JP2008545095A - ウォータポンプ羽根車 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関の冷却媒体ポンプのために特定されるプラスチックから成る羽根車（１）に関する。マルチピースの構造を有する羽根車（１）は、偏向羽根（６）ならびにボス（４）とワンピースに結合された背壁（３）と、組み込まれた状態で偏向羽根（６）の端面を部分的に覆う別個の成形ディスク（７）とを有している。素材結合により、構成部分、背壁（３）と成形ディスク（７）とは位置固定されている。

Description

発明の分野
本発明の対象は、プラスチックから成る羽根車、特に内燃機関の冷却媒体ポンプのために特定されるプラスチックから成る羽根車である。射出成形部品として構成された羽根車は、中心にボスを備えた背壁もしくはベースを有する。ボスを介して羽根車は軸に装着されている。背壁の端面にはワンピースに偏向羽根が設けられている。偏向羽根は、背壁とは反対側の端面で、部分的に成形ディスクにより覆われる。これにより、個々の偏向羽根もしくは背壁および成形ディスクにより画定されている中空チャンバが、羽根車内に形成される。

発明の背景
内燃機関の冷却媒体ポンプのための羽根車は、安価に製作可能な、重量面で最適化された構成部品を得るために、有利にはプラスチックから製作される。これらの冷却媒体ポンプの羽根車は有利には、冷却媒体が軸方向で流入し、偏向されて半径方向で羽根車から流出するように設計されている。このために羽根車には、ラジアル、つまり半径方向でまたはアキシャル−ラジアル、つまり軸方向−半径方向で湾曲して構成された多数の偏向羽根が設けられている。偏向羽根は羽根車の背壁にワンピースに結合されている。

前述の構造形式の羽根車は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８３９８６０号明細書から公知である。冷却媒体ポンプの羽根車と駆動軸との間の形状結合（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：形状による束縛）式の結合を達成するために、羽根車の中央区分は、軸方向に突出した、多角形横断面を有する柱体を有している。組み込まれた状態で、柱体は形状結合式に、別個のねじまたはポンプ軸の、端面側の受容部に係入する。受容部の横断面はその際、軸方向で突出した柱体の横断面に一致する。欠点として、多数の個別部品を有する羽根車は、高められた組立手間を要する。

発明の課題
本発明の課題は、コスト面で最適化され、改善された強度を有し、かつ大きな組立手間を要しないプラスチックから成る羽根車を提供することである。

発明の要旨
上記課題は本発明により、独立請求項１，２，１１に記載の特徴により解決される。つまり、上記課題を解決した本発明の構成によれば、プラスチックから成る羽根車、特に内燃機関の冷却媒体ポンプのために特定されるプラスチックから成る羽根車であって、当該羽根車が、軸に装着するためのボスと、偏向羽根を有する背壁とを備えた射出成形部品として構成されており、前記偏向羽根が端面側で成形ディスクにより覆われている形式のものにおいて、当該羽根車がマルチピースの構造を有しており、その別個に製作された構成部品、少なくとも背壁と成形ディスクとが素材結合式に接合されており、材料として、熱可塑性のプラスチック、シンジオタクチックポリスチレンＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０が用いられているか、または当該羽根車が、ワンピースの、アンダカットを有する構造を有しており、その製作のためにスライド型が使用され、材料として、熱可塑性のプラスチック、シンジオタクチックポリスチレンＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０が用いられているようにした。さらに、上記課題を解決した本発明の方法によれば、請求項１記載のマルチピースの羽根車を製作する方法において、ボスおよび偏向羽根を含む背壁ならびに成形ディスクを別個の射出成形工程で製作し、偏向羽根の、軸方向で突出した凸部と、成形ディスクの、対応する凹部との間の接合領域における少なくとも一方の接触域を接着剤で濡らし、素材結合を達成するために、構成部品、背壁と成形ディスクとを組み合わせて押し合わせ、ボスの中心の孔内に別個のブシュを挿入し、接着剤により位置固定するようにした。

本発明に共通することは、熱可塑性のプラスチック、シンジオタクチックポリスチレン（ｓｙｎｄｉｏｔａｋｔｉｓｃｈｅｓ Ｐｏｌｙｓｔｙｒｏｌ：ＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０）の使用である。この安価な材料は冷却媒体ポンプの羽根車にとって理想的に使用可能である。その際、このプラスチックは、内燃機関で使用されるすべての冷却媒体に対して、低い割れ感受性との関連で改善された耐久性を有している。さらに、本発明による熱可塑性のプラスチックは、内燃機関内の冷却媒体の全温度スペクトルにわたって使用可能である。本発明によるシンジオタクチックポリスチレンＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０から成る羽根車に関する前述のポジティブな材料特性は、特別な配合により達成された。有利には、本発明により使用される熱可塑性のプラスチックは、既存の工具、すなわちプラスチック射出成形装置で加工可能である。これにより、材料変換は、新しいもしくは適合すべき工具に基づく製作コストに対する影響を有しない。材料ＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０は有利には、従来慣用のプラスチックで発生し、手間のかかるハイコストの工具コーティングを要求する工具腐食を阻止する。

本発明により使用されるシンジオタクチックポリスチレンは、注目に値する材料特性を有している。例えば極めて低い吸湿容量は技術的に簡単な加工を許可する。さらに、この材料は、極めて低い熱膨張係数の点で優れている。付加的に、ＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０は、良好な流動特性に基づいて、構成部品を射出成形法で薄い肉厚を有して製作することを可能にする。高い流動性を有する低粘度のプラスチックは、従来慣用のプラスチックに比して低い射出圧を必要とする。これにより、ＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０から成る羽根車は安価に、より低い閉鎖力を有する射出成形機で製作可能である。

ＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０の低い密度（≦１．３５ｇ／ｃｍ^３）により、付加的に、材料節減が達成可能である。公知の乗用車用内燃機関の冷却媒体ポンプのために特定される羽根車のために、ＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０の使用により、有利には≧２４％の重量節減が達成され得る。ＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０から成る羽根車は、その形状安定性、低いひずみ特性ならびに従来慣用のプラスチックよりも低い所望の加工温度の点で優れている。

プラスチック製羽根車の製作のために、従来慣用の材料ＰＰＳ−ＧＦ４０を本発明により使用されるシンジオタクチックポリスチレンに置換することにより、有利には、羽根車のコスト削減が、羽根車の強度、耐薬品性または寿命に対する不都合な影響なしに生じる。

請求項１に係る発明は、複数の構成部品を有する羽根車に関し、その際、別個に製作された個々の構成部品、特にボスおよび所属の偏向羽根を含めた背壁ならびに成形ディスクは、素材結合（ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）式に接合されている。

請求項２は、ワンピースに構成され、アンダカットを有する羽根車を有する発明に関し、材料として、熱可塑性のプラスチックとしてのシンジオタクチックポリスチレンＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０が使用されている。有利には本発明による材料変換は、ワンピースの羽根車のためにも、スライド型（Ｓｃｈｉｅｂｅｒｗｅｒｋｚｅｕｇ）もしくは製作のために使用される射出成形法の適合もしくは変更をまったく必要としない。

請求項１１に係る発明は方法に関し、マルチピースに構成される羽根車を製作し得る製作工程および組立工程を請求するものである。マルチピースの羽根車の製作は有利には以下のステップで行われる。まず、構成部品、つまりボスおよび所属の偏向羽根を含めた背壁と、成形ディスクとを別個の射出成形工程で製作する。背壁の偏向羽根に設けられた軸方向で突出する凸部または突起と、成形ディスクの、対応する凹部もしくは切欠きとの間の接合領域における少なくとも一方の接触域に、接着剤を被着する。素材結合を達成するために、これらの構成部品を引き続いて組み合わせ、短時間押し合わせる。背壁の領域に設けられたボスの中央の孔は、やはり接着により素材結合式に固定される別個のブシュを受容するために役立つ。

本発明の別の有利な構成は従属請求項３〜１０の対象である。有利な構成では、背壁と成形ディスクとが、接着により耐久的に結合、特に軸方向でまたは軸方向−半径方向で湾曲した偏向羽根でもって結合されている。別の有利な構成では、少なくとも３つの偏向羽根が端面に、部分的に突出した凸部を有しており、該凸部が、ポジショニングおよびセンタリングのために、形状結合式に、成形ディスクの対応する凹部に係入する。さらに別の有利な構成では、羽根車の別個の構成部品を素材結合するための接着剤として、例えばシアノアクリレート、エポキシまたは合成ゴムが使用されている。さらに別の有利な構成では、別個のブシュが、ボスの中心の孔内に接着により位置固定されており、ブシュが、羽根車の組み込まれた状態で、軸に相対回動不能に固定されている。さらに別の有利な構成では、前記ボスが接着により直接軸に素材結合式に相対回動不能に固定されている。さらに別の有利な構成では、当該羽根車が、ベージュ色のシンジオタクチックポリスチレンＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０から製作されている。さらに別の有利な構成では、背壁のボスが、インサート部品として構成されたブシュを有しており、該ブシュが、羽根車の組み込まれた状態で、軸にプレスばめされている。さらに別の有利な構成では、３次元（３Ｄ）的に湾曲した偏向羽根が設けられている。

マルチピースに構成された羽根車のためのすべての構成部品の素材結合式の結合を達成するために、有利には接着が意図されている。これにより、従来慣用の超音波溶接法もしくはＵＶ溶接法に比べて大きな製作精度が達成可能である。有利には、接着時に、羽根車におけるセンタリングが省略され得る。それというのも、これが型内で行われるからである。改善された狭い公差の製作精度に基づいて、接着により、改善された回転が生じる。これにより、直径がより大きく寸法設定された羽根車または高い回転数のために特定されている羽根車でさえ、付加的なバランス調整なしに、十分な回転精度が達成され得る。

複数の個別部品を有する羽根車の有利な構成は、偏向羽根が部分的に突出した突起または凸部を含み、これが成形ディスクの相応の凹部に対応することにある。組み込まれた状態で、形状結合式に凹部に係入する凸部により、成形ディスクのセンタリングが行われる。その際、凸部と凹部との間の接触域における接着がこれらの構成部品を結合する。

構成部品、つまり背壁と成形ディスクとの素材結合式の結合を達成するための適当な接着剤として、本発明により有利にはシアノアクリレート、エポキシまたは合成ゴムが意図されている。接着のために、軸方向で突出した凸部と成形ディスクの凹部との間の接合領域で、接着剤が少なくとも一方の構成部品に塗布された後、構成部品は継ぎ合わされて、時間的に制限されたプレスにより結合される。

本発明による羽根車は付加的に別個のブシュを有している。ブシュはボス、ひいては背壁の中央の孔内にポジショニングされている。金属材料またはプラスチックから製作される円筒形のブシュはその際、やはり接着によりボス内に位置固定される。組み込まれた状態で、羽根車は例えばプレスばめによりブシュと羽根車軸との間で相対回動不能に固定されている。

別個のブシュに対して択一的に、本発明は、ボスが直接、すなわち別個のブシュなしにプレスばめおよび／または接着により羽根車の軸に相対回動不能に固定されている、熱可塑性のプラスチックから製作される羽根車を含む。

本発明により冷却媒体ポンプの羽根車のために使用される熱可塑性のプラスチックは、ベージュ色である。これにより、従来暗い色でＰＰＳから製作されていた羽根車と、本発明によるベージュの羽根車との間に明らかな差異が生じる。

ワンピースに構成される羽根車のために、相対回動不能な結合を達成するために、ブシュを、射出成形工程中に羽根車のプラスチックＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０により包囲されるインサート部品（Ｅｉｎｌｅｇｅｔｅｉｌｅ）として射出成形型に挿入してもよい。

本発明はさらに、偏向羽根が３次元（３Ｄ）の湾曲を有する羽根車を含む。

本発明の別の特徴は、本発明の実施例を示す図面に対する以下の説明から得られる。

図面の詳細な説明
本発明による羽根車１の構造を図１に示す。軸２に相対回動不能に位置決めされた羽根車１は、組み込まれた状態で冷却媒体、特に冷却水の循環を保証するために特定されている。羽根車１の構造は、ベースとも呼ばれ中心にボス４を包囲する背壁３を有している。ボス４の孔５は軸２を受容するために役立つ。背壁３はさらに、半径方向で湾曲してまたは軸方向−半径方向で湾曲して形成された偏向羽根６とワンピースに結合されている。偏向羽根６は内側でボス４の領域を起点として半径方向に背壁３の外側輪郭まで延在している。

偏向羽根６は端面で成形ディスク７により覆われている。成形ディスク７は、偏向羽根６の外側輪郭を起点として、偏向羽根の、制限された端面の領域をカバーしている。成形ディスク７は内側で、管形に構成された付設部８とワンピースに設けられている。運転状態で冷却媒体は軸方向、つまり軸２の方向で羽根車１に供給され、羽根車１内で偏向される。その際、冷却媒体は半径方向で羽根車１から流出する。

羽根車１のさらなる詳細を図２および図３に示す。偏向羽根６の形状は、成形ディスク７を部分的に破断して示したことにより明らかである。円環ディスクとも呼ぶべき成形ディスク７はほぼ、ボス４の外側輪郭と背壁３の外側輪郭との間に生じる間隔の半分にわたって延在している。成形ディスク７の付設部８の内径ｄ_ｉは、羽根車１内への冷却媒体の流入横断面を決定する。背壁３と、成形ディスク７と、ボス４の孔５内に挿嵌されるブシュ９ａとから成る、マルチピースに構成された羽根車１は、統一して１つの熱可塑性のプラスチック（シンジオタクチックポリスチレン、ＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０）から製作されている。この材料の良好な接着特性に基づいて、羽根車１のすべての個別部品は互いに接着されている。

第１の接合領域１０はその際、成形ディスク７と偏向羽根６との間に設けられている。適当にその際、成形ディスク７または偏向羽根６の接合領域１０における少なくとも片方の接触域に、適当な接着剤が塗布される。その後で、これらの構成部品は、接着部が硬化するまで少なくとも短期間押し合わされる。択一的にはさらに、接着剤を接合領域１０における両方の接触域に塗布してもよい。さらに、ブシュ９ａは接着によりボス４内に耐久的に固定されている。このために、ブシュ９ａの周面またはボス４の孔５は接着剤で濡らされる。その後で、ブシュ９ａは孔５内に挿入される。有利には、ブシュ９ａは外側にローレット目（Ｒａｅｎｄｅｌｕｎｇ）を有する。これにより付加的に、形状結合式の回動防止された固定が生じる。

図４および図５は、偏向羽根６およびボス４とワンピースに結合されている背壁３を２つの視点で示す。図３に示したブシュ９ａに対して択一的に、図５に示したボス４は、鋼から製作されたブシュ９ｂを有する。回動しないように固定された組付け位置を達成するために、ブシュ９ｂは接着またはプレスばめにより相対回動不能にボス４内に位置決めされている。偏向羽根６の形状ならびに長さおよび背壁３における分布は、図４に示されている。図５によれば、各偏向羽根６は、傾斜した端面に、それぞれ１つの突出した凸部もしくはピン１１を有する。すべての凸部もしくはピン１１は相俟って接合領域１０で、偏向羽根６に対応配置された接触域を形成する。

図６および図７には、成形ディスク７に設けられた相応の凹部１２と一致する凸部１１の配置、位置ならびに構成が示されている。凹部１２はこれにより、接合領域１０における成形ディスク７の接触域を形成する。

図８に示した羽根車１４は、統一して三次元的（３Ｄ）な湾曲を有する偏向羽根１３を有する。

軸と組み合わされた本発明による羽根車の斜視図である。 本発明による羽根車の正面図である。 図２に示した羽根車の、線３−３に沿った断面図である。 本発明による羽根車の背壁を示す図である。 図４に示した背壁の、線５−５に沿った断面図である。 本発明による羽根車の成形ディスクの正面図である。 図６に示した成形ディスクの、線７−７に沿った断面図である。 三次元的に湾曲した羽根を備えた羽根車の斜視図である。

符号の説明

１ 羽根車
２ 軸
３ 背壁
４ ボス
５ 孔
６ 偏向羽根
７ 成形ディスク
８ 付設部
９ａ ブシュ
９ｂ ブシュ
１０ 接合領域
１１ 凸部
１２ 凹部
１３ 偏向羽根
１４ 羽根車

Claims (11)

1. プラスチックから成る羽根車、特に内燃機関の冷却媒体ポンプのために特定されるプラスチックから成る羽根車であって、当該羽根車が、軸（２）に装着するためのボス（４）と、偏向羽根（６）を有する背壁（３）とを備えた射出成形部品として構成されており、前記偏向羽根（６）が端面側で成形ディスク（７）により覆われている形式のものにおいて、当該羽根車（１，１４）がマルチピースの構造を有しており、その別個に製作された構成部品、少なくとも背壁（３）と成形ディスク（７）とが素材結合式に接合されており、材料として、熱可塑性のプラスチック、シンジオタクチックポリスチレンＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０が用いられていることを特徴とする羽根車。
2. 請求項１の上位概念部に記載の羽根車において、当該羽根車が、ワンピースの、アンダカットを有する構造を有しており、その製作のためにスライド型が使用され、材料として、熱可塑性のプラスチック、シンジオタクチックポリスチレンＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０が用いられていることを特徴とする羽根車。
3. 背壁（３）と成形ディスク（７）とが、接着により耐久的に結合、特に軸方向でまたは軸方向−半径方向で湾曲した偏向羽根（６，１３）でもって結合されている、請求項１記載の羽根車。
4. 少なくとも３つの偏向羽根（６，１３）が端面に、部分的に突出した凸部（１１）を有しており、該凸部（１１）が、ポジショニングおよびセンタリングのために、形状結合式に、成形ディスク（７）の対応する凹部（１２）に係入する、請求項１記載の羽根車。
5. 羽根車（１，１４）の別個の構成部品を素材結合するための接着剤として、例えばシアノアクリレート、エポキシまたは合成ゴムが使用されている、請求項１記載の羽根車。
6. 別個のブシュ（９ａ，９ｂ）が、ボス（４）の中心の孔（５）内に接着により位置固定されており、ブシュ（９ａ，９ｂ）が、羽根車（１，１４）の組み込まれた状態で、軸（２）に相対回動不能に固定されている、請求項１記載の羽根車。
7. 前記ボス（４）が接着により直接軸（２）に素材結合式に相対回動不能に固定されている、請求項１記載の羽根車。
8. 当該羽根車が、ベージュ色のシンジオタクチックポリスチレンＰＳ−Ｓ−ＧＦ３０から製作されている、請求項1記載の羽根車。
9. 背壁（３）のボス（４）が、インサート部品として構成されたブシュ（９ｂ）を有しており、該ブシュ（９ｂ）が、羽根車（１，１４）の組み込まれた状態で、軸（２）にプレスばめされている、請求項２記載の羽根車。
10. ３次元（３Ｄ）的に湾曲した偏向羽根（１３）が設けられている、請求項１記載の羽根車。
11. 請求項１記載のマルチピースの羽根車（１，１４）を製作する方法において、
    −ボス（４）および偏向羽根（６，１３）を含む背壁（３）ならびに成形ディスク（７）を別個の射出成形工程で製作し、
    −偏向羽根（６，１３）の、軸方向で突出した凸部（１１）と、成形ディスク（７）の、対応する凹部（１２）との間の接合領域（１０）における少なくとも一方の接触域を接着剤で濡らし、
    −素材結合を達成するために、構成部品、背壁（３）と成形ディスク（７）とを組み合わせて押し合わせ、
    −ボス（４）の中心の孔（５）内に別個のブシュ（９ａ，９ｂ）を挿入し、接着剤により位置固定する
    ことを特徴とする、マルチピースの羽根車を製作する方法。

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