LAUFRAD UND WELLE FÜR EINE PUMPE

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine Pumpe und eine Pumpenradanordnung aus einem Pumpenrad und einer Pumpenwelle.

Hintergrund der Erfindung

Benzinpumpen sind häufig als Turbinenpumpen ausgeführt, bei denen ein Laufrad mit Turbinenflügeln über eine Pumpenwelle angetrieben wird und somit Benzin fördern kann. Das Laufrad weist in seiner Mitte eine Aufnahme auf, in die die Pumpenwelle gesteckt ist. Um eine formschlüssige Verbindung zwischen Pumpenwelle und Laufrad zu erreichen, können die Pumpenwelle und die Aufnahme im Querschnitt D-förmig ausgeführt sein, d. h. eine Zylinderfläche und eine ebene Mitnahmefläche umfassen. Dies kann dazu führen, dass bei großen Torsionskräften zwischen Pumpenwelle und Laufrad, wie sie etwa beim Anfahren des Laufrads auftreten können, eine Kante der Welle auf die Mitnahmefläche der Aufnahme drückt und diese einem großen Verschleiß ausgesetzt ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Mit der Erfindung kann der Verschleiß am Laufrad einer Pumpe reduziert werden und/oder die Mitnahme des Laufrads durch die Pumpenwelle optimiert werden. Weiter können mit der Erfindung Benzinpumpen mit größerer Lebensdauer produziert werden. Diese Vorteile können mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht werden. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung. Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Laufrad für eine Pumpe, beispielsweise für eine Benzinpumpe, wie sie etwa in einem Fahrzeug eingesetzt werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Laufrad eine zu einer Achse des Laufrads zentrierte Aufnahme zum Aufnehmen einer Pumpenwelle und eine Mehrzahl von Schaufeln, die um die Achse herum angeordnet sind. Die

Schaufeln können beispielsweise durch Öffnungen im Laufrad gebildet sein, die um die Aufnahme herum angeordnet sind. Durch Drehung des Laufrads können die Schaufeln ein Fluid, beispielsweise Kraftstoff, von einer Seite des Laufrad auf die andere fördern.

Die Aufnahme ist aus wenigstens einer um die Achse verlaufende

Zylinderinnenfläche und wenigstens einer Mitnahmefläche gebildet, wobei die Zylinderfläche einen konstanten Radius bezüglich der Achse aufweisen kann. Die (beispielsweise ebene) Mitnahmefläche kann einen geringeren Abstand zur Achse aufweisen als der Radius der Zylinderfläche, so dass ein formschlüssiger

Eingriff der Pumpenwelle mit der Aufnahme erfolgen kann.

Die Aufnahme weist eine Aussparung zwischen der Zylinderinnenfläche und der Mitnahmefläche auf, die dazu ausgeführt ist, eine Kante der Welle aufzunehmen. Auf diese Weise kann die Kante der Welle bei Belastung nicht auf die

Mitnahmefläche drücken, sondern eine flächiger (beispielsweise ebener) Bereich der Welle neben der Kante wird gegen die Mitnahmefläche gedrückt. Die

Kraftübertragung zwischen Pumpenwelle und Laufrad erfolgt über eine größere Fläche und die dynamische Belastung der Aufnahme, insbesondere beim Pumpenstart und während des Pumpenbetriebs, wird reduziert.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Mitnahmefläche eine konvexe Fläche. Unter konvex kann dabei verstanden werden, dass die

Mitnahmefläche bezüglich der Achse nach innen gewölbt ist. Die Mitnahmefläche kann beispielsweise eine zur Achse hin gekrümmte Zylinderfläche umfassen oder aus mehreren, zur Achse hin gekrümmten Zylinderflächen zusammengesetzt sein. Mit einer konvexen Mitnahmefläche kann die Verteilung der Pressspannung begünstigt werden, indem die Kontaktfläche zwischen Pumpenwelle und Laufrad vergrößert wird.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein maximaler Durchmesser der Aussparung kleiner als 15 %, vorzugsweise kleiner als 10 %, des Radius der Zylinderinnenfläche. Beispielsweise kann der Radius der Zylinderinnenfläche 3 mm (der in etwa dem Radius der Welle entspricht) und der maximale

Durchmesser der Aussparung etwa 0,3 mm betragen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Aufnahme wenigstens zwei Mitnahmeflächen auf, wobei die Mitnahmeflächen symmetrisch um die Achse herum angeordnet sein können. Beispielsweise kann die Aufnahme (genau) zwei Mitnahmeflächen aufweisen, die gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, dass die Aufnahme lediglich eine Mitnahmefläche aufweist.

Eine oder mehrere der Mitnahmefläche können an beiden Seiten über jeweils zwei Aussparungen mit einer Zylinderfläche verbunden sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Laufrad weiter einen die Aufnahme umgebenden Entkopplungsbereich, der durch wenigstens eine Öffnung und/oder wenigstens eine Vertiefung, die um die Aufnahme herum verlaufen, gebildet ist. Auf diese Weise kann ein innerer Bereich des Laufrads um die Aufnahme mechanisch von einem äußeren Bereich entkoppelt werden. Der Entkopplungsbereich kann als Feder- und/oder Dämpfungsbereich aufgefasst werden, mit dem große Torsionskräfte gedämpft und/oder die Resonanzstelle der Anordnung aus Pumpenrad und Welle hin zu einer niedrigen Drehfrequenz verschoben werden kann.

Der Entkopplungsbereich kann beispielsweise durch eine oder mehrere bananenförmige Öffnungen gebildet sein, die die Achse außerhalb der Aufnahme umgeben. Diese Öffnungen können zusätzlich auch als

Druckausgleichsöffnungen zwischen den beiden Seiten des Laufrads dienen. Es ist auch möglich, dass eine oder mehrere dieser Öffnungen durch

Vertiefungen ersetzt werden, bei denen lediglich die Dicke des Laufrads reduziert ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein innerer Bereich des

Laufrads, der die Aufnahme aufweist, mit einem äußeren Bereich des Laufrads, der die Schaufeln aufweist, durch wenigstens einen Steg verbunden. Es ist auch möglich, dass der innere Bereich und der äußere Bereich über zwei oder mehr Stege miteinander verbunden sind. Die Stege können durch dazwischen liegende (bananenförmige) Öffnungen gebildet sein. Der Steg oder die Stege können als Federglied und/oder Dämpfungsglied zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich aufgefasst werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Laufradanordnung, die eine Pumpenwelle und ein Laufrad umfasst, beispielsweise ein Laufrad, so wie es obenstehend und untenstehend beschrieben ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Laufradanordnung eine um eine Achse drehbare Pumpenwelle und ein Laufrad, das eine zu der Achse zentrierte Aufnahme zum Aufnehmen der Pumpenwelle aufweist und das eine Mehrzahl von Schaufeln, die um die Achse herum angeordnet sind, aufweist. Die Aufnahme weist eine um die Achse verlaufende Zylinderinnenfläche auf, die zu einer Zylinderaußenfläche der Pumpenwelle korrespondiert, und weist eine Mitnahmefläche auf, die zu einer Antriebsfläche der Pumpenwelle korrespondiert, so dass die Pumpenwelle mit der Aufnahme formschlüssig in Eingriff steht. Die Mitnahmefläche der Aufnahme ist dabei konvex und die Antriebsfläche der Pumpenwelle konkav gekrümmt. Auch auf diese Weise ist es möglich (eventuell ohne Aussparungen), die Anpressfläche zwischen Pumpenwelle und Aufnahme von einer Kante der Pumpenwelle weg zu bewegen und zu vergrößern. Es ist aber auch möglich, dass das Laufrad zusätzlich eine oder mehrere

Aussparungen zwischen einer Mitnahmefläche und einer Zylinderfläche aufweist.

Beispielsweise kann das Laufrad in diesem Fall (genau) eine, zwei oder drei konkave Mitnahmeflächen aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt ein Kontaktradius (im Bereich einer Kontaktfläche) der Pumpenwelle mit der Aufnahme wenigstens 90 % eines Radius der Zylinderaußenfläche der Pumpenwelle. Die

Aussparungen und/oder die Mitnahmefläche bzw. Antriebsfläche kann dabei so ausgeführt sein, dass der Kontaktradius, d. h. die Entfernung von der Achse, bei der die Welle die Aufnahme kontaktiert, weniger als 10 % vom Radius der Zylinderinnenfläche der Aufnahme bzw. der Zylinderaußenfläche der

Pumpenwelle abweicht. So liegt der Hebelpunkt zwischen Pumpenwelle und Laufrad relativ weit außen, was auch zu relativ geringen Kräften am Angriffs- bzw. Kontaktpunkt führt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Laufrad aus Kunststoff gefertigt und/oder ist die Pumpenwelle aus Metall gefertigt. Insbesondere bei einem Laufrad aus Kunststoff können mit den Aussparungen und/oder mit den konkaven Kontaktflächen (Mitnahmefläche und Antriebsfläche) der Verschleiß reduziert werden.

Kurze Beschreibung der Figuren

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Benzinpumpe mit einer Laufradanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Laufradanordnung gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Laufradanordnung der Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine Laufradanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus der Laufradanordnung der Fig. 4. Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt aus einer Laufradanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen

Bezugszeichen versehen.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen Fig. 1 zeigt eine Benzinpumpe 10, die ein in einem Gehäuse 12 angeordnetes

Laufrad 14 umfasst, das bei Drehung Kraftstoff von einem Einlauf 16 zu einem Ablauf 18 pumpt. Der Kraftstoff wird dabei von einer Mehrzahl von Schaufeln 20 von der einen Seite des Laufrads auf die andere gefördert. Das Laufrad 14 wird über eine Pumpenwelle 22 angetrieben, die mit einem

Antrieb 24 (beispielsweise einem Elektromotor) der Benzinpumpe 10 verbunden ist. Die Pumpenwelle 22 steckt dabei formschlüssig mit einem Ende 26 in einer Aufnahme 28 des Laufrads 14. Die Pumpenwelle 22 kann außerhalb der Aufnahme 28 einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, während sie am Ende nicht kreisförmig, sondern kantig ist, um in eine entsprechende nicht-kreisförmige

Aufnahme 28 einzugreifen.

Das Laufrad 14 und eine dazu passende Pumpenwelle 22 bilden dabei eine Laufradanordnung 30 mit einer formschlüssigen Verbindung über das Ende 26 in der Aufnahme 28.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Laufradanordnung 30. Das kreisförmige Laufrad 14, das beispielsweise aus Kunststoff gefertigt ist, weist eine Achse A auf, zu der auch die Pumpenwelle 22, die beispielsweise aus Metall gefertigt ist, und die Aufnahme 28 in der Mitte des Laufrads 14 zentriert sind. Am äußeren

Rand des Laufrads 14 sind schiefwinklig zur Achse A verlaufende Öffnungen im Laufrad 14 gebildet, zwischen denen die Schaufeln 20 bereitgestellt sind.

Zwischen der Aufnahme 28 und den Schaufeln 20 befinden sich (in dieser Reihenfolge nach außen) zwei bananenförmige Vertiefungen 32 und fünf

Druckausgleichsöffnungen 36. Die Druckausgleichsöffnungen 36, von denen auch eine andere Anzahl im Laufrad vorgesehen sein kann, dienen dazu, einen Druck zwischen den beiden Seiten des Laufrads auszugleichen.

Die bananenförmigen Vertiefungen 32 (die das Laufrad 14 in Richtung der Achse nicht durchdringen, aber eine geringere Materialdicke aufweisen) bilden einen

Entkopplungsbereich 38 zwischen einem inneren Bereich 40 der Laufrads 14 und einem äußeren Bereich 42 des Laufrads 14. Der innere Bereich 40 und der äußere Bereich 42 sind über Stege 34 verbunden, die zwischen den

Vertiefungen 32 gebildet sind. Diese Stege 34 können als Dämpfungs- oder Federelemente aufgefasst werden, um den inneren Bereich 40 von dem äußeren

Bereich 42 (beispielsweise durch Verschieben einer Resonanzfrequenz) zu entkoppeln.

Die Aufnahme 28 und das darin eingesteckte Ende 26 der Welle 22 aus der Fig. 2 sind in der Fig. 3 vergrößert dargestellt.

Das Ende 26 der Welle 22 weist zwei gegenüberliegende Zylinderflächen 44 um die Achse A auf, die über zwei gegenüberliegende ebene Antriebsflächen 46 miteinander verbunden sind. Zwischen je einer Zylinderfläche 44 und einer Antriebsfläche 46 weist das Ende 26 der Welle 22 eine Kante 48 auf, die parallel zur Achse A verläuft. Die Welle 22 und die Zylinderflächen 44 weisen

beispielsweise einen Radius von etwa 3 mm auf.

Die Aufnahme 28 wiederum weist zwei gegenüberliegende Zylinderflächen 50 auf (beispielsweise mit einem etwas größerem Radius als etwa 3 mm), die über

Aussparungen 52 mit zwei gegenüberliegenden, ebenen Mitnahmeflächen 54 verbunden sind. Die Aussparungen 52 sind konkav gerundet, weisen keine Kanten auf und/oder verlaufen parallel zu der Achse A. Die Aussparungen 52 können dadurch gekennzeichnet sein dass ihre

Innenfläche zumindest abschnittsweise von der Achse A weiter entfernt ist, als eine (gedachte) kontinuierliche Verlängerung der Mitnahmeflächen 54 der Aufnahme in Richtung der Zylinderflächen 50 und/oder eine (gedachte) kontinuierliche Verlängerung der Zylinderflächen 50 in Richtung der

Mitnahmeflächen 54. Die Aussparungen 52 bilden auf diese Weise

Ausbuchtungen, die jeweils zwischen der Mitnahmefläche 54 und der Zylinderfläche 54 angeordnet sind und die in von der Welle 22 abgewandter Richtung verlaufen.

Bei den in der Fig. 3 gezeigten Aussparungen geht die ebene Mitnahmefläche 54 über die Aussparung 52 mit einem Krümmungsradius von etwa 0,6 mm in die Zylinderfläche 50 über, wobei sie mit etwa 40° auf die Zylinderfläche 50 trifft. Der maximale Durchmesser der Aussparungen 52 ist dabei etwa 3 mm, also etwa 10 % des Radius der Welle.

Wird das Ende 26 der Welle 22 in der Aufnahme 28 gedreht, befinden sich die Kanten 48 im Bereich der Aussparungen 52 und die Kraftübertragung erfolgt über eine Fläche 56 neben den Kanten 48, die größer ist, als wenn die entsprechende Kante 48 auf die Mitnahmefläche 54 drücken würde. Auf diese Weise kann die Beanspruchung der Aufnahme 28 durch die Welle 22 vermindert werden. Die Fläche 56 ist dabei etwa 2,7 mm von der Achse A entfernt, also etwa 90 % des Radius der Welle 22.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Laufradanordnung 30, bei der das Laufrad 14 keine Druckausgleichsöffnungen 36 außerhalb des

Entkopplungsbereichs 38 aufweist, sondern bei dem der Entkopplungsbereich 38 bananenförmige Öffnungen 32' aufweist, die die Vertiefungen 32 aus der Fig. 2 ersetzen und gleichzeitig als Druckausgleichsöffnungen dienen.

Weiter weist die Laufradanordnung 30 der Fig. 4 eine dreieckig geformte

Aufnahme 28' auf, in die ein korrespondierendes Ende 26' einer Pumpenwelle 22' gesteckt ist.

Die Aufnahme 28' und das darin eingesteckte Ende 26' der Welle 22 aus der Fig. 4 sind in der Fig. 5 vergrößert dargestellt.

Das Ende 26' der Welle 22 weist drei symmetrisch angeordnete Zylinderflächen 44 um die Achse A auf, die über drei symmetrisch angeordnete, konvexe

Antriebsflächen 46 miteinander verbunden sind. Zwischen je einer Zylinderfläche 44 und einer Antriebsfläche 46 weist das Ende 26 der Welle 22 eine Kante 48 auf, die parallel zur Achse A verläuft. Genauso wie bei der Fig. 3, können die Welle 22 und die Zylinderflächen 44 beispielsweise einen Radius von etwa 3 mm aufweisen.

Die Aufnahme 28' wiederum weist drei symmetrisch angeordnete Zylinderflächen 50 auf (beispielsweise auch mit einem etwas größerem Radius als etwa 3 mm), die mit über drei symmetrisch angeordnete, konkave Mitnahmeflächen 54 verbunden sind.

Die Antriebsflächen 46 und die Mitnahmeflächen 54 sind dabei so gekrümmt, dass die Berührungsfläche 56 zwischen dem Ende 26' und der Aufnahme 28' in etwa 90 % des Radius der Welle 22 von der Achse A entfernt ist.

Beispielsweise haben die Antriebsflächen 46 und die Mitnahmeflächen 54 (in der Mitte) eine Zylinderform mit einem Radius von etwa 15 mm, wobei die

Mitnahmeflächen an ihren Seiten 54 mit einem Krümmungsradius von etwa 0,6 mm in die Zylinderflächen 50 übergehen und diese unter einem Winkel von etwa 40° treffen.

Die Fig. 6 zeigt eine Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform einer Laufradanordnung 30, mit einer Aufnahme 28", die D-förmig mit Aussparungen 52 geformt ist, und in die ein D-förmiges Ende 26' der Welle 22 mit konvexer Antriebsfläche 46 eingesteckt ist. Die Abmessungen der Antriebsfläche 46 und der Mitnahmefläche 54 können wie bei der Fig. 5, die Abmessungen der Aussparungen 52 wie bei der Fig. 3 sein.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener

Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den

Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.