DE10334003A1

DE10334003A1 - Pumpe

Info

Publication number: DE10334003A1
Application number: DE10334003A
Authority: DE
Inventors: David Ribaric
Original assignee: LuK Automobiltechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain Hueckeswagen GmbH
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2004-02-05

Abstract

Verdrängerpumpe, vorzugsweise für Öl oder Kraftstoff, insbesondere Zahnradpumpe, für den Automobilbereich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, vorzugsweise für Öl oder Kraftstoff, insbesondere eine Zahnradpumpe, für den Automobilbereich.

Bei bekannten Pumpen besteht meistens das Gehäuse aus Leichtmetall oder Kunststoff, während die rotierenden Verdrängen, wie zum Beispiel innen- oder außenverzahnte Zahnräder, aus Stahl, Guss oder Sintermetall hergestellt werden und somit einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Gehäuse haben. Im folgenden werden die rotierenden Verdrängen kurz als Zahnradsatz bezeichnet.

Bei einfachen Pumpen bewegt sich der Zahnradsatz direkt im Gehäuse. Mit zunehmender Temperatur dehnt sich das Gehäuse stärker aus als der Zahnradsatz, wodurch sich die Axialspalte vergrößern, während sich gleichzeitig die Viskosität des Mediums verringert. Damit sinkt der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe stark ab. Das ist für manche Schmierölpumpen noch zulässig, nicht jedoch für Kraftstoffpumpen, deren Fördermedium niedrigviskos ist.

Ein Pumpenkonzept, bei dem ein Laufring und ein sogenannter Innendeckel mit dem gleichen Ausdehnungskoeffizienten den Zahnradsatz umschließen, ist aufwendig und teuer.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Pumpe darzustellen, die die genannten Probleme nicht aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Pumpe, vorzugsweise für Öl oder Kraftstoff, insbesondere eine Zahnradpumpe, für den Automobilbereich, wobei der Verdrängersatz, wie z. B. die Zahnräder, eine Kunststoffoberfläche aufweist und der Kunststoff im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat wie ein metallischer Werkstoff des Pumpengehäuses. Bevorzugt wird eine Pumpe, deren Gehäuse aus einem Aluminium-Werkstoff hergestellt ist. Bevorzugt wird auch eine Pumpe, bei welcher der Kern des jeweiligen Zahnrades aus einem kleineren Zahnrad aus einem Aluminium-Werkstoff besteht und mit einem Kunststoff auf das Fertigmaß des Zahnrades umspritzt wird.

Eine erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass der Kunststoff ein Thermoplast ist, der eine dem Aluminium-Werkstoff ähnliche Wärmeaus-dehnung aufweist, insbesondere PEEK (Polyetheretherketon).

Bevorzugt wird auch eine Pumpe, bei welcher das umspritzte Zahnrad keine weitere mechanische Bearbeitung erfordert.

Ebenfalls wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher die Kunststoffschicht 0,5 bis 5 mm, insbesondere 1 bis 2 mm dick ist. Auch wird eine Pumpe bevorzugt, bei der die Kunststoffschicht eine gleichmäßige Dicke aufweist. Weiterhin wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher die Formänderung durch Schwindung nach dem Spritzgießen gering ist.

Eine erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass der Zahnradkern aus einem Aluminium-Werkstoff fließ- oder stranggepresst oder gesintert oder druckgegossen ist.

Weiterhin wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher der Kern aus einem Aluminium-Werkstoff als Einlegeteil in das Spritzgusswerkzeug eingelegt wird. Auch wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher der Kern aus einem Aluminium-Werkstoff mit der Kunststoffschicht formschlüssig verbunden ist.

Eine weitere erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass in dem angetriebenen Zahnrad eine Aussparung für den Antrieb ohne Kunststoffbeschichtung ausgeführt werden kann.

Auch wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher der Verdrängersatz anstelle der Zahnräder einen Rotor, einen Konturring und einen oder mehrere Flügel aufweist, also als Flügelzellenpumpe ausgeführt ist.

Die Erfindung wird nun anhand der Figur beschrieben.

Die einzige Figur zeigt einen Gerotor-Zahnradsatz in einer perspektivischen Darstellung.
In der Figur ist der Verdrängersatz einer Gerotorpumpe perspektivisch dargestellt. Er besteht im wesentlichen aus einem Außenzahnrad 1 und einem Innenzahnrad 3. Bekanntermaßen besitzt bei Gerotorpumpen das Innenzahnrad einen Zahn weniger als das Außenzahnrad. Die Funktion einer Gerotorpumpe ist hinreichend bekannt und soll daher nicht näher beschrieben werden. Das Innenzahnrad 3 enthält eine Aussparung 5, die hier z. B. für die Aufnahme eines Antriebs, d.h. einer Art formschlüssiger Kreuzkupplung, oder Passfedern oder anderen adäquaten Wellen-Naben-Verbindungen an einer Welle vorgesehen ist. Das Außenzahnrad 1 und das Innenzahnrad 3 sind mit einer Kunststoffschicht umspritzt, welche in der Darstellung in den Segmenten 7 des Innenzahnrades und 9 des Außenzahnrades entfernt ist. Man erkennt in der Figur an den Schnittgrenzen 11 des Innenzahnrades und 13 des Außenzahnrades die Kunststoffschicht, welche sich bevorzugt mit einer Dicke von 0,5 bis 5 mm, insbesondere 1 bis 2 mm, über die Aluminiumkerne 7 und 9 erstreckt. In der Antriebsausnehmung 5 sind die Seiten des Innenzahnrades, hier z. B. 15, 17 und 19, unbeschichtet, so dass eine hier eingreifende Kreuzkupplung oder entsprechende Passfedern nicht die Kunststoffschicht mit entsprechenden Antriebskräften belasten. Im Prinzip ist schon durch die Zahnradform des Innen- und Außenzahnrades die Kunststoffschicht formschlüssig mit den Zahnradkernen 7 und 9, welche aus einem Aluminium-Werkstoff bestehen können, verbunden. Zusätzlich können aber noch Nuten 21 und 22 in das Außenzahnrad eingebracht werden, um einen zusätzlichen Formschluss und eine bessere Drehmomentfestigkeit des beschichteten Zahnrades zu gewährleisten. Derartige zusätzliche Nuten können natürlich ebenso am Innenzahnrad verwendet werden. Als Werkstoff für die Beschichtung wird ein Thermolast mit gleicher Wärmedehnung wie der Aluminium-Werkstoff ausgewählt, insbesondere PEEK (Polyetheretherketon), da dieser Werkstoff ausgezeichnete Verschleißeigenschaften besitzt. Diese erfindungsgemäße Kombination aus einem Aluminium-Werkstoff und aus einer PEEK-Schicht hat gegenüber Zahnrädern aus PEEK als Vollmaterial den großen Vorteil, dass eine höhere Festigkeit bei gleichbleibender Wärmedehnung erreicht wird und dass das Versagen von Bindenähten vermieden wird (Bindenähte entstehen zwischen den Angusspunkten im Spritzgusswerkstoff und bilden gerade bei Zahnrädern einen Schwachpunkt am Zahnfuß). Außerdem ist ein Zahnrad aus PEEK als Vollmaterial sehr teuer. Das Verfahren unterscheidet sich also sowohl von Vollmaterial-Kunststoffzahnrädern, welche z. B. nur eine eingelegte Metallnabe besitzen, als auch von reinen Beschichtungsverfahren, welche sehr dünne Kunststoffschichten nur für die Oberflächenbeschichtung benutzen. Die Kerne aus einem Aluminium-Werkstoff werden als Einlegeteil in das Spritzgusswerkzeug eingespannt und dann vom Kunststoff umspritzt, also nicht nur beschichtet. Der Kern des jeweiligen Zahnrades, gleichgültig, ob innen- oder außenverzahnt, ob Antriebs- oder angetriebenes Zahnrad, besteht aus kostengünstigem Aluminium, welches fließ- oder stranggepresst hergestellt werden kann, oder aus Sinteraluminium oder Aluminiumdruckguss. Durch das Umspritzen mit dem Kunststoff wird das Fertigmaß der Zahnräder in einem Arbeitsgang hergestellt, eine mechanische Nachbearbeitung des Zahnrades ist nicht mehr notwendig. Die Kunststoffschicht selber bewirkt ausgezeichnete Dichtungseigenschaften, reduzierten Verschleiß und reduzierte mechanische Ablaufgeräusche. Durch ein gleichmäßiges Auftragen der Thermoplastschicht kann eine Formänderung durch Schwindung, welche bei Vollkunststoffzahnrädern ein Problem ist, nach dem Spritzgießen klein gehalten werden. Durch den im wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe des Verdrängersatzes und des Pumpengehäuses wird der volumetrische Wirkungsgrad entscheidend verbessert.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder den Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Erfindung ist auch nicht auf (das) die Ausführungsbeispiele) der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und den Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

Pumpe, vorzugsweise für Öl oder Kraftstoff, insbesondere Zahnradpumpe, für den Automobilbereich, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängersatz, wie z. B. die Zahnräder, eine Kunststoffoberfläche aufweist und der Kunststoff im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat wie ein metallischer Werkstoff des Pumpengehäuses.
Pumpe, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse aus einem Aluminium-Werkstoff hergestellt ist.
Pumpe, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern des jeweiligen Zahnrades aus einem kleineren Zahnrad aus einem Aluminiumwerkstoff besteht und mit einem Kunststoff auf das Fertigmaß des Zahnrades umspritzt wird.
Pumpe, insbesondere nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Thermoplast ist, der eine dem A luminium-Werkstoff ähnliche Wärmeausdehnung aufweist, insbesondere PEEK (Polyetheretherketon).
Pumpe, insbesondere nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das umspritzte Zahnrad keine weitere mechanische Bearbeitung erfordert.
Pumpe, insbesondere nach Anspruch 1 bis Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht 0,5 bis 5 mm, insbesondere 1 bis 2 mm dick ist.
Pumpe, insbesondere nach Anspruch 1 bis Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht eine gleichmäßige Dicke aufweist.
Pumpe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formänderung durch Schwindung nach dem Spritzgießen gering ist.
Pumpe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnradkern aus einem Aluminium-Werkstoff fließ- oder stranggepresst oder gesintert oder druckgegossen ist.
Pumpe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem Aluminium-Werkstoff als Einlegeteil in das Spritzgusswerkzeug eingebracht wird.
Pumpe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem Aluminium-Werkstoff mit der Kunststoffschicht formschlüssig verbunden ist.
Pumpe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem angetriebenen Zahnrad eine Aussparung für den Antrieb ohne Kunststoffbeschichtung ausgeführt werden kann.
Pumpe, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängersatz durch einen Rotor, einen Konturring und einen oder mehrere Flügel darstellbar ist.
Pumpe, vorzugsweise für Öl oder Kraftstoff, insbesondere Zahnradpumpe, für den Automobilbereich, gekennzeichnet durch mindestens ein in den Anmeldeunterlagen offenbartes erfinderisches Merkmal.