DE3706970A1 - Pumpenfluegelrad fuer eine wasserpumpe und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Pumpenflügelrad für eine Wasserpumpe gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Ein derartiges Pumpenflügelrad dient beispielsweise als Wasserpumpenrad einer Wasserpumpe für ein Kraftfahr­ zeug, wie sie aus der US-PS 33 54 833 bekannt ist. Die be­ kannte Wasserpumpe umfaßt ein Pumpengehäuse, in dem wasser­ führende Kammern ausgebildet sind, wobei das Wasserpumpen­ rad über eine Magnetkupplung mit einer Antriebsquelle ge­ kuppelt und auf einem Lagerstift gelagert ist, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der La­ gerbohrung des Pumpenrades ist. Der dadurch gebildete Ring­ raum um den Lagerstift herum steht mit den wasserführenden Kammern in Verbindung, so daß eine schwebende Lagerung des Pumpenrades erzielt ist.

Zwischen der kegelig ausgebildeten Spitze des Lager­ stiftes und einer in der Mitte des Pumpenflügelrades be­ findlichen Hülse ist ein Spalt gebildet, der je nach Aus­ führung des Lagerzapfens und der Hülse verändert werden kann. Das durch den Ringraum um den Lagerzapfen herum von der Druckseite zur Saugseite fließende Wasser dient neben der Lagerung des Pumpenflügelrades auch zur Kühlung des Lagerzapfens.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Pumpenflügelrad gemäß Gattungsbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 so auszubilden, daß bei höheren Tempera­ turen von beispielsweise 120 bis 130°C ein Verbiegen des Kunststoffkörpers vermieden wird und dadurch sehr enge Spalttoleranzen für das Pumpenflügelrad eingehalten werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das Merk­ mal des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Pumpenflügelrad ist somit ein Blechgerippe als Versteifung des Flügelrades vorgese­ hen, das in den Kunststoffkörper eingebettet ist und diesem die gewünschte Steifigkeit bei höheren Temperaturen von beispielsweise 120 bis 130°C gibt.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbil­ dungen des erfindungsgemäßen Pumpenflügelrades sind Gegen­ stand der Patentansprüche 2 bis 4.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Pumpenflügelrades für eine Wasserpum­ pe.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Verfah­ rensschritte gekennzeichnet, die im Kennzeichen des Patent­ anspruchs 5 angegeben sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Pumpen­ flügelrad mit seinen Einlegeteilen, d.h. dem Hysteresema­ terialring und dem Blechgerippe nach einem Kernschmelzver­ fahren hergestellt werden.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.

Die einzige Figur zeigt eine Querschnittsansicht einer Wasserpumpe mit dem Ausführungsbeispiel des erfindungsge­ mäßen Pumpenflügelrades.

Die in der Zeichnung dargestellte Wasserpumpe besteht aus zwei aneinandergepaßten Gehäuseteilen 1 und 2, die fest miteinander verbunden sind, wobei zwischen den aneinander anliegenden Flächen der beiden Gehäuseteile 1 und 2 eine vorzugsweise topfförmig ausgebildete Trennwand eingeklemmt ist.

Im vorderen Gehäuseteil 1 ist ein Wellenlager 8 ange­ ordnet, in dem eine Welle gelagert ist, die beispielsweise über den Keilriemen von einem Kraftfahrzeugmotor angetrie­ ben wird. Auf der Welle ist ein Antriebsmagnet 6 konzen­ trisch zur Achse der Welle befestigt. Die äußere Ringfläche des Antriebsmagneten 6 verläuft in einem geringen Abstand von der Trennwand 7.

Bei einer derartigen Wasserpumpe wird der als ring­ förmiger Permanentmagnet ausgebildete Antriebsmagnet 6 beim beim Betrieb des Motors über die Pumpenwelle gedreht.

In Achsrichtung der Pumpenwelle ist auf der topfförmi­ gen Trennwand 7 ein Lagerstift 12 angeordnet, der sich in den hinteren Gehäuseteil 2 der Pumpe bis zum Boden 10 eines topfförmigen Verstärkungsbleches oder Blechgerippes 11 er­ streckt, das später im einzelnen beschrieben wird.

Der Lagerstift 12, der in Längs-oder Axialrichtung rund ausgebildet und feinbearbeitet ist und zur Lagerstelle am Boden 10 des Blechgerippes 11 spitz ausläuft, dient als Auflage für das mit der Achse der Pumpenwelle koaxial aus­ gerichtete Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Pumpenflügelrades. Am Pumpenflügelrad ist dem Antriebsmagnet 6 gegenüberliegend ein Hysteresematerialring 5 vorzugsweise aus ALNICO, d. h. aus einem magnetischen Material aus Aluminium, Nickel und Kobalt in einem geringen Abstand zur Trennwand 7 angeordnet. Das Pumpenflügel­ rad weist eine Lagerbohrung auf, in die der Stift 12 eingreift. Der Durch­ messer der Lagerbohrung ist etwas größer als der Außen­ durchmesser des Lagerstiftes 12. Der sich hierdurch erge­ bende Ringraum steht mit den wasserführenden Kammern der Pumpe in Verbindung, so daß bei Betrieb der Pumpe dieser Bereich mit Wasser gefüllt ist. Auf diese Weise steht das aus dem Lagerstift 12 und der Bohrung im Pumpenflügelrad gebildete Lager mit dem Wasser in Verbindung, so daß dieses als Schmiermittel für die Bohrung dient. Der Ringraum um den Lagerstift 12 herum steht auch mit der Druckseite des Pumpenflügelrades in Verbindung, so daß das Wasser von der Saugseite des Pumpenflügelrades und die Zwischenräume zwischen dem Hysteresematerialring 5 und der Trennwand 4 in den Ringraum und aus dem Ringraum heraus strömen kann. In dieser Weise dient das Wasser nicht nur als Schmiermit­ tel sondern auch als Kühlmittel zum Kühlen der Lagerung des Pumpenflügelrades. Beim Betrieb der Wasserpumpe schwebt somit das Pumpenflügelrad mit sehr geringer Reibung über ein Wasserpolster auf dem Lagerstift 12, das gleichzeitig eine Kühlwirkung auf das Lager hat.

Der Hysteresematerialring 5 ist mit der Nabe des Pum­ penflügelrades als Ring verankert oder als verzahnter Ring ausgebildet, so daß sich eine Verdrehsicherung ergibt. Zur axialen Sicherung kann in der dargestellten Weise der Hys­ teresematerialring 5 über Ausnehmungen oder Hinterschnei­ dungen im Hysteresematerialring 5 mit der Nabe des Pumpen­ flügelrades verankert sein. Der diesem ansaugseitigen Na­ benteil des Pumpenflügelrades gegenüberliegende drucksei­ tige Flügelteil des Flügelrades, der die Laufschaufeln des Flügelrades bildet, weist das Blechgerippe 11 auf, das in den Kunststoffkörper 4 eingebettet ist, aus dem das Pumpenflügelrad hauptsächlich besteht. Das Blechgerippe 11, das aus einem siebartigen Blech aus Stahl oder Edelstahl besteht, ist über Bohrungen fest mit dem Kunststoffkörper verbunden. Es können beispielsweise 25 Bohrungen im Blech­ gerippe 11 vorgesehen sein. Über diese Bohrungen muß der Kunststoffkörper mit dem Blechgerippe 11 verankert werden, da sich der Kunststoff selbst mit dem siebartigen Blech nicht verbinden oder verkleben kann. Lediglich im Boden des Blechgerippes 11, an den die Spitze des Lagerstiftes 12 andrückt, sind keine Bohrungen vorgesehen. Das Blechge­ rippe 11 versteift den Kunststoffkörper 4 an seinem Flügel­ teil derart, daß Verbiegungen an diesem Teil bei erhöhten Temperaturen von beispielsweise 120 bis 130°C vermieden sind. Auf diese Weise können sehr enge Spalttoleranzen für das Pumpenflügelrad eingehalten werden. Beispielsweise be­ trägt der Spalt zwischen dem Pumpenflügelrad und dem in der Zeichnung nicht dargestellten Gehäuse 0,3 mm. Der Kunststoff des Kunststoffkörpers dehnt sich jedoch bei Erwärmen aus, wenn er nicht an einer derartigen Ausdehnung gehindert wird. Durch die Bohrungen im Blechgerippe 11 ist der Kunststoff des Kunststoffkörpers in das Blechge­ rippe 11 eingelagert. Da der Stahl, aus dem das Blechge­ rippe 11 besteht, einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Kunststoff hat, aus dem Kunststoffkörper 4 besteht, ist die Ausdehnung an diesem Teil des Pumpenflügelrades geringer. Ein sonst zu befürchtendes Schleifen zwischen den Pumpenflügelrad und der Gehäusewand kann in dieser Weise verhindert werden.

Das obige Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Pumpenflügelrades, das im wesentlichen aus drei Teilen, nämlich dem Hysteresematerialring 5, dem Kunststoffkörper 4 und dem Blechgerippe 11 besteht, kann in vorteilhafter Weise nach einem Kernschmelzverfahren hergestellt werden, bei dem ein Kern aus einer niedrig schmelzenden, beispiels­ weise bei 140°C schmelzenden Wismutlegierung hergestellt wird. Dieser Kern enthält bereits alle Aufnahmen für den Hysteresematerialring 5, den Lagerstift 12 und die Verdrehsicherungen. Der Kern hat die Form des freien Raumes der Wasserpumpe, für die das Pum­ penflügelrad bestimmt ist. Er wird zusammen mit dem Hyste­ resematerialring 5 und dem Blechgerippe 11 in der richtigen relativen Lage zueinander in eine Spritzgießform einge­ legt. Anschließend werden in dieser Spritzgießform der Hysteresematerialring 5 und das Blechgerippe 11 mit dem Kunststoff für den Kunststoffkörper 4 umspritzt. Als Kunststoff für den Kunststoffkörper 4 dient vorzugsweise PA 6.6 mit 50% GF, Polyamid. In dieser Weise werden alle drei Teile des Pumpenflügelrades in einem Stück miteinander verbunden. Das in dieser Weise gebildete Spritzgußteil wird auf eine Temperatur über der Schmelztemperatur der Wismutlegierung erwärmt, indem es beispielsweise in eine Flüssigkeit mit einer Temperatur von 160°C einge­ taucht wird. Dadurch läuft die bei 140°C flüssige Wis­ mutlegierung aus, so daß das fertige Pumpenflügelrad mit den gewünschten Hohlräumen zurück bleibt.

Claims (5)

1. Pumpenflügelrad für eine Wasserpumpe mit einem aus einem Kunststoffmaterial bestehenden Körper, gekenn­ zeichnet durch ein Blechgerippe (11), das konzen­ trisch zur Radachse in den druckseitigen Flügelteil des Kunststoffkörpers (4) eingebettet ist.

2. Pumpenflügelrad nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch einen Hysteresematerialring (5), der konzentrisch zur Radachse mit dem dem Flügelteil gegenüberliegenden, ansaugseitigen Teil des Kunststoffkörpers (4) verankert ist und bei einer Wasserpumpe mit Magnetkupplung den Ab­ triebsteil der Kupplung bildet.

3. Pumpenflügelrad nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Blechgerippe (11) über Bohrungen mit dem Kunststoffkörper (4) umspritzt ist.

4. Pumpenflügelrad nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Hysteresematerialring (5) über darin ausgebildete Ausnehmungen mit dem Kunst­ stoffkörper (4) verankert ist.

5. Verfahren zum Herstellen eines Pumpenflügelrades nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - aus einer niedrig schmelzenden Wismutlegierung ein Kern gebildet wird, der Aufnahmen für den Hysteresematerialring sowie Verdrehsicherungen für das Blechgerippe aufweist und die Form des freien Raumes der Wasserpumpe hat, für die das Pumpenflügelrad bestimmt ist,
• - der Kern, der Hysteresematerialring und das Blechgerippe in ihrer jeweiligen relativen Lage zueinander in einer Spritzgießform angeordnet und in einem Arbeitsvorgang zur Bildung des Kunststoffkörpers des Pumpenflügelrades mit Kunststoff umspritzt werden, und
• - das dadurch gebildete Spritzgußteil auf eine Temperatur über der Schmelztemperatur des Materials des Kernes er­ wärmt wird.