EP0207457B1

EP0207457B1 - Wasserpumpenlaufrad

Info

Publication number: EP0207457B1
Application number: EP86108761A
Authority: EP
Inventors: K. Gerd Friedrichs
Original assignee: KLIFA FAHRZEUGTEILE GmbH and Co
Current assignee: KLIFA FAHRZEUGTEILE GmbH and Co
Priority date: 1985-06-29
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1988-10-26
Also published as: JPH0648158Y2; EP0207457A1; JPS63500007U; JPS6249696U; WO1987000249A1; DE3661035D1; US4762465A

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserpumpenlaufrad für eine Kühlwasserpumpe bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Metallnabe zum Aufsetzen auf eine Welle, mit einer an einer Stirnseite der Metallnabe koaxial angeformten und von Kunststoff umgebenen metallischen Verstärkungsscheibe, mit Umlenkschaufeln, die im äusseren Umfangsbereich des Wasserpumpenlaufrades aus Kunststoff angeformt sind, und mit über die Nabe hinaus in Längsrichtung angeformten Kunststoffteilen.
Wasserpumpenlaufräder sind grundsätzlich bekannt und werden bei Pumpen verwendet, die zum Transport des Kühlwassers zur Motorkühlung in Kraftfahrzeugen dienen. Wegen der besonderen Temperaturbelastungen für diesen Verwendungszweck, bei dem Temperaturen von etwa -40°C bis +130°C auftreten können, sind an die Materialien sowie die konstruktive Ausgestaltung besondere Bedingungen gestellt. Die Verwendung von Grauguss oder Messing für ein Wasserpumpenlaufrad hat den Nachteil, dass diese zur Kavitation neigen, d.h. zu einer Zerstörung der Laufradschaufeln, was zu einem Ausfall der Pumpe führt. Weiterhin ergibt sich der Nachteil, dass die Oberfläche rauh ist, wodurch der Durchfluss-Widerstand erhöht wird.
Bekannt sind weiterhin Wasserpumpen, bei welchen das Wasserpumpenlaufrad vollständig aus Kunststoff hergestellt ist. Für Kraftfahrzeuge ist diese Ausführungsform jedoch wegen der hohen Wärme- und Kältebelastungen nicht geeignet, da sich die Laufräder derart durchbiegen, dass sie an der Gehäusewand anlaufen.
Ferner ist aus der US-PS 3 251 307 ein Wasserpumpenlaufrad zum Einsatz bei Verbrennungskraftmaschinen bekannt, das eine Metallnabe und eine daran koaxial angeformte, im wesentlichen senkrecht zur Nabenachse ausgerichtete metallische Verstärkungsscheibe aufweist. Die Verstärkungsscheibe ist zusammen mit der Aussenfläche der Nabe in einem Kunststoffkörper eingebettet.
Diejenigen Kunststoffteile, die in Längsrichtung der Nabe über die Nabenränder hinaus ausgeformt sind, enden dabei bündig mit der Nabeninnenfläche. Der Kunststoffkörper ist in radialer Richtung über die Verstärkungsscheibe hinaus ausgebildet und in diesem äusseren Umfangsbereich sind Umlenkschaufeln im Kunststoffteil ausgeformt.
Es besteht daher die Gefahr, dass sich der die Umlenkschaufeln tragende Bereich insbesondere unter Temperaturbelastung durchbiegt. Ausserdem ist es unvermeidlich, dass aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten Spannungen entstehen und sich der Kunststoff verformt. Es ist auch nicht auszuschliessen, dass sich bei hohen Drehzahlen die Verstärkungsscheibe und das Wasserpumpenlaufrad verwindet, was zu einer Herabsetzung des Wirkungsgrades führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wasserpumpenlaufrad der eingangs genannten Art anzugeben, welches gegen Verformungen geschützt ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Verstärkungsscheibe im Bereich der Umlenkschaufeln einen kreisringförmigen Scheibenteil und zwischen der Nabe und dem kreisringförmigen Scheibenteil einen glockenförmigen Versteifungsbereich aufweist, der in einem spitzen Winkel zur Nabe verläuft, dass die Umlenkschaufeln auf der konkav ausgebildeten Seite der Verstärkungsscheibe angeordnet sind, und dass der über die Nabe in Richtung der Längsachse hinaus vorstehende Kunststoffteil in einem vorgegebenen Abstand von der Nabeninnenfläche zur Vermeidung von Reibkontakt mit der Welle endet.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass das Wasserpumpenlaufrad insgesamt gegen eine Verwindung versteift und gegen eine Durchbiegung geschützt ist. Auf diese Weise wird die Laufbahn des Wasserpumpenlaufrades, und insbesondere der Umlenkschaufeln, äusserst genau eingehalten, so dass eine Justierung im Pumpengehäuse mit einem relativ kleinen Toleranzbereich möglich ist. Somit kann der Wirkungsgrad der Pumpe gesteigert werden. Die Versteifung des Wasserpumpenlaufrades beruht einerseits auf dem Parabelquerschnitt des inneren Umfangsbereiches der Verstärkungsscheibe und andererseits auf der Tatsache, dass die Verstärkungsscheibe bis in den äusseren Umfangsbereich des Laufrades und bis unter die Umlenkschaufeln geführt ist. Da ferner erfindungsgemäss keine Reibung zwischen dem Kunststoff und der Antriebswelle erfolgt, wird ein Erhitzen und Fliessen des Kunststoffes verhindert.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung der Umlenkschaufeln auf der konkav ausgebildeten Seite der Verstärkungsscheibe kann darüber hinaus eine äusserst flache Bauform des Wasserpumpenlaufrades erreicht werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass über der Nabe ein Nabenring aufgepresst ist. Diese Massnahme bewirkt eine Verstärkung der Nabe und führt dazu, dass eine eventuell nach langem Betrieb auftretende Materialermüdung oder Materialschwächung vom Nabenring ausgeglichen wird.
Es kann besonders vorteilhaft sein, dass der Nabenring vollständig in Kunststoff eingebettet ist. Somit wird der Nabenring in seiner Lage auf der Nabe fixiert und ein Lösen verhindert.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass zwischen der Nabe und dem Versteifungsbereich radial angeordnete Kunststoffrippen ausgeformt sind.
Ferner wird das Wasserpumpenlaufrad bevorzugt dadurch versteift, dass vor einer Nabenöffnung ein zur Nabenachse rotationssymmetrisches, sich verjüngendes Kunststoffteil ausgeformt ist. Des weiteren ist die Nabe an ihrem freien Ende bevorzugt trompetenförmig ausgeweitet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen weiter erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Wasserpumpenlaufrades,
Fig. 2 eine Aufsicht des Wasserpumpenlaufrades gemäss Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Wasserpumpenlaufrades und
Fig. 4 Einzelheiten einer weiteren Ausführungsform eines Wasserpumpenlaufrades im Querschnitt.

Eine in den Figuren 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsform eines Wasserpumpenlaufrades besteht aus einer Nabe 1, mit der das Wasserpumpenlaufrad auf eine Antriebswelle (nicht dargestellt) aufgesteckt wird. An die Nabe 1 schliesst dann über einen glockenförmigen Versteifungsbereich 2 ein senkrecht zur Nabenachse stehendes, koaxial angeordnetes, kreisringförmiges Scheibenteil 7 an, an welchem Umlenkschaufeln 3 angeformt sind. Der Versteifungsbereich 2 verläuft anfänglich unter einem spitzen Winkel zur Nabe 1. Der Versteifungsbereich 2 und der Scheibenteil 7 bilden zusammen eine Verstärkungsscheibe 4, die beidseitig mit Kunststoff umspritzt ist, während der Kunststoff auf der Nabe lediglich einseitig auf der Aussenfläche 5 aufgetragen ist, so dass das Wasserpumpenlaufrad mit seiner metallischen Innenfläche der Nabe 1 auf die Antriebswelle aufgesteckt werden kann. Zur besseren Verankerung des Kunststoffes mit der Verstärkungsscheibe 4 sind über die Oberfläche der Verstärkungsscheibe 4 verteilt Bohrungen 6 angebracht. Diese Bohrungen 6 können etwa 40 bis 70% der Fläche bedecken. Weiterhin erstreckt sich die Nabe 1 der Verstärkungsscheibe 4 über wenigstens 40% der Nabenlänge. Der Scheibenteil 7 ist um etwa 2 bis 4 mm kleiner als der Durchmesser D entsprechend dem äusseren Umfang 8 des Wasserpumpenlaufrades. Die den Umlenkschaufeln 3 abgewandte Seite des Laufrades fluchtet in dem hier veranschaulichten Beispiel mit der freien Stirnseite der Nabe 1. Die Verstärkungsscheibe 4 ist praktisch bis zum nächsten Rand des Wasserpumpenlaufrades geführt, d.h. sie unterstützt vollständig die Umlenkschaufeln 3, die auf der konkav ausgebildeten Seite der Verstärkungsscheibe in Kunststoff ausgeformt sind.
Für die Ausbildung der Nabe 1, die in dem hier gezeigten Beispiel zusammen mit der Verstärkungsscheibe 4 einstückig ausgebildet ist, sind mehrere Ausführungsformen möglich. Beispielsweise können die Nabe 1 und die Verstärkungsscheibe 4 einstückig aus einem tiefgezogenen Stahlblech ausgebildet sein.
Abweichend von dem gezeigten Beispiel besteht die Möglichkeit, die Nabe 1 und den Scheibenteil 7 aus zwei miteinander zu verbindenden Teilen vorzusehen. Die Nabe 1 kann dabei aus einem dicken Werkstoff, beispielsweise aus einem Stahlrohrzylinder von 4 mm Stärke, und der Scheibenteil 7 aus dünnem Werkstoff von beispielsweise 0,75 mm bestehen. Man kann auch vorsehen, dass der Werkstoff der Nabe 1 und des Scheibenteils 7 verschiedene Festigkeitseigenschaften aufweisen. Die Nabe 1 sowie der Scheibenteil 7 können durch Schweissen, Schrumpfen oder Pressen miteinander verbunden sein. Es besteht auch die Möglichkeit, die Nabe 1 derart auszubilden, dass sie sich über die gesamte Länge des Wasserpumpenlaufrades erstreckt.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist zusätzlich über den zylindrischen Nabenteil eine metallische Verstärkungshülse 9 aufgepresst, die die Nabe gegen Kaltfluss unterstützt. In Fig. 3 ist die Verstärkungshülse 9 vollständig in Kunststoff eingebettet. Die Verstärkungshülse 9 kann auch als Nabenring bezeichnet werden.
Aus den rein schematischen Darstellungen der Figuren 1 und 3 ist ersichtlich, dass der Kunststoffteil des Wasserpumpenlaufrades an einer Stirnseite der Nabe 1 mit der Nabe fluchtet und dass am anderen Ende, an welchem der Kunststoff in Richtung der Nabenachse über die metallische Nabe 1 hinaus ausgeformt ist. In diesem Bereich endet der Kunststoff in einem vorgegebenen Abstand A von der Nabeninnenfläche, um zu verhindern, dass der Kunststoff in Reibkontakt mit der Antriebswelle gelangen kann. Zum Einbetten der Verstärkungsscheibe 4 und der Nabe 1 ist ein abriebfester, beständiger Kunststoff vorgesehen, welcher zumindest auf der Verstärkungsscheibe 4 beidseitig eine Wandstärke von jeweils 1 bis 2 mm hat. In dem Zwischenraum zwischen dem Vers_teifungsbereich 2 und der Nabe 1 sind in dem hier gezeigten Beispiel radial verlaufende Versteifungsringe 11 aus Kunststoff ausgeformt.
In Fig. 4 ist veranschaulicht, dass das freie Ende 12 der Nabe 1 trompetenförmig ausgeweitet ist. Diese Ausweitung wirkt beim Aufsetzen der Nabe auf die Antriebswelle als Trichter, so dass das Aufsetzen der Nabe 1 auf die Antriebswelle erleichtert und vereinfacht wird. In der Figur ist deutlich zu erkennen, dass das freie Ende 12 der Nabe 1 in einem um den Abstand A' von der Innenfläche der Nabe 1 zurückgesetzten Kunststoffteil 13 endet. Das Kunststoffteil 13 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgebildet. Auf seiner freien Stirnseite ist ein Dichtungsring 14 angeordnet, der rein schematisch dargestellt ist.
In dem Beispiel der Fig. 4 ist die Nabe 1 ferner an einer Seite durch ein nach aussen stromlinienförmig ausgebildetes Kunststoffteil 15 geschlossen, welches einerseits die Funktion hat, den Scheibenteil 7 zu versteifen und andererseits Verwirbelungen der Flüssigkeit vor dem Zentrum des Wasserlaufrades zu verhindern. Das Kunststoffteil 15 ist zur Nabenachse rotationssymmetrisch ausgebildet. Es verjüngt sich ausgehend vom Ansatz der Verstärkungsscheibe 4 und ist in dem hier gezeigten Beispiel glockenförmig ausgebildet. Diese Form kann als trichterartig bezeichnet werden.

Claims

1. Wasserpumpenlaufrad für eine Kühlwasserpumpe bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einer metallischen Nabe (1) zum Aufsetzen auf eine Welle, mit einer an einer Stirnseite der Nabe (1) koaxial angeformten und von Kunststoff umgebenen, formversteiften metallischen Verstärkungsscheibe (4), mit Umlenkschaufeln (3), die im äusseren Umfangsbereich des Wasserpumpenlaufrades aus Kunststoff angeformt sind, und mit über die Nabe (1) hinaus in Längsrichtung angeformten Kunststoffteilen (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsscheibe (4) im Bereich der Umlenkschaufeln (3) einen kreisringförmigen Scheibenteil (7) und zwischen der Nabe (1) und dem kreisringförmigen Scheibenteil (7) einen glockenförmigen Versteifungsbereich (2) aufweist, der in einem spitzen Winkel zur Nabe (1) verläuft, dass die Umlenkschaufeln (3) auf der konkav ausgebildeten Seite der Verstärkungsscheibe (4) angeordnet sind, und dass der über die Nabe (1) in Richtung der Längsachse hinaus vorstehende Kunststoffteil (13) zur Vermeidung von Reibkontakt mit der Welle in einem vorgegebenen Abstand (A, A') von der Nabeninnenfläche endet.

2. Wasserpumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über der Nabe (1) ein Nabenring (Verstärkungshülse 9) aufgepresst ist.

3. Wasserpumpenlaufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenring vollständig in Kunststoff eingebettet ist.

4. Wasserpumpenlaufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Nabe (1) und dem Versteifungsbereich (2) radial angeordnete Kunststoffrippen (11) ausgeformt sind.

5. Wasserpumpenlaufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Nabenöffnung ein zur Nabenachse rotationssymmetrisches, sich verjüngendes Kunststoffteil (15) ausgeformt ist.

6. Wasserpumpenlaufrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (12) der Nabe (1) trompetenförmig ausgeweitet ist.