DE102009028310A1

DE102009028310A1 - Flüssigkeitspumpe

Info

Publication number: DE102009028310A1
Application number: DE102009028310A
Authority: DE
Inventors: Bernd Hein; Christoph Heier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2011-02-10
Also published as: EP2462351B1; EP2462351A2; US20120195754A1; JP5787887B2; JP2013501188A; EP2462351B2; WO2011015413A3; IN2012DN00472A; WO2011015413A2; CN102472291A; US8967970B2; ES2639367T3

Abstract

Zum Ausbilden einer Flüssigkeitspumpe 1, insbesondere Wasserpumpe 1, wird ein Flügelrad 11 mit einer Gleitlagerbuchse 12 drehbar auf einem Lagerbolzen 13 gelagert. Dabei werden das Flügelrad 11 und die Gleitlagerbuchse 12 aus einem gleichen Grundmaterial einstückig oder mehrteilig ausgebildet. In das Grundmaterial der Gleitlagerbuchse 12 wird ein weiteres Material gemischt, das die Gleiteigenschaften der Gleitlagerbuchse 12 auf dem Lagerbolzen 13 verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitspumpe sowie ein Verfahren zum Ausbilden einer Flüssigkeitspumpe, insbesondere Wasserpumpe, mit einem Lagerbolzen, auf dem ein Flügelrad mit einer Gleitlagerbuchse drehbar gelagert ist.
Stand der Technik
Flüssigkeitspumpen, insbesondere Wasserpumpen werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um einen Kühlmittelumlauf sicherzustellen. Dabei kommen verschiedene Bauformen von Flüssigkeitspumpen zum Einsatz. Flüssigkeitspumpen sind meist zweiteilig ausgebildet und umfassen einen Pumpenbereich und einen Motorbereich. Dabei kann ein Flügelrad als ein Laufrad für den Flüssigkeitskreislauf sowie für den Antrieb der Flüssigkeitspumpe dienen. Das Flügelrad ist in der Regel aus einem Plastoferrit ausgebildet, um magnetische Eigenschaften aufweisen zu können. In der Regel ist das Flügelrad mit einer Gleitlagerbuchse verbunden, die beispielsweise aus einem Kunstharz gebundener Presskohle ausgebildet ist. Dadurch kann das Flügelrad als Rotor verwendet werden, der mit der Gleitlagerbuchse auf einem Lagerbolzen aufsitzt und um den Lagerbolzen rotiert.
Aufgrund der unterschiedlichen Temperaturausdehnung der Materialien des Flügelrads und der Gleitlagerbuchse kommt es häufig zu Rissbildungen durch innere Spannungen in den Bauteilen, das wiederum zum Versagen des Bauteils führen kann. Ferner ist die Herstellung der Flüssigkeitspumpe zeitaufwändig, da die Gleitlagerbuchse im Spritzgusswerkzeug eingelegt werden muss bevor das Flügelrad über die Gleitlagerbuchse im Spritzgussverfahren gegossen werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Flüssigkeitspumpe bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 1 sowie einem Verfahren zum Ausbilden einer Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß weist die Flüssigkeitspumpe einen Lagerbolzen auf, auf dem ein Flügelrad mit einer Gleitlagerbuchse drehbar gelagert wird. Das Flügelrad und die Gleitlagerbuchse werden dabei aus einem Grundmaterial einstückig oder mehrteilig ausgebildet. Ferner ist in dem Grundmaterial der Gleitlagerbuchse ein weiteres Material eingebettet, das die Gleiteigenschaften der Gleitlagerbuchse auf dem Lagerbolzen verbessert.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Flüssigkeitspumpe ist, dass das Flügelrad und die Gleitlagerbuchse aus einem gleichen Grundmaterial einstückig oder mehrteilig ausgebildet sind und somit gleiche Materialeigenschaften aufweisen. Dadurch verfügen das Flügelrad und die Gleitlagerbuchse über einen zumindest ähnlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten, so dass eine Rissbildung durch innere Spannungen in den Bauteilen reduziert oder vermieden werden kann. Ferner können die Herstellungszeit sowie die Herstellungskosten dadurch reduziert werden, indem das Flügelrad und die Gleitlagerbuchse in einem Spritzgussverfahren auch einstückig hergestellt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein weiterer Stoff der Gleitlagerbuchse Wachs und/oder Kohlepulver. Durch das Einbringen des weiteren Stoffes wie Wachs und/oder Kohlepulver in die Gleitlagerbuchse wird eine Verbesserung der Gleiteigenschaften auf dem Lagerbolzen erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Grundmaterial Polyamide, Polyphthalamide, teilkristalline, partiell aromatische Polyamide oder Polyphenylsulfide auf. Diese Materialien weisen eine notwendige Hydrolysebeständigkeit gegenüber dem Fördermedium auf, so dass sich das Material beim Gebrauch nicht auflöst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Flügelrad ein magnetisches Material auf. Dabei umfasst das magnetische Material vorzugsweise Ferritpulver, das in das Grundmaterial eingebettet ist. Aufgrund des Magnetpulvers weist das Flügelrad magnetische Eigenschaften auf, so dass das Flügelrad als Rotor der Flüssigkeitspumpe verwendet werden kann und somit zur Übertragung der Magnetkräfte bzw. Antriebskräfte dient.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Lagerbolzen aus Edelstahl ausgebildet. Dadurch ist der Lagerbolzen korrosionsbeständig.
Ferner ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein Spülkanal in Form einer Nut in der Gleitlagerbuchse angeordnet. Mit dem Spülkanal kann eine hydrostatische und/oder hydrodynamische Gleitlagerung realisiert werden. Dabei dient das Fördermedium als Schmiermittel für die Gleitlagerung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Labyrinthdichtung an der Flüssigkeitspumpe angeordnet. Aufgrund der Labyrinthdichtung kann verhindert werden, dass Verunreinigungen, die im Pumpenbereich der Flüssigkeitspumpe entstehen, in den Motorbereich der Flüssigkeitspumpe gelangen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen beispielhaft die mehrstückige Ausführung:
1 eine schematische Darstellung einer Wasserpumpe; und
2 eine schematische Darstellung einer Wasserpumpe wie in 1 mit einem Spülkanal.
In 1 ist eine schematische Teildarstellung einer Flüssigkeitspumpe in Form einer Wasserpumpe 1 gezeigt. Die Wasserpumpe 1 weist einen Motorbereich 18 und einen nicht dargestellten Pumpenbereich auf. Der Motorbereich 18 der Wasserpumpe 1 umfasst ein topfförmig ausgebildetes Gehäuse 10. Das topfförmige Gehäuse 10 wird vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, wie Polyphthalamide oder Polyphenylensulfid, in einem Spritzgussverfahren hergestellt.
Alternativ kann das topfförmige Gehäuse 10 aus jedem anderen nichtmagnetischen Werkstoff gefertigt werden. Da die Wasserpumpe 1 elektrisch angetrieben wird, ist innerhalb des topfförmigen Gehäuse 10 ein Rotor 19 und außerhalb des topfförmigen Gehäuses 10 ein Stator, der in der Darstellung nicht gezeigt ist, ausgebildet. Ferner umfasst das topfförmige Gehäuse 10 einen Noppen 15, eine Labyrinthdichtung 14 und einen Lagerbolzen 13.
Der Noppen 15 ist als eine Montagehilfe am topfförmigen Gehäuse 10 angeordnet und wird zum einfachen Positionieren des Motorbereichs 18 am Pumpenbereich der Wasserpumpe 1 verwendet. Die Labyrinthdichtung 14 ist zum Abdichten des Motorbereichs 18 vom Pumpenbereich der Wasserpumpe 1 als eine Aussparung am topfförmigen Gehäuse 10 ausgebildet. Da die Wasserpumpe 1 im Kraftfahrzeug eingesetzt wird, deren Verbrennungsmotoren in einem Spritzgussverfahren hergestellt werden, können Rückstände vom Formsand in das Fördermedium gelangen. Der Formsand kann Restmagnetismus aufweisen der von dem magnetisch ausgeführtem Rotor 19 angezogen werden kann. Durch die Labyrinthdichtung 14 kann verhindert werden, dass das Fördermedium, das einen geringen Anteil an Formsand aufweisen kann, in den schmalen Spalt zwischen den topfförmigen Gehäuse 10 und den Rotor 19 gelangt, was zu einem Blockieren des Rotors 19 führen kann. Das Fördermedium in der Wasserpumpe 1 kann dabei ein Wasser/Glykol-Gemisch sein. Der Lagerbolzen 13 ist beispielsweise aus Edelstahl. Vor dem Spritzgießen des topfförmigen Gehäuses 10 wird der Lagerbolzen in dem Spritzgusswerkzeug mittig positioniert und anschließend mit dem thermoplastischen Kunststoff des topfförmigen Gehäuses 10 umspritzt. Dadurch ist der Lagerbolzen 13 fest im topfförmigen Gehäuse 10 der Wasserpumpe 1 befestigt.
Auf den Lagerbolzen 13 der Wasserpumpe 1 wird ein Flügelrad 11 mit einer Gleitlagerbuchse 12 drehbar gelagert. Ferner wird das Flügelrad 11 mit der Gleitlagerbuchse 12 mithilfe des Lagerbolzen 13 in einer Aussparung 20 am topfförmigen Gehäuse 10 drehbar gelagert. Das Flügelrad 11 und die Gleitlagerbuchse 12 sind aus einem gleichen Grundmaterial einstückig oder mehrteilig ausgebildet. Das Grundmaterial umfasst vorzugsweise Polyamide (PA6), Polyphthalamide (PPA), teilkristalline, partiell aromatische Polyamide (PA6T/6I) oder Polyphenylsulfide (PPS). Ferner weist das Grundmaterial eine Hydrolysebeständigkeit gegenüber dem Fördermedium auf, so dass sich das Material beim Gebrauch nicht auflöst. Jedoch können auch andere hydrolysebeständige Materialien als Grundmaterial für das Flügelrad 11 und die Gleitlagerbuchse 12 verwendet werden.
Das Flügelrad 11 weist ein magnetisches Material, vorzugsweise Ferritpulver, auf. Vorzugsweise ist das magnetische Material in dem gesamten Bereich des Flügelrads 11 eingebracht. Alternativ können auch andere magnetische Partikel oder magnetische Materialien verwendet werden. Das Flügelrad 11 weist aufgrund des Magnetpulvers eine magnetische Eigenschaften auf, so dass das Flügelrad 11 als Rotor 19 der Wasserpumpe 1 verwendet werden kann. Des Weiteren weist die Gleitlagerbuchse 12 ein weiteres Material auf, das die Gleiteigenschaft der Gleitlagerbuchse 12 auf dem Lagerbolzen 13 erhöht. Insbesondere ist das weitere Material im Bereich einer Gleitfläche in dem Grundmaterial eingebettet, mit der die Gleitlagerbuchse 12 auf dem Lagerbolzen 13 drehbar gelagert ist. Als weiteres Material kann beispielsweise Wachs und/oder Kohlepulver verwendet werden. Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften der Gleitlagerbuchse 12 können jedoch auch andere Materialien verwendet werden, die sich dafür eignen.
Das Flügelrad 11 und die Gleitlagerbuchse 12 werden in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Dabei können das Flügelrad 11 und die Gleitlagerbuchse 12 in einem zweistufigen Spritzgussverfahren hergestellt werden. In einem ersten Spritzgussvorgang wird die Gleitlagerbuchse 12 gefertigt. Dabei wird in das Grundmaterial ein weiteres Material eingemischt, so dass ein Granulat für das Spritzgussverfahren entsteht. Anschließend wird das Granulat in einem Trichter einer Spritzgussmaschine gegeben, wobei das Granulat aus dem Trichter in einen Schneckengang eingezogen, zerteilt und geschert wird. Die dadurch entstehende Friktionswärme sorgt in Verbindung mit der von einem beheizten Zylinder zugeführten Wärme für eine relativ homogene Schmelze. Die Schmelze wird unter einem hohem Druck in das Spritzgusswerkzeug gespritzt. Bevor die Schmelze der Gleitlagerbuchse 12 vollständig erstarrt, wird in einem zweiten Spritzgussvorgang das Flügelrad 11 eingespritzt und mit der Gleitlagerbuchse 12 verschmolzen, so dass ein einstückiges Bauteil entsteht. Für das Granulat des Flügelrads 11 wird dabei das Grundmaterial mit einem magnetischen Material vermischt. Je nach Bedarf kann mehr oder weniger vom weiteren Material bzw. magnetischen Material in das Grundmaterial eingemischt werden. Alternativ kann das Spritzgussverfahren auch in einem einstufigen Spritzgussverfahren oder in einem anderen Ablauf erfolgen.
Zwischen dem Lagerbolzen 13 und der Gleitlagerbuchse 12 ist eine enge Gleitpassung 16 vorhanden, die für ein minimales Lagerspiel sorgt. Die enge Gleitpassung 16 weist eine Dicke von bis zu 0,08 mm über die gesamte Gleitfläche auf, dadurch können keine Verunreinigungen zwischen der Gleitlagerbuchse 12 und dem Lagerbolzen 13 eintreten. Ferner wird aufgrund der engen Gleitpassung 16 ein erhöhter Verschleiß durch eindringenden Formsand bei gleichzeitiger Schmierung durch Benetzung mit Fördermedium vermieden.
Zusätzlich zur engen Gleitpassung 16 kann auch, wie in 2 gezeigt, ein Spülkanal 17 angeordnet sein. Der Spülkanal 17 ist in Form einer Nut in der Gleitlagerbuchse 12 angeordnet, damit Fördermittel oder Kühlwasser in die Gleitlagerung einfließen können. Mit dem Spülkanal 17 kann eine hydrostatische und/oder hydrodynamische Gleitlagerung realisiert werden, wobei das Fördermedium als Schmiermittel für die Gleitlagerung verwendet werden kann. Dies hat vor allem den Vorteil bei einem relativ reinen Fördermedium. Ferner kann aufgrund des Spülkanals 17 das Flügelrad 11 mit der Gleitlagerbuchse 12 schwimmend auf dem Lagerbolzen 13 gelagert werden. Dadurch wird die Reibung in der Lagerung erheblich reduziert.
Die Erfindung wird am Beispiel einer Wasserpumpe 1 dargestellt. Jedoch kann die Erfindung auch für andere Flüssigkeitspumpen mit einem anderen Fördermedium eingesetzt werden. Vorteilhaft ist dabei, dass das Flügelrad 11 und die Gleitlagerbuchse 12 aus einem gleichen Grundmaterial einstückig oder mehrteilig ausgebildet sind. Dadurch weisen das Flügelrad 11 und die Gleitlagerbuchse 12 annähernd gleiche Materialeigenschaften auf, so dass Rissbildungen durch innere Spannungen in den Bauteilen vermieden werden können. Ferner sind das Flügelrad 11 und die Gleitlagerbuchse 12 aus einem hydrolysebeständigen Material ausgebildet. Alternativ können auch unterschiedliche Grundmaterialien für die Gleitlagerbuchse 12 und das Flügelrad 11 verwendet werden, die in einem Spritzgussverfahren hergestellt werden. Die unterschiedlichen Grundmaterialien weisen jedoch einen ähnlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten auf, so dass die Rissbildung durch innere Spannungen in den Bauteilen vermieden werden kann.

Claims

Flüssigkeitspumpe, insbesondere Wasserpumpe (1), mit einem Lagerbolzen (13), auf dem ein Flügelrad (11) mit einer Gleitlagerbuchse (12) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (11) und die Gleitlagerbuchse (12) aus wenigstens einem Grundmaterial einstückig oder mehrteilig ausgebildet sind, wobei in dem Grundmaterial der Gleitlagerbuchse (12) ein weiteres Material eingebettet ist, das die Gleiteigenschaften der Gleitlagerbuchse (12) auf dem Lagerbolzen (13) verbessert.
Flüssigkeitspumpe nach Anspruche 1, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Material Wachs und/oder Kohlepulver umfasst.
Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial Polyamide, Polyphthalamide, teilkristalline, partiell aromatische Polyamide oder Polyphenylsulfide aufweist.
Flüssigkeitspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (11) ein magnetisches Material, vorzugsweise Ferritpulver, aufweist.
Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbolzen (13) aus Edelstahl ausgebildet ist.
Flüssigkeitspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spülkanal (17) in Form einer Nut in der Gleitlagerbuchse (12) angeordnet ist.
Flüssigkeitspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Labyrinthdichtung (14) an der Flüssigkeitspumpe (1) angeordnet ist.
Verfahren zum Ausbilden eines Rotors einer Flüssigkeitspumpe, insbesondere Wasserpumpe (1), mit einem Lagerbolzen (13), auf dem ein Flügelrad (11) mit einer Gleitlagerbuchse (12) drehbar gelagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (11) und die Gleitlagerbuchse (12) aus einem gleichen Grundmaterial einstückig oder mehrteilig ausgebildet werden, wobei in das Grundmaterial der Gleitlagerbuchse (12) ein weiteres Material gemischt wird, das die Gleiteigenschaften der Gleitlagerbuchse (12) auf dem Lagerbolzen (13) verbessert.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (11) und die Gleitlagerbuchse (12) in einem Spritzgussverfahren hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als weiteres Material Wachs und/oder Kohlepulver verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundmaterial Polyamide, teilkristalline, partiell aromatische Polyamide oder Polyphenylsulfide verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in das Grundmaterial des Flügelrades (11) ein magnetisches Material, vorzugsweise Ferritpulver, eingebettet wird.