DE102019124838A1

DE102019124838A1 - Rotor und Kreiselpumpe mit Rotor

Info

Publication number: DE102019124838A1
Application number: DE102019124838.8A
Authority: DE
Inventors: Klaus Weiske
Original assignee: Buehler Motor GmbH
Current assignee: Buehler Motor GmbH
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2021-03-18
Also published as: WO2021052543A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor mit einer Welle (2) und einem Blechpaket (3). Aufgabe der Erfindung ist es eine wirtschaftliche Möglichkeit zu einer präzisen Verbindung eines Blechpakets mit einer Welle zu finden, die einfach herstellbar ist, mit erprobten Verfahren ausführbar ist und die eine hohe Zuverlässigkeit unter extremen Temperaturunterschieden aufweist und die Verbindung über einen langen Zeitraum aufrecht erhält. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor mit einer Welle (2) und einem Blechpaket (3).
Das Blechpaket trägt in der Regel Permanentmagnete. Diese können an der Oberfläche oder in Magnettaschen montiert sein. Eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Befestigung eines Blechpakets auf einer Welle ist bekannt. Die geeignetste Methode richtet sich z. B. nach dem Material der Welle, den Platzverhältnissen, den Umgebungsbedingungen und dem zu erwartenden Temperaturgang. Bei einer Anwendung im Automotive-Bereich sind die Anforderungen besonders hoch, da hier große Temperaturunterschiede und hohe mechanische Belastungen auftreten können.
Aufgabe der Erfindung ist es eine wirtschaftliche Möglichkeit zu einer präzisen Verbindung eines Blechpakets mit einer Welle zu finden, die einfach herstellbar ist, mit erprobten Verfahren ausführbar ist und die eine hohe Zuverlässigkeit unter extremen Temperaturunterschieden aufweist und die Verbindung über einen langen Zeitraum aufrecht erhält.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Da das Blechpaket (3) durch ein einziges Befestigungselement (4) auf der Welle (2) zentriert und befestigt ist, ist eine wirtschaftliche Lösung gegeben, die einfach realisierbar ist. Der Toleranzausgleich, den das Befestigungselement (4) in axialer und in radialer Richtung zwischen dem Blechpaket (3) und der Welle (2) bewirkt, ist einfach und wirtschaftlich zu erreichen und führt zu einer präzisen Ausrichtung des Blechpakets (3) auf der Welle (2).
Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen näher erläutert. Es wird vorgeschlagen das Befestigungsmittel (4) als Stanzbiegeteil aus einem federnden Metallmaterial auszuführen. Stanzbiegeteile sind wirtschaftlich und prozesssicher herstellbar. Als Materialien eignen sich Stahl oder Bronze. Alternativ kann das Befestigungsmittel auch aus einem geeigneten Kunststoffmaterial bestehen.
Um das Blechpaket (3) unter den gewünschten Bedingungen montieren zu können ist es erforderlich, dass zwischen dem Blechpaket (3) und der Welle eine oder mehrere Freisparungen (5) im Blechpaket (3) vorgesehen sind.
Da das Blechpaket (3) ein Drehmoment auf die Welle (2) übertragen soll, ist es sinnvoll die Welle (2) und das Blechpaket (3) relativ zueinander formschlüssig gegen Verdrehen zu sichern. Um dies zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass Vorsprünge (6) der Welle (2) in die Freisparungen (5) des Blechpakets (3) oder Vorsprünge des Blechpakets in Freisparungen der Welle eingreifen.
Um eine radiale Zentrierung des Blechpakets (3) zur Welle (2) zu bewirken ist es zweckmäßig, dass das Befestigungselement (4) in eine Freisparung (5) des Blechpakets (3) eingreift.
Insbesondere sollen Befestigungszungen (7) des Befestigungselements (4) in eine oder mehrere Freisparungen (5) des Blechpakets eingreifen.
Um eine Federwirkung zu erreichen, ist vorgesehen, dass die lichte Weite der Freisparung (5) bzw. der Freisparungen in radialer Richtung unter allen Toleranzbedingungen größer ist als die Materialstärke der Befestigungszungen (7). Auf diese Weise können die Befestigungszungen (7) sich innerhalb der Freisparungen (5) bewegen und für einen Toleranzausgleich sorgen.
Die Zentrierung des Befestigungselements (4) zur Welle (2) wird durch mehrere Sperrzungen (8) als Bestandteil des Befestigungselements (4) bewirkt, die mit der Welle (2) in Eingriff sind.
Die Sperrzungen (8) sind dabei geringfügig gegenüber einer Normalenebene zu einer Drehachse des Rotors (1) ausgelenkt, wobei die Sperrzungen (8) der Montagerichtung des Blechpakets (3) entgegen gerichtet ausgelenkt sind.
Mehrere Befestigungszungen (7) und mehrere Sperrzungen (8) bilden zusammen mit einem Befestigungsring (9) als Verbindungselement als einstückiges Bauteil das Befestigungselement (4). Dabei sind z. B. drei Befestigungszungen (7) und drei Sperrzungen abwechselnd am Innenumfang des Befestigungsrings angeordnet, wobei ein Zwischenraum (19) zwischen jeweils einer Befestigungszunge (7) und einer Sperrzunge (8) für deren Beweglichkeit sorgt.
Die Befestigungszungen (7) sind aus einer Blechebene und/oder aus der Ebene des Befestigungsrings (9) abgewinkelt.
Dabei wird eine Federwirkung gegenüber der Welle (2) dadurch erreicht, dass die Befestigungszungen (7) weniger als 90° aus der Blechebene und oder der Ebene des Befestigungsrings (9) abgewinkelt sind.
Im montierten Zustand ist vorgesehen, dass ein zum Befestigungsring (9) proximales Ende der Befestigungszungen (7) nicht an der Welle (2) anliegt, sondern am Blechpaket (3).
Ein zum Befestigungsring (9) distales Ende der Befestigungszungen (7) hingegen liegt unter Vorspannung an der Welle (2) an. Der nutzbare Federweg ist dabei so ausgelegt, dass unter allen Toleranzlagen ein zuverlässiger Spielausgleich möglich ist und das Blechpaket exakt zum Befestigungselement (4) und damit zur Welle (2) ausgerichtet und zentriert ist.
Die Befestigungszungen (7) bewirken ein kraftschlüssiges Verkeilen des Blechpakets (3) mit dem Befestigungselement (4), insbesondere den Befestigungszungen (7) des Befestigungselements (4).
Durch die Zentrierung der Sperrzungen (8) auf der Welle (2) und der Verkeilung des Blechpakets (3) auf dem Befestigungselement (4) ist auch das Blechpaket (3) zur Welle (2) zentriert.
Zur zusätzlichen Sicherung des Befestigungselements (4) an der Welle (2) ist vorgesehen, das Befestigungselement (4) durch partielles Umformen der Welle (2) axial formschlüssig festzulegen. Auf diese Weise kann sich die Verbindung auch unter rauen Umgebungsbedingungen nicht lösen.
Auf der dem Befestigungselement (4) gegenüberliegenden Ende des Blechpakets (3) liegt dieses an einem Axialanschlag (14) an. Dieser ist vorzugsweise Bestandteil der Welle (2).
Die Welle (2) kann als Hohlwelle ausgebildet sein und aus einem Kunststoffmaterial bestehen. Gerade bei der Verwendung von Kunststoffwellen ist es besonders schwierig eine sichere und dauerhafte Welle-Nabe-Verbindung zu garantieren.
Der Rotor kann Bestandteil eines Pumpenlaufrads (1) sein. Dabei ist häufig das Pumpenlaufrad einstückig mit der Hohlwelle aus einem Kunststoffmaterial durch Urformen hergestellt.
Die Erfindung beinhaltet auch eine Kreiselpumpe mit einem erfindungsgemäßen Rotor.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine räumliche Darstellung eines Rotors,
2 eine Darstellung eines Befestigungselements auf einer Hohlwelle,
3 eine Variante des Rotors und
4 ein vergrößerter Ausschnitt auf 3.

Hinweis: Bezugszeichen mit Index und entsprechende Bezugszeichen ohne Index bezeichnen namensgleiche Einzelheiten in den Zeichnungen und der Zeichnungsbeschreibung. Es handelt sich dabei um die Verwendung in einer anderen Ausführungsform, dem Stand der Technik und/oder die Einzelheit ist eine Variante. Die Ansprüche, die Beschreibungseinleitung, die Bezugszeichenliste und die Zusammenfassung enthalten der Einfachheit halber nur Bezugszeichen ohne Index.
1 zeigt einen Rotor 1, bestehend aus einem Blechpaket 3, einer Welle 2 und einem Befestigungselement 4. Der Rotor 1 ist über die Welle verbunden mit einem Pumpenlaufrad 10. Dieses weist ein Flügelrad 11 mit Flügeln 12 und einer Deckscheibe 13 auf. Das Blechpaket 3 liegt axial an einem Axialanschlag 14 des Pumpenlaufrads 10 an. Die Welle 2 ist als Hohlwelle ausgebildet. Das Pumpenlaufrad 10 der Axialanschlag 14 und die Welle 2 bestehen aus einem Kunststoffmaterial und sind einstückig. Die Welle 2 verjüngt sich zu ihrem Ende hin geringfügig. Das dem Pumpenlaufrad 10 nahen Ende des Blechpakets 3 ist leicht auf die Welle aufgepresst. Das entfernte Ende des Blechpakets 3 hat Spiel zur Welle 2. Das Befestigungselement 4 ist zum Teil radial zwischen der Welle 2 und dem Blechpaket 3 angeordnet. Mit der Welle 2 ist das Befestigungselement 4 verklemmt. Weiter sind Magnettaschen 15, Permanentmagnete 16 und Klemmzungen 17 als Bestandteil des Blechpakets 3 dargestellt. Die Klemmzungen 17 ragen in die Magnettaschen 15 vor, so dass die Permanentmagnete 16 bei ihrer Montage in die Magnettaschen 15 die Klemmzungen 17 auslenken. Dadurch werden die Permanentmagnete 16 an den radial äußeren Rand der Magnettaschen 15 gedrängt.
2 zeigt einen Abschnitt der Welle 2 mit einem darauf angeordneten Befestigungselement 4. Das Befestigungselement 4 ist ringscheibenförmig ausgebildet und weist aus einem Befestigungsring 9 abgewinkelte Befestigungszungen 7 und nicht abgewinkelte Sperrzungen 8 auf. Das Befestigungselement 4 ist ein Stanzbiegeteil und ist aus einem Blechhalbzeug ausgestanzt. Die Befestigungszungen 7 wechseln sich über den Umfang mit den Sperrzungen 8 ab. Die Sperrzungen 8 beschreiben mit ihren inneren Enden einen Kreis der kleiner ist als der Außendurchmesser der Welle 2 im Verbindungsbereich des Befestigungselements 4. Dadurch werden die Sperrzungen 8 bei ihrer Montage auf die Welle 2 geringfügig ausgelenkt und verklemmen sich auf dem Außenumfang der Welle 2. Die Befestigungszungen 7 sind in einem Vormontagezustand geringfügig nach innen gebogen, so dass sie nach der Montage auf die Welle 2 geringfügig gespannt sind. Die Befestigungszungen 7 beschreiben an ihrem Außendurchmesser nahe der Biegestelle einen Durchmesser, der mit dem Innendurchmesser des Blechpakets 3 im Verbindungsbereich eine Presspassung bildet. Dadurch kann das Blechpaket 3 stets zuverlässig spielfrei auf die Welle 2 montiert werden. Bereiche zwischen den Befestigungszungen 7 und den Sperrzungen 8 sind freigestanzt, so dass Zwischenräume 19 gebildet sind.
3 zeigt eine Variante eines Rotors 1a mit einer Welle 2a, einem Blechpaket 3a, Permanentmagneten 16a, die in Magnettaschen 15a aufgenommen sind und Klemmzungen 17a durch welche die Permanentmagnete 16a radial nach außen gedrängt sind. Die Welle 2a weist rippenartige Vorsprünge 6a auf. Die Vorsprünge 6a greifen in Freisparungen 5a am Innenumfang des Blechpakets 3a ein und bilden damit eine Verdrehsicherung zwischen Welle 2a und Blechpaket 3a.
4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 3, mit der Welle 2a, dem Blechpaket 3a den Vorsprüngen 6a und den Freisparungen 5a. Die Freisparungen 5a dienen Zur Aufnahme der Befestigungszungen des Befestigungselements (nicht dargestellt). Die Vorsprünge 6a sind derart angeordnet, dass jeweils zwei Vorsprünge 6a in einer Freisparung aufgenommen sind, wobei jeder der Vorsprünge 6a an einem der Randflächen 18a der Freisparung 5a anliegt. Die Vorsprünge 6a sind am vom Pumpenlaufrad abgewandten Ende geringfügig verjüngt ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1: 1 Rotor
2: Welle
3: Blechpaket
4: Befestigungselement
5: Freisparung
6: Vorsprung
7: Befestigungszunge
8: Sperrzunge
9: Befestigungsring
10: Pumpenlaufrad
11: Flügelrad
12: Flügel
13: Deckscheibe
14: Axialanschlag
15: Magnettasche
16: Permanentmagnet
17: Klemmzunge
18: Randfläche
19: Zwischenraum

Claims

Rotor mit einer Welle (2) und einem Blechpaket (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket (3) durch ein einziges Befestigungselement (4) auf der Welle (2) zentriert und befestigt ist und dass das Befestigungselement (4) einen Toleranzausgleich in axialer und in radialer Richtung zwischen dem Blechpaket (3) und der Welle (2) bewirkt.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (4) ein Stanzbiegeteil ist und aus einem federelastischen Metallmaterial oder aus einem Kunststoffmaterial besteht.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Blechpaket (3) und der Welle eine oder mehrere Freisparungen (5) im Blechpaket (3) vorgesehen sind.
Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) und das Blechpaket (3) relativ zueinander formschlüssig gegen Verdrehen gesichert sind.
Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Vorsprünge (6) der Welle (2) in die Freisparungen (5) des Blechpakets (3) oder Vorsprünge des Blechpakets in Freisparungen der Welle eingreifen.
Rotor nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (4) in eine Freisparung (5) des Blechpakets (3) eingreift.
Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Befestigungszungen (7) des Befestigungselements (4) in eine oder mehrere Freisparungen (5) des Blechpakets eingreifen.
Rotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite der Freisparung (5) bzw. der Freisparungen in radialer Richtung unter allen Toleranzbedingungen größer ist als die Materialstärke der Befestigungszungen (7).
Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sperrzungen (8) des Befestigungselements (4) mit der Welle (2) in Eingriff sind.
Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrzungen (8) geringfügig gegenüber einer Normalenebene zu einer Drehachse des Rotors (1) ausgelenkt sind, wobei die Sperrzungen (8) der Montagerichtung des Blechpakets (3) entgegen gerichtet sind.
Rotor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Befestigungszungen (7) und mehrere Sperrzungen (8) mit einem Befestigungsring (9) einstückig sind und das Befestigungselement (4) bilden.
Rotor nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungszungen (7) aus einer Blechebene und/oder aus der Ebene des Befestigungsrings (9) abgewinkelt sind.
Rotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungszungen (7) weniger als 90° aus der Blechebene und oder der Ebene des Befestigungsrings (9) abgewinkelt sind.
Rotor nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Befestigungsring (9) proximales Ende der Befestigungszungen (7) nicht an der Welle (2) anliegt.
Rotor nach Anspruch 11, 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Befestigungsring (9) proximales Ende der Befestigungszungen (7) am Blechpaket (3) anliegt.
Rotor nach Anspruch 11, 12, 13,14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Befestigungsring (9) distales Ende der Befestigungszungen (7) unter Vorspannung an der Welle (2) anliegt.
Rotor nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungszungen (7) ein kraftschlüssiges Verkeilen des Blechpakets (3) mit dem Befestigungselement (4) bewirken.
Rotor nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrzungen (8) eine Zentrierung des Befestigungselements (4) und damit des Blechpakets (3) auf der Welle (2) bewirken.
Rotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (4) durch partielles Umformen der Welle (2) axial formschlüssig gesichert ist.
Rotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket (3) distal zum Befestigungselement (4) an einem Axialanschlag (14) anliegt.
Rotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) ein Hohlwelle ist und aus einem Kunststoffmaterial besteht.
Rotor nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er Bestandteil eines Pumpenlaufrads (1) ist.
Kreiselpumpe mit einem Rotor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.