DE102011080186A1

DE102011080186A1 - Flügelrad für eine Fluidpumpe

Info

Publication number: DE102011080186A1
Application number: DE102011080186A
Authority: DE
Inventors: Nico Kirchhoff
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2013-02-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flügelrad für eine Fluidpumpe, insbesondere für eine Flüssigkeitspumpe einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Grundkorpus (5) aus einem Kunststoff. Die Aufgabe, ein leichtbauendes, mechanisch und chemisch stabiles Flügelrad für eine Fluidpumpe anzugeben, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an dem Grundkorpus (5) eine Beschichtung (6) aus einem Metall angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Flügelrad nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere für eine Flüssigkeitspumpe einer Brennkraftmaschine, sowie eine Fluidpumpe nach Anspruch 7.
Aus dem Stand der Technik sind Flüssigkeitspumpen für Brennkraftmaschinen bekannt, die beispielsweise Kühlflüssigkeit bei hohen Temperaturen, beispielsweise mehr als ca. 100 °C, fördern. Diese Flüssigkeitspumpen weisen ein drehbar gelagertes Flügelrad auf, dessen schnelle Drehung die Flüssigkeit fördert. Das Flügelrad kann beispielsweise axial angeströmt werden und die geförderte Flüssigkeit radial ablenken.
Das Flügelrad unterliegt im Betrieb hohen Belastungen, beispielsweise durch eine Korrosion durch das geförderte Fluid bzw. Verformungen aufgrund der hohen Temperaturen bzw. durch die von dem geförderten Fluid selbst aufgebrachten Kräfte.
Derartige Flügelräder bestehen aus formstabilen, chemikalienbeständigen Materialien wie einem Metall, beispielsweise Grauguss, Stahl oder einer Aluminiumlegierung, bzw. aus Keramik. Die genannten Materialien weisen jedoch ein hohes spezifisches Gewicht auf, so dass die Flügelräder eine schnelldrehende hohe Masse darstellen. Das große Gewicht läuft einer allgemeinen Tendenz zur Gewichtseinsparung zuwider.
Aus dem Stand der Technik sind Flügelräder bekannt, deren Grundkorpus aus einem Kunststoff, speziell einem Thermoplasten, besteht. Der Kunststoff weist ein geringes Gewicht auf, so dass das Flügelrad leichtbauend ausgestaltet sein kann, allerdings verformt sich der Kunststoff bei den Einsatztemperaturen von ca. 120 °C, so dass enge Spalttoleranzen nicht mehr eingehalten werden können.
DE 37 06 970 A1 beschreibt ein Flügelrad für eine Flüssigkeitspumpe einer Brennkraftmaschine, wobei das Flügelrad Leitschaufeln aufweist, die durch eine mit einem Kunststoff umspritzte Blecharmierung ausgebildet sind.
DE 20 2005 021 324 U1 beschreibt ein Flügelrad für eine Flüssigkeitspumpe einer Brennkraftmaschine, wobei das Grundkorpus des Flügelrades vollständig aus einem thermoplastischen Kunststoff, nämlich einem syndiotaktischen Polystyrol, ausgebildet ist.
WO 2009/135477 A1 beschreibt einen Käfig für ein Wälzlager, dessen Grundkorpus aus einem Kunststoff vollständig bzw. nur abschnittsweise mit einer nanokristallinen metallischen Beschichtung bedeckt ist.
US 2007/0281176 A1 beschreibt einen Sportartikel aus einem Kunststoff mit einer nanokristallinen metallischen Beschichtung.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein leichtbauendes, mechanisch und chemisch stabiles Flügelrad für eine Fluidpumpe anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an dem Grundkorpus eine Beschichtung aus einem Metall angeordnet ist. Die dünne Beschichtung aus dem Metall stellt sicher, dass der Kunststoff des Grundkorpus von dem geförderten Fluid, beispielsweise dem geförderten Kühlfluid der Brennkraftmaschine, chemisch nicht wesentlich angegriffen wird. Die Beschichtung verstärkt das Grundkorpus mechanisch, so dass auch bei hohen Temperaturen, wenn der Kunststoff erweicht, eine Formstabilität und Maßhaltigkeit des Flügelrades gewährleistet ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Metall der Beschichtung nanokristallin ausgebildet ist, so dass sich Kristallite des Metalls ausbilden, deren mittlere Abmessungen ca. 500 Nanometer oder weniger betragen. Es bildet sich eine Beschichtung von hoher Dichte aus, so dass bereits eine geringe Schichtdicke der Beschichtung eine Medienbeständigkeit und mechanische Stabilisierung des Flügelrades sicherstellt. Die nanokristalline metallische Beschichtung kann unmittelbar auf dem Kunststoff des Grundkorpus beispielsweise galvanisch aufgebracht sein.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Beschichtung aus Nickel, Kobalt, Eisen, Silber, Titan oder Kupfer bzw. einer Legierung hiervon besteht. Ein jedes vorgenannten Metalle bzw. eine jede der vorgenannten Metalllegierungen lässt sich nanokristallin abscheiden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schichtdicke der Beschichtung ca. 20 Mikrometer bis ca. 500 Mikrometer beträgt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Beschichtung eine Härte von mehr als ca. 500 HV aufweist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Beschichtung das Grundkorpus vollständig bedeckt. Die Beschichtung ist dabei insbesondere in dem Bereich der mechanisch stark beanspruchten Kanten, also an den Leitschaufeln, vorgesehen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flügelrades.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Ansicht eines Ausschnittes eines Flügelrades für eine Fluidpumpe, insbesondere eines Flügelrades für die Flüssigkeitspumpe zum Pumpen von Kühlflüssigkeit für eine Brennkraftmaschine, nämlich einen Verbrennungsmotor.
Das Korpus des Flügelrades umfasst eine flache, im wesentlichen kreisringförmige Scheibe 1, in deren Mitte eine Nabe 2 vorgesehen ist, die eine hohlzylindrische Bohrung 3 umschließt. Durch die Bohrung 3 wird eine angetriebene Welle geführt, die das Flügelrad in Drehung versetzt. Von der flachen Scheibe 2 im wesentlichen senkrecht abstehend sind sechs Leitschaufeln angeordnet, die mit der Scheibe 1 fest verbunden sind und deren eine mit dem Bezugszeichen ‚4’ versehen ist. Die Höhe der Oberkante der jeweiligen Leitschaufel 4 von der Ebene der Scheibe 2 nimmt mit zunehmenden Abstand von der Mitte der Bohrung 3 zu. Weiter sind die Leitschaufeln 4 gekrümmt ausgebildet. Die Schnittebene der Darstellung von 1 ist so gelegt, dass die Leitschaufeln 4 geschnitten werden.
Der Verbund aus der Scheibe 1, der Nabe 2 und den Leitschaufeln 4 ist aus einem Grundkorpus aus einem Kunststoff, insbesondere einem Thermoplasten wie Polyetheretherketon (Handelsname PEEK) oder Polyamidimid (Handelsname TORLON) ausgebildet. Das Grundkorpus 5 ist vollständig von einer Beschichtung 6 aus einem Metall bedeckt.
Das Inset rechts oben in 1 zeigt einen Schnitt durch einen oberflächennahen Bereich einer Kante der Leitschaufel 4. Erkennbar ist das Grundkorpus 5 sowie die Beschichtung 6, wobei die Beschichtung 6 aus einem nanokristallinen Metall besteht, dessen Kristallite eine mittlere Ausdehnung von weniger als ca. 500 Nanometern aufweisen. Die Beschichtung 6 besteht aus Nickel bzw. einer Nickellegierung und ist galvanisch auf die Oberfläche des Kunststoffs des Grundkorpus 5 aufgebracht worden. Die Beschichtung 6 könnte ebenfalls aus Kobalt, Eisen, Silber, Titan oder Kupfer bestehen oder einer Kobalt-, Eisen-, Silber-, Titan- oder Kupfer-Legierung. Weiter ist vorgesehen, dass die Schichtdicke der Beschichtung 6 ca. 20 Mikrometer bis ca. 500 Mikrometer beträgt, nämlich ca. 100 Mikrometer in dem dargestellten Ausführungsbeispiel.
Das Material der Beschichtung 6 kann so gewählt werden, dass die Beschichtung 6 eine Härte von mehr als ca. 300 HV (Vickershärte) aufweist; dies ist beispielsweise bei einer Beschichtung 6 aus Silber, Titan oder Kupfer der Fall.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war das gesamte Grundkorpus 5 mit einer Beschichtung 6 von im wesentlichen konstanter Schichtdicke bedeckt. Es versteht sich, dass die Schichtdicke variieren kann und auch, dass die Beschichtung nur abschnittsweise vorgesehen sein kann, beispielsweise im Bereich der Leitflächen 4, insbesondere an der Kante, die die im wesentlichen senkrecht abstehende Leitfläche 4 mit der Ebene der Scheibe 1 ausbildet.
Bezugszeichenliste

1: Scheibe
2: Nabe
3: Bohrung
4: Leitschaufel
5: Grundkorpus
6: Beschichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3706970 A1 [0006]
DE 202005021324 U1 [0007]
WO 2009/135477 A1 [0008]
US 2007/0281176 A1 [0009]

Claims

Flügelrad für eine Fluidpumpe, insbesondere für eine Flüssigkeitspumpe einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Grundkorpus (5) aus einem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Grundkorpus (5) eine Beschichtung (6) aus einem Metall angeordnet ist.
Flügelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall nanokristallin ausgebildet ist.
Flügelrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (6) aus Nickel, Kobalt, Eisen, Silber, Titan oder Kupfer bzw. einer Legierung hiervon besteht.
Flügelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Beschichtung (6) ca. 20 Mikrometer bis ca. 500 Mikrometer beträgt.
Flügelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (6) das Grundkorpus (5) vollständig bedeckt.
Flügelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (6) eine Härte von mehr als ca. 500 HV aufweist.
Fluidpumpe, insbesondere Flüssigkeitspumpe einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Flügelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6.