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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Deckel einer Schieberzellenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Schieberzellenpumpe, insbesondere eine Pendelschieberzellenpumpe, mit einem solchen Deckel.
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Schieberzellenpumpen bzw. Pendelschieberzellenpumpen sind insbesondere im Automobilbau weit verbreitet und besitzen üblicherweise ein Gehäuse aus Aluminium, in welchem ein Rotor mit entsprechenden Schiebern angeordnet ist. Stirnseitig wird dieses Gehäuses üblicherweise von einem ebenfalls aus Aluminium hergestellten Deckel verschlossen. Nachteilig bei derartigen Schieberzellenpumpen mit einem Deckel aus Aluminium ist jedoch, dass dessen Herstellung energieintensiv und damit teuer ist. Darüber hinaus beansprucht ein Deckel für eine solche Schieberzellenpumpe aus Aluminium einen nicht zu unterschätzenden Anteil an Ressourcen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Deckel der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht mehr aufweist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Deckel einer Schieberzellenpumpe, beispielsweise einer Pendelschieberzellenpumpe, nicht mehr wie bisher aus Metall und insbesondere nicht mehr wie bisher aus energieintensivem Aluminium herzustellen, sondern erstmals aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Duroplast oder einem Thermoplast, das heißt, dass der Deckel zumindest größtenteils aus Kunststoff ausgebildet ist. Duroplaste, auch Duromere genannt, sind Kunststoffe, die nach ihrer Aushärtung nicht mehr verformt werden können. Duroplaste sind dabei harte, glasartige Polymerwerkstoffe, die über chemische Hauptvalenzverbindungen dreidimensional vernetzt sind, wobei die Vernetzung wahlweise chemisch mit Hilfe von Katalysatoren oder bei hohen Temperaturen thermisch aktiviert wird. Der große Vorteil eines erfindungsgemäß zumindest größtenteils aus Duroplast ausgebildeten Deckels liegt insbesondere darin, dass dieser im Vergleich zu einem Deckel aus Aluminium nicht mehr nachbearbeitet werden muss, so dass ein derartiger Nachbearbeitungsprozess komplett entfallen kann, wodurch insgesamt schon die Herstellungskosten gesenkt werden können. Darüber hinaus sind durch eine spezielle Ausgestaltung des Deckels aus Duroplast auch eine Gewichtsreduzierung und zudem auch eine Ressourcenschonung in Bezug auf Aluminium möglich. Thermoplaste, auch Plastomere genannt, sind Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich (thermo-plastisch) verformen lassen. Dieser Vorgang ist reversibel, das heißt, er kann durch Abkühlung und Wiedererwärmung bis in den schmelzflüssigen Zustand beliebig oft wiederholt werden, solange nicht durch Überhitzung die sogenannte thermische Zersetzung des Materials einsetzt. Ein weiterer Vorteil ist die Schweißbarkeit von Thermoplasten. Thermoplaste sind aus wenig oder nicht verzweigten, also linearen Kohlenstoffketten aufgebaut, die nur durch schwache physikalische Bindungen miteinander verbunden sind. Thermoplaste sind darüber hinaus besonders geeignet zum Spritzgießen und Extrudieren. Weitere geeignete Verarbeitungsmöglichkeiten sind z. B. Blasformen, Folienblasen, Heißverstemmen und Kalandrieren. Hergestellt wird ein erfindungsgemäßer Deckel beispielsweise in entsprechenden Formen, in welche der duroplastische oder thermoplastische Kunststoff eingepresst, insbesondere eingespritzt, wird und anschließend darin aushärtet. Mit dem erstmals erfindungsgemäß zumindest größtenteils aus Kunststoff, insbesondere aus Duroplast oder Thermoplast, ausgebildeten Deckel kann dieser somit gewichtsoptimiert, ressourcenschonend und kostengünstig hergestellt werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind an einer Außenseite des Deckels Versteifungsstrukturen, insbesondere Rippen oder Dome, vorgesehen. Durch derartige Versteifungsstrukturen lässt sich die Wandstärke des Deckels insgesamt reduzieren und lediglich in denjenigen Bereichen mittels der Versteifungsstrukturen versteifen, die eine derartige Aussteifung auch wirklich benötigen. Solche Versteifungsrippen bzw. Dome tragen somit ebenfalls zu einer Materialeinsparung, einer Gewichtseinsparung und einer Kosteneinsparung bei.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Kunststoff, insbesondere der Duroplast, faserverstärkt und weist insbesondere Glasfasern oder Kohlefasern auf. Um die Steifigkeit und auch die Festigkeit des zumindest größtenteils aus Kunststoff ausgebildeten Deckels weiter steigern zu können, kann vorgesehen sein, diesen mittels derartiger Glasfasern oder Kohlefasern zu bewehren und auszusteifen, wodurch nochmals eine Reduzierung der Wandstärke und damit des Materialverbrauchs möglich ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist an einem Rand des Deckels ein umlaufender Bund zur Aussteifung vorgesehen. Ein derartiger umlaufender Bund, der im Großen und Ganzen einen erhabenen Rand darstellt, ermöglicht dabei ein Festschrauben des Deckels an einem Gehäuse der Schieberzellenpumpe an lediglich einzelnen Schraubstellen, wobei die Kräfte der Schrauben über den Bund auch an die dazwischenliegenden Bereiche am Rand übertragen werden können. Die Schrauben sind dabei durch an einem Rand des Deckels angeordnete Durchgangsöffnungen geführt, die von jeweils einem verstärkenden Dom umgeben sind. Ein derartiger Dom wiederum trägt dazu bei, ausschließlich Druckkräfte in den Deckel einzuleiten und Zugkräfte zu vermeiden, wodurch eine besonders günstige Krafteinleitung durch die Schrauben in dem Deckel erreicht werden kann. Die Durchgangsöffnungen können dabei als sogenannte konische Schraubaugen ausgebildet sein, was den besonderen Vorteil aufweist, dass die Schraubenkräfte gleichmäßig abgeleitet werden können, ohne Spannungsspitzen zu erzeugen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung umgeht der Bund die Dome der Durchgangsöffnungen innen, das heißt ringsegmentartig. Hierdurch kann eine Entkopplung der Schraubdome von dem Bund und den mit dem Bund verbundenen Versteifungsstrukturen, beispielsweise den Rippen, erreicht werden. Auch hierdurch ist es möglich, ausschließlich Druckkräfte in den Deckel einzuleiten. Zusätzlich kann in diesem Bereich eine Spannungsreduzierung dadurch erreicht werden, dass an einer Innenseite des Deckels Vertiefungen vorgesehen sind, die im Bereich einer Durchgangsöffnung unter dem Bund liegen. Derartige Vertiefungen können selbstverständlich zusätzlich oder alternativ auch Strömungswege für mittels der Schieberzellenpumpe geförderte Fluide bilden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist am Rand des Deckels zumindest ein Positionierelement, beispielsweise ein Positionierstift, vorgesehen, das/der der Positionierung zu einem Pumpengehäuse dient. Über ein derartiges Positionierelement ist eine eindeutige Festlegung einer Lage des Deckels relativ zu einem Gehäuse der Schieberzellenpumpe möglich, wodurch ein ungenauer Zusammenbau und damit eine Qualitätseinbuße vermieden werden können. Das zumindest eine Positionierelement kann dabei vorzugsweise an den Kunststoff des Deckels angeformt sein und muss somit nicht extra montiert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind zumindest zwei unterschiedliche Positionierelemente vorgesehen, wovon ein erstes Positionierelement an einem Außenumfang zwei Radialnasen und ein zweites Positionierelement an einem Außenumfang vier Radialnasen aufweist. Das Positionierelement mit den zwei Radialnasen ermöglicht dabei einen Freiheitsgrad des Deckels relativ zum Gehäuse in einer Achse, die orthogonal zur Achse durch die beiden Radialnasen verläuft. Das Positionierelement mit den am Außenumfang angeordneten vier Radialnasen hingegen ermöglicht keinen Toleranzausgleich. Mit den beiden Positionierelementen ist jedoch der Ausgleich von Fertigungstoleranzen, zumindest in geringfügigem Maße, möglich.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist der Deckel eine im Wesentlichen zentral angeordnete Öffnung für eine Welle auf, wobei an einer Innenseite des Deckels Vertiefungen angeordnet sind, die derart auf die Öffnung versteifende Versteifungsstrukturen abgestimmt sind, dass um die Öffnung herum eine im Wesentlichen gleiche Wandstärke vorliegt. Dies bietet den besonderen Vorteil des geringeren Verzugs durch Wandstärkensprünge und eine kürzere Vernetzungszeit des Kunststoffs, insbesondere des Duroplasts.
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Zweckmäßig sind an einer Innenseite des Deckels Pendelauflagen vorgesehen. Derartige Auflageflächen bzw. Pendelauflagen können dabei beispielsweise eine ovale oder kreisrunde Form aufweisen und dadurch besonders strömungsgünstig gestaltet sein. Der Vorteil bei einem zumindest größtenteils aus Duroplast ausgebildeten Deckel liegt auch hierbei darin, dass die Pendelauflagen bzw. die Auflagenflächen für die Pendel am Deckel nicht nachbearbeitet werden müssen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Ansicht auf eine Außenseite eines erfindungsgemäßen Deckel
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2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer Ansicht auf eine Innenseite des Deckels,
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3 ein Positionierelement mit zwei an einem Außenumfang angeordneten Radialnasen,
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4 ein Positionierelement mit vier an einem Außenumfang angeordneten Radialnasen.
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Entsprechend den 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßer Deckel 1 einer im Übrigen lediglich angedeuteten Schieberzellenpumpe 2, beispielsweise einer Pendelschieberzellenpumpe 3, zumindest größtenteils aus Kunststoff, insbesondere aus einem Duroplast oder einem Thermoplast, ausgebildet. Der Vorteil einer Ausbildung des Deckels 1 aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Duroplast, liegt insbesondere darin, dass erstmals ein Kunststoffdeckel für die Anwendung beispielsweise bei Ölpumpen in einem Kraftfahrzeug genutzt werden kann, wobei ein derartiger aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Duroplast, hergestellter Deckel 1 nicht nur kostengünstiger und leichter ist als ein vergleichbarer Deckel aus Aluminium, sondern auch mit deutlich weniger Energie hergestellt werden kann, und zudem ressourcenschonender im Vergleich zu einem Deckel aus Aluminium ist und keinerlei Nachbearbeitung erfordert.
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Betrachtet man den erfindungsgemäßen Deckel 1, so kann man erkennen, dass dieser an einer Außenseite 4 Versteifungsstrukturen 5, insbesondere Rippen 6 und/oder Dome 7 aufweist. Mittels derartiger Versteifungsstrukturen 5 ist es beispielsweise mit Hilfe einer finiten Elementberechnung möglich, den erfindungsgemäßen Deckel 1 lediglich an denjenigen Stellen auszusteifen, die auch tatsächlich einer Verstärkung bzw. Versteifung bedürfen. Die ist beispielsweise im Bereich von an einem Rand 8 des Deckels 1 angeordneten Durchgangsöffnungen 9 der Fall, durch welche später Schrauben geführt sind, über welche der Deckel 1 mit einem nicht gezeigten Gehäuse der Schieberzellenpumpe 2 bzw. der Pendelschieberzellenpumpe 3 verschraubt wird.
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Betrachtet man die 1 und 2 weiter, so kann man erkennen, dass der Deckel 1 eine im Wesentlichen zentral angeordnete Öffnung 10 für eine nicht gezeigte Welle der Schieberzellenpumpe 2 aufweist, die durch die Versteifungsstrukturen 5 versteift ist. An einer Innenseite 11 (vergleiche 2) des Deckels 1 sind dabei Vertiefungen 20 zu sehen, die derart auf die Versteifungsstrukturen 5 abgestimmt sind, dass um die Öffnung 10 herum eine im Wesentlichen gleiche Wandstärke vorliegt. Darüber hinaus sind an der Innenseite 11 Vertiefungen 15 vorgesehen, die im Bereich einer Durchgangsöffnung 9 im Bereich einer Auflagefläche eines Flansches 19 liegen, dabei zumindest teilweise der Kontur des Flansches 19 folgen und dort eine Spannungsreduzierung bewirken. Dies bietet den besonderen Vorteil, dass die Schraubenkräfte gleichmäßig abgeleitet werden können, ohne Spannungsspitzen zu erzeugen. Die Vertiefungen 15 können rein theoretisch ebenfalls Strömungskanäle 12 bilden. Durch eine derartige Vertiefung 15 kann insbesondere eine gewisse Entkopplung des jeweiligen Doms 7 bewirkt werden, so dass über diesen lediglich Druckkräfte, aber keine Zugkräfte, beim Festziehen der Schrauben in den Deckel 1 eingeleitet werden.
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Um die Steifigkeit des Deckels 1 weiter steigern zu können, kann auch vorgesehen sein, diesen mittels Fasern, beispielsweise Kohlefasern oder Glasfasern, zu verstärken. Ein derartiger faserverstärkter Kunststoff bietet darüber hinaus den Vorteil, mit nochmals reduzierter Wandstärke und damit geringerem Gewicht und Materialaufwand hergestellt werden zu können.
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Betrachtet man nochmals die 1, so kann man erkennen, dass am Rand 8 des Deckels 1 ein umlaufender Bund 13 zur Aussteifung vorgesehen ist. Dieser Bund 13 umgeht dabei die Dome 7 der Durchgangsöffnungen 9 innen, das heißt zwischen dem jeweiligen Dom 7 und der Öffnung 10. Die einzelnen Rippen 6 der Versteifungsstruktur 5 sind dabei einen Ends mit dem Bund 13 und anderen Ends mit einem die Öffnung 10 umgebenden Bund 14 verbunden.
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Am Rand 8 des Deckels 1 ist darüber hinaus zumindest ein Positionierelement 16 (vergleiche die 2 bis 4) vorgesehen, über welches eine Positionierung des Deckels 1 relativ zu einem Gehäuse der Schieberzellenpumpe 2 möglich ist.
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Betrachtet man dabei die 2, so kann man erkennen, dass zwei Positionierelemente 16 vorgesehen sind, die zudem unterschiedlich ausgebildet sind, wobei ein erstes Positionierelement 16a an einem Außenumfang zwei Radialnasen 17 aufweist, während ein zweites Positionierelement 16b an einem Außenumfang insgesamt vier Radialnasen 17 besitzt. Durch das Positionierelement 16b ist dabei kein Toleranzausgleich möglich, während mittels des Positionierelements 16a ein Toleranzausgleich in Richtung einer Achse A möglich ist, die orthogonal zu einer Achse B (vergleiche 3) verläuft, wobei die Achse B durch die beiden Radialnasen 17 verläuft. An der Innenseite 11 des Deckels 1 sind darüber hinaus Pendelauflagen 18 vorgesehen, die beispielsweise eine ovale oder kreisrunde Form aufweisen können und insbesondere dadurch strömungsgünstig ausgebildet sind. Durch die Ausbildung des Deckels 1 zumindest größtenteils aus einem Duroplast kann auch hier bewirkt werden, dass die Pendelauflagen 18 keinerlei Nachbearbeitung bedürfen, ebenso wenig wie der übrigen Deckel 1.
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Mit dem erfindungsgemäßen Deckel 1 ist es somit möglich, diesen kostengünstig, in Bezug auf Aluminium ressourcenschonend, und insbesondere auch mit geringerem Gewicht herstellen zu können.
