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Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitspumpe, insbesondere eine Kühlmittelpumpe, mit einem in ein Pumpengehäuse der Flüssigkeitspumpe integrierten elektrischen Antriebsmotor, dessen Rotor Pumpenschaufeln antreibt.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2017 127 574 B3 wird eine elektrische Kühlmittelpumpe für ein Fahrzeug beschrieben, die Bestandteil des Thermomanagementsystems in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor ist. Der elektrische Antriebsmotor der Kühlmittelpumpe weist einen radial innenliegenden Stator und einen umgreifenden, radial äußeren Rotor auf, dessen Welle in einer Gleitlagerbuchse aufgenommen ist, wobei die Welle ein Pumpenlaufrad mit Pumpenschaufeln antreibt. Das Gleitlager stützt sich axial an dem Pumpenlaufrad ab.
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Bekannt sind darüber hinaus Ausführungen von Kühlmittelpumpen mit einem im Pumpengehäuse ortsfest angeordneten Lagerbolzen, der in einer rotorseitigen Lagerhülse aufgenommen ist, welche mit Pumpenschaufeln drehfest verbunden ist und diese antreibt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Flüssigkeitspumpe wird vorzugsweise als Kühlmittelpumpe in Fahrzeugen eingesetzt, um einen Kühlmittelstrom beispielsweise zur Kühlung eines Verbrennungsmotors in einem Fahrzeug zu erzeugen. Die Flüssigkeitspumpe weist ein Pumpengehäuse auf, in den ein elektrischer Antriebsmotor integriert ist. Bei dem elektrischen Antriebsmotor handelt es sich vorzugsweise um einen permanenterregten Synchronmotor.
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Der Rotor des elektrischen Antriebsmotors treibt Pumpenschaufeln an, um einen Flüssigkeitsstrom zu generieren. Im Pumpengehäuse der Flüssigkeitspumpen ist zentrisch in koaxialer Lagerung zur Längs- und Rotorachse des Antriebsmotors ein Lagerbolzen angeordnet, der ortsfest positioniert und fest mit dem Pumpengehäuse verbunden ist. Der Lagerbolzen ist in einer rotorseitigen Lagerhülse aufgenommen, die gemeinsam mit dem Rotor umläuft und mit den Pumpenschaufeln drehfest verbunden ist. Über die rotorseitige Lagerhülse wird der Drehantrieb des Rotors auf die Pumpenschaufeln übertragen.
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Zur Axialabstützung der Lagerhülse ist an dem Lagerbolzen ein Axiallager angeordnet, an dem sich die Lagerhülse axial stirnseitig abstützt. Das Axiallager ist, in Richtung der Längsachse von Lagerbolzen und Lagerhülse und damit auch der Rotor-Drehachse gesehen, axial fest mit dem Lagerbolzen verbunden, so dass bei der stirnseitigen Abstützung der Lagerhülse am Axiallager die axialen Stützkräfte von der Lagerhülse auf das Axiallager und weiter auf den Lagerbolzen übertragen werden. Dies ermöglicht es, dass der Lagerbolzen axial auf Seite der Pumpenschaufeln abstützfrei im Pumpengehäuse aufgenommen ist. Dementsprechend kann auf eine gehäuseseitige Abstützung des Lagerbolzens auf der den Pumpenschaufeln benachbarten Seite verzichtet werden. Dadurch gestaltet sich der Aufbau des Pumpengehäuses der Flüssigkeitspumpe einfacher, ohne dass dies mit einer Beeinträchtigung der Funktionalität einhergeht.
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Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass aufgrund des Verzichts auf eine axiale Gehäuseabstützung des Lagerbolzens der Strömungsweg für die Flüssigkeit frei von Abstützstreben und dergleichen ist und dementsprechend die Flüssigkeit frei strömen kann.
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Vorteilhaft ist es außerdem, dass über die Fixierung der Lagerhülse am Lagerbolzen mithilfe des Axiallagers der gesamte Rotor axial gesichert ist und in seiner gewünschten axialen Position verbleibt. Auf Seiten der Pumpenschaufeln entsteht im Betrieb der Flüssigkeitspumpe ein Unterdruck, der axial auf die Rotorbauteile wirkt, wobei die durch den Unterdruck erzeugten Achskräfte über das Axiallager auf den Lagerbolzen übertragen werden.
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Es kommen verschiedene Ausführungen des Axiallagers, das am Lagerbolzen fixiert ist, in Betracht. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist das Axiallager als eine Anlaufscheibe ausgebildet, die formschlüssig, reibschlüssig und/oder kraftschlüssig axial am Lagerbolzen fixiert ist. Die Anlaufscheibe weist beispielsweise einen Zylinderabschnitt auf, über den die Anlaufscheibe am Lagerbolzen fixiert ist, sowie einen radial auskragenden Tellerabschnitt, wobei der Zylinderabschnitt einteilig mit dem Tellerabschnitt verbunden ist und die Abstützung der Lagerhülse an dem Tellerabschnitt erfolgt. Der Zylinderabschnitt der Anlaufscheibe kann formschlüssig am Lagerbolzen fixiert sein, beispielsweise über einen radial nach innen verjüngten Wandabschnitt des Zylinderabschnitts, der zum Beispiel als eine Wandeindrückung ausgeführt sein kann. Möglich ist es auch, in die Wand des Zylinderabschnitts, insbesondere an gegenüberliegenden Seiten, eine bzw. jeweils eine Ausnehmung einzubringen, in die ein Federring eingreift, wobei auf Seiten des Lagerbolzens eine umlaufende Nut eingebracht sein kann, in welche der Federring formschlüssig hineinragt.
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Alternativ zu einem Zylinderabschnitt können an dem Tellerabschnitt der Anlaufscheibe Klemmhaken einteilig ausgebildet sein, die zur Aufnahme des Federrings ausgebildet sind, wobei der Federring im montierten Zustand wie vorbeschrieben in eine Nut in dem Lagerbolzen formschlüssig hineinragt.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführung ist das Axiallager als eine Speednut ausgebildet, die axial auf den Lagerbolzen aufgeschoben ist. Die Speednut umfasst vorteilhafterweise ebenfalls einen Tellerabschnitt und darüber hinaus Federlaschen, die einteilig an dem Tellerabschnitt radial nach innen einragend ausgebildet sind und im montierten Zustand nach Art einer Kralle an der Wand des Lagerbolzens anliegen. Auf diese Weise wird eine reib- und kraftschlüssige Verbindung zwischen der Speednut und dem Lagerbolzen geschaffen.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Axiallager als eine Sinterscheibe ausgebildet, die aus einem Sintermaterial gefertigt ist und mit Presspassung auf den Lagerbolzen aufgepresst wird. Auch in dieser Ausführung besteht im montierten Zustand eine kraft- und reibschlüssige Verbindung zwischen dem Axiallager und dem Lagerbolzen.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die rotorseitige Lagerhülse von einem Kunststoffmaterial eines Schaufelträgers umspritzt, der einteilig mit den Pumpenschaufeln ausgebildet ist. Die Lagerhülse ist somit im Kunststoffmaterial des Schaufelträgers aufgenommen, wodurch eine feste Verbindung zwischen Lagerhülse und Schaufelträgern einschließlich Pumpenschaufeln geschaffen ist und die Rotationsbewegung der Lagerhülse unmittelbar auf den Schaufelträger und die Pumpenschaufeln übertragen wird.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 einen Schnitt durch eine als Kühlmittelpumpe ausgeführte Flüssigkeitspumpe mit integriertem elektrischen Antriebsmotor, wobei auf einem Lagerbolzen eine Anlaufscheibe formschlüssig fixiert ist,
- 2 die Kühlmittelpumpe aus 1 mit einer vergrößerten Ansicht im Bereich von Lagerbolzen und Anlaufscheibe,
- 3 einen weiteren Schnitt durch die Kühlmittelpumpe, dargestellt in einer perspektivischen Ansicht,
- 4 eine 2 entsprechende Schnittdarstellung durch eine Flüssigkeitspumpe, mit einem Axiallager in Form einer Anlaufscheibe in weiterer Ausführung,
- 5 eine Einzeldarstellung der Anlaufscheibe bis 4 einschließlich eines Federrings zur Fixierung am Lagerbolzen,
- 6 ein Axiallager in einer weiteren Ausführung, in der das Axiallager einen Tellerabschnitt und einen Zylinderabschnitt aufweist, in welchen Ausnehmungen eingebracht sind, in die ein Federring hineinragt,
- 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Axiallager in Form einer Speednut,
- 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Axiallager in Form einer aufgepressten Sinterscheibe.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer als Kühlmittelpumpe ausgeführten Flüssigkeitspumpe 1 dargestellt. Die Kühlmittelpumpe 1 weist in einem Pumpengehäuse 2 einen elektrischen Antriebsmotor 3 auf, der einen außenliegenden Stator 4 und einen innenliegenden Rotor 5 umfasst, dessen Längs- und Drehachse mit Bezugszeichen 6 gekennzeichnet ist. Der elektrische Antriebsmotor 3 ist als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet, der im Stator 4 bestrombare Spulen 7 und im Rotor 5 Lamellenpakete 8 mit darin aufgenommenen Permanentmagneten aufweist.
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Drehfest im Rotor 5 ist eine Lagerhülse 9 aufgenommen, die gemeinsam mit dem Rotor 5 umläuft. Die Lagerhülse 9 ist von Kunststoffmaterial eines Schaufelträgers 10 umspritzt, mit dem einteilig Pumpenschaufeln 11 ausgebildet sind, welche sich axial oberhalb der Lagerhülse 9 befinden. Bei einer Drehung des Rotors 5 dreht sich somit auch der Schaufelträger 10 einschließlich Pumpenschaufeln 11, welche den gewünschten Flüssigkeitsstrom erzeugen. Die Flüssigkeit wird axial angesaugt und radial abgeleitet.
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Die rotorseitige Lagerhülse 9 sitzt auf einem statorseitigen Lagerbolzen 12 auf, dessen unteres stirnseitiges Ende, welches den Pumpenschaufeln 11 gegenüberliegt, in einer Aufnahme 13 des Stators 4 sitzt. Benachbart zu seinem den Pumpenschaufeln 11 zugewandten Ende sitzt auf dem Lagerbolzen 12 ein Axiallager 14 in Form einer Anlaufscheibe auf, die aus einem radial überstehenden Tellerabschnitt 15 und einem Zylinderabschnitt 16 besteht, welcher einteilig mit dem Tellerabschnitt 15 ausgebildet ist. Das Axiallager 14 ist in Achsrichtung formschlüssig mit dem Lagerbolzen 12 verbunden. Der Lagerbolzen besitzt benachbart zu seiner freien Stirnseite eine umlaufende Nut 17, in die eine radial nach innen gerichtete Wandeindrückung 18 hineinragt, welche in den Zylinderabschnitt 16 eingebracht ist. Vorteilhafterweise wird das Axiallager 14 zunächst ohne Wandeindrückung 18 auf den Lagerbolzen 12 aufgeschoben und erst anschließend die Wandeindrückung 18 eingebracht, um über die gewünschte axiale Formschlussverbindung das Axiallager 14 am Lagerbolzen 12 zu befestigen.
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In den 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Befestigung des Axiallagers 14 am Lagerbolzen 12 dargestellt, wobei die Flüssigkeits- bzw. Kühlmittelpumpe 1 in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 ausgebildet ist. Auch bei den 4 und 5 bildet das Axiallager 14 eine Anlaufscheibe, an der sich die Lagerhülse 9 axial abstützt.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß den 4 und 5 ist das Axiallager 14 ebenfalls als Anlaufscheibe mit einem Tellerabschnitt 15 ausgebildet, an dessen Unterseite sich die Lagerhülse 9 axial abstützt. Auf der Oberseite sind an dem Tellerabschnitt 14 zwei diametral gegenüberliegende Befestigungslaschen 19 angeformt, die axial über die Oberseite des Tellerabschnitts 15 überstehen und sich vom Innenrand des Tellerabschnitts 15 ausgehend gebogen radial nach außen erstrecken. Die beiden gegenüberliegenden Befestigungslaschen 19 nehmen einen Federring 20 formschlüssig auf, der im montierten Zustand in die Nut 17 hineinragt, welche umlaufend in die Mantelfläche des Lagerbolzens 12 eingebracht ist.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist das Axiallager 14 als Anlaufscheibe mit einem Tellerabschnitt 15 und einem daran angeformten Zylinderabschnitt 16 ausgebildet, der diametral gegenüberliegend zwei Ausnehmungen aufweist, in die ein Federring 20 eingesetzt ist. Der Federring 20 kann durch die Ausnehmungen in der Wand des Zylinderabschnitts 16 hindurch in die umlaufende Nut am Lagerbolzen 12 hineinragen.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist das Axiallager 14 als Speednut ausgebildet, die einen Tellerabschnitt 15 und umlaufend angeordnete Federzungen 21 aufweist, die an der Innenseite des Tellerabschnitts 15 radial nach innen hineinragen. Beim Aufschieben der Speednut 14 auf den Lagerbolzen 12 krallen sich die freien Stirnseiten der Federzungen 21 in die Mantelfläche des Lagerbolzen 12 und verhindern dadurch ein axiales Herunterschieben.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 8 ist das Axiallager 14 als eine Sinterscheibe ausgebildet, die mit Presspassung auf den Lagerbolzen 12 aufgeschoben ist. Gegebenenfalls kann die Mantelfläche des Lagerbolzens 12 im Bereich des Sitzes der Sinterscheibe 14 eine aufgeraute Fläche besitzen, um die Reibung zu erhöhen.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird ein Axiallager in Form einer Anlaufscheibe, beispielsweise eine Sinterscheibe oder eine Stahlanlaufscheibe, mithilfe einer separat ausgebildeten Speednut axial auf dem Lagerbolzen gesichert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017127574 B3 [0002]
