KR100613469B1 - Method for manufacturing water pump impeller assembly for automobile - Google Patents
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Abstract
개시된 차량용 워터펌프 임펠러 조립체의 제조방법은 중앙에 관통홀이 형성된 보스를 구비한 원판과, 이 원판의 일측면에 보스를 중심으로 20°내지 30°의 경사각을 가지면서 방사상으로 배치된 복수의 베인을 구비하는 임펠러를 준비하는 단계; 중앙에 원형 홀이 형성된 슈라우드를 준비하는 단계; 임펠러와 슈라우드를 초음파 융착공법을 이용하여 결합하는 단계;를 포함한다. 이와 같은 구성의 차량용 워터펌프의 임펠러 조립체의 제조방법은 초음파 융착공법을 통하여 베인과 슈라우드의 접합력을 증대시키기 때문에, 접착시 발생하는 버어 등을 예방하고, 임펠러의 신뢰성을 증진시키며, 접합 후의 후공정을 최소화 시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.The disclosed method for manufacturing a vehicle water pump impeller assembly includes a disk having a boss having a through hole formed at the center thereof, and a plurality of vanes disposed radially with an inclination angle of 20 ° to 30 ° with respect to the boss on one side of the disk. Preparing an impeller having a; Preparing a shroud having a circular hole formed in a center thereof; And combining the impeller and shroud using an ultrasonic welding method. The manufacturing method of the impeller assembly of the water pump for a vehicle having such a configuration increases the bonding force between the vane and the shroud through the ultrasonic welding method, thereby preventing burrs, etc. generated during the adhesion, and improving the reliability of the impeller, and the post-bonding process. It can provide an effect that can minimize the
초음파융착, 임펠러Ultrasonic Fusion, Impeller
Description
도 1은 종래 워터펌프 임펠러의 분리 사시도,1 is an exploded perspective view of a conventional water pump impeller,
도 2 및 도 3는 도 1에 도시된 워터펌프 임펠러의 유동 해석 결과 도면,2 and 3 are flow analysis results of the water pump impeller shown in Figure 1,
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 워터펌프 임펠러 조립체의 사시도와 평면도,4 and 5 are a perspective view and a plan view of the water pump impeller assembly according to an embodiment of the present invention,
도 6은 도 4에 도시된 워터펌프 임펠러 조립체의 제조방법으로 제조되는 임펠러 조립체의 분리 사시도,6 is an exploded perspective view of the impeller assembly manufactured by the method of manufacturing the water pump impeller assembly shown in FIG. 4;
도 7 및 도 8은 도 6에 도시된 워터펌프 임펠러 조립체에 있어서 슈라우드와 베인의 결합 형태를 나타낸 단면도,7 and 8 are cross-sectional views showing the coupling form of the shroud and vanes in the water pump impeller assembly shown in FIG.
도 9 및 도 10은 도 4에 도시된 워터펌프 임펠러 조립체의 유동 해석 결과 도면이다.9 and 10 are flow analysis results of the water pump impeller assembly shown in FIG.
<도면의 주요부분에 대한 설명><Description of main parts of drawing>
100... 임펠러 110... 원판100 ...
120... 베인 111... 보스120 ...
121... 돌기 122... 융착산121
200... 슈라우드 210... 냉각수 유입홀200 ... shroud 210 ... coolant inlet
211... 슬릿 212... 결합홀211
214... 걸림턱 216... 원통부214 ...
320... 베인 흡입각 330... 베인 출구각320 ...
430... 냉각수출구 부근 440... 냉각수유입 부근430 ... near
500... 임펠러 조립체500 ... Impeller Assembly
본 발명은 차량용 워터펌프에 관한 것으로서, 특히 냉각수를 강제로 순환시키는 임펠러 조립체의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 차량 엔진용 워터펌프는 엔진내에서 냉각수를 강제로 순환시키는 장치로 임펠러, 메카니컬 씰, 구동 베어링, 바디 등으로 구성되어 엔진 크랭크축이나 전기모터에 의해 워터펌프에 전달된 회전운동에너지를 임펠러의 베인을 통해 냉각수의 운동에너지로 변환하여 엔진내에서 냉각수를 강제순환 시키는 장치이다.In general, a water pump for a vehicle engine is a device for circulating coolant in an engine and is composed of an impeller, a mechanical seal, a driving bearing, and a body, and imparts rotational kinetic energy transmitted to the water pump by an engine crankshaft or an electric motor It is a device that forcibly circulates the cooling water in the engine by converting it into kinetic energy of the cooling water through the vane of.
이러한 냉각수를 강제 순환시키는데 사용되는 워터펌프 임펠러로서, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같은 구조가 일반적으로 채용되었다.As a water pump impeller used for forced circulation of such cooling water, a structure as shown in Fig. 1 has conventionally been employed.
도면을 참조하면, 워터펌프 임펠러(50)는 중앙에 관통홀이 형성된 보스(12)가 구비되어 있고, 이 보스(12)를 중심으로 방사상으로 베인(11)이 다수 형성되어 있는 임펠러 상부부재(20)와, 중앙에 원형홀(13)이 형성되어 있는 원판형의 임펠러 하부부재(30)로 형성되어 있다.Referring to the drawings, the
상기 상부 및 하부부재(20,30)는 냉간압연프레스공법에 의해 각각 제조된 후 일체로 결합되는데, 여기서, 임펠러의 상부부재(20)와 임펠러의 하부부재(30)의 결합방법으로는, 임펠러 상부부재(20)의 보스(12)의 중심과 임펠러 하부부재(30)의 원형홀(13)의 중심을 일치시켜 각각 임펠러의 상부부재(20)와 하부부재(30)를 용접시키는 방법이 사용된다.The upper and
도 2 및 도 3은 이와 같은 형태의 워터펌프 임펠러를 냉간압연강판 프레스 가공 공법으로 제작하였을 경우의 임펠러내의 냉각수 유동해석 결과를 나타낸 도면이다.2 and 3 are views showing the results of flow analysis of the coolant in the impeller when the water pump impeller of this type is manufactured by a cold rolled sheet press working method.
도 2을 참조하면, 냉각수유입 부근(42)에서 베인과 냉각수유동에 따른 충돌이 일어남을 볼 수 있다. 그리고, 냉각수출구 부근(41)의 베인의 측면에 와류가 발생됨을 볼 수 있다.2, it can be seen that the collision occurs due to the vane and the coolant flow in the vicinity of the
마찬가지로, 도 3에 도시된 측면에서 바로본 유동해석을 살펴 보면, 냉각수유입 부근(42a)에서 와류가 발생함을 알 수 있다.Similarly, looking directly at the flow analysis from the side shown in Figure 3, it can be seen that the vortex occurs in the vicinity of the
그런데, 현재 사용되는 차량용 워터펌프 임펠러의 제조방법으로 종래의 냉간압연강판을 용접하여 제조하는방법은, 냉간압연 강판 프레스 가공의 구조적인 한계로 인한 베인 설계상의 제약조건 때문에, 임펠러의 베인간의 누수손실, 냉각수 유동과 베인간의 충돌 및 와류등의 발생으로 수력학적 손실이 발생하여 펌프의 효율을 저하시키는 문제점을 가지고 있다.However, the conventional method of manufacturing a water pump impeller for a vehicle, which is used to manufacture a conventional cold rolled steel plate, is a loss of leakage between vanes of the impeller due to the constraints of vane design due to the structural limitation of the cold rolled sheet press. In addition, hydraulic losses occur due to the collision of coolant flow, vanes, and vortices, which has a problem of lowering the efficiency of the pump.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 베인의 형상 을 최적화하여 냉각수 유동과 베인간의 충돌 및 와류 등의 발생으로 인한 수력학적 손실을 줄이고, 베인간의 누수 손실을 방지하는 것이 가능한 임펠러 조립체의 제조방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, by optimizing the shape of the vanes impeller assembly capable of reducing the hydraulic losses due to the flow of coolant, collision between vanes and the occurrence of vortex, and prevent the loss of leakage between vanes It is to provide a method of manufacturing.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 워터펌프 임펠러 조립체의 제조방법은 (a) 중앙에 관통홀이 형성된 보스를 구비한 원판과, 상기 원판의 일측면에 상기 보스를 중심으로 20°내지 30°의 경사각을 가지면서 방사상으로 배치된 복수의 베인을 구비하는 임펠러를 준비하는 단계; (b) 중앙에 원형 홀이 형성되고 상기 베인과 결합하는 측면에 나선형으로 다수의 슬릿이 형성된 슈라우드를 준비하는 단계; (c) 상기 임펠러와 상기 슈라우드를 초음파 융착공법을 이용하여 결합하는 단계;를 포함한다.Method for manufacturing a water pump impeller assembly for a vehicle of the present invention for achieving the above object is (a) a disk having a boss with a through hole formed in the center, and 20 ° to 30 on the one side of the disk centered around the boss Preparing an impeller having a plurality of vanes disposed radially with an inclination angle of °; (b) preparing a shroud in which a plurality of slits are formed spirally on a side surface of which a circular hole is formed at the center and the vanes; (c) combining the impeller and the shroud using an ultrasonic fusion method.
여기서, 상기 베인의 수직단부에 소정 높이와 지름을 가지는 돌기를 마련하고, 상기 슈라우드의 슬릿 내에 상기 돌기에 대응하는 결합홀이 형성되며, 초음파를 통해 상기 돌기와 상기 결합홀이 서로 맞물려 융착될 수 있다.Here, a protrusion having a predetermined height and diameter may be provided at a vertical end of the vane, and a coupling hole corresponding to the protrusion may be formed in the slit of the shroud, and the protrusion and the coupling hole may be fused to each other through ultrasonic waves. .
또한, 상기 베인의 일면에는 원추꼴로 돌출된 융착산이 마련되고, 초음파를 통해 상기 베인의 융착산과 상기 슈라우드의 슬릿이 서로 맞물려 융착될 수 있다.In addition, one surface of the vane is provided with a conical protruding fusion acid, and the fusion mountain of the vane and the slit of the shroud may be fused and fused by ultrasonic waves.
또한, 상기 임펠러와 상기 슈라우드는 엔지니어링 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.In addition, the impeller and the shroud may be formed of an engineering plastic material.
또한, 상기 베인은 내측에서 외측으로 갈수록 연속적으로 얇아질 수 있다.In addition, the vanes may be continuously thinner from the inner side to the outer side.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 워터펌프 임펠러 조립체의 사시도와 평면도를 도시한 것이다.4 and 5 show a perspective view and a plan view of a water pump impeller assembly according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 임펠러 조립체(500)는 임펠러(100)와 슈라우드(200)로 형성되어 있으며, 재질은 엔지니어링 플라스틱이다.Referring to FIG. 4, the
도 5를 참조하면, 베인 흡입각(320)은 냉각수 유입구간(210)과 상기 베인(120)이 만나는 지점을 기준으로 베인의 접선과 베인의 경사각이 23°이고, 상기 임펠러(100) 베인 출구각(330)은 임펠러 원판(110)의 외주면과 베인(120)이 만나는 지점을 기준으로 임펠러 원판(110)의 접선과 베인(120)의 경사각이 25°로 형성되어 있다.Referring to FIG. 5, the
또한, 상기 베인(120)의 두께는 보스(111)측을 시작으로 외주면으로 나가면서 점점 얇아지게 형성되어 있다. In addition, the thickness of the
본 실시예에서는 베인의 흡입각과 베인의 출구각을 23°와 25°로 예시했으나, 실험에 의하면 20°~ 30°범위내에 동일한 효과를 나타냈다.In this example, the suction angle of the vane and the exit angle of the vane are illustrated as 23 ° and 25 °, but the experiment showed the same effect within the range of 20 ° to 30 °.
도 6은 본 발명의 제 실시예에 따른 제조방법을 통해 제조되는 차량용 워터펌프 임펠러 조립체의 분리 사시도를 도시한 것이다.Figure 6 shows an exploded perspective view of the vehicle water pump impeller assembly manufactured by the manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 상기 임펠러(100)는 중앙에 보스(111)가 형성된 원판(110)과 이 원판(110)의 일면에는 보스(111)방향을 기준으로 일정 각도 휘어져 방사상으로 돌출 형성된 다수의 베인(120)을 포함한다. 그리고, 각 베인(120)의 두께면에는 돌기(121)가 형성되어 있다.Referring to the drawings, the
그리고, 상기 슈라우드(200)에는 중앙에 원형홀(210)이 형성되어 있으며, 이 원형홀(210)에서 일측방향으로 일정길이만큼 연장되어진 원통부(216)가 형성되어 있다. 또한, 이 슈라우드(200)의 일면에는 상기 베인(120)과의 결합이 가능하도록 베인형상의 슬릿(211)이 형성되어 있으며, 이 슬릿(211)에는 결합홀(212)이 형성되어 있다.In addition, a
도 7 및 도 8은 도 6에 도시된 임펠러 조립체에 있어서 슈라우드와 베인의 결합형태를 각각 나타낸 것이다.7 and 8 show the coupling form of the shroud and the vane in the impeller assembly shown in FIG.
도 7을 참조하면, 베인(120)의 두께면에 형성되어 있는 돌기(121)는 슈라우드 측면에 형성되어 있는 슬릿(211)내의 결합홀(212)에 삽입이 된다.Referring to FIG. 7, the
여기서, 베인(120)과 결합홀(212)에는 걸림턱(214)이 각각 형성되어 있기 때문에, 돌기(121)가 결합홀(212)에 일정 깊이 삽입되면 베인(120)과 슈라우드(200)는 위치가 고정된다. 또한, 결합홀(212)과 돌기(121)는 그 형상에 의해 융착물의 위치 결정 및 강성 지지 역할을 한다.Here, since the
이와 같은 구성의 임펠러와 슈라우드는 도 6에 도시된 바와 같이, 각각 금형을 이용한 사출성형으로 제조된 후 초음파 융착공법을 통해 일체로 접합하게 되는데, 우선 슈라우드(200)의 결합홀(212)에 베인(120)의 돌기(121)를 삽입하여 접합 한 후, 혼을 통해 초음파 진동에너지를 슈라우드(200)와 베인(120)에 전달한다. 이러한 초음파 진동 에너지를 전달받은 슈라우드(200)와 베인(120)의 접합된 결합홀(212)과 돌기(121)에서는 순간적인 마찰열이 발생하고, 여기에서 강력한 분자적 결합이 일어나 완전한 융착으로 이루어지기 때문에 일체의 임펠러 조립체(500)가 제 조된다.As shown in FIG. 6, the impeller and the shroud of the above configuration are manufactured by injection molding using a mold, and then integrally bonded by ultrasonic welding. First, vanes are joined to the coupling holes 212 of the
그리고, 또다른 결합 형태인 도 8을 참조하면, 상기 베인(120)은 상기 슈라우드의 일면에 형성된 슬릿(211)에 삽입이 되고, 여기서, 상기 베인(120)의 두께면에는 돌출 형성된 융착산(122)이 형성되어 있으며, 이 융착산(122)은 엔지니어링 플라스틱 초음파 융착할때 순간적인 용융이 발생하는 부분으로 강력한 접합력 및 융착 후 버어발생 억제 등의 역할도 하게 된다.And, referring to FIG. 8, which is another coupling form, the
도 9 및 도 10은 이와 같은 구성의 임펠러 조립체내를 흐르는 냉각수의 유동해석 결과를 나타낸 도면이다.9 and 10 are views showing the results of the flow analysis of the cooling water flowing in the impeller assembly of such a configuration.
임펠러 조립체의 평면도상에서의 유동해석 결과를 나타낸 도 9를 참조하면, 냉각수 유입부근(440)에서의 냉각수유동과 베인간의 충돌현상이 저감되고, 냉각수출구 부근(430)에서의 와류가 많이 개선됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, which shows a flow analysis result in the plan view of the impeller assembly, it is found that collision between the coolant flow and the vanes in the vicinity of the
즉, 형상과 각도가 최적화된 베인을 포함하는 임펠러 조립체는 임펠러내의 수력학적 손실을 최소화할 수 있기 때문에, 워터펌프의 효율을 증대 할 수가 있다.That is, since the impeller assembly including the vanes whose shape and angle are optimized can minimize the hydraulic loss in the impeller, the efficiency of the water pump can be increased.
임펠러 조립체(500)의 측면도상에서의 유동해석 결과를 나타낸 도 10을 참조하면, 임펠러의 전면에 슈라우드를 설치하였기 때문에, 베인(120)의 누수손실이 저감되었다.Referring to FIG. 10 showing the results of flow analysis on the side view of the
이와 같은 초음파 융착공법을 통해 제조된 임펠러 조립체는 엔지니어링 사출공법을 이용하여 임펠러 베인의 형상을 최적화하였기 때문에, 베인과 냉각수 유동간에 발생하는 충돌 및 유동내의 와류로 인해 발생하는 수력학적 손실을 저감하며, 임펠러의 베인에 돌기 및 융착산을 형성한 후 슈라우드와 초음파 융착공법을 통해 접합시켰기 때문에, 접착력이 강하며, 융착 후 버어 발생 등을 억제할 수 있다.Since the impeller assembly manufactured by the ultrasonic fusion method is optimized by using the engineering injection method, the shape of the impeller vane is reduced, thereby reducing the hydraulic loss caused by the collision between the vane and the coolant flow and the vortex in the flow. Since the protrusions and the fusion acid are formed on the vanes of the impeller, the shroud and the fusion are bonded through the ultrasonic fusion method, so that the adhesive force is strong and burr generation can be suppressed after fusion.
상술한 바와 같이 본 발명의 차량용 워터펌프의 임펠러 조립체 제조방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.As described above, the impeller assembly manufacturing method of the vehicle water pump of the present invention provides the following effects.
첫째, 임펠러 베인의 설계 자유도를 최대화 할 수 있는 엔지니어링 플라스틱 사출공법을 이용하여, 임펠러 조립체 내의 냉각수의 수력학적 손실을 저감시켜, 차량 엔진용 워터펌프의 동력소모를 저감하여 워터펌프의 효율증대 및 차량 출력을 증대 시킬 수 있다.First, by using the engineering plastic injection method to maximize the design freedom of the impeller vanes, the hydraulic loss of the coolant in the impeller assembly is reduced, thereby reducing the power consumption of the water engine for the vehicle engine, thereby increasing the efficiency of the water pump and the vehicle. You can increase the output.
둘째, 초음파융착 공법을 통해 베인과 슈라우드의 접합력 증대 및 접착시 발생하는 버어 등을 예방하고, 접합후의 후공정을 최소화 할 수 있다.Second, the ultrasonic fusion method can prevent the increase of the bonding strength of the vane and shroud and the burrs generated during the adhesion, and minimize the post-bonding process.
셋째, 접착제가 필요없는 강력한 접착으로 제품의 원가를 절감할 수 있으며, 제품표면이 변형, 변질없이 깨끗해진다.Third, the cost of the product can be reduced by strong adhesion without adhesive, and the surface of the product is clean without deformation or alteration.
넷째, 제품의 어려운 금형구조를 쉽게 해결 할 수 있는 장점이 있다.Fourth, there is an advantage that can easily solve the difficult mold structure of the product.
본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며 다음에 기재되는 특허청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.It is to be understood that the invention is not limited to that described above and illustrated in the drawings and that many more modifications and variations are possible within the scope of the following claims.
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