DE102020126720A1 - Device with a housing, an axle embedded in the housing with a positive fit and a rotor rotatably mounted on the axle - Google Patents

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Abstract

Es ist eine Vorrichtung vorgesehen, die ein Gehäuse 1, eine Achse 11 und einen Rotor 5 aufweist. Die Achse 11 ist mit einem Endabschnitt formschlüssig in ein Material des Gehäuses 1 eingebettet, wobei der Endabschnitt außenseitig eine Nut 14 aufweist Diese Nut 14 verläuft schraubenförmig. Der Rotor 5 ist drehbar und bezüglich der Längsrichtungen der Achse 11 gesichert auf der Achse 11 gelagert. Durch den schraubenförmigen Verlauf der Nut 14 wird eine Einbettung des Endabschnitts der Achse 11 in das Gehäuse 1 realisiert, die sowohl in den Längsrichtungen als auch in den Umfangsrichtungen der Achse 11 wirkt. Dadurch kann wirkungsvoll ein Lösen der Achsel 1 aus dem Gehäuse 1 infolge von Kräften und Momenten, die von dem Rotor 5 auf die Welle 11 übertragen werden, vermieden werden.A device is provided which has a housing 1 , an axle 11 and a rotor 5 . The axle 11 is embedded with an end section in a form-fitting manner in a material of the housing 1, the end section having a groove 14 on the outside. This groove 14 runs helically. The rotor 5 is rotatable and supported on the axle 11 secured with respect to the longitudinal directions of the axle 11 . The helical course of the groove 14 results in the end section of the axle 11 being embedded in the housing 1 , which acts both in the longitudinal directions and in the circumferential directions of the axle 11 . This effectively prevents the axle 1 from becoming detached from the housing 1 as a result of forces and moments which are transmitted from the rotor 5 to the shaft 11 .

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere in einer Ausgestaltung als Strömungsmaschine. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, eine Achse, die mit einem Endabschnitt formschlüssig in einem Material des Gehäuses eingebettet ist, wobei der Endabschnitt außenseitig eine Nut aufweist, und einen Rotor, der drehbar auf der Achse gelagert ist.The invention relates to a device, in particular in the form of a turbomachine. The device comprises a housing, an axle, an end section of which is embedded in a material of the housing in a form-fitting manner, the end section having a groove on the outside, and a rotor which is rotatably mounted on the axle.

Eine solche Strömungsmaschine in einer Ausgestaltung als Kühlmittelpumpe ist in der EP 2 273 123 A1 offenbart. Dabei stellt der Rotor sowohl einen Außenläufer eines Elektromotors als auch das Pumpenrad der Kühlmittelpumpe dar. Hierzu bildet das Gehäuse einen sogenannten Spalttopf aus, innerhalb dessen der Stator des Elektromotors angeordnet ist. Der ebenfalls topfförmige Rotor, der hauptsächlich aus Kunststoff ausgestaltet ist, umgibt den Spalttopf des Gehäuses sowohl stirnseitig als auch umfangsseitig, wobei an dem zylindrischen Umfangsabschnitt des Rotors Permanentmagnete angeordnet sind, die mit dem Stator magnetisch wechselwirken, um den rotatorischen Antrieb des Rotors zu bewirken. Zur Führung der Rotation des Rotors ist dieser drehbar auf einer Achse aus Metall gelagert und auf dieser in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse fixiert. Ein Endabschnitt der Achse ist in das Kunststoffmaterial des Spalttopfs eingebettet, wobei die Achse in diesem Endabschnitt eine umlaufende Nut aufweist, wodurch sich eine Formschlüssigkeit der Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Achse bezüglich der Längsrichtungen der Achse ergibt. Durch diese formschlüssige Verbindung soll ein Lösen der Achse aus dem Gehäuse infolge von axialen Zugkräften, die im Betrieb der Kühlmittelpumpe auf den Rotor wirken und von diesem auf die Achse übertragen werden, vermieden werden.Such a turbomachine in an embodiment as a coolant pump is in EP 2 273 123 A1 disclosed. In this case, the rotor represents both an external rotor of an electric motor and the impeller of the coolant pump. For this purpose, the housing forms what is known as a containment shell, within which the stator of the electric motor is arranged. The likewise pot-shaped rotor, which is mainly made of plastic, surrounds the containment shell of the housing both on the front side and on the circumference, with permanent magnets being arranged on the cylindrical peripheral section of the rotor, which interact magnetically with the stator in order to cause the rotary drive of the rotor. In order to guide the rotation of the rotor, it is rotatably mounted on a metal axis and is fixed thereon in the axial direction with respect to the axis of rotation. An end section of the axle is embedded in the plastic material of the containment shell, with the axle having a circumferential groove in this end section, resulting in a positive fit of the connection between the housing and the axle with respect to the longitudinal directions of the axle. This form-fitting connection is intended to prevent the axle from becoming detached from the housing as a result of axial tensile forces which act on the rotor during operation of the coolant pump and are transmitted from it to the axle.

Bei der Verwendung einer Kühlmittelpumpe gemäß der EP 2 273 123 A1 hat sich gezeigt, dass ein Lösen der Achse aus dem Gehäuse nicht zuverlässig vermieden wird.When using a coolant pump according to the EP 2 273 123 A1 it has been shown that detachment of the axle from the housing cannot be reliably avoided.

Eine elektrische Kühlmittelpumpe ist weiterhin aus der DE 100 12 663 A1 bekannt.An electric coolant pump is also available DE 100 12 663 A1 famous.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lösen der Achse aus dem Gehäuse bei einer Pumpe gemäß der EP 2 273 123 A1 wirksam zu verhindern.The invention is based on the object of releasing the axis from the housing in a pump according to the EP 2 273 123 A1 to prevent effectively.

Diese Aufgabe ist bei einer Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Diese Vorrichtung kann gemäß dem Patentanspruch 10 insbesondere als Strömungsmaschine und besonders bevorzugt als Pumpe, beispielsweise Kühlmittelpumpe, ausgestaltet sein. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is achieved with a device according to patent claim 1 . According to patent claim 10, this device can be designed in particular as a turbomachine and particularly preferably as a pump, for example a coolant pump. Further advantageous embodiments of the device according to the invention are the subject matter of the further patent claims and/or result from the following description of the invention.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung vorgesehen, die zumindest ein (ein- oder mehrteiliges) Gehäuse, eine Achse und einen Rotor aufweist. Die Achse ist dabei mit einem Endabschnitt formschlüssig in ein Material des Gehäuses eingebettet, wobei der Endabschnitt außenseitig eine Nut aufweist Diese Nut verläuft dabei schraubenförmig. Der Rotor ist drehbar und bezüglich der Längsrichtungen der Achse gesichert auf der Achse gelagert.According to the invention, a device is provided which has at least one (single-part or multi-part) housing, an axle and a rotor. The axle is embedded with an end section in a form-fitting manner in a material of the housing, with the end section having a groove on the outside. This groove runs in a helical shape. The rotor is rotatable and supported on the axle secured with respect to the longitudinal directions of the axle.

Durch den schraubenförmigen Verlauf der Nut wird eine Einbettung des Endabschnitts der Achse in das Gehäuse realisiert, die in vorteilhafter Weise sowohl in den Längsrichtungen als auch in den Umfangsrichtungen der Achse formschlüssig sichernd wirkt. Dadurch kann wirkungsvoll eine Lösen der Achse aus dem Gehäuse infolge von Kräften und Momenten, die von dem Rotor auf die Welle übertragen werden, vermieden werden.The helical progression of the groove results in the end section of the axle being embedded in the housing, which advantageously has a positive locking effect both in the longitudinal directions and in the circumferential directions of the axle. This effectively prevents the axle from becoming detached from the housing as a result of forces and moments which are transmitted from the rotor to the shaft.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Lösen der Achse aus dem Gehäuse bei einer Kühlmittelpumpe gemäß der EP 2 273 123 A1 primär daraus resultiert, dass die durch die Einbettung der Achse in das Material erreichte Verbindung nicht formschlüssig in den Umfangsrichtungen wirkt. Im Betrieb einer solchen Kühlmittelpumpe können insbesondere bei Schmutzeintrag erhebliche Reibungskräfte in der Gleitlagerung, die zwischen der Achse und dem Rotor ausgebildet ist, wirken, die dazu führen können, dass sich die durch die Einbettung in das Material des Gehäuses in den Umfangsrichtungen ausschließlich kraftschlüssig gesicherte Achse mit dem Rotor mitdreht. Dies erfolgt gegebenenfalls zunächst vereinzelt, anschließend durch eine verschleißbedingte Verringerung der kraftschlüssigen Verbindung gegebenenfalls dauerhaft. Und da die Einbettung der Achse in das Gehäuse nicht für eine solche dauerhafte Relativrotation ausgelegt ist, wird die in den Längsrichtungen wirkende formschlüssige Verbindung, die mittels der Einbettung der Umfangsnut und des in der Umfangsnut befindlichen Materials erreicht ist, im andauernden Betrieb der Kühlmittelpumpe so weit geschwächt, dass diese Sicherung schlussendlich nachgibt, was zu einem Betriebsausfall der Kühlmittelpumpe führt. Diese Problematik wird durch die auch formschlüssig in den Umfangsrichtungen sichernd wirkende Einbettung der Achse in das Material des Gehäuses bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wirksam verhindert.The invention is based on the finding that detaching the axis from the housing in a coolant pump according to the EP 2 273 123 A1 primarily due to the fact that the connection achieved by embedding the axis in the material does not have a form-fitting effect in the circumferential directions. In the operation of such a coolant pump, particularly when dirt is introduced, considerable frictional forces can act in the slide bearing, which is formed between the axle and the rotor, which can lead to the axle, which is exclusively non-positively secured by embedding in the material of the housing, moving in the circumferential directions rotates with the rotor. If necessary, this is initially done individually, then possibly permanently due to a wear-related reduction in the non-positive connection. And since the embedding of the axle in the housing is not designed for such a permanent relative rotation, the positive connection acting in the longitudinal directions, which is achieved by embedding the circumferential groove and the material located in the circumferential groove, becomes so wide during continuous operation of the coolant pump weakened that this fuse finally gives way, which leads to an operational failure of the coolant pump. This problem is effectively prevented in a device according to the invention by the embedding of the axis in the material of the housing, which also has a positive locking effect in the circumferential directions.

Grundsätzlich kann die in den Umfangsrichtungen formschlüssig sichernde Einbettung der Achse in das Material des Gehäuses auf beliebige Art und Weise realisiert werden. Beispielsweise könnte auch vorgesehen sein, eine (geschlossen umlaufende) Umfangsnut, wie sie bei der Kühlmittelpumpe gemäß der EP 2 273 123 A1 vorgesehen ist, nicht wie dort in einer senkrecht zu den Längsrichtungen der Achse ausgerichteten Ebene sondern in einer dazu schräg verlaufenden Ebene verlaufen zu lassen.In principle, the embedding of the axle in the material of the housing, which secures it in a form-fitting manner in the circumferential directions, can be implemented in any desired manner. For example could also be provided, a (closed circumferential) circumferential groove, as in the coolant pump according to EP 2 273 123 A1 it is provided not, as there, in a plane aligned perpendicularly to the longitudinal directions of the axis, but rather in a plane running at an angle thereto.

Erfindungsgemäß ist jedoch ein schraubenförmiger Verlauf der Nut vorgesehen, weil ein solcher vorteilhaft herstellbar ist. Insbesondere kann die Nut hierfür auf relativ einfache und kostengünstige Weise mittels eines Drehprozesses spanabhebend eingebracht werden. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Achse insgesamt als Drehteil hergestellt wird oder die Geometrie an deren Enden (z.B. Fase) spanend realisiert wird. Da die Außenkontur der schraubenförmigen Nut fertigungsbedingt nicht größer als der Lagerdurchmesser der Achse ist, kann sie problemlos außenseitig geschliffen werden (z.B. mittels eines Durchlaufschleifprozesses), um eine relativ reibungsarme Lagerung des Rotors auf der Achse zu gewährleisten. Im Vergleich zu alternativen Möglichkeiten einer in den Umfangsrichtungen formschlüssig sichernden Einbettung (z.B. das Prägen von herausstehenden Konturen) wirkt sich dieses vorteilhaft aus.According to the invention, however, a helical course of the groove is provided because such a course can be advantageously produced. In particular, the groove for this purpose can be machined in a relatively simple and cost-effective manner by means of a turning process. This can be particularly advantageous if the axis is manufactured entirely as a turned part or the geometry at its ends (e.g. chamfer) is realized by machining. Since the outer contour of the helical groove is not larger than the bearing diameter of the axle due to the manufacturing process, it can easily be ground on the outside (e.g. by means of a through-feed grinding process) in order to ensure relatively low-friction bearing of the rotor on the axle. This has an advantageous effect in comparison to alternative options for embedding that secures a positive fit in the circumferential directions (e.g. the embossing of protruding contours).

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere als Strömungsmaschine ausgestaltet sein, wobei dann der Rotor als mit einem Fluid wechselwirkendes Flügelrad sowie als Rotor, insbesondere in einer Ausgestaltung als Außenläufer, eines Elektromotors ausgestaltet sein kann. Weiterhin kann das Gehäuse einen Einlass und einen Auslass für das Fluid aufweisen.A device according to the invention can in particular be designed as a turbomachine, in which case the rotor can then be designed as an impeller wheel interacting with a fluid and as a rotor, in particular in an embodiment as an external rotor, of an electric motor. Furthermore, the housing can have an inlet and an outlet for the fluid.

Besonders bevorzugt kann die Strömungsmaschine als Arbeitsmaschine und insbesondere als Pumpe, beispielsweise als Kühlmittelpumpe, die in einem Kühlsystem einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird, oder als Ventilator/Verdichter ausgestaltet sein. Vorteilhaft kann aber auch eine Ausgestaltung der Vorrichtung als Kraftmaschine sein.The turbomachine can particularly preferably be designed as a working machine and in particular as a pump, for example as a coolant pump that is used in a cooling system of an internal combustion engine, or as a fan/compressor. However, an embodiment of the device as a power machine can also be advantageous.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse zumindest in dem die Achse aufnehmenden Abschnitt, vorzugsweise vollständig aus Kunststoff (d.h. aus einem oder mehreren Kunststoffen) und/oder die Achse zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig aus Metall (d.h. aus einem oder mehreren Metallen), beispielsweise Stahl, ausgestaltet ist. Eine Ausgestaltung des Gehäuses aus Kunststoff ermöglicht eine kostengünstige Herstellung und kann zudem zu einem relativ geringen Bauteilgewicht führen. Eine Ausgestaltung der Achse aus Metall kann eine hohe Belastbarkeit der Achse gewährleisten. Alternativ dazu kann aber auch eine Ausgestaltung des Gehäuses aus Metall (z.B. aus Magnesium oder Aluminium, beispielsweise mittels Thixomolding) und/oder eine Ausgestaltung der Achse aus anderen Werkstoffen, beispielsweise Keramik, Glas oder Kunststoff, vorteilhaft sein.According to a preferred embodiment of the device according to the invention, it can be provided that the housing, at least in the section accommodating the axle, is preferably made entirely of plastic (i.e. made of one or more plastics) and/or the axle is at least partially, preferably completely made of metal (i.e. made of a or more metals), for example steel, is designed. A design of the housing made of plastic enables cost-effective production and can also lead to a relatively low component weight. Designing the axle from metal can ensure that the axle can withstand high loads. As an alternative to this, it can also be advantageous to design the housing from metal (e.g. from magnesium or aluminum, for example by means of thixomolding) and/or to design the axle from other materials, for example ceramic, glass or plastic.

Bei einer Ausgestaltung des Gehäuses zumindest teilweise aus Kunststoff kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der entsprechende Teil oder Abschnitt des Gehäuses, vorzugsweise das gesamte Gehäuse, als Spritzgussbauteil hergestellt wird, wobei während des Spritzgießprozesses der entsprechende Endabschnitt der Achse von dem Material des Gehäuses umspritzt und dadurch eingebettet wird. Eine solche Ausgestaltung des Gehäuses als Spritzgussbauteil kann sich ebenfalls vorteilhaft hinsichtlich der Herstellungskosten auswirken.In one configuration of the housing at least partially made of plastic, it can preferably be provided that the corresponding part or section of the housing, preferably the entire housing, is produced as an injection molded component, with the corresponding end section of the axle being overmoulded by the material of the housing during the injection molding process and thereby is embedded. Such a configuration of the housing as an injection molded component can also have an advantageous effect with regard to the production costs.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der schraubenförmige Verlauf der Nut bezüglich einer vorgesehenen Rotationsrichtung des Rotors in Richtung des eingebetteten Endes der Achse ansteigt. Bei der bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung als Arbeitsmaschine und insbesondere als Pumpe oder Gebläse kann die vorgesehene Rotationsrichtung des Rotors insbesondere diejenige sein, in der das Flügelrad das Fluid zu dem Auslass des Gehäuses fördert. Eine solche Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet, dass ein reibungsbedingtes Moment, das infolge der Relativrotation des Rotors auf die Achse wirkt, die Tendenz bewirkt, dass sich die Achse in das Gehäuse eingeschraubt, wodurch ein Lösen der Achse infolge von Zugkräften, die von dem Rotor auf die Achse übertragen werden, besonders sicher vermieden wird.According to a preferred embodiment of a device according to the invention, it can be provided that the helical course of the groove increases in the direction of the embedded end of the axle with respect to an intended direction of rotation of the rotor. In the preferred configuration of the device as a working machine and in particular as a pump or fan, the intended direction of rotation of the rotor can in particular be that in which the impeller conveys the fluid to the outlet of the housing. Such an embodiment of a device according to the invention ensures that a frictional moment acting on the axle as a result of the relative rotation of the rotor causes the tendency for the axle to be screwed into the housing, thereby preventing loosening of the axle as a result of tensile forces exerted by the rotor are transferred to the axle is avoided in a particularly safe manner.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Nut an dem eingebetteten Ende der Achse ausläuft. Dies ermöglicht eine vorteilhafte und insbesondere kostengünstige Herstellbarkeit der Achse und damit der gesamten Vorrichtung. Dies gilt insbesondere bei einer mittels eines Drehprozesses in das Material der Achse eingebrachten Nut, weil die Drehschneide dadurch bis über das entsprechende Ende der Achse hinaus axial verfahren werden kann.According to a preferred embodiment of a device according to the invention, it can be provided that the groove ends at the embedded end of the axle. This enables the axle and thus the entire device to be manufactured in an advantageous and, in particular, cost-effective manner. This applies in particular to a groove made in the material of the axle by means of a turning process, because the rotary cutting edge can thereby be moved axially beyond the corresponding end of the axle.

Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Steigungswinkel der Nut und/oder die Tiefe der Nut und/oder die Gangrichtung der Nut (d.h. die Längsrichtung, in der die Nut ansteigt) über der Länge des Verlaufs der Nut konstant beziehungsweise gleichförmig/gleichartig ist/sind. Auch dies führt zu einer möglichst kostengünstigen Herstellbarkeit der Achse und damit der gesamten Vorrichtung.It can also preferably be provided that the pitch angle of the groove and/or the depth of the groove and/or the direction of the groove (i.e. the longitudinal direction in which the groove rises) is constant or uniform/similar over the length of the course of the groove/ are. This also leads to the most cost-effective manufacturability of the axle and thus of the entire device.

Um Kerbspannungen in dem die Achse einbettenden Material des Gehäuses möglichst gering zu halten, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Breite der Nut im Nutgrund mindestens 20% des Außendurchmessers (nicht im Bereich des Nutgrunds gemessen) der Achse (bei einem nicht-konstanten beziehungsweise variierenden Außendurchmesser: des mittleren Außendurchmessers) beträgt.In order to keep notch stresses in the material of the housing embedding the axle as low as possible, it can preferably be provided that the width of the groove in the groove base is at least 20% of the outer diameter (not measured in the area of the groove base) of the axle (in the case of a non-constant or varying Outer diameter: the mean outer diameter).

Dem gleichen Zweck kann dienen, wenn eine, mehrere oder alle der Kanten der Nut abgerundet ausgestaltet ist/sind, wobei als „Kante“ grundsätzlich ein Übergang zwischen zwei Flächen, von denen zumindest eine die Nut begrenzt, verstanden wird. Der Übergang zwischen zwei solcher Flächen kann folglich in Form einer gekrümmten Fläche und nicht in Form einer Linie ausgestaltet sein.The same purpose can be served if one, several or all of the edges of the groove is/are rounded, with an “edge” basically being understood as a transition between two surfaces, of which at least one delimits the groove. The transition between two such surfaces can consequently be designed in the form of a curved surface and not in the form of a line.

Weiterhin kann zur Minimierung von Kerbspannungen in dem die Achse einbettenden Material des Gehäuses vorgesehen sein, dass der Steigungswinkel des Nutverlaufs (bei einem nicht konstanten Nutverlauf: der mittlere Steigungswinkel) mindestens 10° beträgt.Furthermore, in order to minimize notch stresses in the material of the housing embedding the axis, it can be provided that the pitch angle of the groove course (in the case of a non-constant groove course: the mean pitch angle) is at least 10°.

Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Nut vollständig innerhalb des Materials des Gehäuses angeordnet ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Einbettung der Achse in das Material des Gehäuses realisiert werden, weil ein Herausdrehen der Achse aus dem Material des Gehäuses unabhängig davon, in welcher Richtung ein reibungsbedingtes Moment im Verhältnis zur Gangrichtung auf die Achse wirkt, sicher vermieden werden kann. Auch kann dadurch auf relativ einfache Weise eine ausreichende Abdichtung der Achse bei einem Umspritzen mit dem Kunststoff des Gehäuses realisiert werden.Provision can furthermore preferably be made for the groove to be arranged completely within the material of the housing. A particularly advantageous embedding of the axle in the material of the housing can thereby be implemented, because the axle can be reliably prevented from rotating out of the material of the housing, regardless of the direction in which a friction-related moment acts on the axle in relation to the gear direction. Adequate sealing of the axle can also be achieved in a relatively simple manner when the plastic of the housing is overmoulded.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausgestaltungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

  • 1: in einem Längsschnitt einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ausgestaltung als Pumpe.
The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment example shown in the drawing. In the drawing shows:
  • 1 : in a longitudinal section, a section of a device according to the invention in an embodiment as a pump.

Die in der Zeichnung dargestellte Pumpe, bei der sich beispielsweise um eine Kühlmittelpumpe handeln kann, umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 1, das vollständig aus Kunststoff ausgestaltet ist. Das Gehäuse 1 umfasst ein Gehäuseunterteil 1a, ein Gehäusezwischenteil 1b und ein Gehäuseoberteil 1c. Der Gehäuseunterteil 1a und der Gehäuseoberteil 1c begrenzen gemeinsam einen Innenraum des Gehäuses 1. Der randseitig zwischen dem Gehäuseunterteil 1a und dem Gehäuseoberteil 1c fixiert gehaltene Gehäusezwischenteil 1b unterteilt diesen Innenraum in einen ersten Aufnahmeraum 2, innerhalb dessen die elektrischen Komponenten der Pumpe einschließlich des Stators 3 eines elektrischen Antriebsmotors aufgenommen sind, sowie in einen zweiten Aufnahmeraum 4, innerhalb dessen ein Rotor der Pumpe angeordnet ist. Der zweite Aufnahmeraum 4 kann zudem von dem mittels der Pumpe zu fördernden Fluid durchströmt werden. Für eine solche Durchströmung weist der Gehäuseoberteil 1c einen Einlass für das Fluid, der in einem Einlassstutzen 6 ausgebildet ist, und einen Auslass für das Fluid, der in einem Auslassstutzen 7 ausgebildet ist, auf. An diese Stutzen 6, 7 ist jeweils eine Fluidleitung (nicht dargestellt) anschließbar.The pump shown in the drawing, which can be a coolant pump, for example, comprises a multi-part housing 1 that is made entirely of plastic. The housing 1 comprises a lower housing part 1a, an intermediate housing part 1b and an upper housing part 1c. The lower housing part 1a and the upper housing part 1c together delimit an interior space of the housing 1. The intermediate housing part 1b, which is held fixed at the edge between the lower housing part 1a and the upper housing part 1c, divides this interior space into a first receiving space 2, within which the electrical components of the pump including the stator 3 of a electric drive motor are included, and in a second receiving space 4, within which a rotor of the pump is arranged. The fluid to be conveyed by means of the pump can also flow through the second receiving space 4 . For such a through-flow, the housing upper part 1c has an inlet for the fluid, which is formed in an inlet connector 6, and an outlet for the fluid, which is formed in an outlet connector 7. A fluid line (not shown) can be connected to each of these sockets 6 , 7 .

Der Gehäusezwischenteil 1b, der als Spaltstopf eine strukturelle Separierung zwischen dem Stator 3 des Antriebsmotors und dem Rotor 5 bewirkt, ist topfförmig ausgestaltet und umgibt den Stator 3. Der Rotor 5 der Pumpe stellt gleichzeitig auch den Rotor 5 des Antriebsmotors, der als Außenläufer ausgestaltet ist, dar. Der Rotor 5 umfasst hierzu eine Mehrzahl von Permanentmagneten 8, die in einen vollständig aus einem Kunststoff ausgestalteten Grundkörper 9 des Rotors 5 eingebettet sind. Konkret sind die Permanentmagnete 8 in einem hohlzylindrischen Mantelabschnitt 5a des ebenfalls topfförmigen Rotors 5 angeordnet. Dieser hohlzylindrische Mantelabschnitt 5a des Rotors 5 umgibt außenseitig unter Ausbildung eines definierten Spalts einen hohlzylindrischen Abschnitt des Gehäusezwischenteils 1b. In vergleichbarer Weise ist ein Stirnflächenabschnitt 5b des Rotors 5 unter Ausbildung eines definierten Spalts angrenzend an einem Stirnflächenabschnitt des Gehäusezwischenteils 1c angeordnet. Auf der von dem Gehäusezwischenteil 1c abgewandten Seite des Stirnflächenabschnitts 5b bildet der Rotor 5 eine Mehrzahl von Flügeln 10 aus, die bei einer Rotation des (folglich als Flügelrad) ausgestalteten Rotors 5 eine Pumpwirkung für das Fluid erzeugen, wobei Fluid durch den Einlassstutzen 6 angesaugt und durch den Auslassstutzen 7 abgeführt wird.The intermediate housing part 1b, which as a split pot causes a structural separation between the stator 3 of the drive motor and the rotor 5, is cup-shaped and surrounds the stator 3. The rotor 5 of the pump also represents the rotor 5 of the drive motor, which is designed as an external rotor For this purpose, the rotor 5 comprises a plurality of permanent magnets 8 which are embedded in a base body 9 of the rotor 5 which is made entirely of plastic. Specifically, the permanent magnets 8 are arranged in a hollow-cylindrical casing section 5a of the rotor 5, which is also pot-shaped. This hollow-cylindrical jacket section 5a of the rotor 5 surrounds a hollow-cylindrical section of the intermediate housing part 1b on the outside, forming a defined gap. In a comparable manner, an end face section 5b of the rotor 5 is arranged adjacent to an end face section of the housing intermediate part 1c, forming a defined gap. On the side of the end face section 5b facing away from the intermediate housing part 1c, the rotor 5 forms a plurality of vanes 10, which generate a pumping effect for the fluid when the rotor 5 (consequently designed as an impeller) rotates, with the fluid being sucked in through the inlet connector 6 and is discharged through the outlet port 7.

Um eine koaxiale Relativrotation des Rotors 5 und des Stators 3 des Antriebsmotors sicherzustellen, ist der Rotor 5 auf einer Achse 11 aus Metall drehbar gelagert, wozu der Rotor 5 einen zentralen, rohrförmigen Lagerungsabschnitt 5c aufweist. Gleichzeitig ist die Lagerung des Rotors 5 auf der Achse 11 in den Längsrichtungen der Achse 11 und damit entlang der Rotationsachse 12 des Rotors 5 fixiert, was bezüglich derjenigen Längsrichtung, die von dem Gehäusezwischenteil 1c weg und in Richtung des Einlassstutzens 6 weist, mittels eines Axiallagerrings 13 erreicht ist, der ebenfalls aus Metall ausgebildet ist und der mit dem freien Ende der Achse 11 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt ist. Die Sicherung in dieser Längsrichtung der Achse 11 ist dabei von besonderer Bedeutung, weil durch das Wechselwirken der Flügel 10 des Rotors 5 mit dem Fluid Kräfte auf den Rotor 5 wirken, die diesen in Richtung des Einlassstutzens 6 ziehen.In order to ensure a coaxial relative rotation of the rotor 5 and the stator 3 of the drive motor, the rotor 5 is rotatably mounted on a metal axle 11, for which purpose the rotor 5 has a central, tubular bearing section 5c. At the same time, the bearing of the rotor 5 on the axle 11 is fixed in the longitudinal direction of the axle 11 and thus along the axis of rotation 12 of the rotor 5, which with respect to that longitudinal direction which points away from the intermediate housing part 1c and in the direction of the inlet connection 6, by means of an axial bearing ring 13 is reached, which is also made of metal and is integrally connected to the free end of the axle 11, for example welded. Securing the axis 11 in this longitudinal direction is of particular importance because the interaction of the wings 10 of the rotor 5 with the fluid, forces act on the rotor 5 which pull it in the direction of the inlet connector 6 .

Ein an dem anderen Ende gelegener Endabschnitt der Achse 11 ist in das Material des Gehäusezwischenteils 1b eingebettet, wodurch die Achse 11 mit dem Gehäusezwischenteil 1b fest verbunden ist. Um dabei eine Verbindung zu erreichen, die sowohl in den Längsrichtungen als auch in den Umfangsrichtungen der Achse 11 formschlüssig sichernd wirkt, weist der Endabschnitt außenseitig eine Nut 14 auf, die schraubenförmig verläuft. Diese Nut 14 ist vollständig innerhalb des Materials des Gehäusezwischenteils 1b angeordnet. Gleichzeitig ist der schraubenförmige Verlauf der Nut 14 derart gewählt, dass dieser bezüglich einer vorgesehenen Rotationsrichtung des Rotors 5, die in der 1 anhand eines Pfeils dargestellt ist, in Richtung des eingebetteten Endes der Achse 11 ansteigt. Dadurch wird gewährleistet, dass ein reibungsbedingtes Moment, das infolge der Relativrotation des Rotors 5 auf die Achse 11 wirkt, tendenziell bewirkt, dass sich die Achse 11 in den Gehäusezwischenteil 1b einschraubt. Ein solches Einschrauben wird dabei jedoch durch die auch in den Längsrichtungen der Achse 11 sichernde formschlüssige Einbettung des Endabschnitts der Achse 11 verhindert. Da an das eingebettete Ende der Achse 11 relativ viel Material des Gehäusezwischenteils 1b angrenzt, wird so eine dauerhaft sichere Fixierung der Achse 11 an dem Gehäusezwischenteil 1b und damit eine dauerhaft sichere Positionierung des Rotors 5 innerhalb des Gehäuses 1 gewährleistet. Würde der Verlauf der Nut 14 dagegen die entgegengesetzte Gangrichtung aufweisen, könnte eine solche dauerhaft sichere Fixierung der Achse 11 und Positionierung des Rotors 5 infolge der nur relativ kleinen Materialmenge, die einem Herausschrauben der Achse 11 aus dem Material des Gehäusezwischenteils 1b entgegenwirken würde, gegebenenfalls nicht gewährleistet sein.An end portion of the axle 11 located at the other end is embedded in the material of the intermediate housing part 1b, whereby the axle 11 is fixedly connected to the intermediate housing part 1b. In order to achieve a connection that has a positive locking effect both in the longitudinal directions and in the circumferential directions of the axle 11, the end section has a groove 14 on the outside, which runs helically. This groove 14 is arranged entirely within the material of the housing intermediate part 1b. At the same time, the helical course of the groove 14 is chosen such that it is relative to an intended direction of rotation of the rotor 5, which is in the 1 shown by an arrow, increases towards the embedded end of the axle 11. This ensures that a frictional moment acting on the axle 11 as a result of the relative rotation of the rotor 5 tends to cause the axle 11 to screw into the intermediate housing part 1b. However, screwing in in this way is prevented by the form-fitting embedding of the end section of the axle 11 which also secures it in the longitudinal directions of the axle 11 . Since a relatively large amount of material of the intermediate housing part 1b adjoins the embedded end of the axle 11, a permanently secure fixation of the axle 11 on the housing intermediate part 1b and thus a permanently secure positioning of the rotor 5 within the housing 1 is ensured. If, on the other hand, the course of the groove 14 had the opposite direction, such a permanently secure fixing of the axis 11 and positioning of the rotor 5 might not be possible due to the relatively small amount of material that would counteract the unscrewing of the axis 11 from the material of the intermediate housing part 1b to be guaranteed.

BezugszeichenlisteReference List

11
GehäuseHousing
1a1a
Gehäuseunterteilhousing base
1b1b
Gehäusezwischenteilhousing intermediate part
1c1c
Gehäuseoberteilhousing top
22
erster Aufnahmeraum des Gehäusesfirst receiving space of the housing
33
Stator des AntriebsmotorsDrive motor stator
44
zweiter Aufnahmeraumsecond recording room
55
Rotor der Pumpe/des AntriebsmotorsRotor of the pump/drive motor
5a5a
Mantelabschnitt des RotorsShell section of the rotor
5b5b
Stirnflächenabschnitt des RotorsFace section of the rotor
5c5c
Lagerungsabschnitt des Rotorsbearing section of the rotor
66
Einlassstutzeninlet port
77
Auslassstutzenoutlet nozzle
88th
Permanentmagnetpermanent magnet
99
Grundkörper des Rotorsbody of the rotor
1010
Flügel des Rotorsblades of the rotor
1111
Achseaxis
1212
Rotationsachse des RotorsAxis of rotation of the rotor
1313
Axiallagerringthrust bearing ring
1414
Nutgroove

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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  • DE 10012663 A1 [0004]DE 10012663 A1 [0004]

Claims (10)

Vorrichtung mit einem Gehäuse (1), einer Achse (11), die mit einem Endabschnitt formschlüssig in Material des Gehäuses (1) eingebettet ist, wobei der Endabschnitt außenseitig eine Nut (14) aufweist, und mit einem Rotor (5), der drehbar und bezüglich der Längsrichtungen der Achse lagegesichert auf der Achse (11) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (14) schraubenförmig verläuft.Device with a housing (1), an axle (11), one end section of which is embedded in the material of the housing (1) in a form-fitting manner, the end section having a groove (14) on the outside, and a rotor (5) which can be rotated and is mounted on the axle (11) in a position-secured manner with respect to the longitudinal directions of the axle, characterized in that the groove (14) runs helically. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) aus Kunststoff und/oder die Achse (11) aus Metall ausgestaltet ist.Device according to claim 1 , characterized in that the housing (1) is made of plastic and/or the axle (11) is made of metal. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der schraubenförmige Verlauf der Nut (11) bezüglich einer vorgesehenen Rotationsrichtung des Rotors (5) in Richtung des eingebetteten Endes der Achse (11) ansteigt.Device according to claim 1 or 2 , characterized in that the helical course of the groove (11) with respect to an intended direction of rotation of the rotor (5) increases in the direction of the embedded end of the axle (11). Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (14) an dem eingebetteten Ende der Achse (11) ausläuft.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the groove (14) terminates at the embedded end of the axle (11). Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Nut (14) im Nutgrund mindestens 20% des Durchmessers der Achse (11) beträgt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the width of the groove (14) in the bottom of the groove is at least 20% of the diameter of the axle (11). Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine, mehrere oder alle der Kanten der Nut (14) abgerundet ausgestaltet ist/sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that one, several or all of the edges of the groove (14) is/are rounded. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel des Verlaufs der Nut (14) mindestens 10° beträgt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gradient angle of the profile of the groove (14) is at least 10°. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel und/oder die Tiefe und/oder die Gangrichtung der Nut (14) über der Länge des Verlaufs der Nut (14) konstant ist/sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pitch angle and/or the depth and/or the pitch direction of the groove (14) is/are constant over the length of the course of the groove (14). Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (14) vollständig innerhalb des Materials des Gehäuses (1) angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the groove (14) is arranged entirely within the material of the housing (1). Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung als Strömungsmaschine, wobei der Rotor (5) als mit einem Fluid wechselwirkendes Flügelrad sowie als Rotor eines elektrischen Antriebsmotors ausgestaltet ist und wobei das Gehäuse (1) einen Einlass und einen Auslass für das Fluid aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized by being designed as a turbomachine, the rotor (5) being designed as an impeller wheel interacting with a fluid and as a rotor of an electric drive motor, and the housing (1) having an inlet and an outlet for the fluid .
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