DE102015220675A1

DE102015220675A1 - Gekapselter Rotor einer Nassläuferpumpe

Info

Publication number: DE102015220675A1
Application number: DE102015220675.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Krause; Karl-Martin Fritsch
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2017-04-27
Also published as: WO2017067947A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gekapselten Rotor (1) einer Nassläuferpumpe (2), mit einer Welle (4), einem Laufrad (5), einem Läufer (6) und einer den Läufer (6) umgebenden Kapselung (7). Erfindungswesentlich ist dabei, dass – die Welle (4) einen radialen Kragen (8), einen Wellenabschnitt (9) und einen ersten Clipsabschnitt (10) aufweist, – der Läufer (6) auf dem Wellenabschnitt (9) angeordnet ist, – die Kapselung (7) mit einem stirnseitigen Rand (11) dicht am Kragen (8) anliegt und mit einem radial nach innen ragenden Boden (12) den Läufer (6) auf der dem Kragen (8) abgewandten Stirnseite überdeckt, – das Laufrad (5) einen zweiten Clipsabschnitt (15) aufweist sowie eine stirnseitige Dichtung (16) und derart auf die Welle (4) aufgeschoben ist, dass der erste und der zweite Clipsabschnitt (10, 15) miteinander verclipst sind und dadurch das Laufrad (5) auf der Welle (4) fixiert und zugleich die Dichtung (16) dicht am Boden (12) der Kapselung (7) und der stirnseitige Rand (11) der Kapselung (7) dicht am Kragen (8) der Welle (4) anliegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gekapselten Rotor einer Nassläuferpumpe, mit einer Welle, einem Laufrad, einem Läufer und einer den Läufer umgebenden Kapselung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Kühlmittelpumpe mit einem solchen Rotor sowie ein Verfahren zur Montage eines solchen Rotors.
Aus der DE 101 52 497 A1 ist ein gattungsgemäßer gekapselter Rotor einer Nassläuferpumpe mit einer Welle, einem Laufrad, einem Läufer und einer den Läufer umgebenden Kapselung bekannt. Der Läufer ist bei Nassläuferpumpen durch das zu fördernde Fluid gekühlt. Zum Schutz vor Korrosion ist der Läufer von der Kapselung umgeben, die einen ringförmigen Hohlraum aufspannt, in dem der Läufer aufgenommen ist.
Generell ist es zur Vermeidung von Korrosionsschäden bekannt, Rotoren in Nassläuferpumpen mittels einer Kapselung aus Edelstahl vor einem direkten Kontakt mit dem zu fördernden Fluid zu schützen. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass zum Verschweißen der aus Edelstahl ausgebildeten Kapselung üblicherweise auch die Welle des Rotors aus Edelstahl ausgebildet sein muss, wodurch der Rotor insgesamt vergleichsweise teuer und aufwändig zu fertigen ist. Bekannt sind darüber hinaus auch Kunststoffkapselungen, welche jedoch nur in bestimmten Nassläuferpumpen einsetzbar sind. Zudem weisen diese große Wandstärken auf, woraus ein großer magnetischer Widerstand resultiert. Eine Kombination unterschiedlicher Werkstoffe bei der Kapselung und der Welle ist bislang nicht möglich.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Rotor der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine kostengünstigere Fertigung und eine Paarung unterschiedlicher Materialien erlaubt. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Kapselung eines Rotors einer Nassläuferpumpe zwar nach wie vor aus Edelstahl auszubilden, den Rotor an sich jedoch als gebauten Rotor, wobei die einzelnen Teile des Rotors über eine einfache Clipsverbindung dicht miteinander verbunden werden. Die Dichtfunktion übernimmt dabei zumindest ein Dichtelement. Hierdurch ist es insbesondere möglich, unterschiedliche und auch nicht miteinander verschweißbare Materialien für die Welle bzw. das Laufrad und/oder die Kapselung einzusetzen. Selbstverständlich könnten die Welle und das Laufrad zusätzlich auch noch miteinander verschweißt werden, sofern für beide Bauteile schweißkompatible Werkstoffe eingesetzt werden. Der erfindungsgemäße gekapselte Rotor weist dabei in bekannter Weise eine Welle, ein Laufrad, einen Läufer sowie eine den Läufer umgebende Kapselung auf, wobei die Welle einen radialen Kragen, einen Wellenabschnitt und einen ersten Clipsabschnitt besitzt. Der Läufer ist dabei auf dem Wellenabschnitt angeordnet. Die Kapselung wiederum liegt mit einem stirnseitigen Rand dicht am Kragen der Welle an und überdeckt mit einem radial nach innen ragenden Boden den Läufer auf der den Kragen abgewandten Stirnseite. Als Gegenpart zum ersten Clipsabschnitt der Welle, weist das Laufrad einen zweiten Clipsabschnitt sowie eine stirnseitige Dichtung auf und ist derart auf die Welle aufgeschoben, dass die beiden Clipsabschnitte miteinander verclipsen bzw. verrasten und dadurch das Laufrad auf der Welle fixieren. Zugleich werden hierdurch die Dichtung dicht am Boden der Kapselung und der stirnseitige Rand der Kapselung dicht am Kragen der Welle angepresst und ein zusätzlicher Toleranzausgleich erzielt. Die Montage des erfindungsgemäßen Rotors ist somit denkbar einfach. Zugleich ermöglicht der erfindungsgemäße Rotor auch Materialpaarungen, die nicht miteinander schweißbar sind, so dass beispielsweise die Kapselung aus Edelstahl ausgebildet werden kann, während das Laufrad bzw. die Welle aus anderen Materialien, beispielsweise einfachem Stahl oder Kunststoff, ausgebildet sein können. Hierdurch kann insbesondere auf die bislang obligatorisch zu verwendende Welle aus Edelstahl bei der Verwendung einer Kapselung aus Edelstahl verzichtet werden. Darüber hinaus kann durch das vereinfachte Montageverfahren des erfindungsgemäßen Rotors auf das bislang investitionsintensive Laserschweißen verzichtet werden, wodurch auch die Herstellung des Rotors kostengünstiger gestaltet werden kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Kapselung aus Edelstahl ausgebildet. Edelstahl ermöglicht dabei eine langfristig dichte Kapselung des Läufers des Rotors und zwar unabhängig von dem zu fördernden Medium, da Edelstahl gegenüber sämtlichen, beispielsweise beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs auftretenden Medien beständig ist.
Zweckmäßig ist die Welle mit dem Kragen, dem Wellenabschnitt und dem ersten Clipsabschnitt einstückig ausgebildet. Hierdurch ist es möglich, die Welle als einteiliges bzw. einstückiges Bauteil und damit kostengünstig herzustellen. Durch die einstückige Ausbildung ist zudem ein separater Montageprozess zur Montage der Welle entbehrlich.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist das Laufrad in seinem zweiten Clipsabschnitt eine ringförmig nach innen stehende Rastkontur auf, während der erste Clipsabschnitt eine als Keilnut ausgebildete Gegenrastkontur aufweist, die bei montiertem Rotor mit der Rastkontur verrastet. Hierdurch kann ein Verrasten des ersten Clipsabschnitts mit dem zweiten Clipsabschnitt durch ein einfaches Aufschieben des Laufrades auf dem Clipsabschnitt der Welle erreicht werden, wodurch sich insbesondere die Montage des erfindungsgemäßen Rotors vereinfacht, da dieser in nur einer Fügerichtung montiert werden kann. Durch die am Laufrad angeordnete und beispielsweise als O-Ring oder als angespritzte Dichtung ausgebildete Dichtung ist es zudem möglich, axiale Fertigungstoleranzen kompensieren zu können.
Zweckmäßig erzeugen der erste und der zweite Clipsabschnitt eine drehfeste Verbindung zwischen dem Laufrad und der Welle. Um mit dem erfindungsgemäßen Rotor das zu fördernde Fluid tatsächlich fördern zu können, ist es unerlässlich, dass die Welle drehfest mit dem Laufrad verbunden wird. Hierzu können beispielsweise der erste Clipsabschnitt und der zweite Clipsabschnitt entsprechend ausgebildet sein, beispielsweise mittels in Umfangsrichtung unterbrochenen Rastkonturen und Gegenrastkonturen, die eine Drehmomentübertragung erlauben.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Kühlmittelpumpe mit einem derartigen Rotor auszustatten. Hierdurch lassen sich die zuvor genannten Vorteile des erfindungsgemäßen gekapselten Rotors auf Kühlmittelpumpen in Kraftfahrzeugen übertragen.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren zur Montage eines zuvor beschriebenen Rotors anzugeben, welches in lediglich einer einzigen Fertigungsrichtung möglich ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst der Läufer auf die Welle aufgeschoben, bis er stirnseitig am Kragen anliegt und auf dem Wellenabschnitt angeordnet ist. Anschließend wird die Kapselung auf den Läufer aufgeschoben, bis diese mit ihrem stirnseitigen Rand dicht am Kragen der Welle anliegt und mit dem radial nach innen ragenden Boden den Läufer auf der dem Kragen abgewandten Stirnseite überdeckt. Abschließend wird nun das Laufrad mit seinem zweiten Clipsabschnitt auf den ersten Clipsabschnitt der Welle aufgeschoben, bis der erste und der zweite Clipsabschnitt miteinander verclipsen, das heißt verrasten, und dadurch das Laufrad auf der Welle fixiert wird und zugleich die Dichtung dicht am Boden der Kapselung und der stirnseitige Rand der Kapselung dicht am Kragen der Welle anliegt. Die Montage des erfindungsgemäßen Rotors ist somit vergleichsweise einfach möglich, insbesondere ohne bislang erforderliche aufwändige Laserschweißverfahren. Zudem können auch Wellen, Kapselungen und Laufräder aus unterschiedlichsten Materialien leicht miteinander kombiniert werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch:
1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe mit einem erfindungsgemäßen, gekapselten Rotor,
2 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Rotors.
Entsprechend den 1 und 2, weist ein erfindungsgemäßer, gekapselter Rotor 1 einer Nassläuferpumpe 2, beispielsweise einer Kühlmittelpumpe 3, eine Welle 4, ein Laufrad 5, einen Läufer 6 sowie eine den Läufer 6 umgebende Kapselung 7 auf. Die Welle 4 weist dabei einen radialen Kragen 8, einen Wellenabschnitt 9 sowie einen ersten Clipsabschnitt 10 auf, wobei bei montiertem Rotor 1 der Läufer 6 auf dem Wellenabschnitt 9 angeordnet ist. Die Kapselung 7 liegt mit einem stirnseitigen Rand 11 dicht am Kragen 8 an und überdeckt mit einem radial nach innen ragenden Boden 12 den Läufer 6 auf der dem Kragen 8 abgewandten Stirnseite. Der Boden 12 besitzt dabei selbstverständlich eine Durchgangsöffnung 13 für den Clipsabschnitt 10 der Welle 4. Der Clipsabschnitt 10 geht dabei über eine Stufe 14 in den Wellenabschnitt 9 über, wobei der Boden 12 der Kapselung 7 bei montiertem Rotor 1 auf der Stufe 14 aufliegt. Das Laufrad 6 besitzt darüber hinaus einen zweiten Clipsabschnitt 15 sowie eine stirnseitige Dichtung 16 und ist in montiertem Zustand derart auf die Welle 4 aufgeschoben, dass der erste und der zweite Clipsabschnitt 10, 15 miteinander verclipst, das heißt miteinander verrastet sind und dadurch das Laufrad 5 auf der Welle 4 fixieren. Zugleich liegt die Dichtung 16 dicht am Boden 12 der Kapselung 7 und der stirnseitige Rand 11 der Kapselung 7 dicht am Kragen 8 der Welle 4 an.
Mit dem erfindungsgemäßen Rotor 1 ist es somit möglich, diesen vergleichsweise einfach aufzubauen bzw. zu montieren, indem zunächst der Läufer 6 auf die Welle 4 aufgeschoben wird, bis er auf dem Wellenabschnitt 9 zu liegen kommt bzw. am Kragen 8 anliegt. Der Läufer 6 ist dabei drehfest mit der Welle 4 verbunden. Anschließend wird die Kapselung 7 auf den Läufer 6 aufgeschoben bis er mit an einem stirnseitigen Rand 11 dicht am Kragen 8 anliegt und mit dem radial nach innen ragenden Boden 12 den Läufer 6 auf der dem Kragen 8 abgewandten Stirnseite überdeckt. Abschließend wird nun das Laufrad 5 mit seinem zweiten Clipsabschnitt 15 auf den ersten Clipsabschnitt 10 der Welle 4 aufgeschoben, bis die beiden Clipsabschnitte 10, 15 miteinander verclipsen und dadurch miteinander verrasten und das Laufrad 5 auf der Welle 4 fixiert wird. In dieser Stellung liegt zugleich die Dichtung 16 dicht am Boden 12 der Kapselung 7 und der stirnseitige Rand 11 dicht am Kragen 8 der Welle 4 an. Eine Montage des erfindungsgemäßen Rotors 1 ist dabei gemäß der 2 in nur einer Fertigungsrichtung 17 möglich.
Zusätzlich zur Dichtung 16 kann an dem Laufrad 5 bzw. dessen zweiten Clipsabschnitt 15 eine Radialdichtung 18 vorgesehen sein, die bei montiertem Rotor 1 auf einer Außenmantelfläche des ersten Clipsabschnitts 10 der Welle 4 aufliegt. Der erste und der zweite Clipsabschnitt 10, 15 bewirken dabei eine drehfeste Verbindung zwischen dem Laufrad 5 einerseits und der Welle 4 andererseits, beispielsweise durch eine entsprechende Ausbildung der Clipsabschnitte 10, 15, derart, dass diese eine Drehmomentübertragung erlauben.
Der erfindungsgemäße Rotor 1, der erstmals als gebauter Rotor ausgebildet ist und ohne aufwändige Schweißverfahren auskommt, erlaubt es zudem, für die Welle 4 einerseits und die Kapselung 7 andererseits unterschiedliche Materialien zu verwenden, da diese nicht mehr wie bislang miteinander verschweißt werden müssen. So ist insbesondere der Einsatz einer Kapselung 7 aus Edelstahl bei gleichzeitiger Verwendung einer Welle 4 aus normalem Stahl denkbar. Es ist auch nicht mehr zwingend erforderlich, in diesem Fall auch die Welle 4 aus Edelstahl und damit vergleichsweise teuer ausführen zu müssen. In gleicher Weise kann selbstverständlich die Kapselung 7 auch aus Kunststoff ausgebildet werden. Sämtlichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rotors 1 ist dabei gemein, dass keine investitionsintensiven Fügeverfahren mit längerer Fertigungsdauer, wie beispielsweise ein Laserschweißen, mehr erforderlich sind, wodurch die Herstellung des Rotors 1 deutlich energiesparender möglich ist. Mittels der Dichtung 16 können darüber hinaus axiale Toleranzen kompensiert werden. Durch die vorzugsweise einstückige Ausbildung der Welle 4, das heißt des Kragens 8, des Wellenabschnitts 9 und des ersten Clipsabschnitts 10 lassen sich darüber hinaus die Teilevielfalt reduzieren und damit die Lager- und Logistikkosten sowie die Montagekosten verringern.
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 10152497 A1 [0002]

Claims

Gekapselter Rotor (1) einer Nassläuferpumpe (2), mit einer Welle (4), einem Laufrad (5), einem Läufer (6) und einer den Läufer (6) umgebenden Kapselung (7), dadurch gekennzeichnet, dass – die Welle (4) einen radialen Kragen (8), einen Wellenabschnitt (9) und einen ersten Clipsabschnitt (10) aufweist, – der Läufer (6) auf dem Wellenabschnitt (9) angeordnet ist, – die Kapselung (7) mit einem stirnseitigen Rand (11) dicht am Kragen (8) anliegt und mit einem radial nach innen ragenden Boden (12) den Läufer (6) auf der dem Kragen (8) abgewandten Stirnseite überdeckt, – das Laufrad (5) einen zweiten Clipsabschnitt (15) aufweist sowie eine stirnseitige Dichtung (16) und derart auf die Welle (4) aufgeschoben ist, dass der erste und der zweite Clipsabschnitt (10, 15) miteinander verclipst sind und dadurch das Laufrad (5) auf der Welle (4) fixiert und zugleich die Dichtung (16) dicht am Boden (12) der Kapselung (7) und der stirnseitige Rand (11) der Kapselung (7) dicht am Kragen (8) der Welle (4) anliegt.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapselung (7) aus Edelstahl ausgebildet ist.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) aus Stahl ausgebildet ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) mit dem Kragen (8), dem Wellenabschnitt (9) und dem ersten Clipsabschnitt (10) einstückig ausgebildet ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (5) in seinem zweiten Clipsabschnitt (15) eine ringförmig nach innen stehende Rastkontur aufweist.
Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Clipsabschnitt (10) eine als Keilnut ausgebildete Gegenrastkontur aufweist, die bei montiertem Rotor (1) mit der Rastkontur verrastet.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Clipsabschnitt (10, 15) eine drehfeste Verbindung zwischen dem Laufrad (5) und der Welle (4) erzeugen.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (5) eine Radialdichtung (18) aufweist, die bei montiertem Rotor (1) auf einer Außenmantelfläche des ersten Clipsabschnittes (10) der Welle (4) aufliegt.
Kühlmittelpumpe (3) mit einem Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Montage eines Rotors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem – der Läufer (6) auf die Welle (4) aufgeschoben wird, bis er stirnseitig am Kragen (8) anliegt und auf dem Wellenabschnitt (9) angeordnet ist, – die Kapselung (7) auf den Läufer (6) aufgeschoben wird, bis diese mit einem stirnseitigen Rand (11) dicht am Kragen (8) anliegt und mit einem radial nach innen ragenden Boden (12) den Läufer (6) auf der dem Kragen (8) abgewandten Stirnseite überdeckt, – das Laufrad (5) mit seinem zweiten Clipsabschnitt (15) auf den ersten Clipsabschnitt (10) der Welle (4) aufgeschoben wird, bis der erste und der zweite Clipsabschnitt (10, 15) miteinander verclipsen und dadurch das Laufrad (5) auf der Welle (4) fixiert wird und zugleich die Dichtung (16) dicht am Boden (12) der Kapselung (7) und der stirnseitige Rand (11) der Kapselung (7) dicht am Kragen (8) der Welle (4) anliegt.