DE102011089936A1 - Housing structure for gear pump used for fuel delivery to fuel system in e.g. motor car, has insert portion provided for forming inner housing portion which is integral with cup-shaped outer portion to form remaining of housing portion - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuseteil für eine Zahnradpumpe zur Kraftstoffförderung in einem Fahrzeug, das aus einem gegossenem Material besteht und in einem Gehäuseinnenbereich angeordnete Kammern zur Aufnahme von Zahnrädern eines Pumpenmechanismus aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Zahnradpumpe, dessen Gehäuse aus zwei derartigen Gehäuseteilen zusammengesetzt ist. The present invention relates to a housing part for a gear pump for fuel delivery in a vehicle, which consists of a cast material and arranged in a housing inner region chambers for receiving gears of a pump mechanism. Furthermore, the invention also relates to a gear pump whose housing is composed of two such housing parts.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik. Im Rahmen von Kraftstoffzuführungssystemen für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen kommt eine Pumpe zur Kraftstoffförderung zum Einsatz, welche den Kraftstoff aus dem Tank des Kraftfahrzeuges fördert, um diesem der Brennkraftmaschine – meist über eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung – zur Verfügung zu stellen. The field of application of the invention extends primarily to automotive engineering. In the context of fuel supply systems for internal combustion engines of motor vehicles, a pump for fuel delivery is used, which promotes the fuel from the tank of the motor vehicle to this of the internal combustion engine - usually via a fuel injection device - available.
Die Pumpe ist dabei meist als Zahnradpumpe ausgebildet. Bei einer Zahnradpumpe kämmen zwei in einem in der Regel geteilten Gehäuse nebeneinander untergebrachte Zahnräder miteinander. Durch den Bereich, in dem die beiden Zahnräder miteinander kämmen, wird ein mit einer Auslassöffnung verbundener Druckbereich von einem mit einer Einlassöffnung verbundener Saugbereich der Zahnradpumpe dadurch getrennt, dass dort im Verlauf der Bewegung der Zahnräder ein Zahn des einen Zahnrads in einem Zahnzwischenraum des anderen Zahnrades eindringt, wodurch der Kraftstoff aus dem Zahnzwischenraum herausgepresst wird. Die Funktionsweise einer Zahnradpumpe wird nachfolgend als bekannt vorausgesetzt und es werden im Wesentlichen nur die für die Erfindung wesentlichen das Gehäuse betreffenden Aspekte näher erläutert. The pump is usually designed as a gear pump. In a gear pump, two housed in a generally divided housing adjacent gears mesh with each other. Through the region in which the two gears mesh with each other, a pressure region connected to an outlet port is separated from a suction region of the gear pump connected to an inlet port by a tooth of one gear in a tooth space of the other gear during the movement of the gears penetrates, whereby the fuel is forced out of the interdental space. The operation of a gear pump is assumed to be known in the following and it will be explained in more detail essentially only the essential for the invention, the housing aspects.
Stand der Technik State of the art
Aus der
In fertigungstechnischer Hinsicht nachteilhaft ist allerdings die zwingende spanende Nachbearbeitung des Gussrohlings zur Erzeugung eines maßhaltigen Gehäuseinnenbereichs für die Unterbringung der Zahnräder des Pumpenmechanismus. Dieser Bereich wird in der Regel anschließend mit Eloxal oder Nickel beschichtet, um die Materialhärte zu erhöhen. Ferner sind beim Druckguss Poren im Material unvermeidbar. Durch die Porenbildung während des in Druckgießens muss eine Mindestwandstärke eingehalten werden, damit das Bauteil flüssigkeitsdicht bleibt. Zusätzlich werden auch die mechanischen Eigenschaften der Erzeugnisse durch die Poren vermindert und die Rissausbreitung gefördert. In terms of manufacturing technology, however, the compelling machining of the cast blank is disadvantageous for producing a dimensionally stable housing interior area for accommodating the toothed wheels of the pump mechanism. This area is typically subsequently coated with anodized or nickel to increase material hardness. Furthermore, pores in the material are unavoidable in die casting. Due to the formation of pores during die casting, a minimum wall thickness must be maintained so that the component remains liquid-tight. In addition, the mechanical properties of the products are reduced by the pores and promote crack propagation.
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung Gehäuseteile für eine Zahnradpumpe zu schaffen, welche sich in einfacher Weise mit hohen Festigkeitseigenschaften fertigen lassen und nach dem Urformen mit minimalem Nachbearbeitungsaufwand zum fertigen Gehäuse montieren lassen. It is therefore an object of the present invention to provide housing parts for a gear pump, which can be finished in a simple manner with high strength properties and can be assembled after the prototypes with minimal Nachbearbeitungsaufwand the finished housing.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Gehäuseteil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. In Anspruch 8 ist eine die erfindungsgemäßen Gehäuseteile umfassende Zahnradpumpe angegeben. The object is achieved on the basis of a housing part according to the preamble of claim 1 in conjunction with its characterizing features. The following dependent claims give advantageous developments of the invention. In claim 8 a housing parts of the invention comprehensive gear pump is specified.
Die Erfindung schließt die technische Lehre, dass ein vorgefertigtes Einlegeteil aus Metall, vorzugsweise ein Stahlblech, zur Ausbildung des Gehäuseinnenbereichs vorgesehen ist, welches fest mit einem schalenförmigen Außenteil zur Ausbildung des übrigen Gehäusebereichs verbunden ist. The invention includes the technical teaching that a prefabricated insert made of metal, preferably a steel sheet, is provided for the formation of the housing inner region, which is firmly connected to a cup-shaped outer part for forming the remaining housing portion.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass die komplexen Geometrien des Gehäuseinnenbereichs sich ohne größere Nachbearbeitungsaufwand durch das Einlegeteil maßhaltig erzeugen lassen und die Bauteilkombination von Einlegeteil und Außenteil zu einer hohen Festigkeit des gesamten Gehäuseteils führt. Eine zusätzliche Beschichtung kann bei geeigneter Werkstoffauswahl gänzlich entfallen. The advantage of the solution according to the invention lies in the fact that the complex geometries of the housing inner region can be produced dimensionally stable without major reworking effort by the insert and the component combination of insert and outer part leads to a high strength of the entire housing part. An additional coating can be completely eliminated with a suitable choice of materials.
Das erfindungsgemäße Gehäuseteil lässt sich in zwei bevorzugten Ausführungsformen herstellen. Zum einen wird vorgeschlagen, dass das vorgefertigte Einlegeteil aus einem Metallblech von einem in Spritzgießtechnik aufgebrachten flüssigen Kunststoffmaterial zur Ausbildung des schalenförmigen Außenteils umschlossen wird. Als Kunststoffmaterial kommt vorzugsweise ein Polyamid-(PA) oder ein Polyphenylensulfidmaterial (PPS) zum Einsatz. The housing part according to the invention can be produced in two preferred embodiments. On the one hand, it is proposed that the prefabricated insert part made of a metal sheet is enclosed by a liquid plastic material applied by injection molding to form the shell-shaped outer part. The plastic material used is preferably a polyamide (PA) or a polyphenylene sulfide (PPS).
Gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist das vorgefertigte Einlegeteil aus einem Metallblech zur Ausbildung des Gehäuseinnenbereichs durch Hybridschmieden mit einem Leichtmetallgussteil zur Ausbildung des schalenförmigen Außenteils verbunden. Das Leichtmetallgussteil ist vorzugsweise als ein Aluminium-Druckgussteil ausgebildet. According to the second preferred embodiment, the prefabricated insert made of a metal sheet for forming the housing inner region is connected by hybrid forging with a light metal casting to form the cup-shaped outer part. The light metal casting is preferably formed as an aluminum die cast part.
Mit dem neuartigen Hybridschmieden ist es möglich, Mischbauteile herzustellen, welche um ein Vielfaches leichter als herkömmliche Bauteile sind und eine erhöhte Festigkeit aufweisen. Verbindungen zwischen verschiedenen Materialien, wie beispielsweise Aluminium und Stahl, sind möglich, so dass sich Leichtigkeit und Festigkeit optimal ergänzen. Gegenüber traditionellen Fügetechniken ist die an sich bekannte Hybridschmiedetechnologie weniger aufwendig. With the novel hybrid forging it is possible to produce mixing components which are many times lighter than conventional components and have an increased strength. Connections between different materials, such as aluminum and steel, are possible, so that lightness and strength complement each other optimally. Compared to traditional joining techniques, the known hybrid forging technology is less expensive.
Vorzugsweise weist der durch das vorgefertigte Einlegeteil gebildete Gehäuseinnenbereich zwei Kammern zur Aufnahme der Zahnräder des Pumpmechanismus sowie die dazugehörige Zuflussöffnung und Abflussöffnung auf. Das vorgefertigte Einlegeteil kann als ein aus einem Metallblech bestehendes Stanzbiegeteil oder Tiefziehteil ausgebildet sein und lässt sich damit in einem einzigen Fertigungsschritt aus vorzugsweise Stahlblech herstellen. Preferably, the housing inner region formed by the prefabricated insert part has two chambers for receiving the gear wheels of the pump mechanism and the associated inflow opening and outflow opening. The prefabricated insert part can be formed as a stamped bent part or deep drawn part consisting of a metal sheet and can thus be produced in a single production step from preferably sheet steel.
Nur falls das so vorgefertigte Einlegeteil nicht maßhaltig genug ist, ist eine geringfügige spanende Nachbearbeitung des Gehäuseinnenbereichs erforderlich. Optional ist es durchaus möglich, dass das im schalenförmigen Außenteil spritzgießtechnisch oder hybridschmiedetechnisch integrierte Einlegeteil mit einer Beschichtung aus Eloxal oder Nickel überzogen ist. Eloxal besteht aus einer Reihe von hexagonalen Prismen, die nur durch Formschluss miteinander verbunden sind. Die einzelnen Kristalle weisen für sich eine sehr hohe Härte auf, jedoch ist das Grundmaterial im Vergleich dazu sehr weich. Eine Beschichtung aus Nickel wird nur dann empfohlen, wenn keine signifikante Dehnung des Grundmaterials zu befürchten ist, da ansonsten Rissbildungsgefahr besteht. Daneben ist es denkbar eine Verschleißbeschichtung durch Hartchrom aufzubringen. Only if the prefabricated insert is not dimensionally stable enough, a minor machining reworking of the housing interior is required. Optionally, it is quite possible that the in the cup-shaped outer part by injection molding or hybrid technology technically integrated insert is coated with a coating of anodized or nickel. Eloxal consists of a series of hexagonal prisms that are connected only by positive engagement. The individual crystals have a very high hardness, but the base material is very soft in comparison. A coating of nickel is only recommended if no significant stretching of the base material is to be feared, otherwise there is a risk of cracking. In addition, it is conceivable to apply a wear coating by hard chrome.
Das Gehäuse der Zahnradpumpe lässt sich in einfacher Weise durch zwei erfindungsgemäße Gehäuseteile herstellen, welche insoweit als Gehäusehälften geformt sind. Beide Gehäuseteile können über zueinander korrespondierende Flanschflächen stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Eine fertigungstechnisch einfache und dauerfeste stoffschlüssige Verbindung der beiden Gehäuseteile kann im Falle von Kunststoff durch Ultraschallschweißen hergestellt werden. Daneben eignen sich auch andere stoffschlüssige Verbindungen, die hinreichend dauerfest und druckdicht sind. Eine demgegenüber aufwendigere Verbindung, wie Nieten oder Schrauben kann hierdurch entfallen. The housing of the gear pump can be produced in a simple manner by two housing parts according to the invention, which are in this respect formed as housing halves. Both housing parts can be connected cohesively to each other via mutually corresponding flange surfaces. A manufacturing technology simple and durable solid cohesive connection of the two housing parts can be made in the case of plastic by ultrasonic welding. In addition, other cohesive connections are suitable, which are sufficiently durable and pressure-tight. A contrast more complex connection, such as rivets or screws can be omitted hereby.
Es ist jedoch auch denkbar, nur ein Gehäuseteil zu versenden, das mit einem ebenen Deckel verschlossen ist. Eine bezüglich des Gehäuses einteilige Pumpe lässt sich daneben auch durch Anbau an ein anderens Bauteil, beispielsweise an das Gehäuse einer Hochdruckpumpe, darstellen. However, it is also conceivable to ship only a housing part which is closed with a flat lid. A one-piece pump with respect to the housing can also be by attachment to another component, for example to the housing of a high-pressure pump represent.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiments of the invention with reference to FIGS.
Ausführungsbeispieleembodiments
Es zeigt: It shows:
Nach
Der Kraftstoff wird dabei aus einem Kraftstofftank
In Strömungsrichtung wird der Kraftstoff durch den Antriebs- oder Kurbelraum
Andererseits zweigt ein Förderlauf ab, indem über ein Saugventil
Gemäß
Gemäß
Bei dem anderen in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102009045468 A1 [0004] DE 102009045468 A1 [0004]
- DE 1949033 A1 [0006] DE 1949033 A1 [0006]
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