EP3779205A1 - Fluidpumpe mit elektrischem antrieb - Google Patents
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- EP3779205A1 EP3779205A1 EP20186079.8A EP20186079A EP3779205A1 EP 3779205 A1 EP3779205 A1 EP 3779205A1 EP 20186079 A EP20186079 A EP 20186079A EP 3779205 A1 EP3779205 A1 EP 3779205A1
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- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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- F04D29/669—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for liquid pumps
Definitions
- the present invention relates to a fluid pump with an electric drive, in particular a fluid pump for a cooling and / or heating circuit of a motor vehicle, with a stator, an axle connected to a pump housing and a rotor arranged on the axle, which has an impeller and a radially acting first bearing is mounted on the axle, the axle, the stator and the rotor being arranged in the pump housing and the axle having a radially circumferential groove at a free end on the outer circumference.
- an electric motor vehicle coolant pump for cooling a motor vehicle internal combustion engine has a containment can motor arrangement in which a rotor with the blades and a plain bearing sleeve is mounted on a stationary metallic axle.
- the pump blades of the rotor are arranged axially in the area of the plain bearing sleeve.
- a metallic stop ring is arranged, which is welded to the axle. The welded stop ring is used to axially fix the rotor.
- the disadvantage of the known solutions is that the rotor is permanently fixed on the axle during assembly. A subsequent exchange of the rotor or a repair of the bearing is not possible or only with difficulty. In addition, a relatively complex thermal joining process is required during production, which can, for example, be accompanied by an undesirable introduction of heat into the component and weld spatter, and components must be damaged for dismantling.
- a fluid pump with an electric drive in particular a fluid pump for a cooling and / or heating circuit of a motor vehicle, which has at least one stator, an axle connected to a pump housing and a rotor arranged on the axle, contributes to this.
- the rotor has an impeller and is mounted on the axle by means of a radially acting first bearing.
- the axle, the stator and the rotor are arranged in the pump housing, the axle having a radial groove at a free end on the outer circumference.
- a deformable locking element is arranged in the groove.
- an axially acting second bearing for the rotor is arranged between the locking element and the rotor, the second bearing being designed to introduce an axially acting force generated by the rotor into the axle via the deformable locking element.
- a second axially acting bearing can be fixed in the axial direction in a particularly advantageous manner by means of a deformable locking element.
- the deformability in the context of the present invention can optionally be plastic or elastic of the locking element.
- the deformable locking element is arranged in a groove which extends on the outer circumference of the axle and in its radial direction.
- the fluid pump designed in this way can be installed in a particularly simple manner by first plugging the rotor together with the first bearing onto the axle during installation. The second bearing is then installed, which prevents the rotor from being pulled off the axle in the axial direction. Finally, in the last step, the second bearing is fixed in the axial direction by simply inserting the deformable locking element into the groove.
- the axial forces generated by the rotor during pump operation can thus be passed on from the rotor via the bearing or contact point with the second bearing, which is not designed to be deformable, via the contact point of the second bearing with the deformable locking element to the deformable locking element before the deformable locking element that introduces axial forces into the axle via the groove.
- the deformable locking element has to be removed in order to be able to dismantle the fluid pump again into its individual components. This enables easy access to the bearing points or, for example, a simple exchange of the rotor or the pump wheel.
- fluid pumps constructed in this way can be varied in a particularly simple manner in the manner of a modular principle and adapted to the respective operating conditions.
- individual or all components such as the housing, pump wheel, rotor or the second bearing, can be manufactured from plastic and used with low loads.
- these components can be replaced by components made of metal or ceramic, for example, in the event of higher thermal loads.
- the most varied variants of the fluid pumps can be represented by means of the modular principle. Last but not least, by avoiding the introduction of heat during the production of the fluid pump, it is possible to use plastics for the components.
- the second bearing can have an opening for receiving the axle.
- the second bearing can be pushed onto the axle in a particularly simple manner during assembly, the axle then being able to protrude through the opening.
- the opening can also be made for the opening to have opening cross-sections of different sizes in the axial direction of the axis.
- the opening cross-sections of the opening in the second bearing of different sizes make it possible for one that acts in the radial direction to the axis Exert force from the second bearing on the deformable locking element.
- an axial force introduced into the second bearing is deflected into a radial force and the deformable locking element is pressed in the direction of the groove by means of this radial force. Consequently, the greater the axial force exerted by the rotor via the second bearing, the greater the radial drive force which holds the deformable locking element in the groove.
- the second bearing can be self-centering on the deformable locking element in the installed state.
- a stop ring welded to the shaft has the disadvantage that this stop ring does not sit centrally on the axis and is also fixed in a position inclined to the axis due to the uneven heat input of the welding process, the present invention enables self-centering of the second bearing on the deformable locking element.
- the bearing surface of the second bearing is automatically aligned at right angles to the longitudinal axis of the axle.
- the deformable locking element can even compensate for positional deviations of the pump wheel, which are caused by tolerances between the first bearing and the pump wheel. For example, if the center axis of the pump wheel is slightly inclined with respect to the axis due to the tolerances, the second bearing can compensate for this inclination via the deformable locking element.
- the opening is designed as a (continuous or) flat transition between two opening cross-sections of different sizes and axially spaced apart from one another.
- a simple stepped bore can be provided which has a larger and a smaller diameter in the axial direction (directly) one behind the other.
- the different diameters preferably merge into one another as gently as possible via corresponding rounded edges in order not to damage the deformable locking element during assembly and not to generate unnecessarily high material stresses in the contact area with the second bearing in the installed state.
- the system can thus be designed to be self-locking or self-locking.
- the opening is designed as a conical bore section.
- the angle of the cone is between 5 ° and 60 °, preferably between 10 ° and 50 °, based on the longitudinal axis of the axis or based on the center axis of the opening.
- the opening can be designed as a conical bore section or as a bore with an integrally formed bevel, wherein the bevel or the cone can preferably extend from an end face of the second bearing to the (smallest) bore section.
- Such a bevel or such a cone can be produced particularly favorably in terms of production technology and the function corresponds to that of the previously described conical bore section.
- the axle has symmetrically designed and / or arranged radial circumferential grooves at its two ends.
- the axes designed in this way can thus be in both positions, i.e. H. can be fixed in the housing either with the first end or the second end, without causing a manufacturing error.
- the axles can be pressed, glued, screwed and / or injected into the pump housing. All suitable manufacturing processes known in the prior art are available for this purpose.
- the groove has at least partially rounded edges.
- the rounded edges facilitate the assembly (the at least partial penetration into the groove) of the deformable locking element and prevent damage to the locking element from sharp edges.
- all edges of the groove can optionally be rounded or only those with which the deformable locking element comes into contact during assembly or disassembly.
- the blocking element consists at least partially of an elastomer.
- Suitable elastomers for use in a heating and / or cooling circuit are, for example, HNBR or EPDM. These can be used advantageously for axes with a diameter of 3-10 mm and especially for axes with a diameter of 6-8 mm.
- locking elements made of spring steel can also be used.
- Such locking elements can for example be formed from a helically wound wire, the turns of which lie against one another.
- Such a locking element can be temporarily expanded radially for assembly in the groove of the axle, similar to a ring of a key ring, without it experiencing a plastic deformation.
- the locking element consists of an incompressible material. While the invention can already be implemented with compressible and foamed elastomers, provided they have sufficient strength or hardness (e.g. Shore hardness), it is even more favorable if the selected elastomer is incompressible. In this case, the deformable locking element can be moved particularly effectively into the groove by the radial forces exerted by the second bearing and thus ensure a particularly secure hold of the second bearing on the axle.
- a preferred exemplary embodiment of the present invention provides for the second bearing to consist of a ceramic material.
- the second bearing can thus form a particularly smooth and low-friction contact point with the rotor.
- the contact point In addition to the low coefficient of friction, the contact point also has a particularly high wear resistance.
- the fluid pump designed in this way is therefore particularly low-wear, energy-saving and durable.
- the increased surface roughness between the deformable locking element and the second bearing prevents inadvertent rotation of the second bearing relative to the deformable locking element while the fluid pump is in operation.
- Such a permanent relative movement between the two components would increase in the long term unnecessary wear thus lead to premature wear on one of the components or even on both components. However, this can reliably be prevented.
- the second bearing consists of a plastic material.
- Thermosetting plastics and thermoplastics are preferably used as plastic materials. Unreinforced thermosets, reinforced thermoplastics or thermoset-bound graphites can be used particularly advantageously for the present invention. Such plastic materials can be used if, for example, only small axial forces have to be supported.
- the second bearing consists of a metallic material. If the fluid pump is to be used, for example, at very high temperatures, it can be advantageous to manufacture the second bearing from metal. Metals have a higher hardness than plastics, are temperature-resistant and can be processed cheaply into second bearings. This can be done by punching, exciting processes or the sintering of powder metals. Alternatively, the metals can also be processed using a metal injection process, also known as metal injection molding (MIM).
- MIM metal injection molding
- Metallic materials also have a relatively large surface roughness in the untreated state, which prevents unintentional relative movement between the second bearing and the deformable locking element.
- a rotary brake can advantageously be arranged between the second bearing and the locking element.
- a rotary brake can be formed, for example, by radial webs on the contact surface of the second bearing to the deformable locking element or by targeted formation of burrs or roughness on punched metallic second bearings.
- burrs there is also the possibility of forming depressions or notches in the metal during punching, which then engage positively in the locking element, which is shaped complementarily to it, and thereby act as a rotary brake. In this way, an unintentional relative movement between the deformable locking element and the second bearing can be reliably avoided.
- a method for producing a fluid pump contributes to the solution of the stated problem Heating circuit of a motor vehicle, in which the fluid pump has a rotor which has an impeller and which can be rotated about an axis fixedly arranged in terms of rotation.
- the method is characterized, for example, in that the first end of the axis is fixed in a housing of the pump, the rotor is pushed onto the axis, then the second bearing is pushed onto the axis, and (then or later) the rotor and the second bearing is axially secured by a deformable locking element inserted into a groove in the axle.
- the fluid pump can be installed and also dismantled again in a particularly simple manner, since it is only necessary to remove the deformable locking element in order to be able to dismantle the remaining components of the fluid pump.
- the method can be implemented in particular with the fluid pump presented here and vice versa.
- the explanations of the configurations of the fluid pump or its assembly can also be used here to further specify the method.
- a fluid pump 1 according to the invention is shown in an axial sectional view.
- the fluid pump 1 comprises a pump housing 2 with an inlet connection 3 and an outlet connection 4.
- a stator 5 is arranged in the pump housing 2 and is separated from the liquid-carrying area of the fluid pump 1 by a wall or a hood 6.
- An axle 7 is fixedly mounted in the hood 6.
- a rotor 8, which is connected to an impeller 9 and is mounted by means of a first bearing 10 in FIG radial direction to the axis 7 is supported and guided.
- fluid is sucked in via the inlet connector 3 and deflected in the direction of the outlet connector 4 by the rotating vanes of the impeller 9.
- the impeller 9 generates an axial force in the direction of the arrow 11.
- a second bearing 12 is arranged on the axis 7 to absorb the axial force and to support it.
- the second bearing 12 is disk-shaped and is used for the axial support of the impeller 9 and at the same time for introducing the axial force into the axis 7.
- a deformable locking element 13 is provided at a free end 15 of the axis 7 in a groove 14.
- the deformable locking element 13 is designed as an O-ring which is inserted into the upper groove 14 and has a high coefficient of friction with respect to the axis 7 and the second bearing 12.
- the axis 7 can have a further groove opposite at the mounted end 23, via which the axis 7 is secured in the hood 6, it being possible for the two grooves to be identical.
- the axis 7 is symmetrical and has two circumferential grooves 14 so that incorrectly positioned installation of the axis 7 is not possible.
- the Figure 2 shows an enlarged representation of another embodiment according to the invention, in which the axis 7 has a conical or trapezoidal groove 14.
- the deformable locking element 13 is used, which is designed as an elastomer O-ring.
- the impeller 9 exerts an axial force (arrow 11) on the second bearing 12 via the first bearing 10.
- the second bearing 12 is ring-shaped and has a cylindrical bore section 16, a conical bore section 17 and an upper edge 18.
- the cylindrical bore section 16 and the conical bore section 17 form an opening 19 through which the axis 7 protrudes. If the second bearing 12 is now moved in the direction of the arrow 11 due to the axial force, the conical bore section 17 first comes into contact with the deformable locking element 13.
- the axial force is deflected via the conical bore section 17 in a radial direction acting at right angles thereto and presses the deformable locking element 13 into the groove 14 with increasing movement of the second bearing 12 in the direction of arrow 11 in the radial direction the axial force, the greater the holding force of the locking element 13 pressed into the groove 14. Since the deformable locking element 13 is designed as an incompressible O-ring, and If the cross-sectional area of the O-ring is larger than that of the associated groove 14, the O-ring always protrudes beyond the groove 14 in the installed state, via which the axial forces of the impeller 9 can be introduced into the axle 7.
- FIG 3a Another embodiment of the invention of a second bearing 12 is shown in a partial axial sectional view.
- the second bearing 12 is in turn annular with an opening 19 and encloses the axis 7.
- a deformable locking element 13 is pressed by the second bearing 12 in the radial direction 20 into the groove 14.
- the opening 19 is designed as a conical bore section 16.
- the cone used is open at an angle 22 in the direction of the free end 15. This means that an opening cross section of the opening 19 in the area of the upper edge 18 is larger than the opening cross section of the opening 19 in the area of a lower edge 21.
- the opening cross section is viewed in a plane whose normal direction is aligned parallel to the longitudinal axis of the axis 7.
- the opening 19 in the area of the lower edge 21 can be slightly oversized relative to the axis 7. This excess makes it easier to attach the second bearing to the axle 7 and can be compensated for by compensating for tolerances of the deformable locking element 13.
- the Figure 3b shows a further embodiment in which the second bearing 12 has an opening 19 which is designed as a cylindrical bore section 16 in the lower region.
- this cylindrical bore section 16 ends before it reaches the upper edge 18, whereby a free-form, flat, for example dome-shaped transition is provided to overcome a diameter jump from the smaller diameter in the area of the lower edge 21 to the larger diameter in the area of the upper edge 18, which is contoured so that the locking element 13 is tightly enclosed by the latter and is pressed into the groove 14 with increasing movement of the second bearing 12 in the direction of the arrow 11.
- FIG 4 Another embodiment is shown in which the groove 14 has rounded edges.
- the edges are rounded with a radius R, so that the locking element 13 can be installed or removed easily and without damage.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidpumpe mit einem elektrischen Antrieb, insbesondere eine Fluidpumpe für einen Kühl- und/oder Heizkreislauf eines Kraftfahrzeugs, mit einem Stator, einer mit einem Pumpengehäuse verbundenen Achse und einem auf der Achse angeordneten Rotor, der ein Flügelrad aufweist und mittels eines radial wirkenden ersten Lagers auf der Achse gelagert ist, wobei die Achse, der Stator und der Rotor im Pumpengehäuse angeordnet sind und die Achse an einem freien Ende am Außenumfang eine radial umlaufende Nut aufweist.
- Elektrisch angetriebene Fluidpumpen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. So findet sich in der
DE 4411960 A1 eine ausführliche Beschreibung einer solchen Pumpe. Die dort dargestellte Pumpe besitzt einen glockenförmigen Rotor, in dessen zylindrischen Innenraum der Stator eingreift. Eine rohr-bzw. becherförmige Wandung verläuft zwischen Rotor und Stator, wobei am Boden des Bechers eine Achse eingelassen ist, um die der Rotor drehbar gelagert ist. - Weiterhin ist aus der
EP 22 73123 A1 eine elektrische Kfz-Kühlmittelpumpe zur Kühlung eines Kfz-Verbrennungsmotors bekannt. Diese Kühlmittelpumpe weist eine Spalttopf-MotorAnordnung auf, bei der ein Rotor mit den Schaufeln und einer Gleitlagerhülse auf einer feststehenden metallischen Achse gelagert ist. Die Pumpenschaufeln des Rotors sind dabei axial im Bereich der Gleitlagerhülse angeordnet. An einem distalen Ende der Achse ist dabei ein metallischer Anschlagring angeordnet, der mit der Achse verschweißt ist. Der verschweißte Anschlagring dient zur axialen Fixierung des Rotors. - Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist, dass der Rotor bei der Montage dauerhaft auf der Achse fixiert wird. Ein nachträglicher Tausch des Rotors oder eine Instandsetzung der Lagerung ist damit nicht oder nur erschwert möglich. Zudem ist bei der Fertigung ein relativ aufwändiges thermisches Fügeverfahren, dass beispielsweise mit einem unerwünschten Wärmeeintrag in das Bauteil und Schweissspritzern einhergehen kann, erforderlich und zur Demontage müssen Bauteile beschädigt werden.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine Fluidpumpe anzugeben, die einfach zu fertigen ist, bessere akustische Eigenschaften aufweist und bei Bedarf, einfach instandgesetzt werden kann und/oder in einfacher Weise an unterschiedliche Einsatzbedingungen adaptierbar ist.
- Zur Lösung dieser Aufgabe(n) trägt eine Fluidpumpe oder ein Herstellungsverfahren für eine Fluidpumpe gemäß den unabhängig formulierten Patentansprüchen bei. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher erläutert und präzisiert, wobei weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt werden.
- Hierzu trägt eine Fluidpumpe mit einem elektrischen Antrieb, insbesondere eine Fluidpumpe für einen Kühl- und/oder Heizkreislauf eines Kraftfahrzeugs bei, welche zumindest einen Stator, eine mit einem Pumpengehäuse verbundene Achse und eine auf der Achse angeordneten Rotor hat. Der Rotor weist ein Flügelrad auf und ist mittels eines radial wirkenden ersten Lagers auf der Achse gelagert.
- Die Achse, der Stator und der Rotor sind im Pumpengehäuse angeordnet, wobei die Achse an einem freien Ende am Außenumfang eine radiale Nut aufweist. In der Nut ist ein deformierbares Sperrelement angeordnet. Weiter ist zwischen dem Sperrelement und dem Rotor ein axial wirkendes zweites Lager für den Rotor angeordnet, wobei das zweite Lager dazu ausgebildet ist, eine vom Rotor erzeugte axial wirkende Kraft über das deformierbare Sperrelement in die Achse einzuleiten.
- Es wurde erkannt, dass ein zweites axial wirkendes Lager in besonders vorteilhafter Weise mittels eines deformierbaren Sperrelements in axialer Richtung festgelegt werden kann. Die Deformierbarkeit im Sinne der vorliegenden Erfindung kann wahlweise eine plastische oder eine elastische des Sperrelements sein. Dazu ist das deformierbare Sperrelement in einer Nut angeordnet, die sich am Außenumfang der Achse und in deren radialer Richtung erstreckt. Die so gestaltete Fluidpumpe kann in besonders einfacher Weise montiert werden, indem bei der Montage zuerst der Rotor zusammen mit dem ersten Lager auf die Achse aufgesteckt wird. Danach erfolgt die Montage des zweiten Lagers, welches verhindert, dass der Rotor in axialer Richtung von der Achse abgezogen werden kann. Schließlich wird im letzten Schritt das zweite Lager durch das einfache Einsetzen des deformierbaren Sperrelements in die Nut in axialer Richtung festgelegt. Würde man das Sperrelement in radialer Richtung einsetzen wollen, käme es zu einer Kollision mit den Flügeln des Pumpenrades oder die Geometrie der Flügelräder müsste entsprechend gekürzt werden. Mit der vorliegenden Erfindung wird nun aber in Verbindung mit den anderen genannten Vorteilen der Erfindung auch eine besonders einfache axiale Montage ermöglicht.
- Die vom Rotor während des Pumpenbetriebs erzeugten axialen Kräfte können damit vom Rotor über die Lager- bzw. Kontaktstelle mit dem zweiten Lager, das nicht deformierbar ausgestaltet ist, über die Kontaktstelle des zweiten Lagers mit dem deformierbaren Sperrelement auf das deformierbare Sperrelement weitergeleitet werden, bevor das deformierbare Sperrelement die Axialkräfte über die Nut in die Achse einleitet.
Im Fall einer Instandsetzung muss lediglich das deformierbare Sperrelement entnommen werden, um die Fluidpumpe wieder in ihre einzelnen Bestandteile zerlegen zu können. Hierdurch ist ein einfacher Zugang zu den Lagerstellen oder beispielsweise ein einfacher Austausch des Rotor bzw. des Pumpenrades möglich. - Zudem können der Rotor und das zweite Lager durch das deformierbare Sperrelement akustisch von der Achse entkoppelt werden, wodurch die Geräuschbildung im Betriebszustand positiv beeinflusst, d.h. reduziert wird. Außerdem können derart aufgebaute Fluidpumpen nach Art eines Baukastenprinzips in besonders einfacher Weise variiert und an die jeweiligen Einsatzbedingungen adaptiert werden. So können bei geringen Belastungen einzelne oder alle Bauteile, wie Gehäuse, Pumpenrad, Rotor oder das zweite Lager aus Kunststoff hergestellt und verwendet werden. Ferner können diese Bauteile beispielsweise bei höheren thermischen Belastungen je nach Bedarf durch Bauteile aus Metall oder Keramik ersetzt werden. Hierdurch können mittels des Baukastenprinzips verschiedenste Varianten der Fluidpumpen dargestellt werden. Nicht zuletzt auch durch die Vermeidung eines Wärmeeintrags bei der Fertigung der Fluidpumpe, ist es möglich Kunststoffe für die Bauteile zu verwenden.
- Das zweite Lager kann einen Durchbruch zur Aufnahme der Achse aufweisen. In diesem Fall kann das zweite Lager bei der Montage in besonders einfacher Weise auf die Achse aufgesteckt werden, wobei die Achse dann durch den Durchbruch hindurchragen kann.
- Für eine besonders zuverlässige Übertragung der Axialkräfte kann zudem vorgesehen sein, dass der Durchbruch in axialer Richtung der Achse unterschiedlich große Öffnungsquerschnitte aufweist. Durch die unterschiedlich großen Öffnungsquerschnitte des Durchbruchs im zweiten Lager ist es möglich eine in radialer Richtung zur Achse wirkende Kraft vom zweiten Lager auf das deformierbare Sperrelement auszuüben. Hierdurch kann erreicht werden, dass eine in das zweite Lager eingeleitete Axialkraft in eine radiale Kraft umgelenkt wird und mittels dieser Radialkraft das deformierbare Sperrelement in Richtung der Nut gedrückt wird. Je größer folglich die vom Rotor über das zweite Lager ausgeübte Axialkraft ist, desto größer wird die radiale Antriebskraft, welche das deformierbare Sperrelement in der Nut hält. Ist der Durchbruch zudem kreisförmig ausgebildet, kann sich das zweite Lager im verbauten Zustand am deformierbaren Sperrlement selbstzentrieren. Während beispielsweise bei einem mit der Welle verschweißten Anschlagring, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, der Nachteil besteht, dass dieser Anschlagring nicht zentrisch auf der Achse sitzt und zudem durch den ungleichmäßigen Wärmeeintrag des Schweissvorgangs in einer zur Achse geneigten Position fixiert ist, ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Selbstzentrierung des zweiten Lagers auf dem deformierbaren Sperrelement. Gleichzeitig richtet sich die Lagerfläche des zweiten Lagers automatisch rechtwinklig zur Längsachse der Achse aus.
- Weiterhin kann das deformierbare Sperrelement sogar Lageabweichungen des Pumpenrades kompensieren, die durch Toleranzen zwischen dem ersten Lager und dem Pumpenrad hervorgerufen werden. Ist beispielsweise aufgrund der Toleranzen die Mittelachse Pumpenrads geringfügig gegenüber der Achse geneigt, so kann das zweite Lager diese Neigung über das deformierbare Sperrelement ausgleichen.
- Besonders günstig ist es dabei, wenn der Durchbruch als (stetiger bzw.) flächiger Übergang zwischen zwei unterschiedlich großen und axial zueinander beabstandeten Öffnungsquerschnitten ausgeführt ist.
- Bei einer weiteren besonders einfachen Ausführungsform kann beispielsweise eine einfache Stufenbohrung vorgesehen sein, die einen größeren und einen kleineren Durchmesser in Axialrichtung (unmittelbar) hintereinander aufweist. Vorzugsweise gehen die unterschiedlichen Durchmesser dabei über entsprechende Verrundungen der Sprungkanten möglichst sanft ineinander über, um das deformierbare Sperrelement bei der Montage nicht zu beschädigen und im verbauten Zustand keine unnötig großen Werkstoffspannungen im Kontaktbereich zum zweiten Lager zu erzeugen.
- Wählt man nun die Durchmesser so, dass die Öffnungsquerschnitte des Durchbruchs mit wachsendem Abstand vom freien Ende weg kleiner werden, so wächst die vom zweiten Lager in radialer Richtung auf das Sperrelement ausgeübte Kraftkomponente an, wenn das zweite Lager in Richtung des freien Endes bewegt wird. Das System kann dadurch selbstklemmend bzw. selbsthemmend ausgeführt sein.
- Es kann weiter vorgesehen sein, dass der Durchbruch als konischer Bohrungsabschnitt ausgeführt ist. Hierbei liegt der Winkel des Konus zwischen 5° und 60°, vorzugsweise zwischen 10° und 50°, bezogen auf die Längsachse der Achse bzw. bezogen auf die Zentrumsachse des Durchbruchs. Mittels eines Konus kann die ausgeübte Axialkraft besonders effektiv in eine radiale Kraft umgelenkt werden, um das deformierbare Sperrelement in die Nut zu drücken.
- Auf diese Weise können auch größere Axialkräfte problemlos aufgefangen werden.
- Der Durchbruch kann als konischer Bohrungsabschnitt oder als Bohrung mit angeformter Fase ausgeführt sein, wobei sich die Fase bzw. der Konusbevorzugt von einer Stirnseite des zweiten Lagers bis hin zum (kleinsten) Bohrungsabschnitt erstrecken kann. Eine solche Fase bzw. solcher Konus ist fertigungstechnisch besonders günstig herstellbar und die Funktion entspricht der des zuvor beschriebenen konischen Bohrungsabschnitts.
- Für eine sichere und zuverlässige Fertigung ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Achse an ihren beiden Enden symmetrisch ausgestaltete und/oder angeordnete radiale umlaufende Nuten aufweist. Die so gestalteten Achsen können damit in beiden Positionen, d. h. wahlweise mit dem ersten Ende oder dem zweiten Ende im Gehäuse fixiert werden, ohne dass es dadurch zu einem Fertigungsfehler kommt. Die Achsen können in das Pumpengehäuse eingepresst, eingeklebt, eingeschraubt und/oder eingespritzt werden. Hierzu stehen sämtliche im Stand der Technik bekannte und geeignete Fertigungsverfahren zu Verfügung.
- Um die Haltbarkeit des deformierbaren Sperrelements zu verbessern und/oder die Montage zu erleichtern, kann zudem in vorteilhafter Weise vorgesehen werden, dass die Nut zumindest teilweise verrundete Kanten aufweist. Die abgerundeten Kanten erleichtern die Montage (das zumindest teilweise Eindringen in die Nut) des deformierbaren Sperrelements und verhindern Beschädigungen des Sperrelements durch scharfe Kanten. Hierbei können wahlweise sämtliche Kanten der Nut verrundet sein oder auch nur solche mit denen das deformierbare Sperrelement während der Montage beziehungsweise der Demontage in Kontakt gelangt.
- Besonders günstige deformierbare Eigenschaften erreicht man, wenn das Sperrelement zumindest teilweise aus einem Elastomer besteht. Für den Einsatz in einem Heiz- und/oder Kühlkreislauf geeignete Elastomere sind beispielsweise HNBR oder EPDM. Diese können beispielsweise bei Achsen mit Durchmessern von 3-10 mm und insbesondere bei Achsen mit Durchmessern von 6-8 mm vorteilhaft eingesetzt werden.
- Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere bei größeren Achsdurchmessern, können auch Sperrelemente aus Federstahl eingesetzt werden. Solche Sperrelemente können beispielsweise aus einem schraubenförmig gewundenen Draht dessen Windungen aneinander anliegen, geformt sein. Ein solches Sperrelement kann zur Montage in die Nut der Achse, ähnlich einem Ring eines Schlüsselbundes, temporär radial aufgeweitet werden, ohne dass dieses eine plastische Deformation erfährt.
- Ganz besonders günstig ist es, wenn das Sperrelement aus einem inkompressiblen Werkstoff besteht. Während die Erfindung bereits mit kompressiblen und geschäumten Elastomeren realisierbar ist, sofern diese eine ausreichende Festigkeit bzw. Härte (z.B. Shorehärte) aufweisen, ist es nochmals günstiger, wenn das gewählte Elastomer inkompressibel ist. In diesem Fall kann das deformierbare Sperrelement durch die vom zweiten Lager ausgeübten radialen Kräfte besonders effektiv in die Nut hinein bewegt werden und somit für einen besonders sicheren Halt des zweiten Lagers auf der Achse Sorge tragen.
- Für besonders langlebige Fluidpumpen ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass das zweite Lager aus einem keramischen Werkstoff besteht. Das zweite Lager kann somit eine besonders glatte und reibungsarme Kontaktstelle zum Rotor ausbilden. Die Kontaktstelle weist neben dem niedrigen Reibungskoeffizienten gleichzeitig eine besonders hohe Verschleißfestigkeit auf. Die so gestaltete Fluidpumpe ist daher besonders verschleißarm, energiesparend und langlebig. Bei der Herstellung des zweiten Lagers aus einem keramischen Werkstoff kann neben der reibungsarmen Kontaktstelle zum Rotor zusätzlich eine Anlagefläche, die im Kontakt mit dem deformierbaren Sperrelement steht, mit einer erhöhten Rauhigkeit gestaltet werden. Die erhöhte Oberflächenrauhigkeit zwischen dem deformierbaren Sperrelement und dem zweiten Lager verhindert während des laufenden Betriebs der Fluidpumpe ein unbeabsichtigtes Verdrehen des zweiten Lagers relativ zum deformierbaren Sperrelement. Eine derartige dauerhafte Relativbewegung zwischen beiden Bauteilen würde langfristig zu einer unnötigen Abnutzung somit einem vorzeitigen Verschleiß an einem der Bauteile oder sogar an beiden Bauteilen führen. Dies kann damit jedoch zuverlässig verhindert werden.
- Bei einer weiteren besonders preiswerten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zweite Lager aus einem Kunststoffwerkstoff besteht. Dabei kommen als Kunststoffwerkstoffe vorzugsweise Duroplast und Thermoplaste zur Anwendung. Insbesondere vorteilhaft können unverstärkte Duroplaste, verstärkte Thermoplaste oder duroplastgebundene Graphite für die vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Solche Kunststoffwerkstoffe können verwendet werden, wenn beispielsweise nur geringe axiale Kräfte abgestützt werden müssen.
- Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zweite Lager aus einem metallischen Werkstoff besteht. Soll die Fluidpumpe beispielsweise bei sehr hohen Temperaturen eingesetzt werden, kann es vorteilhaft sein das zweite Lager aus Metall zu fertigen. Metalle weisen eine höhere Härte als Kunststoffe auf, sind temperaturbeständig und können günstig zu zweiten Lagern verarbeitet werden. Dies kann etwa durch Stanzen, spannende Verfahren oder dem Sintern von Pulvermetallen geschehen. Alternativ können die Metalle auch mittels einer Metall-Einspritz-Verfahrens, auch bekannt als Metal-Injection-Moulding (MIM) verarbeitet werden.
- Metallische Werkstoffe haben zudem im unbehandelten Zustand eine relativ große Oberflächenrauhigkeit, durch die eine unbeabsichtigte Relativbewegung zwischen dem zweiten Lager und verformbarem Sperrelement vermieden wird.
- Für eine zusätzliche Verhinderung dieser Relativbewegung kann vorteilhafter Weise zwischen dem zweiten Lager und dem Sperrelement eine Drehbremse angeordnet sein. Eine solche Drehbremse kann beispielsweise durch radial Stege auf der Anlagefläche des zweiten Lagers zum deformierbaren Sperrelement oder durch gezielte Gratbildung oder Rauheiten an gestanzten metallischen zweiten Lagern ausgebildet sein. Neben der Gratbildung besteht beim Stanzen auch die Möglichkeit Vertiefungen oder Ausklinkungen im Metall auszubilden, die dann formschlüssig in das dazu komplementär geformte Sperrelement eingreifen und dadurch als Drehbremse wirken. Hierdurch kann eine unbeabsichtigte Relativbewegung zwischen dem deformierbaren Sperrelement und dem zweiten Lager zuverlässig vermieden werden.
- Weiterhin trägt zur Lösung der genannten Aufgabenstellung ein Verfahren zur Herstellung einer Fluidpumpe, insbesondere einer Flüssigkeitspumpe für einen Kühl- und/oder Heizkreislauf eines Kraftfahrzeugs bei, bei dem die Fluidpumpe einen ein Flügelrad aufweisenden Rotor besitzt, der um eine drehfest angeordnete Achse rotierbar ist. Das Verfahren zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, dass die Achse mit ihrem ersten Ende in einem Gehäuse der Pumpe fixiert wird, der Rotor auf die Achse aufgeschoben wird, danach das zweite Lager auf die Achse aufgeschoben wird, und (anschließend bzw. später) der Rotor und das zweite Lager durch ein in eine Nut der Achse eingesetztes und deformierbares Sperrelement axial gesichert wird. Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren kann die Fluidpumpe besonders einfach montiert und auch wieder demontiert werden, da es lediglich erforderlich ist, das deformierbare Sperrelement zu entnehmen, um die übrigen Bestandteile der Fluidpumpe demontieren zu können.
- Das Verfahren lässt sich insbesondere mit der hier vorgestellten Fluidpumpe realisieren und umgekehrt. Die Erläuterungen zu den Ausgestaltungen der Fluidpumpe bzw. deren Montage können hier ebenfalls zur weiteren Spezifizierung des Verfahrens herangezogen werden.
- Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, auf die sie jedoch nicht beschränkt ist. In der Zeichnung zeigt:
- Fig.1:
- eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Fluidpumpe;
- Fig. 2:
- eine Schnittansicht durch ein zweites Lager mit deformierbarem Sperrelement;
- Fig. 3a:
- eine erste Ausführungsform eines zweiten Lagers;
- Fig. 3b:
- eine zweite Ausführungsform eines zweiten Lagers; und
- Fig. 4:
- eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform mit verrundeter Nut.
- In
Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Fluidpumpe 1 in einer axialen Schnittansicht dargestellt. Die Fluidpumpe 1 umfasst ein Pumpengehäuse 2 mit einem Zulaufstutzen 3 und einem Ablaufstutzen 4 auf. In dem Pumpengehäuse 2 ist ein Stator 5 angeordnet, der durch eine Wand bzw. eine Haube 6 vom flüssigkeitsführenden Bereich der Fluidpumpe 1 getrennt ist. In der Haube 6 ist eine Achse 7 feststehend montiert. Auf der Achse 7 ist ein Rotor 8 montiert, der mit einem Flügelrad 9 verbunden ist und mittels eines ersten Lagers 10 in radialer Richtung zur Achse 7 gelagert und geführt ist. Während des Betriebs der Fluidpumpe 1 wird Fluid über den Zulaufstutzen 3 angesaugt und durch die rotierenden Flügel des Flügelrads 9 in Richtung des Ablaufstutzens 4 umgelenkt. Dabei erzeugt das Flügelrad 9 eine Axialkraft in Richtung des Pfeils 11. Zur Aufnahme der Axialkraft und deren Abstützung ist ein zweites Lager 12 auf der Achse 7 angeordnet. Das zweite Lager 12 ist scheibenförmig ausgebildet und dient zur axialen Lagerung des Flügelrads 9 und gleichzeitig zur Einleitung der Axialkraft in die Achse 7. Hierzu ist ein deformierbares Sperrelement 13 an einem freien Ende 15 der Achse 7 in einer Nut 14 vorgesehen. Das deformierbare Sperrelement 13 ist bei der gezeigten Ausführungsform als O-Ring ausgebildet, der in die obere Nut 14 eingesetzt ist und einen hohen Reibwert gegenüber der Achse 7 und dem zweiten Lager 12 besitzt. Die Achse 7 kann gegenüberliegend am montierten Ende 23 eine weitere Nut aufweisen, über die die Achse 7 in der Haube 6 gesichert ist, wobei die beiden Nuten gleich ausgeführt sein können. - Gut erkennbar ist hierbei, dass die Achse 7 symmetrisch ausgebildet ist und über zwei umlaufende Nuten 14 verfügt, sodass ein falsch positionierter Einbau der Achse 7 nicht möglich ist.
- Die
Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der die Achse 7 eine konisch bzw. trapezförmig zulaufende Nut 14 aufweist. In der Nut 14 ist das deformierbare Sperrelement 13 eingesetzt, dass als elastomerer O-Ring ausgebildet ist. Das Flügelrad 9 übt über das erste Lager 10 eine Axialkraft (Pfeil 11) auf das zweite Lager 12 aus. Das zweite Lager 12 ist ringförmig gestaltet und weist einen zylindrischen Bohrungsabschnitt 16, einen konischen Bohrungsabschnitt17 und eine Oberkante 18 auf. Der zylindrische Bohrungsabschnitt 16 und der konische Bohrungsabschnitt 17 bilden einen Durchbruch 19 durch den die Achse 7 hindurch ragt. Wird nun das zweite Lager 12 aufgrund der Axialkraft in Richtung des Pfeils 11 bewegt, gelangt zunächst der konische Bohrungsabschnitt 17 in Anlage zu dem deformierbaren Sperrelement 13. - Mit dem Erreichen dieses Kontaktzustands wird die Axialkraft über den konischen Bohrungsabschnitt 17 in eine rechtwinklig dazu wirkende radiale Richtung umgelenkt und presst das deformierbare Sperrelement 13 mit zunehmender Bewegung des zweiten Lagers 12 in Richtung des Pfeils 11 in radialer Richtung in die Nut 14. Je größer folglich die Axialkraft ist, desto größer wird die Haltekraft des in die Nut 14 eingepressten Sperrelements 13. Da das deformierbare Sperrelement 13 als inkompressibler O-Ring ausgebildet ist, und die Querschnittsfläche des O-Rings größer als die der zugehörigen Nut 14 ist, verbleibt im verbauten Zustand stets ein Überstand des O-Rings über die Nut 14 über welchen die axialen Kräfte des Flügelrads 9 in die Achse 7 eingeleitet werden können.
- In
Figur 3a ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines zweiten Lagers 12 in einer teilweisen axialen Schnittdarstellung gezeigt. Das zweite Lager 12 ist wiederum ringförmig mit einem Durchbruch 19 ausgebildet und umschließt die Achse 7. Zwischen der Achse 7 und dem zweiten Lager 12 wird ein deformierbares Sperrelement 13 vom zweiten Lager 12 in radialer Richtung 20 in die Nut 14 gepresst. Der Durchbruch 19 ist bei dieser Ausführungsform als konischer Bohrungsabschnitt 16 ausgeführt. Der verwendete Konus ist mit einem Winkel 22 in Richtung des freien Endes 15 geöffnet. Dies bedeutet, dass ein Öffnungsquerschnitt des Durchbruchs 19 im Bereich der Oberkante 18 größer ist als der Öffnungsquerschnitt des Durchbruchs 19 im Bereich einer Unterkante 21. Der Öffnungsquerschnitt wird dabei in einer Ebene betrachtet, deren normalen Richtung parallel zur Längsachse der Achse 7 ausgerichtet ist. Im Sinne der möglichst einfachen Montage kann der Durchbruch 19 im Bereich der Unterkante 21 ein leichtes Übermaß gegenüber der Achse 7 aufweisen. Dieses Übermaß erleichtert das Aufstecken des zweiten Lagers auf die Achse 7 und kann über den Toleranzausgleich des deformierbaren Sperrelements 13 ausgeglichen werden. - Die
Figur 3b zeigt eine weitere Ausführungsform bei der das zweite Lager 12 einen Durchbruch 19 aufweist, der im unteren Bereich als zylindrischer Bohrungsabschnitt 16 ausgeführt ist. Dieser zylindrische Bohrungsabschnitt 16 endet jedoch vor dem Erreichen der Oberkante 18, wobei zur Überwindung eines Durchmessersprungs vom kleineren Durchmesser im Bereich der Unterkante 21 auf den größeren Durchmesser im Bereich der Oberkante 18 ein freigeformter flächiger, beispielsweise kalottenförmiger Übergang vorgesehen ist, der so konturiert ist, dass das Sperrelement 13 von diesem eng umschlossen wird und mit zunehmender Bewegung des zweiten Lagers 12 in Richtung des Pfeils 11 in die Nut 14 verpresst wird. - Schließlich ist in
Figur 4 noch eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Nut 14 verrundete Kanten besitzt. Die Kanten sind dabei mit einem Radius R verrundet, sodass eine Montage bzw. Demontage des Sperrelements 13 einfach und beschädigungsfrei erfolgen kann. -
- 1
- Fluidpumpe
- 2
- Pumpengehäuse
- 3
- Zulaufstutzen
- 4
- Ablaufstutzen
- 5
- Stator
- 6
- Haube
- 7
- Achse
- 8
- Rotor
- 9
- Flügelrad
- 10
- erstes Lager
- 11
- Pfeil
- 12
- zweites Lager
- 13
- Sperrelement
- 14
- Nut
- 15
- freies Ende
- 16
- zylindrischer Bohrungsabschnitt
- 17
- konischer Bohrungsabschnitt
- 18
- Oberkante
- 19
- Durchbruch
- 20
- radiale Richtung
- 21
- Unterkante
- 22
- Winkel
- 23
- montiertes Ende
- R
- Radius
Claims (11)
- Fluidpumpe (1) mit einem elektrischen Antrieb, insbesondere eine Fluidpumpe (1) für einen Kühl- und/oder Heizkreislauf eines Kraftfahrzeugs, mit einem Stator (5), einer mit einem Pumpengehäuse (2) verbundenen Achse (7) und einem auf der Achse (7) angeordneten Rotor (8), der ein Flügelrad (9) aufweist und mittels eines radial wirkenden ersten Lagers (10) auf der Achse (7) gelagert ist, wobei die Achse (7), der Stator (5) und der Rotor (8) im Pumpengehäuse (2) angeordnet sind und die Achse (7) an einem freien Ende (15) eine umlaufende Nut (14) aufweist, wobei in der Nut (14) ein deformierbares Sperrelement (13) und zwischen dem Sperrelement (13) und dem Rotor (8) ein axial wirkendes zweites Lager (12) für den Rotor (8) angeordnet ist, und wobei das zweite Lager (12) dazu ausgebildet ist, eine vom Rotor (8) erzeugte axial wirkende Kraft (11) über das deformierbare Sperrelement (13) in die Achse (7) einzuleiten.
- Fluidpumpe (1) nach Anspruch 1, wobei das zweite Lager (12) einen Durchbruch (19) zur Aufnahme der drehfesten Achse (7) aufweist und der Durchbruch (19) über dessen Verlauf entlang der axialen Richtung der Achse (7) unterschiedlich große Öffnungsquerschnitte aufweist.
- Fluidpumpe (1) nach Anspruch 2, wobei die Öffnungsquerschnitte des Durchbruchs (19) mit wachsendem Abstand vom freien Ende (15) kleiner werden.
- Fluidpumpe (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Durchbruch als konischer Bohrungsabschnitt (16) ausgeführt ist.
- Fluidpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sperrelement (13) zumindest teilweise aus einem Elastomer besteht.
- Fluidpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sperrelement (13) aus einem inkompressiblen Werkstoff besteht.
- Fluidpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Lager (12) aus einem keramischen Werkstoff besteht.
- Fluidpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Lager (12) aus einem Kunststoffwerkstoff besteht.
- Fluidpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Lager (12) aus einem metallischen Werkstoff besteht.
- Fluidpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem zweiten Lager (12) und dem Sperrelement (13) eine Drehbremse angeordnet ist.
- Verfahren zur Herstellung einer Fluidpumpe (1), wobei die Fluidpumpe (1) einen ein Flügelrad aufweisenden Rotor besitzt, der um eine drehfest angeordnete Achse rotierbar ist, wobei die Achse mit ihrem ersten Ende in einem Gehäuse der Pumpe fixiert wird, der Rotor (8) auf die Achse aufgeschoben wird, danach das zweite Lager auf die Achse aufgeschoben wird, und anschließend der Rotor (8) und das zweite Lager durch ein in eine Nut der Achse eingesetztes und deformierbares Sperrelement axial gesichert wird.
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