CN114352539A - 具有壳体、轴和转子的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设备，该设备包括壳体1、轴11和转子5。轴11利用端部区段形状配合地嵌入壳体1的材料中，其中，端部区段在外侧具有槽14。槽14螺旋形地延伸。转子5可转动地并且参照轴11的纵向方向固定地支承在轴11上。通过槽14的螺旋形的走向，实现轴11的端部区段到壳体1中的嵌入，该嵌入不仅沿纵向方向，而且沿轴11的周向方向作用。由此，可以有效避免轴11由于从转子5传输到轴11的力和力矩从壳体1的松脱。

Description

具有壳体、轴和转子的设备

技术领域

本发明涉及一种设备，尤其是设计为流体机械的设备。该设备包括壳体、利用端部区段形状配合地嵌入壳体的材料中的轴和转子，其中，端部区段在外侧具有槽，转子可转动地支承在轴上。

背景技术

这种设计为冷却剂泵的流体机械在EP 2 273 123 A1中公开。在此，转子表示电动机的外转子和冷却剂泵的泵轮。为此，壳体构造为所谓的间隔锅形件(Spalttopf)，电动机的定子布置在该间隔锅形件内。主要由塑料设计的同样锅形的转子不仅在端侧，而且在周边侧包围壳体的间隔锅形件，其中，在转子的柱形的周边区段布置有永磁体，永磁体与定子磁性地相互作用，以便导致转子的旋转驱动。为了控制转子的旋转，该转子可转动地支承在由金属制成的轴上，并且在该轴上沿轴向方向关于旋转轴线固定。轴的端部区段嵌入间隔锅形件的塑料材料，其中，轴在该端部区段中具有环绕的槽，由此产生壳体和轴之间的连接关于轴的纵向方向的形状配合。通过形状配合的连接，避免轴由于轴向的牵引力从壳体的松脱，牵引力在冷却剂泵的运行中作用到转子上，并且从转子传输到轴上。

在使用根据EP 2 273 123 A1的冷却剂泵的情况下证实的是，不可靠地避免轴从壳体的松脱。

此外由DE 100 12 663 A1已知一种电动冷却剂泵。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，在根据EP 2 273 123 A1的泵的情况下有效防止轴从壳体的松脱。

该技术问题在根据权利要求1的设备中解决。该设备可以根据权利要求10尤其设计为流体机械，并且特别优选地设计为泵、例如冷却剂泵。根据本发明的设备的另外的有利的设计方式是另外的权利要求的主题，和/或由随后对本发明的描述产生。

根据本发明设置有一种设备，该设备具有至少一个(单件式或多件式的)壳体、轴和转子。轴在此利用端部区段形状配合地嵌入壳体的材料中，其中，端部区段在外侧具有槽。该槽在此螺旋形地延伸。转子可转动地并且关于轴的纵向方向固定地支承在轴上。

通过槽的螺旋形的走向，实现轴的端部区段到壳体中的嵌入，该嵌入以有利的方式不仅沿纵向方向，而且沿轴的周向方向形状配合地起固定作用。由此，可以有意义地避免轴由于从转子传输到轴的力和力矩从壳体的松脱。

本发明基于以下认识，即在根据EP 2 273 123 A1的冷却剂泵中，轴与壳体的松脱主要由以下产生，即通过将轴嵌入材料中而实现的连接没有形状配合地沿周向方向作用。在这种冷却剂泵的运行中，尤其当污物进入时，相当大的摩擦力可以作用在构造在轴和转子之间的滑动支承件中，其可以导致通过嵌入壳体的材料中沿周向方向仅力配合地固定的轴与转子一起转动。这可能首先单独实现，随后通过力配合的连接的由磨损导致的减小可能持续地进行。并且因为轴到壳体中的嵌入没有设计用于这种持续的相对旋转，所以沿纵向方向作用的形状配合的借助周边槽和位于周边槽中的材料的嵌入实现的连接在冷却剂泵的持续运行中在一定程度中衰减，从而固定最终出现松弛，这导致冷却剂泵的运行故障。在根据本发明的设备中，通过轴到壳体的材料中的也形状配合地沿周向方向起固定作用的嵌入有效地防止该问题。

原则上，可以以任意的方式和方法实现轴到壳体的材料中的沿周向方向形状配合地固定的嵌入。例如也可能设定，如在根据EP 2 273 123 A1的冷却剂泵中设置的(闭合环绕的)周边槽不像其中那样在垂直于轴的纵向方向取向的平面中延伸，而是在与其倾斜延伸的平面中延伸。

然而，根据本发明设置有槽的螺旋形的走向(或者说延伸)，因为可以有利地制造这样的走向。尤其地，为此可以以相对简单且成本低廉的方式借助车削过程切削加工地引入槽。如果轴总体上制造为车削部件，或者几何形状在其端部(例如斜边)上切削地被实现，那么这尤其可能是有利的。因为螺旋形的槽的外轮廓由制造导致地不大于轴的支承直径，所以轴可以顺利地在外侧被磨削(例如借助贯穿式磨削过程)，以便确保转子在轴上的相对低摩擦的支承。与沿周向方向形状配合地固定的嵌入的备选的可能性(例如压印凸出的轮廓)相比，这有利地作用。

根据本发明的设备尤其可以设计为流体机械，其中，转子可以设计为与流体相互作用的叶轮，并且转子尤其设计为电动机的外动子(或称为外转子)。此外，壳体可以具有针对流体的入口和出口。

特别优选地，流体机械可以设计为做功机械，并且尤其设计为泵、例如使用在内燃机的冷却系统中的冷却剂泵，或设计为风扇/压缩机。但是，设备设计为发动机也可以是有利的。

按照根据本发明的设备的优选的实施方式可以规定，壳体至少在容纳轴的区段中优选完全由塑料(即由一种或多种塑料)构成，和/或轴至少部分、优选完全由金属(即由一种或多种金属)、例如钢构成。由塑料制成的壳体的设计能够实现廉价的制造，并且此外可以导致相对小的构件重量。由金属制成的轴的设计可以确保轴的高的可负载性。但备选地，由金属(例如由镁或铝、例如借助触变成形)制成的壳体的设计和/或由其他的材料、例如陶瓷、玻璃或塑料制成的轴的设计也可以是有利的。

在至少部分由塑料制成的壳体的设计中优选可以规定，壳体的相应的部分或区段、优选整个壳体制造为压注构件(或者说注塑构件)，其中，在压注过程期间，轴的相应的端部区段被壳体的材料注塑包封，并且由此被嵌入。壳体作为压注构件的这种设计同样可以在制造成本方面具有有利的作用。

按照根据本发明的设备的优选的设计方式可以规定，槽关于转子的设置的旋转方向的螺旋形的走向沿轴的嵌入的端部的方向升高。在设计优选设计为做功机械并且尤其设计为泵或风扇的情况下，转子的设置的旋转方向尤其可以是叶轮将流体朝壳体的出口运输的方向。根据本发明的设备的这种设计方式确保，由于转子的相对旋转而作用到轴上的由摩擦导致的力矩导致以下趋势，即轴拧入壳体中，由此，特别可靠地避免轴由于从转子传输到轴上的牵引力的松脱。

按照根据本发明的设备的优选的设计方式可以规定，槽终止于轴的嵌入的端部。这能够实现轴和进而整个设备的有利的和尤其廉价的可制造性。这尤其适用于借助车削过程引入轴的材料中的槽，因为切削刃由此可以轴向移动超过轴的相应的端部。

此外优选可以规定，槽的螺距角和/或槽的深度和/或槽的螺纹方向(即槽升高的纵向方向)在槽的走向的长度中是恒定的或相同形状的/类似的。这也导致轴和进而整个设备的尽可能廉价的可制造性。

为了使嵌入轴的壳体材料中的缺口应力保持尽可能低，可以优选规定，槽在槽底部中的宽度是轴的外直径(在非恒定的或变化的外直径中：平均的外直径)的至少20％(没有在槽底部的区域中测量)。

可以用于相同目的的是，槽的一个、多个或所有棱边倒圆地设计，其中，“棱边”原则上理解为在两个面(这两个面中的至少一个限界槽)之间的过渡部。这两个面之间的过渡部因此可以以弯曲的面的形式并且不以线的形式设计。

此外，为了最小化嵌入轴的壳体材料中的缺口应力可以规定，槽走向的螺距角(在非恒定的槽走向的情况下：平均的螺距角)为至少10°。

此外优选可以规定，槽完全布置在壳体的材料内。由此可以实现轴到壳体的材料中的特别有利的嵌入，因为可以与由摩擦导致的力矩与螺纹方向相比沿哪个方向作用于轴上无关地、可靠地避免轴从壳体的材料的转出。由此也可以以相对简单的方式实现在利用壳体的塑料注塑包封时轴的充分的密封。

附图说明

随后根据在附图中示出的实施例详细阐述本发明。在附图中：

图1以纵向剖视图示出了根据本发明的设计为泵的设备的一个区段。

具体实施方式

在附图中示出的泵(其例如可以是冷却剂泵)包括多件式的壳体1，壳体完全由塑料构成。壳体1包括壳体下部分1a、壳体中间部分1b和壳体上部分1c。壳体下部分1a和壳体上部分1c共同限界壳体1的内部空间。在边缘侧，在壳体下部分1a和壳体上部分1c之间固定保持的壳体中间部分1b将内部空间划分为第一容纳空间2和第二容纳空间4，泵的电气部件(包括驱动电机的定子3)容纳在第一容纳空间内，泵的转子布置在第二容纳空间内。第二容纳空间4此外可以被借助泵运输的流体流过。为了这种流过，壳体上部分1c具有针对流体的构造在入口套管6中的入口和针对流体的构造在出口套管7中的出口。流体线路(未示出)分别可以联接至套管6、7。

作为间隔锅形件、导致驱动电机的定子3和转子5之间的结构分离的壳体中间部分1b设计为锅形，并且包围定子3。泵的转子5同时也表示驱动电机的转子5，其设计为外动子(或称为外转子)。转子5为此包括多个永磁体8，永磁体嵌入转子5的完全由塑料设计的基体9中。具体地，永磁体8布置在同样锅形的转子5的空心柱形的周侧区段5a。转子5的空心柱形的周侧区段5a在外侧，在构造定义的间隙的情况下包围壳体中间部分1b的空心柱形的区段。以类似的方式，转子5的端面区段5b在构造定义的间隙的情况下相邻地布置在壳体中间部分1c的端面区段上。在端面区段5b的背对壳体中间部分1c的侧面上，转子5构造出多个叶片10，叶片在(因此作为叶轮)设计的转子5旋转时产生针对流体的泵送作用，其中，流体通过入口套管6被抽吸，并且通过出口套管7被导出。

为了确保驱动电机的转子5和定子3的同轴的相对旋转，转子5可转动地支承在由金属制成的轴11上，为此，转子5具有中心的管形的支承区段5c。同时，转子5在轴11上的支承沿轴11的纵向方向并且沿转子5的旋转轴线12固定，这参照(远离壳体中间部分1c地并且朝入口套管6的方向指向的)纵向方向借助轴向支承环13实现，轴向支承环同样由金属构造，并且与轴11的自由的端部材料配合地连接、例如焊接。沿轴11的纵向方向的固定在此是特别重要的，因为通过转子5的叶片10与流体的相互作用，力作用到转子5上，力朝入口套管6的方向拉转子。

轴11的安置在另一端部上的端部区段嵌入壳体中间部分1b的材料中，由此，轴11与壳体中间部分1b固定连接。为了在此实现不仅沿纵向方向、而且也沿轴11的周向方向材料配合地起固定作用的连接，端部区段在外侧具有槽14，槽螺旋形地延伸。槽14完全布置在壳体中间部分1b的材料内。同时，将槽14的螺旋形的走向选择为，使得该走向关于转子5的设置的在图1中根据箭头示出的旋转方向、朝轴11的嵌入的端部的方向升高。由此确保，由摩擦导致的、由于转子5的相对旋转作用于轴11上的力矩趋势性地导致轴11拧入壳体中间部分1b中。然而，在此通过轴11的端部区段的也沿轴11的纵向方向固定的形状配合的嵌入来防止这种拧入。因为中间壳体部分1b的相对大量的材料与轴11的嵌入的端部邻接，所以确保轴11在中间壳体部分1b上的持续牢固的固定和进而转子5在壳体1内的持续牢固的定位。相反，如果槽14的走向具有相反的螺纹方向，那么由于相对少的材料量可能不能确保轴11的持续牢固的固定和转子5的定位，该相对少的材料量与轴11从壳体中间部分1b的材料的旋出对抗。

附图标记列表

1壳体

1a壳体下部分

1b壳体中间部分

1c壳体上部分

2壳体的第一容纳空间

3驱动电机的定子

4第二容纳空间

5泵/驱动电机的转子

5a转子的周侧区段

5b转子的端面区段

5c转子的支承区段

6入口套管

7出口套管

8永磁体

9转子的基体

10转子的叶片

11轴

12转子的旋转轴线

13轴向支承环

14槽。

Claims (10)

1.一种设备，所述设备具有壳体(1)、轴(11)和转子(5)，所述轴利用端部区段形状配合地嵌入壳体(1)的材料中，其中，所述端部区段在外侧具有槽(14)，所述转子能转动地并且参照轴的纵向方向位置固定地支承在轴(11)上，其特征在于，所述槽(14)螺旋形地延伸。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述壳体(1)由塑料构成，和/或所述轴(11)由金属构成。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述槽(11)参照转子(5)的设置的旋转方向的螺旋形的走向沿轴(11)的嵌入的端部方向升高。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述槽(14)终止于轴(11)的嵌入的端部。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述槽(14)在槽底部中的宽度是所述轴(11)的直径的至少20％。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述槽(14)的一个、多个或所有棱边倒圆地构造。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述槽(14)的走向的螺距角为至少10°。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述槽(14)的螺距角和/或深度和/或螺纹方向在所述槽(14)的走向的长度上是恒定的。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述槽(14)完全布置在壳体(1)的材料内。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备设计为流体机械，其中，所述转子(5)设计为与流体相互作用的叶轮，并设计为驱动电机的转子，并且其中，所述壳体(1)具有用于流体的入口和出口。

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