DE3839860A1 - Integralverbindung fuer ein wasserpumpen-fluegelrad aus kunststoff - Google Patents

Description

Kraftfahrzeug-Wasserpumpen enthalten ein durch eine Welle an­ getriebenes Flügelrad, das oft aus stanzverformtem Stahl ge­ bildet ist und mit Reib- oder Preßsitz an einem Ende einer aus Stahl bestehenden Antriebswelle sitzt. Flügelräder werden auch aus synthetischem Kunststoff geformt, wodurch sich die offensichtlichen Vorteile der Korrosionsfestigkeit und des geringen Gewichtes ergeben; es ist jedoch nicht prak­ tisch, auch die Flügelrad-Antriebswelle aus synthetischem Kunststoff herzustellen. Demzufolge können die Welle und das Flügelrad nicht als eine Einheit gebildet werden, und das Flügelrad muß auf irgendeine Weise sicher und drehfest mit der Welle verbunden werden.

Eine bekannte Verbindung ist aus der US-PS 41 55 333 zu ent­ nehmen, bei der nicht kreisförmige Flächen an einer Welle und einem Flügelrad zusammengepaßt werden, um eine Relativ­ drehung der beiden gegeneinander zu verhindern, und mit einer Mutter/Scheiben-Verbindung wird das Flügelrad an der Welle befestigt.

Eine kompliziertere Verbindung zwischen einem aus Kunststoff bestehenden Flügelrad und einer Stahlwelle wird in US-PS 43 63 603 beschrieben. Ein Gewindestutzen an dem Ende der Welle wird in einen mit Gewinde versehenen Metalleinsatz eingeschraubt, der in dem Zentrum des Flügelrades eingeformt ist. Eine Hülse des Flügelrades mit ausgeschnittener Kante paßt im Gleitsitz über eine an der Welle ausgebildete gerän­ delte Außenfläche. Ein gerändeltes Segment, das mit der ge­ rändelten Wellenfläche eine Art Formschluß bildet, wird eng in den Ausschnitt der Flügelradhülse eingepaßt, um das Flü­ gelrad mit der Welle drehfest zu verbinden, so daß kein Ver­ drehen erfolgen kann. Ein separater Kragen wird benutzt, um das Sperrsegment in dem Ausschnitt und an der Welle zu halten. Das zeigt ohne Zweifel eine sehr komplizierte und möglicherweise kostspielige Verbindung, da hier das Einfor­ men des Einsatzes in das Flügelrad und das separate Sperrseg­ ment sowie der aufgesetzte Kragen erforderlich sind.

Durch die Erfindung wird eine Integralverbindung zwischen einer Stahlwelle und einem aus Kunststoff bestehenden Flügel­ rad geschaffen, die einfach und preiswert ausgebildet werden kann und keine getrennte Befestigungsteile irgendwelcher Art erfordert. Das aus synthetischem Kunststoff bestehende Flü­ gelrad wird einspritzgeformt mit einem Zentralstutzen, der einen nicht kreisförmigen, etwa achteckigen Querschnitt be­ sitzt. Eine zylindrische Wand umgibt konzentrisch den Stut­ zen mit einem gewissen Radialabstand. Die Zylinderwand des Flügelrades ist ausreichend dünn, so daß sie in Radialrich­ tung teilweise flexibel ist. Die Gesamtfläche des Flügelra­ des ist ohne Hinterschnitte ausgebildet bis auf eine kreis­ förmige Rippe, die auf der radial nach innen gewendeten Fläche der Zylinderwand des Flügelrades ausgebildet ist. Die Wand ist ausreichend flexibel, so daß der Stutzen, die Wand und die Rippe miteinander mit Hilfe eines axial gleitbaren Formelementes ausgeformt werden können, das ohne Beschädi­ gung beim Abziehen an der Rippe vorbeigleitet. Das gesamte Flügelrad kann deshalb mit nur drei axial bewegbaren Formtei­ len geformt werden.

Das Ende der Flügelrad-Antriebswelle besitzt eine eingearbei­ tete Buchse mit achteckiger Oberfläche, die eine gute Pas­ sung mit dem Flügelradstutzen ergibt. Eine Zylinderwand der Welle umgibt konzentrisch die Buchse, wobei eine kreisförmi­ ge Nut in die radial nach außen gewendete Fläche eingearbei­ tet ist, die der Rippe am Flügelrad entspricht. Die Wand am Flügelrad ist, wie bereits erwähnt, ausreichend flexibel, so daß beim Aufsetzen der Wellenbuchse mit Druck in den Flügel­ radstutzen die Flügelradwand radial nach außen ausbiegt, wäh­ rend die Rippe gleichzeitig in die Nut einschnappt. Das Flü­ gelrad ist so ohne separate Befestigungsteile drehfest mit der Welle verbunden. Die Wand an dem Flügelrad ist nicht so flexibel, daß die Axialkräfte, denen das Flügelrad im Be­ trieb unterworfen ist, die Rippe aus der Nut herausziehen können, so daß die Verbindung sicher ist. Da die Zylinder­ wand konzentrisch den Stutzen und die Buchse umgibt, ist die Verbindung auch axial kompakt.

Damit erreicht die Erfindung das allgemein erwünschte Ziel, eine integrale Verbindung zwischen einer aus Metall bestehen­ den Wasserpumpen-Antriebswelle und einem aus synthetischem Kunstharz geformten Flügelrad ohne getrennte Befestigungstei­ le zu schaffen.

Weiter wird durch die Erfindung eine solche Verbindung ge­ schaffen, die miteinander passende Stutzen und Buchsen von nicht kreisförmigem Querschnitt enthält, um eine drehfeste Verbindung zu ergeben, und zueinander passende kreisförmige Rippen und Nuten zur Schaffung einer sicheren Verbindung, wobei entweder die Nut oder die Rippe an einer integral ge­ formten Zylinderwand des Flügelrades ausgebildet ist, die ausreichend radial flexibel ist, um ein Aufschnappen des Flü­ gelrades auf die Welle zu gestatten, jedoch nicht so flexi­ bel, daß das Flügelrad im Betrieb von der Welle abgezogen werden kann.

Dabei sind erfindungsgemäß die verschiedenen Teile wie Stut­ zen, Buchsen und Wand in dieser Integralverbindung konzen­ trisch ausgebildet, so daß sich eine axial kompakte Verbin­ dung ergibt. Damit wird eine Verbindung geschaffen, bei der das Flügelrad einfach und preisgünstig mit nur drei Formtei­ len integral einspritzgeformt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Vorderseite eines Flügelrades,

Fig. 2 eine Schnittansicht der oberen Hälfte des Flügelrades mit den zur Herstellung benutz­ ten Formteilen,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Flügelrad­ antriebswelle,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Antriebswelle und eines Zentralabschnittes des Flügelrades, teilweise geschnitten, vor der Verbindung des Flügelrades mit der Welle,

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich Fig. 4, jedoch mit hergestellter Verbindung, und

Fig. 6 eine Ansicht nach Linie 6-6 der Fig. 4, in Pfeilrichtung gesehen.

Nach den Fig. 1, 2 und 6 ist ein Flügelrad 10 als ein­ stückiges Einspritzformteil aus einem entsprechenden synthe­ tischen Kunststoffmaterial gebildet. In der beschriebenen Ausführung sind am Außenabschnitt des Flügelrades 10 sechs radial nach außen gerichtete Flügel 12 vorgesehen, die, wie gestrichelt angedeutet, so flexibel sind, daß sie bei höhe­ ren Drehzahlen ihren Verlaufwinkel etwas ändern können. Die Flexibilität der Flügel kann den Leistungsverbrauch der (nicht dargestellten) Wasserpumpe, in der das Flügelrad 10 eingesetzt ist, reduzieren. Der Zentralabschnitt des Flügel­ rades 10 enthält einen Stutzen 14 mit 8-Eck-Querschnitt, dessen Achse an der Mittellinie des Flügelrades 10 liegt. Der Stutzen 14 ist konzentrisch durch eine Zylinderwand 16 mit radialem Abstand umgeben, die etwas länger als der Stut­ zen 14 ist. Die Wand 16 besitzt auch radialen Abstand von dem übrigen Flügelrad, und ihre radiale Dicke ist so gering, daß es teilweise radial flexibel ist, und zwar nach innen und nach außen. Die radial nach innen gewendete Fläche der Flügelradwand 16 besitzt eine angeformte, nach innen vorste­ hende Kreisrippe 18. Wie am besten in Fig. 2 zu sehen ist, besitzen alle Außenflächen des Flügelrades 10 bis auf die Rippe 18 keine Hinterschnitte bezüglich der Zentralachse. Deswegen kann bis auf die Rippe 18 das gesamte Flügelrad 10 durch Bypass-Formung hergestellt werden, d. h. mit nur zwei Formteilen ausgeformt werden, die gerade an der Zentrallinie geteilt sind, ohne Schieber oder Formeinsätze. Statt dessen wird ein Formelement 20 zur Ausbildung der gesamten linken Seite und ein weiteres Formelement 22 zur Ausbildung des radial äußeren Abschnittes der rechten Seite benutzt. Ein gleitend verschiebbares Zentralformteil 24 wird benutzt, um den Stutzen 14, die Innenfläche der Zylinderwand 16 und die Rippe 18 auszubilden. Nacheinander werden bei Beginn die For­ melemente 20, 22 und 24 geschlossen, und synthetisches Kunst­ stoffmaterial durch den Einspritzkanal 26 eingespritzt. Nach Verfestigung des eingespritzten Kunststoffs wird die linke Form 20 geradlinig nach links abgezogen, und dann wird die Mittelform 24 geradlinig nach rechts gezogen. Beim Ziehen der Form 24 wird die Rippe 18 radial nach außen weggestoßen. Die Zylinderwand 16 kann radial nach außen frei genug nachge­ ben, um ein Ausspringen der Rippe 18 unbeschädigt zu gewäh­ ren. Dann wird das Flügelrad 10 von der rechten Form 22 abge­ hoben.

Nach den Fig. 3, 4 und 5 besitzt eine allgemein zylindri­ sche aus Stahl bestehende Flügelrad-Antriebswelle 28 einen mit Gewinde versehenen Abschnitt 30 an einem Ende zur Verbin­ dung mit dem (nicht dargestellten) Antrieb. Das andere Ende der Welle 28 ist so gestaltet, daß es mit dem Flügelrad 10 durch einfaches Aufsetzen ohne besondere Befestigungsteile verbunden werden kann. Es ist eine Buchse 32 mit einer an den Stutzen 14 angepaßten Querschnittsform in die Mitte eines Endes der Welle 30 eingearbeitet. Die Buchse 32 ist ge­ ringfügig länger als der Stutzen 14 und ist sehr eng mit ihm gepaßt. Eine Zylinderwand 34 umgibt konzentrisch die Buchse 32, und ihr Außendurchmesser ist an den Innendurchmesser der Flügelradwand 16 angepaßt. In die Wand 34 ist eine Kreisnut 36, passend zur Kreisrippe 18, eingearbeitet. Ganz allgemein paßt die Außenfläche des einen Endes der Welle 28 zur Gestal­ tung des Formteils 24. Wie aus einem Vergleich der Fig. 4 und 5 zu ersehen, kann durch einfaches Aufsetzen und Eindrüc­ ken das Flügelrad 10 mit der Welle 2 S verbunden werden. Die Wellenwand 34 gleitet an der Flügelradwand 16, während der Stopfen 14 gleichzeitig in die Buchse 32 eingleitet.

Der Formschluß des Stutzens 14 mit der Buchse 32 verhindert eine Relativverdrehung des Flügelrades 10 gegen die Welle 28. Beim Zusammenbau muß das Flügelrad 10 etwas gedreht werden, bis die beiden Achteckformen der Buchse 32 und des Stutzens 14 in Übereinstimmung gebracht sind; dies kann jedoch mit Gefühl leicht fertig gebracht werden. Schließlich springt die Rippe 18 in die Nut 36 ein, wobei sich die Flü­ gelradwand 16 zeitweise nach außen abbiegt. Zwar ist die zum Ausbiegen der Wand 16 anzuwendende Eindrückkraft relativ hoch, doch wird bei diesem einmaligen Vorgang die Rippe 18 nicht beschädigt. Die gleiche Kraft muß aufgebracht werden, um das Flügelrad 10 von der Welle 28 abzuziehen; beim Be­ trieb des Flügelrades 10 wird kaum eine derart hohe Axial­ kraft auftreten. Deshalb ist die Verbindung äußerst sicher, ohne angebrachte zusätzliche Befestigungsteile, die beim Zu­ sammenbau also nicht hinzugefügt werden und im Betrieb nicht verloren gehen können. Zwar ist die Verbindung nicht als eine reversible gedacht, da nicht vermutet wird, daß das kor­ rosionsfeste Flügelrad 10 während seiner Lebensdauer zu ent­ fernen ist, es sei denn, es ist irreparabel beim Einsetzen beschädigt worden, und in diesem Fall würde es nur abgezogen und eine neues aufgesetzt.

Es können Änderungen der bevorzugten Ausführung der Erfin­ dung ohne weiteres hergestellt werden. So können die zueinan­ der passenden Stutzen und Buchsen nicht nur in der gezeigten Weise, sondern auch in umgekehrter Form vorgesehen werden, d. h. Buchse am Flügelrad und Stutzen an der Welle, und es kann irgendeine nicht kreisförmige aneinander angepaßte Quer­ schnittsform benutzt werden, um eine drehfeste Verbindung zu schaffen. Die einander angepaßten Befestigungen Rippe und Nut könnten entweder an der Zylinderwand des Flügelrades oder an der Zylinderwand der Welle angebracht werden, und brauchen nicht jeweils 360° zu überstrecken, obwohl so er­ sichtlicherweise eine große Sicherheit geschaffen ist. Die aneinander angepaßten Flächen der jeweiligen Zylinderwände an Welle und Flügelrad können in beiden Radialrichtungen ge­ wendet sein, solange diese angepaßten Flächen zueinander ent­ gegengesetzt gewendet sind. Die flexible Zylinderwand sollte jedoch an dem aus Kunststoff bestehenden Flügelrad vorgese­ hen werden. Die Zylinderwände brauchen nicht unbedingt den Stutzen und die Buchse konzentrisch zu umgeben, sondern können statt dessen mit ihnen ausgerichtet sein, solange sie koaxial zu Stutzen und Buchse sind. Die Ausbildung des kon­ zentrischen Umgebens ist jedoch axial kompakt, da Stutzen, Buchse und Wände einander überdeckende Axialräume einnehmen.

Claims (2)

1. Integralverbindung zwischen einem aus synthetischem Kunststoff geformten Flügelrad und einer koaxialen Flü­ gelradantriebswelle aus Metall, wobei ein vorstehender Stutzen entweder am Flügelrad oder an der Welle ausgebil­ det ist mit einer Außenfläche von nicht kreisförmigem Querschnitt, während an dem anderen Teil, Welle oder Flü­ gelrad, eine vertiefte Buchse ausgebildet ist mit einer Oberfläche von nicht kreisförmigem Querschnitt, wobei die beiden Teile miteinander einen engen Formschluß ein­ gehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung auch eine im wesentlichen starre Zy­ linderwand (34) an der Antriebswelle (28) enthält, die koaxial zu dem Stutzen (14) und der Buchse (32) ist und in eine radiale Richtung gewendet ist, daß eine Zylinder­ wand (16) an dem Flügelrad (10) koaxial zu dem Stutzen (14) und der Buchse (32) vorgesehen ist, deren Durchmes­ ser im wesentlichen gleich dem der Zylinderwand (34) der Welle (28) ist und die in der anderen Radialrichtung dazu gewendet ist, so daß die Wellenwand (34) und die Flügelradwand (16) ebenfalls in engen Formschluß mitein­ ander zu bringen sind, daß die Zylinderwand (16) des Flü­ gelrades weiter mit ausreichend geringer Radialdicke ge­ formt ist, so daß sie in Radialrichtung teilweise flexi­ bel ist, daß eine kreisförmige Rippe (18) an einer der Zylinderwände (16, 34) ausgebildet ist und an der ande­ ren Zylinderwand (16, 34) eine kreisförmige Nut (36), die mit ihrer Größe so angepaßt ist, daß sie eine enge Passung um die kreisförmige Rippe (18) ergibt, so daß das Flügelrad (10) mit der Welle (18) durch kräftiges Aufdrücken des Flügelrades (10) auf die Welle (18) bei hergestelltem Formschluß des Stutzens (18) mit der Buchse (32) verbindbar ist, um so Relativverdrehung des Flügelrades (10) gegen die Welle (28) zu verhindern, wobei die Kreisrippe (18) in die Kreisnut (36) unter gleichzeitigem kurzem Ausbiegen der Flügelradwand (16) eintritt, um so eine Axialverrastung des Flügelrades (10) mit der Welle (28) zu erreichen.

2. Integralverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stutzen (14), Buchse (32) und Zylinderwände (16, 34) konzentrisch zueinander angeordnet sind und einen einan­ der überdeckenden Axialraum einnehmen, um so miteinander eine axial kompakte Verbindung zu ergeben.