DE19816173A1 - Kraftstoffpumpe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe für Brennkraftma­ schinen und insbesondere eine von einem elektrischen Motor angetriebene Kraft­ stoffpumpe der der Gerotor-Bauart, welche Kraftstoff bei relativ hohem Auslaß­ druck abgeben kann und gegen einen verschmutzungsbedingten Verschleiß extrem widerstandsfähig ist.

Elektrisch angetriebene, im Tank untergebrachte, eigenversorgte Kraftstoff­ pumpen werden im großen Umfang dazu eingesetzt, Kraftstoff aus einem Kraft­ stofftank an die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder eines Wasserfahr­ zeugs abzugeben. Diese Art von Kraftstoffpumpe erzeugt einen gleichförmigen, ungestörten Hochdruck-Kraftstoffstrom über einen relativ großen Drehzahlbereich, was sie ideal macht für den Einsatz bei modernen Kraftstoffeinspritzsystemen. Diese Bauart ist auch relativ unempfindlich gegenüber Druckschwankungen in der Kraftstoffleitung, wie sie häufig beim plötzlichen Öffnen und Schließen einzelner Kraftstoffeinspritzdüsen auftreten.

Typischerweise besitzen diese Kraftstoffpumpen ein Gehäuse mit einem elektrischen Gleichstrommotor, bei dem ein Magnetfeld erzeugende Permanentma­ gneten von im Gehäuse angebrachten Federclips gegen ein zylindrisches Flußrohr angedrückt werden, und ein gewickelter Anker im Gehäuse drehbar gelagert sowie mit der Pumpeinheit verbunden ist. Beispiele solcher Pumpenkonstruktionen zeigen die folgenden U.S. Patente: 4,352,641, 4,401,416, 4,500,270, 4,596,519,4,697,995, 5,122,039, 5,248,223 und 5,411,376. Wenngleich die Gerotor-Pumpen dieser U.S. Patente sich in der Praxis als erfolgreich erwiesen haben, bleiben Verbesserungen wünschenswert. Ein Problem besteht darin, daß es relativ schwierig und aufwendig ist, die am Einlaß vorgesehene Endkappe, den Nockenring, die Auslaßplatte sowie die Gerotor-Komponenten während des Zusammenbaues der Pumpe auszurichten und festzuhalten. Bei Gerotor-Pumpen mit festliegendem Stirnflächenspiel (FFC = Fixed Face Clearance) müssen diese Bauteile mit hoher Präzision bearbeitet werden, um für genaue axiale und radiale Abmessungen zu sorgen, um dadurch die geforder­ ten Toleranzen für das axiale und radiale Sollspiel zwischen den beweglichen und stationären Teilen der Pumpe einzuhalten und dadurch das Betriebsverhalten und den Wirkungsgrad der Pumpe zu optimieren. Die Bauteile müssen beim Zusam­ menbau sicher und präzise axial miteinander verspannt werden und außerdem in Winkelrichtung präzise positioniert werden, um den Einlaßschlitz und den Auslaß­ schlitz bezüglich des Innenläufers und Außenläufers der Gerotor-Pumpe präzise auszurichten. Wenn die Pumpe zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden soll, muß das Verspannen der Bauteile der Pumpe beim Zusammenbau in der Weise er­ folgen, daß Befestigungsbolzen bzw. -schrauben in entsprechende Gewindebohrun­ gen der Einlaßplatte, des Nockenrings und der Auslaßplatte der Gerotor-Pumpe ein­ geschraubt werden.

Typischerweise sind zwei, drei oder sogar vier derartiger Befestigungs­ schrauben vorgesehen, wie beispielsweise in der U.S. 4,978,282 gezeigt ist. Da es jedoch wirtschaftlich nicht praktikabel ist, eine präzise Winkelausrichtung durch Verwendung derartiger Bolzen bzw. Schrauben und Gewindebohrungen herbeizu­ führen, ist es außerdem üblich, einen oder mehrere präzisionsgeschliffene Zen­ trierstifte mit entsprechend bearbeiteten Bohrungen in einer oder beiden der End­ platten und dem Nockenring vorzusehen, um eine präzise Winkelausrichtung der Bauteile der Pumpe während des Zusammenbaues sicherzustellen. Die Verwendung derartiger Gruppen aus Befestigungsschrauben und Zentrierstiften erhöhen die Ko­ sten der Kraftstoffpumpe sowohl im Hinblick auf die Herstellung wie auch auf den Zusammenbau.

Eine andere Bauart einer Gerotor-Pumpe, wie sie in mehreren der oben er­ wähnten U.S. Patenten offenbart ist, ist die "spielfreie" Gerotor-Pumpe, bei der die Gerotor-Komponenten und der zugehörige Nockenring elastisch gegen eine der Endplatten der Pumpe angedrückt werden, und zwar durch unterschiedliche Feder­ konstruktionen einschließlich federartiger Ventilplatten. Wenngleich derartige "spielfreie" Kraftstoffpumpen im Hinblick auf Herstellung und Betriebsverhalten äußerst effektiv sind, leiden jedoch derartige Kraftstoffpumpen unter erheblichem Verschleiß und einem beträchtlichen Wirkungsgradverlust, wenn sie mit unreinem Kraftstoff- insbesondere "Trocken-Kraftstoff" geringer Lubrizität betrieben werden und außerdem einen hohen Auslaßdruck oberhalb ihres normalen Druckbereichs erzeugen müssen. Solche ungünstigen Betriebsbedingungen sind beispielsweise bei bestimmten Bootsmotoren anzutreffen, die häufig Kraftstoffdrücke in der Größen­ ordnung von 6,20 bar (90 psi) gegenüber den üblichen 2,07 bis 4,13 bar (30 bis 60 psi) erfordern, wie sie bei typischen Kraftstoffpumpen für Kraftstoffeinspritzsy­ steme von Kraftfahrzeugen anzutreffen sind. Der Rotorpumpen der FFC-Bauart können ohne weiteres solche höheren Auslaßdrücke erreichen, aber ein zu hoher Verschleiß bleibt nach wie vor ein Problem.

Ein weiteres Problem, das bei unter extremen Stoß- und Schwingungsbela­ stungen stehenden Kraftstoffpumpen anzutreffen ist, besteht darin, daß sich die Permanentmagnete des Motors aus ihrer Federfingerhalterung lösen können, wenn sie im Pumpengehäuse beispielsweise so wie in der U.S. 4,352,651 und der U.S. 5,000,270 gelagert sind. Typischerweise ist in dem Material der am Einlaß vorgese­ henen Endkappe der Pumpe ein spezieller Anschlagvorsprung vorgesehen, der als Sicherheitsanschlag dient, für den Fall, daß sich die Permanentmagnete lockern, so daß diese nicht axial in Richtung auf die Pumpe rutschen können, wobei sie dann zu den Ankerwicklungen des Rotors des Motors fehlausgerichtet werden können. Bei bestimmten Anwendungen sind derartige Vorsprünge jedoch kaum vorzusehen, und in jedem Fall erhöhen sie die Herstellungskosten und das Gewicht des entsprechen­ den Pumpenteils.

Durch die vorliegende Erfindung sollen die oben geschilderten Nachteile vermieden werden. Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffpumpe der Gerotor-Bauart zu schaffen, bei der die Befestigung und Win­ kelausrichtung der Pumpenbestandteile sowohl hinsichtlich der Herstellung wie auch des Zusammenbaues vereinfacht werden. Ferner soll in wirtschaftlicher Weise ein Sicherheitsanschlag vorgesehen werden, der die federbelasteten Permanentma­ gnete des elektrischen Motors der Kraftstoffpumpe gegen eine Axialverschiebung aus ihrer Einbaustellung sichert.

Ferner soll die Kraftstoffpumpe möglichst resistent gegen Verschmutzungen des Kraftstoffs sein, einen relativ hohen Auslaßdruck erzeugen können und selbst bei Verwendung eines verschmutzten Kraftstoffes geringer Lubrizität eine hohe Le­ bensdauer bei gutem Wirkungsgrad und störungsfreiem Betriebsverhalten aufwei­ sen.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen definiert.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Kraftstoffpumpe mit elektrischem Motor;

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Pumpeneinheit der in Fig. 1 gezeigten Kraftstoffpumpe;

Fig. 3 eine perspektivische Schnittansicht der Pumpeneinheit im zusammen­ gebauten Zustand, jedoch getrennt von der Anordnung in Fig. 1;

Fig. 4 bis 7 verschiedene Detailansichten einer der beiden Paßstiftschrauben, die als Positionierschrauben für die Pumpeinheit verwendet werden;

Fig. 8 eine vertikale Seitenansicht der in den Fig. 4 bis 7 gezeigten Paßstift­ schraube, gedreht um 90° gegenüber der Darstellung in Fig. 6;

Fig. 9 eine Draufsicht auf den Nockenring der Kraftstoffpumpe;

Fig. 10 eine Schnittansicht längs der Linie 10-10 in Fig. 9;

Fig. 11 eine Draufsicht auf die Auslaßplatte der Kraftstoffpumpe;

Fig. 12 eine Schnittansicht längs der Linie 12-12 in Fig. 11;

Fig. 13 eine Draufsicht von unten auf die Auslaßplatte der Kraftstoffpumpe;

Fig. 14 eine Draufsicht auf die Einlaßplatte der Kraftstoffpumpe;

Fig. 15 und 16 Schnittansichten längs der Linien 15-15 bzw. 16-16 in Fig. 14;

Fig. 17 eine Ansicht von unten auf die Einlaßplatte;

Fig. 18 eine Schnittansicht längs der Linie 18-18 in Fig. 17.

Die in Fig. 1 dargestellte Gerotor-Kraftstoffpumpe 20 dient zum Fördern von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff aus einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) zu einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, eines Wasserfahrzeuges oder der­ gleichen (ebenfalls nicht gezeigt). Die Kraftstoffpumpe 20 besteht aus einer als Zahnradpumpe bzw. Gerotor-Pumpe ausgebildeten Pumpeinheit 22 und einem her­ kömmlichen elektrischen Gleichstrommotor 24 mit einem gewickelten Anker 26, der in einem Gehäuse 28 drehbar gelagert ist. Der Stator des Motors 24 besitzt einen Magnetflußring 30, der relativ zu dem Gehäuse 28 fest angeordnet ist und zwei bo­ genförmige Permanentmagneten 32 und 34 umgibt. Die Permanentmagneten 32 und 34 werden von Federfingern 36 und 38 gehalten, wie in der U.S. 4,352,641 bzw. der U.S. 4,697,995 genauer dargestellt und beschrieben wird.

Wie ebenfalls in Fig. 1 zu sehen ist, besitzt die Kraftstoffpumpe 20 eine Auslaß-Endkappe 40, die von dem oberen Ende des Gehäuses 28 absteht, und eine hohle Einlaß-Endkappe 42 mit einem Flansch 44, der am unteren Ende des Gehäu­ ses 28 abgedichtet befestigt ist. Die Pumpeinheit 22 wird als Baueinheit von dem umgebenden Gehäuse 28 gehalten und ist axial zwischen den Statorkomponenten des Motors und dem Flansch 44 der unteren Endkappe 42 axial eingespannt. Ein Kraftstoffilter 46 ist in der unteren Einlaßöffnung der Endkappe 42 angebracht, um das Eindringen teilchenförmigen Materials in die Pumpe zu verhindern. Die Auslaß-End­ kappe 40 ist einstückig ausgebildet und besitzt einen Auslaßnippel 48, welcher sich nach oben und außen erstreckt und mit dem Inneren des Gehäuses 28 in Ver­ bindung steht, um den Austritt von Kraftstoff zu ermöglichen. Die Auslaß-End­ kappe 40 ist mit einem herkömmlichen, abgedichteten elektrischen Anschluß 50 für die Stromversorgung des Ankers 26 versehen.

Es wird nun insbesondere auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen. Die Pump­ einheit 22 besitzt eine Einlaßplatte 60, einen Nockenring 62, einen ringförmigen Außenläufer 64 mit neun inneren Zähnen 66 und einen sternförmigen Innenläufer 68, acht äußeren Zähnen 70, eine Auslaßplatte 72 und zwei identische Positionier- und Halteschrauben in Form von Paßstiftschrauben 74 und 75 (von denen allein die Schraube 74 in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist). Die Pumpeinheit 22 besitzt ferner eine zylindrische Stummelwelle 76, die mit Preßpassung in eine axiale Mittelbohrung 78 der Einlaßplatte 60 eingesetzt ist. Das obere Ende der Stummelwelle 76 erstreckt sich mit einem engen Spielsitz durch eine zentrale axiale Durchgangsbohrung 80 des Innenläufers 68, um diesen auf der Stummelwelle 76 drehbar zu lagern, und verläuft dann weiter nach oben durch eine relativ große Öffnung 82 in der Auslaß­ platte 72, um mit einem vorgegebenen Abstand oberhalb derselben zu enden.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind nur zwei Paßstift­ schrauben 74 und 75 vorgesehen, die sowohl zum Zusammenhalten wie auch zum präzisen radialen, axialen und winkelmäßigen Positionieren der Bauteile der Gera­ tor-Pumpeinheit dienen. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Teil jeder Schraube 74, 75 als Positionier- bzw. Zentrierstift ausgebildet ist und die zugehörigen Durch­ gangslöcher in der Einlaßplatte 60, dem Nockenring 62 und der Auslaßplatte 72 in der gleichen Weise ausgebildete präzisionsbearbeitete Zentrierbohrungen sind. Die Herstellungstoleranzen dieser Elemente werden somit gegenüber dem Stand der Technik reduziert. Es werden jedoch normale Gewindetoleranzen bei der Herstel­ lung des Außengewindes am unteren Ende jeder Schraube 74, 75 eingehalten, und dann werden "lockere" Gewindetoleranzen bei der Herstellung des Innengewindes einer Gewindebohrung vorgesehen, die als unterstes Gegenbohrungsende jeder der beiden Zentrierbohrungen in der Einlaßplatte 60 vorgesehen ist.

Die Einzelheiten der Paßstiftschraube 74 sind in den Fig. 4 bis 8 dargestellt, wobei es sich versteht, daß die Schraube 75 mit der Schraube 74 identisch ist. Die Schraube 74 besteht aus einem zylindrischen Schaft 90, einem radial erweiterten zylindrischen Schaft 92 und einem zylindrischen Kopf 94, der einen etwas kleineren Durchmesser als der Flansch 92 hat. Die axiale Abmessung B (Fig. 6) von einer unteren radialen Fläche 96 des Flansches 92 an seiner Verbindung mit dem Schaft 90 zu der unteren freien Stirnfläche 98 des Schaftes 90 wird geringfügig kleiner gemacht als die aufaddierte gesamte axiale Abmessung von Einlaßplatte 60, Noc­ kenring 62 und Auslaßplatte 72. Die Abmessung C von der Flanschfläche 96 bis zu der oberen Stirnfläche 100 des Kopfes 94 ist ebenfalls eine genau eingehaltene Ab­ messung, die zu der Einbaustellung der Pumpeinheit 22 und derjenigen der Perma­ nentmagnete 32 in ihrer Endausrichtung im Gehäuse 28 in Beziehung steht. Wie in Fig. 6 dargestellt ist, entsprechen die axialen Abmessungen B und C zusammen der gesamten axialen Abmessung A der Schraube 74.

Der Schaft 90 ist in spezieller Weise so ausgebildet, daß er einen zylindri­ schen Zentrierabschnitt 102 hat, der sich von der Flanschfläche 96 axial bis zu einem Gewindeabschnitt 104 erstreckt, welcher bis zu der Stirnfläche 98 verläuft. Der Zentrierabschnitt 102 ist präzisionsbearbeitet derart, daß er eine glatte zylindri­ sche Oberfläche eines konstanten Durchmessers über seine gesamte axiale Erstrec­ kung D (Fig. 6) aufweist und zwar mit einem Durchmesser von beispielsweise 2,82 bis 2,85 mm. Der Gewindeabschnitt 104 ist mit einem üblichen (genormten) Ma­ schinenschraubengewinde eines geringfügig kleineren Durchmessers als dem des Zentrierabschnittes 102 von beispielsweise 2,79 mm versehen. Diese Gewindeform kann beispielsweise ein Nr. 4-40 UNC 3A-Gewinde sein. Vorzugsweise ist ein Schraubendreher-Schlitz 106 in den Schraubenkopf 94 eingearbeitet. Es können jedoch auch andere zum Aufbringen eines Drehmomentes geeignete Konfiguratio­ nen, wie z. B. ein Sechseckkopf, ein quadratischer Kopf, eine Ausnehmung für einen Inbusschlüssel usw. verwendet werden.

Der Nockenring 62 ist in den Fig. 9 und 10 genauer dargestellt. Der Nocken­ ring 62 besitzt eine zylindrische Innenfläche 108 und eine zylindrische Außenfläche 110, die konzentrisch zueinander sind, sowie diametral gegenüberliegende, radial nach außen vorstehende Befestigungsaugen 112 und 114. Vorzugsweise besteht der Nockenring 62 aus einer hochdichten gesinterten Pulvermetallegierung auf Eisen­ basis, die zur Härtung dampfwärmebehandelt ist und mit einer Oberflächenoxidie­ rung versehen ist, um ihr eine hohe Festigkeit, Härte, Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit zu verleihen. Die Ränder der zylindrischen Flächen 108 und 110 sind nicht abgeschrägt bzw. angefast, um den Auflagebereich dieser Flächen zu maximieren und dadurch die Seitenbelastung des Läufers 64 im Betrieb zu minimie­ ren. Vorzugsweise wird die Innenfläche 108 des Nockenrings 62 vor der Dampf­ wärmebehandlung zum Einhalten spezifizierter Abmessungen entsprechend bearbei­ tet.

Jedes der Augen 112, 114 des Nockenrings 62 besitzt ein Durchgangsloch 120 bzw. 122, wobei die Mittelpunkte der Durchgangslöcher bezüglich des axialen Mittelpunkts des Nockenrings 62 präzise positioniert sind, wobei ihre Achsen paral­ lel zum Nockenring 62 und ihre Durchmesser so dimensioniert sind, daß sie den Zentrierabschnitt 102 der zugehörigen Schraube mit einem Präzisionssitz aufneh­ men (z. B. mit einem Lochdurchmesser von 3,426 mm bei einer Toleranz von 0/+0,025 mm).

Die Auslaßplatte 72 der Pumpeinheit 22 ist im einzelnen in den Fig. 11 bis 13 dargestellt. Die Auslaßplatte 72 hat ein zentrales zylindrisches Loch 82, das so di­ mensioniert ist, daß es den äußeren zylindrischen Umfang des Mitnehmers 130 des Rotors 26 (Fig. 1) während des Zusammenbaues der Kraftstoffpumpe 20 lose auf­ nimmt, wenn es am oberen Ende der Stummelwelle 76 der Pumpeinheit 22 drehbar gelagert wird. Wie in den Fig. 11 und 13 dargestellt, ist der Mittelpunkt 132 des Loches 82 gegenüber dem Mittelpunkt 134 der Auslaßplatte 72 versetzt, um die vorgegebene Exzentrizität des Innenläufers 68 relativ zu dem Außenläufer 64 ent­ sprechend herkömmlicher Gerotor-Konstruktion und -Betriebsweise zu ermögli­ chen. In der gleichen Weise besitzt die Auslaßplatte 72 den üblichen gekrümmten Auslaßschlitz 136, der in dieser wie in den Fig. 11 bis 13 gezeigt, vorgesehen ist. Eine flache, gekrümmte Nut 138 ist in der unteren Stirnseite 140 der Auslaßplatte 72 gebildet, um auf diese Weise eine herkömmliche Druckausgleichsnut zu bilden. Die Auslaßplatte 72 besitzt ferner zwei radial vorstehende, diametral gegenüberlie­ gende Befestigungsaugen 142 und 144 sowie zur Befestigung und Zentrierung die­ nende Durchgangslöcher 146 und 148, die koaxial zu den Durchgangslöchern 120 bzw. 122 des Nockenrings 62 ausgerichtet sind (Fig. 2 und 3) und den gleichen Durchmesser, die gleichen Toleranzen und die gleiche Parallelität aufweisen. Vor­ zugsweise besteht die Auslaßplatte 72 ebenfalls aus gesintertem Metall, wie der Nockenring 62, mit den gleichen Abmessungen und der gleichen Dampfbehand­ lung.

Die Einzelheiten der Einlaßplatte 60 sind in den Fig. 14 bis 18 dargestellt. Die Einlaßplatte 60 besteht ebenfalls aus gesintertem Metallpulver und ist in der gleichen Weise wie die Auslaßplatte 72 dampfbehandelt und oberflächenbearbeitet.

Die Einlaßplatte 60 besitzt den üblichen gekrümmten Einlaßschlitz 150, wie in den Fig. 14 bis 18 zu sehen ist. Die ebene Oberseite 152 der Einlaßplatte 60 ist mit einer herkömmlichen Druckausgleichsnut 154 (Fig. 14, 15 und 18) sowie mit einer ringförmigen Ausnehmung 156, die das zentrale Loch 78 konzentrisch umgibt, versehen. Eine zylindrische Sackbohrung 160 ist in der Unterseite 162 der Einlaß­ platte 60 vorgesehen und dient als Positioniermittel während der Herstellung. Die Oberseite 152 ist gegenüber dem zylindrischen Außenumfang 164 der Einlaßplatte 60 radial eingezogen, mit Ausnahme der diametral gegenüberliegenden Befesti­ gungsaugen 166 und 168, die beim Zusammenbau zu den Augen des Nockenrings 62 und der Auslaßplatte 72 ausgerichtet sind.

Im Hinblick auf die oben erwähnte kombinierte Befestigungs- und Zentrier­ funktion der Schrauben 74 und 75 ist die Einlaßplatte 60 mit zwei diametral gegen­ überliegenden Durchgangslöchern 170, 172 sowie 174, 176 in jedem der Bereiche der Befestigungsaugen versehen. Das Durchgangsloch 170, 172 besteht aus einer Gewindebohrung 170, die an ihrem unteren Ende in der Unterseite 162 der Einlaß­ platte mündet, und geht an ihrem oberen Ende in eine glatte zylindrische Gegenboh­ rung 172 über, welche ihrerseits in der Oberseite 152 der Einlaßplatte 60 mündet. Der diametral gegenüberliegende Augenbereich 168 ist in der gleichen Weise mit einer Gewindebohrung 174 versehen, welche in eine glatte zylindrische Gegenboh­ rung 176 übergeht, welche ihrerseits in der Oberseite 152 mündet. Die Achsen der Durchgangslöcher 170, 172 und 174, 176 sind durch Präzisionsbearbeitung genau positioniert, um den Einlaßschlitz 150 und das zentrale Loch 78 durch entspre­ chende Ausrichtung mit den Löchern 120, 146 und 122, 148 des Nockenrings 62 bzw. der Auslaßplatte 72 beim Zusammenbau der Bestandteile der Gerotor-Pump­ einheit 22 präzise auszurichten. Vorzugsweise ist die axiale Länge der Gegenboh­ rungen 172 und 176 mindestens zweimal so groß wie der Durchmesser des Schaft­ abschnittes 102 der Schrauben 74, 75, und die diametrale Dimensionierung ist wie­ derum so getroffen, daß sich ein präziser Gleitsitz zwischen ihnen ergibt. Der Durchmesser der Gewindebohrungen 170 und 174 ist so bemessen, daß er zu der Durchmesserabmessung der Gewindeabschnitte 104 der Schrauben 74, 75 paßt, d. h., daß er gegenüber dem Durchmesser der Gegenbohrungen 172 und 176 etwas redu­ ziert ist.

Im Hinblick auf die oben erwähnte Doppelfunktion der Schrauben 74 und 75 wird jedoch als Gewinde für die Gewindebohrungen 170 und 174 ein 4-40 UNC-2B Gewinde verwendet, wobei ein um 0,127 mm (0,005 inch) überdimensionierter Gewindeschneider benutzt wird. Dadurch, daß das Gewinde in den Bohrungen 170 und 174 auf diese Weise diametral überdimensioniert wird, entsteht ein ausreichen­ des radiales Spiel zwischen den Gewindestegen des Gewindeabschnittes 104 der Schrauben 74, 75 und ihren zugehörigen Gewindenuten in den Gewindebohrungen 174 bzw. 170, so daß die präzise axiale und radiale Ausrichtung der Einlaßplatte 60, des Nockenrings 62 und der Auslaßplatte 72 als Folge der präzisen Passung des Schaftabschnittes 102 während des Zusammenbaues nicht durch Spannungen ge­ stört wird, die von dem Gewindeeingriff zwischen dem Gewinde 104 der Schrauben 74, 75 und dem Gewinde der Gewindebohrungen 170, 174 herrühren. Dennoch verbleibt ein ausreichender Gewindeeingriff in radialer Richtung, um sicherzustel­ len, daß eine ausreichende Klemm- bzw. Spannkraft beim Einschrauben der Schrauben 74, 75 entsteht, um dadurch die Einlaß- und Auslaßplatte 60 bzw. 72 mit den axial gegenüberliegenden flachen Seiten des Nockenringes 62 fest zu verspan­ nen.

Somit werden die Schaftabschnitte 102 der beiden Schrauben 74, 75 und die Gegenbohrungen 172, 176 in den Durchgangslöchern der Auslaßplatte 72, die Durchgangslöcher im Nockenring 62 und in der Einlaßplatte 60, die stationäre Stummelwelle 76 und ihre Lagerung in dem Loch 80 des Innenläufers 68 sowie der Preßsitz der Stummelwelle 76 in dem Befestigungsloch 78 der Einlaßplatte 60 sämtlich hinsichtlich Abmessungen und Position mit Präzisionstoleranzen herge­ stellt. Die Schrauben 74 und 75 stellen somit eine genaue Ausrichtung der Platten und Läufer der Gerotor-Pumpe in radialer und axialer Richtung sowie in Umfangs­ richtung sicher, um dadurch die exzentrische und winkelmäßige Beziehung zwi­ schen diesen Pumpenteilen beim Zusammenbau und im Betriebe präzise zu gewähr­ leisten, und zwar auch in Bezug auf die stationäre Stummelwelle 76, auf der der Läufer 68 drehbar gelagert ist. Der "lose" Gewindeeingriff der Schrauben 74, 75 mit diesen Teilen beeinträchtigt nicht die Zentrierfunktion des glatten Schaftabschnittes der Schrauben 74, 75. Da auf diese Weise die Zentrierfunktion und Befestigungs­ funktion von nur zwei Schrauben übernommen wird, ist es nicht wie im Stand der Technik erforderlich, zwei oder vier getrennte Befestigungsschrauben und zwei zu­ sätzliche Zentrierstifte zu verwenden, wodurch die Anzahl der Pumpenbestandteile entsprechend verringert wird. Außerdem ist keine zusätzliche Einstellung der Be­ standteile während des Zusammenbaues erforderlich, da dies einfach dadurch er­ reicht wird, daß die Schrauben 74 und 75 in der in den Fig. 2 und 3 veranschaulich­ ten Art und Weise eingesetzt und festgezogen werden.

Als weiteres Merkmal wird den verlängerten Köpfen 94 der Schrauben 74, 75 eine vorgegebene Länge C verliehen. Hierdurch wird den Bauteilen des Motors 24 im Gehäuse 28 ein sehr kleines axiales Spiel zwischen ihren oberen Stirnflächen 100 und den benachbarten unteren Rändern der Permanentmagnete 32 verliehen. Die Schrauben 74, 75 dienen somit als Sicherheitsanschläge, die Bewegungen der beiden Permanentmagnete 32 und 34 begrenzen bzw. verhindern, falls sich die Per­ manentmagnete 32, 34 aus ihren Halteclips (Federclips) im Motor lockern sollten. Eine solche Lockerung kann in seltenen Fällen eintreten, wenn die im Tank unter­ gebrachte Kraftstoffpumpe 20 extremen Stoß- und Schwingungskräften ausgesetzt wird, wie sie unter extrem rauhen Bedingungen bei Kraftfahrzeugen oder Wasser­ fahrzeugen auftreten können.

Aufgrund des oben erwähnten radialen und axialen Spiels im Pumpeninneren kommt es zu einem möglichen inneren "Kurzschluß" bzw. einer Leckverbindung zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite der Gerotor-Pumpenteile zwischen den Flächen 140 und 152 sowie den benachbarten Flächen der Läufer 64 und 68, was einen dünnen Flüssigkeitsfilm erzeugt, der ein hydrodynamisches rei­ bungsarmes Flüssigkeitslager zwischen diesen sich relativ zueinander bewegenden Teilen bildet. Die Dicke dieses Flüssigkeitsfilmlagers ist jedoch so klein, daß es als Flüssigkeitsdichtung wirkt, das die Leckrate auf einen nur kleinen Prozentsatz der Pumpdurchflußrate beschränkt.

Das hydrodynamische Flüssigkeitslager, das sich auf diese Weise in Betrieb der Gerotor-Pumpe bildet, verhindert einen unmittelbaren Kontakt des Außenläufers 64 mit der Innenfläche 108 des Nockenrings 62 trotz der (radialen) Schubkräfte auf der Hochdruckseite, die bei normalem Betrieb einer Gerotor-Pumpe auftreten. Die Flüssigkeitsdichtung verhindert außerdem einen exzessiven Verschleiß aufgrund kleiner Schmutzpartikel, die durch das Filter 46 hindurchtreten können und somit von dem durch die Pumpe zirkulierenden Kraftstoff mitgerissen werden. Selbst bei unverschmutztem Kraftstoff wird der Reibwiderstand im Vergleich zu "spielfreien" Gerotor-Pumpen, bei denen Flächen relativ zueinander bewegter Pumpenteile direkt miteinander in Gleitberührung stehen, reduziert. Der Verschleiß und Reibwiderstand des Innenläufers und Außenläufers 68 bzw. 64 relativ zu den axial flankierenden Flächen 140 und 152 der Auslaßplatte 72 und der Einlaßplatte 60 werden auf diese Weise ebenfalls reduziert oder eliminiert.

Aufgrund dieser Merkmale kann die Pumpe mit einem höheren Auslaßdruck von beispielsweise 6,2 bar (90 psi) gegenüber 2,07 bis 4,13 bar (30 bis 60 psi) arbei­ ten, wie sie bei den meisten Kraftfährzeuganwendungen anzutreffen sind, während gleichzeitig mit "trockenem Benzin" (d. h. Benzin wie z. B. Winterbenzin mit einer sehr niedrigen Lubrizität) und/oder mit Benzin eines hohen Gehalts an Spritzparti­ keln gearbeitet werden kann, ohne daß es zu einem exzessiven Verschleiß kommt. Die Kraftstoffpumpe 20 sorgt somit für eine verbesserte Grenzschichtschmierung, verringerten Strömungswiderstand und reduzierte Schmutzempfindlichkeit, was den Wirkungsgrad, die Betriebssicherheit und die Lebensdauer der Kraftstoffpumpe er­ höht.

Wie ebenfalls bereits erwähnt, werden die axialen Abmessungen des Innen­ läufers 68 und des Außenläufers 64 geringfügig kleiner gemacht als der axiale Ab­ stand zwischen den axial gegenüberliegenden Seitenflächen 116 und 118 des Noc­ kenrings 62, um ein vorgegebenes festliegendes axiales Spiel zwischen diesen Gero­ tor-Teilen und der flankierenden Auslaßplatte 72 sowie Einlaßplatte 60 zu bilden. Die Gerotor-Teile 64 und 68 können somit axial zwischen diesen begrenzenden Platten innerhalb dieses festliegenden axialen Spiels frei "schwimmen". Vorzugs­ weise liegt dieses axiale Spiel in der Größenordnung von 0,0127 bis 0,0762 mm (0,0005 bis 0,0030 inch) insgesamt, d. h. 0,000635 bis 0,0381 mm (0,00025 bis 0,0015 inch) pro Seite. Außerdem liegt das radiale Spiel zwischen dem Nockenring 62 und dem Außenläufer 64 in der Größenordnung von 0,0381 bis 0,127 mm (0,0015 bis 0,0050 inch).

Bei dem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen der Außenläufer 64 und der Innenläufer 68 ebenfalls aus gesintertem Pulvermetall, das dampfbehandelt und oberflächenbearbeitet ist, wobei der Innenläufer 68 acht Zähne und der Außenläufer 64 neun Zähne aufweist. Diese Gerotor-Läufer haben vor­ zugsweise keine Abschrägungen bzw. Fasen, um die Größe des Lagerbereichs zu maximieren und somit den dickestmöglichen hydrodynamischen Film zu erzeugen. Die axialen Abmessungen der Läufer 64 und 68 sowie des Nockenrings 62 haben Herstellungstoleranzen von ± 0,003 mm, um für das erwünschte axiale Spiel zu sor­ gen. Vorzugsweise hat der Einlaßschlitz 150 in der Einlaßplatte 60 eine Kontur wie in den Fig. 14 bis 18 gezeigt, um den Druckabfall zu reduzieren. Vorzugsweise läuft das Ende des Einlaßschlitzes 150 um 20° vor, um die Zeit zu verlängern, in der die Gerotor-Pumpe mit heißem Kraftstoff gefüllt werden. Die Druckausgleichsnut 154 in der Einlaßplatte 60 ist vorgesehen, um beim Druckausgleich der Gerotor-Pumpe bezüglich des Auslaßschlitzes 136 und der Auslaßplatte 72 mitzuhelfen, und dies gilt in der gleichen Weise für die Druckausgleichsnut 138 in der Auslaßplatte 72 relativ zu dem Einlaßschlitz 150, wodurch die Bildung eines hydrodynamischen Films begünstigt wird. Vorzugsweise bestehen die Schrauben 74 und 75 aus Stahl, um die Preßpassung zwischen dem Schaftabschnitt 102 und den Bohrungen 172 und 176 beim Zusammenbau der Pumpeinheit 22 zu erleichtern, wie bereits oben be­ schrieben wurde. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser des Mitnehmers 130 re­ lativ zu dem Durchmesser der Öffnung 82 in der Auslaßplatte 72 reduziert, um die Kraftstoffströmung quer über die Einlaß- und Auslaßplatte 60 bzw. 72 zu verbes­ sern.

Bei einem in der Praxis verwirklichten Ausführungsbeispiel der Kraftstoff­ pumpe ergaben sich die folgenden Auslegungs- und Betriebsparameter:
Maximales radiales Spiel zwischen Außenläufer 64 und Innenfläche 108 des Nockenrings. . .0 ,127 mm (0,0050 inch)
Maximales axiales Spiel zwischen den Läufern 64, 68 und der Unterseite 140 der Auslaßplatte 72 beim Zusammenbau. . .0,0762 mm (0,0030 inch)
"Kompressionswinkel" zwischen dem Ende des Einlaßschlitzes 150 bis zu dem Beginn des Auslaßschlitzes 136 minus dem Übergangwinkel von 40° (360°/ neun Zähne). . .-5° bis +10°
Anker-Zeitsteuerwinkel zwischen dem Motor-Kommutator und dem Motor-Laminaten unter Verwendung eines Kohlenstoffkommutators. . .3°.

Claims (11)

1. Kraftstoffpumpe mit einer von einem Antriebsmotor (24) angetriebe­ nen Pumpeinheit (22), welche aufweist: eine Einlaßplatte (60), eine Auslaßplatte (72), einen Nockenring (62), der sandwichartig zwischen der Einlaßplatte (60) und der Auslaßplatte (72) angeordnet ist, eine Gerotor-Pumpanordnung mit einem ver­ zahnten Außenläufer (64) und einem verzahnten Innenläufer (68), die exzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei der Innenläufer (68) durch den Motor (24) dreh­ bar ist und weniger Zähne (70) als der Außenläufer (64) aufweist, wobei ein Teil der Zähne (70) des Innenläufers (68) mit den Zähnen (66) des Außenläufers (64) käm­ men, der Nockenring (62) eine kreisförmige Ausnehmung (108) zur Aufnahme und Lagerung des Außenläufers (64) aufweist und die Einlaßplatte (60) mit einem Ein­ laßschlitz (150) und die Auslaßplatte (62) mit einem Auslaßschlitz (136) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßplatte (60, 72) und der Nockenring (62) durch eine erste und eine zweite Paßstiftschraube (74, 75) sand­ wichartig miteinander verspannt sind, daß jede Paßstiftschraube (74, 75) einen glat­ ten zylindrischen Schaftabschnitt (102) aufweist, der an einem Ende in einen radial erweiterten Kopfabschnitt (94) und am anderen Ende in einen zylindrischen Gewin­ deabschnitt (104) mit Außengewinde übergeht, daß die Ein- und Auslaßplatte (16, 72) sowie der Nockenring (62) jeweils ein erstes und ein zweites Durchgangs­ loch (172, 176; 146, 148; 120, 122) aufweisen, die koaxial zueinander ausgerichtet sind und jeweils eine glatte zylindrische Fläche aufweisen, die den Schaftabschnitt (102) der jeweils zugehörigen Paßstiftschraube (74, 75) passend aufnehmen, daß die Einlaßplatte (60) eine erste und eine zweite Gewindebohrung (170, 174) aufweist, die zu den glatten zylindrischen Durchgangslöchern (172, 176) der Einlaßplatte (60) ausgerichtet und dadurch zu dem Nockenring (62) beabstandet sind, daß die Gewin­ debohrungen (170, 174) der Einlaßplatte (60) einen bezüglich der glatt zylindrischen Durchgangsfläche (172, 176) der Einlaßplatte (60) geringfügig verringerten Durch­ messer haben und mit einem Innengewinde zum Eingriff mit dem Außengewinde des Gewindeabschnittes der beiden Paßstiftschrauben (74, 75) versehen sind, und daß die radialen Toleranzen zwischen dem Außengewinde der Paßstiftschrauben (74, 75) und dem Innengewinde der Gewindebohrungen (170, 174) der Einlaßplatte (60) größer als die Durchmessertoleranzen zwischen dem Schaftabschnitt (102) der Paßstiftschrauben (74, 75) und den zugehörigen glatten zylindrischen Durchgangslö­ chern der Einlaß- und Auslaßplatte (60, 72) sowie des Nockenrings (62) sind.

2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfabschnitte (92, 94) der Paßstiftschrauben (74, 76) eine vorgegebene axiale Ab­ messung zwischen der Auslaßplatte (72) und dem Motor (24) haben und daß Endab­ schnitte der Permanentmagnete (32, 34) des Motors (24) im Einbauzustand in unmit­ telbarer Nähe der benachbarten Stirnflächen der Kopfabschnitte (92, 94) der Paß­ stiftschrauben (74, 76) angeordnet sind, so daß die Kopfabschnitte (92, 94) als Si­ cherheitsanschläge dienen, die durch eine Lockerung bedingte Bewegungen der Permanentmagnete (32, 34) in Richtung auf die Pumpeinheit (22) begrenzen.

3. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (24) und die Pumpeinheit (22) in einem gemeinsamen Gehäuse (28) untergebracht sind, daß eine Stummelwelle (76) an der Einlaßplatte (60) angebracht ist und auf ihr der Innenläufer (68) drehbar gelagert ist, daß der Innen- und Außen­ läufer (68, 64) ein vorgegebenes axiales und radiales Einbauspiel relativ zu der von der Einlaß- und Auslaßplatte sowie dem Nockenring gebildeten Ausnehmung auf­ weisen, welches Spiel durch Einpassung der Paßstiftschrauben (74, 75) in die Ein­ laß- und Auslaßplatte (60, 72) sowie den Nockenring (62) relativ zu der Stummel­ welle (76) gebildet und aufrechterhalten wird.

4. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die glatte zylindrische Fläche jedes Durchgangsloches (172, 176) in der Einlaßplatte (60) einen Gleitsitz mit der glatten zylindrischen Flä­ che des Schaftabschnittes (102) der darin angeordneten Paßstiftschraube (74, 75) bildet.

5. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der glatten zylindrischen Flächen der Durchgangslöcher (120, 122; 146, 148) in der Auslaßplatte (72) und dem Nockenring (62) einen Gleit­ sitz mit der glatten zylindrischen Fläche des Schaftabschnittes (102) der zugehöri­ gen Paßstiftschraube (74, 75) bildet.

6. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kopfabschnitt (94) der Paßstiftschrauben (74, 75) an sei­ ner von der Auslaßplatte (72) entfernten Stirnfläche eine zur Drehmomentaufnahme geeignete Konfiguration (106) hat, um die zugehörige Paßstiftschraube (74, 75) in die Einlaßplatte (60) einschrauben zu können.

7. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Ver­ bindung mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte axiale Spiel in der Größenordnung von 0,0127 bis 0,0762 mm (0,0005 bis 0,0030 inch) und das radiale Spiel in der Größenordnung von 0,0381 bis 0,127 mm (0,0015 bis 0,0050 inch) liegt.

8. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinheit (22) allein durch die Paßstiftschrauben (74, 75) im zur Gerotor-Pumpe zusammengebauten Zustand in der korrekten Ausrichtung zusammengehalten wird.

9. Kraftstoffpumpe mit:
einer Endkappe (42) mit einem Kraftstoffeinlaß, einer Endkappe (40) mit einem Kraftstoffauslaß (48) und einem die Endkappen koaxial verbindenden Gehäuse (28),
einem elektrischen Motor (24) mit einem Anker (26), der zwischen den Endkappen (40, 42) im Gehäuse (28) drehbar gelagert ist, einem Stator (30-34), der den Anker umgebende federbelastete Permanentmagneten (32, 34) aufweist, und einer Stromversorgung für den Motor, und
einer Pumpeinheit, die mit dem Anker (26) verbunden ist, um Kraft­ stoff aus dem Kraftstoffeinlaß durch das Gehäuse (28) zu dem Kraftstoffauslaß (48) zu pumpen, derart, daß der Kraftstoff im Gehäuse praktisch unter dem Auslaßdruck steht, wobei die Pumpeinheit aufweist:
eine Einlaßplatte (60), eine Auslaßplatte (72) und einen Nockenring (62), der sandwichartig zwischen der Einlaß- und Auslaßplatte angeordnet ist und einen Aufnahmeraum zwischen der Einlaß- und Auslaßplatte bildet,
einen Innenläufer (68) und einen Außenläufer (64), die in dem Auf­ nahmeraum angeordnet sind und miteinander in Eingriff stehende Zähne (66, 70) aufweisen, die in Umfangsrichtung angeordnete, größer und kleiner werdende Pumpkammern nach Art einer Gerotor-Pumpe bilden, wobei der Nockenring (62) eine Innenwand aufweist, die den Aufnahmeraum begrenzt und zu dem Außenläufer (64) durch einen radialen Spalt radial beabstandet,
einen Einlaßschlitz (136) in der Einlaßplatte (60) und einen Auslaß­ schlitz (150) in der Auslaßplatte (72), die axial in Zahnrad-Zwischenräume zwi­ schen dem Innen- und Außenläufer bzw. in die größer und kleiner werdenden Pumpkammern münden,
eine Antriebsverbindung (76) zwischen dem Anker (26) und dem in­ neren Laufrad (68) und
Befestigungsmittel (74, 75), die die Einlaß- und Auslaßplatte (60, 72) und den Nockenring (62) sandwichartig miteinander verspannen und die axial ver­ längerte Köpfe (94) aufweisen, welche in unmittelbarer Nähe der zugewandten Ränder der Permanentmagneten (32,34) angeordnet ,sind, um als Sicherheitsan­ schläge zu dienen, die durch Lockerung bedingte Bewegungen der Permanentma­ gnete aus ihrer federbelasteten Einbaulage im Gehäuse (28) begrenzen.

10. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Kraftstoffpumpe mit fol­ genden Schritten:

• (a) Es wird eine Endkappe mit einem Kraftstoffeinlaß, eine Aus­ laßkappe mit einem Kraftstoffauslaß und ein die Endkappen koaxial verbindendes Gehäuse hergestellt,
• (b) es wird ein elektrischer Motor mit einem Anker, der zwischen den Endkappen im Gehäuse drehbar gelagert ist, einem Stator, der den Anker um­ gebende federbelastete Permanentmagneten aufweist, und einer Stromversorgung für einen elektrischen Motor zum Antrieb der Kraftstoffpumpe hergestellt, und
• (c) es wird eine Pumpeinheit hergestellt, die mit dem Anker ver­ bunden wird, um Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinlaß durch das Gehäuse in den Kraftstoffauslaß zu pumpen, derart, daß der Kraftstoff innerhalb des Gehäuses unter dem Auslaßdruck steht, wobei die Pumpeinheit in der Weise hergestellt wird, daß:
• (d) eine Einlaßplatte, eine Auslaßplatte und ein Nockenring herge­ stellt werden, der sandwichartig zwischen der Einlaß- und Auslaßplatte angeordnet ist und einen Aufnahmeraum axial zwischen den Platten bildet,
• (e) ein Innenläufer und ein Außenläufer in dem Aufnahmeraum angeordnet werden, welche miteinander kämmende Zähne aufweisen, welche in Umfangsrichtung angeordnete größer und kleiner werdende Pumpkammern bilden, wobei der Nockenring eine Innenwand aufweist, die den Aufnahmeraum bildet und zu dem Außenläufer durch einen radialen Spalt radial beabstandet ist,
• (f) in der Einlaß- und Auslaßplatte ein Einlaßschlitz bzw. ein Auslaßschlitz vorgesehen werden, die axial in Zahnzwischenräume zwischen den Läufern bzw. in den größer und kleiner werdenden Pumpkammern münden,
• (g) eine Antriebsverbindung zwischen dem Anker und dem Innen­ läufer vorgesehen wird, und
• (h) die Einlaß- und Auslaßplatte und der Nockenring sandwichartig durch Befestigungsmittel miteinander verspannt werden, welche axial verlängerte Köpfe haben, die in unmittelbarer Nähe zu gegenüberliegenden Rändern der Perma­ nentmagneten angeordnet werden, um als Sicherheitsanschläge zu dienen, die durch Lockerung bedingte Bewegungen der Permanentmagnete aus ihrer federbelasteten Einbaustellung im Gehäuse begrenzen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Befe­ stigungsmittel eine erste und eine zweite Paßstiftschraube und hierzu passende zy­ lindrische glatte Durchgangslöcher in der Einlaßplatte verwendet werden, daß in der Einlaßplatte Gewindebohrungen gebildet werden, die einen gegenüber den glatten Durchgangslöchern der Einlaßplatte einen geringfügig verringerten Durchmesser haben, wobei das Gewinde der Gewindebohrungen mit dem Gewindeabschnitt der Paßstiftschrauben in Eingriff gebracht werden, und daß radiale Toleranzen zwischen dem Außengewinde der Paßstiftschrauben und dem Gewinde der Gewindebohrun­ gen der Einlaßplatte vorgesehen werden, die größer sind als die Durchmessertole­ ranzen zwischen dem Schaftabschnitt der Paßstiftschrauben und den zugehörigen glatten Durchgangslöchern in der Einlaß- und Auslaßplatte sowie dem Nockenring.