VERSTELLBARE ROTATIONSPUMPE MIT VERSCHLEISSMINDERUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe mit verstellbarem, vorzugsweise regelbarem Fördervolumen und ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Rotationspumpe kann insbesondere als Schmierölpumpe für die Schmierölversorgung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugsmotors, verwendet werden.

[0002] Schmierölpumpen von Kraftfahrzeugen werden in Abhängigkeit von der Drehzahl des mit Schmieröl zu versorgenden Motors angetrieben, üblicherweise direkt oder über ein mechanisches Getriebe vom Motor. Die Drehzahl der Pumpe steigt dementsprechend mit der Drehzahl des Motors. Da Rotationspumpen ein konstantes spezifisches Fördervolumen haben, d. h. pro Umdrehung bei jeder Drehzahl im Wesentlichen die gleiche Flüssigkeitsmenge fördern, steigt das Fördervolumen proportional mit der Pumpendrehzahl. Der Bedarf des Motors steigt bis zu einer gewissen Grenzdrehzahl ebenfalls in etwa proportional zur Motordrehzahl, knickt nach Erreichen der Grenzdrehzahl jedoch ab oder flacht zumindest ab, so dass die Rotationspumpe bei Überschreiten der Grenzdrehzahl über den Bedarf fördert. Um die überschüssige Fördermenge nicht verlustbehaftet in ein Reservoir leiten zu müssen, wurden verstellbare Rotationspumpen entwickelt. Als Beispiele verstellbarer Rotationspumpen sind innenachsige und außenachsige Zahnradpumpen aus der DE 102 22 131 B4 bekannt. Des Weiteren sind verstellbare Flügelzellenpumpen bekannt. Die Pumpen umfassen jeweils ein hin und her bewegbares Stellglied. In den genannten Beispielfällen ist der Förderrotor entweder ein Zahnrad oder ein Flügelrad. Bei den bekannten innenachsigen Zahnradpumpen und Flügelzellenpumpen wird durch die Bewegung des Verstellglieds die Exzentrizität zwischen zwei miteinander kämmenden Zahnrädern oder die Exzentrizität zwischen dem Flügelrad und dem Stellglied entsprechend dem Bedarf des Verbrauchers verstellt. Bei außenachsigen Zahnradpumpen wird die axiale Eingriffslänge zweier Zahnräder verstellt. Für die Verstellung wird das jeweilige Stellglied mit einer Stellkraft beaufschlagt, beispielsweise unmittelbar mit der Hochdruckflüssigkeit. Der Stellkraft wirkt ein Federglied entgegen. Bei Pumpen der genannten Art, die in zunehmendem Maße aus Leichtmetalllegierungen, insbesondere Al-Legierungen hergestellt werden, unterliegen überraschenderweise die in Reibkontakt stehenden Flächen des Pumpengehäuses und des Stellglieds einem besonderen Verschleiß und bestimmen die Lebensdauer der Pumpe.

[0003] Die DE 102 22 131 B4 betrifft eine Verdrängerpumpe mit Fördervolumenverstellung. Es handelt sich um eine Zahnradpumpe, bei der ein Zahnrad relativ zum anderen Zahnrad linear verschoben werden kann, um die Förderleitung zu variieren. Die DE 10 2004 033 968 A1 betrifft eine Beschichtung für hochbelastbare tribologische Oberflächen von bewegten Bauteilen, wie einem Kolben einer Verbrennungsmaschine. Als Beschichtungen wird ein Gleitlack oder eine Beschichtung aus lösbaren Leiterpolymeren vorgeschlagen. Die DE 42 00 305 A1 betrifft eine regelbare Flügelzellenpumpe mit einem in einem Gehäuse verschwenkbaren Stellring.

[0004] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, das Gesamtgewicht von verstellbaren Rotationspumpen des Verdrängertyps zu verringern.

[0005] Die Erfindung geht von einer Rotationspumpe vom Verdrängertyp aus, die ein Gehäuse mit einer Förderkammer, einen in der Förderkammer um eine Drehachse drehbaren Förderrotor und wenigstens ein in dem Gehäuse hin und her bewegbares Stellglied umfasst. Das Stellglied kann den Förderrotor umgeben oder vorzugsweise zu einer Stirnseite des Förderrotors angeordnet sein. Ein den Förderrotor umgebendes Stellglied kann insbesondere bei innenachsigen Pumpen, beispielsweise Zahnringpumpen und Flügelzellenpumpen, vorgesehen und als drehbar gelagerter Exzenterring wie aus der DE 102 22 131 B4 oder der EP 0 846 861 B1 bekannt oder als Hubring gebildet sein. Bevorzugt wird jedoch ein Stellglied, das wie von Außenzahnradpumpen bekannt, beispielsweise der DE 102 22 131 B4, zu einer Stirnseite des Förderrotors angeordnet ist und die Förderkammer an der betreffenden Stirnseite axial abdichtet. Ein derartiges Stellglied bildet einen Stellkolben, der längs der Drehachse des Förderrads hin und her axial bewegbar ist. Ein den Förderrotor umgebendes Stellglied ist drehbar oder schwenkbar gelagert, kann aber alternativ auch linear bewegbar gelagert sein. Die Förderkammer weist eine Niederdruckseite und eine Hochdruckseite auf. Auf der Niederdruckseite ist wenigstens ein Einlass und auf der Hochdruckseite ist wenigstens ein Auslass für ein zu förderndes Fluid angeordnet. Die Niederdruckseite der Förderkammer und der gesamte stromaufwärtige Teil des Systems, in dem die Pumpe eingebaut ist, bilden die Niederdruckseite der Pumpe. Die Hochdruckseite der Förderkammer und der gesamte sich daran anschließende, stromabwärtige Teil des Systems bilden die Hochdruckseite der Pumpe. Die Niederdruckseite erstreckt sich bis zu einem Reservoir für das Fluid, und die Hochdruckseite erstreckt sich bis wenigstens zu der stromabwärtigsten Verbrauchsstelle, die hohen Fluiddruck benötigt.

[0006] Das Stellglied ist in Richtung seiner Bewegbarkeit mit einer Stellkraft beaufschlagbar, die von dem Druck des Fluids der Hochdruckseite der Pumpe abhängt oder einer anderen für den Bedarf maßgeblichen Größe des Systems. Der Druck kann unmittelbar an dem Auslass der Förderkammer oder einem nachgelagerten Pumpenauslass oder von einer weiter stromabwärts im System gelegenen Stelle, beispielsweise der letzten Verbrauchsstelle, abgenommen werden. In die Bildung der Stellkraft kann statt des Drucks oder zusätzlich zu dem Druck beispielsweise die Temperatur des Fluids einfließen oder einer Komponente im System, in dem die Pumpe eingebaut ist, beispielsweise eine Motortemperatur. Gegebenenfalls werden andere oder weitere physikalische Größen für die Bestimmung der Stellkraft herangezogen. Die Stellkraft kann mittels eines zusätzlichen Stellglieds, beispielsweise eines Elektromotors, erzeugt werden. Bevorzugter ist jedoch das Stellglied unmittelbar mit dem Druck des Fluids beaufschlagbar, d. h. es wird im Betrieb der Pumpe mit dem Druckfluid beaufschlagt. Das Stellglied wird in bevorzugten Ausführungen, insbesondere in Ausführungen, in denen es mit dem Druckfluid beaufschlagt wird, der Stellkraft entgegenwirkend mit einer Elastizitätskraft beaufschlagt. Die Elastizitätskraft wird von einem Elastizitätsglied erzeugt, vorzugsweise von einer mechanischen Feder.

[0007] Das Stellglied steht mit dem Gehäuse in einem Gleitkontakt, indem das Gehäuse eine Laufbahn und das Stellglied eine Stellglied-Gleitfläche bilden und das Stellglied mittels seiner Gleitfläche von der Laufbahn in dem Gleitkontakt geführt wird. Das Stellglied kann zusätzlich noch anderweitig geführt werden, beispielsweise in einem Schwenkgelenk, bevorzugter wird es jedoch nur von der Laufbahn geführt. Erfindungsgemäß ist das Stellglied zumindest im Wesentlichen aus dem Kunststoffgleitmaterial geformt, das die Stellgliedgleitfläche bildet.

[0008] Bevorzugt wird die Laufbahn aus einem Gleitmaterial gebildet. Das Gleitmaterial kann insbesondere ein Kunststoff, ein keramisches Material, ein Nitrid, eine Nickelphosphorverbindung, ein Gleitlack, eine DLC-Beschichtung, eine Ferroprint-Beschichtung oder eine Nano-Beschichtung sein. Das Gleitmaterial kann eine Oberflächenbeschichtung bilden. Falls das Gleitmaterial ein Kunststoff ist, kann ein die Laufbahn bildendes Gehäuseteil ausschließlich oder doch zumindest im Wesentlichen aus dem Gleitmaterial bestehen. In bevorzugten Ausführungen besteht sowohl die StellgliedGleitfläche als auch die Laufbahn aus einem Gleitmaterial, entweder je dem gleichen oder jeweils aus einem anderen Gleitmaterial. Verschleißminderungen werden jedoch auch bereits erzielt, wenn entweder nur die Stellglied-Gleitfläche oder nur die Laufbahn aus dem Gleitmaterial besteht, wobei der Verwendung des Gleitmaterials für die Stellglied-Gleitfläche der Vorzug gegeben wird.

[0009] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass für den Verschleiß Furchung, andererseits aber auch Adhäsion maßgeblich sein kann. Adhäsion kann insbesondere dann der Verschleiß bestimmende Reibmechanismus sein, wenn die im Gleitkontakt stehenden Reibpartner so glatt sind, dass der Reibmechanismus der Furchung oder Abrasion in den Hintergrund tritt. So wurde bei verstellbaren Außenzahnradpumpen festgestellt, dass die zu den Stirnseiten des axial bewegbaren Förderrotors angeordneten Stellglieder, nämlich die beiden Stellkolben, einem beachtlichen Schwingreibverschleiß unterliegen. Die für die Einstellung des Fördervolumens erforderlichen Verstellbewegungen können den Schwingreibverschleiß nicht verursachen. Die Verstellbewegungen sind zu langsam. Den Verstellbewegungen sind jedoch Oszillationen mit im Vergleich zu den Regelbewegungen kurzen Hüben und weitaus höherer Frequenz überlagert. Zwischen den Gleitflächen der Stellglieder und der Laufbahn des Pumpengehäuses kommt es daher zur Adhäsion mit der Folge, dass örtlich Materialverschweißungen auftreten, die durch die Verstellbewegungen losgebrochen werden. Nach der Erfindung werden die Gleitpartner, d. h. die Gleitfläche des Stellglieds oder der mehreren Stellglieder und die Laufbahn oder mehreren Laufbahnen des Gehäuses, so gestaltet, dass die Adhäsionsneigung im Reibungssystem im Vergleich zu den für die Gleitpartner üblichen Oberflächen aus Aluminiumlegierungen deutlich verringert wird. Das Gleitmaterial ist vorteilhafterweise so gewählt, dass es eine Adhäsionsenergie bzw. freie Oberflächenenergie aufweist, die höchstens halb so groß wie die Adhäsionsenergie von reinem Aluminium ist. Diese Bedingung wird insbesondere von Kunststoffmaterialien und keramischen Materialien, vorzugsweise Metalloxidkeramiken, aber auch von den vorstehend genannten weiteren Gleitmaterialien erfüllt. Die Adhäsionsenergie oder freie Bindungsenergie nimmt mit der Dichte der freien Elektronen zu. Die Forderung nach einer niedrigen Adhäsionsenergie erfüllen demnach Materialien mit einer niedrigen Dichte freier Elektronen.

[0010] Eine als Gleitmaterial besonders geeignete Materialgruppe sind temperaturfeste Thermoplaste. Das Polymer oder die gegebenenfalls mehreren Polymere des Kunststoffgleitmaterials ist/sind vorteilhafterweise gleitmodifiziert, d. h. der Kunststoff enthält einen Gleitzusatz, durch den die Gleiteigenschaften verbessert werden. Solch ein Gleitmaterial ist auch bestens in den Fällen geeignet, in denen nur einer der Gleitpartner des Reibsystems aus Gleitmaterial besteht. Ein bevorzugter Gleitzusatz ist Graphit. Alternativ kommt als Gleitzusatz vor allem ein Polymer aus der Gruppe der Fluorpolymere in Frage. Ein bevorzugtes Beispiel aus dieser Gruppe ist Polytetrafluorethylen (PTFE). Besonders bevorzugt sind dem Polymer, Copolymer, der Polymermischung oder dem Polymerblend als Gleitzusatz sowohl Graphit als auch wenigstens ein Fluorpolymer, bevorzugt PTFE, beigemischt. Der Anteil des Gleitzusatzes sollte wenigstens 10 Gew.-% insgesamt betragen, bevorzugter beträgt der Anteil des Gleitzusatzes insgesamt 20 % ± 5 %. Falls unterschiedliche Materialien den Gleitzusatz bilden, sollten die einzelnen Anteile zumindest im Wesentlichen gleich sein. So werden Kunststoffgleitmaterialien bevorzugt, die 10 ± 2 Gew.-% Graphit und 10 ± 2 Gew.-% Fluorpolymer enthalten. Als vorteilhaft wird auch die Zugabe von Fasermaterial angesehen, wobei als Fasermaterial Carbonfasern der Vorzug gegeben wird. Glasfasern sollten nicht zugegeben werden, da sie an der Oberfläche der aus dem Gleitmaterial gebildeten Gleitschicht feine Nadelspitzen bilden können und daher die Gleiteigenschaften verschlechtern. Das Kunststoffgleitmaterial enthält vorzugsweise 10 ± 5 Gew.-%, bevorzugter 10 ± 3 Gew.-% Fasermaterial.

[0011] Als Gleitmaterial bevorzugte Kunststoffe enthalten 70 ± 10 Gew.-% Polymermaterial. Obgleich grundsätzlich Polymermischungen oder Polymerblends als Basismaterial in Frage kommen, enthält das Kunststoffgleitmaterial bevorzugt nur eine Art von Polymer. Polymere mit ihren langen Kohlenwasserstoffketten haben eine sehr geringe Dichte freier Elektronen und auch entsprechend wenig freie Plätze für freie Elektronen des Gleitpartners. In dieser Hinsicht sind amorphe Polymere mit ihren verknäulten Molekülketten besonders vorteilhaft. Der Kristallinitätsgrad des Polymermaterials sollte möglichst niedrig sein. Andererseits sollte das Polymermaterial keine praktisch ins Gewicht fallende Entropieelastizität haben. Die untere Einsatztemperatur sollte bei -40 °C, besser darunter liegen. Die Dauergebrauchstemperatur sollte wenigstens +150 °C betragen. Innerhalb dieses Gebrauchstemperaturbereichs sind eine geringe Kriechneigung, ausreichende mechanische Festigkeit und Formstabilität gefordert. Für den Einsatz im Fahrzeugbau sollte das Kunststoffgleitmaterial ferner resistent gegen Kraftstoffe sein. Generell ist Resistenz gegen das geförderte Fluid zu fordern. Von Vorteil ist ferner, wenn das Gleitmaterial auch harte Partikel einbetten kann, die durch Furchung, d. h. Abrieb, entstehen können. Bevorzugte Polymermaterialien sind:

• Polysulfon (PSU) oder insbesondere Polyethersulfon (PES), auch Copolymerisate aus PES und Polysulfon (PSU),
• Polyphenylensulfid (PPS)
• Polyetherketone, nämlich PAEK, PEK oder insbesondere PEEK
• Polyphthalamid (PPA)
• und Polyamid (PA)

[0012] Das Stellglied ist in bevorzugten ersten Ausführungsformen aus dem Kunststoffgleitmaterial geformt, vorzugsweise im Spritzguss. Vorzugsweise besteht es in derartigen Ausführungen aus dem Kunststoff. Grundsätzlich können in dem Kunststoff jedoch Einlegeteile eingebettet sein; in diesem Sinne besteht das Stellglied zumindest im Wesentlichen aus dem Kunststoffgleitmaterial. Anstatt des Stellglieds kann auch ein Gehäuseteil, das die Laufbahn bildet, aus dem Kunststoffgleitmaterial geformt sein, vorzugsweise im Spritzguss und allein aus dem Kunststoff oder im vorstehenden Sinne zumindest im Wesentlichen aus dem Kunststoff bestehen. In einer demgegenüber bevorzugten Variante ist das Gehäuse aus einem Metall, vorzugsweise einem Leichtmetall geformt, und die Laufbahn wird von einem aus dem Kunststoffgleitmaterial bestehenden Einsatzteil, vorzugsweise einer Laufbuchse, gebildet. Grundsätzlich können auch das Stellglied und ein die Laufbahn bildendes Gehäuseteil, insbesondere Einsatzteil, jeweils aus dem Kunststoffgleitmaterial geformt sein. Im Rahmen der ersten Ausführungsformen wird es besonders bevorzugt, wenn nur das Stellglied zumindest im Wesentlichen aus dem Kunststoffgleitmaterial besteht, die Laufbahn hingegen von einem Kunststoffgleitmaterial oder gegebenenfalls einem anderen Gleitmaterial nur als Oberflächenbeschichtung oder als unbeschichtete Metalloberfläche gebildet wird.

[0013] In bevorzugten zweiten Ausführungsformen wird wenigstens eine der in Gleitkontakt stehenden Gleitflächen von einer dünnen Gleitschicht gebildet. Das Stellglied oder das die Laufbahn bildende Gehäuseteil besteht unter der oberflächlichen Gleitschicht aus einem anderen Material, nämlich einem Trägermaterial. Das Trägermaterial kann insbesondere ein Metall, vorzugsweise ein Leichtmetall sein. Kandidaten für Leichtmetalle sind vor allem Aluminium, Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen. In den zweiten Ausführungsformen sind vorzugsweise beide Gleitflächen als oberflächliche Gleitschichten aus je einem Gleitmaterial mit gegenüber Aluminium oder Magnesium deutlich geringerer Adhäsionsenergie gebildet. Falls nur eine der Gleitflächen der beiden Gleitpartner aus dem Gleitmaterial besteht, handelt es sich vorzugsweise um die Gleitfläche des Stellglieds. Vorteilhaft ist auch eine Kombination einer ersten und einer zweiten Ausführungsform, bei der das Stellglied oder das die Laufbahn bildende Gehäuseteil, vorzugsweise Einsatzteil, zumindest im Wesentlichen aus Kunststoff besteht und das andere Teil eine Oberflächenschicht aus dem Gleitmaterial, beispielsweise ebenfalls aus Kunststoff oder einem keramischen Material aufweist.

[0014] Die oberflächliche Gleitschicht kann durch Auftragen des Gleitmaterials oder durch Umwandlung des Trägermaterials gebildet werden. Kunststoffgleitmaterial wird aufgetragen, vorzugsweise wird der aus dem Trägermaterial geformte Rohling mit dem Kunststoff umspritzt. Das Kunststoffgleitmaterial sollte eine thermische Längendehnung aufweisen, die der Längendehnung des Trägermaterials möglichst nahe kommt. Durch Umwandlung leichtmetallischer Trägermaterialien entsteht hingegen eine metalloxidkeramische Gleitschicht oder eine Nitridschicht. Ist das Trägermaterial Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, wird die Gleitschicht vorzugsweise durch Eloxieren erhalten. Durch Eloxieren kann insbesondere eine so genannte Hardcoat^®-Gleitschicht (HC-Schicht) oder bevorzugter eine so genannte Hardcoat^®-Glatt-Gleitschicht (HC-GL-Schicht) gebildet werden. Hardcoat^®-Glatt-Elektrolyte bestehen aus einer Mischung von Oxalsäure und Additiven. Zur Herstellung von Hardcoat^®-Schichten wird in der Regel Schwefelsäure (H₂SO₄) verwendet. Auch für Magnesium und Magnesiumlegierungen als Trägermaterial sind anodische Oxidationsverfahren zur Schaffung einer mit Al₂O₃-Gleitschichten vergleichbaren metallkeramischen Gleitschicht bekannt, beispielsweise das so genannte DOW-Verfahren. In der keramischen Gleitschicht ist vorzugsweise PTFE verteilt, die Keramik ist sozusagen mit PTFE imprägniert.

[0015] Das Gehäuse oder auch nur ein die Laufbahn bildendes Gehäuseteil kann wie bereits erwähnt insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung geformt sein. Das Gehäuse oder das betreffende Gehäuseteil wird vorzugsweise gegossen. Die Aluminiumlegierung ist daher bevorzugt eine Al-Gusslegierung. Falls das Stellglied nicht zumindest im Wesentlichen aus Kunststoffgleitmaterial besteht, wird es bevorzugt aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise einer Gusslegierung geformt, bevorzugt durch Gießen und anschließendes Fließpressen oder durch Sintern und Kalibrieren. Sowohl für das Gehäuseteil als auch das Stellglied gilt, dass die jeweilige Aluminiumlegierung vorzugsweise 10 ± 2 Gew.-% Silizium enthält. Bevorzugt enthält die jeweilige Legierung auch Kupfer, allerdings mit einem Anteil von höchstens 4 Gew.-%, bevorzugt höchstens 3 Gew.-%. Des Weiteren kann sie einen kleineren Anteil Eisen enthalten. Das Gehäuseteil, vorzugsweise auch weitere Teile des Gehäuses, ist oder sind vorzugsweise im Sandguss oder Druckguss geformt, wobei sich der Druckguss in erster Linie für größere und der Sandguss für kleinere Serien anbieten. Statt Sandguss kann auch Kokillenguss zur Anwendung gelangen. Eine besonders bevorzugte Legierung für das Gehäuseteil und auch für das Gehäuse insgesamt ist AlSi8Cu3, falls es im Sandguss oder Kokillenguss geformt wird, und AISi9Cu3 zuzüglich eines geringen Fe-Anteils, falls es im Druckguss geformt wird.

[0016] Als Gleitmaterial bevorzugte Nitride sind Titancarbonitrid (TiCN) und insbesondere nitrierter Stahl. Als nitrierte Stähle kommen insbesondere Stähle mit hohem Chromgehalt, vorzugsweise mit Molybdänanteil und ebenfalls bevorzugt mit Vanadiumanteil zum Einsatz, beispielsweise 30CrMoV9. TiCN gelangt als Oberflächenbeschichtung auf einem Leichtmetall-Trägermaterial zum Einsatz. Falls nitrierter Stahl das Gleitmaterial bildet, ist der entsprechende Stahl vorzugsweise das Trägermaterial. So kann insbesondere das Stellglied aus dem Stahl geformt und die Stellglied-Gleitfläche aus dem nitrierten Stahl bestehen. Eine besonders bevorzugte Gleitpaarung ist Hardcoat^®-Keramik oder Hardcoat^®-Glatt-Keramik bei dem einen und nitrierter Stahl bei dem anderen Gleitpartner. Das keramische Gleitmaterial dieser Paarung kann PTFE enthalten, geringer Verschleiß wird jedoch auch bei Verwendung nur der Keramik erzielt. Eine Gleitpaarung aus Hardcoat^®- oder Hardcoat^®-Glatt-Keramik mit gesinterter Zinnbronze ist ebenfalls eine Alternative, obgleich im Hinblick auf die Wärmeausdehnung nur eine bedingt bevorzugte.

[0017] Verschleiß mindernd wirkt sich auch eine DLC-Beschichtung (Diamond Like Carbon) und hier insbesondere eine Wolframcarbid(WC)-Beschichtung aus. Eine DLC-Gleitschicht kann insbesondere durch Plasmabeschichten erzeugt werden.

[0018] Gleitlacke sind ebenfalls geeignete Gleitmaterialien, wobei auch für Gleitlacke gilt, dass eine Verschließminderung zwar bereits bei Beschichtung nur eines der Gleitpartner erzielt wird, eine Gleitlackbeschichtung beider Gleitpartner des Reibsystems jedoch der Vorzug gegeben wird. Auch eine Kombination eines Gleitlacks bei dem einen und eines Kunststoffmaterials bei dem anderen Gleitpartner ist eine vorteilhafte Lösung. Der Gleitlack besteht aus einem organischen oder anorganischen Bindemittel, einem oder mehreren Festschmierstoffen und Additiven. Als Festschmierstoff kommen insbesondere MoS₂, Graphit oder PTFE einzeln oder in Kombination in Frage. Vor dem Beschichten mit dem Gleitlack wird die zu beschichtende Oberfläche vorbehandelt, indem auf der zu beschichtenden Oberfläche zweckmäßigerweise eine Phosphatschicht gebildet wird. Ein besonderer Gleitlack ist Ferroprint, der als Festschmierstoff feine Stahlplättchen enthält.

[0019] Falls eine Nano-Beschichtung das Gleitmaterial bildet, können insbesondere Nano-Phosphorverbindungen die Gleitschicht bilden.

[0020] Vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden auch in den Unteransprüchen und deren Kombinationen beschrieben. Die dort beschriebenen Merkmale und die vorstehend beschriebenen ergeben weitere vorteilhafte Merkmalskombinationen.

[0021] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren erläutert. An den Ausführungsbeispielen offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder Kombination von Merkmalen, die sich nicht gegenseitig ausschließen, die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen vorteilhaft weiter. Es zeigen:

Figur 1

eine Förderkammer einer Außenzahnradpumpe mit zwei in Zahneingriff befindlichen Förderrotoren und

Figur 2

die Außenzahnradpumpe in einem Längsschnitt.

[0022] Figur 1 zeigt eine Außenzahnradpumpe in einem Querschnitt. In einem Pumpengehäuse, das ein Gehäuseteil 3 und einen Deckel 6 (Figur 2) umfasst, ist eine Förderkammer gebildet, in der zwei außenverzahnte Förderrotoren 1 und 2 in Form von außen verzahnten Zahnrädern um parallele Drehachsen R₁ und R₂ drehbar gelagert sind. Der Förderrotor 1 wird drehangetrieben, beispielsweise von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. Die Förderrotoren 1 und 2 sind miteinander in einem Zahneingriff, so dass bei einem Drehantrieb des Förderrotors 1 der damit kämmende Förderrotor 2 ebenfalls drehangetrieben wird. In die Förderkammer münden auf einer Niederdruckseite ein Einlass 4 und auf einer Hochdruckseite ein Auslass 5 für ein zu förderndes Fluid, vorzugsweise Schmieröl für einen Verbrennungsmotor. Das Gehäuseteil 3 bildet den Förderrotoren 1 und 2 in radialer Richtung zugewandt jeweils eine radiale Dichtfläche 9, die den jeweiligen Förderrotor 1 oder 2 umfangsseitig unter Ausbildung eines engen radialen Dichtspalts umschlingt. Für den Förderrotor 1 bildet das Gehäuse 3, 6 ferner an jeder Stirnseite des Förderrotors 1 und diesem axial zugewandt eine axiale Dichtfläche, von denen in Figur 1 die Dichtfläche 7 zu erkennen ist. Dem Förderrotor 2 ist an dessen beiden Stirnseiten axial zugewandt je eine weitere axiale Dichtfläche gebildet, von denen im Querschnitt der Figur 1 die Dichtfläche 17 zu erkennen ist.

[0023] Durch Drehantrieb der Förderrotoren 1 und 2 wird Fluid durch den Einlass 4 in die Förderkammer gesogen und in den Zahnlücken der Förderrotoren 1 und 2 durch die jeweilige Umschlingung auf die Hochdruckseite der Förderkammer und dort durch den Auslass 5 zu dem Verbraucher, im angenommenen Beispielfall der Verbrennungsmotor, gefördert. Während der Fördertätigkeit trennen die zwischen den Förderrotoren 1 und 2 und den genannten Dichtflächen gebildeten Dichtspalte und der Zahneingriff der Förderrotoren 1 und 2 die Hochdruckseite von der Niederdruckseite. Die Förderrate der Pumpe steigt proportional mit der Drehzahl der Förderrotoren 1 und 2. Da ein beispielhaft als Verbraucher angenommener Verbrennungsmotor ab einer gewissen Grenzdrehzahl weniger Schmieröl aufnimmt als die Pumpe entsprechend ihrer proportional mit der Drehzahl steigenden Kennlinie fördern würde, wird die Förderrate der Pumpe ab der Grenzdrehzahl abgeregelt. Für die Abregelung ist der Förderrotor 2 relativ zu dem Förderrotor 1 axial, d.h. längs seiner Drehachse R₂ hin und her bewegbar, so dass die Eingriffslänge der Förderrotoren 1 und 2 und entsprechend die Förderrate verändert werden können.

[0024] In Figur 2 nimmt der Förderrotor 2 eine axiale Position mit einer axialen Überdeckung, d.h. Eingriffslänge, ein, die im Vergleich zu der maximalen Eingriffslänge bereits reduziert ist. Der Förderrotor 2 ist Bestandteil einer Verstelleinheit bestehend aus einem Lagerzapfen 14, einem Stellglied 15, einem Stellglied 16 und dem zwischen den Stellgliedern 15 und 16 drehbar auf dem Lagerzapfen 14 gelagerten Förderrotor 2. Der Lagerzapfen 14 verbindet die Stellglieder 15 und 16 drehsteif miteinander. Das Stellglied 16 bildet dem Förderrotor 2 zugewandt die axiale Dichtfläche 17. Das Stellglied 15 bildet die andere axiale Dichtfläche 18. Die gesamte Verstelleinheit ist in einem Verschieberaum des Pumpengehäuses 3, 6 axial hin und her verschiebbar verdrehgesichert gelagert.

[0025] Das Gehäuse wird von dem Gehäuseteil 3 und dem damit fest verbundenen Gehäusedeckel 6 gebildet. Der Gehäusedeckel 6 ist mit einem Sockel geformt, dessen dem Förderrotor 1 zugewandte Stirnfläche die Dichtfläche 7 bildet. Das Gehäuseteil 3 bildet auf der gegenüberliegenden Stirnseite dem Förderrotor 1 axial zugewandt die vierte axiale Dichtfläche 8. Die Dichtfläche 8 ist an ihrer der Verstelleinheit zugewandten Seite mit einem kreissegmentförmigen Ausschnitt für das Stellglied 15 versehen. Das Stellglied 16 ist an seiner zum Förderrotor 1 gewandten Seite mit einem kreissegmentförmigen Ausschnitt für den die Dichtfläche 7 bildenden Sockel 6 versehen. Von dem jeweiligen Ausschnitt abgesehen entspricht die Dichtfläche 7 der Dichtfläche 8 und entspricht die Dichtfläche 17 der Dichtfläche 18.

[0026] Die Verstellglieder 15 und 16 des Ausführungsbeispiels sind Verstellkolben. Der Verschieberaum, in dem die Verstelleinheit axial hin und her beweglich ist, umfasst einen von der Rückseite des Stellglieds 15 begrenzten Teilraum 10 und einen von der Rückseite des Stellglieds 16 begrenzten Teilraum 11. Der Teilraum 11 ist mit der Hochdruckseite der Pumpe verbunden und wird ständig mit dort abgezweigtem Druckfluid beaufschlagt, das somit auf die Rückseite des Stellglieds 16 wirkt. In dem Raum 10 ist eine mechanische Druckfeder als Elastizitätsglied 12 angeordnet, dessen Elastizitätskraft auf die Rückseite des Stellglieds 15 wirkt. Das Elastizitätsglied 12 wirkt der im Teilraum 11 auf das Stellglied 16 wirkenden Druckkraft entgegen. Die Regelung derartiger Außenzahnradpumpen ist bekannt und bedarf daher keiner Erläuterung. Die Regelung kann insbesondere entsprechend der DE 102 22 131 B4 gestaltet sein.

[0027] Wären die axialen Dichtflächen 7, 8 und 17, 18 umlaufend glatt und die axialen Dichtspalte dementsprechend umlaufend eng, würde im Eingriffsbereich der Förderrotoren 1 und 2 Fluid der Hochdruckseite gequetscht, d.h. noch über den Druck der Hochdruckseite hinaus komprimiert und auf die Niederdruckseite gefördert werden. Für das Quetschen des Fluids wird Antriebsleistung verbraucht und ferner ist mit der besonderen Kompression des Fluids und dem Transport durch den Zahneingriff hindurch eine Förderstrompulsation verbunden.

[0028] Zur Vermeidung der genannten Nachteile sind die Dichtflächen 7, 8, 17 und 18 auf der Hochdruckseite je mit einer Entlastungstasche versehen. Von den vier Taschen sind in Figur 1 die Taschen 7a und 17a zu erkennen. Entlastungstaschen sind nur auf der Hochdruckseite gebildet.

[0029] Das Gehäuseteil 3 führt die Stellglieder 15 und 16 in einem Gleitkontakt. Für den Gleitkontakt bilden das Gehäuseteil 3 eine Laufbahn 3a und das Gehäuseteil 3 gemeinsam mit dem Deckel 6 eine Laufbahn 3b, 6b. Die Stellglieder 15 und 16 bilden an ihrer äußeren Umfangsfläche je eine Stellglied-Gleitfläche 15a und 16a. In dem Gleitkontakt stehen genauer gesagt die Laufbahn 3a und die Stellglied-Gleitfläche 15a einerseits und die Laufbahn 3b, 6b und die Stellglied-Gleitfläche 16a andererseits. Im Stand der Technik ist es üblich, die Gehäuse 3, 6 und die Stellglieder 15 und 16 aus Leichtmetalllegierungen zu fertigen. In den aus den Laufbahnen 3a und 3b, 6b einerseits und den Stellglied-Gleitflächen 15a und 16a andererseits gebildeten Reibsystemen bildet ein besonderes Gleitmaterial je wenigstens einen der Gleitpartner des betreffenden Reibsystems. Dabei kann in dem Reibsystem 3a/15a entweder die Laufbahn 3a oder die Stellglied-Gleitfläche 15a von dem Gleitmaterial gebildet werden. Das gleiche Gleitmaterial kann ferner sowohl die Laufbahn 3a als auch die Stellglied-Gleitfläche 15a bilden. Schließlich können die beiden Gleitflächen 3a und 15a jeweils von einem anderen Gleitmaterial gebildet werden. Das Gleiche gilt in Bezug auf das andere Reibungssystem 3b, 6b/16a. Falls nur einer der Gleitpartner des jeweiligen Reibsystems aus dem Gleitmaterial besteht, kommt zweckmäßigerweise jeweils das gleiche Gleitmaterial zum Einsatz. Bestehen beide Reibpartner aus einem Gleitmaterial, werden die Stellglied-Gleitflächen 15a und 16a je vom gleichen Gleitmaterial oder die Laufbahnen 3a, 3b und 6b je vom gleichen Gleitmaterial gebildet.

[0030] Obgleich grundsätzlich im jeweiligen Reibsystem einer der Gleitpartner aus einer Metalllegierung, vorzugsweise einer Leichtmetalllegierung, bestehen kann, entspricht es bevorzugten Ausführungsbeispielen, wenn jeder der Gleitpartner von einem besonderen Gleitmaterial niedriger Adhäsionsenergie gebildet wird. Das Gleitmaterial der Gleitpartner des jeweiligen Reibsystems kann gleich oder unterschiedlich sein. Die Stellglieder 15 und 16 können insgesamt aus dem Gleitmaterial geformt sein oder aus einem Trägermaterial, vorzugsweise einer Leichtmetalllegierung, und oberflächlich je eine Gleitschicht aus dem Gleitmaterial aufweisen. Das Gehäuse, im Ausführungsbeispiel das Gehäuseteil 3 und der Deckel 6, können ebenfalls aus Kunststoff geformt sein, in bevorzugten Ausführungsbeispielen wird jedoch zumindest das Gehäuseteil 3, vorzugsweise auch der Deckel 6, aus einer Metalllegierung gegossen, vorzugsweise einer Leichtmetalllegierung. Als Leichtmetall kommen insbesondere Aluminiumlegierungen in Frage. Nachfolgend werden bevorzugte Beispiele angegeben:

Beispiel 1

[0031] 

Gehäuseteil 3 und Deckel 6:

jeweils aus AlSi9Cu3 (Fe) Druckguss

Stellglieder 15 und 16:

PES-Compound: 10 Gew.-% Carbonfasern, 10 Gew.-% Graphit, 10 Gew.-% PTFE, Rest PES (z. B. ULTRASON^®)

[0032] Im Beispiel 1 werden das Gehäuseteil 3 und der Deckel 6 je aus der gleichen Aluminiumlegierung, nämlich AISi9Cu3 im Druckguss geformt. Die Legierung kann einen geringen Fe-Anteil enthalten. Die Laufbahnen 3a, 3b und 6b werden durch mechanische Bearbeitung passgenau erhalten. Die Stellglieder 15 und 16 werden jeweils im Ganzen aus dem spezifizierten Kunststoffgleitmaterial geformt. Die Gleitflächen 15a und 16a werden durch mechanische Bearbeitung passgenau erzeugt.

Beispiel 2

[0033] 

Gehäuseteil 3 und Deckel 6:

jeweils aus AlSi9Cu3(Fe) Druckguss

Stellglieder 15 und 16:

PES-Compound: 10 Gew.-% Carbonfasern, 10 Gew.-% Graphit, 10 Gew.-% PTFE, Rest PES (z. B. ULTRASON^®)

Laufbahnen 3a, 3b und 6b:

mit gleitmodifiziertem Kunststoff oder Gleitlack beschichtet

[0034] Das Beispiel 2 entspricht mit Ausnahme der Laufbahnen 3a, 3b und 6b dem Beispiel 1. Im Unterschied zum Beispiel 1 bildet jedoch jeweils eine Gleitschicht aus Kunststoffgleitmaterial oder Gleitlack die Laufbahnen 3a, 3b und 6b. Das Kunststoffgleitmaterial kann insbesondere das Material der Stellglieder 15 und 16 sein.

Beispiel 3

[0035] 

Gehäuseteil 3 und Deckel 6:

jeweils aus AlSi9Cu3(Fe) Druckguss

Stellglieder 15 und 16:

fließgepresste Teile aus Aluminiumgusshalbzeug als Trägermaterial, beispielsweise AlSi8Cu3

Gleitflächen 15a und 16a:

PES-Compound: 10 Gew.-% Carbonfasern, 10 Gew.-% Graphit, 10 Gew.-% PTFE, Rest PES (z. B. ULTRASON^®)

[0036] Das Gehäuseteil 3 und der Deckel 6 entsprechen dem Beispiel 1. Die Stellglieder 15 und 16 bestehen je aus der gleichen Al-Legierung, vorzugsweise AlSi8Cu3. Sie werden aus einem gegossenen Halbzeug der Aluminiumlegierung durch Fließpressen geformt. Anschließend werden zumindest die Umfangsflächen je mit einer Gleitschicht aus dem Kunststoffgleitmaterial versehen. Anstatt die Rohlinge der Stellglieder 15 und 16 durch Fließpressen zu formen, können die Rohlinge durch Sintern und Kalibrieren geformt werden. Die fließgepressten oder kalibrierten Rohlinge werden angewärmt und in einer Form mit dem Kunststoffgleitmaterial umspritzt, vorzugsweise komplett umhüllt.

Beispiel 4

[0037] 

Gehäuseteil 3 und Deckel 6:

jeweils aus AlSi9Cu3(Fe) Druckguss

Laufbahnen 3a, 3b und 6b:

Hardcoat^®-Glatt (HC-GL-Gleitschicht, vorzugsweise mit PTFE-Imprägnierung)

Stellglieder 15 und 16:

fließgepresste Teile aus Aluminiumgusshalbzeug als Trägermaterial, beispielsweise AlSi8Cu3

Gleitflächen 15a und 16a:

Hardcoat^®-Glatt (HC-GL-Gleitschicht, vorzugsweise mit PTFE-Imprägnierung)

[0038] Das Gehäuseteil 3 und der Deckel 6 entsprechen dem Beispiel 1. Die Stellglieder 15 und 16 bestehen je aus der gleichen Aluminiumlegierung, vorzugsweise AlSi8Cu3. Sie werden entweder aus einem Gusshalbzeug durch Fließpressen geformt oder alternativ durch Sintern und Kalibrieren. Anschließend werden die Stellglied-Rohlinge zumindest an ihrer jeweils die Gleitfläche 15a und 16a bildenden Umfangsfläche eloxiert. Als Elektrolyt wird eine Mischung aus Oxalsäure und Additiven verwendet, so dass sich an den äußeren Umfangsflächen je eine Gleitschicht aus Al₂O₃―Hardcoat^®-Glatt bildet. Vorzugsweise ist die Gleitschicht mit PTFE imprägniert. Die Laufbahnen 3a, 3b und 6b werden in gleicher Weise ebenfalls je als HC-GL-Gleitschicht, vorzugsweise als PTFE-imprägnierte Gleitschicht gebildet.

[0039] In einer Abwandlung kann einer der beiden Gleitpartner oder können auch beide Gleitpartner je als HC-Gleitschicht gebildet sein, ebenfalls bevorzugt als PTFE-imprägnierte Gleitschicht.

Beispiel 5

[0040] 

Gehäuseteil 3 und Deckel 6:

jeweils aus AlSi9Cu3(Fe) Druckguss

Laufbahnen 3a, 3b und 6b:

HC-Gleitschicht

Stellglieder 15 und 16:

Stahl, beispielsweise 30CrMoV9, als Trägermaterial

Gleitflächen 15a und 16a:

nitrierter Stahl

[0041] Das Gehäuseteil 3 und der Deckel 6 entsprechen dem Beispiel 1 und werden nach dem Formen eloxiert, so dass die Laufbahnen 3a, 3b und 6b als Al₂O₃―Hardcoat^® (HC-Gleitschicht) erhalten werden. Die HC-Gleitschicht kann mit PTFE imprägniert sein. Die Stellglieder 15 und 16 werden aus Stahl geformt und an der Oberfläche, zumindest an den äußeren Umfangsflächen, nitriert.

Beispiel 6

[0042] 

Gehäuseteil 3 und Deckel 6:

AlSi8Cu3 Sandguss oder Kokillenguss

Stellglieder 15 und 16:

fließgepresste Teile aus Aluminiumgusshalbzeug als Trägermaterial, beispielsweise AlSi8Cu3

Gleitflächen 15a und 16a:

Hardcoat^®-Glatt (HC-GL-Gleitschicht)

[0043] Das Gehäuseteil 3 und der Deckel 6 werden je aus AlSi8Cu3 im Sandguss oder Kokillenguss geformt. Die Laufbahnen 3a, 3b und 6b werden durch mechanische Bearbeitung passgenau erzeugt. Die Stellglieder 15 und 16 werden je aus gegossenem Aluminiumhalbzeug durch Fließpressen geformt und eloxiert. Als Elektrolyt wird eine Mischung aus Oxalsäure und Additiven verwendet, so dass sich an den äußeren Umfangsflächen je eine Gleitschicht aus Al₂O₃-Hardcoat^®-Glatt bildet (HC-GL-Gleitschicht). Die HC-GL-Gleitschicht enthält vorzugsweise PTFE.

[0044] In einer Modifikation bildet HC-Keramik oder HC-Glatt-Keramik auch die Laufbahnen 3a, 3b und 6b, wobei auch dort die Keramik vorteilhafterweise mit PTFE imprägniert sein kann.

[0045] Die Herstellungsweise und Materialwahl des letzten Ausführungsbeispiels eignet sich insbesondere für kleinere Serien, während die Formung der Gehäuseteile 3 und 6 im Druckguss für Großserien die bessere Wahl ist. Metallkeramische Gleitschichten eignen sich insbesondere für den Einsatz in Reibungssystemen mit Leichtmetall-Sandgussgefüge oder - Kokillengussgefüge oder generell Leichtmetall-Gusslegierungen, die im thermodynamischen Gleichgewicht oder nahe dem thermodynamischen Gleichgewicht erstarrt sind. In Verbindung mit Druckgussteilen als Gleitpartner bereiten die wegen der kürzeren Auskühlzeit kleineren α-Mischkristalle, beispielsweise AISi, des Druckgussgefüges Probleme, die für metalloxidkeramische Gleitschichten wie feine Schmirgelkörner wirken. Weist einer der Gleitpartner an seiner Gleitfläche ein Druckgussgefüge oder generell eine metastabile Phase auf, sind gleitmodifizierte, temperaturfeste Thermoplaste die bessere Wahl, oder es sollten je beide Gleitpartner eine HC- oder HC-GL-Gleitschicht aufweisen. Vorzugsweise bestehen jedoch auch bei Sandguss- oder Kokillengussgefügen beide Gleitpartner aus einem Gleitmaterial niedriger Adhäsionsenergie.

Ansprüche

1. Rotationspumpe mit regelbarem Fördervolumen, umfassend

a) ein Gehäuse (3, 6),

b) eine in dem Gehäuse (3, 6) gebildete Förderkammer mit einem Einlass (4) für ein Fluid auf einer Niederdruckseite und einem Auslass (5) für das Fluid auf einer Hochdruckseite der Pumpe,

c) wenigstens einen in der Förderkammer um eine Drehachse (R₂) drehbaren Förderrotor (2),

d) ein zu einer Stirnseite des Förderrotors (2) angeordnetes oder den Förderrotor umgebendes Stellglied (15), das für die Verstellung des Fördervolumens in dem Gehäuse (3, 6) hin und her bewegbar ist,

e) wobei das Stellglied (15) in Richtung seiner Bewegbarkeit mit einer von dem Bedarf eines mit dem Fluid zu versorgenden Verbrauchers abhängigen Stellkraft beaufschlagbar ist,

f) und eine in dem Gehäuse (3, 6) gebildete Laufbahn (3a), die das Stellglied (15) an einer Stellglied-Gleitfläche (15a) in einem Gleitkontakt führt,

g) wobei ein Gleitmaterial, das die Stellglied-Gleitfläche (15a) bildet, aus Kunststoff besteht,

h) wobei das Stellglied (15) zumindest im Wesentlichen aus dem Kunststoffgleitmaterial besteht.

2. Rotationspumpe nach Anspruch 1, wobei in dem Kunststoffgleitmaterial ein Einlegeteil eingebettet ist.

3. Rotationspumpe nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Gleitmaterial, das die Laufbahn (3a) bildet, aus wenigstens einem aus dem Kunststoff, Keramik, Nitrid, einer Nickelphosphorverbindung oder einem Gleitlack besteht oder von einer DLC-Beschichtung, einer Ferroprint-Beschichtung oder einer Nano-Beschichtung gebildet wird.

4. Rotationspumpe nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei

- das Stellglied (15), ein weiteres Stellglied (16) und der Förderrotor (2) Bestandteil einer in dem Gehäuse (3, 6) als Gesamtheit hin und her bewegbaren Verstelleinheit (2, 15, 16) sind,

- die Stellglieder (15, 16) je zu einer der Stirnseiten des Förderrotors (2) angeordnet sind und in dem Gehäuse (3, 6) eine weitere Laufbahn (3b, 6b) gebildet ist, die das weitere Stellglied (16) an dessen Stellglied-Gleitfläche (16a) in einem Gleitkontakt führt,

- und wobei wenigstens eines aus weiterer Laufbahn (3b, 6b) und StellgliedGleitfläche (16a) des weiteren Stellglieds (16) aus dem Gleitmaterial besteht.

5. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gleitmaterial ein gleitmodifizierter Thermoplast und/oder ein Polymer-Compound aus wenigstens einem temperaturfesten, mit Fasermaterial und Gleitzusatz gefüllten Polymer ist.

6. Rotationspumpe nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Gleitzusatz wenigstens eines aus Graphit und Fluorpolymer umfasst und/oder wobei das Fasermaterial Carbonfasern umfasst oder aus Carbonfasern besteht.

7. Rotationspumpe nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gleitmaterial wenigstens eines der folgenden Merkmale erfüllt:

- der Polymeranteil beträgt wenigstens 60 und höchstens 80 Gew.%,

- der Anteil des Gleitzusatzes beträgt wenigstens 10 und höchstens 30 Gew.%,

- der Anteil des Fasermaterials beträgt wenigstens 5 und höchstens 15 Gew.%.

8. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gleitmaterial ein Kunststoff ist und ein Basismaterial des Kunststoffs ein Polymer einschließlich Copolymer, eine Mischung von Polymeren oder ein Polymerblend aus der Gruppe bestehend aus Polyethersulfon (PES), Polysulfon (PSU) Polyphenylensulfid (PPS), Polyetherketone (PAEK, PEK, PEEK), Polyamide (PA) und Polyphtalamid (PPA) ist.

9. Rotationspumpe nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eines aus Stellglied-Gleitfläche (16a) und weiterer Laufbahn (3b, 6b) von einer metallkeramischen Schicht gebildet wird, wobei die Schicht vorzugsweise eine Hardcoat-Schicht oder Hardcoat-Glatt-Schicht ist und vorzugsweise PTFE enthält.

10. Rotationspumpe nach einem der sechs vorhergehenden Ansprüche, wobei nitrierter Stahl oder TiCN eines aus weiterer Laufbahn (3b, 6b) und Stellglied-Gleitfläche (16a) bildet.

11. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein die Laufbahn (3a, 3b, 6b) aufweisendes Gehäuseteil (3, 6) zumindest im Wesentlichen aus Metall besteht oder aus einem Metall als Trägermaterial geformt und auf dem Trägermaterial eine die Laufbahn (3a, 3b, 6b) bildende Gleitschicht aus dem Gleitmaterial aufgebracht oder durch Umwandlung des Trägermaterials gebildet ist, wobei ein Gussmaterial insbesondere, vorzugsweise ein Druckgussmaterial, ein Kokillengussmaterial oder ein Sandgussmaterial mit entsprechendem Gefüge, das Gehäuseteil (3, 6) oder das Trägermaterial des Gehäuseteils (3, 6) bilden kann.

12. Rotationspumpe nach einem der acht vorhergehenden Ansprüche, wobei das weitere Stellglied (16) einschließlich der Stellglied-Gleitfläche (16a) zumindest im Wesentlichen aus Metall oder Leichtmetall besteht oder aus einem Metall oder Leichtmetall als Trägermaterial geformt und auf dem Trägermaterial eine die Stellglied-Gleitfläche (16a) bildende Gleitschicht aus dem Gleitmaterial aufgebracht oder durch Umwandlung des Trägermaterials gebildet ist.

13. Rotationspumpe nach einem der neun vorhergehendenden Ansprüche, wobei das weitere Stellglied (16) aus dem Gleitmaterial geformt ist.

14. Rotationspumpe nach einem der zehn vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (3, 6) oder wenigstens ein die Laufbahn (3a, 3b) bildendes Gehäuseteil (3) aus dem Gleitmaterial geformt ist.

15. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stellkraft entgegenwirkend ein Elastizitätsglied (12) angeordnet ist und/oder das Stellglied (15, 16) ein Stellkolben ist, der mit dem Fluid der Hochdruckseite beaufschlagbar ist.

16. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein die Laufbahn bildendes Gehäuseteil (3, 6) unter einer oberflächlichen Gleitschicht aus einem Trägermaterial besteht und ein Kunststoffgleitmaterial auf das Trägermaterial aufgetragen ist, wobei der aus dem Trägermaterial geformte Rohling mit dem Kunststoffgleitmaterial umspritzt ist.

17. Verfahren zur Herstellung der Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem

a) ein die Laufbahn (3a, 3b, 6b) bildendes Gehäuseteil (3, 6) aus einem Leichtmetall und

b) das Stellglied (15, 16) aus einem Kunststoffgleitmaterial geformt wird und

c) das Gehäuseteil (3, 6) zur Erzeugung der Laufbahn (3a, 3b, 6b) mit dem Gleitmaterial beschichtet oder

das Leichtmetall des Gehäuseteils (3, 6) an der Oberfläche in das Gleitmaterial umgewandelt wird.

Claims

1. A rotary pump having a variable delivery volume, comprising:

a) a casing (3, 6);

b) a delivery chamber formed in the casing (3, 6) and comprising an inlet (4) for a fluid on a low-pressure side and an outlet (5) for the fluid on a high-pressure side of the pump;

c) at least one delivery rotor (2) which can be rotated in the delivery chamber about a rotational axis (R₂);

d) an actuating member (15) which is arranged facing a front face of the delivery rotor (2) or surrounds the delivery rotor (2) and can be moved back and forth in the casing (3, 6) for adjusting the delivery volume,

e) wherein the actuating member (15) can be charged, in the direction of its mobility, with an actuating force which is dependent on the requirement of a consumer which is to be supplied with the fluid;

f) and a track (3a) which is formed in the casing (3, 6) and guides the actuating member (15) on an actuating member sliding surface (15a) in a sliding contact,

g) wherein a sliding material, which forms the actuating member sliding surface (15a), consists of plastic,

h) wherein the actuating member (15) at least substantially consists of the plastic sliding material.

2. The rotary pump according to claim 1, wherein an insert is embedded in the plastic sliding material.

3. The rotary pump according to any one of the preceding two claims, wherein a sliding material which forms the track (3a) consists of at least one of the plastic, ceramic, nitride, a nickel-phosphorus compound or a sliding varnish or is formed by a DLC coating, a Ferroprint coating or a nano-coating.

4. The rotary pump according to the preceding claim, wherein:

- the actuating member (15), another actuating member (16) and the delivery rotor (2) are part of an adjusting unit (2, 15, 16) which can be moved as a whole back and forth in the casing (3, 6);

- the actuating members (15, 16) are each arranged facing one of the front faces of the delivery rotor (2), and another track (3b, 6b) is formed in the casing (3, 6) which guides the other actuating member (16) on its actuating member sliding surface (16a) in a sliding contact;

- and wherein at least one of the other track (3b, 6b) and the actuating member sliding surface (16a) of the other actuating member (16) consists of the sliding material.

5. The rotary pump according to any one of the preceding claims, wherein the sliding material is a thermoplast modified for sliding and/or a polymer compound of at least one heat-resistant polymer filled with fibrous material and a sliding additive.

6. The rotary pump according to the preceding claim, wherein the sliding additive comprises at least one of graphite and a fluoropolymer, and/or wherein the fibrous material comprises or consists of carbon fibres.

7. The rotary pump according to any one of the preceding two claims, wherein the sliding material fulfils at least one of the following features:

- the proportion of polymer is at least 60% by weight and at most 80% by weight;

- the proportion of the sliding additive is at least 10% by weight and at most 30% by weight;

- the proportion of the fibrous material is at least 5% by weight and at most 15% by weight.

8. The rotary pump according to any one of the preceding claims, wherein the sliding material is a plastic, and a base material of the plastic is a polymer including copolymer, a mixture of polymers or a polymer blend from the group consisting of polyether sulphone (PES), polysulphone (PSU), polyphenylene sulphide (PPS), polyether ketones (PAEK, PEK, PEEK), polyamide (PA) and polyphthalamide (PPA).

9. The rotary pump according to any one of the preceding five claims, wherein at least one of the actuating member sliding surface (16a) and the other track (3b, 6b) is formed by a metal-ceramic layer, wherein the layer is preferably a Hardcoat^® layer or a Hardcoat^® smooth layer and preferably contains PTFE.

10. The rotary pump according to any one of the preceding six claims, wherein nitrided steel or TiCN forms one of the other track (3b, 6b) and the actuating member sliding surface (16a).

11. The rotary pump according to any one of the preceding claims, wherein a casing portion (3, 6) comprising the track (3a, 3b, 6b) at least substantially consists of metal or is formed from a metal as a substrate material and a sliding layer of the sliding material forming the track (3a, 3b, 6b) is applied to the substrate material or is formed by modifying the substrate material, wherein a casting material, preferably a die casting material, a chill casting material or a sand casting material exhibiting a corresponding structure, can in particular form the casing portion (3, 6) or the substrate material of the casing portion (3, 6).

12. The rotary pump according to any one of the preceding eight claims, wherein the other actuating member (16) including the actuating member sliding surface (16a) at least substantially consists of metal or light metal or is formed from a metal or light metal as a substrate material, and a sliding layer of the sliding material forming the actuating member sliding surface (16a) is applied to the substrate material or is formed by modifying the substrate material.

13. The rotary pump according to any one of the preceding nine claims, wherein the other actuating member (16) is formed from the sliding material.

14. The rotary pump according to any one of the preceding ten claims, wherein the casing (3, 6) or at least a casing portion (3) which forms the track (3a, 3b) is formed from the sliding material.

15. The rotary pump according to any one of the preceding claims, wherein an elasticity member (12) is arranged to counteract the actuating force, and/or the actuating member (15, 16) is an actuating piston which can be charged with the fluid of the high-pressure side.

16. The rotary pump according to any one of the preceding claims, wherein a casing portion (3, 6) forming the track consists of a substrate material below a superficial sliding layer, and a plastic sliding material is applied to the substrate material, wherein the plastic sliding material is injection-moulded around the blank formed from the substrate material.

17. A method for manufacturing the rotary pump according to any one of the preceding claims, wherein:

a) a casing portion (3, 6) forming the track (3a, 3b, 6b) is formed from a light metal;

b) the actuating member (15, 16) is formed from a plastic sliding material; and

c) the casing portion (3, 6) for producing the track (3a, 3b, 6b) is coated with the sliding material, or

the light metal of the casing portion (3, 6) is modified at the surface into the sliding material.

Revendications

1. Pompe rotative à débit réglable, comprenant :

a) un carter (3, 6) ;

b) une chambre de refoulement formée dans le carter (3, 6) et comprenant une entrée (4) pour un fluide sur un côté basse pression et une sortie (5) pour le fluide sur un côté haute pression de la pompe ;

c) au moins un rotor de refoulement (2) pouvant tourner dans la chambre de refoulement autour d'un axe de rotation (R₂) ;

d) un organe de réglage (15) disposé en face d'une face frontale du rotor de refoulement (2) ou entourant le rotor de refoulement (2), l'organe de réglage (15) étant mobile en va-et-vient dans le carter (3, 6) pour régler le débit,

e) l'organe de réglage (15) pouvant être sollicité, en direction de sa mobilité, par une force de réglage qui dépend des besoins d'un récepteur à alimenter en fluide ;

f) et une glissière (3a), formée dans le carter (3, 6), qui guide l'organe de réglage (15) sur une surface de glissement d'organe de réglage (15a) dans un contact glissant,

g) un matériau glissant, qui forme la surface de glissement d'organe de réglage (15a), étant constitué de matière plastique,

h) l'organe de réglage (15) étant constitué au moins essentiellement du matériau glissant en plastique.

2. Pompe rotative selon la revendication 1, dans laquelle une pièce intercalée est encastrée dans le matériau glissant en plastique.

3. Pompe rotative selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans laquelle un matériau glissant, qui forme la glissière (3a), est constitué de la matière plastique et / ou une céramique et / ou un nitrure et / ou un composé nickel-phosphore et / ou un vernis de glissement ou est formé par un revêtement DLC, un revêtement ferroprint ou un nano-revêtement.

4. Pompe rotative selon la revendication précédente, dans laquelle :

- l'organe de réglage (15), un autre organe de réglage (16) et le rotor de refoulement (2) font partie intégrante d'une unité de réglage (2, 15, 16) mobile dans son ensemble en va-et-vient dans le carter (3, 6) ;

- les organes de réglage (15, 16) sont disposés chacun en face de l'une des faces frontales du rotor de refoulement (2), et une autre glissière (3b, 6b) formée dans le carter (3, 6) guide ledit autre organe de réglage (16) sur sa surface de glissement d'organe de réglage (16a) dans un contact glissant ;

- et ladite autre glissière (3b, 6b) et / ou la surface de glissement d'organe de réglage (16a) dudit autre organe de réglage (16) est constituée du matériau glissant.

5. Pompe rotative selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau glissant est une matière thermoplastique dont le glissement est modifié et / ou un composé polymère constitué d'au moins un polymère résistant aux hautes températures et rempli d'un matériau fibreux et d'un additif de glissement.

6. Pompe rotative selon la revendication précédente, dans laquelle l'additif de glissement comprend du graphite et / ou du polymère fluoré, et / ou le matériau fibreux comprend des fibres de carbone ou est constitué de fibres de carbone.

7. Pompe rotative selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans laquelle le matériau glissant présente au moins l'une des caractéristiques suivantes :

- la proportion de polymère est d'au moins 60 % en poids et d'au plus 80 % en poids ;

- la proportion de l'additif de glissement est d'au moins 10 % en poids et d'au plus 30 % en poids ;

- la proportion du matériau fibreux est d'au moins 5 % en poids et d'au plus 15 % en poids.

8. Pompe rotative selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau glissant est une matière plastique, et une matière de base de la matière plastique est un polymère y compris un copolymère, un mélange de polymères ou une composition de polymères parmi le groupe constitué du polyéthersulfone (PES), du polysulfone (PSU), du polysulfure de phénylène (PPS), des polyéthercétones (PAEK, PEK, PEEK), du polyamide (PA) et du polyphtalamide (PPA).

9. Pompe rotative selon l'une quelconque des cinq revendications précédentes, dans laquelle la surface de glissement d'organe de réglage (16a) et / ou ladite autre glissière (3b, 6b) est formée par une couche métallo-céramique, la couche étant de préférence une couche Hardcoat^® ou une couche Hardcoat^® lisse et contenant de préférence du PTFE.

10. Pompe rotative selon l'une quelconque des six revendications précédentes, dans laquelle de l'acier nitruré ou du TiCN forme ladite autre glissière (3b, 6b) ou la surface de glissement d'organe de réglage (16a).

11. Pompe rotative selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle une partie de carter (3, 6) comportant la glissière (3a, 3b, 6b) est constituée au moins essentiellement de métal ou est formée d'un métal en tant que matériau de support, et une couche de glissement formant la glissière (3a, 3b, 6b) et constituée du matériau glissant est appliquée sur le matériau de support ou est formée par transformation du matériau de support, et dans laquelle un matériau de fonte, de préférence un matériau de fonte moulé sous pression ou un matériau de fonte coquille ou un matériau de fonte au sable à structure appropriée, peut former en particulier la partie de carter (3, 6) ou le matériau de support de la partie de carter (3, 6).

12. Pompe rotative selon l'une quelconque des huit revendications précédentes, dans laquelle ledit autre organe de réglage (16), y compris la surface de glissement d'organe de réglage (16b), est constitué au moins essentiellement de métal ou de métal léger ou est formé d'un métal ou d'un métal léger constituant le matériau de support, et une couche de glissement formant la surface de glissement d'organe de réglage (16a) et constituée du matériau glissant est appliquée sur le matériau de support ou est formée par transformation du matériau de support.

13. Pompe rotative selon l'une quelconque des neuf revendications précédentes, dans laquelle ledit autre organe de réglage (16) est formé du matériau glissant.

14. Pompe rotative selon l'une quelconque des dix revendications précédentes, dans laquelle le carter (3, 6) est formé, ou au moins une partie de carter (3) formant la glissière (3a, 3b) est formée, du matériau glissant.

15. Pompe rotative selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle un organe élastique (12) est disposé de telle sorte qu'il s'oppose à la force de réglage et / ou l'organe de réglage (15, 16) est un piston de réglage qui peut être sollicité par le fluide du côté haute pression.

16. Pompe rotative selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle une partie de carter (3, 6) formant la glissière est constituée d'un matériau de support sous une couche de glissement superficielle, et un matériau glissant en plastique est appliqué sur le matériau de support, le matériau glissant en plastique étant moulé par injection autour de l'ébauche formée du matériau de support.

17. Procédé pour fabriquer la pompe rotative selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :

a) une partie de carter (3, 6) formant la glissière (3a, 3b, 6b) est formée d'un métal léger ;

b) l'organe de réglage (15, 16) est formé d'un matériau glissant en plastique ; et

c) la partie de carter (3, 6) est revêtue du matériau glissant pour produire la glissière (3a, 3b, 6b), ou

le métal léger de la partie de carter (3, 6) est transformé en matériau glissant à la surface.

Zeichnung