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Die Erfindung betrifft eine Pumpeneinrichtung, insbesondere einer Wasserpumpeneinrichtung für einen Kühlkreislauf eines Fahrzeugs, und ein Verfahren zur Herstellung der Pumpeneinrichtung.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 1 850 014 A2 ist eine Kreiselpumpe bekannt. Die Kreiselpumpe weist dabei ein Pumpengehäuse auf, bestehend aus einem ersten Gehäuseteil und einem daran anschließenden zweiten Gehäuseteil. Ein Motorgehäuseteil begrenzt einen Trockenraum, der von einem Stator eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors und seiner Ansteuerelektronik ausgefüllt wird. Das Motorgehäuseteil schließt an das zweite Gehäuseteil an. Das erste und zweite Gehäuseteil begrenzen einen Nassraum der Kreiselpumpe. Das erste Gehäuseteil weist dabei einen ersten Flansch und einen ersten daran anschließenden Ring auf. Das zweite Gehäuseteil weist einen zweiten Flansch und einen zweiten daran anschließenden Ring auf. Das Motorgehäuseteil weist wiederum einen dritten Ring auf. Der zweite Flansch und der zweite Ring bilden im Querschnitt zusammen eine T-Form. Es sind vier Dichtungsbereiche vorgesehen, wobei der erste Dichtungsbereich sich auf der radial außen liegenden Seite des ersten Rings am ersten Gehäuseteil befindet. Gegenüberliegenden auf der radial innen liegenden Seite des zweiten Rings und des zweiten Gehäuseteils befindet sich der zweite Dichtungsbereich. Ebenfalls auf der radial innen liegenden Seite des zweiten Rings und des zweiten Gehäuseteils befindet sich der dritte Dichtungsbereich. Diesem gegenüberliegend auf der radial außenliegenden Seite des dritten Rings und des Motorgehäuseteils befindet sich der vierte Dichtungsbereich. Das zweite Gehäuseteil besteht aus einem für Laserlicht einer Wellenlänge durchlässigen Material und das erste Gehäuseteil und das Motorgehäuseteil aus einem dasselbe Laserlicht absorbierenden Material. Die Laserstrahlen werden nun radial auf das Pumpengehäuse gelenkt, um die Dichtungsbereiche zu verschweißen.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß der Erfindung wird nun eine Pumpeneinrichtung, insbesondere Kraftfahrzeug-Pumpeneinrichtung, bereitgestellt, welche ein Laufrad-Aufnahmegehäuse und ein Motorgehäuse aufweist, wobei in dem Laufrad-Aufnahmegehäuse ein Laufrad angeordnet ist und in dem Motorgehäuse eine Antriebseinrichtung zum Antreiben des Laufrads, wobei das Motorgehäuse und das Laufrad-Aufnahmegehäuse über eine axiale Laserschweißnaht miteinander verbunden sind.
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Die erfindungsgemäße Pumpeneinrichtung hat dabei den Vorteil, dass die axiale Laserschweißnaht eine besonders einfache und kostengünstige Gestaltung des Motorgehäuses und des Laufrad-Aufnahmegehäuses erlaubt, um diese miteinander mittels Laserschweißens zu verbinden.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Pumpeneinrichtung ein Pumpengehäuse auf, welches mit dem Laufrad-Aufnahmegehäuse, insbesondere einem Topf, über eine radiale Schweißnaht verbunden ist. Die Kombination aus axialer Schweißnaht und radialer Schweißnaht zum Verbinden der Gehäuseteile hat den Vorteil, dass die Gehäuseteile einfach und kostengünstig gestaltet werden können, um diese miteinander zu verschweißen. Dabei kann das Pumpengehäuse so gestaltet werden, dass es nach dem Aufschieben auf das Laufrad-Aufnahmegehäuse vorzugsweise einen Anpressdruck auf dieses ausübt. In diesem Fall muss kein zusätzlicher für den Schweißprozess notwendiger Druck zum Andrücken des Pumpengehäuses an das Laufrad-Aufnahmegehäuse aufgebracht werden.
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Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die axiale und die radiale Schweißnaht als Laserschweißnaht ausgebildet, wobei die beiden Schweißnähte vorzugsweise eine dichte Verbindung der jeweils miteinander verbundenen Gehäuseteile bereitstellen. Das Pumpengehäuse und das Motorgehäuse bestehen dabei zumindest in dem zu verschweißenden Bereich aus einem Material, welches ein Laserlicht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs absorbiert. Das Laufrad-Aufnahmegehäuse besteht wiederum zumindest in dem zu verschweißenden Bereich aus einem Material, dass dieses Laserlicht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs durchlässt oder hierfür transparent ist. Das Material des Pumpengehäuses und das Material des Motorgehäuses kann zumindest in dem zu verschweißenden Bereich verschieden oder identisch sein, wobei das Material für das Pumpengehäuse, das Motorgehäuse und/oder das Laufrad-Aufnahmegehäuse Kunststoff ist, insbesondere Grivory. Damit das Pumpengehäuse und das Motorgehäuse einerseits das Laserlicht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs absorbieren und das Laufrad-Aufnahmegehäuse dieses Laserlicht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs wiederum durchlassen kann, können bei Grivory als Material für die absorbierenden und durchlässigen Gehäuseteile verschiedene Additive verwendet werden.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der schematischen Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht durch eine Pumpeneinrichtung, welche eine Schraubenverbindung aufweist;
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2 eine Perspektivansicht durch eine Pumpeneinrichtung mit einer Schraubenverbindung und Verstärkungsrippen;
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3 eine weitere Perspektivansicht der Pumpeneinrichtung gemäß 2;
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4 einen stark vereinfachten, schematischen Ausschnitt einer Pumpeneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vor dem Schweißprozess;
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5 den Ausschnitt der Pumpeneinrichtung gemäß 4, wobei eine radiale Schweißnaht zwischen dem Pumpengehäuse und dem Topf der Pumpeneinrichtung ausgebildet wird;
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6 einen Teil der Pumpeneinrichtung gemäß 4, wobei die Pumpeneinrichtung dabei vor dem Verschweißen des Motorgehäuses und des Topfes mittels einer axialen Schweißnaht dargestellt ist;
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7 eine erste Variante zum axialen Verschweißen des Topfes und des Motorgehäuses der Pumpeneinrichtung gemäß 6;
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8 eine zweite Variante zum axialen Verschweißen des Topfes und des Motorgehäuses der Pumpeneinrichtung gemäß 6;
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9 eine dritte Variante zum axialen Verschweißen des Topfes und des Motorgehäuses der Pumpeneinrichtung gemäß 6; und
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10 einen stark vereinfachten, schematischen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Pumpeneinrichtung gemäß der Erfindung, wobei die Geometrie der Pumpeneinrichtung dabei vor dem Schweißprozess gezeigt ist.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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In 1 ist zunächst eine schematische Schnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel einer Pumpeneinrichtung 10 gezeigt. Eine solche Pumpeneinrichtung (PAD) 10 kann beispielsweise als Wasserpumpeneinrichtung oder Zusatzwasserpumpeneinrichtung in einem Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist die Pumpeneinrichtung 10 einen Rotor 12 auf, welcher als Flügelrad oder Laufrad 14 ausgebildet ist und in einem Laufrad-Aufnahmegehäuse 16, hier einem Topf, der Pumpeneinrichtung 10 angeordnet ist. Über einen Ansaugstutzen 18 der Pumpeneinrichtung 10 bzw. deren Pumpengehäuses 20 wird dabei Wasser oder ein anderes Fluid angesaugt und über einen Druckstutzen, welcher in der Ansicht in 1 verdeckt ist, weitergeleitet. Der Rotor 12 kann hierbei beispielsweise als Plastoferrit-Flügelrad bzw. Laufrad 14 ausgebildet sein. Dabei bildet der Rotor 12 zum Einen den magnetischen Teil eines Elektromotors und zum Anderen auf der hydraulischen Seite gleichzeitig das Flügelrad oder Laufrad 14.
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Die Pumpeneinrichtung 10 weist ein Pumpenteil und ein Motorteil auf. Das Pumpenteil wird hierbei aus dem Pumpengehäuse 20, dem Laufrad 14, dem Topf 16 und z. B. einem O-Ring 22, welcher als Dichtungselement nach außen fungiert, gebildet. Das Motorteil der Pumpeneinrichtung 10 wird, wie in 1 gezeigt ist, wiederum aus einem Motorgehäuse 24, einer Statoreinrichtung 26, einer Leiterplatte 28, einem Deckel 30 und einem Dichtungselement 32, z. B. einem Formring, zur Dichtung von außen nach innen, gebildet. Die Statoreinrichtung 26 weist dabei beispielsweise eine Spulenkörpereinrichtung 34 mit Wicklungen auf.
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Das Motorteil und das Pumpenteil sind hierbei mittels einer Schraubenverbindung 36 miteinander verbunden. Hierbei werden das Pumpengehäuse 20 und das Motorgehäuse 24 mit einem definierten Anzugsmoment axial vorgespannt, sodass Leckagen ausgeschlossen sind. Dabei wird beispielsweise im Motorbereich eine Leckage von außen nach innen und im Pumpenbereich eine Leckage von innen nach außen verhindert. Hierbei können, wie anhand der nachfolgenden 2 und 3 gezeigt ist, außerdem zusätzliche Verstärkungsrippen 36 an der Pumpeneinrichtung 10 vorgesehen werden, welche einem Abnehmen der Axialvorspannung aufgrund des Relaxationsverhaltens der Kunststoffteile, insbesondere unter Einfluss von Temperatur und Druck, entgegenwirken und damit einer möglichen Undichtheit.
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In dem in 1 gezeigten Beispiel für eine Pumpeneinrichtung 10 ist der Rotor 12 auf einer Laufradbuchse 38 angeordnet, in der wiederum eine Welle 40 geführt ist. Die Welle 40 ist hierbei mit einem Ende 42 in einer Aufnahme 44 des Pumpengehäuses 20 aufgenommen und mit dem anderen Ende 46 in einer Aufnahme 48 des Topfes 16. Außen um den Topf 16 ist des Weiteren eine Statoreinrichtung 26 vorgesehen, zum Antreiben des Rotors 12 bzw. Laufrads 14. Die Statoreinrichtung 26 ist dabei in dem Motorgehäuses 24 angeordnet, der von dem Topf 16 abgetrennt ist, so dass kein Wasser in diesen Bereich eindringen kann. Das Motorgehäuse 24 ist in dem in 1 gezeigten Beispiel mit dem Pumpengehäuse 20 mittels Schrauben 50 verschraubt. Dabei ist außerdem als Dichtungseinrichtung zwischen dem Topf und dem Pumpengehäuse der zuvor genannte O-Ring angeordnet.
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In dem Motorgehäuse 24 ist darüber hinaus ein beispielsweise von der Statoreinrichtung 26 abgetrennt ausgebildeter Gehäusebereich vorgesehen, in welchem eine Leiterplatte 28 angeordnet ist. Die Leiterplatte 28 wird mit der Statoreinrichtung 26 elektrisch verbunden. Zum Verschließen des Motorgehäuses 24 und dessen Leiterplatte 28 nach außen ist ein Deckel 30 bzw. Motorgehäusedeckel vorgesehen. Außerdem weist die Pumpeneinrichtung 10 eine Steckereinrichtung 52 auf, zum Anschließen an eine Stromquelle, beispielsweise eine Fahrzeugsbatterie. Die Steckereinrichtung 52 ist dabei z. B. an dem Motorgehäuse vorgesehen, zur Aufnahme eines zugeordneten Anschlusssteckers.
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Im Betrieb, wenn der Rotor 12 bzw. das Laufrad über die Statoreinrichtung 26 des Elektromotors angetrieben wird, wird Wasser beispielsweise aus einem angeschlossenen Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors oder einer anderen Einrichtung, welche Wasser bereitstellt, über den Ansaugstutzen 18 in dem Pumpengehäuse 20 angesaugt. Das angesaugte Wasser wird anschließend an eine mit Wasser zu versorgende Einrichtung über den Druckstutzen des Pumpengehäuses 20 weitergeleitet. Eine solche mit Wasser zu versorgende Einrichtung ist beispielsweise eine Heizeinrichtung und/oder eine Kühlungseinrichtung, beispielsweise eine Klimaanlage eines Fahrzeugs usw..
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Wie in 2 und 3 gezeigt ist, werden, um die Dichtheitsanforderungen der Pumpeneinrichtung 10 möglichst erfüllen zu können, bei der Konstruktion der Pumpeneinrichtung 10 umlaufende Verstärkungsrippen 36 angebracht. 2 zeigt dabei eine Perspektivansicht einer Pumpeneinrichtung 10, welche ein Pumpengehäuse 20 mit einem Ansaugstutzen 18 und einem Druckstutzen 19 aufweist, sowie ein Motorgehäuse 24. 3 zeigt eine weitere Perspektivansicht der Pumpeneinrichtung 10 gemäß 2, wobei Schraubenaugen und darin aufgenommene Schrauben 50 des Pumpengehäuses 20 gezeigt sind, über welche das Pumpengehäuse 20 mit dem Motorgehäuse 24 verschraubt wird. Die an der Pumpeneinrichtung 10 in den 2 und 3 vorgesehenen umlaufenden Verstärkungsrippen 36 sorgen für eine höhere Biegesteifigkeit zwischen den Schraubenaugen und wirken somit Leckageflächen oder einem Aufklaffen des Pumpengehäuses 20 entgegen.
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Um nun auf eine Schraubenverbindung verzichten zu können sieht die Erfindung stattdessen eine Laserschweißverbindung bei der Pumpeneinrichtung 10 vor. Aufgrund der Laserschweißverbindung kann nicht nur die Schraubverbindung ersetzt werden, sondern auch beispielsweise auf die zusätzlichen Verstärkungsrippen verzichtet werden.
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In den 4 und 5 ist jeweils ein stark vereinfachter schematischer Ausschnitt einer Pumpeneinrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei dieser Pumpeneinrichtung 10 werden das Pumpengehäuse 20 und das Motorgehäuse 24 mit dem Laufrad-Aufnahmegehäuse, hier dem Topf 16, mittels Laserschweißen verschweißt. In 4 ist hierbei die Geometrie der Pumpeneinrichtung 10 vor dem Schweißprozess und in 5 während des Schweißprozesses dargestellt.
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Zum Herstellen einer Schweißverbindung, vorzugsweise einer dichten Schweißverbindung, sind das Pumpengehäuse 20 und das Motorgehäuse 24 vollständig oder zumindest in dem jeweils zu verschweißenden Bereich 54 aus einem für ein Laserlicht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs absorbierenden Materials hergestellt. Der Topf 16, welcher mit dem Pumpengehäuse 20 und dem Motorgehäuse 24 zu verschweißen ist, besteht wiederum aus einem für dasselbe Laserlicht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs durchlässigen Materials. Das Material für das Pumpengehäuses 20 und das Motorgehäuses 24, z. B. Kunststoff wie Grivory usw., kann dabei identisch aderverschieden sein, sofern das Material des Pumpengehäuses 20 und das des Motorgehäuses 24 das Laserlicht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs absorbiert, für welches das Material des Topfes 16, z. B. ebenfalls Kunststoff, dagegen durchlässig ist. Auf diese Weise können das Pumpengehäuse 20 und das Motorgehäuse 24 sehr einfach durch Laserstrahlschweißen mit dem Topf 16 verbunden werden, vorzugsweise dicht verbunden werden.
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Zwischen dem Motorgehäuse 24 und dem Topf 16 ist, wie in 4 und 5 gezeigt ist, die Statoreinrichtung 26 angeordnet. Des Weiteren ist eine Leiterplatte 28 vorgesehen, welche beispielsweise zusammen mit der Statoreinrichtung 26 in einem gemeinsamen Gehäusebereich in dem Motorgehäuse 24 angeordnet ist. Die Leiterplatte 28 kann dabei z. B. auch in einem von der Statoreinrichtung 26 abgetrennten Gehäusebereich des Motorgehäuses 24 angeordnet sein, wie zuvor beispielhaft in 1 gezeigt ist. Zum Verschließen des Topfes 16 nach außen ist ein entsprechender Deckel 30 vorgesehen.
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Wie in 4 und 5 dargestellt ist, werden beispielsweise der Topf 16 und das Motorgehäuse 24 der Pumpeneinrichtung (PAD bzw. EC-PCA) 10 mittels wenigstens einer axialen Schweißnaht 56 miteinander verbunden, vorzugsweise dichtend verbunden. Dazu weist, wie in 4 gezeigt ist, z. B. das Motorgehäuse 24 als das den Laserstrahl absorbierende Gehäuseteile einen zusätzlichen Schweißsteg 58 auf, der mit dem Topf 16 in Kontakt gebracht wird. Der Schweißsteg 58 weist in dem in 4 gezeigten Beispiel eine Breite B z. B. in einem Bereich zwischen 1,5 mm bis 2 mm auf. Die Breite B des Schweißstegs 58 kann aber auch größer als 2 mm oder kleiner als 1,5 mm gewählt werden, je nach Funktion und Einsatzzweck. Die Breite B des Schweißstegs 58 kann dabei z. B. geringer gewählt werden als die Breite b des Randes 68 des Motorgehäuses 24, Außerdem kann der Schweißsteg 58 z. B. mittig oder im Wesentlichen mittig auf dem oberen Rand 68 des Motorgehäuses 24 angeordnet werden. Auf diese Weise kann erreicht werden, das Material des Schweißstegs 58 während des Schweißens nicht ungewollt zu einer oder beiden Seiten über das Motorgehäuse 24 abfließt oder nur in einer ausreichend geringen Menge abfließt, so dass andere Elemente in der Pumpeneinrichtung 10 nicht beeinträchtigt werden, wie beispielsweise die Statoreinrichtung 26. Die Erfindung ist aber auf diese Anordnung des Schweißstegs 58 auf dem oberen Rand 68 des Motorgehäuses nicht beschränkt.
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Der für den Schweißprozess notwendige Druck P, zum Andrücken von Topf 16 und Motorgehäuse 24 bzw. Schweißsteg 58, wird beispielsweise auf einen äußeren Rand- oder Flanschabschnitt 60 des Topfes 16 aufgebracht. Ein jeweiliger Laserstrahl einer Laserschweißvorrichtung tritt nun durch den Topf 16 bzw. durch dessen für das Laserlicht transparente oder durchlässige Material und wird durch den zugeordneten Schweißsteg 58 des Motorgehäuses 24 bzw. dessen Material absorbiert. Der Schweißsteg 58 des Motorgehäuses 24 erwärmt sich hierbei und leitet die Wärme an die ihm gegenüberliegende Seite des Topfes 16 weiter. Das Material des Topfes 16 und das des Motorgehäuses 24 durchmischen sich hierbei und erstarren in einer gemeinsamen Schmelze. Die hierbei gebildete axiale Schweißnaht 56 stellt eine vorzugsweise dichte Verbindung von Topf 16 und Motorgehäuse 24 bereit, wie in 5 angedeutet ist.
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Beim Schweißprozess wird außerdem darauf geachtet, dass im Fall einer Leckage, Glykol oder ein anderes Fluid das im Topf und Pumpengehäuse vorhanden ist vorzugsweise nur nach außen gelangen kann und nicht in den Bereich von Motor und Elektronik, so dass diese geschützt sind.
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Zum Verbinden nun des Pumpengehäuses 20 mit dem Laufrad-Aufnahmegehäuse bzw. dem Topf 16 kann, wie in 4 und 5 angedeutet ist, wenigstens eine radiale Schweißnaht 62 vorgesehen werden. Das Verschweißen von Pumpengehäuse 20 und Topf 16 kann dabei beispielsweise im Anschluss an das Verschweißen des Motorgehäuses 24 mit dem Topf 16 erfolgen. Das Pumpengehäuse 20 ist hierbei derart ausgebildet, dass es zumindest in dem zu verschweißenden Bereich 54 mit dem Topf 16 in Kontakt ist oder an diesem anliegt. Dazu kann an dem Pumpengehäuse 20 ebenfalls ein zusätzlicher Schweißsteg 58 vorgesehen werden, wie in 4 gezeigt ist. Der Schweißsteg 58 kann dabei z. B. eine Breite B in einem Bereich von 1,5 mm bis 2 mm aufweisen, wobei die Breite B des Schweißstegs 58 auch größer als 2 mm und kleiner als 1,5 mm gewählt werden kann, je nach Funktion und Einsatzzweck. Der Schweißsteg 58 ist dabei so dimensioniert bzw. seine Länge L so gewählt, dass er an dem Topf 16 anliegt und kein Spalt zwischen dem Schweißsteg 58 und dem Topf 16 gegeben ist. Besonders bevorzugt ist die Länge L des Schweißstegs 58 so gewählt, dass an der Kontaktstelle von Pumpengehäuse 20 und Topf 16, das Pumpengehäuse 20 und der Topf 16 vorgespannt sind bzw. der Schweißsteg 58 gegen den Topf 16 drückt. Dies hat den Vorteil, dass der für den Schweißprozess erforderliche Druck P durch das Pumpengehäuse 20 und dessen Schweißsteg 58 selbst erzeugt werden kann. Mit anderen Worten, der Außendurchmesser des Pumpengehäuses 20 oder hier die Länge L des Schweißstegs 58 ist so gewählt, dass das Pumpengehäuse 20 bzw. der Schweißsteg 58, nach dem Aufschieben auf den Topf 16, gegen den Topf 16 an der zu verschweißenden Stelle drückt. Das Pumpengehäuse 20 übt mit seinem Schweißsteg 58 eine Vorspannkraft in Richtung des Topfes 16 nach außen aus. Dadurch muss keine zusätzliche Druckkraft auf das Pumpengehäuse 20 aufgebracht werden, um das Pumpengehäuse 20 bzw. dessen Schweißsteg 58 an den Topf 16 in dem zu verschweißenden Bereich 54 anzudrücken.
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Dabei kann der Schweißsteg 58 außerdem zusätzlich an der zu dem Topf 16 gerichteten Seite mit einer Schräge 64 versehen sein, wie in 4 gezeigt ist. Die Schräge 64 hat dabei den Vorteil, dass das Pumpengehäuse 20 mit seinem Schweißsteg 58 leichter auf den Topf 16 aufgeschoben werden kann.
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Zum Verschweißen des Pumpengehäuses 20 und des Topfes 16 wird, wie in 5 angedeutet ist, nun ein jeweiliger Laserstrahl oder Laserfokus 66 einer Laserschweißvorrichtung so auf den Topf 16 (hier von außen auf den Topf) gerichtet, dass der Laserstrahl durch den Topf 16 bzw. durch dessen für das Laserlicht transparente oder durchlässige Material hindurch tritt und durch den zugeordneten Schweißsteg 58 des Pumpengehäuses 20 absorbiert wird. Wie zuvor beschrieben besteht das Pumpengehäuse 20 zumindest im zu verschweißenden Bereich 54 aus einem Material, das den Laserstrahl, welcher durch den Topf 16 tritt, absorbiert. Der Schweißsteg 58 des Pumpengehäuses 20 erwärmt sich hierbei ebenfalls und leitet die Wärme an die ihm gegenüberliegende Seite des Topfes 16 weiter, welcher ebenfalls in diesem Bereich aufschmilzt. Hierbei kommt es, wie in 5 angedeutet ist, schließlich zu einem Durchmischen des Materials des Topfes 16 und des Pumpengehäuses 20, wobei das Material schließlich in einer gemeinsamen Schmelze erstarrt und den Topf 16 und das Pumpengehäuse 20 miteinander verbindet. Das Pumpengehäuse 20 und der Topf 16 werden hierbei vorzugsweise über die radiale Schweißnaht 62 dicht miteinander verbunden.
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In 6 ist nun ein Teil der Pumpeneinrichtung 10 gemäß 4 gezeigt, wobei die Pumpeneinrichtung 10 dabei vor dem Verschweißen des Motorgehäuses 24 und des Topfes 16 mittels einer axialen Schweißnaht 56 dargestellt ist. Das anschließende Verschweißen des Pumpengehäuses 20 und des Topfes 16 der Pumpeneinrichtung 10 wurde in vorheriger 5 gezeigt.
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Wie in 6 gezeigt ist, ist das Motorgehäuse 24 vollständig oder zumindest im zu verschweißenden Bereich 54 aus einem ein Laserlicht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängebereichs absorbierenden Materials und der Topf 16 aus einem vollständig oder zumindest im zu verschweißenden Bereich 54 aus einem dieses Laserlicht einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs durchlässigen Material. Dabei ist beispielsweise das Motorgehäuse 24 mit einem zusätzlichen Schweißsteg 58 versehen, mit welchem das Motorgehäuse 24 mit dem Topf 16 in Kontakt gebracht wird. Wie zuvor bereits mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben, ist zwischen dem Motorgehäuse 24 und dem Topf 16 beispielsweise eine Statoreinrichtung 26 und eine Leiterplatte 28 angeordnet, sowie ein Deckel 30 zum Verschließen des Motorgehäuses 24 vorgesehen.
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In 7 ist nun eine erste Variante zum axialen Verschweißen des Topfes 16 und des Motorgehäuses 24 der Pumpeneinrichtung 10 gemäß 6 gezeigt. Bei dieser Variante wird der zum Schweißen notwendige Druck P zum aneinander Andrücken von Topf 16 und Motorgehäuse 24 beispielsweise auf einen äußeren Randabschnitt 60 des Topfes 16 aufgebracht. Des Weiteren wird über eine Laserschweißvorrichtung ein Laserstrahl oder ein Laserfokus 66 auf den zu verschweißenden Bereich 54 des Topfes 16 gerichtet. Wie zuvor beschrieben ist das Material des Topfes 16 zumindest in diesem Bereich für den Laserstrahl durchlässig, wodurch der Laserstrahle nach Passieren des Topfes 16 auf das Motorgehäuse 24 bzw. dessen Schweißsteg 58 trifft. Das Motorgehäuse 24 bzw. dessen Schweißsteg 58 ist aus einem Material, welches den Laserstrahl absorbiert. Dadurch wird der Schweißsteg 58 des Motorgehäuses 24 erwärmt und leitet die Wärme wiederum an die ihm gegenüberliegende Seite des Topfes 16 weiter, welcher in diesem Bereich aufschmilzt. Hierbei kommt es schließlich zu einem Durchmischen des Materials des Topfes und des Motorgehäuses bzw. dessen Schweißstegs, wobei das Material schließlich in einer gemeinsamen Schmelze erstarrt. Während des Schweißens wird dabei der Topf 16 gegen den Schweißsteg 58 mit einer ausreichenden Druckkraft P gedrückt, so dass die am Ende erstarrte Schmelze 59 der beiden miteinander vermischten Materialien von Topf 16 und Motorgehäuse 24 diese beiden Teile schließlich fest und vorzugsweise dicht miteinander verbindet. Die Druckkraft P wird dabei beispielsweise an einem Außenrandabschnitt 60 des Topfes 16 in der in 7 gezeigten Variante aufgebracht.
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Weiter ist in 8 eine zweite Variante zum axialen Verschweißen des Topfes 16 und des Motorgehäuses 24 der Pumpeneinrichtung 10 gemäß 6 gezeigt. Der Aufbau der Pumpeneinrichtung 10 in 8 entspricht dabei dem Aufbau der Pumpeneinrichtung 10 in 6 und 7 und wird daher nicht wiederholt. Die zweite Variante gemäß 8 unterscheidet sich nun von der ersten Variante gemäß 7 dadurch, dass der für den Schweißprozess notwenige Druck P nicht auf einen äußeren Randabschnitt 60 des Topfes 16 aufgebracht wird, sondern auf eine Oberkante 70 des Topfes 16 appliziert wird. Diese Variante hat den Vorteil, dass der Druck P auf den Topf 16 aufgebracht werden kann, auch wenn der Topf beispielsweise keinen äußeren Randabschnitt aufweist bzw. der Außendurchmesser reduziert ist, wie in nachfolgender 10 gezeigt ist. Der Laserstrahl bzw. der Laserfokus 66 wird von innen auf den Topf 16 und dessen zu verschweißenden Bereich 54 gerichtet. Dabei tritt der Laserstrahl durch das hierfür durchlässige Material des Topfes 16 und wird von dem Schweißsteg des Motorgehäuses 24 bzw. dessen Material absorbiert. Das resultiert wiederum in einer Erwärmung des Schweißsteges 58, wobei der Schweißsteg außerdem die Wärme an den ihm gegenüberliegenden Bereich des Topfes 16 weiterleitet. Dadurch schmilzt auch der Topf 16 in diesem Bereich auf und das Material von Topf 16 und Schweißsteg vermischt sich und erstarrt schließlich in einer gemeinsamen Schmelze 59, wie in 8 angedeutet ist.
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9 zeigt eine dritte Variante zum axialen Verschweißen des Topfes 16 und des Motorgehäuses 24 der Pumpeneinrichtung 10 gemäß 6. Der Aufbau der Pumpeneinrichtung 10 in 9 entspricht dabei dem Aufbau der Pumpeneinrichtung 10 in den 6, 7 und 8 und wird nicht wiederholt. Die dritte Variante, wie sie in 9 dargestellt ist, unterscheidet sich nun von der ersten und zweiten Variante gemäß der 7 und 8 dadurch, dass der für den Schweißprozess notwenige Druck P innen auf einen Topfboden 72 aufgebracht wird. Wie zuvor beschrieben, wird der Laserstrahl bzw. der Laserfokus 66 einer Laserschweißvorrichtung innen auf den Topf 16 und dessen zu verschweißenden Bereich 54 gerichtet. Der Laserstrahl kann dabei durch das hierfür durchlässige Material des Topfes 16 hindurch treten und wiederum von dem absorbierenden Material des Schweißstegs des Motorgehäuses 24 aufgenommen bzw. absorbiert werden. Dadurch wird der Schweißsteg erwärmt und überträgt außerdem Wärme an den gegenüberliegenden Bereich des Topfes 16. Hierdurch schmilzt auch der Topf 16 in diesem Bereich auf und das Material von Topf 16 und Schweißsteg können sich durchmischen und schließlich zu in einer gemeinsamen Schmelze 59 erstarren, wie in 9 angedeutet ist.
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In 10 ist ein stark vereinfachter schematischer Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Pumpeneinrichtung 10 gemäß der Erfindung dargestellt, wobei die Geometrie der Pumpeneinrichtung 10 dabei vor dem Schweißprozess gezeigt ist. Die für den Schweißprozess notwendige Druckkraft P wird, wie zuvor in der in 8 gezeigten Variante, auf die Oberkante 70 des Topfes 16 aufgebracht, um den Topf 16 an das Motorgehäuse 24 bzw. dessen Schweißsteg 58 anzudrücken und beide über eine axiale Schweißnaht 56 miteinander zu verbinden, vorzugsweise dicht zu verbinden. Die Pumpeneinrichtung 10 weist hierbei denselben Aufbau auf wie die Pumpeneinrichtung 10 z. B. in 4 und 7, allerdings mit dem Unterschied, dass der Topf 16 gemäß 10 keinen äußeren Randabschnitt aufweist, auf welchen ansonsten die Druckkraft P für den Schweißprozess auch aufgebracht werden kann, wie in den Beispielen in 4 und 7.
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Wie ebenfalls in 10 gezeigt ist, wird der Topf 16 über eine radiale Schweißnaht 62 mit dem Pumpengehäuse 20 verbunden. Dazu ist das Pumpengehäuse 20 mit dem Topf 16 zumindest in dem zu verschweißenden Bereich 54 in Kontakt bzw. liegt an dem Topf 16 an. Dazu kann das Pumpengehäuse 20 auf seiner Außenseite mit einem zusätzlichen Schweißsteg 58 ausgebildet werden, wie er bereits zuvor ausführlich mit Bezug auf die Pumpeneinrichtung 10 z. B. in 4 beschrieben wurde. Wie bereits ausgeführt, ist die Länge L des Schweißstegs 58 vorzugsweise so gewählt, dass das Pumpengehäuse 20 und der Schweißsteg 58 nach dem Aufbringen auf den Topf 16 gegen diesen drücken, um eine für den Schweißprozess notwendige Druckkraft P bereitzustellen. Des Weiteren kann der Schweißsteg 58 auf wenigstens seiner zu dem Topf 16 gerichteten Seite mit einer zusätzlichen Schräge 64 versehen sein. Die Breite B des Schweißstegs 58 für die radiale Schweißnaht und die Breite B des Schweißstegs 58 für die axiale Schweißnaht kann dabei identisch oder unterschiedlich groß sein. Wie zuvor beschrieben kann die Breite B eines oder beider Schweißstege 58 z. B. in einem Bereich zwischen 1,5 mm und 2 mm liegen.
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Die zuvor anhand der 4 bis 10 beschriebenen Ausführungsformen zum Laserschweißen einer Pumpeneinrichtung 10 können auch miteinander kombiniert werden, insbesondere einzelne Merkmale der Ausführungsformen. Dabei kann die erfindungsgemäße Pumpeneinrichtung 10 auf einer Pumpeneinrichtung 10 basieren wie sie in den 1 oder 2 und 3 beispielhaft dargestellt ist, wobei wenigstens der Topf 16 und das Motorgehäuse 24 über eine axiale Schweißnaht 56 und/oder der Topf 16 und das Pumpengehäuse 24 über eine radiale Schweißnaht 62 miteinander verbunden sind, vorzugsweise dicht verbunden sind. Die Erfindung ist aber nicht auf die spezielle Ausführungsform der Pumpeneinrichtungen 10 in den 1–3 beschränkt sondern kann für jede andere Pumpeneinrichtung 10 ebenso eingesetzt werden, wobei eine axiale und/oder radiale Schweißverbindung von dem Topf 16 mit dem Motorgehäuse 24 und dem Pumpengehäuse 26 vorgesehen ist.
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Die mechanischen und thermischen Anforderungen an die axiale und radiale Schweißnaht 56, 62 der erfindungsgemäßen Pumpeneinrichtung 10 werden durch eine geeignete Werkstoffauswahl der zu verbindenden Bauteile und der Schweißnahtbereite berücksichtigt. Pumpengehäuse 20, Topf 16 und/oder Motorgehäuse 24 können aus Kunststoff, beispielsweise aus Grivory hergestellt sein oder diesen zumindest in dem jeweils zu verschweißenden Bereich 54 aufweisen. Grivory ist hierbei ein Beispiel für einen Hochtemperatur Thermoplast welcher außerdem zusätzlich Glasfaserverstärkt ist (z. B. Grivory HTV-4H1). Der Glasfasergehalt wird hierbei vorzugsweise so gewählt, dass die Festigkeit der Schweißnaht und der Bauteile den mechanischen Anforderungen genügen. Für das den Laserstrahl einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs absorbierende Material des Pumpengehäuses 20 und des Motorgehäuses 24 kann beispielsweise Grivory HTV 4H1 schwarz verwendet werden und für das für den selben Laserstrahl einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs durchlässige Material des Topfes 16 beispielsweise Grivory HTV 4H1 natur. Hierbei handelt es sich jeweils um dasselbe Material aber mit unterschiedlichen Additiven. Die Erfindung ist aber nicht auf Grivory oder generell Kunststoff als Material beschränkt, es kann auch jedes andere Material oder jeder andere Kunststoff verwendet werden, welcher geeignet ist je nach Verwendungszweck den jeweiligen Laserstrahl zu absorbieren oder für diesen durchlässig zu sein.
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Das Verfahren zum Laserverbindung der erfindungsgemäßen Pumpeneinrichtung (PAD bzw. EC-PCA) 10 findet beispielsweise in zwei Prozessschritten statt. So erfolgt in einem ersten Schritt die Verbindung des Motorgehäuses 24 mit dem Topf 16. Hierfür wird als Laserstrahlvorrichtung beispielsweise ein Axialschweißlaser verwendet, wie z. B. in den 7, 8 und 9 angedeutet ist. Das absorbierende Teil, hier das Motorgehäuse 24 verfügt, wie zuvor beschrieben, beispielsweise über einen zusätzlichen Schweißsteg 58 mit einer Breite B in einem Bereich von z. B. ca. 1,5 mm bis 2 mm. Dieser leitet die Wärme an den Topf 16 weiter, wobei das Motorgehäuse 24 und der Topf 16 dann gemeinsam die Schmelze an der Schweißstelle bilden, wobei sich die Materialien von Motorgehäuse und Topf hierbei durchmissen, und die Schmelze schließlich erstarrt und beide Teile vorzugsweise dicht verbindet. Der für den Schweißprozess notwendige Druck P kann dabei z. B. an unterschiedlichen Stellen des Topfs 16 aufgebracht werden, wie anhand der Beispiele in den 7, 8 und 9 zuvor beschrieben wurde. Die Erfindung ist aber auf diese Beispiele nicht beschränkt. Ebenso kann zusätzlich oder alternativ auch der Druck für den Schweißprozess z. B. am Motorgehäuse oder einem anderen geeigneten Teil aufgebracht werden zum Aneinanderdrücken von Motorgehäuse und Topf.
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In einem weiteren zweiten Schritt kann dann die Verbindung des Pumpengehäuses 20 mit dem Topf 16 erfolgen, wobei als Laserschweißvorrichtung dabei beispielsweise ein Radiallaserschweißer verwendet werden kann, wie in 5 angedeutet ist. Ebenso ist es aber auch möglich, den Laserstrahl eines Axiallaserschweißers oder Radiallaserschweißers durch z. B. einen entsprechenden Strahlenteiler in zwei Strahlenbündel aufzuteilen und über Spiegel so zu leiten, dass sowohl die axiale als auch die radiale Schweißnaht 56, 62 hergestellt werden kann. In diesem Fall kann dann statt jeweils einer eigenen Laserschweißvorrichtung für die axiale bzw. die radiale Schweißnaht 56, 62 auch nur eine Laserschweißvorrichtung zur Herstellung beider Schweißnähte 56, 62 eingesetzt werden.
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Wie zuvor beschrieben ist der Schweißsteg 58 für die radiale Schweißnaht 62 vorzugsweise so ausgelegt, dass dieser an der Kontaktstelle von Pumpengehäuse 20 und Topf 16 vorgespannt ist und gegen den Topf 16 gedrückt wird. Dies kann durch ein Übermaß des Pumpengehäuses 20 bzw. des Schweißstegs 58 an der Nahtstelle realisiert werden, wie in 4 angedeutet ist. Das Schweißprinzip in den beiden Prozessschritten für die axiale und die radiale Schweißnaht 56, 62 ist dabei gleich.
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Das Ersetzen der Schraubenverbindung bei der in den 1–3 gezeigten Pumpeneinrichtungen 10 durch eine Laserverbindung hat den Vorteil, dass die Schrauben zum Verbinden von Motorgehäuse, Pumpengehäuse und Topf entfallen, sowie die entsprechenden Schraubstationen hierfür an der Pumpeneinrichtung. Des Weiteren kann die Dichtung in Form von z. B. zwei O-Ringen entfallen. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Gewicht und das Volumen der Pumpeneinrichtung reduziert werden kann. Außerdem ist bei einem dichten Verbinden von Gehäuseteilen durch eine entsprechende Laserschweißnaht die Qualität der Dichtheit unabhängig von dem Kriechverhalten der Gehäuseteile aus Kunststoff. Die radiale und die axiale Schweißnaht gemäß der Erfindung sind vorzugsweise dicht ausgeführt, so dass keine ungewollte Leckage auftreten kann und wie zuvor beschrieben auf eine zusätzliche Abdichtung z. B. mittels O-Ringen usw. verzichtet oder diese zumindest reduziert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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