DE102009029293A1

DE102009029293A1 - Zahnradförderpumpe mit einer Antriebswelle, einem Antriebszahnrad und einem anzutreibenden Zahnrad

Info

Publication number: DE102009029293A1
Application number: DE200910029293
Authority: DE
Inventors: Josef Frank
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-10
Also published as: EP2475890A2; WO2011029657A2; WO2011029657A3; IN2012DN01959A; CN102713297B; CN102713297A; WO2011029657A9

Abstract

Eine Zahnradförderpumpe umfasst eine Antriebswelle (28), ein Antriebszahnrad (34), ein anzutreibendes Zahnrad (36), ein Kupplungselement (32) zwischen Antriebswelle (28) und Antriebszahnrad (34), welches das Antriebszahnrad (34) mit der Antriebswelle (28) koppelt, und einen Gehäuseabschnitt (31) mit einer zu den Zahnrädern (34, 36) parallelen Gehäusefläche (40a), welche ein Axiallager mindestens für das Kupplungselement (32) bildet. Es wird vorgeschlagen, dass die Gehäusefläche (40a) an einem Einlegeteil (42) gebildet ist, welches in den Gehäuseabschnitt (31) eingegossen oder eingepresst ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Zahnradförderpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vom Markt her bekannt sind Zahnradförderpumpen, die beispielsweise als Vorförderpumpen in einer Kraftstoff-Fördereinrichtung einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden. In der DE 100 14 548 A1 wird eine Zahnradförderpumpe beschrieben, bei welcher zur Verschleißminderung eine Schmierung beweglicher Teile der Pumpe mit Hilfe der zu fördernden Flüssigkeit, insbesondere durch Dieselkraftstoff, erreicht wird. Dazu werden Verbindungen zwischen den verschiedenen Bereichen dieser Zahnradförderpumpe hergestellt, so dass das Fördermedium in der Lage ist, bewegliche Teile der Pumpe zu schmieren.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dauerfestigkeit einer Zahnradförderpumpe zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Zahnradförderpumpe nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Die Erfindung betrifft eine Zahnradförderpumpe, wie sie beispielsweise als Vorförderpumpe in einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Die erfindungsgemäße Zahnradförderpumpe kann aber auch dazu bestimmt sein, Benzin, Sonderkraftstoffe oder Alkohole oder andere geeignete Flüssigkeiten zu fördern. Es wird von der Überlegung ausgegangen, dass Abnutzungserscheinungen in Zahnradförderpumpen bevorzugt an Stellen auftreten, wo Elemente durch Gleitreibung aufeinander wirken, und insbesondere, wenn die Gleitgeschwindigkeit und/oder die die Gleitreibung, bestimmenden Kräfte überdurchschnittlich groß werden. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass bei einer Zahnradförderpumpe davon die axialen Lagerstellen von Zahnrädern und die axiale Lagerstelle eines Kupplungselementes zur Kraftübertragung von einer Antriebswelle auf ein Antriebszahnrad besonders betroffen sind.
Häufig werden Gehäuseteile von Hochdruckpumpen aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, beispielsweise durch Kokillenguss. Erfindungsgemäß weist eine zu den Zahnrädern der Zahnradförderpumpe parallele Gehäusefläche ein Einlegeteil auf, welches in einen Gehäuseabschnitt eingegossen oder eingepresst ist. Günstig kann es sein, das Einlegeteil bei der Herstellung des Gehäuseabschnitts mit einzugießen und dadurch fest zu verankern. Alternativ kann der Gehäuseabschnitt eine passende Aussparung in Form einer Vertiefung besitzen, in welche das Einlegeteil eingepresst und somit dauerhaft mit dem Gehäuseabschnitt verbunden wird. Hierdurch bildet das Einlegeteil ein verschleißarmes Axiallager mindestens für das Kupplungselement, beispielsweise in Form einer ringförmigen Scheibe, deren äußerer Radius gleich oder größer dem Radius des Kupplungselements ist, wobei für den restlichen Gehäuseabschnitt ein anderes, preiswerteres und für dessen Belange optimales Material verwendet werden kann. Auf diese Weise wird die Dauerfestigkeit einer Zahnradförderpumpe verbessert, ohne dass große Mehrkosten bei der Fertigung entstehen.
Die erfindungsgemäße Lösung wirkt besonders gut, wenn das Einlegeteil einen Radiusbereich des Antriebszahnrads und/oder des anzutreibenden Zahnrads mit abdeckt. Dabei wird in einer ersten Erweiterung das für die axiale Lagerung des Kupplungselementes verwendete Einlegeteil größer dimensioniert, so dass der Radiusbereich des Antriebszahnrads mit eingeschlossen ist. Damit kann auch für das Antriebszahnrad eine entsprechend verbesserte axiale Lagerung erreicht werden. In einer zweiten Erweiterung kann ebenso der Gehäuseabschnitt im Bereich des anzutreibenden Zahnrads mit einem Einlegeteil ergänzt werden. Auf diese Weise wird die axiale Lagerung auch für das anzutreibende Zahnrad verbessert.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Einlegeteil aus Messing oder einer Stahllegierung hergestellt ist. Diese Werkstoffe sind besonders gut geeignet zur Bildung von Materialpaaren für dauerfeste Gleitlager.
Besonders sinnvoll ist die erfindungsgemäße Zahnradförderpumpe anzuwenden, wenn der Gehäuseabschnitt zum Gehäuse einer Hochdruckpumpe gehört, und die Antriebswelle ein Endabschnitt einer Antriebswelle der Hochdruckpumpe ist. Unter anderem werden Hochdruckpumpen in Kraftfahrzeugen eingesetzt zur Kraftstoff-Förderung. Beispielsweise wird diese Aufgabe auf zwei verschiedene Pumpen aufgeteilt, indem eine erste Kraftstoff-Förderpumpe als eine – Vorförderpumpe ausgelegt ist, welche den Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter ansaugt und auf einen vergleichsweise niedrigen Vorförderdruck verdichtet. Eine zweite Kraftstoff-Förderpumpe ist als Hochdrück-Kolbenpumpe ausgeführt und verdichtet den von der Vorförderpumpe zugeführten Kraftstoff weiter. Als Vorförderpumpe kann beispielsweise eine erfindungsgemäße Zahnradförderpumpe eingesetzt werden. Durch die direkte Kopplung der Zahnradförderpumpe mit einer Hochdruckpumpe wird eine besonders kompakte Einheit geschaffen, die durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen darüber hinaus eine lange Lebensdauer aufweist.
Eine sehr konkrete und eine besonders lange Lebensdauer und gleichzeitig geringe Fertigungskosten aufweisende Ausgestaltung der Zahnradförderpumpe sieht vor, dass das Antriebszahnrad und das anzutreibende Zahnrad aus einem Sinterstahl, das Kupplungselement aus einem Chrommanganstahl, und die Antriebswelle aus einem Chromstahl, und der Gehäuseabschnitt aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt sind. Beispielsweise besteht dabei das Kupplungselement aus einem Chrommanganstahl 16MnCrS5 und die Antriebswelle aus einem Chromstahl 100Cr6.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die an dem Einlegeteil ausgebildete Gehäusefläche gemeinsam mit der es radial umgebenden Gehäusefläche planbearbeitet ist. Somit können die Gehäusefläche und das Einlegeteil in einem Arbeitsgang planbearbeitet werden, wodurch die Ebenheit der Gehäusefläche insgesamt erhöht wird und somit eine relative Unebenheit des Einlegeteils in Bezug auf die radial umgebende Gehäusefläche vermieden wird.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Darstellung einer Kraftstoff-Fördereinrichtung für eine Brennkraftmaschine;
2 eine erste Ausführungsform einer Zahnradförderpumpe; und
3 eine zweite Ausführungsform einer Zahnradförderpumpe.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt eine Darstellung einer Kraftstoff-Fördereinrichtung für eine Brennkraftmaschine 10, die in ein nicht gezeigtes Kraftfahrzeug eingebaut ist. Schematisch dargestellt ist ein Brennkraftmaschinengehäuse 12, an welchem eine Zahnradförderpumpe 14 als eine Vorförderpumpe zusammen mit einem Hochdruck-Fördermodul 16 angeordnet ist, die zusammen die Kraftstoff-Fördereinrichtung bilden. An die Zahnradförderpumpe 14 sind eingangs eine Saugleitung 18 und ausgangs eine Verbindungsleitung 20 angeschlossen. Die Saugleitung 18 wird aus einem Kraftstoffbehälter 22 gespeist. Das Hochdruck-Fördermodul 16 ist eingangs an die Verbindungsleitung 20 und ausgangs an eine Hochdruckleitung 24 angeschlossen, welche zu einem nicht näher erläuterten Common Rail Funktionsblock 26 führt.
Die Gehäuse der Zahnradförderpumpe 14 und des Hochdruck-Fördermoduls 16 sind in einem rechten Winkel zueinander an einer Außenseite des Brennkraftmaschinengehäuses 12 angeordnet. Eine erst in der Schnittansicht von 2 gezeichnete Antriebswelle 28 treibt die Zahnradförderpumpe 14 axial an, wogegen das Hochdruck-Fördermodul 16 über einen nicht sichtbaren Nocken- oder Exzenterantrieb radial betrieben wird. Die Saugleitung 18 und die Verbindungsleitung 20 sind zur besseren Veranschaulichung an einer Außenseite der Zahnradförderpumpe 14 gezeichnet. Da wesentliche Teile des Hochdruckfördermoduls 16 im Brennkraftmaschinengehäuse 12 aufgenommen sind, bildet dieses mindestens zum Teil auch ein Hochdruckpumpengehäuse 30, und bildet darüber hinaus, wie weiter unten erläutert werden wird, einen aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Gehäuseabschnitt 31 der Zahnradförderpumpe 14.
2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Zahnradförderpumpe 14. Dargestellt ist die bereits oben erwähnte Antriebswelle 28, die mit einem Endbereich 29 aus einem einen Gehäuseabschnitt 31 der Zahnradförderpumpe 14 bildenden Bereich des Hochdruckpumpengehäuse 30 herausragt. Mit dem Endbereich 29 der Antriebswelle 28 ist ein ringförmiges Kupplungselement 32 formschlüssig, beispielsweise über einen Zweiflach, oder kraftschlüssig so verbunden, dass ein Drehmoment von der Antriebswelle 28 auf das Kupplungselement 32 übertragen werden kann. Das aus einem Chrommanganstahl hergestellte Kupplungselement 32 greift axial in eine Ausnehmung eines aus Sinterstahl hergestellten Antriebszahnrads 34 ein und ist mit diesem ebenfalls formschlüssig oder kraftschlüssig so verbunden, dass ein Drehmoment vom Kupplungselement 32 auf das Antriebszahnrad 34 übertragen werden kann.
Neben dem Antriebszahnrad 34 ist ein anzutreibendes Zahnrad 36 angeordnet. Beide Zahnräder 34 und 36 sind auf je einem Lagerzapfen 37 geführt und kämmen miteinander. Ein Gehäusedeckel 38 vervollständigt zusammen mit dem Gehäuseabschnitt 31 ein Zahnradförderpumpengehäuse. Sonstige Elemente der Zahnradförderpumpe 14, wie etwa eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung, Förderkanäle, Dichtelemente oder mögliche Vorrichtungen zur Schmierung der beweglichen Teile, sind nicht dargestellt.
In eine Vertiefung auf der dem Antriebszahnrad 34 zugewandten Gehäusefläche 40 des Gehäuseabschnitts 31 des Hochdruckpumpengehäuses 30 ist ein Einlegeteil 42 eingepresst, dessen dem Antriebszahnrad 34 zugewandte Außenfläche mit der Gehäusefläche 40 des Hochdruckpumpengehäuses 30 plan abschließt. Insoweit bildet die besagte Außenfläche selbst eine Teil-Gehäusefläche 40a des Gehäuseabschnitts 31. Die Planheit zwischen der Gehäusefläche 40a des Einlegeteils 42 und der es umgebenden Gehäusefläche 40 wird durch eine gemeinsame Bearbeitung erreicht. Das Einlegeteil 42 ist als eine ringförmige Scheibe ausgeführt, deren radial äußerer Rand den radial äußeren Rand des Kupplungselements 32 leicht überragt.
Im Betrieb der Zahnradförderpumpe 14 dreht sich die Antriebswelle 28 und treibt über das Kupplungselement 32 das Antriebszahnrad 34 an. Dabei berührt das Kupplungselement 32 die Gehäusefläche 40a des Einlegeteils 42 und gleitet auf ihr. Die Gehäusefläche 40a bildet also ein Axiallager für das Kupplungselement. Durch die anderen Werkstoffeigenschaften des Einlegeteils 42 im Vergleich zum Gehäuseabschnitt 31 des Hochdruckpumpengehäuses 30 wird ein durch die Gleitreibung bedingter Verschleiß des Kupplungselements 32 vermindert.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Zahnradförderpumpe 14, welche weit gehend baugleich ist zu der Ausführungsform nach der 2. Es werden nachfolgend hauptsächlich die Unterschiede beschrieben. In der Ausführungsform nach 3 hat das Einlegeteil 42 einen größeren Durchmesser als bei der Ausführungsform von 2, so dass es mit seinem radial äußeren Rand jenen des Antriebszahnrads 34 leicht überragt. Auf diese Weise kann ein durch eine Gleitreibung bedingter Verschleiß nicht nur im Bereich des Kupplungselements 32, sondern darüber hinaus auch im Bereich des Antriebszahnrads 34 vermindert werden.
In einer nicht dargestellten weiteren Ausführungsform einer Zahnradförderpumpe, ist es möglich, durch eine weitere Vergrößerung der Fläche des Einlegeteils auch das anzutreibende Zahnrad mit einzubeziehen, um auch einem möglichen Verschleiß des anzutreibenden Zahnrads beziehungsweise des ihm benachbarten Bereichs der Gehäusefläche des Hochdruckpumpengehäuses zu begegnen. Das Einlegeteil deckt also einen Radiusbereich beider Zahnräder ab. Dabei kann es sinnvoll sein, das Einlegeteil nicht als eine ringförmige Scheibe auszubilden, sondern als eine im Umriss rechteckförmige oder ovale Fläche oder näherungsweise in der Form einer ”8”.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10014548 A1 [0002]

Claims

Zahnradförderpumpe (14), mit einer Antriebswelle (28), einem Antriebszahnrad (34), einem anzutreibenden Zahnrad (36), einem Kupplungselement (32) zwischen Antriebswelle (28) und Antriebszahnrad (34), welches das Antriebszahnrad (34) mit der Antriebswelle (28) koppelt, und einem Gehäuseabschnitt (31) mit einer zu den Zahnrädern (34, 36) parallelen Gehäusefläche (40a), welche ein Axiallager mindestens für das Kupplungselement (32) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusefläche (40a) an einem Einlegeteil (42) gebildet ist, welches in den Gehäuseabschnitt (31) eingegossen oder eingepresst ist.
Zahnradförderpumpe (14) nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (42) einen Radiusbereich des Antriebszahnrads (34) und/oder des anzutreibenden Zahnrads (36) mit abdeckt.
Zahnradförderpumpe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (42) aus Messing oder einer Stahllegierung hergestellt ist.
Zahnradförderpumpe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseabschnitt (31) zum Gehäuse (30) einer Hochdruckpumpe (16) gehört, und die Antriebswelle (28) ein Endabschnitt (29) einer Antriebswelle (28) der Hochdruckpumpe (16) ist.
Zahnradförderpumpe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebszahnrad (34) und/oder das anzutreibende Zahnrad (36) aus einem Sinterstahl, das Kupplungselement (32) aus einem Chrommanganstahl, und die Antriebswelle (28) aus einem Chromstahl, und der Gehäuseabschnitt (31) aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt sind.
Zahnradförderpumpe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Einlegeteil (32) ausgebildete Gehäusefläche (40a) gemeinsam mit der es radial umgebenden Gehäusefläche (40) planbearbeitet ist.