CN110118190A - 泵轮、用于制造泵轮的方法和带有泵轮的泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及泵轮、用于制造泵轮的方法和带有泵轮的泵，该泵论由至少三个不同的材料区域构成，其中，带有空心轴(3)的叶轮(2)限定了第一材料区域，支承构件(4)限定第二材料区域以及永磁体(5)限定第三材料区域。本发明的任务是，在具有塑料复合的永磁体的泵轮的情况下设法实现坚固的结构、最优的排气、支承构件的安全的固定、经济的制造和轴向的长度公差补偿的可能性。此外，应当能建立起支承构件与磁性材料之间的尽可能准确的、平衡差度减小的连接。该技术问题根据本发明由装置权利要求1和方法权利要求19的特征解决。

Description

泵轮、用于制造泵轮的方法和带有泵轮的泵
技术领域
本发明涉及一种泵轮(1)，其由至少三个不同的材料区域构成，其中，带有空心轴(3)的叶轮(2)限定出第一材料区域、支承构件(4)限定出第二材料区域并且永磁体(5)限定出第三材料区域。此外，本发明还涉及一种用于制造泵轮的方法和一种带有该泵轮的离心泵。
背景技术
用于机动车中或类似应用中的附加水泵的泵轮通常配设有塑料复合的永磁体。在此，已知一件式泵轮和多件式泵轮。在一件式泵轮中，无论是电动的部分还是液压的部分都由永磁材料制成。出于经济的原因，应当使用尽量少的永磁材料，从而优选仅在那些需要的地方使用永磁材料并且在液压的区域中仅使用基本材料。两个部分原则上可以彼此分开地制造和安装。备选地，泵轮可以作为置入部分在压铸工具中以永磁材料注塑包封。因为通常需要至少一个轴承，所以人们将该轴承压入泵轮。这尤其在小尺寸以及关于温度和振动发生高的交变负荷的情况下出现问题。在以永磁材料围绕叶轮(2)和空心轴(3)注塑包封时，经常无法在压铸工具中实现最优的排气。这导致由空气和来自塑料材料的气体析出组成的气态的组分的杂质并因此导致永磁体的机械和磁性的弱化。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是，在具有塑料复合的永磁体的泵轮中，设法实现坚固的结构、最优的排气、支承构件的安全的固定、经济的制造和轴向的长度公差补偿的可能性。此外，应当能建立起支承构件和磁性材料之间的尽可能准确的、平衡差度减小的连接。
该技术问题按照本发明由装置权利要求1的特征和方法权利要求19的特征解决。因为支承构件和空心轴部分重叠，所以产生了径向的形状锁合和允许充分的排气的间隙(约0.01mm至0.03mm的间隙厚度)，但间隙足够小，使得它通过升高的喷射压力关闭。一旦间隙小于或等于0.01mm，则不再有熔融物被挤压穿过间隙。在约500bar的最大喷射压力下结束喷入过程。排气部位处在对排气而言最佳的部位上并且允许以包含磁性颗粒的塑料材料近乎完全地填充型腔。由于极为缺少特别是大的空腔和缩孔，永磁体极为坚固耐用并且耐温度交变负荷和振动负荷。断裂敏感性和温度突变敏感性尤其变小。这种技术方案的优点也在于，所有的构件都可以对应其功能地配设有不同的填充材料。叶轮通过玻璃纤维增强，支承构件通过碳纤维在摩擦学上优化并且永磁体能通过磁性颗粒磁化。通过以磁性材料注塑包封促成全部三个部件(叶轮、支承构件和永磁体)形状锁合且部分材料锁合地(stoffschlüssig)连接成不可分离的磁转子组件。因此不能移出轴承。
在从属权利要求中说明本发明的改进方案。规定沿轴向在空心轴(3)和支承构件(4)之间设有不属于第一材料区域(空心轴)以及也不属于第二材料区域(支承构件)的区域。这个间隙是排气路径的一部分并且限定了排气区域的轴向方位。
此外规定，沿轴向设在空心轴(3)和支承构件(4)之间的区域是以永磁材料填充的间隙(13)。该间隙在压铸过程期间用作排气通道并且在冷却的状态下用作形状锁合区域。
支承构件(4)和空心轴(3)彼此间形成分隔面。分隔面的基本形状可以是柱形或锥形的。在使用锥形的分隔面时，通过喷射压力又封闭的暂时的排气间隙能够在压铸过程期间打开。暂时的间隙在最简单的情形下是锥形的环形间隙。
锥面相对于柱面的倾斜优选在0°和15°之间，其中，可以是5°、10°或15°(角)。
除了轴向的间隙(13)外，可以沿径向在空心轴(3)和支承构件(4)之间存在以永磁材料填充或能用永磁材料填充的区域(9)。该区域是排气通道的延伸部，该区域可以环形地或以中断的方式围绕圆周地分布。
支承构件(4)和空心轴(3)的几何形状如下地构造，即，支承构件和空心轴在径向上彼此形状锁合地(formschlüssig)布置。这允许了预定心以及方便了将承构件套装到空心轴上、允许了安全的操纵和可靠地导入到压铸工具中，特别是在使用安装机器人时。在使用锥形形状时，插塞连接仍是最优的。
支承构件(4)适宜地具有外部区域(6)、连接区域(7)和支承区域(8)，其中，连接区域(7)相对于外部区域(6)回缩。此外，空心轴(3)在轴向的自由的端部上具有直径减小的区域(10)。最后，支承构件(4)的外部区域(6)在留有间隙(13)的情况下布置在直径减小的区域(10)上方。为了使间隙(13)不能减小到零，空心轴(3)的端部区域和支承构件的连接区域(7)如下地彼此协调一致，即，两个置入部分能受止挡地安装并因此保留了轴向的间隙(13)。在压铸工序期间，间隙(13)可能由于喷射压力而变宽并由此增大排气横截面。当在空心轴(3)的直径减小的区域(10)与支承构件(4)的外部区域(6)的内面之间存在径向的环形间隙时，通过压铸工具的芯杆对置入部分定向和定心，从而产生均匀的环形间隙。也可能的是，限界出环形间隙的区域略微锥形地构造。喷射压力在这个实施方案中在填充型腔的第一半部中通过置入部分的轴向的定位促成了径向间隙的横截面变大。在填充型腔的第二半部中，环形间隙由于型腔内压升高而不断减小。
原则上，支承构件也可以在留有间隙(13)的情况下沿径向布置在空心轴区域之内。
为了沿径向在支承构件(4)和空心轴(3)之间获得多个中断的排气区域，直径减小的区域(10)的外圆周具有偏离柱形侧面或锥形侧面的形状。支承构件(3)的外部区域(6)的相应的偏差也类似地产生影响。
在连接区域(7)中设有多个轴向的缺口(11)。这些缺口一方面用于在压铸工序时的排气并且另一方面用作泵运行中的振动脱耦机构，这是因为缺口(11)减小了支承构件(3)的径向的刚性。
为了使在内部与带有空心轴(3)的叶轮(3)连接且与支承构件(4)连接的永磁体(5)不会基于不同的热膨胀系数而得到裂缝，规定全部三个材料区域使用相同的基本材料，特别是PPS，其中，叶轮(2)的基本材料以玻璃纤维填充、永磁体(5)的基本材料以磁性颗粒填充并且支承构件的基本材料以碳纤维填充。叶轮(2)优选由PPS GF40构成、永磁体(5)由带60％体积百分比的SrFeO的PPS构成并且支承构件(4)由PPS CF30构成。
已经表明，间隙的方位对在压铸时的最优的排气而言起决定性作用，因此建议，以磁性材料填充的间隙(13)在永磁体(5)的轴向端部之间的中间区域处联接到该中间区域上。
优选规定，间隙(13)在轴向上布置成距相对于叶轮的远端为永磁体(5)的长度的大致三分之一。
支承构件(4)的外部区域(6)配设有沿径向突出的肋(12)。所述肋促成了与磁性材料的形状锁合的连接。肋(12)可以居中地、偏心地布置或布置在外部区域的端部上。也能使用多个肋或其它形状的突出部。也同样适用于槽或在支承构件(4)的外部区域(6)中的回缩部的使用。在使用肋或槽时，肋或槽可以具有中断部。由此，也沿转动方向给出形状锁合，因而阻止了部分彼此间的扭转。作用相同的形状锁合也可以通过外部区域(6)的边缘的齿状结构来建立。唯一一个突出部或回缩部也够用了。但在最简单的情况下能制造大致居中布置的肋，因为这种肋也可以构造成放大的分型毛边。
支承构件(4)在所说明的例子中被构造成径向轴承。但也可以考虑将同样的方法使用在轴向轴承中。
本发明也通过方法权利要求12的特征解决。所述方法具有下列步骤：a)提供带有空心轴(3)的预成形的叶轮(2)；b)提供预成形的支承构件(4)；c)将带有空心轴(3)的叶轮(2)和支承构件(4)置入压铸工具；d)接合压铸工具并注入以永磁颗粒填充的塑料，其中，排气通过轴向上在空心轴(3)与支承构件(4)之间存在的间隙(13)进行；e)断开压铸工具并取出泵轮(1)。本发明的特征尤其在于使用两个置入部分，一个是优选与空心轴(3)呈一体的叶轮(2)，另一个是支承构件(4)。两个置入部分彼此间以及与有待在压铸工具中制造的永磁体形状锁合地和/或传力锁合地(kraftschlüssig)连接。塑料复合的磁性材料在此从相对于叶轮(2)的远端经由多条注入通道注入。排气通过轴向的间隙(13)、空心轴(3)与支承构件(4)之间的暂时的基本上径向的环形间隙(排气区域9)、支承构件(4)内和压铸工具的中央的排气路径中的缺口(11)来实现。
压铸工具包含磁体，磁体促使永磁材料的预磁化或完全的磁化。由此，如下地影响磁性材料的流动路径，即，使得磁性材料首先在型腔的外围沿着该外围运动并且在其端部处改换方向。在此，在传统的方法中经常出现空气杂质。但在此，空气可以通过空心轴(3)与支承构件(4)之间的间隙(13)逸出。令人惊讶地表明，在中间区域中的间隙的方位促成了最优的排气。
附图说明
接下来借助附图详细阐释本发明的实施例。附图中：
图1是泵轮的剖视图；
图2是支承构件的剖视图和前视图；以及
图3是带有置入部分和所注入的塑料复合的永磁材料的压铸工具的剖视图。
具体实施方式
图1示出了泵轮1的剖视图，泵轮带有与空心轴3成一体的叶轮2、支承构件4和永磁体5。沿轴向在空心轴3和支承构件4之间布置有间隙13，该间隙构造成槽状并且它的槽底由空心轴3形成。槽的侧面在一侧由空心轴3以及另一侧由支承构件4形成。间隙13以永磁体5的磁性材料填充。在永磁体5和叶轮2之间存在自由空间14。该自由空间用于节省磁性材料以及用于减小惯性矩。支承构件4由外部区域6、支承区域8和连接区域7构成。外部区域6和支承区域被构造成管形以及连接区域7被构造成盘形。连接区域具有多个缺口11，这些缺口均匀地在360°上分布。沿径向在空心轴3和支承构件4的外部区域6之间存在能以磁性材料填充的区域9(参看图3)。视所注入的磁性材料的量而定，可以填充、部分填充或不填充区域9。肋12居中地处在支承构件4的外部区域6上，肋没有完全环绕外部区域，而是具有用作防扭转部的中断部。泵轮1具有用于另外的滑动轴承(未示出)的容纳部15。能安装到叶轮2上的盖盘(未示出)属于泵轮1。空心轴3在永磁体之内具有凹部22，凹部以永磁材料填充。这些凹部22仅部分存在，因而它们用作防扭转部以及也用作轴向保护部。
图2示出了支承构件4的剖视图和前视图，该支承构件带有外部区域6、连接区域7、支承区域8、缺口11、肋12和肋12的中断部21。中断部21用作防扭转部。外部区域6在内部是具有约10°的角的锥形。
图3示出了带有嵌入部分和所注入的塑料复合的永磁材料的压铸工具的剖视图。为简单起见，压铸工具中仅示出了具有浇道20的浇口插入件16、喷嘴侧的工具芯17、顶推器侧的工具芯18和顶推器19。侧向的滑动件23和另外的成形件24以虚线示出。在压铸工具中，叶轮2被容纳到顶推器19上以及支承构件4被容纳到顶推器侧的工具芯18上。在置入压铸工具时，叶轮2和支承构件4已被预安装。预安装和置入通过安装机器人来实现。在压铸过程中，工具被接合，此时喷嘴侧的工具芯经定心地贴靠在顶推器侧的喷嘴芯上。浇口插入件沿轴向封闭型腔。以磁性颗粒填充的塑料材料同时通过三条浇道被注入。在压铸工具内的磁场如下地影响压铸料，使得压铸料首先在径向沿着工具的靠外的壁部运动直至到达工具型腔的轴向端部。随后，压铸料被向内挤压并沿轴向朝着浇口的方向返回。在此，压铸料将在型腔中存在的空气通过间隙13和排气区域9以及缺口11和在喷嘴侧的工具芯17与浇口插入件16之间的自由留空部向外推。间隙13的方位促成仅保留最小空腔或不保留空腔，这是因为在压铸料的前部能够与从浇道流出的材料汇合之前，空气就能逸出。
附图标记列表
1 泵轮
2 叶轮
3 空心轴
4 支承构件
5 永磁体
6 外部区域
7 连接区域
8 支承区域
9 排气区域
10 直径减小的区域
11 缺口
12 肋
13 间隙
14 自由空间
15 容纳部
16 浇口插入件
17 喷嘴侧的工具芯
18 顶推器侧的工具芯
19 顶推器
20 浇道
21 中断部
22 凹部
23 滑动件
24 成形件

Claims (21)

1.一种泵轮(1)，所述泵轮由至少三个不同的材料区域构成，其中，带有空心轴(3)的叶轮(2)限定出第一材料区域，支承构件(4)限定出第二材料区域并且永磁体(5)限定出第三材料区域，其特征在于，所述支承构件(4)和所述空心轴(3)在轴向上部分地重叠。
2.按照权利要求1所述的泵轮，其特征在于，沿轴向在所述空心轴(3)与所述支承构件(4)之间设有不属于所述第一材料区域并且也不属于所述第二材料区域的区域。
3.按照权利要求2所述的泵轮，其特征在于，沿轴向设在所述空心轴(3)与所述支承构件(4)之间的区域是以永磁材料填充的间隙(13)。
4.按照权利要求1、2或3所述的泵轮，其特征在于，所述支承构件(4)和所述空心轴(3)彼此间形成分隔面。
5.按照权利要求4所述的泵轮，其特征在于，所述分隔面的基本形状是柱形或锥形的。
6.按照权利要求5所述的泵轮，其特征在于，锥面相对于柱面倾斜了0°至15°(半个锥角)。
7.按照前述权利要求中至少一项所述的泵轮，其特征在于，沿径向在所述空心轴(3)与所述支承构件(4)之间存在以永磁材料填充的或能以永磁材料填充的区域(9)。
8.按照前述权利要求中至少一项所述的泵轮，其特征在于，所述支承构件(4)和所述空心轴(3)在径向上彼此形状锁合地布置。
9.按照前述权利要求中至少一项所述的泵轮，其特征在于，所述支承构件(4)具有外部区域(6)、连接区域(7)和支承区域(8)，其中，连接区域(7)相对外部区域(6)回缩。
10.按照前述权利要求中至少一项所述的泵轮，其特征在于，所述空心轴(3)在轴向的自由端部处具有直径减小的区域(10)。
11.按照权利要求9或10所述的泵轮，其特征在于，所述支承构件(4)的外部区域(6)在留有间隙(13)的情况下布置在直径减小的区域(10)的上方。
12.按照权利要求10或11所述的泵轮，其特征在于，所述直径减小的区域(10)的外圆周具有偏离于柱形侧面的形状。
13.按照权利要求9至12中至少一项所述的泵轮，其特征在于，所述连接区域(7)具有轴向的缺口(11)。
14.按照前述权利要求中至少一项所述的泵轮，其特征在于，所述永磁体(5)、带有空心轴(3)的所述叶轮(2)和所述支承构件(4)由相同的基本材料构成，其中，所述永磁体(5)的基本材料是以磁性颗粒填充的并且支承构件的基本材料是以碳纤维填充的。
15.按照前述权利要求中至少一项所述的泵轮，其特征在于，以磁性材料填充的间隙(13)在所述永磁体(5)的轴向端部之间的中间区域处联接到所述中间区域上。
16.按照权利要求15所述的泵轮，其特征在于，所述间隙(13)在轴向上布置成距相对于叶轮的远端为所述永磁体(5)的长度的大致三分之一。
17.按照权利要求9至16中至少一项所述的泵轮，其特征在于，所述支承构件(4)的外部区域(6)具有径向突出的肋(12)。
18.按照前述权利要求中至少一项所述的泵轮，其特征在于，所述支承构件(4)是径向轴承。
19.一种用于制造泵轮(1)的方法，所述泵轮由至少三个不同的材料区域构成，其中，带有空心轴(3)的叶轮(2)限定出第一材料区域，支承构件(4)限定出第二材料区域并且永磁体(5)限定出第三材料区域，其特征在于具有下列方法步骤：a)提供带有空心轴(3)的预成形的叶轮(2)；b)提供预成形的支承构件(4)；c)将带有空心轴(3)的叶轮(2)和支承构件(4)置入压铸工具；d)接合压铸工具并注入以永磁颗粒填充的塑料，其中，排气通过轴向上在空心轴(3)与支承构件(4)之间存在的间隙(13)进行；e)断开压铸工具并取出泵轮(1)。
20.按照权利要求19所述的方法，其特征在于，所述压铸工具具有磁体，通过所述磁体对塑料复合的磁性颗粒进行定向和磁化。
21.带有按照前述权利要求中任一项所述的泵轮的泵。
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