JP2013503997A - ２段式の渦巻きポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、第１のポンプハウジング（１０８）および該第１のポンプハウジング（１０８）内に回転可能に配置された第１のインペラ（１１０）を備えた第１の渦巻きポンプ段（１０２）と、前記第１のインペラ（１１０）を同軸的に駆動するための駆動装置（１０６）とを有する、特に自動車の冷却液のための渦巻きポンプ（１００）に関する。本発明によれば、第２のポンプハウジング（１１４）および該第２のポンプハウジング（１１４）内に回転可能に配置された第２のインペラ（１１６）を備えた第２の渦巻きポンプ段（１０４）と、前記第１のポンプハウジング（１０８）と前記第２のポンプハウジング（１１４）との間に設けられた、前記第１のインペラ（１１０）から送出された液体流を前記第２のインペラ（１１６）の吸入領域へ変向させるための中間ハウジング（１２０）とが設けられている。

Description

本発明は渦巻きポンプに関する。本発明は特に、自動車の冷却液のための２段式の渦巻きポンプに関する。

従来技術
例えば冷却液を搬送するための１段式の渦巻きポンプは、種々異なる形式のものが公知である。例えばヨーロッパ特許公開第１８５０４４８号明細書に開示された１段式の渦巻きポンプにおいては、渦巻きポンプを駆動する電動モータのロータは、渦巻きポンプのインペラと一体的に構成されている。

自動車内部等の複雑な周辺状況において、渦巻きポンプには様々な要求が課せられる。最近の自動車は、例えばチャージエア冷却又はエレクトロニクスモジュールの冷却のための様々な補助冷却回路を有しており、これらの補助冷却回路は、同じ吐出量で又はより少ない吐出量で、主冷却回路内の渦巻きポンプよりも高い圧力を形成することが要求される。基本的にこのような要求のために適している、主渦巻きポンプよりも高い性能を有する１段式の渦巻きポンプは、一般的に非常に高価であり、大きい外径寸法を有しているので、主渦巻きポンプのように、自動車に直ちに使用することはできない。

そこで本発明の課題は、より高い圧力を形成することができ、コンパクトな外径寸法を有していて、簡単に組み立てることができる渦巻きポンプを提供することである。

この課題は本発明によれば、請求項１に記載した特徴部を有する渦巻きポンプによって解決された。請求項９には、このような渦巻きポンプを組み立てるための方法について記載されており、従属請求項には、可能な若しくは有利な実施態様が記載されている。

発明の開示
本発明の第１の観点によれば、第１のポンプハウジングおよび該第１のポンプハウジング内に回転可能に配置された第１のインペラを備えた第１の渦巻きポンプ段と、前記第１のインペラを同軸的に駆動するための駆動装置とを有する、特に自動車の冷却液のための渦巻きポンプにおいて、第２のポンプハウジングおよび該第２のポンプハウジング内に回転可能に配置された第２のインペラを備えた第２の渦巻きポンプ段と、前記第１のポンプハウジングと前記第２のポンプハウジングとの間に設けられた、前記第１のインペラから送出された液体流を前記第２のインペラの吸入領域へ変向させるための中間ハウジングと、を有している。

２段式の渦巻きポンプを使用することによって、搬送しようとする液体は、まず第１の渦巻きポンプ段内に圧送され、次いで、第２の渦巻きポンプ段内において高圧にさらされることによって、同じ外径において１段式の渦巻きポンプに対して高められた圧力が得られるので、既存の組み込みスペースを変えることなく利用することができ、場合によっては、ゴムスリーブ等の固定部材をそのまま使用することができる。中間ハウジングは変向エレメントを有していてよく、この変向エレメントは、液体流を、第１のインペラの、軸から遠い方の送出領域から、第２のインペラの軸近傍の吸入領域へ向かって変向させる。変向エレメントは、２つのインペラの共通の回転軸に例えば三日月状に侵入する。

中間ハウジングは、第２のポンプハウジングに素材結合式に結合されている。素材結合（Stoffschluessigkeit）によって、耐腐食性、ひいては頑丈で長期耐性の結合が得られる。この素材結合は、例えば接着剤、レーザ溶接、超音波溶接、熱間変形又はその他の公知の結合形式によって行われる。別の実施態様によれば、中間ハウジングは第１のポンプハウジングに結合されていてもよい。また、中間ハウジングは、任意の公知技術によって２つのポンプハウジングのうちの一方に摩擦結合（kraftschluessig：摩擦による束縛）式に結合されていてもよい。結合によって、渦巻きポンプを組み立てる際に有利である、別個に操作可能なユニットが得られる。

渦巻きポンプのポンプハウジングは、互いに隣接していて、中間ハウジングが第１のポンプハウジング内に保持されている。中間ハウジングは、第１のポンプハウジング内に、第２のポンプハウジング内と同様に設けられた室を有しており、この室内に例えば、隣接する駆動装置の一部が収容されている。従って、２つのポンプハウジングは、互いに類似の又は部分的に同じ内側輪郭形状を有しているので、製造コストの低減が得られる。

駆動装置は、軸受ピンと、該軸受ピンに回転可能に支承された駆動スリーブを備えたロータとを有しており、前記駆動スリーブに前記第２のインペラがトルクを伝達するように結合されている。軸受ピンは、駆動装置のステータに対して相対回動不能に配置されている。つまり、第２のインペラは、ロータと一体的に製造されるのではなく、前組立又は最終組立時においてはじめて、トルクを伝達するようにロータと結合され得るようになっている。さらに、第１のインペラも軸受ピンに回転可能に配置されるので、駆動装置および２つのインペラの軸方向整列が軸受ピンによって保証される。

第１のインペラは、連動構造体によってトルクを伝達するように前記駆動スリーブに結合されている。連動構造体は、例えば駆動スリーブおよび第１のインペラの隣接し合う端面において互いに係合し合うクラウン型成形部を有している。連動構造体は、力を加える必要なしに、第１のインペラを駆動スリーブに係合させることができるように形成されているので、組立工程が装置の精度に影響することはない。

第１のインペラは、連動構造体によっても、第２のインペラにトルクを伝達するように結合され得る。

第１の渦巻きポンプ段と第２の渦巻きポンプ段と駆動装置とは、軸方向で相前後して配置することができ、第１のポンプハウジングは、第１のインペラの軸近傍の吸入領域に通じる吸込みスリーブを有している。これによって特に、２段式の渦巻きポンプの、駆動ユニットとは反対側の区分は、１段式の渦巻きポンプと同じように形成されるので、交換作業が軽減される。

回転する第１のインペラと第１のポンプハウジングとの間のギャップ領域が、回転する前記第２のインペラと前記第２のポンプハウジングとの間のギャップ領域に相当しており、前記第１のインペラの代わりに前記第２のインペラを前記第１のポンプハウジング内に取り付けることによって、１段式の渦巻きポンプを形成することができる。この渦巻きポンプを、一部又は全部が自動化された製造ラインにおいて製造する際に、安価な切替えコストで、１段式の渦巻きポンプの製品と２段式の渦巻きポンプの製品との間の切替えを行うことができる。

本発明の第２の観点によれば、前記２段式の渦巻きポンプを組み立てるための方法において、
第２のインペラをロータの駆動スリーブに被せ嵌め、
第２のポンプハウジングを中間ハウジングと共に駆動装置に取り付け、
第１のインペラを軸受ピンに被せ嵌め、
第１のポンプハウジングを第２のポンプハウジングに取り付ける、
ステップを有している。

渦巻きポンプの選択された構成によって、渦巻きポンプの最終組立は、例えば精度、消費エネルギおよび速度に関して低い要求で実施可能な作業ステップを有している。

この方法は、中間ハウジングと第２のポンプハウジングとを結合する先行ステップを含んでいる。このような形式で、組立方法をさらに簡略化する、別個に操作可能なユニットが得られる。さらに、予め第２のインペラを、駆動スリーブおよび駆動装置のロータと共に別個に操作可能な１つのユニットに前組立しておくこともできる。

本発明を以下に添付の図面を用いて説明する。

２段式の渦巻きポンプの縦断面図である。 図１に示した、中間ハウジングを備えた第２のポンプハウジングの等角投影図である。 図１に示した、第１のインペラと第２のインペラとのトルク伝達結合部を示す断面図である。 図３ａに示したトルク伝達結合部の変化実施例を示す断面図である。 図１に示した渦巻きポンプの組立法を示すフローチャートである。

すべての図面において同じエレメント若しくは互いに一致するエレメントには同じ符号が付けられている。

図１は、渦巻きポンプ１００の縦断面図である。渦巻きポンプ１００は、第１のポンプ段１０２と、第２のポンプ段１０４と、駆動装置としての電動モータ１０６とを有している。第１のポンプ段１０２は、第１のポンプハウジング１０８と第１のインペラ１１０とを有していて、これら第１のポンプハウジング１０８と第１のインペラ１１０との間に第１のギャップ領域１１２が形成されている。第２のポンプ段１０４は、第２のポンプハウジング１１４と第２のインペラ１１６とを有しており、これら第２のポンプハウジング１１４と第２のインペラ１１６との間に第２のギャップ領域１１８が形成されている。第１のポンプ段１０２と第２のポンプ段１０４との間の領域内に、中間ハウジング１２０が配置されている。第１のポンプハウジング１０８は、第２のポンプハウジング１１４に当接していて、Ｏリング１２２によって第２のポンプハウジング１１４に対してシールされている。第２のポンプハウジング１１４は電動モータ１０６に当接していて、相応の形式でＯリング１２４によって電動モータ１０６に対してシールされている。

電動モータ１０６は、ステータ１２８と、永久磁石１３２を備えたロータ１３０と、さらに駆動スリーブ１３４と、軸受ピン１３６と、電気式の制御装置１３８と、ハウジング１４０とを有している。ピン孔１４２は、第１のポンプハウジング１０８、第２のポンプハウジング１１４、および電動モータ１０６のハウジング１４０を貫通して延在しており、これらのピン孔１４２内に、渦巻きポンプ１００を結束するそれぞれのピン（図示せず）が挿入される。

渦巻きポンプ１００を通る液体の流れ方向が矢印で示されている。液体は、第１のポンプハウジング１０８に形成された吸込みスリーブ１４４を通って下方から流入し、第１のインペラ１１０の軸近傍の吸入領域に達する。インペラ１１０が、運転中に軸受ピン１３６を中心にして回転することによって、液体は半径方向で加速され、外方へ押しやられる。中間ハウジング１２０はその左側に切欠を有しており、該切欠を通って液体は上方へ流れ、中間ハウジング１２０の変向エレメント１４６に沿って軸受ピン１３６に達する。液体はさらに、軸受ピン１３６から上方へ向かって、第２のインペラ１１６の軸近傍の吸入領域内に達する。運転中、第２のインペラ１１６は軸受ピン１３６を中心にして回転するので、液体は再び半径方向へ加速され、外方へ押しやられる。第２のポンプハウジング１１４の内径は、第２のインペラ１１６の外径よりも大きいので、半径方向の中間室が形成され、この半径方向の中間室に沿って、液体が第２のポンプハウジング１１４の周囲に形成された圧力スリーブ１４８に向かって流れ、この圧力スリーブ１４８を通って液体が渦巻きポンプ１００から流出する。

軸受ピン１３６はその上端部が、ステータ１２８の部分によって、例えばプレス嵌め又は嵌合結合によって相対回動不能に把持されている。軸受ピン１３６には、駆動スリーブ１３４が回転可能に配置されており、該駆動スリーブ１３４は、永久磁石１３２および第２のインペラ１１６に相対回動不能に結合されている。永久磁石１３２を駆動スリーブ１３４に固定するために、別の構成部材例えば図示していない磁石支持体を使用してもよい。この磁石支持体は、永久磁石１３２を液密に包囲する。それとは別に、ロータ１３０は、供給しようとする液体によって洗浄される。軸受ピン１３６における駆動スリーブ１３４の上端部の位置は、駆動スリーブ１３４がステータ１２８に当接することによって制限されている。

軸受ピン１３６の下端部は、第１のポンプハウジング１０８に形成された収容部内に配置されている。軸受ピン１３６は、前記収容部内への挿入を容易にするために、その下端部が面取りされている。第１のインペラ１１０は、前記収容部の上側において軸受ピン１３６を中心にして回転可能に配置されている。このために、第１のインペラ１１０と軸受ピン１３６との間に軸受ブシュ１５０が配置されており、この軸受ブシュ１５０は、例えば収縮、プレス、接着又は射出成形によって、第１のインペラ１１０に相対回動不能に結合されている。軸受ピン１３６における第１のインペラ１１０の位置は、第１のインペラ１１１０が第１のポンプハウジング１０８に当接することによって、下方が制限されている。トルクを第２のインペラ１１６若しくは駆動スリーブ１３４から第１のインペラ１１０に伝達するための装置が、第１のインペラ１１０の位置の上側を制限し、駆動スリーブ１３４の下側を制限している。この装置は、図１には図示されておらず、図３ａおよび図３ｂに詳しく記載されている。

図２は、中間ハウジング１２０の等角投影図を示す。中間ハウジング１２０は中央に、円形の中央切欠２０５を有していて、図面で前方に側方の切欠２１０を有している。この側方の切欠２１０を通って、液体が中間ハウジング１２０の下側から、中間ハウジング１２０の上側の領域の変向エレメント１４６に流れるようになっている。中間ハウジング１２０の上側の表面には、５つの三日月形の変向エレメント１４６が配置されており、これらの変向エレメント１４６は、中間ハウジング１２０のある半径位置から中央の中央切欠２０５へ向かって延びている。この半径位置は、中間ハウジング１２０の上側の、半径方向外方に位置する領域が液体によって良好に洗浄されるように、選定されている。

各変向エレメント１４６は、その上側に、第２のポンプハウジング１１４に形成された対応する切欠と係合し、かつ追加的に接着するためのピン２２０を有している。別の実施例では、ピン２２０は設けられておらず、中間ハウジング１２０が、変向エレメント１４６の領域内で、第２のポンプハウジング１１４と面状に接着されるようになっている。中間ハウジング１２０と第２のポンプハウジング１１４とを接続することによって、別個に操作可能なユニットが形成される。

図３ａは、第１のインペラ１１０と第２のインペラ１１６との間でトルクを伝達するための、図１に示していない装置を示す。第１のインペラ１１０は軸受ブシュ１５０に相対回動不能に結合されていて、該軸受ブシュ１５０は軸受ピン１３６に自由に回転可能に支承されている。図１に示した実施例とは異なり、軸受ブシュ１５０は、第１のインペラの下部区分だけに挿入されている。

第２のインペラ１１６は、駆動スリーブ１３４に相対回動不能に結合されており、該駆動スリーブ１３４は軸受ピン１３６に自由に回転可能に支承されている。軸受ピン１３６の領域内において、第２のインペラ１１６はその下端部が下方に長く構成されていて、第２のインペラ１１６の下端面が第１のインペラ１１０の上端面に隣接している。それによって、軸受ピン１３６における第１のインペラ１１０と第２のインペラ１１６との間の間隔は制限される。第１のインペラ１１０と第２のインペラ１１６との互いに当接し合う領域内にクラウン型成形部１５２が設けられており、該クラウン型成形部１５２は、軸受ピン１３６の右側に突起を有している。このクラウン型成形部１５２によって、第１および第２のインペラ１１０，１１６は、互いに相対回動不能に結合されている。クラウン型成形部１５２の互いに噛み合う側面は、軸受ピン１３６の周方向に例えば方形、台形又は波形に延在していてよく、クラウン型成形部１５２は単数又は複数の突起を有していてよい。複数の突起の隣接し合う側面は、互いに平行に又は斜めに延在しているので、トルクは有利には回転方向で伝達される。それによって、第１および第２のインペラ１１０および１１６の組立は、容易に行うことができる。有利な実施態様では、軸受ピン３６に対して平行な連動ピン（図示せず）が、この連動ピンに対応する、第１および第２のインペラ１１０，１１６の切欠内に係合し、第１および第２のインペラ１１０，１１６を互いに結合する。

図３ｂは、図１に示した渦巻きポンプ１００に挿入するための、図３ａに示した装置の選択的な実施例を示す。この装置は、図３ａに示した装置とほぼ同じであるが、第２のインペラ１１６の下端面ではなく、駆動スリーブ１３４の下端面がクラウン型成形部１５２を介して第１のインペラ１１０の上端面と係合している点で、図３ａのものと相違している。

図４は、図１に示した渦巻きポンプ１００を組み立てるための組立方法４００を示す。この方法４００はステップ４０５〜４６５を有している。この方法４００は、ステップ４０５が開始ステージである。第１のステップ４１０において、ステータ１２８は、ハウジング１４０および制御装置１３８と共に、軸受ピン１３６が上方を指すように方向づけられる。次いでステップ４１５において、ロータ１３０は永久磁石１３２と共に駆動スリーブ１３４に被せ嵌められる。次いでステップ４２０において、第２のインペラ１１６が駆動スリーブ１３４に被せ嵌められる。これによって組み立てられた下部構造群が、次のステップ４２５において軸受ピン１３６に被せ嵌められ、電動モータ１０６のステータ１２８に当接する。

次いで第２のＯリング１２４が第２のポンプハウジング１１４内に嵌め込まれ、続いてステップ４３５において第２のポンプハウジング１１４が電動モータ１０６に取り付けられる。

ステップ４４０において、第１のインペラ１１０が軸受ピン１３６に被せ嵌められる。続いてステップ４４５において、第１のＯリング１２２が第１のポンプハウジング１０８内に嵌め込まれ、ステップ４５０において第１のポンプハウジング１０８が第２のポンプハウジング１１４に被せ嵌められる。

次いでステップ４５５および４６０において、ピンがピン孔１４２内に導入され、例えばねじ締結又はリベット止めによって緊締される。続いてこの方法は最終ステージ４６５に達する。

この組立方法４００によって、渦巻きポンプ１００を効果的に組み立てることができる。この場合、大きい力が必要となるのは、個別にも実施されるステップ４１５および４２０、並びに最終的なステップ４６０においてのみである。前記方法４００のステップ４０５〜４６５間の中間段階において、渦巻きポンプ１００の互いに接して配置されたエレメントは、重力によって互いに保持されるので、保持装置および緊締装置を必要とすることはない。クラウン型成形部１５２を使用することによって、組立工程によって渦巻きポンプ１００のエレメントに機械的な負荷をかけることなしに、渦巻きポンプ１００の可動な構成部分１１０，１５０，１１６，１３４を軸受ピン１３６に沿って所定位置に配置することができ、それと同時に第１のインペラ１１０へのトルクの流れを提供することができる。

１００ 渦巻きポンプ、 １０２ 第１のポンプ段、 １０４ 第２のポンプ段、 １０６ 電動モータ、 １０８ 第１のポンプハウジング、 １１０ 第１のインペラ、 １１２ 第１のギャップ領域、 １１４ 第２のポンプハウジング、 １１６ 第２のインペラ、 １１８ 第２のギャップ領域、 １２０ 中間ハウジング、 １２２ 第１のＯリング、 １２４ 第２のＯリング、 １２８ ステータ、 １３０ ロータ、 １３２ 永久磁石、 １３４ 駆動スリーブ、 １３６ 軸受ピン、 １３８ 電気式の制御装置、 １４０ ハウジング、 １４２ ピン孔、 １４４ 吸込みスリーブ、 １４６ 変向エレメント、 １４８ 圧力スリーブ、 １５０ 軸受ブシュ、 １５２ クラウン型成形部（連動構造体）、 ２０５ 中央切欠、 ４００ 組立方法、 ４０５〜４６５ ステップ、 ４０５ 開始ステージ、 ４６５ 最終ステージ

Claims (10)

1. 第１のポンプハウジング（１０８）および該第１のポンプハウジング（１０８）内に回転可能に配置された第１のインペラ（１１０）を備えた第１の渦巻きポンプ段（１０２）と、前記第１のインペラ（１１０）を同軸的に駆動するための駆動装置（１０６）とを有する、特に自動車の冷却液のための渦巻きポンプ（１００）において、
   第２のポンプハウジング（１１４）および該第２のポンプハウジング（１１４）内に回転可能に配置された第２のインペラ（１１６）を備えた第２の渦巻きポンプ段（１０４）と、
   前記第１のポンプハウジング（１０８）と前記第２のポンプハウジング（１１４）との間に設けられた、前記第１のインペラ（１１０）から送出された液体流を前記第２のインペラ（１１６）の吸入領域へ変向させるための中間ハウジング（１２０）と、
   を有することを特徴とする、渦巻きポンプ（１００）。
2. 前記中間ハウジング（１２０）が前記第２のポンプハウジング（１１４）に素材結合により結合されている、請求項１記載の渦巻きポンプ（１００）。
3. 前記ポンプハウジング（１０８，１１４）が互いに隣接しており、前記中間ハウジング（１２０）が前記第１のポンプハウジング（１０８）内に保持されている、請求項１又は２記載の渦巻きポンプ（１００）。
4. 前記駆動装置（１０６）が、軸受ピン（１３６）と、該軸受ピン（１３６）に回転可能に支承された駆動スリーブ（１３４）を備えたロータ（１３０）とを有しており、前記駆動スリーブ（１３４）に前記第２のインペラ（１１６）がトルクを伝達するように結合されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の渦巻きポンプ（１００）。
5. 前記第１のインペラ（１１０）が、連動構造体（１５２）によってトルクを伝達するように前記駆動スリーブ（１３４）に結合されている、請求項４記載の渦巻きポンプ（１００）。
6. 前記第１のインペラ（１１０）が、前記連動構造体（１５２）によってトルクを伝達するように前記第２のインペラ（１１６）に結合されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の渦巻きポンプ（１００）。
7. 前記第１の渦巻きポンプ段（１０２）と前記第２の渦巻きポンプ段（１０４）と前記駆動装置（１０６）とが、相前後して配置されており、前記第１のポンプハウジング（１０８）が、前記第１のインペラ（１１０）の軸近傍の吸入領域に通じる吸込みスリーブ（１４４）を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の渦巻きポンプ（１００）。
8. 回転する前記第１のインペラ（１１０）と前記第１のポンプハウジング（１０８）との間のギャップ領域（１１２）が、回転する前記第２のインペラ（１１６）と前記第２のポンプハウジング（１１４）との間のギャップ領域（１１８）と合致していて、前記第１のインペラ（１１０）の代わりに前記第２のインペラ（１１６）を前記第１のポンプハウジング（１０８）内に取り付けて、１段式の渦巻きポンプを形成することができる、請求項１から７までのいずれか１項記載の渦巻きポンプ（１００）。
9. 請求項４記載の渦巻きポンプ（１００）を組み立てるための方法において、
   第２のインペラ（１１６）をロータの駆動スリーブ（１３４）に被せ嵌め、
   第２のポンプハウジング（１１４）を中間ハウジング（１２０）と共に駆動装置（１０６）に取り付け、
   第１のインペラ（１１０）を軸受ピン（１３６）に被せ嵌め、
   第１のポンプハウジング（１０８）を第２のポンプハウジング（１１４）に取り付ける、
   ステップを有していることを特徴とする、渦巻きポンプ（１００）を組み立てるための方法。
10. 先行するステップで、中間ハウジング（１２０）を第２のポンプハウジング（１１４）に結合する、請求項９記載の方法。

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