Ist die Pumpe eine
Strömungspumpe,
so sind die bei Strömungspumpen
für den
Druckaufbau unbedingt erforderlichen engen Toleranzen der Bauteile
und damit geringen Spalte zwischen den relativ zueinander bewegten
Bauteilen minimierbar.
-
Dies ist insbesondere von Vorteil,
wenn die Strömungspumpe
eine Peripheralrad- oder Seitenkanalpumpe ist.
-
Über
die aneinander anliegenden Oberflächen von Pumpenrad und Pumpenkammer
hinaus, kann die gesamte Oberfläche
der Pumpenkammer mit einer durch physikalische Abscheidung aus der Gasphase
aufgebrachten Beschichtung versehen sein, wobei vorzugsweise auch
die Oberflächen
der Kraftstoff führenden
Teile der Pumpe mit einer durch physikalische Abscheidung aus der
Gasphase aufgebrachten Beschichtung versehen sind. Damit können durch
die Pumpe auch aggressive Medien gefördert werden, ohne dass es
zu Beschädigungen
kommt.
-
Die Gewährleistung der engen Herstellungstoleranzen
ist dadurch möglich,
dass die Beschichtung eine Dicke von etwa 2 μm bis etwa 5 μm aufweist.
Dabei ist eine Schichtdicke von 2 μm für einen Verschleißschutz
völlig
ausreichend während
für einen
Korrosionsschutz 5 μm
vorzuziehen sind.
-
Insbesondere bei der Verwendung der
Pumpe als Kraftstoffpumpe ist die Beschichtung vorzugsweise eine
Chrom-Nitrid-Schicht.
-
Pumpengehäuse und/oder Pumpenrad können aus
Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus Aluminium oder
einer Aluminiumlegierung bestehen, die durch die Beschichtung verschleißfest und
korrosionsbeständig
werden, wobei aber die leichte Herstellbarkeit und das geringe Gewicht
beibehalten werden.
-
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass Pumpengehäuse und/oder
Pumpenrad aus einem Kunststoff, insbesondere einem Phenolharz bestehen.
Auch derart leicht als Spritzgussteile herstellbare Teile geringen
Gewichts werden durch die Beschichtung verschleißfest und beständig gegen
aggressive Fördermedien.
-
Eine besonders günstige Werkstoffpaarung besteht
darin, dass das Pumpengehäuse
aus beschichtetem Aluminium und das Pumpenrad aus Phenolharz besteht.
Dabei kann das aus Phenolharz bestehende Pumpenrad beschichtet oder
auch unbeschichtet sein.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Kraftstoffpumpe mit Strömungspumpen
als Pumpenstufen.
-
Die dargestellte Pumpe ist eine zweistufige Kraftstoffpumpe.
Von einem in dem geschlossen dargestellten Motorgehäuse 1 angeordneten
Elektromotor ist eine Antriebswelle 2 drehbar antreibbar,
auf deren rechtem Endbereich ein ersten Pumpenrad 3 einer
Peripheralradpumpe 14 drehfest angeordnet ist. Der radial
umlaufende Bereich des ersten Pumpenrads 3 ist mit einem
ersten Schaufelkranz ausgebildet, der von einem ringförmigen Kanal
weitgehend umschlossen ist. Eine erste Pumpenkammer 5 ist
als topfförmige
Ausnehmung 31 in der einen Stirnseite eines Deckels 6 ausgebildet,
der ein Teil des Pumpengehäuses 7 ist.
-
In dem Pumpendeckel 7 befindet
sich ein Einlass 8, über
den die Peripheralradpumpe Kraftstoff ansaugen kann. Weiterhin ist
zentrisch eine Kugel 9 in einer Aufnahme auf der Seite
des ersten Pumpenrads 3 im Deckel 6 angeordnet,
an der die Antriebswelle 2 stirnseitig abgestützt ist
und die ein Axiallager der Antriebswelle 2 bildet.
-
Durch eine an der Mündungsöffnung der topfförmigen Ausnehmung 31 des
Deckels 6 anliegenden Zwischenwand 10, durch die
die Antriebswelle hindurchgeführt
ist, ist die erste Pumpenkammer 5 geschlossen. Die Antriebswelle 2 ist
dabei durch eine Lagerbohrung 11 in der ebenfalls ein Teil des
Pumpengehäuses 7 bildenden
Zwischenwand 10 hindurchgeführt und in dieser Lagerbohrung 11 unmittelbar
drehbar gelagert.
-
In einer nicht sichtbaren Ebene ist
die erste Pumpenkammer 5 mit einem radial umlaufenden Ringkanal 12 auf
der der Peripheralradpumpe 14 zugewandten Seite in der
Zwischenwand 10 verbunden, von dem eine Verbindung 13 zu
der der Peripheralradpumpe 14 abgewandten Seite der Zwischenwand 10 führt und
in einen dort ringförmig
ausgebildeten ersten Seitenkanal 15 eine Seitenkanalpumpe 16 mündet.
-
Die Zwischenwand 10 ist
auf der Seite des ersten Seitenkanals 15 ebenfalls mit
einer topfförmigen
Ausnehmung 17 ausgebildet, die eine zweite Pumpenkammer
bildet und in der ein zweites Pumpenrad 18 der Seitenkanalpumpe 16 angeordnet
ist, das ebenfalls drehfest auf der Antriebswelle 2 sitzt.
-
Das zweite Pumpenrad 18 besitzt
in seiner einen Seitenfläche überdeckend
mit dem ersten Seitenkanal 16 einen zweiten Schaufelkranz 19,
der über
axiale Durchbrüche 20 mit
einem dritten Schaufelkranz 21 auf der anderen Seitenfläche des
Pumpenrads 18 verbunden ist.
-
Der dritte Schaufelkranz 21 wird
von einem ringförmigen
zweiten Seitenkanal 22 überdeckt,
der in einer Trennwand 23 ausgebildet ist, die die topfförmige Öffnung 14 verschließt, einen
Teil des Pumpengehäuses 7 bildet
und durch eine Antriebswelle 2 hindurchgeführt ist.
-
Die Trennwand 23 trennt
die Seitenkanalpumpe 16 von dem Motorgehäuse 1,
wobei der in der Trennwand 23 ausgebildete Auslass 24 in
das Motorgehäuse 1 mündet. Der
geförderte
Kraftstoff durchströmt
das Motorgehäuse 1 und
wird über
ein Rückschlagventil 25 einem
Druckanschluss 26 der Kraftstoffpumpe zugeführt, die
in einer Verschlusswand 29 angeordnet sind. Ebenfalls in
der Verschlusswand 29 befindet sich ein Steckkontakt 30 der
Stromversorgung des Elektromotors.
-
In dem Endbereich des Motorgehäuses 1 auf der
Seite des Druckanschlusses 26 ist eine Lagerwand 27 angeordnet,
die koaxial zur ersten Lagerbohrung 11 eine zweite Lagerbohrung 28 aufweist,
in der das linke Ende der Antriebswelle 2 unmittelbar drehbar
gelagert ist.
-
Die beiden Pumpenräder 3 und 18 bestehen aus
Phenolharz.
-
Die Teile des Pumpengehäuses 7 sind
aus Aluminium ausgebildet. Dabei besitzt der Deckel 6 in allen
der Zwischenwand 10 zugewandten Bereichen sowie im Einlass 8 eine Beschichtung
aus Chrom-Nitrid. Die Zwischenwand 10, die Trennwand 23 und
die Lagerwand 27 sind vollständig mit einer Beschichtung
aus Chrom-Nitrid versehen. Weiterhin sind auch die vom Kraftstoff
umspülten
Flächen
der Verschlusswand 29 und des Druckanschlusses 26 mit Chrom-Nitrid
beschichtet.
-
Dabei sind auch die zylindrischen
Innenwände
der ersten und zweiten Lagerbohrung 11 und 28 beschichtet.
Zusätzlich
besitzt die aus Stahl bestehende Antriebswelle 2 in ihren
in den Lagerbohrungen 11 und 28 befindlichen Bereichen
eine Chrom-Nitrid-Beschichtung.
-
Diese Chrom-Nitrid-Beschichtungen
sind durch physikalische Abscheidungen aus der Gasphase aufgebracht
und haben eine Dicke von 5 μm sowie
eine Vickershärte
von etwa 2500 HV.