DE10201405A1

DE10201405A1 - Pumpe

Info

Publication number: DE10201405A1
Application number: DE10201405A
Authority: DE
Inventors: Christoph Schmidt; Bernd Wehrum
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2003-07-24
Also published as: EP1466099B1; BR0215501A; CN1589373A; EP1466099A1; BR0215501B1; ES2280609T3; WO2003060328A1; US20030175110A1; DE50209806D1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe mit einem Pumpengehäuse 7, in dem eine Pumpenkammer 5 ausgebildet ist, zu der ein Einlass 8 hinführt und von der ein Auslass 24 wegführt. In der Pumpenkammer 5 ist ein Pumpenrad 3 angeordnet, das auf einer drehbar antreibbaren Antriebswelle 2 befestigt ist, die in Lagern im Pumpengehäuse 7 drehbar gelagert ist. An den Oberflächen des Pumpenrads 3 anliegende Oberflächen der Pumpenkammer 5 und an den Oberflächen der Pumpenkammer 5 anliegende Oberflächen des Pumpenrads 3 besitzen eine durch physikalische Abscheidung aus der Gasphase aufgebrachte Beschichtung geringer Dicke und großer Härte.

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 Blockade 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.
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.
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 Materialen 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.
Eine weitere Lösung der Aufgabe besteht darin, 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.
Ergänzend zu den Merkmalen der Beschichtung von Pumpengehäuse und Pumpenrad werden durch die sehr harte und glatte Oberfläche der Beschichtung von Lagerbohrung und/oder Antriebswelle sowie den engen Toleranzen diese Teile 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. Bezugszeichenliste 1 Motorgehäuse
2 Antriebswelle
3 erstes Pumpenrad
4 Schaufelkranz
5 erste Pumpenkammer
6 Deckel
7 Pumpengehäuse
8 Einlass
9 Kugel
10 Zwischenwand
11 erste Lagerbohrung
12 Ringkanal
13 Verbindung
14 Peripheralradpumpe
15 erster Seitenkanal
16 Seitenkanalpumpe
17 topfförmige Ausnehmung
18 zweites Pumpenrad
19 zweiter Schaufelkranz
20 axiale Durchbrüche
21 dritter Schaufelkranz
22 zweiter Seitenkanal
23 Trennwand
24 Auslass
25 Rückschlagventil
26 Druckanschluss
27 Lagerwand
28 zweite Lagerbohrung
29 Verschlusswand
30 Steckkontakt
31 Topfförmige Ausnehmung

Claims

1. 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.

2. Pumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, 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.

3. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Strömungspumpe ist.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungspumpe eine Peripheralrad- oder Seitenkanalpumpe (14, 16) ist.

5. 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.

6. 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.

7. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von etwa 2 µm bis etwa 5 µm aufweist.

8. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Chrom- Nitrid-Schicht ist.

9. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Pumpengehäuse (7) und/oder Pumpenrad aus Metall oder einer Metalllegierung bestehen.

10. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Pumpengehäuse und/oder Pumpenrad (3, 18) aus einem Kunststoff besteht.