DE4214752C2 - Oil pump - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ölpumpe, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.The invention relates to an oil pump, as in the preamble of claim 1 is specified.
Derartige Pumpen, die insbesondere als Innenzahnradpumpen ausgebildet sind, werden speziell in der Kraftfahrzeugtech nik angewendet und dienen dort zur Förderung und Druckbeauf schlagung von Motorenöl in Kraftfahrzeugmotoren.Such pumps, in particular as internal gear pumps are specially trained in automotive engineering nik applied and serve there for promotion and Druckbeauf Impact of engine oil in automotive engines.
In üblicher Weise werden derartige Pumpen aus Stahl- und Leichtmetallteilen hergestellt. Dabei ist das Aufnahmeteil des Gehäuses aus Aluminium, der Deckel aus Magnesium, und die Rotoren bestehen aus Stahl.Such pumps are made of steel and Made of light metal parts. Here is the receiving part the housing made of aluminum, the cover made of magnesium, and the rotors are made of steel.
Derartige Pumpen sind relativ schwer und können daher kaum eingesetzt werden, wenn es auf eine Leichtbauweise zur Gewichtsverminderung oder -begrenzung insbesondere von Kraftfahrzeugen ankommt. Außerdem erzeugen derartige Pumpen im Betrieb relativ hohe Laufgeräusche, so daß sie in eingebautem Zustand zu laut sind. Such pumps are relatively heavy and therefore can hardly be used when it is based on a lightweight construction Weight reduction or limitation in particular of Motor vehicles arrives. Such pumps also produce relatively high running noise during operation, so that they are in installed condition are too loud.
Es sind bereits auch Innenzahnradpumpen mit Zahnrädern aus Kunststoff bekannt, bei denen jedoch Probleme bei der Lagerung der Zahnräder auftreten. Insbesondere werden aufgrund der Lagerungsprobleme die in der Pumpe erforder lichen Spalten zwischen den Zahnrädern und zwischen den Zahnrädern und ihren Lager- bzw. Führungsflächen zu groß. Solche Pumpen sind daher nicht geeignet, um die erforder liche hohe Pumpenleistung über einen längeren Zeitraum gleichbleibend zu erbringen.Internal gear pumps with gears are also already out Plastic known, but with problems with the Bearings of the gears occur. In particular, be due to the storage problems required in the pump gaps between the gears and between the Gears and their bearing or guide surfaces too large. Such pumps are therefore not suitable to the required high pump output over a longer period of time to be performed consistently.
Zum Beispiel ist aus der genannten US 31 28 710 eine Zahnradpumpe mit einem Kunststoffgehäuse bekannt, in dem Pumpenrotoren gelagert sind, die ebenfalls aus Kunststoff bestehen und von denen einer mit einer Antriebswelle aus Stahl verbunden ist. Der Aufnahmeraum im Gehäuse, in dem neben den Rotoren noch Kunststofflagerteile angeordnet sind, ist mittels Kunststoffdeckeln verschlossen, wobei zwischen Deckel und Gehäuse eine Abdeckplatte aus Stahl eingesetzt sein kann.For example, from US 31 28 710 mentioned one Gear pump known with a plastic housing in which Pump rotors are stored, which are also made of plastic exist and one of which has a drive shaft Steel is connected. The recording space in the housing in which plastic bearing parts are arranged next to the rotors, is closed with plastic lids, with between Cover and housing a steel cover plate inserted can be.
Die Kunststoffteile sind dabei aus dem Kunststoff "Delrin" der Firma Du Pont gefertigt. Um Kunststoff/Kunstoff-Reib paarungen in den Lagern der Rotoren zu vermeiden, sind entsprechende Metallhülsen vorgesehen.The plastic parts are made of the plastic "Delrin" manufactured by the Du Pont company. To plastic / plastic rubbing to avoid pairings in the bearings of the rotors appropriate metal sleeves are provided.
Davon ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weitere Pumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei geringem Gewicht eine hohe Lebensdauer aufweist.Proceeding from this, the object of the invention is to create another pump of the type mentioned at the beginning, which has a long service life with low weight.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Ölpumpe der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved with an oil pump type mentioned above by the characteristic features of claim 1 solved.
Erfindungsgemäß werden also für die drehenden Teile der Pumpe und deren Lagerflächen die Werkstoffe so gewählt, daß zwischen den Pumpenrotoren und den angrenzenden Flächen des Aufnahmeteils Polyphenylensulfid/Polyethersulfon-Reibpaa rungen auftreten, wobei dem Polyphenlyensulfid (PPS) kohle faserverstärkte Kunststoffe beigemischt sind. Hierdurch läßt sich entsprechend den Anforderungen des Leichtbaus das Gewicht der Pumpe gering halten und gleichzeitig deren Laufgeräusche im Betrieb verringern. Dabei wird auch ein unerwünschter Verschleiß vermieden, wie er auftreten kann, wenn die Pumpe, wie z. B. bei Kraftfahrzeugen üblich, sowohl bei tiefen als auch bei sehr hohen Temperaturen betrieben wird.According to the invention for the rotating parts of the Pump and its bearing surfaces, the materials chosen so that between the pump rotors and the adjacent surfaces of the Receiving part polyphenylene sulfide / polyether sulfone friction pair stances occur, the polyphenylene sulfide (PPS) coal fiber-reinforced plastics are added. This leaves according to the requirements of lightweight construction Keep the weight of the pump low while maintaining it Reduce running noise during operation. It will also be a avoiding unwanted wear and tear as it can occur if the pump, e.g. B. common in motor vehicles, both operated at low as well as at very high temperatures becomes.
Die erfindungsgemäße Pumpe ist also in der Lage, während einer langen Lebensdauer hohe Anforderungen an Förder leistung und Förderdruck zu erfüllen.The pump according to the invention is therefore able to long service life high demands on conveying performance and delivery pressure.
Gemäß Anspruch 2 wird dabei für die Antriebswelle ein Werkstoff, Metall oder Kunststoff verwendet, dessen Festig keit größer ist als die des für die Rotoren verwendeten Kunststoffs.According to claim 2 is a for the drive shaft Material, metal or plastic used, its strength speed is greater than that used for the rotors Plastic.
Die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 stellen sichere daß die im Betrieb der Pumpe insbesondere im Bereich ihrer Lager stellen entstehende Reibungswärme gut nach außen abgeführt werden kann, wodurch sich eine Materialermüdung und ein unerwünschter Verschleiß der Pumpe, insbesondere im Bereich ihrer Lager- und Führungsflächen, vermeiden läßt.The features of claims 3 and 4 ensure that the in the operation of the pump, particularly in the area of its bearings place the resulting frictional heat well dissipated to the outside can be, causing fatigue and a unwanted wear of the pump, especially in the area their bearing and guide surfaces can be avoided.
Die Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 5 und 6 haben nicht nur den Vorteil, daß die Wärmeabfuhr weiter verbessert wird, sondern stellen darüber hinaus eine gute Übertragung der Antriebskräfte für die Pumpenrotoren sicher.The configurations according to claims 5 and 6 do not have only the advantage that the heat dissipation is further improved, but also provide a good transmission of the Driving forces for the pump rotors are safe.
Die in den Ansprüchen 7 und 8 beschriebenen Weiterbildungen der Erfindung ermöglichen eine besonders günstige Herstel lung der Pumpe. The developments described in claims 7 and 8 the invention enable a particularly inexpensive manufacture pump.
Um eine optimale Reibpaarung zwischen der Antriebswelle und ihren Lagern zu erhalten, ist die Ausgestaltung nach Anspruch 9 vorgesehen. Durch die unterschiedlichen Festi gungswerte, die unterschiedlichen E-Module der Materialien und insbesondere die Oberflächenbeschaffenheit und -härte der Antriebswelle und ihrer Lager wird ein Verkleben der Welle in den Lagerstellen verhindert.For an optimal friction pairing between the drive shaft and To maintain their camps is the design according to Claim 9 provided. Through the different festi values, the different moduli of elasticity of the materials and in particular the surface quality and hardness the drive shaft and its bearings will stick together Prevents shaft in the bearings.
Entsprechend den Ansprüchen 10 und 11 können diese Vorteile auch mit umgekehrt gewählten Werkstoffen erreicht werden.According to claims 10 and 11, these advantages can also be achieved with materials chosen in reverse.
Besonders gute Ergebnisse, insbesondere hinsichtlich der Haltbarkeit, lassen sich mit der Ausgestaltung nach Anspruch 12 erreichen.Particularly good results, especially with regard to the Durability, can be designed according to claim Reach 12.
Besonders kostengünstig läßt sich die erfindungsgemäße Pumpe herstellen, wenn zumindest das Aufnahmeteil des Gehäuses entsprechend Anspruch 13 als Hybridgehäuse ausgebildet wird. Diese Hybridbauweise wird durch die gute Wärmeabfuhr und die günstige Reibpaarung zwischen den relativ zueinander bewegten Teilen der Pumpe ermöglicht.The pump according to the invention is particularly inexpensive produce if at least the receiving part of the housing is designed according to claim 13 as a hybrid housing. This hybrid design is due to the good heat dissipation and the favorable friction pairing between the relative to each other moving parts of the pump.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Deckel des Gehäuses entsprechend den Ansprüchen 14 oder 15 ausgebildet ist.It is particularly preferred if the cover of the housing is designed according to claims 14 or 15.
Für besonders kritische Arbeitstemperaturen beim Einsatz der Pumpe ist die Ausgestaltung nach Anspruch 16 vorgesehen. Hierdurch wird eine noch bessere Wärmeabfuhr erreicht, so daß auch bei den kritischen Arbeitstemperaturen eine Zersetzung der Kunststoffe im Bereich der Lagerstellen verhindert werden kann.For particularly critical working temperatures when using the Pump is the embodiment according to claim 16 provided. This results in an even better heat dissipation, so that even at critical working temperatures Decomposition of the plastics in the area of the bearings can be prevented.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigt: The invention is described below, for example, with the aid of Drawing described in more detail; in this shows:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Pumpe, Fig. 1 shows a schematic section through a pump,
Fig. 2 eine Teilschnitt-Ansicht entsprechend Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 is a partial sectional view corresponding to line II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen um 90° gedrehten Schnitt durch die Pumpe nach Fig. 1, Fig. 3 shows a 90 ° rotated section through the pump according to Fig. 1,
Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Pumpe. Fig. 4 is a schematic section through another embodiment of the pump.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung werden einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.In the different figures of the drawing, one another corresponding components with the same reference numerals.
Fig. 1 zeigt eine Pumpe mit einem Gehäuse 10, das ein Auf nahmeteil 12 und einen Deckel 14 aufweist. Das Aufnahmeteil 12 besitzt eine topfförmige Aussparung 16 und eine zylindri sche Lageröffnung 18 zur Aufnahme einer Antriebswelle 20. Fig. 1 shows a pump with a housing 10 having a receiving part 12 and a cover 14 . The receiving part 12 has a cup-shaped recess 16 and a cylindri cal bearing opening 18 for receiving a drive shaft 20th
In der Aussparung 16 sind zwei als Pumpenrotoren dienende Zahnräder 22, 24 aus einem für sehr hohe Belastungen ausge legten Kunststoff mit hoher Abriebfestigkeit, insbesondere aus Polyphenylensulfid (PPS) oder Polyethersulfon (PES) angeordnet, von denen das eine ein Außenzahnrad 22 mit einer Innenverzahnung 23 und das andere ein Innenzahnrad mit einer Außenverzahnung 25 ist.In the recess 16 , two gear wheels 22 , 24 serving as pump rotors are made of a plastic designed for very high loads with high abrasion resistance, in particular of polyphenylene sulfide (PPS) or polyether sulfone (PES), of which one is an external gear 22 with internal teeth 23 and the other is an internal gear with external teeth 25 .
Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, ist das Außenzahnrad 22 in der topfförmigen Aussparung 16 gelagert und gegenüber dem Innenzahnrad 24 exzentrisch versetzt angeordnet, so daß die Verzahnungen 23, 25 der miteinander kämmenden Zahnräder 22 bzw. 24 in der Aussparung 16 einen sich im Betrieb der Pumpe zeitlich ändernden Arbeitsraum 26 bilden. As shown in FIG. 2 in particular, the external gear 22 is mounted in the cup-shaped recess 16 and is arranged eccentrically offset with respect to the internal gear 24 , so that the toothings 23 , 25 of the meshing gears 22 and 24 in the recess 16 become one during operation of the Form pump time-changing working space 26 .
Die Aussparung 16 und damit der Arbeitsraum 26 ist auf der von der Lageröffnung abgewandten Seite des Aufnahmeteils 12 mittels des Deckels 14 verschlossen, der eine Lageröffnung 28 für die Antriebswelle 20 aufweist. An ihrem aus dem Deckel 14 herausragenden, vom Aufnahmeteil 12 abgewandten Ende, weist die Antriebswelle 20 eine Aussparung 30 auf, die zur Verbin dung mit einem nicht dargestellten Antriebsmittel dient. Der Deckel 14 ist durch eine geeignete, nicht dargestellte Zentrierung definiert, am Aufnahmeteil 12 des Gehäuses 10 befestigt und dient gleichzeitig mit seiner Lageröffnung 28 als Gegenlager für die Antriebswelle 20, die mit ihrem ande ren Ende in der Lageröffnung 18 am Aufnahmeteil 12 gelagert ist, und zur Begrenzung des Arbeitsraums 26.The cutout 16 and thus the working space 26 is closed on the side of the receiving part 12 facing away from the bearing opening by means of the cover 14 , which has a bearing opening 28 for the drive shaft 20 . At its protruding from the cover 14 , facing away from the receiving part 12 , the drive shaft 20 has a recess 30 which serves for connec tion with a drive means, not shown. The cover 14 is defined by a suitable centering, not shown, fastened to the receiving part 12 of the housing 10 and, at the same time, serves with its bearing opening 28 as a counter bearing for the drive shaft 20 , which is mounted with its other end in the bearing opening 18 on the receiving part 12 , and to limit the working space 26 .
Die Antriebswelle 20, die vorzugsweise aus einem anderen Werkstoff besteht als die Zahnräder 22, 24, ist mit dem Innenzahnrad 24 zur Antriebsverbindung unlösbar verbunden. Hierzu ist eine Aussparung 32 an der Antriebswelle 20 vorge sehen. Die unlösbare Verbindung zwischen dem Innenzahnrad 24 und der Antriebswelle 20 wird vorzugsweise dadurch erhalten, daß das Innenzahnrad 24 durch Spritzgießen an der Antriebs welle 20 angebracht wird.The drive shaft 20 , which is preferably made of a different material than the gears 22 , 24 , is permanently connected to the internal gear 24 for the drive connection. For this purpose, a recess 32 is provided on the drive shaft 20 . The non-detachable connection between the internal gear 24 and the drive shaft 20 is preferably obtained in that the internal gear 24 is attached to the drive shaft 20 by injection molding.
Fig. 3 zeigt einen Zulauf- und einen Ablaufkanal 34 bzw. 36 für das Fördermedium. Die Pumpe kann mit ihrem Aufnahmeteil 12 z. B. mittels nicht dargestellter Schrauben an einem in der Zeichnung schematisch angedeuteten Bauteil 38 befestigt sein. Fig. 3 shows an inlet and an outlet channel 34 and 36 for the pumped medium. The pump can with its receiving part 12 z. B. by means of screws, not shown, on a component 38 schematically indicated in the drawing.
Das anhand von Fig. 1 bis Fig. 3 beschriebene Gehäuse 10 ist aus Polyphenylensulfid oder Polyethersulfon hergestellt, während als Werkstoff für die Antriebswelle 20 Metall, vorzugsweise einsatzhärtbarer Stahl, vorgesehen ist. The reference to FIG. 1 to FIG. 10 described housing 3 is made of polyphenylene sulfide or polyether sulfone, during, is provided as material for the drive shaft 20 of metal, preferably steel einsatzhärtbarer.
Die Gehäuseteile und die Pumpen rotoren 22, 24, die in Reibeingriff miteinander stehen, sind aus unterschiedlichen Kunststoffen hergestellt. Dabei wird vor zugsweise für die Pumpenrotoren 22, 24 Polyphenylensulfid (PPS) und für das Gehäuse 10 Polyethersulfon (PES) gewählt. Besonders bewährt hat sich dabei ein Polyphenylensulfid- Gemisch mit ca. 20 Gew.% kohlefaserverstärkten Kunststoffen.The housing parts and the pump rotors 22 , 24 , which are in frictional engagement with one another, are made of different plastics. It is preferably chosen before for the pump rotors 22 , 24 polyphenylene sulfide (PPS) and for the housing 10 polyether sulfone (PES). A polyphenylene sulfide mixture with about 20% by weight of carbon fiber reinforced plastics has proven particularly useful.
Bei diesem Aufbau der Pumpe und insbesondere des Gehäuses brauchen die Lager für die Antriebswelle 20, die durch die Lageröffnung 18 im Aufnahmeteil 12 und die Lageröffnung 28 im Deckel 14 gebildet sind, ebenso wie die die Aussparung 16 im Aufnahmeteil 12 begrenzenden Flächen am Aufnahmeteil 12 bzw. am Deckel 14, die als Lager- bzw. Führungsflächen für die Zahnräder 22, 24 dienen, nicht besonders ausgebildet werden, so daß sich ein einfacher und billiger Aufbau der Pumpe ergibt, der durch geeignete Herstellungsverfahren kosten günstig zu realisieren ist.With this construction of the pump and in particular of the housing, the bearings for the drive shaft 20 , which are formed by the bearing opening 18 in the receiving part 12 and the bearing opening 28 in the cover 14 , as well as the surfaces on the receiving part 12 or the surfaces delimiting the recess 16 in the receiving part 12 on the cover 14 , which serve as bearing or guide surfaces for the gears 22 , 24, are not specially designed, so that there is a simple and inexpensive construction of the pump, which can be realized inexpensively by suitable manufacturing processes.
Die in Fig. 4 gezeigte Pumpe besitzt ein Aufnahmeteil 12 mit einem Basisteil 12′, in das ein geeignet geformtes Auskleide element 40 aus Polyphenylensulfid oder Polyethersulfon einge setzt ist, so daß die die Aussparung 16 und die Lageröffnung 18 begrenzenden Flächen von einem für sehr hohe Belastungen ausgelegten Kunststoff mit hoher Abriebfestigkeit gebildet sind. Das Basisteil 12′ kann dabei auch aus billigem glas- und/oder kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt werden.The pump shown in Fig. 4 has a receiving part 12 with a base part 12 ', in which a suitably shaped lining element 40 made of polyphenylene sulfide or polyethersulfone is inserted, so that the recess 16 and the bearing opening 18 delimiting surfaces from one for very high Load-bearing plastic with high abrasion resistance are formed. The base part 12 'can also be made of cheap glass and / or carbon fiber reinforced plastic.
In entsprechender Weise besteht der Deckel 14 aus einem Basisteil 14′, das aus glas- und/oder kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt ist, und an dem zur Abdeckung der Aus sparung 16 eine diese abdeckende Platte 42 aus Polyphenylen sulfid oder Polyethersulfon angebracht ist. Die Lageröffnung 28 im Deckel 14 ist dabei in einer Hülse 44 vorgesehen, die in das Basisteil 14′ eingesetzt ist und ebenfalls aus Poly phenylensulfid oder Polyethersulfon besteht.In a corresponding manner, the cover 14 consists of a base part 14 ', which is made of glass and / or carbon fiber reinforced plastic, and on which to cover the savings 16, a covering plate 42 made of polyphenylene sulfide or polyethersulfone is attached. The bearing opening 28 in the cover 14 is provided in a sleeve 44 which is inserted into the base part 14 'and also consists of poly phenylene sulfide or polyether sulfone.
Aufgrund des beschriebenen Aufbaues der Pumpe erhält man an den Lagerstellen für die Antriebswelle 20 eine optimale Reib paarung von Kunststoff (PPS oder PES) gegen gehärteten Stahl. Dabei wird durch die unterschiedlichen Festigkeitswerte und die unterschiedlichen E-Module der verschiedenen Materialien sowie durch deren unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheit und -härte ein Verkleben der Antriebswelle 20 in den Lager öffnungen 18, 28 verhindert.Due to the structure of the pump described, an optimal friction pairing of plastic (PPS or PES) against hardened steel is obtained at the bearings for the drive shaft 20 . The different strength values and the different moduli of elasticity of the different materials and their different surface properties and hardness prevent the drive shaft 20 from sticking in the bearing openings 18 , 28 .
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Pumpe besteht darin daß im Betrieb auftretende Reibungswärme aus den Lagern über die massiv ausgebildete Antriebswelle 20 aus Stahl gut abge führt werden kann, so daß es nicht zu einem vorzeitigen Verschleiß der Lager kommt.Another advantage of the pump described is that frictional heat occurring during operation from the bearings via the solidly designed drive shaft 20 made of steel can be carried out well, so that there is no premature wear of the bearings.
Um bei kritischen Arbeitstemperaturen eine noch bessere Wärmeabfuhr zu erhalten, kann der Deckel 14 auch aus einer Magnesium-Legierung hergestellt werden.In order to obtain an even better heat dissipation at critical working temperatures, the cover 14 can also be made from a magnesium alloy.
Um zwischen der Antriebswelle 20 und ihren Lagern 18, 28 die gewünschte Metall/Kunststoff-Reibpaarung zu erhalten, können auch die Lager 18, 28 aus Metall und die Antriebswelle 20 aus einem geeigneten Kunststoff hergestellt werden. Dabei können dann, die in Fig. 4 gezeigte Buchse 44 und das Auskleideteil 40 oder dessen die Lageröffnung 18 bildender Buchsenabschnitt aus Metall gefertigt sein. Bei einem derartigen Aufbau braucht nicht auf die durch den Kunststoffeinsatz ermöglichte Leichtbauweise verzichtet zu werden.In order between the input shaft 20 and its bearings 18, 28 to obtain the desired metal / plastic friction pairing, the bearings 18, 28 are made of metal and the drive shaft 20 of a suitable plastic material. The bushing 44 shown in FIG. 4 and the lining part 40 or its bushing section forming the bearing opening 18 can then be made of metal. With such a structure, the lightweight construction made possible by the use of plastic need not be dispensed with.
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