EP0464261B1

EP0464261B1 - Kraftstoff-Förderpumpe

Info

Publication number: EP0464261B1
Application number: EP90124382A
Authority: EP
Inventors: Norbert Fernau; Helmut Kohlhaas
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1990-07-05
Filing date: 1990-12-17
Publication date: 1994-02-16
Anticipated expiration: 2010-12-17
Also published as: US5156540A; DE4021500A1; DE59004630D1; DE4021500C3; DE4021500C2; EP0464261A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Förderpumpe, mit einer sandwichartig zwischen einer Grundplatte und einem Deckel angeordneten Zwischenplatte, die eine axial durchgehende kreisförmige Ausnehmung aufweist, mit einem in der Ausnehmung drehbar gelagerten ringartigen Innenzahnrad und einem innerhalb des Innenzahnrads exzentrisch zu Innenzahnrad und Ausnehmung angeordneten, drehbar antreibbaren Außenzahnrad, das eine geringere Zähnezahl als das Innenzahnrad aufweist und mit einem Teil seiner Zähne in Zahnlücken des Innenzahnrads eingreift, mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung, die in der Grundplatte bzw. im Deckel angeordnet sind.
Es sind bereits Förderaggregate dieser Gattung bekannt, bei denen die Grundplatte, die Zwischenplatte und der Deckel aus einem Sinterstahl bestehen. Die in der Ausnehmung der Zwischenplatte drehbar angeordneten umlaufenden Pumpenteile - es kann sich hierbei um eine Vielzahl von Rollen handeln, wenn die Pumpeneinheit als Rollenzellenpumpe ausgebildet ist, oder um ein Zahnradpaar, das ein innenverzahntes und ein außenverzahntes Zahnrad umfaßt, eine sogenannte Innenzahnradpumpe, oder aber auch um zwei außen verzahnte Zahnräder einer üblichen Zahnradpumpe - bestehen ebenfalls aus Sinterstahl. Um den Verschleiß zwischen den drehenden Pumpenteilen und den feststehenden Pumpenteilen gering zu halten, werden die Grundplatte, die Zwischenplatte und der Deckel einer oxydierenden Dampfbehandlung unterworfen, wodurch sich auf diesen Teilen eine harte Oxydhaut bildet, durch die der Verschleiß zwischen den verschiedenen Pumpenteilen wesentlich verringert wird.
Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Pumpe zu erreichen, werden kleinstmögliche Axialspalte zwischen den drehenden Pumpenteilen und dem Deckel bzw. der Grundplatte angestrebt. Durch entsprechende Behandlung der Sintermetallteile lassen sich zwar Unebenheiten bis zu 5 µm erreichen. Aufgrund der erforderlichen Dampfbehandlung entstehen jedoch in dem so bearbeiteten Material Verwerfungen, die in der Größenordnung von 8-10 µm liegen. Da die durch die Dampfbehandlung entstehende Oxydschicht nur ca. 5-6 µm dick ist, kann auch durch eine Nachbearbeitung der der Dampfbehandlung unterworfenen Teile nur eine geringfügige Verbesserung der Unebenheiten erzielt werden.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Pumpen besteht darin, daß sich der Wirkungsgrad aufgrund des auch bei einer Materialpaarung von Sinderstahl und Sinterstahloxyd entstehenden Verschleißes mit zunehmender Lebensdauer verschlechtert.
Aus der DE-B-12 31 563 ist eine Pumpe der eingangs genannten Art bekannt.
Weiterhin ist aus der DE-U-87 00 135 eine Drehflügelpumpe bekannt, deren Grundplatte, Deckel und gegebenenfalls weitere Bauteile aus Keramik hergestellt sein können.
Aus der DE-U-89 08 757 ist ebenfalls eine Drehflügelpumpe bekannt, deren Rotor, Seitenwände und gegebenenfalls die Schieber der Pumpe aus kunststoffgebundener Kohle hergestellt sein können.
Die DE-A-14 26 771 zeigt eine Schraubenradpumpe, deren innere Pumpenteile mit einem Keramiküberzug versehen sein können.
Diese Schwierigkeiten und Nachteile sollen durch die Erfindung beseitigt werden. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kraftstoff-Förderpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch unter thermischer Belastung einen möglichst hohen Wirkungsgrad hat, der sich auch während der Lebensdauer der Kraftstoff-Förderpumpe weitgehend nicht verschlechtert. Darüber hinaus soll die Erhöhung des Wirkungsgrades mit möglichst wenig Aufwand einhergehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Grundplatte und Deckel aus einem keramischen Material bestehen und an ihren einander zugewandten Stirnseiten derart bearbeitet sind, daß sie eine Oberflächenrauigkeit von kleiner 1 µm besitzen, daß Innenzahnrad und Außenzahnrad aus einem Sintermetall bestehen und etwa gleiche Breite wie die Zwischenplatte aufweisen und daß die Zwischenplatte aus einem Werkstoff mit etwas geringerem Wärmeausdehnungskoeffizienten wie dem Werkstoff von Innenzahnrad und Außenzahnrad besteht.
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 die Unebenheiten von weniger als 1 µm erreichen und damit äußerst geringe axiale Luftspalte bei entsprechendem Aufbau der Kraftstoff-Förderpumpe. Eine Nachbehandlung der Grundplatte und des Deckels ist nicht erforderlich, so daß die Gefahr einer Verschlechterung der geschliffenen Oberflächen durch Verwerfungen ausgeschlossen ist. Da das keramische Material wesentlich härter als dasjenige Material ist, aus dem die beweglichen Pumpenteile hergestellt sind, ist der Verschleiß der Kraftstoff-Förderpumpe geringer als derjenige der bekannten Förderaggregate und damit erreicht die erfindungsgemäße Kraftstoff-Förderpumpe eine vergleichsweise hohe Lebensdauer.
Die erfindungsgemäße Materialpaarung und Ausbildung der Stirnseiten der Grundplatte und des Deckels führen darüber hinaus zu besseren Heißlaufeigenschaften der Pumpe. Dies ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß, wie bereits erwähnt, die Axialspalte besonders klein realisiert werden können und somit im heißen Kraftstoff vorhandene Dampfblasen sich dort nicht festsetzen, vielmehr durch die beweglichen Pumpenteile aus dem Pumpenraum transportiert werden können.
Die gewünschte glatte Oberfläche der relevanten Stirnseiten der Grundplatte und des Deckels kann durch Schleifen, Läppen oder Honen dieser Stirnseiten erhalten werden. Wenn also im weiteren von geschliffenen Oberflächen die Rede ist, so sind im Sinne dieser Erfindung auch gehonte oder geläppte Oberflächen bzw. Oberflächen mit einer Unebenheit kleiner 1 µm zu verstehen.
Als keramisches Material wird am zweckmäßigsten Oxydkeramik, insbesondere Metalloxydkeramik Verwendung finden, wiewohl auch andere Keramiken wie z. B. Siliciumoxydkeramik und dergleichen benutzt werden können, sofern sie nur die für den vorliegenden Einsatzzweck erforderliche mechanische Festigkeit aufweisen und mit einer geschliffenen Oberfläche mit einer Unebenheit kleiner 1 µm versehen werden können.
Da für den vorliegenen Zweck geeignetes keramisches Material wesentlich billiger ist als der bei bekannten Kraftstoff-Förderpumpen verwendete bearbeitete Sinterstahl, läßt sich die erfindungsgemäße Kraftstoff-Förderpumpe allein schon aus diesem Grunde mit geringerem Aufwand herstellen als die bekannten Pumpen.
Die Verwendung einer Zwischenplatte aus Hartkohle oder Kunstkohle bringt den Vorteil mit sich, daß die Heißlaufeigenschaften der Pumpeneinheit weiter verbessert werden, was darauf zurückzuführen ist, daß die Kohle einen kleineren linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten als Sinterstahl aufweist. So hat Kohle üblicherweise einen Wärmeausdeh- nungskoeffizient zwischen 4 bis 6 x 10⁻⁶ 1/°C, während Sinterstahl einen solchen von etwa 12 x 10⁻⁶ 1/°C hat. Bei Erwärmung der Pumpeneinheit dehnt sich also der Sinterstahl stärker aus als die Zwischenplatte aus Kohle, so daß mit zunehmender Erwärmung der Pumpeneinheit die Axialspalte zwischen den sich bewegenden Pumpenteilen und der Grundplatte bzw. dem Deckel immer kleiner werden. Bei Kunstkohlen handelt es sich im wesentlichen um eine Mischung aus Kunststoff oder Kunstharz und Graphit, die zusammengesintert ist, bei Hartkohle im wesentlichen um gepreßten und gebrannten Graphit.
Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel enthält, näher erläutert. Es zeigen:

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 Zwischenplatte 2 und einem Deckel 3, die mittels vier Schrauben 4 und dazugehöriger Muttern 5 zusammengehalten sind.
Die Grundplatte 1 ist mit einer sichelförmigen Einlaßöffnung 6 für das zu fördernde Medium, d. h. für den zu fördernden Kraftstoff, versehen sowie mit einer Führungsbuchse 7, deren Innenbohrung 8 zur Aufnahme der Antriebswelle des nicht dargestellten elektrischen Antriebsmotors dient und deren nach innen ragender Fortsatz 9 zur Lagerng des Außenzahnrades 10 des Gerotors 11 ausgebildet ist.
Der Deckel 3 ist mit einer Durchtrittsöffnung 12 für die Antriebswelle 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 Innenzahnrad 16 und dem zentrisch gelagerten Außenzahnrad 10 besteht. Innenzahnrad 16 und Außenzahnrad 10 unterscheiden sich um einen Zahn. Beide Zahnräder 10 und 16 sind aus Sintermetall, beispielsweise Sint D 30, hergestellt.
Das Außenzahnrad 10 ist auf seiner dem Deckel 3 zugewandten Stirnseite mit axialen Zähnen 17 versehen, die in entsprechende Ausnehmungen eines auf der Antriebswelle des Antriebsmotors sitzenden Gegenstücks angeordnet sind. Die beiden ineinandergreifenden Teile bilden also eine zahnartige Kupplung.
Wie bereits erwähnt, kann die Zwischenplatte 2 ebenfalls aus Sintermetall hergestellt sein. In diesem Falle ist zumindest die Innenfläche der kreisförmigen Ausnehmung dampfbehandelt, so daß sich dort ein hartes Sintermetalloxyd 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 Hartkohle oder Kunstkohle hergestellt ist. In diesen Fällen sollte jedoch aus Festigkeitsgründen die Zwischenplatte 2 radial vergrößert werden; andernfalls besteht die Gefahr eines Ausbrechens der Bohrungen 18, 19 oder 20.

Claims

Kraftstoff-Förderpumpe, mit einer sandwichartig zwischen einer Grundplatte (1) und einem Deckel (3) angeordneten Zwischenplatte (2), die eine axial durchgehende kreisförmige Ausnehmung (14) aufweist, mit einem in der Ausnehmung (14) drehbar gelagerten ringartigen Innenzahnrad (16) und einem innerhalb des Innenzahnrads (16) exzentrisch zu Innenzahnrad (16) und Ausnehmung (14) angeordneten, drehbar antreibbaren Außenzahnrad (10), das eine geringere Zähnezahl als das Innenzahnrad (16) aufweist und mit einem Teil seiner Zähne in Zahnlücken des Innenzahnrads (16) eingreift, mit einer Einlaßöffnung (6) und einer Auslaßöffnung (13), die in der Grundplatte (1) bzw. im Deckel (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß Grundplatte (1) und Deckel (3) aus einem keramischen Material bestehen und an ihren einander zugewandten Stirnseiten derart bearbeitet sind, daß sie eine Oberflächenrauigkeit von kleiner 1 µm besitzen, daß Innenzahnrad (16) und Außenzahnrad (10) aus einem Sintermetall bestehen und etwa gleiche Breite wie die Zwischenplatte (2) aufweisen und daß die Zwischenplatte (2) aus einem Werkstoff mit etwas geringerem Wärmeausdehnungskoeffizienten wie dem Werkstoff von Innenzahnrad (16) und Außenzahnrad (10) besteht.
Kraftstoff-Förderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als keramisches Material Oxydkeramik vorgesehen ist.
Kraftstoff-Förderpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Metalloxydkeramik vorgesehen ist.
Kraftstoff-Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenplatte (2) aus Hartkohle besteht.
Kraftstoff-Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenplatte (2) aus Kunstkohle besteht.