DE3716028A1 - Antriebseinheit fuer pumpen oder dergleichen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für Pumpen oder dgl., die im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist.

Eine Antriebseinheit der genannten Art ist bekannt, bei der das äußere Lager durch ein Wälzlager mit einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring und das innere Lager durch eine zylindrische Gleitlagerbuchse gebildet ist (US-PS 25 68 646). Diese bekannte Antriebseinheit hat den Nachteil, daß das äußere Wälzlager relativ viele Elemente aufweist und recht umständlich auf dem Rohransatz des Pumpendeckels festgesetzt werden muß. Hinzu kommt, daß die Gleitlagerbuchse im Betrieb regelmäßig nachgeschmiert werden muß und deshalb einen verhältnismäßig großen Wartungsbedarf hat. Außerdem erzeugt die Gleitlagerbuchse vielfach eine zu hohe Gleitreibung, die vor allen Dingen bei schnellaufenden Kühlwasserpumpen für Kraftfahrzeuge nicht erwünscht ist.

Der in Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Antriebseinheit für Pumpen oder dgl. der genannten Gattung zu schaffen, welche als Baueinheit besonders einfach herstellbar ist und außerdem im Betrieb wartungsfrei funktioniert.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit besitzt relativ wenige Bauelemente. Sie kann mit einem äußeren Wälzlager und einem inneren Wälzlager zu einer selbsthaltenden Baueinheit zusammengebaut werden. Die Antriebseinheit braucht dann nur noch am Motorblock oder dgl. angeflanscht zu werden.

Dabei können die Lagerräume des äußeren Wälzlagers und des inneren Wälzlagers von Haus aus mit genügend Schmiermittel, z. B. Fett, gefüllt werden, so daß sämtliche Wälzlager im Betrieb nicht nachgeschmiert werden müssen.

Die Wälzlager der Antriebseinheit weisen eine relativ kleine Rollreibung auf, so daß die Antriebseinheit auch bei hoher Belastung und/oder hoher Drehzahl mit einer relativ niedrigen Betriebstemperatur funktioniert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mit der Weiterbildung nach Anspruch 2 wird erreicht, daß sowohl die radialen als auch die axialen Kräfte des Triebrades, z. B. der Keilriemenscheibe, vom äußeren Wälzlager aufgenommen werden, so daß das innere Wälzlager von den Triebkräften des Triebrades weitgehend entlastet ist. Das relativ niedrig belastete innere Wälzlager kann deshalb kleine Abmessungen aufweisen und in der Gehäusebohrung des Rohransatzes des Pumpendeckels leicht untergebracht werden.

Die Weiterbildung nach Anspruch 3 hat zur Folge, daß zwischen der bzw. den Innenlaufbahnen des äußeren Wälzlagers und der bzw. den Außenlaufbahn(en) des inneren Wälzlagers ein axialer Lagerabstand am Rohransatz vorhanden ist. Eventuelle Kippkräfte an der Welle und/oder am Triebrad werden somit gemeinsam vom äußeren und inneren Wälzlager ohne Überlastung aufgenommen.

Die Weiterbildung nach Anspruch 4 bewirkt, daß der Pumpendeckel ausgehend von einem Bandwerkstoff, z. B. Stahlband, im spanlosen Preß- und Tiefziehverfahren wirtschaftlich hergestellt werden kann. Überdies lassen sich die Innenlaufbahn(en) des äußeren Wälzlagers und die Außenlaufbahn(en) des inneren Lagers des Rohransatzes einfach härten und in einer einzigen Einspannung in einer Einstechschleifmaschine formgenau herstellen. Am Rohransatz sind keine großen Querschnittsänderungen vorhanden, an denen schädliche Spannungspitzen bei der Wärmebehandlung der Lagerlaufbahnen des Pumpendeckels entstehen könnten.

Die Weiterbildung nach Anspruch 5 weist auf eine Möglichkeit hin, den wirksamen Durchmesser des bzw. der Innenlaufbahn(en) des äußeren Wälzlagers durch geeignete Aufweitung oder Zusammendrückung des freien Endes des Rohransatzes und entsprechende Anformung einer Kragenstufe gegenüber dem wirksamen Durchmesser des bzw. der Außenlaufbahn(en) des inneren Wälzlagers zu ändern und einzustellen. Der wirksame Durchmesser des bzw. der Innenlaufbahn(en) und des bzw. der Außenlaufbahn(en) des Rohransatzes kann somit den verschiedenen Anwendungsfällen mit unterschiedlicher Belastung des Triebrades der Pumpe verhältnismäßig leicht angepaßt werden.

Weitere vorteilhafte, jedoch nicht selbstverständliche Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 6 bis 9 gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit für Pumpen oder dgl. wird in der nachfolgenden Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Antriebseinheit,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine abgeänderte Antriebseinheit,

Fig. 4 eine teilweise Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in Fig. 3,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine weitere abgeänderte Antriebseinheit, und

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie C-C in Fig. 5.

In Fig. 1 ist eine Antriebseinheit für eine Wasserpumpe zur Kühlung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Diese Antriebseinheit besitzt ein Pumpenrad 1, welches in einem Pumpenraum 2 eines Motorblockes 3 (siehe strichpunktierte Linien in Fig. 1) der Verbrennkraftmaschine angeordnet ist. Eine Welle 4 trägt an ihrem inneren Ende das Pumpenrad 1 und an ihrem äußeren Ende eine Deckscheibe 5.

Die Deckscheibe 5 ist aus Stahlblech hergestellt. Sie bildet an ihrem radial äußeren Rand zusammen mit einer im Punktschweißverfahren verbundenen Ringscheibe 6 ein Triebrad 7 mit einem Keilriemenprofil. In an sich bekannter Weise wird das Triebrad durch einen Keilriemen (nicht gezeigt) eines Riementriebes angetrieben. Der Pumpenraum 2 ist durch einen Pumpendeckel 8 abgedeckt, der einen sich im wesentlichen radial erstreckenden Flanschabschnitt 9 und einen vom Pumpenraum 2 axial nach außen vorragenden Rohransatz 10 besitzt. Der Rohransatz 10 ist an seinem, dem Pumpenraum 2 zugewandten inneren Ende mit dem Flanschabschnitt 9 einstückig verbunden. Der Pumpendeckel 8 ist ausgehend von einem Bandwerkstoff aus härtbarem Stahl im Preß- und Ziehverfahren spanlos hergestellt, so daß sein Rohransatz 10 und sein Flanschabschnitt 9 eine im wesentlichen gleichbleibende Wandstärke haben.

Der Rohransatz 10 hat eine vom Pumpenraum 2 nach außen durchgehende Gehäusebohrung 11, durch welche die Welle 4 hindurchgeführt ist. Die Welle 4 ist in einem inneren Lager in der Gehäusebohrung 11 gelagert.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das innere Lager durch ein Wälzlager 12, nämlich ein Rillenkugellager mit einem auf der Welle 4 aufgesetzten Lagerinnenring 13 und einer einzigen Reihe von kugeligen Wälzkörpern 14, gebildet. Der Lagerinnenring 13 und die Wälzkörper 14 bestehen aus gehärtetem Wälzlagerstahl.

Die Wälzkörper 14 rollen zwischen einer in die Gehäusebohrung 11 des Rohransatzes 10 direkt eingearbeiteten, rillenförmigen Außenlaufbahn 15 und einer in einer Mantelfläche des Lagerinnenringes 13 eingeschliffenen, rillenförmigen Innenlaufbahn. Auf seiner zum Pumpenraum 2 hin weisenden Seite ist das innere Wälzlager 12 durch eine Dichtscheibe 16 abgedichtet, welche in einer Ringnut in der Gehäusebohrung 11 sitzt und auf dem Lagerinnenring 13 gleitet.

Auf seiner vom Pumpenraum 2 wegweisenden Seite ist das innere Wälzlager 12 durch einen in der Gehäusebohrung 11 festgesetztem Dichtring 17 abgedichtet, dessen Dichtlippe auf der Welle 4 gleitet. Der Lagerraum zwischen den beiden Dichtungen 16 und 17 ist mit Schmierfett zur Schmierung des inneren Wälzlagers 12 gefüllt.

Das Triebrad 7 ist in einem äußeren Lager gelagert, das auf einem radial nach innen abgesetzten Abschnitt einer Mantelfläche 18 des Rohransatzes 10 abgestützt ist.

Das äußere Lager ist als ein Wälzlager 19 ausgebildet, das aus einem in einer Bohrung des Triebrades 7 festgesetzten Lageraußenring 20 aus Wälzlagerstahl mit einem in diesem seitlich eingebauten Dichtscheiben 21 und einer einzigen Reihe von kugeligen Wälzkörpern 22 aus Wälzlagerstahl besteht. Die Wälzkörper 22 rollen zwischen einer Außenlaufbahn in der Bohrung des Lageraußenringes 19 und einer in den radial nach innen abgesetzten Abschnitt der Mantelfläche 18 direkt eingearbeiteten Innenlaufbahn 23.

Die Außenlaufbahn und die Innenlaufbahn 23 des äußeren Wälzlagers 19 sind rillenförmig ausgebildet und in ihrem Querschnitt der Kontur der Wälzkörper 22 eng angepaßt.

Zur Schaffung einer radialen und axialen Führungsqualität des äußeren Wälzlagers 19 greifen die Wälzkörper 22 in die rillenförmige Innenlaufbahn 23 radial ein. Das äußere Wälzlager führt die Welle 4 und das Pumpenrad 1 in axialer Richtung und wirkt somit als Festlager.

Das Pumpenrad 1 und die Welle 4 sind aus einem verschleißfesten Kunststoff im Spritzgießverfahren hergestellt und einstückig miteinander verbunden. Der Lagerinnenring 13 sitzt mit axialem Schiebesitz auf der Welle 4. Dieser ist also derart angeordnet, daß eine axiale Gleitbewegung der Welle 4 in der Bohrung des Lagerinnenringes 13 zugelassen wird. Auf diese Weise kann das innere Wälzlager 12 im wesentlichen nur radiale Kräfte aufnehmen, dient also als Loslager.

Wie aus der Darstellung in Fig. 2 hervorgeht, hat die Deckscheibe 5 eine axial durchgehende, schlitzförmige Öffnung 24, die zentrisch angeordnet ist. Ein Zapfenende 25 der Welle 4 greift durch diese Öffnung 24 nach außen formschlüssig hindurch und ist im Ultraschallverfahren gegen die äußere Seitenfläche der Deckscheibe 5 verstemmt und mit dieser verschweißt. Auf diese Weise ist die Deckscheibe 5 nicht nur gegen Verdrehung sondern auch gegen Verschiebung nach beiden Axialrichtungen gesichert am Zapfenende 25 befestigt.

Das Pumpenrad 1 hat eine axial nach außen weisende Stirnfläche mit einem eingegossenen metallischen Verschleißring 26. Auf einer ebenen Stirnfläche dieses Verschleißringes 26 gleitet ein metallischer Dichtring 27. Der Dichtring 27 wird durch eine balgförmige Druckfeder 28 gegen die Stirnfläche des Verscheißringes 26 mit einer bestimmten Axialkraft angedrückt. Die Druckfeder 28 ist in der Bohrung einer am Pumpendeckel 8 befestigten Blechkappe 29 eingesetzt.

Aufgrund der Axialkraft der Druckfeder 28 wird die Welle 4 zusammen mit der Deckscheibe 5 zum Pumpenraum 2 hin gedrückt. Dabei wird der Lageraußenring 20 zum Pumpenraum 2 verschoben und angestellt, so daß im äußeren Wälzlager 19 kein Axialspiel vorhanden ist.

Der Rohransatz 10 hat eine zwischen der Innenlaufbahn 23 des äußeren Wälzlagers 19 und der Außenlaufbahn 15 des inneren Wälzlagers 12 angeordnete Kragenstufe 30.

In Fig. 3 ist eine abgeänderte Antriebseinheit einer Pumpe zur Kühlung einer Verbrennungskraftmaschine dargestellt. Das äußere Wälzlager 19 ist ähnlich wie das im vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschriebene äußere Lager ausgebildet. Die Welle 4 und das Pumpenrad 1 sind auch aus Kunststoff hergestellt und einstückig miteinander verbunden.

Im vorliegenden Fall hat die Welle 4 jedoch ein das Drehmoment des Triebrades 7 übertragendes Verkleidungsrohr 31 aus Stahl mit einem im Pumpenrad 1 zum Teil eingegossenen Endflansch 32. Auf einer vom Pumpenraum (nicht gezeigt) wegweisenden Stirnfläche 33 des Endflansches 32 gleitet ein metallischer Dichtring 27.

Das innere Wälzlager 12 ist durch einen Nadelkranz gebildet, der aus einem Taschenkäfig und in diesen eingesetzten nadelförmigen Wälzkörpern 34 besteht. Die zylindrische Außenlaufbahn 35 des inneren Wälzlagers 12 ist in die Gehäusebohrung 11 des Rohransatzes 10 direkt eingearbeitet.

Die Wälzkörper 34 rollen zwischen dieser Außenlaufbahn 35 und einer axial durchgehenden, zylindrischen Innenlaufbahn 36 (ohne axiale Anlaufborde) auf der Mantelfläche des Verkleidungsrohres 31 (Fig. 4). Die Wälzkörper 34 des Wälzlagers 12 lassen dabei kleine axiale Bewegungen der Welle 4 zu, so daß das innere Wälzlager 12 lediglich radiale Kräfte aufnehmen kann, also als Loslager dient.

Zur spielfreien Anstellung des Lageraußenringes 20 des äußeren Wälzlagers 19 ist die Deckscheibe 5 mit dem äußeren Ende der Welle 4 durch zwei Umbördelungen 37 des äußeren Endes des Verkleidungsrohres 31 verschiebefest verbunden. Die beiden Umbördelungen 37 greifen durch jeweils ein Loch in der Deckscheibe 5 nach außen hindurch und hinter die Deckscheibe 5, sie stellen somit auch eine drehsichere Verbindung des Verkleidungsrohres 31 mit der Deckscheibe 5 her. Ein schmaler Mittenabschnitt 38 der Deckscheibe 6 greift in eine radial durchgehende Nut auf der Stirnfläche des freien Endes der Welle 4. Die Deckscheibe 5 besitzt übrigens zwei einander diametral gegenüberstehend angeordnete durchgehende Leckageöffnungen 17 A (Fig. 4).

Zwischen dem Pumpendeckel 8 und der diesem gegenüberliegenden Stirnfläche 33 des Pumpenrades 1 ist eine Druckfeder 28 angeordnet, welche über einen gleitenden Dichtring 27 gegen die Stirnfläche 33 drückt.

Im vorliegenden Fall wird das innere Wälzlager 12 zum Teil durch die Pumpenflüssigkeit, z. B. ein Gykol-Wasser-Gemisch, geschmiert. Die Pumpenflüssigkeit tritt in kleinen Mengen durch den Gleitspalt zwischen dem Dichtring 27 und dem Endflansch 32 des Verkleidungsrohres 31 hindurch zum inneren Wälzlager 12.

Auf der vom Pumpenraum wegweisenden Seite des inneren Wälzlagers 19 ist ein Dichtring 39 auf der Welle 4 festgesetzt, dessen Dichtlippe in der Gehäusebohrung 11 des Rohransatzes 10 gleitet.

In Fig. 5 und 6 ist eine weitere abgeänderte Antriebseinheit einer Kühlwasserpumpe dargestellt, die ähnlich wie die vorhergehend beschriebenen Antriebseinheiten konstruiert ist.

Das innere Wälzlager 12 hat zwei Reihen von kugeligen Wälzkörpern 40. Jede Reihe von Wälzkörpern 40 rollt zwischen einer in die Gehäusebohrung 11 direkt eingearbeiteten rillenförmigen Außenlaufbahn 41 und einer in die metallische Welle 4 direkt eingearbeiteten rillenförmigen Innenlaufbahn 42.

Das aus Kunststoff gefertigte Pumpenrad 1 sitzt mit einer zentrischen Bohrung auf einem gerändelten Mantelflächenabschnitt 43 des inneren Endes der Welle 4. Es wird auf diesem Abschnitt 43 durch radial nach innen vorragende, in eine Ringnut der Welle 4 schnappende Vorsprünge 44 axial festgehalten.

Das äußere Ende der Welle 4 besitzt einen abgeflachten Zapfen 25, der durch eine zentrische Öffnung 24 der Deckscheibe 5 hindurchgreift und mittels Schweißungen 45 an der Deckscheibe 5 fest verbunden ist.

Im Rahmen der Erfindung können die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele konstruktiv abgeändert werden. Deshalb brauchen das äußere und das innere Wälzlager nicht einreihig ausgebildet zu sein. Vielmehr können beide Wälzlager zwei oder mehr nebeneinander angeordnete Reihen von Wälzkörpern aufweisen. Entsprechend der Anzahl von Wälzkörperreihen besitzt dann das äußere Wälzlager direkt in die Mantelfläche des Rohransatzes eingearbeitete Innenlaufbahnen und das innere Wälzlager direkt in die Bohrungsfläche des Rohransatzes eingearbeitete Außenlaufbahnen.

Außerdem kann das äußere Wälzlager auch eine axiale Bewegung des Triebrades relativ zum Rohransatz des Pumpendeckels zulassend angeordnet sein (Loslager). In diesem Fall muß beim inneren Wälzlager mindestens eine Reihe von Wälzkörpern axial tragend in der Gehäusebohrung eingebaut sein, so daß dieses als Festlager die Axialkräfte des Pumpenrades und des Triebrades aufnimmt.

Claims (9)

1. Antriebseinheit für Pumpen oder dgl.m bestehend aus einem in einem Pumpenraum angeordneten Pumpenrad, einem den Pumpenraum abdeckenden Pumpendeckel mit einem, eine durchgehende Gehäusebohrung aufweisenden Rohransatz und einer durch diese Gehäusebohrung vom Pumpenraum nach außen hindurchgeführten Welle, die an ihrem inneren Ende das Pumpenrad und an ihrem äußeren Ende eine mit einem Triebrad fest verbundene Deckscheibe oder dgl. trägt, wobei die Welle in mindestens einem in der Gehäusebohrung abgestützten inneren Lager und das Triebrad in mindestens einem, auf der Mantelfläche des Rohransatzes abgestützten äußeren Lager gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Lager und das innere Lager als ein Wälzlager (19 bzw. 12) mit mindestens einer Innenlaufbahn (23 bzw. 36, 42) und mindestens einer Außenlaufbahn (15, 35, 41) für die Wälzkörper (22 bzw. 14, 34, 40) ausgebildet sind, wobei sowohl die Innenlaufbahn(-en) (23) des äußeren Wälzlagers (19) als auch die Außenlaufbahn(-en) (15, 35, 41) des inneren Wälzlagers (12) in die Mantelflächen (18) bzw. Bohrungsfläche (11) des Rohransatzes (10) direkt eingearbeitet ist (sind).

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Innenlaufbahn (23) des äußeren Wälzlagers (19) rillenförmig ausgebildet ist, in welche die zugehörigen Wälzkörper (14) zur Schaffung einer radialen und axialen Führungsqualität dieses Wälzlagers (19) radial eingreifend angeordnet sind.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Innenlaufbahn (23) des äußeren Wälzlagers (19) von mindestens einer Außenlaufbahn (15, 35, 41) des inneren Wälzlagers (12) einen axialen Abstand aufweist.

4. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohransatz (10) des Pumpendeckels (8) eine im wesentlichen gleichbleibende Wandstärke aufweist.

5. Antriebseinheit nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohransatz (10) des Pumpendeckels (8) eine zwischen einer Innenlaufbahn (23) des äußeren Wälzlagers (19) und einer Außenlaufbahn (15, 35) des inneren Wälzlagers (12) angeordnete Kragenstufe (30) aufweist.

6. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohransatz (10) des Pumpendeckels (8) an seinem inneren Ende mit einem sich im wesentlich radial erstreckenden Flanschabschnitt (9) einstückig verbunden ist.

7. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Wälzlager (12) als Loslager kleine axiale Bewegungen der Welle (4) zulassend angeordnet ist.

8. Antriebseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur spielfreien axialen Anstellung des äußeren Wälzlagers (19) die Deckscheibe (5) mit dem äußeren Ende der Welle (4) in axialer Richtung nach außen verschiebefest verbunden ist, wobei zwischen dem Pumpendeckel (8) und einer diesem gegenüberliegenden Stirnfläche (33) des Pumpenrades (1) eine Druckfeder (28) angeordnet ist.

9. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (4) und das Pumpenrad (1) einstückig miteinander verbunden sind.