EP2396534A1 - Kraftstoffpumpe und verfahren zur fertigung einer kraftstoffpumpe - Google Patents

Kraftstoffpumpe und verfahren zur fertigung einer kraftstoffpumpe

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EP2396534A1
EP2396534A1 EP10702706A EP10702706A EP2396534A1 EP 2396534 A1 EP2396534 A1 EP 2396534A1 EP 10702706 A EP10702706 A EP 10702706A EP 10702706 A EP10702706 A EP 10702706A EP 2396534 A1 EP2396534 A1 EP 2396534A1
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ceramic
impeller
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F05D2300/21—Oxide ceramics
    • F05D2300/2108—Phosphor

Definitions

  • the invention relates to a fuel pump for a motor vehicle with a driven impeller and with the impeller axially opposite housing parts and with a spacer for spacing the housing parts, wherein the housing parts are made of light metal. Furthermore, the invention relates to a method for manufacturing a fuel pump for a motor vehicle, in which a driven impeller between two axially opposed housing parts is arranged with a spacer for spacing the housing parts and the housing parts are made of light metal.
  • Such fuel pumps are known in practice.
  • one of the housing parts has an inlet channel and the other housing part has an outlet channel. The fuel pump is thereby flowed through axially.
  • the spacer is ring-shaped and surrounds the impeller.
  • the housing parts can be biased against the spacer.
  • the height of the spacer and the height of the impeller are in new condition of the fuel pump significantly the gap between the end faces of the impeller and the housing parts.
  • the invention is based on the problem, a fuel pump of the type mentioned so on to form that it has a high efficiency even after long operation. Furthermore, a method for manufacturing the fuel pump is to be created, which ensures a high efficiency of the fuel pump.
  • the first problem is inventively achieved in that the housing parts has on its side facing the impeller a layer of ceramic.
  • the surface of the housing parts to the authoritative for the permanently high efficiency of the fuel pump bodies a particularly high wear protection.
  • ceramics are largely insensitive to corrosive fuels, such as alcohol-containing fuels, the surfaces of the housing parts made of aluminum are reliably protected against chemical wear.
  • ceramic has a particularly high resistance to abrasive wear, especially in comparison to the light metal of the housing parts.
  • the housing parts are reliably protected against wear even when using the fuel pump according to the invention in a dusty environment.
  • the fuel pump according to the invention thus has a high efficiency even after long operation.
  • the light metal of the housing parts is an aluminum alloy.
  • the production of the layer of ceramic can be made particularly cost-effective according to an advantageous embodiment of the invention, if the layer contains oxide ceramic.
  • the so-called plasma-electrolytic oxidation is suitable.
  • the layer contains a compound of phosphorus.
  • the inclusion of the compound of phosphorus in the oxide ceramic-containing layer represents the special the high strength of the surface of the housing parts against abrasive wear and chemical wear safely.
  • the layer of ceramic has a reliable connection to the material of the housing parts when the layer of ceramic is produced by chemical transformation of the light metal of the housing parts.
  • This reliable connection of the ceramic layer with the material of the housing parts reliably avoids chipping of the layer and thus the risk that chipped ceramics can get into the gap between the housing part and the impeller.
  • the fuel pump according to the invention also has a particularly high level of security against a spontaneous failure.
  • the so-called plasma electrolytic oxidation is used, in which the light metal of the housing parts is even converted into the light metal oxide.
  • a high stability of the layer and high safety against spalling can be ensured according to another advantageous development of the invention if the layer of ceramic is 2-15 ⁇ m thick.
  • the fuel pump according to the invention has a particularly long service life, when the surface of the impeller is made of fiber-reinforced plastic.
  • the material pairing of ceramic and fiber-reinforced plastic within the fuel pump is opposite.
  • This material pairing has a particularly durable protection against abrasive wear of the components.
  • Impeller made entirely of fiber-reinforced plastic and thus particularly inexpensive to produce.
  • the housing parts are according to another advantageous development of the invention reliably protected against corrosion when the layer of ceramic extends over the entire surface of the housing parts.
  • the second-mentioned problem namely the creation of a method for manufacturing the fuel pump, which ensures a high efficiency of the fuel pump is inventively achieved in that prior to assembly, at least on the impeller opposite sides of the housing parts, a layer of ceramic is produced.
  • This design produces the layer of ceramic on the relatively soft housing parts made of light metal, which provides a particularly high level of protection against abrasive or chemical wear.
  • the fuel pump manufactured by the method according to the invention has a permanently high efficiency.
  • the generation of the layer is particularly simple according to an advantageous development of the invention, when the layer of ceramic is produced by plasma-electrolytic oxidation.
  • the component to be coated is applied in a chemical bath at 100 0 C with a pulsating alternating voltage.
  • a plasma forms around the component, which converts the material of the component into oxide ceramics.
  • This layer is harder than a comparable layer produced by the hard anodization process.
  • FIG. 1 is a sectional view through a fuel pump according to the invention
  • Fig. 2 is a plan view of one of the housing parts.
  • FIG. 1 shows a fuel pump with a pump stage 2 driven by an electric motor 1.
  • the pump stage 2 has a housing 3 with two held by a spacer 4 at a distance housing parts 5, 6.
  • the spacer 4 is shown here as a separate component. Of course, the spacer 4 can also be made in one piece with one of the Genzousetei- Ie 5, 6.
  • an impeller 7 is rotatably arranged.
  • the impeller 7 is mounted on a shaft 8 of the electric motor 1.
  • the housing part 6 facing away from the electric motor 1 has an inlet channel 9 for sucking in fuel.
  • the housing part 5 facing the electric motor 1 has an outlet channel 10 which leads to the electric motor 1.
  • the inlet channel 9 and the outlet channel 10 are shown rotated in the drawing plane.
  • the pump stage 2 is designed as a side channel pump and has one of the inlet channel 9 having housing part 6 through the impeller 7 to the outlet channel 10 having housing part 5 guided delivery chamber 11.
  • the fuel pump also has at the pump stage 2 opposite end of the electric motor 1 a Connecting piece 12 for the connection of a flow line, not shown.
  • the electric motor 1 drives the impeller 7, as a result of which fuel is sucked in through the inlet channel 9 and conveyed through the delivery chamber 11 to the outlet channel 10. Subsequently, the fuel flows through the electric motor 1 to the connecting piece 12.
  • the housing parts 5, 6 are made of aluminum, for example by injection molding, while the impeller 7 is made of fiber-finished plastic. On their sides facing the impeller 7, the housing parts 5, 6 each have a 2 to 15 ⁇ m thick layer 13, 14 made of ceramic. These layers 13, 14 may extend over the entire housing parts 5, 6 in a non-illustrated embodiment.
  • FIG. 2 shows, in a plan view of the housing part 5 of FIG. 1, the outlet channel 10, that the layer 13 of ceramic extends over the entire surface facing the impeller 7 from FIG.
  • the housing part 5 is a arranged to the outlet channel 10 guided partial annular channel of the delivery chamber 11.

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Abstract

Bei einer Kraftstoffpumpe mit einem zwischen zwei Gehäuseteilen (5, 6) angeordneten Laufrad (7) weisen dem Laufrad (7) zugewandte Oberflächen der Gehäuseteile (5, 6) eine Schicht (13, 14) aus Keramik auf. Diese Keramik enthält Oxidkeramik und ist durch Umwandlung von Leichtmetall der Gehäuseteile (5, 6) erzeugt. Hierdurch weist die Kraftstoffpumpe einen besonders hohen Schutz gegen abrasiven und chemischen Verschleiß auf.

Description

Beschreibung
Kraftstoffpumpe und Verfahren zur Fertigung einer Kraftstoffpumpe
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug mit einem angetriebenen Laufrad und mit dem Laufrad axial gegenüberstehenden Gehäuseteilen und mit einem Abstandhalter zur Beabstandung der Gehäuseteile, wobei die Gehäuse- teile aus Leichtmetall gefertigt sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fertigung einer Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug, bei der ein angetriebenes Laufrad zwischen zwei axial gegenüberstehenden Gehäuseteilen mit einem Abstandhalter zur Beabstandung der Gehäuseteile angeordnet wird und die Gehäuseteile aus Leichtmetall gefertigt werden.
Solche Kraftstoffpumpen sind aus der Praxis bekannt. Bei der bekannten Kraftstoffpumpe weist eines der Gehäuseteile einen Einlasskanal und das andere Gehäuseteil einen Auslasskanal auf. Die Kraftstoffpumpe wird hierdurch axial durchströmt.
Der Abstandhalter ist ringförmig gestaltet und umschließt das Laufrad. Damit können die Gehäuseteile gegen den Abstandhalter vorgespannt werden. Die Höhe des Abstandhalters und die Höhe des Laufrades sind im Neuzustand der Kraftstoffpumpe maßgeblich die Spalte zwischen den Stirnseiten des Laufrades und den Gehäuseteilen. Durch Verschleiß der Gehäuseteile durch den Betrieb der Kraftstoffpumpe können sich die Spalte gegenüber dem Laufrad jedoch vergrößern. Damit steigt die Leckage innerhalb der Kraftstoffpumpe, was zur Folge hat, dass die Leistung und der Wirkungsgrad der Kraftstoffpumpe stark abfallen. Der Verschleiß der Gehäuseteile kann beispielsweise durch den Einsatz der Kraftstoffpumpe in staubhaltiger Umgebung oder durch korrosive Kraftstoffe stark ansteigen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Kraftstoffpumpe der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass sie einen hohen Wirkungsgrad auch nach langem Betrieb aufweist. Weiterhin soll ein Verfahren zur Fertigung der Kraftstoffpumpe geschaffen werden, welches einen hohen Wirkungsgrad der Kraftstoffpumpe sicherstellt.
Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Gehäuseteile an ihrer dem Laufrad gegenüberstehenden Seite eine Schicht aus Keramik aufweist.
Durch diese Gestaltung weist die Oberfläche der Gehäuseteile an den für den dauerhaft hohen Wirkungsgrad der Kraftstoffpumpe maßgeblichen Stellen einen besonders hohen Verschleißschutz auf. Da Keramik weitgehend unempfindlich gegen korrosive Kraftstoffe, wie beispielsweise alkoholhaltige Kraftstoffe ist, sind die Oberflächen der aus Aluminium gefertig- ten Gehäuseteile zuverlässig vor chemischem Verschleiß geschützt. Weiterhin weist Keramik gerade im Vergleich zu dem Leichtmetall der Gehäuseteile eine besonders hohe Festigkeit gegen abrasiven Verschleiß auf. Damit sind die Gehäuseteile auch bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe in staubhaltiger Umgebung zuverlässig gegen Verschleiß geschützt. Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe weist hierdurch auch nach langem Betrieb einen hohen Wirkungsgrad auf. Vorzugsweise ist das Leichtmetall der Gehäuseteile eine Aluminiumlegierung.
Die Fertigung der Schicht aus Keramik lässt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig fertigen, wenn die Schicht Oxidkeramik enthält. Zur Fertigung dieser Schicht eignet sich insbesondere die so ge- nannten plasmaelektrolytische Oxidation.
Zur weiteren Erhöhung der Festigkeit der Oberfläche der Gehäuseteile trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn die Schicht eine Verbindung aus Phosphor enthält. Die Einbindung der Verbindung aus Phosphor in die Oxidkeramik enthaltende Schicht stellt die beson- ders hohe Festigkeit der Oberfläche der Gehäuseteile gegen abrasiven Verschleiß und chemischen Verschleiß sicher.
Die Schicht aus Keramik weist gemäß einer anderen vorteilhaf- ten Weiterbildung der Erfindung eine zuverlässige Verbindung mit dem Material der Gehäuseteile auf, wenn die Schicht aus Keramik durch chemische Umwandlung des Leichtmetalls der Gehäuseteile erzeugt ist. Diese zuverlässige Verbindung der Schicht aus Keramik mit dem Material der Gehäuseteile vermei- det zuverlässig ein Abplatzen der Schicht und damit die Gefahr, dass abgeplatzte Keramik in den Spalt zwischen Gehäuseteil und Laufrad gelangen kann. Damit hat die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe zudem eine besonders hohe Sicherheit gegen einen spontanen Ausfall. Für die Erzeugung der Schicht kommt vorzugsweise die so genannte plasmaelektrolytische Oxidation zum Einsatz, bei der das Leichtmetall der Gehäuseteile selbst in das Leichtmetalloxid umgewandelt wird.
Eine hohe Stabilität der Schicht und eine hohe Sicherheit ge- gen ein Abplatzen lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sicherstellen, wenn die Schicht aus Keramik 2-15 μm stark ist.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe weist eine besonders lange Lebensdauer auf, wenn die Oberfläche des Laufrades aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt ist. Hierdurch steht sich die Materialpaarung von Keramik und faserverstärktem Kunststoff innerhalb der Kraftstoffpumpe gegenüber. Diese Materialpaarung weist einen besonders dauerhaften Schutz gegen abrasiven Verschleiß der Bauteile auf. Vorzugsweise ist das
Laufrad vollständig aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt und dadurch besonders kostengünstig herstellbar.
Die Gehäuseteile sind gemäß einer anderen vorteilhaften Wei- terbildung der Erfindung zuverlässig vor Korrosion geschützt, wenn sich die Schicht aus Keramik über die gesamte Oberfläche der Gehäuseteile erstreckt. Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines Verfahrens zur Fertigung der Kraftstoffpumpe, welches einen hohen Wirkungsgrad der Kraftstoffpumpe sicherstellt, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor der Montage zumindest an den dem Laufrad gegenüberstehenden Seiten der Gehäuseteile eine Schicht aus Keramik erzeugt wird.
Durch diese Gestaltung wird auf den relativ weichen, aus Leichtmetall gefertigten Gehäuseteilen die Schicht aus Kera- mik erzeugt, welche einen besonders hohen Schutz gegen einen abrasiven oder chemischen Verschleiß bietet. Damit weist die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigte Kraftstoffpumpe einen dauerhaft hohen Wirkungsgrad auf.
Die Erzeugung der Schicht gestaltet sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach, wenn die Schicht aus Keramik durch plasmaelektrolytische Oxidation erzeugt wird. Bei der plasmaelektrolytischen Oxidation wird das zu beschichtende Bauteil in einem chemischen Bad unter 100 0C mit einer pulsierenden Wechselspannung beaufschlagt. Hierbei bildet sich um das Bauteil ein Plasma aus, welches das Material des Bauteils in Oxidkeramik umwandelt. Diese Schicht ist härter als eine vergleichbare, im Hartanodise- rungsverfahren erzeugte Schicht.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eines der Gehäuseteile.
Figur 1 zeigt eine Kraftstoffpumpe mit einer von einem Elektromotor 1 angetriebenen Pumpenstufe 2. Die Pumpenstufe 2 hat ein Gehäuse 3 mit zwei von einem Abstandhalter 4 auf Abstand gehaltenen Gehäuseteilen 5, 6. Der Abstandhalter 4 ist hier als separates Bauteil dargestellt. Selbstverständlich kann der Abstandhalter 4 auch einstückig mit einem der Gehäusetei- Ie 5, 6 gefertigt sein. Zwischen den Gehäuseteilen 5, 6 ist ein Laufrad 7 drehbar angeordnet. Das Laufrad 7 ist auf einer Welle 8 des Elektromotors 1 befestigt. Das dem Elektromotor 1 abgewandte Gehäuseteil 6 weist einen Einlasskanal 9 zum Ansaugen von Kraftstoff auf. Das dem Elektromotor 1 zugewandte Gehäuseteil 5 hat einen zu dem Elektromotor 1 geführten Auslasskanal 10. Zur Verdeutlichung sind der Einlasskanal 9 und der Auslasskanal 10 in die Zeichenebene gedreht dargestellt. Die Pumpenstufe 2 ist als Seitenkanalpumpe ausgebildet und hat eine von dem den Einlasskanal 9 aufweisenden Gehäuseteil 6 durch das Laufrad 7 bis zu dem den Auslasskanal 10 aufweisenden Gehäuseteil 5 geführte Förderkammer 11. Die Kraftstoffpumpe hat zudem an dem der Pumpenstufe 2 abgewandten Ende des Elektromotors 1 einen Anschlussstutzen 12 zum An- schluss einer nicht dargestellten Vorlaufleitung. Im Betrieb der Kraftstoffpumpe treibt der Elektromotor 1 das Laufrad 7 an, wodurch Kraftstoff über den Einlasskanal 9 angesaugt und durch die Förderkammer 11 zu dem Auslasskanal 10 gefördert wird. Anschließend strömt der Kraftstoff durch den Elektromotor 1 zu dem Anschlussstutzen 12. Die Gehäuseteile 5, 6 sind aus Aluminium, beispielsweise im Spritzgussverfahren gefertigt, während das Laufrad 7 aus faserfertigem Kunststoff besteht. An ihren dem Laufrad 7 zugewandten Seiten weisen die Gehäuseteile 5, 6 jeweils eine 2 bis 15 μm dicke Schicht 13, 14 aus Keramik auf. Diese Schichten 13, 14 können sich in ei- ner nicht dargestellten Ausführungsform über die gesamten Gehäuseteile 5, 6 erstrecken.
Figur 2 zeigt in einer Draufsicht auf das den Auslasskanal 10 aufweisende Gehäuseteil 5 aus Figur 1, dass die Schicht 13 aus Keramik sich über die gesamte, dem Laufrad 7 aus Figur 1 zugewandte Oberfläche erstreckt. In dem Gehäuseteil 5 ist ein zu dem Auslasskanal 10 geführter teilringförmiger Kanal der Förderkammer 11 angeordnet.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug mit einem angetrie- benen Laufrad (7) und mit dem Laufrad (7) axial gegenüberstehenden Gehäuseteilen (5, 6) und mit einem Abstandhalter (4) zur Beabstandung der Gehäuseteile (5, 6) , wobei die Gehäuseteile (5, 6) aus Leichtmetall gefertigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (5, 6) an ihrer dem Laufrad gegenüberstehenden Seite eine Schicht (13, 14) aus Keramik aufweist.
2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (13, 14) Oxidkeramik enthält.
3. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (13, 14) eine Verbindung aus Phosphor enthält.
4. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schicht (13, 14) aus Keramik durch chemische Umwandlung des Leichtmetalls der Gehäuseteile (5, 6) erzeugt ist.
5. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (13, 14) aus Keramik 2-15 μm stark ist.
6. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Oberfläche des
Laufrades (7) aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt ist.
7. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass sich die Schicht (13, 14) aus Keramik über die gesamte Oberfläche der Gehäuseteile (5, 6) erstreckt.
8. Verfahren zur Fertigung einer Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug, bei der ein angetriebenes Laufrad zwischen zwei axial gegenüberstehenden Gehäuseteilen mit einem Abstandhalter zur Beabstandung der Gehäuseteile angeordnet wird und die Gehäuseteile aus Leichtmetall gefertigt werden, da¬ durch ge kenn z e i chne t , dass die Gehäuseteile vor ih¬ rer Montage zumindest an ihren dem Laufrad gegenüberstehenden Seiten mit Keramik beschichtet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge kenn z e i chnet , dass die Schicht aus Keramik durch plasmaelektrolyti- sche Oxidation erzeugt wird.
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