WO2001079700A1

WO2001079700A1 - Pumpe

Info

Publication number: WO2001079700A1
Application number: PCT/DE2001/001436
Authority: WO
Inventors: Joachim Schreiber
Original assignee: Luk Fahrzeug-Hydraulik Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2001-10-25
Also published as: EP1274941B1; AU2001260058A1; DE50108005D1; EP1274941A1; DE10191465D2

Abstract

Eine Pumpe mit einem in einem Pumpengehäuse angeordneten Rotor, der über eine Antriebswelle drehangetrieben und dazu drehfest auf die Antriebswelle aufgesteckt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle ein zum Auffädeln des Rotors auf die Antriebswelle dienendes, sich verjüngendes freies Ende aufweist.

Description

„Pumpe"

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem in einem Pumpengehäuse angeordneten Rotor, der über eine Antriebswelle drehangetrieben und dazu drehfest auf die Antriebswelle aufgesteckt ist.

Gattungsbildende Pumpen, so beispielsweise Flügelzellenpumpen, sind aus der Praxis hinlänglich bekannt. Lediglich beispielhaft wird dazu auf die DE 19857560 A1 verwiesen.

Pumpen der hier in Rede stehenden Art sind beispielsweise als Flügelzellen- oder Zahnradpumpen ausgebildet und dienen zur Förderung eines strömungsfähigen Mediums, nämlich von gasförmigen oder flüssigen Stoffen. Die Fördereinheit der Pumpe umfasst einen Rotor, der wiederum über eine Pumpenwelle angetrieben wird. Die Pumpenwelle ist innerhalb des Pumpengehäuses mit Hilfe von Lagern drehbar gehalten. Der Einfachheit halber wird die Pumpenwelle nachfolgend stets als Antriebswelle bezeichnet. Pumpen der gattungsbildenden Art werden u.a. zur Dieselförderung in Kraftfahrzeugen verwendet.

Der Rotor weist vor der Montage der Pumpe an ein Motorgehäuse noch keine eigene Lagerung auf, wird erst bei der Montage auf die am Motorgehäuse befestigte Antriebswelle aufgesteckt. Daraus resultiert ein Problem bei der Montage bzw. beim Zusammenbau der Pumpe, nämlich dahingehend, dass der Rotor auf die Antriebswelle aufzufädeln ist, wobei beim Einstecken der Antriebswelle diese mit der Einstecköffnung des Rotors nicht fluchtet. Dies ist auf einen Versatz des Rotors im Hubring aufgrund der noch nicht montierten Welle zurückzuführen. Folglich sind hier besondere Maßnahmen erforderlich, um nämlich die Antriebswelle in den Rotor mühelos einstecken zu können.

In der DE 198 57 560 A1 sind den Zusammenbau der Pumpe begünstigende Mass- nahmen vorgeschlagen, nämlich in Form einer Vorzentrierung durch eine Zentrierhilfe. Dabei handelt es sich im Konkreten um konstruktive Massnahmen zur Vorzentrierung von Rotor und Antriebswelle bei der Montage, und zwar gegenüber dem Gehäuseteil. Die dort realisierten Massnahmen sind in konstruktiver Hinsicht - aufgrund zusätzlicher Teile - aufwendig und bringen Dichtigkeitsprobleme im Bereich der Zentrierhilfe mit sich. Diese Probleme sind teilweise auch durch die im Stand der Technik verwendeten Wellendichtungen bedingt. Bei tiefen Temperaturen und erhöhtem Wellenschlag ist z.B. bei bekannten Elastomer-Radialwellendichtungen die Dichtwirkung nicht mehr gegeben.

Bei manchen Anwendungen erfordern außerdem die Laufflächen des Radialwellen- dichtrings auf der Welle zusätzlich verchromte Oberflächen, was zu ganz erheblich erhöhten Kosten führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe der gattungsbildenden Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln eine Zentrierung von Antriebswelle und Rotor realisiert ist, ohne dabei die Dichtigkeit beeinträchtigende konstruktive Vorkehrungen treffen zu müssen.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zumindest bei tiefen Temperaturen und erhöhtem Wellenschlag eine verbesserte Wellendichtung zu schaffen.

Die voranstehende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist eine gattungsbildende Pumpe der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle ein zum Auffädeln des Rotors auf die Antriebswelle dienendes, sich verjüngendes freies Ende aufweist.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass zum Auffädeln des Rotors auf die Antriebswelle - entgegen der im Stand der Technik gefestigten Vorgehensweise - keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind. Vielmehr lässt sich eine Art Zwangszentrierung von Antriebswelle und Rotor beim Zusammenbau der Pumpe dadurch erreichen,,dass die Antriebswelle an deren freien Ende eine ganz besondere Ausgestaltung aufweist, dass sich nämlich die Antriebswelle im Bereich des freien Endes verjüngt. Dies hat zur Folge, dass beim Einschieben der Antriebswelle diese mit ihrem freien Ende bei jedem in der Praxis auftretendem Versatz zwischen Antriebswelle und Rotor in die Einstecköffnung hineingelangt und beim weiterreichenden Einstecken den im Rahmen seines Spiels dort frei beweglichen Rotor zwangsweise auf die Antriebswelle auffädelt. Weiterreichende Massnahmen zur Zentrierung der Antriebswelle und/oder des Rotors sind im Rahmen einer solchen erfindungsgemässen Ausgestaltung nicht erforderlich. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch einen Radialwellendichtring aus PTFE (Teflon, eigetragene Marke). Dadurch wird auch bei niedrigen Temperaturen und erhöhtem Wellenschlag eine gute Dichtwirkung erzielt. Außerdem kann auf eine Beschichtung bzw. Verchromung der Welle im Anlaufbereich des Radialwellendichtrings verzichtet werden, was wiederum Kosten spart. Auch ist die Verwendung von PTFE preisgünstiger als das sonst bekanntermaßen bei Kraftstoffen, wie Diesel oder Biodiesel (Rapsölmethylesther, RME) eingesetzte Vitan.

Insbesondere ist die PTFE-Wellendichtung beim Einsatz von schlecht schmierenden oder aggressiven Medien, wie Kunststoff, von Vorteil. Als statische Dichtung und zur Befestigung kann ein zusätzlicher O-Ring dienen.

Im Konkreten könnte das freie Ende der Antriebswelle dornartig ausgebildet sein, wobei die Mantellinien der Oberfläche mit sich verjüngenden freien Enden geradlinig, konvex oder konkav zur Spitze hin verlaufen können. So könnte das freie Ende der Antriebswelle kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein, wobei unter Berücksichtigung eines maximalen Versatzes zwischen der Drehachse der Antriebswelle und der Mittelachse des Rotors sichergestellt sein muss, dass das verjüngte freie Ende der Antriebswelle gerade noch in die Einstecköffnung des Rotors gelangt und diesen dabei auf die Antriebswelle - zwangsweise - auffädelt.

Zur Verringerung der zum Auffädeln des Rotors erforderlichen Kräfte könnte in weiter vorteilhafter Weise das freie Ende der Antriebswelle beschichtet sein, wobei die Beschichtung derart auszuführen ist, dass die Haftreibung zwischen der Antriebswelle und dem Rotor verringert ist. Jedwede aus dem Stand der Technik bekannten Be- schichtungsmaterialien kommen hier in Frage, sofern sie den Anforderungen innerhalb einer gattungsbildenden Pumpe genügen.

Bereits zuvor ist erwähnt worden, dass der Rotor eine Einstecköffnung für die Antriebswelle aufweist. In Ergänzung zu den am freien Ende der Antriebswelle getroffenen Massnahmen - sich verjüngendes freies Ende - könnte die die Einstecköffnung begrenzende Wandung des Rotors aussenseitig eine auf das freie Ende der Antriebswelle in etwa abgestimmte Führungsfläche aufweisen. Ein zwangsweises Auffädeln des Rotors auf die Antriebswelle ist dadurch abermals begünstigt, zumal durch diese Massnahme ein weiterreichender „offset" von Antriebswelle und Rotor tolerierbar ist. Eine Zwangszentrierung wird auch durch diese Massnahme begünstigt, wobei die Führungsfläche - analog der Ausgestaltung des freien Endes der Antriebswelle - in etwa kegelförmig nach innen verlaufen kann. Die die Einstecköff- nung begrenzende Wandung des Rotors könnte gefast sein.

Wie auch bereits zu dem freien Ende der Antriebswelle ausgeführt, könnte auch die Führungsfläche bzw. Fase der Einstecköffnung beschichtet sein, wobei die Beschichtungen beider Bauteile zur Verringerung der beim Einstecken der Antriebswelle erforderlichen Kräfte aufeinander abgestimmt sein sollten.

In konstruktiver Hinsicht ist es von weiterem Vorteil, wenn dem freien Ende der Antriebswelle vorzugsweise unmittelbar eine Aussenverzahnung folgt, die im eingesteckten Zustand der Antriebswelle mit einer Innenverzahnung des Rotors kämmt. Der Aussenverzahnung der Antriebswelle könnte sich ein Freistich und dem Freistich ein zylindrischer Abschnitt der Antriebswelle anschliessen. Der zylindrische Abschnitt der Antriebswelle könnte einen zumindest geringfügig grösseren Durchmesser als der die Aussenverzahnung tragende Bereich der Antriebswelle aufweisen, wodurch das Einstecken bzw. Einschieben der Antriebswelle in den Rotor bzw. das Auffädeln des Rotors auf die Antriebswelle ohne Beschädigung eines Wellendichtrings erfolgen kann.

Der Führungsfläche des Rotors könnte unmittelbar der die Innenverzahnung aufweisende Bereich folgen, so dass der Einsteckvorgang gleich nach der Zwangszentrierung aufgrund der voranstehend genannten Massnahmen nach einer nur kurzen Verlagerung der Antriebswelle vollendet ist.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht, teilweise geschnitten, ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Pumpe während des Zusammenbaus, wobei die Antriebswelle mit dem besonders ausgestalteten freien Ende gerade in den Rotor eingesteckt wird und wobei die Drehachse der Antriebswelle und die Drehachse des Rotors noch versetzt zueinander sind;

Fig. 2 den Gegenstand aus Fig. 1, wobei der Versatz der Drehachsen durch den Einsteckvorgang der Antriebswelle bzw. das Auffädeln des Rotors bereits verringert ist;

Fig. 3 den Gegenstand aus Fig. 1 , wobei aufgrund des Einsteckvorgangs der

Antriebswelle eine Zentrierung stattgefunden hat, so dass kein Versatz zwischen der Drehachse der Antriebswelle und der Drehachse des Rotors mehr vorliegt,

Fig. 4 in einer schematischen Seitenansicht, herausgelöst, eine sich am freien

Ende kegelstumpfartig verjüngende Antriebswelle und einen Rotor bei maximalem Versatz vor dem selbstzentrierenden Einsteckvorgang und

Fig. 5 in schematischer Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines ebenfalls erfindungsgemäßen Wellendichtrings.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen beim Zusammenbau einer erfindungsgemässen Pumpe die selbstzentrierende Wirkung, nämlich beim Einstecken der Antriebswelle in den Rotor der Pumpe.

Im Konkreten zeigen die Fig. 1 bis 3 eine nachfolgend stets als Pumpe bezeichnete Kraftstoffförderpumpe mit einem zweiteiligen Pumpengehäuse 1 und einem darin angeordneten Rotor 2, der über eine Antriebswelle 3 drehangetrieben ist. Im komplett montierten Zustand ist der Rotor 2 drehfest auf die Antriebswelle 3 aufgesteckt.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass sich die nachfolgenden Ausführungen aus- schliesslich auf die erfindungswesentlichen Merkmale beziehen. Im Hinblick auf sonstige Merkmale einer gattungsbildenden Pumpe wird hiermit ausdrücklich auf den Offenbarungsgehalt der DE 198 57 560 A1 verwiesen, deren Offenbarung hiermit zum Gegenstand der Beschreibung gemacht wird. Die Fig. 1 bis 4 zeigen gemeinsam das erfindungsgemässe Merkmal, wonach die Antriebswelle 3 ein zum Auffädeln des Rotors 2 auf die Antriebswelle 3 dienendes, sich verjüngendes freies Ende 4 aufweist.

Die Fig. 1 bis 3 lassen des weiteren erkennen, dass das freie Ende 4 der Antriebswelle 3 kegelförmig ausgebildet ist. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das freie Ende 4 der Antriebswelle 3 kegelstumpfförmig ausgebildet.

Die Fig. zeigen des weiteren deutlich, dass zur Zwangszentrierung des Rotors 2 gegenüber der Antriebswelle 3 eine weitere Massnahme vorgesehen ist, nämlich rotor- seitig. Dazu weist die Einstecköffnung 5 des Rotors 2 bzw. die die Einstecköffnung 5 begrenzende Wandung des Rotors 2 aussenseitig eine auf das freie Ende 4 der Antriebswelle 3 in etwa abgestimmte Führungsfläche 6 auf. Die Ausgestaltung der Führungsfläche 6 lässt sich ganz besonders deutlich der schematischen Darstellung aus Fig. 4 entnehmen, wobei die dortige Führungsfläche 6 dem sich verjüngenden freien Ende 4 der Antriebswelle 3 insoweit angepasst ist, als auch bei noch so grossem Versatz zwischen Drehachse 7 der Antriebswelle 3 und Mittelachse 8 des Rotors 2 ein Einstecken des freien Endes 4 der Antriebswelle 3 in die Einstecköffnung 5 des Rotors 2 und danach eine Zwangszentrierung möglich ist.

In den Fig. ist des weiteren angedeutet, dass dem freien Ende 4 der Antriebswelle 3 unmittelbar eine Aussenverzahnung 9 folgt, die im eingesteckten Zustand der Antriebswelle 3 mit einer Innenverzahnung 10 des Rotors 2 kämmt. Dieser Zustand ist bei der in Fig. 3 gezeigten Phase des Zusammenbaus gerade erreicht, so dass nur noch ein geringfügiges weiterreichendes Einschieben der Antriebswelle 3 erforderlich ist.

Die Fig. zeigen des weiteren, dass der Aussenverzahnung 9 der Antriebswelle 3 ein Freistich 11 und dem Freistich 11 ein zylindrischer Abschnitt 12 der Antriebswelle 3 folgt.

Bei den in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispielen ist der zylindrische Abschnitt 12 der Antriebswelle 3 mit einem zumindest geringfügig größeren Durchmesser als der die Außenverzahnung 9 tragenden Bereich ausgebildet, so dass sich durch diese Maßnahme ein Einstecken bzw. Einschieben der Antriebswelle 3 durchführen lässt, ohne einen Wellendichtring zu beschädigen. Auch zeigen die Fig. 1 bis 4 gemeinsam, dass der Führungsfläche 6 des Rotors 2 unmittelbar der die Innenverzahnung 10 aufweisende Bereich 13 des Rotors 2 folgt, so dass auch insoweit nur kurze Strecken zum Zentrieren und Erreichen eines kraftschlüssigen Angriffs zwischen Antriebswelle 3 und Rotor 2 erforderlich sind.

Die Pumpe weist ferner einen neuen, für sich gesehen erfindungsgemäßen Wellendichtring auf, der in Fig. 5 - schematisch - gezeigt ist. Der Wellendichtring besteht aus einem Ring 22 aus PTFE (Teflon, eingetragene Marke) und besitzt eine umlaufende Nut 26, in der ein O-Ring 21 angeordnet ist. Der Wellendichtring presst sich mit einer bogenförmigen Dichtlippe 28 gegen die Oberfläche 27 der Welle 3. Auf der anderen Seite stützt sich der Wellendichtring gegen das Gehäuse 20 ab und stellt durch den O-Ring 21 zusätzlich eine gute statische Abdichtung her. Außerdem dient der O-Ring 21 durch seine Vorspannung und federnde Anpresskraft zusätzlich zur Befestigung des Wellendichtrings. Dabei wird die Medienseite 23, z.B. kraftstoffenthaltend, gegen die Umgebungsseite 24, z.B. gegen die Atmosphäre, abgedichtet.

Im Gegensatz zu bekannten Wellendichtringen, die bei der hier verwendeten „gebauten" Welle 3 (Welle 3 wird an eine nicht dargestellte Nockenwelle eines Verbrennungsmotors montiert) und den dabei auftretenden größeren Spielen oder „Rundlauf- Schlägen" undicht werden, insbesondere bei tiefen Temperaturen, kann die erfindungsgemäße Dichtung mit einer sehr guten Dichtwirkung aufwarten, bei sonst gleicher Funktion und gleichem Bauraum.

Ein teurer Werkstoff für Kraftstoffe wie Vitan, ist nicht mehr notwendig. Auch erübrigt sich eine kostenintensive Verchromung der Welle im Anlaufbereich der Dichtlippe 28, wie sie ansonsten bei einigen Pumpen notwendig ist. Auch ist diese Dichtung gegen den Überdruck resistent, der beim Einsatz der Handpumpe 29 (vgl. Fig. 1) auftritt. Zusätzlich kann die Dichtlippe 28 durch eine Feder 25 verstärkt werden, was sich vor allem bei taumelnden Wellen bewährt.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder den Zeichnungen offenbarte Merkmalskombinationen zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Sie sind nicht als Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombination der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält sich die Anmelderin vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Merkmale, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierte Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Pumpe mit einem in einem Pumpengehäuse angeordneten Rotor, der über eine Antriebswelle drehangetrieben und dazu drehfest auf die Antriebswelle aufsteckbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Antriebswelle ein zum Auffädeln des Rotors auf die Antriebswelle dienendes, sich verjüngendes freies Ende aufweist.

2. Pumpe, insbesondere nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende der Antriebswelle dornartig ausgebildet ist.

3. Pumpe, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende der Antriebswelle kegelförmig ausgebildet ist.

4. Pumpe, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende der Antriebswelle kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

5. Pumpe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende der Antriebswelle beschichtet ist.

6. Pumpe, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung die Haftreibung zwischen der Antriebswelle und dem Rotor verringert.

7. Pumpe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Rotor eine Einstecköffnung für die Antriebswelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die die Einstecköffnung begrenzende Wandung des Rotors außenseitig eine auf das freie Ende der Antriebswelle in etwa abgestimmte Führungsfläche aufweist.

8. Pumpe, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche in etwa kegelförmig verläuft.

9. Pumpe, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die Einstecköffnung begrenzende Wandung des Rotors außenseitig gefast ist.

10. Pumpe, insbesondere nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche bzw. Fase beschichtet ist.

11. Pumpe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem freien Ende der Antriebswelle vorzugsweise unmittelbar eine Aussenverzahnung folgt, die im eingesteckten Zustand der Antriebswelle mit einer Innenverzahnung des Rotors kämmt.

12. Pumpe, insbesondere nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenverzahnung der Antriebswelle ein Freistich und dem Freistich ein zylindrischer Abschnitt der Antriebswelle folgt.

13. Pumpe, insbesondere nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Abschnitt der Antriebswelle einen zumindest geringfügig grösseren Durchmesser als der die Aussenverzahnung tragende Bereich aufweist.

14. Pumpe, insbesondere nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsfläche des Rotors unmittelbar der die Innenverzahnung aufweisende Bereich folgt.

15. Pumpe mit einem in einem Pumpengehäuse angeordneten Rotor, der über eine Antriebswelle drehangetrieben und dazu drehfest auf die Antriebswelle aufgesteckt ist, gekennzeichnet durch mindestens ein in den Anmeldungsunterlagen offenbartes Merkmal.