DE4021500C3 - Förderaggregat, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Förderaggregat, zum Fördern von Kraftstoff mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Es sind bereits Förderaggregate be­ kannt, bei denen die Grundplatte, die Zwischenplatte und der Deckel aus einem Sinterstahl bestehen. Die in der Ausnehmung der Zwischenplatte drehbar angeord­ neten umlaufenden Pumpenteile - es kann sich hierbei um eine Vielzahl von Rollen handeln, wenn die Pumpen­ einheit als Rollenzellenpumpe ausgebildet ist, oder um ein Zahnradpaar, das ein innenverzahntes und ein au­ ßenverzahntes Zahnrad umfaßt, eine sogenannte Innen­ zahnradpumpe, oder aber auch um zwei außen verzahn­ te Zahnräder einer üblichen Zahnradpumpe - beste­ hen ebenfalls aus Sinterstahl. Um den Verschleiß zwi­ schen den drehenden Pumpenteilen und den feststehen­ den Pumpenteilen gering zu halten werden die Grund­ platte, die Zwischenplatte und der Deckel einer oxydie­ renden Dampfbehandlung unterworfen, wodurch sich auf diesen Teilen eine harte Oxydhaut bildet, durch die der Verschleiß zwischen den verschiedenen Pumpentei­ len wesentlich verringert wird.

Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Pumpe zu erreichen, werden kleinstmögliche Axialspalten zwi­ schen den drehenden Pumpenteilen und dem Deckel bzw. der Grundplatte angestrebt. Durch entsprechende Behandlung der Sintermetallteile lassen sich zwar Un­ ebenheiten bis zu 5 µm erreichen. Aufgrund der erforder­ lichen Dampfbehandlung entstehen jedoch in dem so bearbeiteten Material Verwerfungen, die in der Grö­ ßenordnung von 8-10 µm liegen. Da die durch die Dampfbehandlung entstehende Oxydschicht nur ca. 5-6 µm dick ist, kann auch durch eine Nachbearbei­ tung der der Dampfbehandlung unterworfenen Teile nur eine geringfügige Verbesserung der Unebenheiten erzielt werden.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Pumpen be­ steht darin, daß sich der Wirkungsgrad aufgrund des auch bei einer Materialpaarung von Sinterstahl und Sin­ terstahloxyd entstehenden Verschleißes mit zunehmen­ der Lebensdauer verschlechtert.

Diese Schwierigkeiten und Nachteile sollen durch die Erfindung beseitigt werden. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Förderaggregat mit einer Pumpeneinheit zu schaffen, die einen möglichst hohen Wirkungsgrad hat, der sich auch während der Lebensdauer des Förder­ aggregats, wenn überhaupt, nur in engen Grenzen ver­ schlechtert. Darüber hinaus soll die Erhöhung des Wir­ kungsgrades mit möglichst wenig Aufwand einherge­ hen.

Ein Förderaggregat ist aus der DE-PS 75 99 60 bekannt.

Die umlaufenden Pumpenteile, welche zwei Zahnräder des als Zahnradpumpe ausgebildeten Förderaggregats sind, sind zwischen einer Grundplatte und einer Deckel­ platte aus Keramik angeordnet. Die Zahnräder beste­ hen ebenfalls aus Keramik. Zwar werden die Seitenflä­ chen der Grundplatte und der Deckelplatte genau ge­ formt. Dennoch verbleiben herstellungsbedingt Vertie­ fungen in den Seitenflächen von einer solchen Größe, daß im heißen Kraftstoff befindliche Dampfblasen sich in diesen Vertiefungen festsetzen und so den Wirkungs­ grad der Pumpe negativ beeinflussen können.

Eine Pumpe, deren Pumpenteile aus einem silikati­ schen Werkstoff bestehen, ist weiterhin aus der DD-PS 1 44 943 bekannt.

Aus der US-PS 38 81 849 ist ein Förderaggregat der eingangs genann­ ten Art bekannt, bei dem Pumpenkörper, Antriebswelle und Zahnräder vollständig aus Keramik bestehen.

Weiterhin ist aus der DE-OS 26 52 184 ein Förderaggregat bekannt, dessen Gehäuse aus einer Grundplatte und einem topfartigen Deckelteil besteht, wobei in der Topföffnung des Deckelteils die als Zahnräder aus­ gebildeten umlaufenden Pumpenteile angeordnet sind. Diese umlaufen­ den Pumpenteile bestehen aus Sintermetall.

Diese o. g. Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Verwendung keramischen Materials für die Grundplatte und den Deckel und die Ausbildung der der Zwischenplatte zugewandten Stirnseite dieser Teile mit einer geschliffenen Oberfläche lassen sich Unebenhei­ ten von weniger als 1 µm erreichen und damit äußerst geringe axiale Luftspalte bei entsprechendem Aufbau der Pumpeneinheit. Eine Nachbehandlung der Grund­ platte und des Deckels ist nicht erforderlich, so daß die Gefahr einer Verschlechterung der geschliffenen Ober­ flächen durch Verwerfungen ausgeschlossen ist. Da das keramische Material wesentlich härter als dasjenige Material ist, aus dem die beweglichen Pumpenteile her­ gestellt sind, ist der Verschleiß der Pumpeneinheit ge­ ringer als derjenige der bekannten Förderaggregate und damit erreicht die erfindungsgemäße Pumpenein­ heit eine vergleichsweise hohe Lebensdauer.

Die erfindungsgemäße Materialpaarung und Ausbil­ dung der Stirnseiten der Grundplatte und des Deckels führen darüber hinaus zu besseren Heißlaufeigenschaf­ ten der Pumpe. Dies ist im wesentlichen darauf zurück­ zuführen, daß, wie bereits erwähnt, die Axialspalte be­ sonders klein realisiert werden können und somit im heißen Kraftstoff vorhandene Dampfblasen sich dort nicht festsetzen, vielmehr durch die beweglichen Pump­ enteile aus dem Pumpenraum transportiert werden kön­ nen.

Die gewünschte glatte Oberfläche der relevanten Stirnseiten der Grundplatte und des Deckels kann durch Schleifen, Läppen oder Honen dieser Stirnseiten erhal­ ten werden. Wenn also im weiteren von geschliffenen Oberflächen die Rede ist, so sind im Sinne dieser Erfin­ dung auch gehonte oder geläppte Oberflächen bzw. Oberflächen mit einer Unebenheit kleiner 1 µm zu ver­ stehen.

Als keramisches Material wird am zweckmäßigsten Oxydkeramik, insbesondere Metalloxydkeramik Ver­ wendung finden, wiewohl auch andere Keramiken wie z. B. Siliciumoxydkeramik und dergleichen benutzt wer­ den können, sofern sie nur die für den vorliegenden Einsatzzweck erforderliche mechanische Festigkeit auf­ weisen und mit einer geschliffenen Oberfläche mit einer Unebenheit kleiner 1 µm versehen werden können.

Da für den vorliegenden Zweck geeignetes kerami­ sches Material wesentlich billiger ist als der bei den bekannten Pumpeneinheiten verwendete bearbeitete Sinterstahl, läßt sich die erfindungsgemäße Pumpenein­ heit allein schon aus diesem Grunde mit geringerem Aufwand herstellen als die bekannten Pumpen.

Die Verwendung einer Zwischenplatte aus kerami­ schem Material bringt den Vorteil mit sich, daß die Heißlaufeigenschaften der Pumpeneinheit wei­ ter verbessert werden, was darauf zurückzuführen ist, daß die Keramik einen kleineren linearen Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten als Sinterstahl aufweist. So ha­ ben Keramiken üblicherweise einen Wärmeausdeh­ nungskoeffizient zwischen 6 und 8 × 10^-6 1/°C, wäh­ rend Sinterstahl einen solchen von etwa 12 × 10^-6 1/°C hat. Bei Erwärmung der Pumpeneinheit dehnt sich also der Sinterstahl stärker aus als die keramische Zwischen­ platte, so daß mit zunehmender Erwärmung der Pum­ peneinheit die Axialspalte zwischen den sich bewegen­ den Pumpenteilen und der Grundplatte bzw, dem Dec­ kel immer kleiner werden. Dieser Effekt kann im übri­ gen in verstärktem Umfange durch Verwendung einer Zwischenplatte aus Hartkohle oder Kunstkohle genutzt werden, deren linearer Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen 4 bis 6 × 10^-6 1/°C liegt. Bei Kunstkohlen han­ delt es sich im wesentlichen um eine Mischung aus Kunststoff oder Kunstharz und Graphit, die zusammen­ gesintert ist, bei Hartkohle im wesentlichen um gepreß­ ten und gebrannten Graphit.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel enthält, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Pumpeneinheit,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Pumpeneinheit gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Zwischenplatte mit einem Gerotor der Pumpeneinheit gemäß Fig. 1.

Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, besteht die Pumpeneinheit aus einer Grundplatte 1, einer Zwi­ schenplatte 2 und einem Deckel 3, die mittels vier Schrauben 4 und dazugehöriger Muttern 5 zusammen­ gehalten sind.

Die Grundplatte 1 ist mit einer sichelförmigen Einlaß­ öffnung 6 für das zu fördernde Medium, d. h. für den zu fördernden Kraftstoff, versehen sowie mit einer Füh­ rungsbuchse 7, deren Innenbohrung 8 zur Aufnahme der Antriebswelle des nicht dargestellten elektrischen Antriebsmotors dient und deren nach innen ragender Fortsatz 9 zur Lagerung des Außenzahnrades 10 des Gerotors 11 ausgebildet ist.

Der Deckel 3 ist einer Durchtrittsöffnung 12 für die Antriebswelle und mit einer Auslaßöffnung 13 für das zu fördernde Medium versehen.

Der Deckel 3 und die Grundplatte 1 bestehen jeweils aus Aluminiumoxydkeramik. Die der Zwischenplatte 2 zugewandten Stirnseiten der Grundplatte 1 und des Deckels 3 sind spiegelglatt bearbeitet.

Wie insbesondere aus der Fig. 3 ersichtlich ist, enthält die Zwischenplatte 2 eine kreisförmige Ausnehmung 14, die um einen Betrag a exzentrisch zur Mittenachse 15 der Pumpeneinheit angeordnet ist. In der Ausnehmung 14 ist der Gerotor 11 gelagert, der aus einem Innenzahn­ rad 16 und dem zentrisch gelagerten Außenzahnrad 10 besteht. Innenzahnrad 16 und Außenzahnrad 10 unter­ scheiden sich um einen Zahn. Beide Zahnräder 10 und 16 sind aus Sintermetall, beispielsweise Sint D 30, herge­ stellt.

Das Außenzahnrad 10 ist auf seiner dem Deckel 3 zugewandten Stirnseite mit axialen Zähnen 17 versehen, die in entsprechende Ausnehmungen eines auf der An­ triebsweile des Antriebsmotors sitzenden Gegenstücks angeordnet sind. Die beiden ineinandergreifenden Teile bilden also eine zahnartige Kupplung.

Wie bereits erwähnt, kann die Zwischenplatte 2 eben­ falls aus Sintermetall hergestellt sein. In diesem Falle ist zumindest die Innenfläche der kreisförmigen Ausneh­ mung dampfbehandelt, so daß sich dort ein hartes Sin­ termetalloxyd bildet, das den Verschleiß zwischen dem Innenzahnrad 16 und der Zwischenplatte 2 verringert.

Auf eine solche Dampfbehandlung kann verzichtet werden, wenn die Zwischenplatte 2 aus Keramik herge­ stellt ist oder aus Hartkohle oder Kunstkohle. In diesen Fällen sollte jedoch aus Festigkeitsgründen die Zwi­ schenplatte 2 radial vergrößert werden; andernfalls be­ steht die Gefahr eines Ausbrechens der Bohrungen 18, 19 oder 20.

Claims (3)

1. Förderaggregat zum Fördern von Kraftstoff, mit einem elektrischen An­ triebsmotor und einer mit diesem gekuppelten Pumpeneinheit, die aus einer Grundplatte, einer daran anliegenden Zwischenplatte mit einer Ausneh­ mung, in der die umlaufenden Pumpenteile, insbesondere ein Gerotor, drehbar gelagert sind, und einem auf der Zwischenplatte aufliegenden Deckel mit einer Durchtrittsöffnung für die Welle des Antriebsmotors, wobei die Grundplatte und der Deckel aus keramischem Material bestehen, und die Grundplatte und der Deckel jeweils auf ihrer der Zwischenplatte zuge­ wandten Stirnseite zumindest im Bereich der umlaufenden Pumpenteile mit geschliffenen Oberflächen versehen sind sowie die Grundplatte mit einer Einlaßöffnung und der Deckel mit einer Auslaßöffnung versehen ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die umlaufenden Pumpenteile (10, 16) aus ei­ nem Sintermetall bestehen, wobei das keramische Material von Grund­ platte (1) und Deckel (3) wesentlich härter ist als das Sintermetall der beweglichen Pumpenteile (10, 16) und daß die Zwischenplatte (2) aus ke­ ramischem Material, aus Hartkohle oder aus Kunstkohle besteht, deren linearer Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner als der des Sintermetalls ist.

2. Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als keramisches Material Oxyd­ keramik vorgesehen ist.

3. Förderaggregat nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Metalloxydkeramik vorgesehen ist.