DE102017009949B4

DE102017009949B4 - Magnetkörper für eine viskose Kupplung für eine Kühlmittelpumpe; Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: DE102017009949B4
Application number: DE102017009949.9A
Authority: DE
Inventors: Günter Stecher
Original assignee: Stecher GmbH
Current assignee: Stecher GmbH
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: DE102017009949A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Magnetkörper (1) für eine viskose Kupplung für eine Kühlmittelpumpe, umfassend einen topfförmigen Grundkörper (2), wobei der Grundkörper (2) in ein radial inneres Grundkörperteil (3) und ein radial äußeres Grundkörperteil (4) unterteilt ist und wobei zwischen den beiden Grundkörperteilen (3, 4) eine magnetische Isolierung (5) sowie ein Dichtelement (6) zur Abdichtung eines Innenraums (I) des Magnetkörpers (1) von einem Außenraum (A) vorhanden ist, wobei zwischen dem inneren Grundkörperteil (4) und dem äußeren Grundkörperteil (3) mehrere nichtmagnetische Stegverbindungen (5) ausgebildet sind und dass das Dichtelement (6) zwischen den beiden Grundkörperteilen (3, 4) schwimmend gelagert ist. An den beiden Grundkörperteilen (3, 4) Auflageflächen (9) sind ausgebildet, auf denen das ringförmige nichtmagnetische Dichtelement (6) aufliegt, derart dass das Dichtelement (6) zwischen den Auflageflächen (9) und den mehreren Stegverbindungen (5) schwimmend gelagert ist und dass das Dichtelement (6) zwischen den Stegverbindungen (5) und den Auflageflächen (9) radiales Spiel hat. Die Erfindung betrifft ferner eine Kühlmittelpumpe mit einem Magnetkörper.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetkörper für eine viskose Kupplung für eine Kühlmittelpumpe sowie eine Kühlmittelpumpe.
Aus WO 2017/158109 A1 sind Flüssigkeitsreibungskupplungen, auch als viskose Kupplung bezeichnet, für Kühlmittelpumpen bekannt. Solche Kupplungen umfassen einen Magnetkörper aus einem magnetischen Werkstoff, der eine Antriebswelle koaxial umschließt sowie einen elektrischen Aktuator zur Betätigung eines Ventils. Mittels des Ventils wird die Menge des in den Kupplungsbereich zwischen einem Antriebskörper und einem Abtriebskörper eingebrachten Fluids und somit ein Kupplungsgrad zwischen den beiden Körpern eingestellt. Zur Entkopplung des magnetischen Flusses und somit zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses innerhalb des Magnetkörpers, weist der Magnetkörper eine umlaufende radiale magnetische Isolierung auf. Der Fluidbereich ist zudem derart abgedichtet, dass kein Fluid aus der Kupplung austreten kann. Aufgrund der während des Betriebs der viskosen Kupplung auftretenden hohen Temperaturschwankungen kommt es zu starken mechanischen Spannungen in diesem Bereich. Diese mechanischen Spannungen entstehen insbesondere deshalb, da der Werkstoff des magnetischen Magnetkörpers und der Werkstoff der nicht magnetischen Isolierung unterschiedliche Wärmeausdehungskoeffizienten aufweisen. Die dabei auftretenden Kräfte können zur Zerstörung und Undichtigkeit des Magnetkörpers führen.
Aus DE 103 49 528 A1 ist ein Magnetkörper bekannt mit eine Grundkörper umfassend ein radial inneres und ein radial äußeres Teil, wobei zwischen den beiden Teilen eine magnetische Isolierung sowie ein Dichtelement vorhanden ist, wobei zwischen dem inneren und dem äußeren Teil nichtmagnetische Stegverbindungen ausgebildet sind und wobei das Dichtelement zwischen den beiden Teilen schwimmend gelagert ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Magnetkörper sowie eine verbesserte Kühlmittelpumpe anzugeben, bei welchen unter Gewährleistung der Dichtheit auftretende mechanische Spannungen besser aufgenommen werden können. Diese Aufgabe wird mit dem Magnetkörper und der Kühlmittelpumpe gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhaft Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Erfindung geht aus von einem Magnetkörper für eine viskose Kupplung für eine Kühlmittelpumpe, umfassend einen topfförmigen Grundkörper, wobei der Grundkörper in ein radial inneres und ein radial äußeres Grundkörperteil unterteilt ist und wobei zwischen den beiden Grundkörperteilen eine magnetische Isolierung sowie ein Dichtelement zur Abdichtung eines Innenraums des Magnetkörpers von einem Außenraum vorhanden ist, wobei zwischen dem inneren Grundkörperteil und dem äußeren Grundkörperteil mehrere nichtmagnetische Stegverbindungen ausgebildet sind und wobei das Dichtelement zwischen den beiden Grundkörperteilen schwimmend gelagert ist
Die Stegverbindungen zwischen dem inneren Grundkörperteil und dem äußeren Grundkörperteil nehmen die durch Temperaturänderungen auftretenden mechanischen Spannungen auf. Insbesondere wandeln die Stegverbindungen die aufgenommenen mechanischen Spannungen in Biegebelastungen und weniger in Stauch- und Dehnungsbelastungen um. Dadurch wird sichergestellt, dass keine mechanischen Spannungen auf das schwimmend gelagerte Dichtelement übertragen werden. Die Dichtheit des Magnetkörpers wird somit über einen großen Temperaturbereich sichergestellt. Durch die nichtmagnetischen Eigenschaften der Stegverbindung wird ein magnetischer Kurzschluss zwischen dem inneren Grundkörperteil und dem äußeren Grundkörperteil verhindert.
Die Stegverbindungen können insbesondere aus einem Edelstahl gefertigt sein. Es ist aber auch möglich, dass die Stegverbindungen aus temperatur- und druckbeständigen Kunststoffen gefertigt sind. Zweckmäßig sind alle verwendeten Stegverbindungen aus dem gleichen Werkstoff gefertigt.
In einer Ausführungsform der Erfindung können eine ungerade Anzahl N von Stegverbindungen mit N größer gleich 3 gleichförmig radial zwischen den beiden Grundkörperteilen angeordnet sein. Insbesondere können 5 Stegverbindungen zwischen dem inneren und dem äußeren Grundkörperteil gleichförmig um die Achse des Magnetkörpers angeordnet sein. Durch diese Anordnung wird sichergestellt, dass der Winkel zwischen benachbarten Stegverbindungen entlang des gesamten Umfangs des Magnetkörpers gleich ist. Ferner bietet eine solche Anordnung den Vorteil, dass die in radiale Richtung wirkende Kraft in einer Stegverbindung diametral gegenüber in eine Lücke zwischen zwei benachbarte Stegverbindungen weist. Dadurch wird diese Kraft gleichförmig auf benachbarte Stegverbindungen aufgeteilt, wodurch die resultierenden Kräfte im Magnetkörper ausgeglichen werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die beiden Grundkörperteile sich gegenüberliegende Aussparungen aufweisen, in welche die Stegverbindungen formschlüssig eingebracht sind. Insbesondere können die zwischen den beiden Grundkörperteilen angeordneten Stegverbindungen gleiche Abmessungen aufweisen. Durch die Aussparungen, in welche die Stegverbindungen passgenau eingebracht sind, wird sichergestellt, dass auftretende Kräfte optimal über die Stegverbindungen zwischen den beiden Grundkörperteilen ausgetauscht werden können.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die mehreren Stegverbindungen mittels Laserschweißverbindung mit den beiden Grundkörperteilen verbunden sein. Es ist aber auch möglich, dass mehreren Stegverbindungen mittels Lötverbindung oder Kleben mit den beiden Grundkörperteilen verbunden sein können.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können das innere Grundkörperteil und das äußere Grundkörperteil aus einem magnetischen Werkstoff gefertigt sein, insbesondere einem weichmagnetischen Werkstoff, z.B. einem Werkstoff mit einer Legierung auf Basis von Eisen, oder Nickel oder einem hartmagnetischen Werkstoff, z.B. einem Werkstoff mit CuNiFE- pder CuNiCo-Legierung. Insbesondere können das innere Grundkörperteil und das äußere Grundkörperteil aus identischem Werkstoff oder aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sein. Durch die Verwendung unterschiedlicher Werkstoffe ist es möglich, den Magnetkörper kostengünstiger und gewichtsoptimiert herzustellen.
Erfindungsgemäß sind an den beiden Grundkörperteilen Auflageflächen ausgebildet, auf denen das ringförmige nichtmagnetische Dichtelement aufliegt. Das Dichtelement kann z.B. als Dichtscheibe ausgebildet sein. Das Dichtelement ist hierbei erfindungsgemäß zwischen den Auflageflächen und den mehreren Stegverbindungen schwimmend gelagert. Die Abmessung der Auflageflächen ist erfindungsgemäß dabei derart gewählt, dass das Dichtelement zwischen den Stegverbindungen und den Auflageflächen Spiel in Radialrichtung hat. Das Spiel kann hierbei kleiner als 0,2 mm betragen. Dieses Spiel verhindert, dass das Dichtelement durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Grundkörperteile, der Stegverbindungen und/oder des Dichtelements verformt und dadurch verklemmt werden kann. Die Anordnung des Dichtelements zwischen den Stegverbindungen und den Auflageflächen verhindert eine axiale Verformung des Dichtelements, wodurch es zu Undichtheiten des Magnetkörpers kommen kann.
Das Dichtelement kann insbesondere aus einem Edelstahl gefertigt sein. Es ist aber auch möglich, dass temperatur- und druckbeständige Kunststoffe als ringförmiges nichtmagnetisches Dichtelement zum Einsatz kommen. Das Dichtelement kann in einer weiteren Ausführungsform auf einer den Auflageflächen zugewandten Oberfläche mit einem weiteren Dichtmaterial beschichtet sein. Dadurch kann z.B. die Temperaturbeständigkeit oder Festigkeit des Dichtelements erhöht werden.
In einer weiteren Ausführungsform können das Dichtelement und die mehreren Stegverbindungen aus dem gleichen nichtmagnetischen Material oder aus unterschiedlichen nichtmagnetischen Materialien gefertigt sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Kühlmittelpumpe für ein Kraftfahrzeug, mit einem regelbaren Antrieb. Die Kühlmittelpumpe umfasst eine drehbar gelagerte Welle, einen auf der Welle drehfest gelagerten Abtriebskörper, einen auf der Welle drehbar gelagerten, ein Kupplungsgehäuse bildenden Antriebskörper und einen, zwischen dem Antriebskörper und dem Abtriebskörper im Kupplungsgehäuse angeordneten, ein viskoses Fluid aufnehmenden Kupplungsbereich. Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass der Antriebskörper einen Magnetkörper umfasst, welcher einen topfförmigen Grundkörper umfasst, wobei der Grundkörper in ein radial inneres Grundkörperteil und ein radial äußeres Grundkörperteil unterteilt ist und wobei zwischen den beiden Grundkörperteilen eine magnetische Isolierung sowie ein Dichtelement zur Abdichtung eines Innenraums des Magnetkörpers von einem Außenraum vorhanden ist, wobei zwischen dem inneren Grundkörperteil und dem äußeren Grundkörperteil mehrere nichtmagnetische Stegverbindungen ausgebildet sind und dass das Dichtelement zwischen den beiden Grundkörperteilen schwimmend gelagert ist.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe sind eine ungerade Anzahl N von Stegverbindungen mit N größer gleich 3 gleichförmig radial zwischen den beiden Grundkörperteilen angeordnet.
Eine Variation der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass die beiden Grundkörperteile sich gegenüberliegende Aussparungen aufweisen, in welche die Stegverbindungen formschlüssig eingebracht sind.
Das innere Grundkörperteil und das äußere Grundkörperteil des Magnetkörpers der Kühlmittelpumpe können aus einem magnetischen Werkstoff gefertigt sein.
Zweckmäßig kann das Dichtelement auf einer den Auflageflächen zugewandten Oberfläche mit einem weiteren Dichtmaterial beschichtet sein.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen

1 einen beispielhaften erfindungsgemäßen Magnetkörper in Draufsicht,
2 einen beispielhaften erfindungsgemäßen Magnetkörper in Schnittdarstellung,
3 eine vergrößerte schematische Darstellung des Bereichs AB in 1.

In 1 ist ein beispielhafter erfindungsgemäßer Magnetkörper 1 in Draufsicht gezeigt. Der Magnetkörper 1 besteht aus einem Grundkörper 2, welcher wiederum aus einem äußeren Grundkörper 3 und einem inneren Grundkörper 4 besteht. Die beiden Grundkörperteile 3, 4 sind jeweils rotationssymmetisch ausgebildet, wobei der äußere Grundkörper 3 den inneren Grundkörper 4 radial umschließt. Der äußere Grundkörper 3 weist eine Durchbrechung 11 auf, in welcher der innere Grundkörper 4 angeordnet ist. Der innere Grundkörper 4 weist eine zentrische Durchbrechung 8 zur Aufnahme einer Welle (nicht dargestellt) auf. Diese Welle dient z.B. dem Antrieb einer nicht dargestellten Kühlmittelpumpe.
Zwischen dem äußeren Grundkörperteil 3 und dem inneren Grundkörperteil 4 sind in radialer Richtung mehrere Stegverbindungen 5 ausgebildet. Beispielhaft sind in 1 fünf (5) Stegverbindungen 5 dargestellt. Ferner ist zwischen dem äußeren Grundkörperteil 3 und dem inneren Grundkörperteil 4 ein Dichtelement 6 vorhanden.
Die Anordnung der Stegverbindung 5 zwischen den beiden Grundkörperteilen 3,4 erfolgt derart, dass der Winkel zwischen benachbarten Stegverbindungen 5 identisch ist. Mit anderen Worten, jeder Stegverbindung 5 liegt bezüglich der Durchbrechung 8 diametral eine Lücke zwischen zwei weiteren zueinander Stegverbindungen 5 gegenüber.
Das Dichtelement 6 ist als eine ringförmige Dichtscheibe ausgebildet. 2 und 3 zeigen, dass das Dichtelement 6 zwischen an den beiden Grundkörperteilen 3, 4 ausgebildeten Auflageflächen 9 und den Stegverbindungen 5 angeordnet ist. Aus 3 ist zu erkennen, dass das Dichtelement 6 hierbei schwimmend gelagert ist, wobei zwischen dem Dichtelement 6 und dem inneren bzw. äußeren Grundkörperteil 3, 4 ein Abstand 10 vorhanden ist, welcher lediglich beispielhaft dargestellt ist.
Das Dichtelement 6 dient der Abdichtung eines Innenraums I des Magnetkörpers 1 zu einem Außenraum A. In einem beispielshaften Anwendungsfall, z.B. in einer Kühlmittelpumpe, befindet sich im Innenraum I ein Fluid unter hohem Druck. Durch diesen Druck wird das Dichtelement 6 gegen die Auflageflächen 9 an den beiden Grundkörperteilen 3, 4 gedrückt, wodurch eine Abdichtung erzielt wird. Eine Anpressung der ringförmigen Dichtscheibe 6 gegen die Auflageflächen 9 kann aber auch durch die Montage der Stegverbindungen 5 erzeugt werden, sodass die Stegverbindungen 5 als Niederhalter dienen.
Bezugszeichenliste

1: Magnetkörper
2: Grundkörper
3: Äußerer Grundkörper
4: Innerer Grundkörper
5: Stegverbindung
6: Dichtelement
7: Aussparung
8: Durchbrechung inneres Grundkörperteil
9: Auflagefläche
10: Abstand
11: Durchbrechung äußeres Grundkörperteil

Claims

Magnetkörper (1) für eine viskose Kupplung für eine Kühlmittelpumpe, umfassend einen topfförmigen Grundkörper (2), wobei der Grundkörper (2) in ein radial inneres Grundkörperteil (4) und ein radial äußeres Grundkörperteil (3) unterteilt ist und wobei zwischen den beiden Grundkörperteilen (3, 4) eine magnetische Isolierung (5) sowie ein Dichtelement (6) zur Abdichtung eines Innenraums (I) des Magnetkörpers (1) von einem Außenraum (A) vorhanden, wobei zwischen dem inneren Grundkörperteil (4) und dem äußeren Grundkörperteil (3) mehrere nichtmagnetische Stegverbindungen (5) ausgebildet sind und dass das Dichtelement (6) zwischen den beiden Grundkörperteilen (3, 4) schwimmend gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Grundkörperteilen (3, 4) Auflageflächen (9) ausgebildet sind, auf denen das ringförmige nichtmagnetische Dichtelement (6) aufliegt, derart dass das Dichtelement (6) zwischen den Auflageflächen (9) und den mehreren Stegverbindungen (5) schwimmend gelagert ist und dass das Dichtelement (6) zwischen den Stegverbindungen (5) und den Auflageflächen (9) radiales Spiel hat.
Magnetkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine ungerade Anzahl N von Stegverbindungen (5) mit N größer gleich 3 gleichförmig radial zwischen den beiden Grundkörperteilen (3, 4) angeordnet sind.
Magnetkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Grundkörperteile (3, 4) sich gegenüberliegende Aussparungen (7) aufweisen, in welche die Stegverbindungen (5) formschlüssig eingebracht sind.
Magnetkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Stegverbindungen (5) mittels Laserschweißverbindung mit den beiden Grundkörperteilen (3, 4) verbunden sind.
Magnetkörper nach einem der vorangehenden Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Grundkörperteil (4) und das äußere Grundkörperteil (3) aus einem magnetischen Werkstoff gefertigt sind.
Magnetkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (6) auf einer den Auflageflächen (9) zugewandten Oberfläche mit einem weiteren Dichtmaterial beschichtet ist.
Kühlmittelpumpe für ein Kraftfahrzeug, mit einem regelbaren Antrieb umfassend - eine drehbar gelagerte Welle, - einen auf der Welle drehfest gelagerten Abtriebskörper, - einen auf der Welle drehbar gelagerten, ein Kupplungsgehäuse bildenden Antriebskörper und einen, zwischen dem Antriebskörper und dem Abtriebskörper im Kupplungsgehäuse angeordneten, ein viskoses Fluid aufnehmenden Kupplungsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebskörper einen Magnetkörper umfasst, welcher einen topfförmigen Grundkörper (2) umfasst, wobei der Grundkörper (2) in ein radial inneres Grundkörperteil (4) und ein radial äußeres Grundkörperteil (3) unterteilt ist und wobei zwischen den beiden Grundkörperteilen (3, 4) eine magnetische Isolierung (5) sowie ein Dichtelement (6) zur Abdichtung eines Innenraums (I) des Magnetkörpers (1) von einem Außenraum (A) vorhanden ist, wobei zwischen dem inneren Grundkörperteil (4) und dem äußeren Grundkörperteil (3) mehrere nichtmagnetische Stegverbindungen (5) ausgebildet sind und dass das Dichtelement (6) zwischen den beiden Grundkörperteilen (3, 4) schwimmend gelagert ist.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine ungerade Anzahl N von Stegverbindungen (5) mit N größer gleich 3 gleichförmig radial zwischen den beiden Grundkörperteilen (3, 4) angeordnet sind.
Kühlmittelpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüchen 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Grundkörperteile (3, 4) sich gegenüberliegende Aussparungen (7) aufweisen, in welche die Stegverbindungen (5) formschlüssig eingebracht sind.
Kühlmittelpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Grundkörperteil (4) und das äußere Grundkörperteil (3) aus einem magnetischen Werkstoff gefertigt sind.
Kühlmittelpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (6) auf einer den Auflageflächen (9) zugewandten Oberfläche mit einem weiteren Dichtmaterial beschichtet ist.