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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine elektrisch betriebene Verdrängerpumpe, wie sie beispielsweise zur Kraftstoff- und/oder Ölförderung in einem Fahrzeug zum Einsatz kommt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Pumpe, sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Pumpe.
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Pumpen zum Fördern von Flüssigkeiten wie Öl, Kraftstoff und dergleichen sind bekannt. Insbesondere im Bereich der Automobilindustrie werden derartige Pumpen regelmäßig eingesetzt, sei es als Ölförderpumpe, als Kraftstoffpumpe, oder als Wasserpumpe. Derartige Pumpen sind meist elektrisch angetriebene Pumpen.
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Der Kostendruck in der Automobilindustrie, sowohl bei Herstellern als auch Zulieferbetrieben ist in den letzten Jahren drastisch gestiegen. Pumpen müssen einfach und kostengünstig herzustellen sein.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Pumpe, insbesondere eine elektrisch betriebene Verdrängerpumpe, bereitzustellen, die kostengünstig herzustellen ist. Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Pumpe, sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Pumpe anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch eine Pumpe gemäß dem Patentanspruch 1, durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 6, und durch ein Fahrzeug gemäß dem Patentanspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Pumpe, insbesondere eine elektrisch betriebene Verdrängerpumpe, zum Fördern einer Flüssigkeit bereitgestellt. Die Pumpe umfasst einen Motor, insbesondere einen Elektromotor; ein Pumpen(stufen)gehäuse, eine in dem Pumpenstufengehäuse aufgenommene erste Spindel (Schraubenspindel) mit einer ersten äußeren Profilierung, wobei die erste Spindel mit dem Motor antriebsmäßig verbunden und durch den Motor antreibbar ist; und eine in dem Pumpen(stufen)gehäuse angeordnete zweite Spindel (Schraubenspindel) mit einer zweiten äußeren Profilierung, wobei die zweite Spindel durch Rotation der ersten Spindel mittels kämmen der ersten äußeren Profilierung mit der zweiten äußeren Profilierung antreibbar ist, und wobei die erste Spindel einen mit dem Motor antriebsmäßig verbundenen metallischen Kern aufweist, wobei der Kern zumindest teilweise von einer Kunststoffummantelung umgeben ist, die die erste äußere Profilierung aufweist.
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Die vorliegende Erfindung beruht zumindest teilweise auf der Erkenntnis, dass die durch den Motor angetriebene erste Spindel nicht vollständig aus Metall hergestellt sein muss. Es wurde erkannt, dass Kosten und Aufwand eingespart werden können, wenn die erste Spindel zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt ist. Es wurde festgestellt, dass ein Kern der ersten Spindel im besten Fall aus Metall gefertigt sein sollte, um eine ausreichend hohe (Torsions)stabilität der ersten Spindel sicherzustellen. Es wurde weiterhin erkannt, dass insbesondere der äußere Teil der ersten Spindel, nämlich derjenige Teil, der die erste äußere Profilierung aufweist, aus Kunststoff und nicht aus Metall gefertigt werden kann, ohne die Funktionsweise der Pumpe, nämlich das Fördern einer Flüssigkeit einzuschränken. Kunststoff ist leicht zu verarbeiten, bspw. durch Spritzgießen, Extrudieren, Klandrieren, Spritzblasen oder anderen zweckmäßigen Verfahren. Kunststoff ist leichter und häufig preisgünstiger als Metall. Insofern lässt sich die erste Spindel durch einfache und kostengünstige Verfahren herstellen, ohne die Funktionsfähigkeit der Pumpe zu beeinträchtigen. Die Kunststoffummantelung, die die erste äußere Profilierung aufweist, umgibt den metallischen Kern und dreht sich mit dem metallischen Kern, sodass durch Antrieb des metallischen Kerns, die äußere erste Profilierung angetrieben wird, mit der zweiten äußeren Profilierung kämmt und Flüssigkeit wie bislang gefördert werden kann.
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Vorzugsweise sind die Kunststoffummantelung und der metallische Kern mittels Form- und/oder Kraftschluss miteinander verbunden.
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Vorzugsweise sind die erste Spindel und die zweite Spindel stirnseitig durch miteinander kämmende Zahnräder antriebsmäßig derart verbunden sind, dass beim Betrieb der ersten Spindel Drehmoment von der ersten Spindel zumindest teilweise auf die zweite Spindel übertragbar ist. Dies hat den Vorteil, dass das Drehmoment von der ersten Spindel auf die zweite Spindel nicht ausschließlich über die miteinander kämmenden äußeren Profilierungen übertragen wird, sondern teilweise auch über die stirnseitig angebrachten und miteinander kämmenden Zahnräder.
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Vorzugsweise sind die miteinander kämmenden Zahnränder zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus Kunststoff ausgebildet.
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Vorzugsweise ist die zweite Spindel teilweise, vorzugsweise vollständig, aus Kunststoff ausgebildet.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Pumpe gemäß dem ersten Aspekt und/oder dessen Ausgestaltungen bereitgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen eines metallischen Kerns für die erste Spindel der Pumpe, und Ummanteln des metallischen Kerns zumindest teilweise mit einer die erste äußere Profilierung aufweisenden Kunststoffummantelung.
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Vorzugsweise weist der Schritt des Ummantelns auf: Umspritzen des metallischen Kerns mit der Kunststoffummantelung.
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Vorzugsweise weist der Schritt des Ummantelns auf: Bereitstellen der Kunststoffummantelung separat vom metallischen Kern, und Umgeben des metallischen Kerns zumindest teilweise mit der Kunststoffummantelung, derart, dass im Betrieb der Pumpe die Kunststoffummantelung durch den metallischen Kern derart angetrieben wird, dass die Flüssigkeit durch Kämmen der ersten äußeren Profilierung mit der zweiten äußeren Profilierung förderbar ist.
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Vorzugsweise weist das Umgeben des metallischen Kerns mit der Kunststoffummantelung folgenden Schritt auf: Einführen (Einstecken, Einschieben, Einschrauben, Einpressen oder dergleichen) des metallischen Kerns in die Kunststoffummantelung.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug mit einer derartigen Pumpe bereitgestellt. Die Pumpe kann bspw. eine Öl-, Kraftstoff oder Wasserpumpe des Fahrzeugs sein.
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Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe zum Fördern eine Flüssigkeit,
- 2 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe, und
- 3 eine weitere schematische Ansicht der Pumpe von 2.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es sei zunächst auf 1 verwiesen, in der eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe 10 zum Fördern eine Flüssigkeit wie bspw. Öl, Kraftstoff oder Wasser gezeigt ist. Die Pumpe 10 kann eine Verdrängerpumpe wie bspw. eine Spindelpumpe (Schraubenspindelpumpe, Schraubenpumpe) oder eine andere zweckmäßig ausgestaltete Pumpe sein. Die Pumpe 10 kann im Bereich der Automobilindustrie verwendet werden und kann bspw. in einem Fahrzeug angeordnet sein.
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Die Pumpe 10 weist ein Pumpen(stufen)gehäuse 12 auf. Im Gehäuse 12 sind eine erste Spindel (Schraubenspindel, Spindelschraube) 14 mit einer ersten äußeren Profilierung 16 und eine zweite Spindel (Schraubenspindel, Spindelschraube) 18 mit einer zweiten äußeren Profilierung 20 angeordnet. Die äußeren Profilierungen 16, 20 kämmen im Betrieb der Pumpe 10 derart miteinander, dass die Flüssigkeit unter Aufbau eines Drucks gefördert werden kann, wie dem Fachmann bei derartigen Pumpen hinlänglich bekannt ist.
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Die erfindungsgemäße Pumpe 10 zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Spindel 14 einen metallischen Kern 22 und eine den metallischen Kern 22 umgebende Kunststoffummantelung 24 aufweist. Die Kunststoffummantelung 24 weist die erste äußere Profilierung 16 auf. Die Kunststoffummantelung 24 kann aus einem beliebig zweckmäßigen Kunststoff mittels eines beliebig zweckmäßigen Verfahrens hergestellt sein. Beispielsweise kann der metallische Kern 22 mittels Spritzgießen beim Herstellen der ersten Spindel 14 durch die Kunststoffummantelung umgeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Kunststoffummantelung 24 separat vom metallischen Kern 22 hergestellt werden (mittels eines beliebig zweckmäßigen Verfahrens) und kann anschließend der metallische Kern 22 in die Kunststoffummantelung (mittels eines beliebig zweckmäßigen Verfahrens) eingeführt werden.
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Der metallische Kern 22 der ersten Spindel 14 ist antriebsmäßig mit einem Motor 26, insbesondere einem Elektromotor, der Pumpe 10 verbunden. Im Betrieb des Motors 26 wird ein Drehmoment auf den metallischen Kern 22 übertragen. Durch Drehen des metallischen Kerns 22 dreht sich die Kunststoffummantelung 24, die die erste äußere Profilierung 16 aufweist, mit. Vorzugsweise sind die Kunststoffummantelung 24 und der metallische Kern 22 mittels Form- und/oder Kraftschluss derart miteinander verbunden, dass kein Schlupf zwischen Kern 22 und Ummantelung 24 vorhanden ist. Im konkreten Beispiel von 1 ist mit dem Bezugszeichen 28 ein Formschluss angedeutet. Andere zweckmäßige Ausgestaltungen wie Presssitz, Reibschluss, etc. sind selbstverständlich denkbar.
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Durch Drehen des metallischen Kerns 22 (mittels des Motors 26) dreht sich die Kunststoffummantelung 24, sodass sich die erste äußere Profilierung 16 mit der zweiten äußeren Profilierung 20 kämmt, wodurch auch die zweite Spindel 18 angetrieben wird. Das Kämmen der äußeren Profilierungen 16, 20 und das Fördern einer Flüssigkeit in einer Verdrängerpumpe, die Spindeln aufweist (bspw. eine Spindelpumpe, Schraubenspindelpumpe etc.) sind dem Fachmann hinlänglich bekannt, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird.
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Die Kunststoffummantelung 24 ist derart ausgebildet, dass im Betrieb der Pumpe 10 die Pumpe 10 weiterhin - wie gewohnt - Flüssigkeit fördern kann. Nur werden in der Pumpe 10 Material und Kosten gespart, indem die erste Spindel 14 nicht vollständig aus Metall, sondern aus einem metallischen Kern 22 und einer den metallischen Kern 22 umgebenden Kunststoffummantelung 24 ausgebildet ist.
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Die zweite Spindel 18 kann teilweise oder vollständig aus Kunststoff ausgebildet sein. Eine direkte Verbindung bzw. eine direkte Drehmomentübertragung vom Motor 26 auf die zweite Spindel 18 ist nicht vorhanden. Daher ist die vollständige Ausbildung aus Kunststoff denkbar.
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Weiter denkbar ist, dass eine dritte oder weitere Spindel mit einer dritten oder weiteren äußeren Profilierung vorhanden ist, die bspw. durch Kämmen der ersten äußeren Profilierung mit der dritten bzw. weiteren äußeren Profilierung ebenfalls angetrieben wird. Pumpen mit drei oder mehr Spindeln sind dem Fachmann ebenfalls bekannt. Erfindungswesentlich ist, dass die von dem Motor angetriebene Spindel nicht vollständig aus Metall ausgebildet sein muss. Bei der ersten Spindel reicht ein metallischer Kern, der von einer Kunststoffummantelung, die die erste äußere Profilierung aufweist, umgeben ist, aus, um den Betrieb und die Funktionsweise der Pumpe zu gewährleisten.
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Es sei nun auf 2 verwiesen, in der eine zweite Ausführungsform der Pumpe 10 in einer schematischen Vollschnittzeichnung gezeigt ist.
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In der Ausführungsform gemäß 2 sind stirnseitig zwei Zahnräder 30, 32 mit den Spindeln 14,16 verbunden. Konkret ist ein erstes Zahnrad 30 stirnseitig mit der ersten Spindel 14 verbunden und ist ein zweites Zahnrad 32 stirnseitig mit der zweiten Spindel 18 verbunden. Im Betrieb der Pumpe 10 bzw. im Betrieb des Motors 26 kämmen die beiden Zahnräder 30, 32 miteinander. Dadurch wird zumindest teilweise ein Drehmoment von der ersten Spindel 14 auf die zweite Spindel 18 übertragen. Indem mittels der beiden Zahnräder 30, 32 zumindest teilweise ein Drehmoment von der ersten Spindel 14 auf die zweiten Spindel 18 übertragen wird, müssen die äußeren Profilierungen 16, 20 nicht das vollständige Drehmoment des Motors 26 übertragen. Die Zahnräder 30, 32 unterstützen bei der Drehmomentübertragung. Dadurch können geringere Anforderungen an die äußeren Profilierung(en) 16, 20 und damit ggf. auch an die Kunststoffummantelung 24 gestellt werden.
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In 2 sind die Zahnräder 30, 32 an der dem Motor 26 zugewandten Stirnseite angeordnet. Selbstverständlich können in anderen nicht gezeigten Ausführungsformen die Zahnräder 30, 32 an der dem Motor 26 abgewandten Stirnseite angeordnet sein. Weiterhin ist es denkbar, dass ein Getriebe bzw. eine Übersetzung zwischen den Zahnrädern 30, 32 angeordnet ist, wie dem Fachmann bei sich kämmenden Zahnrädern hinlänglich bekannt ist.
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Es sei nun auf 3 verwiesen, die eine weitere schematische Ansicht der Pumpe 10 von 2 zeigt.
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In 3 ist die Ummantelung des metallischen Kerns 22 mit der Kunststoffummantelung 24, sowie der in diesem Beispiel angedeutete Formschluss 28 zwischen Kern 22 und Ummantelung 24 zu erkennen. In der Ausführungsform von 2 bzw. 3 ist selbstverständlich ein Form- und/oder Kraftschluss zwischen Kern 22 und Ummantelung 24 denkbar.
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Die in Zusammenhang mit 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen können selbstverständlich in beliebig zweckmäßiger Weise miteinander kombiniert werden, je nach Anwendungsfall und Einsatzgebiet der Pumpe 10.