EP1466099B1 - Kraftstoffpumpe - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a pump, in particular a fuel pump, with a pump housing, in which a pump chamber is formed, leads to an inlet and leads away from an outlet, with an arranged in the pump chamber impeller mounted on a rotatably driven drive shaft is, which is rotatably mounted in bearings in the pump housing.
- the object of the invention is therefore to provide a pump of the type mentioned, which is simple in construction and low-wear and ensures a high pressure build-up permanently.
- This object is achieved in that abutting surfaces of the impeller surfaces of the pump chamber and / or surfaces of the pump chamber surfaces of the impeller applied by physical deposition from the gas phase coating small thickness and high hardness and / or that the drive shaft in bearing bores the pump housing are rotatably mounted, wherein the bearing bores and / or the drive shaft have a deposited by physical deposition of the gas phase coating of small thickness and high hardness.
- the thin coating can be applied with an exactly uniform thickness and thus allows compliance with low tolerances, so that a good pressure build-up of the pump is ensured.
- the coating builds up with a uniform layer growth of dense structure and smooth surface, which further leads to good corrosion protection and allows the use of the pump for a wide variety of fuel types and other fluids.
- the high hardness ensures the coating against wear and ensures a long service life of the pump.
- This hardness may preferably be in a range of 2500 HV to 3500 HV (Vickers hardness) but also above or below.
- the coating can be applied to a wide variety of materials, the optimum materials and material pairings can be used for the pump housing and impeller.
- the application of the layer takes place in a manner that does not pollute the environment.
- the entire surface of the pump chamber may be provided with a deposited by physical vapor deposition coating, preferably also the surfaces of the fuel-carrying parts of the pump with a by physical deposition from the Gas phase applied coating are provided.
- the pump can also pump aggressive media without causing any damage.
- the coating has a thickness of about 2 microns to about 5 microns.
- a layer thickness of 2 microns for wear protection is completely sufficient while 5 microns are preferable for corrosion protection.
- the coating is preferably a chromium-nitride layer.
- Pump housing and / or impeller may be made of metal or a metal alloy, in particular aluminum or an aluminum alloy, which are wear resistant and corrosion resistant by the coating, but the ease of manufacture and low weight are maintained.
- pump housing and / or impeller made of a plastic, in particular a phenolic resin.
- Even lightweight parts which can be produced as easily as injection-molded parts become wear-resistant by the coating and are resistant to aggressive fluids.
- the pump housing consists of coated aluminum and the impeller made of phenolic resin.
- the impeller made of phenolic resin may be coated or even uncoated.
- the illustrated pump is a two-stage fuel pump.
- a drive shaft 2 can be driven in a rotatable manner by an electric motor arranged in the closed motor housing 1.
- a first impeller 3 of a Peripheralradpumpe 14 is arranged rotationally fixed.
- the radially circumferential region of the first impeller 3 is formed with a first blade ring, which is largely enclosed by an annular channel.
- a first pump chamber 5 is formed as a cup-shaped recess 31 in the one end side of a lid 6, which is a part of the pump housing 7.
- a ball 9 is centrally arranged in a receptacle on the side of the first impeller 3 in the cover 6, on which the drive shaft 2 is supported on the front side and which forms a thrust bearing of the drive shaft 2.
- the first pump chamber 5 By a voltage applied to the mouth opening of the cup-shaped recess 31 of the lid 6 intermediate wall 10, through which the drive shaft is passed, the first pump chamber 5 is closed.
- the drive shaft 2 is guided through a bearing bore 11 in the part of the pump housing 7 forming intermediate wall 10 and mounted directly rotatably in this bearing bore 11.
- the first pump chamber 5 is connected to a radially encircling annular channel 12 on the side facing the Peripheralradpumpe 14 side in the intermediate wall 10, from which a connection 13 leads to the Peripheralradpumpe 14 opposite side of the intermediate wall 10 and in there a ring trained first side channel 15, a side channel pump 16 opens.
- the intermediate wall 10 is also formed on the side of the first side channel 15 with a cup-shaped recess 17 which forms a second pump chamber and in which a second impeller 18 of the side channel pump 16 is arranged, which also rotatably seated on the drive shaft 2.
- the second impeller 18 has in its one side surface covering with the first side channel 16 a second blade ring 19, which is connected via axial openings 20 with a third blade ring 21 on the other side surface of the impeller 18.
- the third blade ring 21 is covered by an annular second side channel 22, which is formed in a partition wall 23 which closes the pot-shaped opening 14, forms part of the pump housing 7 and is passed through a drive shaft 2.
- the partition wall 23 separates the side channel pump 16 from the motor housing 1, wherein the outlet 24 formed in the partition wall 23 opens into the motor housing 1.
- the delivered fuel flows through the motor housing 1 and is fed via a check valve 25 to a pressure port 26 of the fuel pump, which are arranged in a closure wall 29. Also in the closure wall 29 is a plug contact 30 of the power supply of the electric motor.
- a bearing wall 27 is arranged coaxially with the first bearing bore 11 has a second bearing bore 28 in which the left end of the drive shaft 2 is mounted directly rotatably.
- the two impellers 3 and 18 are made of phenolic resin.
- the parts of the pump housing 7 are formed of aluminum.
- the cover 6 has in all the intermediate wall 10 facing areas and in the inlet 8 a coating of chromium nitride.
- the intermediate wall 10, the partition wall 23 and the bearing wall 27 are completely provided with a coating of chromium nitride.
- the surfaces of the closure wall 29 and the pressure connection 26 flushed around by the fuel are also coated with chromium nitride.
- the cylindrical inner walls of the first and second bearing bores 11 and 28 are coated.
- the steel drive shaft 2 has a chromium nitride coating in its portions located in the bearing bores 11 and 28.
- chromium-nitride coatings are deposited by physical vapor deposition and have a thickness of 5 ⁇ m and a Vickers hardness of about 2500 HV.
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Description
- 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 Blokkade 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.
- Aus der US 2001/0004435 A1 ist eine Pumpe der eingangs genannten Art bekannt.
- Weiterhin ist es aus der DE 44 20 262 A1 bekannt mechanische Teile mit verschiebbaren Elementen von Kraftstoff-Einspritzpumpen durch chemische Abscheidung aus der Gasphase mit einem amorphen harten Kohlenstoff-Film zu beschichten, um eine Reduzierung des Verschleißverlustes und Erzielung guter Reibeigenschaften zu erreichen.
- 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 und/oder 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.
- 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 Materiälen 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.
- Durch die sehr harte und glatte Oberfläche der Beschichtung von Lagerbohrung und/oder Antriebswelle sowie den engen Toleranzen diese Teile werden 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.
Claims (9)
- Pumpe, insbesondere Kraftstoffpumpe, mit einem Pumpengehäuse, in dem eine Pumpenkammer ausgebildet ist, zu der ein 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, dadurch gekennzeichnet, dass an Oberflächen des Pumpenrads (3, 18) anliegende Oberflächen der Pumpenkammer (5) und/oder an Oberflächen der Pumpenkammer (5) anliegende Oberflächen des Pumpenrads (3, 18) eine durch physikalische Abscheidung aus der Gasphase aufgebrachte Beschichtung geringer Dicke und großer Härte besitzen und/oder dass die Antriebswelle (2) in Lagerbohrungen (11, 28) des Pumpengehäuses (7) drehbar gelagert sind, wobei die Lagerbohrungen (11,28) und/oder die Antriebswelle (2) eine durch physikalische Abscheidung aus der Gasphase aufgebrachte Beschichtung geringer Dicke und großer Härte besitzen.
- Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Strömungspumpe ist.
- Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungspumpe eine Peripheralrad- oder Seitenkanalpumpe (14, 16) ist.
- Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Pumpenkammer (5) mit einer durch physikalische Abscheidung aus der Gasphase aufgebrachten Beschichtung versehen ist.
- Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Kraftstoff führenden Teile der Pumpe mit einer durch physikalische Abscheidung aus der Gasphase aufgebrachten Beschichtung versehen sind.
- Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von etwa 2 µm bis etwa 5 µm aufweist.
- Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Chrom-Nitrid-Schicht ist.
- Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Pumpengehäuse (7) und/oder Pumpenrad aus Metall oder einer Metalllegierung bestehen.
- Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Pumpengehäuse und/oder Pumpenrad (3,18) aus einem Kunststoff besteht.
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