EP2273123A1 - Sicherung eines Pumpenlaufrades - Google Patents

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EP2273123A1
EP2273123A1 EP09164927A EP09164927A EP2273123A1 EP 2273123 A1 EP2273123 A1 EP 2273123A1 EP 09164927 A EP09164927 A EP 09164927A EP 09164927 A EP09164927 A EP 09164927A EP 2273123 A1 EP2273123 A1 EP 2273123A1
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Rene Geinitz
Ronald Rathke
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Pierburg Pump Technology GmbH
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Definitions

  • the invention relates to an electrically driven motor vehicle coolant pump for a motor vehicle driven by an internal combustion engine, wherein the coolant pump has a motor housing and a containment shell.
  • DE 44 11 960 C2 discloses a coolant pump for a motor vehicle internal combustion engine, in which a rotor axis is mounted at one end centrally in an end face of a plastic containment shell.
  • a pump rotor On the rotor axis, a pump rotor is arranged, which is axially fixed at the distal end of the rotor axis by means of a thrust washer and with a introduced into a circumferential groove stop ring, in the form of a spring ring.
  • the stop ring must be introduced radially into the circumferential groove.
  • it is necessary that the pump rotor must be rotationally aligned before mounting the stop ring so that the stop ring mounting device can reach through between the pump blades.
  • this type of stop ring assembly is not possible for reasons of space. The exact position of the stop ring and its holding force can only be checked consuming, which makes fully automatic assembly difficult.
  • stop ring is pulled axially to the circumferential groove on the rotor axis.
  • this type of fixation can only be realized using high assembly forces, since the stop ring must be stretched considerably radially.
  • the stop ring must have a certain strength to a sufficient Apply holding force.
  • the stop ring must have a certain elasticity in order to be able to be sunk in the groove.
  • stop rings are used with a typical axial thickness of 3/10 mm.
  • the stop ring is subject in operation wear in the form of material removal, which is significantly enhanced by foreign bodies in the coolant, and eventually can lead to premature failure of the pump by breaking the stop ring.
  • the object of the invention is in contrast to provide an electric vehicle coolant pump that allows easy installation and ensures a long life.
  • the coolant pump according to the invention has a split-pot motor arrangement, with a pump rotor with pump blades, which is mounted by a sliding bearing on a fixed metallic rotor axis.
  • the pump blades of the pump rotor are arranged axially in the region of a plain bearing sleeve and are fixed with a metallic stop ring at the distal end of the metallic rotor axis, wherein the metallic stop ring is welded to the metallic rotor axis.
  • the stop ring may preferably be formed as a closed or open stop ring, and before the fixation, which is carried out by means of a welding process, are mounted.
  • Such welds can be realized by machines. This results in a simple and fully automatic production, a low-cost automotive coolant pump. Due to the axial mounting direction of the stop ring various and complex blade geometries can be mounted, which assemble the Do not interfere with the stop ring. Since the fixation of the stop ring takes place exclusively by means of a welding process, it is not necessary to take his elasticity into account in the selection and dimensioning of the stop ring. Thus, stop rings different, preferably greater strength can be used for pump rotor fixation, with the result that on the one hand a complete step, namely the verification of the holding force can be omitted, and on the other hand, the stop ring due to its greater axial strength longer life and reliability guaranteed.
  • the combination of axial strength of the stop ring and the fixation by welding on the rotor axis leads to an additional backup in case of breakage of the stop ring. Due to the welding of the stop ring remains despite a break at least partially on the rotor axis, so that the rotor body remains positioned on the rotor axis.
  • the plain bearing sleeve is positively injected into the rotor body, wherein the plain bearing sleeve forms a thrust bearing with the stop ring.
  • the electric motor vehicle coolant pump has an axial gap between the rotor body and the stop ring, which is at least 0.5 mm.
  • the stop ring preferably has an axial thickness of at least 0.9 mm. This material thickness, in contrast to conventional stop rings, which ideally have a typical axial thickness of 3/10 mm, a higher resistance to wear in the form of material removal, which is significantly enhanced by foreign bodies in the coolant on.
  • the electric vehicle coolant pump has a metallic stop ring, which is preferably fixed by laser welding to the rotor axis.
  • laser welding a focused laser beam is directed at the joint to be machined.
  • a targeted heat transfer which leads to a lower distortion of the material.
  • higher welding speeds can be achieved because the laser welding process is fully automated.
  • the metallic axial rotor axis is rotatably and positively inserted into the containment shell.
  • the electric vehicle coolant pump preferably has a structure, wherein a single housing made of plastic is provided for the pump rotor and the motor rotor, which is produced in one piece by means of an injection molding process.
  • the electric vehicle coolant pump preferably has a housing and a containment shell, which are formed as a one-piece component.
  • the plastic pump rotor 20 has pumping blades 50 arranged axially in the region of the metal plain bearing sleeve 22.
  • the pump rotor 20 consists of a one-piece plastic body and has a plurality of embedded permanent magnets in a cylindrical motor rotor 23, so that a multi-pole magnetization of the motor rotor 23 is present.
  • the motor rotor 23 is entrained by the rotational magnetic field generated in the magnetic coils 60 and rotated.
  • a closed stop ring 40 At the free end of the rotor axis 26 of the pump rotor 20 is fixed by means of a closed stop ring 40 in axial alignment, with an axial gap 28 of 0.5 mm to the pump rotor 20 remains.
  • the attachment of the stop ring 40 takes place on the rotor axis 26 through a weld point 42.
  • the weld point 42 on the stop ring 40 which has an axial thickness of at least 0.9 mm, set by laser welding.
  • the assembly of the coolant pump 10 takes place from the free end of the rotor axis 26, wherein the component 11, consisting of the housing 12 and the can 14, and the rotor shaft 26 arranged fixedly can have a vertical or horizontal orientation.
  • the pump rotor 20 In the vertical mounting of the pump rotor 20 is positioned above the component 11 and the rotor axis 26, wherein the pump rotor 20 is deposited by gravity on the rotor axis 26. When mounted horizontally, the pump rotor 20 is axially aligned on the rotor axis 26 due to the axial magnetic forces acting between the motor rotor 23 and the solenoids 60.
  • the stop ring 40 is pulled over the rotor axis 26 in the axial direction until it stops against the pump rotor 20. Subsequently, by means of a device, an axial displacement of the pump rotor 20 on the rotor axis 26 is performed, by which a defined axial gap 28 is formed to the stop ring 42. This made displacement of the pump rotor 20 and the stop ring 42 on the rotor axis 26 is maintained until the fixation of the stop ring 42 with the rotor axis 26 by means of a welding process, which leads to the formation of a welding point 42 through the device.
  • the gap between the rotor axis 26 and the stop ring 42 is at least 0.5 mm.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Kfz-Kühlmittelpumpe 10 für ein mit einem Verbrennungsmotor angetriebenes Kraftfahrzeug. Die Kfz-Kühlmittelpumpe 10 weist eine Spalttopf-Motoranordnung auf, mit einem Pumpenrotor 20 mit Pumpenschaufeln 50, der durch ein Gleitlager 24 auf einer feststehenden metallischen Rotorachse 26 gelagert ist. Die Pumpenschaufeln 50 des Pumpenrotors 20 sind axial im Bereich einer Gleitlagerhülse 22 angeordnet und sind mit einem geschlossenen metallischen Anschlagring 40 am distalen Ende der metallischen Rotorachse 26 fixiert, wobei der metallische Anschlagring 40 mit der metallischen Rotorachse 26 verschweißt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Kfz-Kühlmittelpumpe für ein mit einem Verbrennungsmotor angetriebenes Kraftfahrzeug, wobei die Kühlmittelpumpe ein Motorgehäuse und einen Spalttopf aufweist.
  • DE 44 11 960 C2 offenbart eine Kühlmittelpumpe für einen Kfz-Verbrennungsmotor, bei welcher eine Rotorachse an einem Ende zentral in einer Stirnfläche eines Kunststoff-Spalttopfes gelagert ist. Auf der Rotorachse ist ein Pumpenrotor angeordnet, der am distalen Ende der Rotorachse mittels einer Anlaufscheibe und mit einem in eine Umfangsnut eingebrachten Anschlagring, in Form eines Federrings, axial fixiert wird. Bei dieser Anordnung muss der Anschlagring radial in die Umfangsnut eingebracht werden. Hierzu ist es erforderlich, das der Pumpenrotor vor dem Aufziehen des Anschlagringes rotatorisch ausgerichtet werden muss, damit die Anschlagring-Montagevorrichtung zwischen den Pumpenschaufeln hindurchgreifen kann. Bei besonders komplexen Pumpenschaufel-Geometrien ist diese Art der Anschlagring-Montage aus räumlichen Gründen nicht möglich. Die genaue Position des Anschlagringes und seine Haltekraft können nur aufwendig überprüft werden, was eine vollautomatische Montage erschwert.
  • Aus dem Stand der Technik ist eine weitere Variante der axialen Fixierung eines Anschlagringes bekannt: Hierbei wird der Anschlagring axial bis zur Umfangsnut über die Rotorachse gezogen. Diese Art der Fixierung kann jedoch nur unter Einsatz hoher Montagekräfte realisiert werden, da der Anschlagring erheblich radial gedehnt werden muss. Der Anschlagring muss jedoch eine gewisse Stärke aufweisen, um eine ausreichende Haltekraft aufzubringen. Zudem muss der Anschlagring eine gewisse Elastizität besitzen, um in der Nut versenkt werden zu können. Idealerweise werden Anschlagringe mit einer typischen axialen Stärke von 3/10 mm verwendet. Der Anschlagring unterliegt im Betrieb einem Verschleiß in Form von Materialabtrag, der erheblich durch Fremdkörper im Kühlmittel verstärkt wird, und schließlich zu einem frühen Versagen der Pumpe durch Bruch des Anschlagrings führen kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine elektrische Kfz-Kühlmittelpumpe zu schaffen, die eine einfache Montage erlaubt und eine hohe Lebensdauer gewährt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrisch angetriebene Kfz-Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
  • Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe weist eine Spalttopf-Motoranordnung auf, mit einem Pumpenrotor mit Pumpenschaufeln, der durch ein Gleitlager auf einer feststehenden metallischen Rotorachse gelagert ist. Die Pumpenschaufeln des Pumpenrotors sind axial im Bereich einer Gleitlagerhülse angeordnet und sind mit einem metallischen Anschlagring am distalen Ende der metallischen Rotorachse fixiert, wobei der metallische Anschlagring mit der metallischen Rotorachse verschweißt ist. Der Anschlagring kann bevorzugt als geschlossener- oder offener Anschlagring ausgebildet sein, und vor der Fixierung, die mittels eines Schweißprozesses durchgeführt wird, montiert werden.
  • Derartige Schweißverbindungen lassen sich durch Automaten realisieren. Hierdurch ergibt sich bei einer einfachen und vollautomatischen Produktion eine preiswerte Kfz-Kühlmittelpumpe. Aufgrund der axialen Montagerichtung des Anschlagringes können verschiedenartige und komplexe Schaufel-Geometrien montiert werden, die die Montage des Anschlagringes nicht beeinträchtigen. Da die Fixierung des Anschlagringes ausschließlich mittels eines Schweißprozesses erfolgt, muss bei der Auswahl und Dimensionierung des Anschlagringes nicht auf seine Elastizität Rücksicht genommen werden. Somit können auch Anschlagringe unterschiedlicher, bevorzugt größerer Stärke zur Pumpenrotor-Fixierung verwendet werden, was zur Folge hat, dass einerseits ein kompletter Arbeitsschritt, und zwar die Überprüfung der Haltekraft entfallen kann, und andererseits der Anschlagring aufgrund seiner größeren axialen Stärke eine längere Lebensdauer und Zuverlässigkeit gewährleistet.
  • Zudem führt die Kombination aus axialer Stärke des Anschlagringes und der Fixierung mittels Schweißen an der Rotorachse zu einer zusätzlichen Sicherung im Falle eines Bruches des Anschlagringes. Aufgrund der Verschweißung bleibt der Anschlagring trotz eines Bruches mindestens teilweise an der Rotorachse stehen, so dass der Rotorkörper weiterhin auf der Rotorachse positioniert bleibt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung, ist die Gleitlagerhülse formschlüssig in den Rotorkörper eingespritzt, wobei die Gleitlagerhülse mit dem Anschlagring ein Axiallager bildet.
  • Vorzugsweise weist die elektrische Kfz-Kühlmittelpumpe einen axialen Spalt zwischen Rotorkörper und Anschlagring auf, der mindestens 0,5 mm beträgt.
  • Der Anschlagring weist vorzugsweise eine axiale Stärke von mindestens 0,9 mm auf. Diese Materialstärke weist, im Gegensatz zu konventionellen Anschlagringen, die idealerweise eine typische axiale Stärke von 3/10 mm aufweisen, eine höhere Sicherheit gegenüber einem Verschleiß in Form von Materialabtrag, der erheblich durch Fremdkörper im Kühlmittel verstärkt wird, auf.
  • Die elektrische Kfz-Kühlmittelpumpe weist einen metallischen Anschlagring auf, der vorzugsweise durch Laserschweißen an der Rotorachse fixiert wird. Beim Laserschweißen wir ein fokussierter Laserstrahl auf die zu bearbeitende Fügestelle gerichtet. Dadurch erzielt man gegenüber konventionellen Schweißverfahren, wie dem Schutzgasschweißprozess, eine gezielte Wärmezubringung, die zu einem geringeren Verzug des Materials führt. Des Weiteren können höhere Schweißgeschwindigkeiten erzielt werden, da der Laserschweißprozess vollständig automatisierbar ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung, ist die metallische axiale Rotorachse drehfest und formschlüssig in den Spalttopf eingebracht.
  • Die elektrische Kfz-Kühlmittelpumpe weist vorzugsweise einen Aufbau auf, wobei für den Pumpenrotor und den Motorrotor ein einziges Gehäuse aus Kunststoff vorgesehen ist, das einstückig mittels eines Spritzgussprozesses hergestellt wird.
  • Die elektrische Kfz-Kühlmittelpumpe weist vorzugsweise ein Gehäuse und einen Spalttopf auf, welche als ein einstückiges Bauteil ausgebildet sind.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe
    • Fig. 1 zeigt eine Kühlmittelpumpe 10 im Längsschnitt. Die Kühlmittelpumpe 10 weist ein Kunststoff-Gehäuse 12 auf, welches einstückig ausgebildet ist, wobei der innere becherförmig ausgebildete Teil den Spalttopf 14 bildet, der aus einer kreisscheibenförmigen Stirnwand 16 und einer zylindrischen Seitenwand 18 besteht. Im Zentrum der Stirnwand 14 ist eine metallische Rotorachse 26 mit ihrem einem Ende formschlüssig in axialer Ausrichtung durch einen Spritzgussprozess in der Stirnwand 14 eingebettet. Auf dem freien Ende der Rotorachse 26 lagert ein Pumpenrotor 20, der eine in den Pumpenrotor 20 eingebettete Gleitlagerhülse 22 aufweist, die zusammen mit der Rotorachse 26 das Gleitlager 24 bildet.
  • Der Kunststoff-Pumpenrotor 20 weist axial im Bereich der Metall-Gleitlagerhülse 22 angeordnete Pumpenschaufeln 50 auf. Der Pumpenrotor 20 besteht aus einem einstückigen Kunststoffkörper und weist in einem zylindrischen Motorrotor 23 mehrere eingebettete Permanentmagnete auf, so dass eine mehrpolige Magnetisierung des Motorrotors 23 vorliegt.
  • Im Motorbetrieb wird der Motorrotor 23 durch das in den Magnetspulen 60 erzeugte rotatorisch wandernde Magnetfeld mitgeschleppt und in Drehung versetzt.
  • An dem freien Ende der Rotorachse 26 ist der Pumpenrotor 20 mittels eines geschlossenen Anschlagringes 40 in axialer Ausrichtung fixiert, wobei ein axialer Spalt 28 von 0,5 mm zum Pumpenrotor 20 verbleibt. Die Befestigung des Anschlagringes 40 erfolgt an der Rotorachse 26 durch einen Schweißpunkt 42. Vorteilhafterweise wird der Schweißpunkt 42 am Anschlagring 40, der eine axiale Stärke von mindestens 0,9 mm aufweist, durch Laserschweißen gesetzt.
  • Der Zusammenbau der Kühlmittelpumpe 10 erfolgt von dem freien Ende der Rotorachse 26 aus, wobei das Bauteil 11, bestehend aus Gehäuse 12 und Spalttopf 14, sowie die feststehend angeordnete Rotorachse 26 eine vertikale oder horizontale Ausrichtung aufweisen können. Das Zusammenführen des Bauteils 11 und des Pumpenrotors 20 erfolgt über einen Aufsetz- oder Aufziehschritt des Pumpenrotors 20 über die axiale feststehende Rotorachse 26, bis die ringförmige Stirnseite der Gleitlagerhülse 22 an der Stirnwand 16 des Spalttopfes 14 anschlägt.
  • Bei der vertikalen Montage wird der Pumpenrotor 20 oberhalb des Bauteils 11 und der Rotorachse 26 positioniert, wobei der Pumpenrotor 20 mittels der Schwerkraft auf der Rotorachse 26 abgesetzt wird. Bei der horizontalen Montage wird der Pumpenrotor 20 infolge der zwischen dem Motorrotor 23 und den Magnetspulen 60 wirkenden axialen magnetischen Kräfte auf der Rotorachse 26 axial ausgerichtet.
  • In einem anschließenden Montageschritt wird der Anschlagring 40 über die Rotorachse 26 in axialer Richtung bis zum Anschlag an den Pumpenrotor 20 aufgezogen. Anschließend wird mittels einer Vorrichtung eine axiale Verschiebung des Pumpenrotors 20 auf der Rotorachse 26 vorgenommen, durch die ein definierter axialer Spalt 28 zum Anschlagring 42 gebildet wird. Diese vorgenommene Verschiebung des Pumpenrotors 20 und des Anschlagringes 42 auf der Rotorachse 26 wird bis zur Fixierung des Anschlagringes 42 mit der Rotorachse 26 mittels eines Schweißprozesses, der zur Bildung eines Schweißpunktes 42 führt, durch die Vorrichtung aufrechterhalten. Der Spalt zwischen der Rotorachse 26 und dem Anschlagring 42 beträgt mindestens 0,5 mm.

Claims (8)

  1. Elektrische Kfz-Kühlmittelpumpe (10) zur Kühlung eines Kfz-Verbrennungsmotors, mit
    einer Spalttopf-Motoranordnung,
    einem Pumpenrotor (20) mit Pumpenschaufeln (50) und einer Gleitlagerhülse (22), die auf einer feststehenden metallischen Rotorachse (26) gelagert ist, wobei die Pumpenschaufeln (50) des Pumpenrotors (20) axial im Bereich der Gleitlagerhülse (22) angeordnet sind, und
    einem metallischen Anschlagring (40) am distalen Ende der Rotorachse (26), wobei der Anschlagring (40) mit der Rotorachse (26) verschweißt ist.
  2. Elektrische Kfz-Kühlmittelpumpe (10) nach Anspruch 1, wobei die Gleitlagerhülse (22) in einen die Pumpenschaufeln (50) aufweisenden Rotorkörper (21) formschlüssig eingespritzt ist.
  3. Elektrische Kfz-Kühlmittelpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein axialer Spalt (28) zwischen Rotorkörper (21) und Anschlagring (40) eine Spaltbreite von mindestens 0,5 mm aufweist.
  4. Elektrische Kfz-Kühlmittelpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Anschlagring (40) eine axiale Stärke von mindestens 0,9 mm aufweist.
  5. Elektrische Kfz-Kühlmittelpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der metallische Anschlagring (40) durch Laserschweißen an der Rotorachse (26) fixiert wird.
  6. Elektrische Kfz-Kühlmittelpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die metallische axiale Rotorachse (26) drehfest in einen Spalttopf (14) formschlüssig eingebracht ist.
  7. Elektrische Kfz-Kühlmittelpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei für den Pumpenrotor (20) und den Motorrotor (23) ein einziges Gehäuse (12) aus Kunststoff vorgesehen ist, das einstückig mittels eines Spritzgussprozesses hergestellt ist.
  8. Elektrische Kfz-Kühlmittelpumpe (10) nach Anspruch 7, wobei das Gehäuse (12) und der Spalttopf (14) ein einstückig ausgebildetes Bauteil (11) bilden.
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