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Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe, insbesondere eine Ölpumpe und/oder eine Vakuumpumpe, zum Fördern eines Fluids, insbesondere von Öl und/oder von Luft.
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Der Einsatz von mengengeregelten Verdrängerpumpen bei Verbrennungsmotoren ist seit langem Stand der Technik, um beispielsweise eine Fördermenge und einen Druck an den Bedarf des Verbrennungsmotors leicht anpassen zu können. Eine derartige Anpassung erfolgt meist über das Verstellen eines Steuerschiebers innerhalb der Verdrängerpumpe, wobei durch ein solches Verstellen eine Förderleistung der Verdrängerpumpe variiert werden kann.
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Üblicherweise werden die wesentlichen Komponenten der Verdrängerpumpe in einem Gehäuse platziert, welches typischerweise zweiteilig ausgebildet ist und ein Gehäuseteil - etwa in Form eines Gehäusetopfs - sowie einen Gehäusedeckel zum Verschließen des Gehäuseteils umfasst. Typischerweise wird der Gehäusedeckel bei herkömmlichen Verdrängerpumpen mittels mehrerer Schraubverbindungen am Gehäuseteil bzw. Gehäusetopf fixiert. Der Zusammenbau der Verdrängerpumpe, insbesondere des Gehäuses, gestaltet sich daher in der Regel aufwändig und ist folglich auch regelmäßig mit nicht unerheblichen Montagekosten verbunden.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Verdrängerpumpe der vorstehend beschriebenen Art eine verbesserte Ausführungsform zu schaffen, die sich insbesondere durch einen vereinfachten Zusammenbau auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, ein Gehäuseteil des Gehäuses einer Verdrängerpumpe mittels Reibrührschweißens - dem einschlägigen Fachmann auch als „Rührreibschweißen“ bekannt - stoffschlüssig mit einem Gehäusedeckel des Gehäuses zu verbinden.
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Beim Reibrührschweißen wird die zwischen den beiden Fügepartnern - vorliegend zwischen dem Gehäuseteil, insbesondere einem Gehäusetopf, des Gehäuses der Verdrängerpumpe und dem Gehäusedeckel des Gehäuses zum Verschließen des Gehäuseteils - zum Ausbilden der Schweißverbindung entstehende Reibungswärme durch ein verschleißfestes, rotierendes Fügewerkzeug erzeugt.
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Das Fügewerkzeug wird unter Rotation in einen zwischen Gehäuseteil und Gehäusedeckel ausgebildeten Fügespalt gedrückt. Durch die Reibung zwischen Fügewerkzeug und Gehäuseteil bzw. Gehäusedeckel erwärmt sich der Werkstoff des Gehäuseteils und des Gehäusedeckel, so dass der Werkstoff plastifiziert wird und eine Vermischung in der Fügezone möglich wird. Zur Ausbildung einer Schweißnaht wird das Fügewerkzeug unter Rotation mit hoher Anpresskraft entlang der Fügezone bzw. entlang des Fügespalts bewegt. Dies bewirkt einen Transport von plastifiziertem Werkstoff um das Fügewerkzeug herum, wodurch zwischen Gehäuseteil und Gehäusedeckel die gewünschte Reibrühr-Schweißnaht gebildet wird.
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Die Verwendung einer Reibrühr-Schweißverbindung ermöglicht eine dauerhafte, mechanisch stabile Befestigung des Gehäusedeckels am Gehäuseteil, ohne dass hierfür separate Befestigungsmittel wie etwa Befestigungsschrauben zur Ausbildung einer Schraubverbindung erforderlich wären. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten der Verdrängerpumpe aus. Darüber hinaus kann das Gehäuse auch konstruktiv besonders einfach aufgebaut werden, da kein Bauraum für besagte, separate Befestigungsmittel wie etwa die genannten Befestigungsschrauben am Gehäuse benötigt wird.
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Eine erfindungsgemäße Verdrängerpumpe zum Fördern eines Fluids, insbesondere ausgebildet als Ölpumpe zum Fördern eines Öls oder als Vakuumpumpe oder als Kombination aus beidem, umfasst ein Gehäuse, welches einen Förderraum variablen Volumens begrenzt.
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Das Gehäuse der Verdrängerpumpe umfasst ein eine Öffnung aufweisendes Gehäuseteil und einen Gehäusedeckel zum Verschließen der Öffnung. Erfindungsgemäß ist der Gehäusedeckel mittels einer Reibrühr-Schweißverbindung stoffschlüssig mit dem Gehäuseteil verbunden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verbindet die Reibrühr-Schweißverbindung einen am Gehäuseteil vorgesehenen Flanschabschnitt mit einem Randabschnitt des Gehäusedeckels. Eine derartige Ausbildung von Gehäuseteil und Gehäusedeckel erleichtert die Positionierung des rotierenden Fügewerkzeugs am Fügespalt zwischen Gehäuseteil und Gehäusedeckel, also an der Fügezone, an welcher die Reibrühr-Schweißverbindung erzeugt werden soll.
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Besonders bevorzugt umfasst die Reibrühr-Schweißverbindung eine Schweißnaht, die an einer gemeinsamen Fügezone von Gehäuseteil und Gehäusedeckel entlang der Umfangsrichtung von Gehäuseteil und Gehäusedeckel wenigstens teilweise umläuft. Auf diese Weise kann eine besonders stabile Befestigung von Gehäuseteil und Gehäusedeckel aneinander erzielt werden.
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Besonders bevorzugt läuft die Schweißnaht entlang der Umfangsrichtung von Gehäuseteil und Gehäusedeckel vollständig um.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen dem Gehäuseteil und dem Gehäusedeckel zusätzlich ein Dichtmedium, das vorzugsweise als Klebverbindung ausgebildet ist, vorgesehen. Zweckmäßig ist das Dichtmedium bzw. die Klebverbindung derart ausgebildet, dass sie den vom Gehäuse begrenzten Gehäuseinnenraum gegen die äußere Umgebung des Gehäuses abdichtet. Auf diese Weise kann der Gehäuseinnenraum effektiv gegen die äußere Umgebung des Gehäuses abgedichtet werden.
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Zweckmäßig können das Gehäuseteil und, alternativ oder zusätzlich der Gehäusedeckel, ein Leichtmetall umfassen oder aus einem Leichtmetall bestehen, wobei das Leichtmetall vorzugsweise Aluminium umfasst oder ist. Werkstücke aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, eignen sich besonders gut zum miteinander Verschweißen mittels Reibrühr-Schweißens.
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Bevorzugt ist die Verdrängerpumpe als Flügelzellenpumpe ausgebildet, wobei im Gehäuse ortsfest ein Stator und drehbar gelagert ein Rotor mit zumindest zwei in jeweiligen Aufnahmenuten verstellbar gelagerten Flügeln zum Fördern des Fluids angeordnet sind. Alternativ dazu kann die Verdrängerpumpe als Pendelschieberzellenpumpe ausgebildet sein. Bei dieser Variante ist im Gehäuse drehbar gelagert ein Außenrotor angeordnet, welcher über Pendel mit einem im Gehäuse angeordneten, drehbaren Innenrotor verbunden ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Verdrängerpumpe, insbesondere einer Ölpumpe, vorzugsweise der vorangehend vorgestellten Verdrängerpumpe. Das Verfahren umfasst einen ersten Verfahrensschritt a), gemäß welchem ein Gehäuseteil mit einer Öffnung und ein Gehäusedeckel zum Verschließen der Öffnung bereitgestellt werden. Gemäß einem zweiten Verfahrensschritt b) wird das Gehäuseteil mittels Reibrühr-Schweißens stoffschlüssig mit dem Gehäusedeckel verbunden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Gehäusedeckel vor dem Reibrühr-Schweißen mittels einer Justage-Einrichtung relativ zum Gehäuseteil ausgerichtet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Gehäuseteil und der Gehäusedeckel nicht verkippt oder lateral versetzt zueinander miteinander verschweißt werden.
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Besonders bevorzugt werden der Gehäusedeckel und das Gehäuseteil während des Reibrühr-Schweißens gemäß Schritt b) aneinander gepresst. Diese Maßnahme begünstigt die Ausbildung einer dauerhaft stabilen Schweißnaht.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Verfahren einen zusätzlichen Verfahrensschritt c) umfassen, der auf den Verfahrensschritt b) folgt. Im Zuge dieses Verfahrensschritts c) wird die stoffschlüssige Verbindung mittels Fräsens oder Schleifens nachbearbeitet. Auf diese Weiße können im Zuge des Reibrührschweißens erzeugte Oberflächenstrukturen im Bereich der Schweißnaht, beispielsweise in Form von Schweißwülsten, wieder entfernt werden.
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Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung wird der Gehäusedeckel zusätzlich zur Schweißverbindung mittels eines Dichtmediums, das vorzugsweise eine Klebverbindung umfasst, am Gehäuseteil befestigt, oder umgekehrt. Eine Leckage von Fluid durch etwaig in der Schweißnaht vorhandene Zwischenräume kann auf diese Weise wirksam verhindert werden.
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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 Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
- 1 eine Gehäuseteil des Gehäuses der Verdrängerpumpe in einer Draufsicht auf eine im Gehäuseteil vorhandene Öffnung,
- 2 das Gehäuseteil des Gehäuses und einen am Gehäuseteil zum Verschließen der Öffnung befestigten Gehäusedeckel in einer Seitenansicht.
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Die 1 und 2 illustrieren ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe 1, die als Ölpumpe zum Fördern von Öl oder als Vakuumpumpe ausgebildet sein kann. Denkbar ist auch eine Kombination von Öl- und Vakuumpumpe in Form einer Öl-Vakuum-Tandempumpe.
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Die Verdrängerpumpe 1 umfasst ein Gehäuse 2, welches einen Förderraum mit variablem Volumen begrenzt. Das Gehäuse 2 umfasst ein in 1 separat dargestelltes Gehäuseteil 3, das eine Öffnung 5 aufweist.
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Die Verdrängerpumpe 1 kann als Flügelzellenpumpe realisiert sein. In diesem Fall ist im Gehäuse 2 ortsfest ein Stator und drehbar gelagert ein Rotor mit zumindest zwei in Aufnahmenuten verstellbar gelagerten Flügeln zum Fördern des Fluids angeordnet (nicht gezeigt). Die Verdrängerpumpe kann aber auch als Pendelschieberzellenpumpe realisiert sein. In diesem Fall kann im Gehäuse drehbar ein Außenrotor angeordnet sein, welcher über Pendel mit einem im Gehäuse angeordneten, drehbaren Innenrotor verbunden ist.
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Diese Komponenten sind in 1 nur grobschematisch angedeutet und mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Es ist klar, dass im Gehäuse 2 oder am Gehäuse 2 weitere Komponenten der Verdrängerpumpe 1 angeordnet sein können, die für die ordnungsgemäße Funktion der Verdrängerpumpe 1 erforderlich sind. Da diese nicht Kern der vorliegenden Erfindung sind, wird auf eine genauere Erläuterung dieser Komponenten im Folgenden verzichtet.
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Die 2 zeigt das Gehäuseteil 3 mit der Öffnung 5 und einen am Gehäuseteil 3 zum Verschließen der Öffnung 5 befestigten Gehäusedeckel 4 in einer Seitenansicht. Für den Fall, dass es sich bei der Verdrängerpumpe 1 um die oben erwähnte Öl-Vakuum-Tandempumpe handelt, kann im Gehäuseteil 3 eine Ölpumpe und im Gehäusedeckel 4 eine Vakuumpumpe angeordnet sein, oder umgekehrt.
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Der Gehäusedeckel 4 ist dabei mittels einer Reibrühr-Schweißverbindung 6 stoffschlüssig mit dem Gehäuseteil 3 verbunden. Die Reibrühr-Schweiß-verbindung 6 ist Gehäuseteil-seitig an einem die Öffnung 5 einfassenden Flanschabschnitt 9 des Gehäuseteils 3 vorgesehen. Gehäusedeckel-seitig ist die Reibrühr-Schweißverbindung 6 an einem Randabschnitt 7 des Gehäusedeckels 4 vorgesehen. Die Reibrühr-Schweißverbindung 6 verbindet also den Flanschabschnitt 9 mit dem Randabschnitt 7 stoffschlüssig. Die Reibrühr-Schweiß-verbindung 6 umfasst eine sich entlang einer gemeinsamen Fügezone 11 von Gehäuseteil 3 und Gehäusedeckel 4 entlang deren Umfangsrichtung U (der Verlauf der Reibrühr-Schweißverbindung 6 in Umfangsrichtung ist zur Verdeutlichung in 1 angedeutet) erstreckende Schweißnaht 8.
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Eine besonders stabile Befestigung von Gehäuseteil 3 und Öffnung 5 aneinander lässt sich erzielen, wenn die Schweißnaht 8 entlang der Umfangsrichtung U vollständig umläuft.
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Zusätzlich zur Reibrühr-Schweißverbindung 6 kann zwischen dem Gehäuseteil 3 und dem Gehäusedeckel 4 eine in den Figuren nicht näher dargestellte Klebverbindung vorgesehen sein. Besagte Klebverbindung ist bevorzugt derart ausgebildet, dass sie den vom Gehäuse 2 begrenzten Gehäuseinnenraum 13 gegen die äußere Umgebung 14 des Gehäuses 2 abdichtet. Die Klebverbindung folgt in diesem Fall dem Wirkprinzip einer Dichtungseinrichtung. Eine Leckage von Öl durch etwaig in der Schweißnaht 8 vorhandene Zwischenräume hindurch auf diese Weise verhindert werden. Anstelle einer Klebverbindung kann auch ein anderes geeignetes Dichtmedium verwendet werden.
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Das Gehäuseteil 3 und, alternativ oder zusätzlich dazu, der Gehäusedeckel 4 können aus einem Leichtmetall bestehen oder ein Leichtmetall umfassen. Das Leichtmetall des Gehäusedeckels 4 kann vom Leichtmetall des Gehäuseteils 3 verschieden oder identisch zu diesem sein. Bevorzugt umfasst oder ist besagtes Leichtmetall Aluminium.
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Die vorangehend erläuterte Verdrängerpumpe 1 kann mit Hilfe des folgenden Verfahrens hergestellt werden:
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In einem ersten Verfahrensschritt a) werden ein Gehäuseteil 3 mit einer Öffnung 5 und ein Gehäusedeckel 4 zum Verschließen der Öffnung 5 bereitgestellt. In einem zweiten Verfahrensschritt b) wird das Gehäuseteil 3 mit dem Gehäusedeckel 4 mittels Reibrühr-Schweißens stoffschlüssig verbunden. Vor dem Schweißvorgang kann der Gehäusedeckel 4 mittels einer geeigneten Justage-Einrichtung, insbesondere mittels geeignet dimensionierter Passstifte, relativ zum Gehäuseteil 3 ausgerichtet werden. Die Anordnung von Gehäuseteil 3 und Gehäusedeckel 4 erfolgt dabei derart, dass der Flanschabschnitt 9 des Gehäuseteils 3 und der Randabschnitt 7 des Gehäusedeckels 4 unter Ausbildung eines Fügespalts (nicht gezeigt) aneinander zur Anlage gebracht werden.
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Während des Reibrühr-Schweißens gemäß Schritt b), welches unter Verwendung eines in 2 nur schematisch angedeuteten, rotierenden Fügewerkzeugs 12 erfolgt, können der Gehäusedeckel 4 und das Gehäuseteil 3 unter Verwendung eines geeigneten Presswerkzeugs (nicht gezeigt) aneinander gepresst werden.
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Nach Abschluss des Schweißvorgangs gemäß Schritt b) kann die erzeugte stoffschlüssige Verbindung in einem optionalen, zusätzlichen Verfahrensschritt, beispielsweise mittels Fräsen oder Schleifen, nachbearbeitet werden.
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Des Weiteren kann der Gehäusedeckel 4 optional - zusätzlich zur Schweißverbindung - mittels einer Klebverbindung oder eines anderen geeigneten Dichtmediums am Gehäuseteil 3 befestigt werden, oder umgekehrt. Auf diese Weise kann, wie bereits oben erläutert, eine unerwünschte Leckage im Bereich der Schweißnaht 8 verhindert werden.
