DE102013209517A1

DE102013209517A1 - Kunststoffwelle mit einem inneren Stab für Wasserpumpenlager und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102013209517A1
Application number: DE201310209517
Authority: DE
Inventors: Daniel dos Anjos Sayao; Ari Vagner de Oliveira; Marcos Bernhard Pinto
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2014-11-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wasserpumpenwelle (1) mit einem Kunststoffkörper (2), auf dessen Oberfläche zumindest eine metallene, innere Lagerschale (3) für Wälzkörper eines Wälzlagers vorhanden ist, wobei im Kunststoffkörper (2) ein metallischer, stabförmiger Kern (4) enthalten ist. Die Erfindung betrifft auch ein Lagerungsset einer Wasserpumpe mit einer solchen Wasserpumpenwelle (1), und in einer äußeren Lagerschale befindlichen Wälzkörper, wie Kugeln, Nadeln, Tonnen, Zylindern oder Kegeln, die die innere Lagerschale (3) berühren. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Fertigen einer besagten Wasserpumpenwelle (1), wobei ein Umformprozess, wie ein Spritzgießschritt, eingesetzt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Wasserpumpenwelle mit einem Kunststoffkörper, auf dessen Oberfläche zumindest eine metallene, innere Lagerschale für Wälzkörper eines Wälzlagers vorhanden ist.
Wasserpumpenwellen sind bspw. aus der DE 10 2006 021 446 A1 bekannt. Dort ist eine Welle einer Wasserpumpe einer Verbrennungskraftmaschine offenbart, bestehend aus einem wenigstens teilweise als Hohlwelle ausgebildeten Wellenkörper, welche einen ersten Endabschnitt zur Verbindung mit einem Antriebselement, einem zweiten Endabschnitt zur Verbindung mit einem Pumpenrad der Wasserpumpe sowie einem 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.
Es ist in der besagten Druckschrift herausgestellt, dass wenigstens ein Teil des Wellenkörpers aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht, und dass wenigstens der Zwischenabschnitt des Wellenkörpers im Bereich der Laufbahn aus einem metallischen Werkstoff besteht.
Eine solche Welle für eine Wasserpumpe wurde entwickelt, um Kostenersparnisse gegenüber sonst üblichen Wasserpumpenwellen zu generieren. Eine äußere Lagerschale, in der Wälzkörper abrollen, ist dabei als gerolltes Rohr ausgebildet oder ausbildbar.
Allerdings hat eine solche Welle Nachteile bzgl. ihrer Langlebigkeit.
Es gibt Bestrebungen, den Hohlraum im Inneren der bekannten Welle zu eliminieren, derart, dass der Teil des Wellenkörpers aus einem nichtmetallischen Werkstoff als Vollwelle ausgebildet wird, also die Welle im Inneren vollständig aus einem Kunststoff, wie Polymer gefertigt ist.
Allerdings hat sich diese Herangehensweise nicht bewährt, aufgrund der Schwierigkeiten bei der Herstellung und auftretender Setzprobleme.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden und eine kostengünstige Wasserpumpenwelle zur Verfügung zu stellen, die aber besonders langlebig ist und einfach herzustellen ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Kunststoffkörper ein metallischer, stabförmiger Kern enthalten ist.
Eine solche Wasserpumpenwelle kann in der unmittelbaren Nachbarschaft einer Wasserpumpe eingesetzt werden, aber auch an geeigneten anderen Verbrennungsmotorteilsystemen eingesetzt werden. Eine Anwendbarkeit in Pkws, Lkws oder Vans, sowie anderen Kraftfahrzeugen, ist möglich.
Die erfindungsgemäßen Wasserpumpenwellen sind eine vorteilbehaftete Alternative zu Stahlwellen oder anderen Polymer-Wellenausgestaltungen. Eine belastbare Ausgestaltung und eine günstige Fertigung, insbesondere günstiger als bisher zu fertigende Design, wird dadurch realisierbar.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es in einem weiteren Ausführungsbeispiel von Vorteil, wenn der Kern zentrisch im Kunststoffkörper diesen durchdringend) angeordnet ist, und/oder eine oder zwei Lagerschalen durchdringend angeordnet ist und/oder allseitig oder zumindest mantelflächenseitig von Kunststoff ummantelt ist, insbesondere von einem Polymer-Material, oder bis auf eine in Anlage mit der Lagerschale oder den Lagerschalen befindlichen Bereich(e) von Kunststoff, mit so einem Polymer-Material, umgeben oder bedeckt ist.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Lagerschale an ihrer Stirnseite und/oder ihrer Innenseite eine reibungserhöhende Oberflächengestaltung, etwa nach Art von Rillen, Riefen, Kerben oder Nuten aufweist. Der Rückhalt einer Lagerschale oder mehrerer Lagerschalen, insbesondere zweier Lagerschalen, im Kunststoffkörper wird dadurch verbessert, da eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung mit dem jeweiligen Gegenstück eingegangen wird.
Grundsätzlich können Standardlagerschalen im Kunststoffkörper eingebettet oder modifizierte werden, insbesondere mittels der reibungserhöhenden Oberflächengestaltung modifizierte Standardlagerschalen eingesetzt sein.
Die Struktur der Welle kann aus einem Polymer-Material geschaffen sein, die stark genug bzw. belastbar genug ist, um einer mechanischen Belastung stand zu halten und/oder einer Temperaturbeaufschlagung von ca. 120°C stand zu halten. Auch ist eine Kompatibilität mit Wasser, Fett und/oder Öl gewährleistet. Die Welle selber kann gerieft, gekerbt oder genutet sein, in Abhängigkeit von der möglichen Kostenstruktur. Solche Riefen und Nuten können zur Verstärkung der Welle eingesetzt werden und können die Polymer-Form nach Art einer Wandung verändern. Eine schnellere und bessere Herstellung wird dann möglich.
Die Erfindung betrifft auch ein Lagerungsset einer Wasserpumpe mit einer Wasserpumpenwelle der erfindungsgemäßen Art und in einer äußeren Lagerschale befindlichen Wälzkörpern, wie Kugeln, Nadeln, Tonnen, Zylindern oder Kegeln, die die innere Lagerschale berühren.
Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fertigen einer Wasserpumpenwelle der erfindungsgemäßen Art, wobei ein Umformprozess, wie ein Spritzgießschritt eingesetzt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Wasserpumpenwelle in einer im Teilschnitt perspektivisch dargestellten Art,
2 eine perspektivische Darstellung nur einer der zwei in das Polymermaterial des in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels eingebetteten Lagerschale,
3 eine abgewandelte Wasserpumpenwelle ohne darin integrierte innere Lagerschalen, und
4 bis 10 unterschiedliche Schritte eines erfindungsgemäßen Herstellverfahrens einer Wasserpumpenwelle, sowie
11 einen Querschnitt durch eine Variante einer erfindungsgemäßen Wasserpumpenwelle.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wasserpumpenwelle 1 dargestellt. Die Wasserpumpenwelle 1 weist einen Kunststoffkörper 2 aus Polymer-Material auf. In dem Kunststoffkörper 2 sind zwei Lagerschalen 3, die auch als innere Lagerschalen 3 bezeichnet werden, eingebettet. Die inneren Lagerschalen 3 sind aus Metall, insbesondere Stahl gefertigt.
Im Inneren des Kunststoffkörpers 2, zentrisch angeordnet, und auch die inneren Lagerschalen 3 durchdringend, ist ein metallischer, stabförmiger Kern 4 vorhanden, der an den Stirnseiten des Kunststoffkörpers 2 aus diesem herausragt, oder zumindest an einer Stelle (teilweise) von Polymer-Material unbedeckt ist. Zwischen der Oberfläche des Kerns 4 und der inneren Oberfläche der inneren Lagerschalen 3 ist ebenfalls Polymer-Material vorhanden, kann aber auch fehlen.
Die inneren Lagerschalen 3 weisen Wälzkörperlaufflächen 5 auf.
In 2 ist eine innere Lagerschale 3 in einer vergrößerten Darstellung wiedergegeben, wobei auf einer Stirnfläche 6 und einer Innenfläche 7 viele gleichbeabstandete und gleichausgerichtete Rillen 8 vorhanden sind, die helfen, dass die innere Lagerschale 3 gut im Kunststoffkörper 2 verankert werden kann.
In 3 ist das Vorhandensein von Furchen 9 zumindest im Bereich der inneren Lagerschalen 3, die noch nicht eingesetzt sind, gezeigt.
In den 4 bis 10 ist das Verstellverfahren visualisiert. So wird eine erste Gussform 10 mit einer Schiene 11 auf beiden Längsseiten flankiert, auf welcher Führungselemente 12 schiebbar aufgesetzt sind. In der ersten Gussform 10 ist eine Öffnung 13 zum Einbringen von Kunststoff, wie Polymer-Material, vorgesehen.
In 5 ist das Eingelegt sein einer zweiten Gussform 14 in die erste Gussform 10 dargestellt.
In 6 sind Ringe 15 mit den Führungselementen 12 verbunden. Hochpräzise Beilagebleche 16 werden als nächstes eingesetzt.
Erst dann, wie in 8 zu erkennen, werden die zwei inneren Lagerschalen 3 und der Kern 4 eingesetzt. Die in den 4 bis 8 dargestellten Schritte folgen in dieser Reihenfolge nacheinander.
Die in den 9 dargestellten Teilbilder zeigen das Injektionsverfahren, wobei hier eine weitergehende Verbesserung natürlich möglich ist.
In der 10 ist die fertige Wasserpumpenwelle 1 vor dem Hintergrund der genutzten Herstellvorrichtung wiedergegeben.
Auch in 11 ist eine erfindungsgemäße Wasserpumpenwelle 1 wiedergegeben.
Bezugszeichenliste

1: Wasserpumpenwelle
2: Kunststoffkörper
3: innere Lagerschale
4: Kern
5: Wälzkörperlauffläche
6: Stirnfläche
7: Innenfläche
8: Rille
9: Furche
10: erste Gussform
11: Schiene
12: Führungselement
13: Öffnung
14: zweite Gussform
15: Ring
16: Beilageblech

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006021446 A1 [0002]

Claims

Wasserpumpenwelle (1) mit einem Kunststoffkörper (2), auf dessen Oberfläche zumindest eine metallene, innere Lagerschale (3) für Wälzkörper eines Wälzlagers vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Kunststoffkörper (2) ein metallischer, stabförmiger Kern (4) enthalten ist.
Wasserpumpenwelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (4) zentrisch im Kunststoffkörper (2) und/oder ein oder zwei Lagerschalen (3), diese(n) durchdringend, angeordnet ist und/oder allseitig von Kunststoff ummantelt ist oder bis auf einen in Anlage mit der Lagerschale (3) oder der Lagerschalen (3) befindlichen Bereich von Kunststoff, etwa einem Polymer-Material, umgeben, ummantelt oder bedeckt ist.
Lagerungsset einer Wasserpumpe mit einer Wasserpumpenwelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und in einer äußeren Lageschale befindlichen Wälzkörpern, wie Kugeln, Nadeln, Tonnen, Zylindern oder Kegeln, die die innere Lagerschale (3) berühren.
Verfahren zum Fertigen einer Wasserpumpenwelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Umformprozess, wie ein Spritzgießschritt, eingesetzt ist.