DE102006021446A1

DE102006021446A1 - Welle einer Wasserpumpe eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102006021446A1
Application number: DE102006021446A
Authority: DE
Inventors: Elmar Dipl.-Ing. Mause; Kleberson Sierra; Marcelo Machado; Claudenir Gomes
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2007-11-15
Also published as: WO2007128716A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Welle (1) einer Wasserpumpe eines Verbrennungsmotors, bestehend aus einem wenigstens teilweise als Hohlwelle (21, 22, 38) ausgebildeten Wellenkörper (2), welcher einen ersten Endabschnitt (3) zur Verbindung mit einem Antriebselement, einen zweiten Endabschnitt (4) zur Verbindung mit einem Pumpenrad der Wasserpumpe sowie einen dazwischen angeordneten Zwischenabschnitt (5) aufweist, wobei der Zwischenabschnitt (5) von einem Lageraußenring (6) eines Wälzkörpers (11) aufweisenden Wälzlagers umgeben ist, und wobei der Lageraußenring (6) und der Wellenkörper (2) im Bereich des Zwischenabschnitts (5) wenigstens eine Laufbahn (9, 10) aufweisen, in welcher die Wälzkörper (11) angeordnet sind, und wobei der Wellenkörper (2) wenigstens aus zwei Teilen (21, 22; 38, 39) besteht, welche zumindest im Bereich ihrer Verbindungsstelle koaxial zueinander angeordnet sind. Um einen besonders leichten Aufbau einer derartigen Welle zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil (22, 38) des Wellenkörpers (2) aus einem nicht-metallischen Werkstoff besteht, und dass wenigstens der Zwischenabschnitt (5, 39) des Wellenkörpers (2) im Bereich der Laufbahn (10) aus einem metallischen Werkstoff besteht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Welle einer Wasserpumpe eines Verbrennungsmotors, bestehend aus einem wenigstens teilweise als Hohlwelle ausgebildeten Wellenkörper gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Die zur Lagerung von Wasserpumpenwellen von Verbrennungsmotoren, beispielsweise Kraftfahrzeugmotoren, verwendeten Einbaueinheiten, welche auch als Zapfenlager bezeichnet werden, bestehen üblicherweise aus der Welle der Wasserpumpe und aus einem gemeinsamen Außenring, welcher um einen Zwischenbereich der Welle angeordnet ist. In beide Bauteile sind in gewissem Abstand Laufbahnen für jeweils zu Kränzen zusammengefasste Wälzkörper eingearbeitet. Meist bilden ein Kugel- und ein Rollenkranz oder zwei Rollenkränze eine zweireihige Festlager-Loslager-Anordnung. Der Rollenkranz befindet sich als Loslager auf der durch den Riemenzug einer Antriebsscheibe höher belasteten Seite, während der Kugelkranz zumeist als Festlager ausgebildet ist und außer der Radialkraft auch den Axialschub des Pumpenrads aufnimmt.
Dabei ist der Wellenkörper der Welle üblicherweise als einstückiges massives Stahlteil ausgeführt, welches als Schmiede- oder Frästeil ausgebildet ist, wodurch derartige Wellen schwer sowie in der Herstellung zeit- und kostenintensiv sind.
In der EP 1 262 675 A2 ist eine gattungsgemäße Welle beschrieben, deren Wellenkörper aus zwei Teilen besteht, welche im Bereich ihrer Verbindung koaxial zueinander angeordnet sind. Ein Teil ist dabei als massiver Achsstumpf aus Stahl ausgeführt, welcher an das zweite Teil in Form einer Hohlwelle angeflanscht ist. Die aus einem Stahlblechmaterial bestehende Hohlwelle, welche der Verbindung mit dem Lüfterrad der Wasserpumpe dient, soll deutlich leichter und preiswerter in der Herstellung sein. Als Herstellungsverfahren für die Hohlwelle wird plastisches Verformen oder Stanzen angegeben. Der Achsstumpf ist auf herkömmliche Weise geformt, er besteht aus einem massiven Stahlteil, in welches die Laufbahnen der Wälzkörper eingefräst sind. Unter dem Gesichtspunkt einer preiswerten und schnellen Fertigung stellt eine derartige Welle einen Fortschritt dar, jedoch bietet auch diese Welle noch Raum für Verbesserungen.
Aus der DE 85 21 327 U1 ist eine Welle mit einem zweiteiligen Wellenkörper bekannt, wobei die Teile des Wellenkörpers teleskopartig ineinander gesteckt sind, bei der das die Aufnahme bildende Teil einen Hohlraum für das den Einschub bildende Teil aufweist, und bei der die Aufnahme nahe der Mündung mindestens eine innenseitig angeordnete Nut sowie der Einschub nahe seinem einsteckbaren Ende mindestens eine außenseitig angeordnete Nut aufweist. Die Nuten sind in der Betriebslage überdeckend ausgerichtet und mit einem sich verfestigenden Werkstoff ausgegossen. Mit einer derartigen Welle wird die Aufgabe gelöst, eine Welle zu schaffen, die bei einem frontalen Aufprall eine Zurückverschiebung um mindestens 50 mm ermöglicht. Diesem Zweck dient die teleskopartige Verbindung der beiden aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Halbwellen, die an ihrer Verbindungsstelle durch ein aushärtbares Material miteinander verklebt sind, welches bei einem Frontalaufprall reißt und ein Ineinanderschieben der Halbwellen ermöglicht.
Vor dem Hintergrund der Unfallrisikoverminderung erfüllt eine derartige Welle sicherlich ihren Zweck. Eine Sollbruchstelle, wie sie die in der DE 85 21 327 U1 beschriebene Verklebung darstellt, erhöht aber auch das Risiko eines Ausfalls der Welle im normalen Betrieb, so dass der Fachmann von einer derartigen Lösung für normal ausgelegte, also nicht verkürzbare Wellen Abstand nehmen wird.
Gleich ist bei allen bislang bekannten Lösungen, dass die Wellen aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Stahl bestehen und zumindest teilweise massiv ausgebildet sind. Derartige Weilen sind daher relativ schwer und teuer zu fertigen. Außerdem fällt bei der spanabhebenden Bearbeitung massiver Stahlteile relativ viel Abfallmaterial an, welches unerwünscht ist.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Welle einer Wasserpumpe eines Verbrennungsmotors, bestehend aus einem wenigstens teilweise als Hohlwelle ausgebildeten Wellenkörper zu schaffen, die leichtgewichtig und preiswert herzustellen ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe auf überraschend einfache Art und Weise dadurch lösen lässt, dass der Wellenkörper zumindest teilweise aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht.
Die Erfindung geht daher aus von einer Welle einer Wasserpumpe eines Verbrennungsmotors, bestehend aus einem wenigstens teilweise als Hohlwelle ausgebildeten Wellenkörper, welcher einen ersten Endabschnitt zur Verbindung mit einem Antriebselement, einen zweiten Endabschnitt zur Verbindung mit einem Pumpenrad der Wasserpumpe sowie einen dazwischen angeordneten Zwischenabschnitt aufweist, wobei der Zwischenabschnitt von einem Lageraußenring eines Wälzkörper aufweisenden Wälzlagers umgeben ist, und wobei der Lageraußenring und der Wellenkörper im Bereich des Zwischenabschnitts wenigstens eine Laufbahn aufweisen, in welcher die Wälzkörper angeordnet sind, und wobei der Wellenkörper wenigstens aus zwei Teilen besteht, welche zumindest im Bereich ihrer Verbindungsstelle koaxial zueinander angeordnet sind. Außerdem ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil des Wellenkörpers aus einem nicht-metallischen Werkstoff besteht, und dass zumindest der Zwischenabschnitt des Wellenkörpers im Bereich der Laufbahn aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist.
Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass die Welle insgesamt sehr leichtgewichtig ist und durch die Verwendung von nichtmetallischen Werkstoffen eine Welle geschaffen ist, die sehr preiswert hergestellt werden kann. Bei der Herstellung fällt nur noch ein Minimum an Abfallmaterial an, so dass die Herstellung Ressourcen schonend erfolgen kann.
Unersuchungen einer erfindungsgemäß ausgebildeten Welle haben gezeigt, dass diese Komposit-Welle allen im Betrieb auftretenden Belastungen zur besten Zufriedenheit standzuhalten vermag. Derjenige Teil der Welle, welcher mit einer Riemenscheibe verbunden wird und besonders hohen Belastungen ausgesetzt ist, zeigte keine Ermüdungserscheinungen. Der axial gegenüberliegende Teil des Wellenkörpers, welcher mit dem Pumpenrad verbunden ist und aus einem nichtmetallischem Werkstoff besteht, unterliegt nur geringen Beanspruchungen, so dass hier ein einfaches Kunststoffteil vollauf genügt. Es ist ein Verdienst der Erfinder erkannt zu haben, dass eine Entkopplung der endständigen Belastungsbereiche der Welle dadurch möglich ist, dass diese Bereiche des Wellenkörpers aus sehr unterschiedlichen Materialien gefertigt werden, während bislang auch die weniger belasteten Bereiche des Wellenkörpers stets aus metallischen Materialien hergestellt wurden, welche zwar sehr stabil, aber auch schwer und fertigungsaufwendig sind.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Wellenkörper aus zwei hohlen Halbwellen besteht, welche koaxial ineinander gesteckt und miteinander verbunden sind, wobei eine erste Halbwelle aus einem metallischen Werkstoff und die zweite Halbwelle aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht.
In anderen praktischen Weiterbildungen kann vorgesehen sein, dass die erste Halbwelle ein Blechumformteil ist, an welchem Laufbahnen und Schultern für die Wälzkörper einstückig angeformt sind.
Andere praktische Ausgestaltungen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass die erste Halbwelle radiale Innenschultern aufweist, welche korrespondierende Sitzflächen für Schultern der zweiten Halbwelle bilden.
Eine dazu alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Wellenkörper aus einer einteiligen Hohlwelle aus einem nichtmetallischem Material und aus einer Hülse aus einem metallischen Material besteht, wobei die Hülse im Zwischenbereich koaxial zur Hohlwelle angeordnet ist.
Diese Ausgestaltung geht also noch einen Schritt weiter als die erste Ausführungsform, indem nur der das Wälzlager bildende bzw. tragende Zwischenbereich aus einem metallischen Werkstoff besteht, während der übrige Teil des Wellenkörpers aus einem nichtmetallischen Material, insbesondere aus Kunststoff, besteht.
Diese alternative Ausgestaltung lässt sich noch dadurch weiterbilden, dass die Hülse ein Blechumformteil ist, in welches Laufbahnen für die Wälzkörper eingeformt sind, wobei ferner vorgesehen sein kann, dass an der radialen Innenseite der Hülse Ringwülste angeformt sind, weiche in korrespondierende Rillen der Hohlwelle eingreifen und die Hohlwelle axial festlegen.
Diese Ausführungsform lässt sich durch eine praktische Weiterbildung ergän zen, wonach der zur Riemenscheibe weisende Endbereich der Hohlwelle mit einer Manschette oder einem Achsstummel aus metallischem Material verbunden ist.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass an das nichtmetallische Teil des Wellenkörpers ein Pumpenrad einstückig angeformt ist. Dies ist eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung, da sich hierdurch eine Integration des Pumpenrades in die Welle ermöglichen lässt. Die Welle wird also ein Teil des Pumpenrades bzw. umgekehrt. Hierdurch lässt sich ein weiterer bedeutender Vorteil erzielen, da sich ein separates Bauteil einsparen lässt. Zudem lässt sich der Montageaufwand reduzieren, da mit einer derartigen Ausgestaltung es nicht mehr nötig ist, das Pumpenrad an der Welle zu befestigen.
Ferner kann gemäß weiteren Ausgestaltungen vorgesehen sein, dass der Lageraußenring aus Blech gefertigt und mit Laufbahnen für die Wälzkörper versehen ist. Auch diese Weiterbildung der Erfindung stellt einen erheblichen Fortschritt dar. Bislang wurden nämlich die Lageraußenringe beispielsweise als Massivbauteil in spanabhebenden Verfahren hergestellt, so dass derartige Lageraußenringe entsprechend schwer und teuer in der Fertigung sind. Wird der Lageraußenring als Blechumformteil hergestellt, ergeben sich weitere positive Effekte, insbesondere in Bezug auf die Gestaltungsmöglichkeiten und auf das Gesamtgewicht der Welle.
In einer besonders praktischen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Lageraußenring im Wesentlichen einen konstanten Durchmesser aufweist und mit einer ringförmigen, nach innen gerichteten Sicke versehen ist, welche jeweils eine Schulter einer Laufbahn für die Wälzkörper bildet.
Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass der Lageraußenring einstückig mit einem Stirndeckel der Wasserpumpe verbunden ist. Diese Weiterbildung kann dadurch ergänzt werden, dass der Stirndeckel einen Flansch mit Schraublöchern aufweist und mit wenigstens einer Ablaufbohrung versehen ist.
Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass der Lageraußenring mit einer axialen Verlängerung versehen ist, welche als Lager für eine Axial-Gleitringdichtung dient, wobei die Axial-Gleitringdichtung zwischen der Verlängerung und dem pumpenradseitigen Endbereich des Wellenkörpers angeordnet ist.
In anderen praktischen Ergänzungen der Erfindung kann alternativ oder kumulativ dazu vorgesehen sein, dass der Lageraußenring bordlos ausgebildet ist, oder, dass der Lageraußenring wenigstens ein Bord aufweist, welches die Wälzkörper hinsichtlich ihrer Position axial begrenzt. Ebenso wird es aus Gründen der Praktikabilität zweckmäßig sein, eine Vorkehrung dahingehend zu treffen, dass zwischen den Enden des Lageraußenringes und dem Wellenkörper Dichtungen angeordnet sind.
Die Erfindung lässt sich auch noch dadurch kennzeichnen, dass die Wälzkörper als Kugeln, Rollen, Zylinderrollen oder Pendelrollen ausgebildet sind, wobei es ebenso zweckmäßig sein kann, vorzusehen, dass die Wälzkörper in einem gemeinsamen Käfig gehalten sind, wobei der Käfig vorzugsweise als ein beidseitig oder einseitig geschlossener Käfig ausgebildet ist.
Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass das nichtmetallische Teil der Welle aus einem polymeren Material, aus Polyamid, aus Polyester, aus Polypropylen oder einem Polycarbonat besteht, oder, alternativ dazu, dass das nichtmetallische Teil der Welle aus einem Faserverbundwerkstoff, aus faserverstärktem Kunststoff, aus glasfaserverstärktem Kunststoff oder aus einem Karbonfaserwerkstoff besteht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
1 eine Schnittansicht durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Welle gemäß der Erfindung,
2 eine Schnittansicht durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Welle gemäß der Erfindung,
3 eine Schnittansicht durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Welle gemäß der Erfindung,
4 eine Teilschnittansicht durch ein viertes Ausführungsbeispiel einer Welle gemäß der Erfindung, und
5 eine Schnittansicht durch ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Welle gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Welle 1 dargestellt, wobei die in dieser 1 verwendeten Bezugsziffern auch für die in den 2 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele gelten, soweit sie gleiche Teile verwenden.
In 1 ist demnach eine Spindel oder Welle 1 einer nicht näher dargestellten Wasserpumpe eines ebenfalls nicht dargestellten Verbrennungsmotors abgebildet. Die Welle 1 weist einen Wellenkörper 2 mit einem ersten freien Endabschnitt 3 und einem zweiten freien Endabschnitt 4 auf, wobei der erste freie Endabschnitt 3 einen größeren Durchmesser als der andere zweite freie Endabschnitt 4 hat. Der mit dem größeren Durchmesser versehene erste Endabschnitt 3 ist antreibbar, und zwar insbesondere mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellten Riementriebs des Verbrennungsmotors. Der mit dem kleineren Durchmesser versehene zweite Endabschnitt 4 ist mit dem Antrieb der Wasserpumpe bzw. mit einem Pumpenrad der Wasserpumpe gekoppelt.
Zwischen den beiden Endbereichen 3 und 4 der Welle 1 ist ein Zwischenbereich 5 vorgesehen, welcher von einem äußeren Lageraußenring 6 umgeben ist. Die radial innere Peripherie 7 des Lageraußenrings 6 und die äußere Peripherie 8 des Bereichs 5 sind jeweils mit komplementären Laufbahnen 9 und 10 versehen, in welchen Wälzelemente in Form von Kugeln 11 rollend gelagert sind. Anstelle von Kugeln 11 können auch andere Wälzkörper genutzt werden, beispielsweise Zylinderrollen.
Die Laufbahnen 9 des Lageraußenringes 6 sind von axialen Schultern 12 und 13 begrenzt, während die Laufbahnen 10 des Zwischenabschnitts 5 von Schultern 14 und 15 axial begrenzt sind. Zwischen den genannten Schultern 12 bis 15 befinden sich die Kugeln 11 in zweireihiger Lageranordnung. Die Kugeln 11 einer Reihe sind jeweils in an sich bekannter Weise in nur angedeuteten Käfigen 16 gehalten. Zwischen den Enden 17 und 18 des Lageraußenrings 6 und der Welle 1 sind in an sich bekannter Weise nur angedeutete Dichtungen 19 und 20 vorgesehen.
Der Lageraußenring 6 ist jeweils bordlos ausgeführt. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, den Lageraußenring an seinem jeweiligen axialen Ende mit einem sich radial erstreckenden Bord zu versehen, gegen das sich die Wälzelemente 11 axial abstützen können, welches insbesondere dann von Vorteil sein kann, wenn die Wälzelemente als Rollen ausgeführt sind.
Der Wellenkörper 2 der Welle 1 gemäß den 1 bis 3 besteht jeweils aus zwei Teilen, nämlich aus den hohlen Halbwellen 21 und 22, welche koaxial ineinander gesteckt und miteinander verbunden sind. Die antriebsseitige Halbwelle 21 besteht aus einem metallischen Werkstoff, nämlich aus einem Stahlblech und ist bevorzugt durch Blechumformung hergestellt. Bei diesem Herstellungsprozess werden die Laufbahnen 10 und die Schultern 14, 15 mit angeformt. Die sich dabei ergebenden radialen Innenschultern 23 und 24 bilden Sitzflächen für die Schultern 25 und 26 der abtriebsseitigen Halbwelle 22.
Diese Halbwelle 22 besteht aus einem nichtmetallischen Werkstoff, nämlich aus einem polymeren Material oder aus einem Faserverbundwerkstoff, und dient der Verbindung mit einem Pumpenrad der Wasserpumpe. Die Halbwelle 22 weist zudem einen radialen Rand 27 auf, welcher an eine Stirnkante 28 der antriebsseitigen Halbwelle 21 anliegt. Die unlösbare Verbindung der Halbwellen 21, 22 miteinander kann durch Verkleben, Verschweißen oder auf andere geeignete Weise erfolgen.
Ebenso wie die antriebsseitige Halbwelle 21 besteht auch der Lageraußenring 6 aus Stahlblech. Der Lageraußenring 6 wird ebenfalls durch Blechumformung hergestellt, während derer dieser mit einer Sicke 29 versehen wird, die den Lageraußenring nicht nur versteift, sondern durch welche auch gleichzeitig die Schultern 12 und 13 der Laufbahnen 9 an den Lageraußenring 6 angeformt werden. Durch die Sicke 29 lässt sich der Lageraußenring 6 besonders gut umspritzen bzw. mit Kunststoff vergießen oder auch formschlüssig in eine Gehäusewandung der Wasserpumpe eingießen.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Welle 1 dargestellt, die weitgehend der in 1 dargestellten und beschriebenen Welle 1 entspricht. In Abweichung vom in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Lageraußenring 6 der Welle 1 gemäß 2 anders ausgestaltet, insofern, als dass der Lageraußenring 6 einstückig mit einem Stirndeckel 30 der Wasserpumpe verbunden ist. Der Stirndeckel 30 weist zudem einen Flansch 31 mit Schraublöchern 32 auf, von denen in 2 nur ein Schraubloch 32 dargestellt ist. Zur Abführung von eventuell anfallendem Leckwasser sind Ablaufbohrungen 33 vorgesehen, durch welche das Leckwasser aus der Wasserpumpe ins Freie gelangen kann.
In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Welle 1 dargestellt, die weitgehend der in 1 dargestellten und beschriebenen Welle 1 entspricht. In Abweichung von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die abtriebsseitige Halbwelle 22 kürzer und endet an der Innenschulter 24 der Halbwelle 21. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, die Halbwelle 22 länger auszuführen und wie die Halbwelle 21 aus 1 bis über die Innenschulter 23 zu führen. An die ebenfalls aus Kunststoff bestehende Halbwelle 22 ist ein nur angedeutetes Pumpenrad 34 einstückig angeformt.
Der Lageraußenring 6 ist in Richtung Pumpenrad 34 mit einer axialen Verlängerung 35 versehen, welche als Lager für eine an sich bekannte federbelastete Axial-Gleitringdichtung 36 dient. Die Axial-Gleitringdichtung 36 ist durch die Verlängerung 35 und der Stirnkante 28 der antriebsseitigen ersten Halbwelle 21 gehalten, wobei das axiale Ende dieser ersten Halbwelle 21 mit der Stirnkante 28 gegenüber den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen länger ist. Zur Abführung von eventuell anfallendem Leckwasser sind Ablaufbohrungen 37 in der Verlängerung 35 ausgebildet, durch welche eventuell durch die Axial-Gleitringdichtung 36 fließendes Leckwasser aus der Wasserpumpe ins Freie gelangen kann.
In 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Welle 1 im Teilschnitt dargestellt. Während der Lageraußenring 6 und das aus den Wälzkörpern 11 bestehende Wälzlager der in 1 beschriebenen Anordnung entspricht, und auch die freien axialen Endabschnitte 3 und 4 sowie der Zwischenabschnitt 5 die gleiche Funktion erfüllen, ist der Wellenkörper 2 der Welle 1 abweichend gestaltet.
Dieser Wellenkörper 2 besteht aus zwei Teilen, nämlich aus einer einteiligen Hohlwelle 38 aus einem nichtmetallischem Material und aus einer Hülse 39 aus einem metallischen Material. Die Hülse 39 ist im Zwischenbereich 5 koaxial zur Hohlwelle 38 angeordnet. Die Hülse 39 ist ein Blechumformteil, in welches Laufbahnen 40 für die Wälzkörper 11 eingeformt sind, wobei die Laufbahnen 40 als umlaufende Rillen ausgeformt sind. Es ist jedoch auch möglich, Laufbahnen an die Hülse 39 anzuformen, welchen den Laufbahnen 10 aus 1 entsprechen. Durch die Ausgestaltung der Laufbahnen 40 als Rille entstehen beim Umformen der Hülse auf der radialen Innenseite der Hülse Ringwülste 41, welche in korrespondierende Rillen 42 der Hohlwelle 38 eingreifen und die Hohlwelle 38 axial festlegen.
Die Hohlwelle 38 besteht aus einem Kunststoff wie Polyamid, Polypropylen, Polyethylen oder aus einem anderen polymeren Werkstoff. Dabei kann die Hohlwelle 38 direkt in die Hülse 39 eingespritzt oder eingegossen werden. Möglich ist jedoch auch ein Auflaminieren, Ankleben an oder Verschweißen mit der Hülse 39. Ebenso kann die Hülse 39 auf die Hohlwelle 38 aufgepresst werden.
An den antriebsseitigen ersten Endbereich 3 kann eine in 4 nicht dargestellte Manschette oder ein Achsstummel aus metallischem Material zur Befestigung einer Riemenscheibe angebracht sein. Dabei kann die Manschette fluchtend auf die Hohlwelle 38 aufgeschoben sein. Es ist aber ebenso möglich, einen Achsstummel zumindest teilweise in die Hohlwelle 38 einzubetten.
In 5 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Welle 1 dargestellt, deren Wellenkörper 2 weitgehend dem Wellenkörper 2 aus 4 entspricht, also eine Hohlwelle 38 aus Kunststoff mit einer koaxial auf ihr sitzenden Hülse 39 aus Stahlblech aufweist, und auch sonst dem in 4 dargestellten sowie beschriebenen Wellenkörper 2 entspricht. Die Hülse 39 weist jedoch Laufbahnen 10 auf, welche bezüglich ihrer Querschnitts-Konfiguration den Laufbahnen 10 aus 1 entsprechen.
Der Lageraußenring 6 ist einstückig mit einem Stirndeckel 30 verbunden, wie er auch in 3 dargestellt und beschrieben ist. Der Stirndeckel 30 weist daher ebenfalls einen Flansch 31 mit Schraublöchern 32 auf, von denen in 5 nur ein Schraubloch 32 dargestellt ist. Zur Abführung von eventuell anfallendem Leckwasser sind Ablaufbohrungen 33 vorgesehen, durch welche das Leckwasser aus der Wasserpumpe ins Freie gelangen kann.

1: Welle
2: Wellenkörper
3: Erster freier Endabschnitt
4: Zweiter freier Endabschnitt
5: Zwischenbereich
6: Lageraußenring
7: Innere Peripherie des Lageraußenringes 6
8: Äußere Peripherie der Welle 1
9: Laufbahn
10: Laufbahn
11: Kugel, Wälzelemente
12: Schulter
13: Schulter
14: Schulter
15: Schulter
16: Käfig
17: Ende des Lageraußenringes 6
18: Ende des Lageraußenringes 6
19: Dichtung
20: Dichtung
21: Halbwelle
22: Halbwelle
23: Innenschulter
24: Innenschulter
25: Schulter
26: Schulter
27: Rand
28: Stirnkante
29: Sicke
30: Stirndeckel
31: Flansch
32: Schraubloch
33: Ablaufbohrung
34: Pumpenrad
35: Erweiterung
36: Axial-Gleitringdichtung
37: Ablaufbohrung
38: Hohlwelle
39: Hülse
40: Laufbahn
41: Ringwulst
42: Rille

Claims

Welle (1) einer Wasserpumpe eines Verbrennungsmotors, bestehend aus einem wenigstens teilweise als Hohlwelle (21, 22, 38) ausgebildeten Wellenkörper (2), welcher einen ersten Endabschnitt (3) zur Verbindung mit einem Antriebselement, einen zweiten Endabschnitt (4) zur Verbindung mit einem Pumpenrad der Wasserpumpe sowie einen dazwischen angeordneten Zwischenabschnitt (5) aufweist, wobei der Zwischenabschnitt (5) von einem Lageraußenring (6) eines Wälzkörper (11) aufweisenden Wälzlagers umgeben ist, und wobei der Lageraußenring (6) und der Wellenkörper (2) im Bereich des Zwischenabschnitts (5) wenigstens eine Laufbahn (9, 10) aufweisen, in welcher die Wälzkörper (11) angeordnet sind, und wobei der Wellenkörper (2) wenigstens aus zwei Teilen (21, 22; 38, 39) besteht, welche zumindest im Bereich ihrer Verbindungsstelle koaxial zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil (22, 38) des Wellenkörpers (2) aus einem nicht-metallischen Werkstoff besteht, und dass wenigstens der Zwischenabschnitt (5, 39) des Wellenkörpers (2) im Bereich der Laufbahn (10) aus einem metallischen Werkstoff besteht.
Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenkörper aus zwei hohlen Halbwellen (21, 22) besteht, welche koaxial ineinander gesteckt und miteinander verbunden sind, wobei eine erste Halbwelle (21) aus einem metallischen Werkstoff und eine zweite Halbwelle (22) aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht.
Welle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbwelle (21) ein Blechumformteil ist, an welches Laufbahnen (10) und Schultern (14, 15) für die Wälzkörper (11) einstückig angeformt sind.
Welle wenigstens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbwelle (21) radiale Innenschultern (23, 24) aufweist, welche korrespondierende Sitzflächen für Schultern (25, 26) der zweiten Halbwelle (22) bilden.
Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenkörper (2) aus einer einteiligen Hohlwelle (38) aus nicht-metallischem Material und aus einer Hülse (39) aus einem metallischen Material besteht, wobei die Hülse (39) im Zwischenbereich (5) koaxial zur Hohlwelle (38) angeordnet ist.
Welle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (39) ein Blechumformteil ist, in welches Laufbahnen (10, 40) für die Wälzkörper (11) eingeformt sind.
Welle zumindest nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der radialen Innenseite der Hülse (39) Ringwülste (41) angeformt sind, welche in korrespondierende Rillen (42) der Hohlwelle (38) eingreifen und die Hohlwelle (38) axial festlegen.
Welle zumindest nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Endbereich (3) der Hohlwelle (38) mit einer Manschette oder einem Achsstummel aus metallischem Material verbunden ist.
Welle zumindest nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass an das nichtmetallische Teil (22, 38) des Wellenkörpers (2) ein Pumpenrad (34) einstückig angeformt ist.
Welle zumindest nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (6) aus Blech gefertigt und mit Laufbahnen (9) für die Wälzkörper (11) versehen ist.
Welle zumindest nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (6) im Wesentlichen einen konstanten Durchmesser aufweist und mit einer ringförmigen, nach innen gerichteten Sicke (29) versehen ist, welche jeweils eine Schulter (12, 13) einer Laufbahn (9) für die Wälzkörper (11) bildet.
Welle zumindest nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (6) einstückig mit einem Stirndeckel (30) der Wasserpumpe verbunden ist.
Welle zumindest nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirndeckel (30) einen Flansch (31) mit Schraublöchern (32) aufweist, und mit wenigstens einer Ablaufbohrungen (33) versehen ist.
Welle zumindest nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (6) mit einer axialen Verlängerung (35) versehen ist, welche als Lager für eine Axial-Gleitringdichtung (36) dient, wobei die Axial-Gleitringdichtung (36) zwischen Verlängerung (35) und dem Endbereich (4) des Wellenkörpers (2) angeordnet ist.
Welle zumindest nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (6) bordlos ausgebildet ist.
Welle zumindest nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (6) wenigstens ein Bord aufweist, welches die Wälzkörper (11) axial begrenzt.
Welle zumindest nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Enden (17, 18) des Lageraußenringes (6) und dem Wellenkörper (2) Dichtungen (19, 20) angeordnet sind.
Welle zumindest nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (11) Kugeln, Rollen, Zylinderrollen oder Pendelrollen sind.
Welle zumindest nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (11) in einem gemeinsamen Käfig (16) gehalten sind.
Welle zumindest nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (16) ein beidseitig oder einseitig geschlossener Käfig (16) ist.
Welle zumindest nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtmetallische Teil (22, 34, 38) aus einem polymeren Material, aus Polyamid, aus Polyester, aus Polypropylen oder einem Polycarbonat besteht.
Welle zumindest nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtmetallische Teil (22, 34, 38) aus einem Faserverbundwerkstoff, aus faserverstärktem Kunststoff, aus glasfaserverstärktem Kunststoff oder aus Karbonfaserwerkstoff besteht.