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Gegenstand der Erfindung ist eine Kraftstoffpumpe mit einem Gehäuse, einem darin angeordneten Elektromotor mit einer Welle, mindestens einer von der Welle angetriebenen Pumpstufe, die in einem Pumpengehäuse ein von der Welle angetriebenes Pumpenrad besitzt, wobei das Pumpenrad eine zentrale Ausnehmung mit einer Innenkontur, die Welle einen Bereich mit einer Außenkontur besitzt, welche mit der Innenkontur korrespondiert und dass die Welle mit diesem Bereich in die Innenkontur eingreift und das beide Konturen jeweils mindestens eine, der anderen Abflachung gegenüberliegende Abflachung aufweisen.
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Derartige Kraftstoffpumpen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die zentrale Ausnehmung im Pumpenrad ist in der Regel eine Bohrung, die an einer Seite eine ebene Abflachung aufweist. Der Bereich der Welle, der in die Ausnehmung eingreift, besitzt eine ebene Abflachung analog zu der Abflachung des Pumpenrades. Der so erzeugte Formschluss zwischen Welle und Pumpenrad bewirkt, die Mitnahme des Pumpenrades bei einer Drehung der Welle. Es ist auch bekannt anstelle einer ebenen Abflachung zwei ebene Abflachungen vorzusehen, wobei die beiden Abflachungen jeweils gegenüberliegend angeordnet sind. Die Abmessungen der Außenkontur des Bereichs der Welle und der Innenkontur des Pumpenrades sind mit großer Spielpassung ausgelegt, so dass das Fügen der Welle mit dem Pumpenrad ohne Kraftaufwand erfolgen kann. Im Ruhezustand stehen sind die Abflachungen von Pumpenrad und Welle somit parallel gegenüber. Aufgrund dieses Spiels erfolgt während des Betriebs die Kraftübertragung jedoch nicht über die gesamte Fläche der Abflachungen. Das Spiel bewirkt, dass sich die beiden Abflachungen winklig zueinander ausrichten, wodurch die Kante des Übergangs von der Abflachung zum Außendurchmesser der Welle gegen die Abflachung des Pumpenrades gepresst wird. Dadurch kommt es anstelle der Flächenpressung zu einer linienförmigen Kraftübertragung der Welle auf das Pumpenrad. Dies führt zu einem erhöhten Verschleiß, der wiederum ein Ausschlagen der Verbindung von Welle und Pumpenrad zur Folge hat. Insbesondere bei Pumpenrädern aus Kunststoff, wird so die zentrale Ausnehmung des Pumpenrades dauerhaft beschädigt, wodurch das Pumpenrad nicht mehr rund läuft. Verschleiß am Umfang des Pumpenrades und ein damit verbundener Leistungsverlust sind die Folge. Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bekannt, zwischen der Welle und dem Pumpenrad eine Kupplung vorzusehen, was jedoch aufgrund des erhöhten Aufwands auch mit höheren Kosten verbunden ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kraftstoffpumpe mit vermindertem Verschleiß im Bereich zwischen Welle und Pumpenrad zu schaffen, die möglichst einfach aufgebaut und kostengünstig ist.
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Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass sich bei jeweils zwei gegenüberliegenden Abflachungen an der Innenkontur des Pumpenrades und der Außenkontur der Welle eine der Abflachungen mindestens eine in Richtung der anderen ebenen Abflachung gewölbte Oberfläche besitzt.
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Aufgrund der Ausbildung einer der beiden sich gegenüberstehenden Abflachungen mit einer in Richtung der anderen ebenen Abflachung gewölbten Oberfläche wird die den Verschleiß begünstigende Linienpressung vermieden und stattdessen eine Flächenpressung erreicht. Durch die Verschleißreduzierung wird zudem die Lebensdauer erhöht. Andererseits kann die so erreichte Flächenpressung genutzt werden, um größere Drehmomente zu übertragen, was den Einsatz leistungsstärkerer Kraftstoffpumpen mit höheren Förderleistungen und/oder Förderdrücken erlaubt. Dabei ist von Vorteil, dass zum Erreichen der Flächenpressung lediglich einer der beiden sich gegenüberliegenden Abflachungen eine gewölbte Oberfläche aufweisen muss. Es ist aber auch denkbar dass beide der gegenüberliegenden Abflachungen eine gewölbte Oberfläche besitzen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Innenkontur des Pumpenrades oder die Außenkontur der Welle in jeder ihrer Abflachungen genau zwei gewölbte Oberflächen auf, die in Drehrichtung gesehen hintereinander liegen. Mit dieser Anordnung verlagern sich die gewölbten Oberflächen zu den Außenseiten der Abflachung und damit in den Bereich, in dem die Abflachung des gegenüberliegenden Bauteils angreift. Da bei einem bestimmten Drehsinn immer nur eine gewölbte Oberfläche mit der gegenüberliegenden Abflachung im Eingriff ist, ermöglicht diese Ausgestaltung eine verschleißarme Drehmomentenübertragung in beide Drehrichtungen. Das ist insbesondere bei Pumpenrädern, die drehrichtungsunabhängig eingebaut werden können, von Vorteil, da diese Ausgestaltung ebenfalls einen drehrichtungsunabhängigen Einbau erlaubt.
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Dem Aspekt der drehrichtungsunabhängigen Montage trägt es ebenfalls Rechnung, wenn die gewölbten Oberflächen symmetrisch im jeweiligen Bereich der Abflachung angeordnet sind.
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Eine Erhöhung der zulässigen Flächenpressung mit der damit verbundenen höheren Drehmomentenübertragung wird erreicht, wenn der am weitesten vorspringende Punkt einer gewölbten Oberfläche entgegen der Drehrichtung verschoben ist. Dies bewirkt eine Verschiebung der gewölbten Oberfläche in Richtung der gegenüberliegenden Abflachung, was zu einer größeren Fläche für die Flächenpressung führt.
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Die eben genannten Vorteile lassen sich nicht nur mit asymmetrisch gestalteten gewölbten Oberflächen, sondern auch mit symmetrisch gestalteten gewölbten Oberflächen erreichen, die derart asymmetrisch im jeweiligen Bereich der Abflachung angeordnet sind, dass die gewölbte Oberfläche entgegen der Drehrichtung, bei der sie mit der jeweils gegenüberliegenden Abflachung in Berührung tritt, verschoben ist.
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An einigen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen in:
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1 eine Kraftstoffpumpe,
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2, 3 eine Verbindung von Welle und Pumpenrad im Schnitt nach dem Stand der Technik,
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4–10 erfindungsgemäße Ausführungsformen der Verbindung von Welle und Pumpenrad.
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1 zeigt eine Kraftstoffpumpe mit einem Gehäuse 1 und mit einer von einem Elektromotor 2 angetriebenen Pumpstufe 3. Die Pumpstufe 3 ist als Seitenkanalpumpe ausgebildet und weist ein zwischen zwei Gehäuseteilen 4, 5 drehbar angeordnetes Laufrad 6 auf. Im Rahmen der Erfindung kann die Pumpstufe 3 auch eine sogenannte G-Rotorpumpstufe mit Innen- und Außenläufer sein. Das Pumpenrad 6 ist auf einer Welle 7 des Elektromotors 2 befestigt, deren nähere Ausgestaltung in den folgenden Figuren erläutert wird. Der Elektromotor 2 hat einen Spulen 8 und die Welle 7 aufweisenden Rotor 9 und einen mit dem Gehäuse 1 verbundenen Stator 10 mit Magnetschalen. Der Elektromotor 2 lässt sich über an der Außenseite des Gehäuses 1 angeordnete elektrische Kontakte 11 mit elektrischem Strom versorgen. Die Kraftstoffpumpe hat eine Axiallagerung 12 mit einer in dem dem Elektromotor 2 abgewandten Gehäuseteil 5 angeordneten, die Welle 7 abstützenden Kugel 13 und eine Radiallagerung 14 in dem dem Elektromotor 2 zugewandten Gehäuseteil 4.
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Bei einem Antrieb des Pumpenrades 6 saugt die Pumpstufe 3 über einen Ansaugkanal 15 Kraftstoff an und fördert diesen über einen Auslasskanal 16 in das Gehäuse 1 der Kraftstoffpumpe. Der Kraftstoff durchströmt anschließend den Elektromotor 2 in einem Spalt zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 9. Zur Verdeutlichung sind in der Zeichnung die Strömungen des Kraftstoffs mit Pfeilen gekennzeichnet. Anschließend strömt der Kraftstoff über ein Rückschlagventil 17 zu einem Anschlussstutzen 18. An dem Anschlussstutzen 18 lässt sich eine nicht dargestellte, mit einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges verbundene Kraftstoffleitung anschließen.
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2 zeigt die Verbindung von Welle 7 und Pumpenrad 6 im Schnitt bei einer ruhenden Kraftstoffpumpe. Das Pumpenrad 3 hat eine zentrale Ausnehmung mit einer Innenkontur 19 und die Welle im Bereich des Pumpenrades 3 eine korrespondierende Außenkontur 20. Beide Konturen 19, 20 besitzen je eine ebene Abflachung 21, 22, die sich einander gegenüberliegen. In der gezeigten Darstellung sind beide Abflachungen 21, 22 parallel zueinander ausgerichtet.
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3 zeigt die Kraftstoffpumpe nach 2 im Betrieb. Aufgrund der Spielpassung von Welle 7 und Pumpenrad 6 läuft die Kante 23 des Übergangs von der Abflachung 22 zum Außendurchmesser der Welle 7 gegen die Abflachung 21 des Pumpenrades 6, wodurch sich die Abflachungen 21, 22 winklig zueinander ausrichten. Aufgrund dessen kommt es zu einer Linienpressung mit einhergehendem erhöhtem Verschleiß.
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4 zeigt eine erfindungsgemäße Verbindung von Welle 7 und Pumpenrad 6 einer ruhenden Kraftstoffpumpe, während 5 diese Kraftstoffpumpe im Betrieb zeigt. Beide Konturen 19, 20 besitzen je eine Abflachung 21, 22. Die Abflachung 21 des Pumpenrades 6 besitzt eine in Richtung der gegenüberliegenden Abflachung 22 gewölbte Oberfläche 24. Die gewölbte Oberfläche ist symmetrisch in der Abflachung 21 angeordnet. Der am weitesten vorspringende Punkt 25 der gewölbten Oberfläche ist ebenfalls symmetrisch zu seiner gewölbten Oberfläche angeordnet. Im Betrieb liegt nun nicht mehr die Kante 23 allein an der Abflachung 21 an. Stattdessen kommt es zu einer Flächenpressung der Abflachung 22 mit der gewölbten Oberfläche 24.
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Die 6 und 7 zeigen Die Abflachung 21 des Pumpenrades 6 mit zwei in Richtung der gegenüberliegenden Abflachung 22 gewölbte Oberflächen 24. Die beiden gewölbten Oberflächen sind symmetrisch im jeweiligen Bereich der Abflachung 21 angeordnet. Der am weitesten vorspringende Punkt 25 der gewölbten Oberflächen ist ebenfalls symmetrisch zu seiner gewölbten Oberfläche angeordnet. Im Betrieb kommt es zu einer Flächenpressung der Abflachung 22 mit einer der gewölbten Oberflächen 24. Bei geänderter Drehrichtung oder anders montiertem Pumpenrad 6 würde die nicht im Eingriff stehende gewölbte Oberfläche 24 mit der Welle 7 in Kontakt stehen. In den 4–7 waren die gewölbten Oberflächen 24 an der Abflachung 21 des Pumpenrades 6 angeordnet. Es ist ebenso gut möglich, die gewölbten Oberflächen 24 stattdessen an der Abflachung 22 der Welle 7 anzuordnen, wie dies in den nachfolgenden Figuren dargestellt ist.
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8 und 9 zeigt eine Kraftstoffpumpe mit jeweils zwei Abflachungen 21, 26; 22, 27 am Pumpenrad 6 und der Welle 7. In diesen Darstellungen, sind an der Welle 7 an je einer Abflachung 22, 27 zwei symmetrisch angeordnete gewölbten Oberflächen 24 angeordnet. Durch die Anordnungen von zwei Abflachungen an Welle 7 und Pumpenrad 6 erhöht sich das maximal übertragbare Drehmoment. Anstelle von zwei gewölbten Oberflächen 24 je Abflachung 22, 26 ist auch die Anordnung nur einer gewölbten Oberfläche 24 möglich.
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10 zeigt ein Pumpenrad 6 mit zwei Abflachungen 21, 26, wobei jede Abflachung 21, 26 nur eine gewölbte Oberfläche 24 aufweist. Die gewölbte Oberfläche 24 ist derart asymmetrisch in der Abflachung 21, 26 angeordnet, dass sie entgegen der Drehrichtung verschoben ist. Zusätzlich ist auch die gewölbte Oberfläche 24 selbst asymmetrisch ausgebildet. Der am weitesten vorspringende Punkt 25 ist ebenfalls entgegen der Drehrichtung verschoben. Auf diese Weise wird eine Kontur mit großer Flächenpressung erreicht.
