AT517125B1 - Kühlmittelpumpe für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe (4) für eine Brennkraftmaschine (1), mit einem einen Gehäusedeckel (6) aufweisenden Gehäuse (5), in welchem ein um eine Drehachse (7) drehbares Laufrad (8) angeordnet ist, welches koaxial zur Drehachse (7) einen Saugmund (19) aufweist, wobei das Gehäuse (5) zumindest einen im Wesentlichen normal zur Drehachse (7) ausgebildeten Zulaufkanal (19) ausbildet, um Kühlmittel von einem von der Drehachse (7) beabstandeten seitlichen Pumpeneintritt (15) zum Saugmund (19) zu führen, und wobei der Zulaufkanal (18) zumindest ein strömungsbeeinflussendes Element (20, 21) aufweist. Um wenig Bauraum zu beanspruchen und eine homogene Anströmung des Laufrades zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass – in Richtung der Drehachse (7) betrachtet - zumindest ein strömungsbeeinflussendes Element (20, 21) im Bereich einer vorzugsweise normal auf die Drehachse (7) und/oder durch die Drehachse (7) verlaufend ausgebildeten Längsmittelachse (18´) des Zulaufkanales (18) angeordnet ist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe für eine Brennkraftmaschine, mit einem einen Gehäusedeckel aufweisenden Gehäuse, in welchem ein um eine Drehachse drehbares Laufrad angeordnet ist, welches koaxial zur Drehachse einen Saugmund aufweist, wobei das Gehäuse zumindest einen im Wesentlichen normal zur Drehachse ausgebildeten Zulaufkanal ausbildet, um Kühlmittel von einem von der Drehachse beabstandeten seitlichen Pumpeneintritt zum Saugmund zu führen, wobei der Zulaufkanal zumindest ein strömungsbeeinflussendes Element aufweist, wobei das zumindest eine strömungsbeeinflussende Element im Bereich einer vorzugsweise normal auf die Drehachse und/oder durch die Drehachse verlaufend ausgebildeten Längsmittelachse des Zulaufkanales angeordnet ist.

[0002] Kühlmittelpumpen sind üblicherweise stirnseitig an Brennkraftmaschinen befestigt und mit ausladenden Zulaufkanälen zu den Laufrädern ausgestattet, um eine möglichst homogene Anströmung der Laufräder und gute Wirkungsgrade zu verwirklichen. Der Antrieb erfolgt beispielsweise mechanisch über ein Zugmittel durch eine Kurbelwelle oder eine Nockenwelle. Ausladende Zulaufkanäle haben den Nachteil, dass in Richtung der Drehachse des Laufrades der Kühlmittelpumpe relativ viel Bauraum benötigt wird.

[0003] Die Druckschriften CN 101 782 081 A und CN 103 267 018 A offenbaren jeweils eine Kühlmittelpumpe mit einem seitlichen Pumpeneintritt, wobei zwischen dem Pumpeneintritt und dem Saugmund des Laufrades der Kühlmittelpumpe ein im Wesentlichen in einer Normalebene auf die Drehachse des Laufrades verlaufender Zulaufkanal ausgebildet ist. Dabei ist im Bereich des Saugmundes ein durch eine Leitrippe gebildetes strömungsbeeinflussendes Element vorgesehen. Derartige Pumpen weisen zwar eine geringere axiale Erstreckung auf, allerdings ist eine homogene Anströmung der Laufräder nicht gewährleistet.

[0004] Die EP 0 733 808 A1 beschreibt eine Kreiselpumpe, bei der im Saugstutzen im Bereich vor einem Laufrad in der Wandfläche einer Durchflussöffnung Wandvorsprünge angeordnet sind, mit denen das Kennlinien-, Kavitations- und Geräuschverhalten im Teillastbereich verbessert wird.

[0005] Auch die Druckschriften JP 2000/087 747 A und DE 10 2007 048 019 A1 zeigen Kühlwasserpumpen mit jeweils einem in den Zulaufkanal hineinragenden strömungsbeeinflussenden Element.

[0006] Bei der in DE 10 2010 054 084 A1 offenbarten Kühlmittelpumpe ist im Ansaugkanal ein Strömungsleitelement angeordnet, durch dessen spiralförmige Steigung innerhalb des Ansaugkanals ein rotationsbehafteter Wirbel entsteht.

[0007] Weiters ist auch bei der GB 180 823 A ein strömungsbeeinflussendes Element im Bereich des Zulaufkanals angeordnet, welches eine das Kühlmittel in Richtung des Saugmundes lenkende Leitwand aufweist.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlmittelpumpe zu entwickeln, welche einerseits wenig Bauraum benötigt und andererseits eine homogene Anströmung des Laufrades ermöglicht.

[0009] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zumindest ein zweites strömungsbeeinflussendes Element im Zulaufkanal im Bereich des Saugmundes angeordnet ist, wobei das zweite strömungsbeeinflussende Element drehsymmetrisch ausgebildet und koaxial zur Drehachse angeordnet ist.

[0010] Durch das zumindest eine strömungsbeeinflussende Element, das beispielsweise als Querschnittsverminderungseinrichtung, Strömungsteilungseinrichtung oder Strömungshomogenisierungseinrichtung ausgeführt ist, wird die Strömung im Zulaufkanal über den gesamten verfügbaren Strömungsquerschnitt gleichmäßig verteilt. Dadurch wird eine homogene, gleichförmige Anströmung des Saugmundes und hocheffizienter Betrieb des Laufrades erreicht. Gleichzeitig wird im montierten Zustand eine nur geringe Erstreckung der Wasserpumpe in /12

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Patentamt axialer Richtung eines Verbrennungsmotors ermöglicht, wodurch Bauraum eingespart werden kann.

[0011] Dabei ist es vorteilhaft, wenn - in Richtung der Drehachse betrachtet - zumindest ein strömungsbeeinflussendes Element symmetrisch zur Längsmittelachse des Zulaufkanals ausgebildet ist.

[0012] Eine besonders gute Homogenisierung der Strömung lässt sich erreichen, wenn zumindest ein erstes strömungsbeeinflussendes Element im Zulaufkanal zwischen dem Pumpeneintritt und dem Saugmund angeordnet ist. Das erste strömungsbeeinflussende Element kann dabei beispielsweise - in Richtung der Drehachse betrachtet - die Form eines Strömungsteilers oder einer entgegen der Strömungsrichtung gewandten Pfeilspitze aufweisen. In einer Variante der Erfindung ist auch eine Ausführung mit zwei nebeneinander angeordneten Pfeil- oder Strömungsteilelementen, die symmetrisch zur Längsmittelachse angeordnet sind, möglich.

[0013] Das im Bereich der Längsmittelachse angeordnete erste strömungsbeeinflussende Element homogenisiert die Strömung durch den Zulaufkanal, indem ein Teil der durch den Pumpeneintritt angesaugten Kühlmittelströmung aus dem Bereich der Längsmittelachse zu den entfernten äußeren Kanalwänden geleitet wird. Die Form des Strömungsteilers oder der Pfeilspitze begünstigt diese Strömungsführung.

[0014] Das erste strömungsbeeinflussende Element hat also die Aufgabe, eine Auffächerung der Hauptströmung zu erreichen, sodass ein Teil der Strömung nach außen gedrängt und um den Umfang des Saugmundes aufgeteilt wird.

[0015] In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist weiters vorgesehen, dass das zweite strömungsbeeinflussende Element - in Richtung der Drehachse des Laufrades betrachtet - die Form eines Kreises aufweist, dessen Durchmesser vorzugsweise mindestens einem Nabendurchmesser des Laufrades und/oder mindestens dem Durchmesser des Saugmundes entspricht. Das strömungsbeeinflussende Element ragt als eine dem Saugmund gegenüberliegende Kreisscheibe in den Zulaufkanal hinein. Der Zulaufkanal endet außerhalb der Kreisscheibe in einen sich um einen Öffnungswinkel von mehr 180° erstreckenden Ringkanal, welcher in radialer Richtung mit dem Saugmund über einen durch das zweite strömungsbeeinflussende Element gebildeten Ringspalt strömungsverbunden ist. Der Ringspalt wird dabei durch den Abstand zwischen dem zweiten strömungsbeeinflussenden Element und dem Saugmund gebildet.

[0016] Der Zulaufkanal weist zumindest eine den Zugang zum Saugmund umfassende erste Zulaufkanalwand und eine der ersten Zulaufkanalwand gegenüberliegend verlaufende zweite Zulaufkanalwand und eine die erste und die zweite Zulaufkanalwand verbindende dritte Zulaufkanalwand auf.

[0017] Eine besonders effektive und einfache Ausführung der Erfindung sieht vor, dass zumindest ein strömungsbeeinflussendes Element durch eine in Richtung der Drehachse in den Zulaufkanal hineinragende Ausbuchtung einer Zulaufkanalwand gebildet ist. Günstigerweise handelt es sich dabei um die erste oder zweite Zulaufkanalwand, wobei vorzugsweise die Ausbuchtung durch das Gehäuse, besonders vorzugsweise durch den Gehäusedeckel gebildet ist. Die zweite Zulaufkanalwand ist dabei Teil des Gehäusedeckels. Das erste strömungsbeeinflussende Element kann dabei durch eine erste Ausbuchtung und das zweite strömungsbeeinflussende Element durch eine zweite Ausbuchtung gebildet sein.

[0018] Günstigerweise ist - in einer durch die Drehachse und die Längsmittelachse des Zulaufkanals aufgespannten Schnittebene betrachtet - zwischen der Ausbuchtung (bzw. der maximalen Ausformung der Ausbuchtung) und der gegenüberliegenden Zulaufkanalwand ein - in einer Richtung parallel zur Drehachse gemessener -erster kleinster Abstand ausgebildet, welcher vorzugsweise mindestens 10% der in Richtung der Drehachse gemessenen Breite des Zulaufkanals unmittelbar benachbart (z.B. stromab- oder stromauf) der Ausbuchtung beträgt. Weiters ist es vorteilhaft, wenn - in einer Normalebene auf die Drehachse - zwischen einer Flankenfläche des ersten strömungsbeeinflussenden Elements (bzw. dem Außenrand der Ausbuchtung

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Patentamt bis zur maximalen Ausformung der Ausbuchtung) und zumindest einer gegenüberliegenden Zulaufkanalwand (z.B. die die erste und zweite Zulaufkanalwand verbindende dritte Zulaufkanalwand) ein in einer Normalebene auf die Zulaufkanalwand gemessener zweiter kleinster Abstand ausgebildet ist, welcher vorzugsweise mindestens 40% des Durchmessers des Saugmundes beträgt.

[0019] In der direkten Verbindung zwischen dem Pumpeneintritt bzw. der Gehäusezuleitung und dem Saugmund des Laufrades - der Eintrittsöffnung in das Laufrad der Kühlmittelpumpe ist also zumindest ein strömungsbeeinflussendes Element vorgesehen. Dieses strömungsbeeinflussende Element kann als in die Strömung des Zulaufkanals ragende Ausbuchtung bzw. Eindellung ausgeführt sein, die die Strömung in direkter Verbindung reduziert - möglich sind aber auch zwei oder mehrere derartige Ausbuchtungen bzw. Eindellungen. Ziel ist es, einen Strömungswiderstand zu erzeugen und die Anströmung der Kühlmittelpumpe von einer Seite auf den gesamten Umfang zu verteilen. Die Eindellung bzw. Ausbuchtung des ersten strömungsbeeinflussenden Elementes reicht dabei bevorzugt nicht ganz bis zur gegenüberliegenden Kanalwand des Zulaufkanals, sondern kann auch unterströmt werden, wobei zwischen der Ausbuchtung und der gegenüberliegenden Kanalwand ein erster kleinster Abstand ausgebildet ist. Dieser erste Abstand unter der Ausbuchtung des verbleibenden Zulaufkanals steht dabei in Zusammenhang mit dem zweiten kleinsten Abstand welcher in einer Projektion in Richtung der Drehachse auf eine Normalebene der Drehachse zwischen der ersten Ausbuchtung und dem Saugmund des Laufrades gemessen wird: Je kleiner der erste Abstand ist, desto größer muss der zweite Abstand sein, um nach dem Unterströmen der ersten Ausbuchtung ein Zusammenlaufen des Kühlmittels und ein gleichmäßiges Anströmen des Saugmundes des Laufrades zu ermöglichen.

[0020] Zusätzlich kann das Gehäuse über dem Saugmund des Laufrades ein als kreisrunde Ausbuchtung ausgebildetes zweites strömungsbeeinflussendes Element aufweisen, das ein Umlenken der Kühlflüssigkeit in Richtung des Laufrades bewirkt. Wenn das zweite strömungsbeeinflussende Element einen dem Nabendurchmesser des Laufrades entsprechenden Durchmesser aufweist, kann eine besonders gute und weitgehend drallfreie Anströmung des Laufrades der Kühlmittelpumpe erzielt werden.

[0021] In einer weiteren Variante können im Strömungsweg strömungsbeeinflussende Leitwände, beispielsweise Leitbleche, Leitrippen oder dergleichen, vorgesehen sein, welche die Strömung gezielt dem Saugmund zuführen. Diese Leitwände können in einer Variante der Erfindung auch unmittelbar am Rand des Saugmunds angeordnet sein. Beispielsweise kann zumindest eine Leitwand direkt im Bereich des Umfanges des Saugmundes des Laufrades angeordnet sein und gerade oder leicht spiralförmig ausgebildet sein, um eine entsprechende Umlenkung der Kühlflüssigkeit zu erzielen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann zumindest eine Leitwand auch im Bereich zwischen dem Saugmund und dem Pumpeneintritt im Zulaufkanal angeordnet sein.

[0022] Besonders günstig ist es, wenn zwei voneinander abgewandte Leitwände eine Doppelspirale bilden und auf der dem Pumpeneintritt abgewandten Seite des Saugmundes so angeordnet sind, dass die beiden in Umfangsrichtung beidseits des Saugmundes strömenden Teilströmungen des Kühlmittels zum Saugmund geführt werden. Durch die Doppelspirale wird das tangential am Saugmund des Laufrades vorbeiströmende Kühlmittel in Richtung des Saugmundes umgeleitet. Diese Doppelspirale kann dabei je nach gewünschtem Drall im Wesentlichen symmetrisch zu einer durch die Längsmittelachse des Zulaufkanals und die Drehachse aufgespannten Ebene oder asymmetrisch ausgeführt sein.

[0023] Das Kühlmittel wird durch das erste strömungsbeeinflussende Element zuerst in Richtung des Mantels des Gehäuses aufgefächert und danach homogen, also drallfrei dem Saugmund radial zugeführt, bevor es axial durch den Saugmund in die Schaufelkanäle des Laufrades strömt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Zulaufkanal einen sich zwischen einem eintrittsseitigen ersten Ende und einem saugmundseitigen zweiten Ende verlaufend erweiternden Strömungsquerschnitt aufweist. Der Strömungsquerschnitt nimmt also vom Pumpeneintritt

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Patentamt zum Saugmund stetig bzw. kontinuierlich zu. Durch den sich erweiternden Querschnitt wird die Strömungsgeschwindigkeit reduziert, was die Homogenisierung der Strömung unterstützt. Eine besonders gleichmäßige Zuströmung zum Saugmund kann erreicht werden, wenn - in Richtung der Drehachse betrachtet - das saugmundseitige zweite Ende des Zulaufkanals als Kreissektor konzentrisch zum Saugmund ausgeführt ist, wobei sich vorzugsweise der Kreissektor um einen Winkel von etwa 180° erstreckt. Das kreissektorförmig gestaltete zweite Ende des Zulaufkanals bildet einen strömungsberuhigenden Sammelraum, in welchem Turbulenzen und Drallkomponenten in der Kühlmittelströmung abgebaut werden.

[0024] Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen erlaubt die Erfindung sowohl eine Verringerung der axialen Erstreckung der Kühlmittelpumpe, als auch eine wirkungsgradoptimale homogene Zuführung der Kühlflüssigkeit zum Saugmund des Laufrades. Da die Zuführung der Kühlflüssigkeit nicht in Richtung der Drehachse, sondern normal dazu erfolgt, können geringere Bauraumanforderungen erfüllt werden.

[0025] Durch die homogene Zuführung des Kühlmittels zum Saugmund wird eine weitgehend drallfreie Anströmung des Laufrades der Kühlmittelpumpe erreicht. Dies ermöglicht wiederum eine gleichförmige Leistung bei unterschiedlichen Betriebsbereichen. Durch die gleichförmige Verteilung der Kühlmittelmasse auf den gesamten Umfang der Wasserpumpengeometrie werden gleichzeitig alle Pumpenschaufeln der Kühlmittelpumpe hinsichtlich Schwingung und Pumpeffizienz im optimalen Bereich betrieben.

[0026] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Darin zeigen [0027] Fig. 1 einen Teil einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe in einer Schrägansicht, [0028] Fig. 2 [0029] Fig. 3 [0030] Fig. 4 [0031] Fig. 5 [0032] Fig. 6 [0033] Fig. 6a [0034] Fig. 7 [0035] Fig. 8 die Brennkraftmaschine in einer stirnseitigen Ansicht, den Antrieb der Kühlmittelpumpe aus Fig. 1 und 2, die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe in einer Vorderansicht, die Kühlmittelpumpe in einer Draufsicht, die Kühlmittelpumpe in einem Schnitt gemäß der Linie VI - VI in Fig. 4, die Kühlmittelpumpe in einem Schnitt analog zu Fig. 6, in einer Variante, die Kühlmittelpumpe in einem Schnitt gemäß der Linie VII - VII in Fig. 5 in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante und die Kühlmittelpumpe in einem Schnitt gemäß der Linie VII - VII in Fig. 5 in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante.

[0036] Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.

[0037] Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Zylinderkopf 2 und einem Zylinderblock 3. An der Stirnseite des Zylinderkopfes 2 ist eine als Radialpumpe ausgebildete erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe 4 angebracht. Die Kühlmittelpumpe 4 weist ein Gehäuse 5 mit einem Gehäusedeckel 6 auf, in welchem ein als Radiallaufrad oder Halbaxiallaufrad ausgebildetes und um eine Drehachse 7 drehbar gelagertes Laufrad 8 angeordnet ist. Der Antrieb 13 der Laufradwelle 9 des Laufrades 8 erfolgt im vorliegenden Fall durch eine Nockenwelle 10 über einen Zahnriemen 11, wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist. Mit Bezugszeichen 12 ist die Abdeckung des Antriebes bezeichnet.

[0038] Das Kühlmittel strömt über eine Zuleitung 14 in den Pumpeneintritt 15, und durchströmt die Kühlmittelpumpe 4 und wird von dieser durch einen Überströmkanal 16 in den Zylinderkopf 2 gefördert. Gegebenenfalls kann im Bereich des Pumpeneintritts 15 ein Thermostatventil angeordnet sein. Nach Durchströmen der nicht weiter dargestellten Kühlräume des Zylinderkopfes 2 verlässt das Kühlmittel den Zylinderkopf 2 über eine Ableitung 17 und wird zu einem nicht

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Patentamt weiterdargestellten Radiator geleitet.

[0039] Das Gehäuse 5 der Kühlmittelpumpe 4 bildet einen Zulaufkanal 18 aus, welcher sich zumindest zwischen dem Pumpeneintritt 15 und dem Saugmund 19 des Laufrades 8 erstreckt. Die Zulaufkanalwände 18a, 18b, 18c des Zulaufkanals 18 weisen dabei eine den Zugang zum Saugmund 19 umfassende erste Zulaufkanalwand 18b, eine der ersten Zulaufkanalwand gegenüberliegend verlaufende zweite Zulaufkanalwand 18c und eine die erste 18b und zweite Zulaufkanalwand 18c verbindende dritte Zulaufkanalwand 18a auf. Diese werden durch den Gehäusemantel 5a, durch den Gehäuseboden 5b (dritte Zulaufkanalwand 18a) und durch den Gehäusedeckel 6 (zweite Zulaufkanalwand 18c) gebildet. Zwischen einem eintrittseitigen ersten Ende 181 und einem saugmundseitigen zweiten Ende 182 des Zulaufkanals 18 erweitert sich der Strömungsquerschnitt des Zulaufkanals 18 verlaufend (bzw. stetig kontinuierlich). In Richtung der Drehachse 7 betrachtet ist das saugmundseitige zweite Ende 182 des Zulaufkanals 18 als Kreissektor 182' konzentrisch zum Saugmund 19 ausgeführt, welcher Kreissektor 182' sich um einen Winkel α von etwa 180° erstreckt, wie gut aus Fig. 4 erkennbar ist.

[0040] Im Zulaufkanal 18 ist ein durch eine in den Zulaufkanal 18 ragende erste Ausbuchtung 20a der zweiten Zulaufkanalwand 18c des Gehäusedeckels 6 gebildetes erstes strömungsbeeinflussendes Element 20 angeordnet, welches - in Richtung auf die Drehachse 7 betrachtet im Wesentlichen die Form einer entgegen der Kühlmittelströmung S im Zulaufkanal 18 gerichteten Pfeilspitze aufweist. Die erste Ausbuchtung 20a wird in den Ausführungsbeispielen durch den Gehäusedeckel 6 gebildet.

[0041] Zwischen dem ersten strömungsbeeinflussenden Element 20 und der gegenüberliegenden ersten Zulaufkanalwand 18b ist - in Richtung der Drehachse 7 gemessen - ein erster Abstand h ausgebildet, welcher mindestens 10% der in Richtung der Drehachse 7 gemessenen Breite b des Zulaufkanals 18 unmittelbar benachbart, z.B. stromab- oder stromauf des ersten strömungsbeeinflussenden Elements 20 beträgt (Fig. 6, 6a). Der erste Abstand h erstreckt sich dabei zwischen der maximalen Ausformung der Ausbuchtung 20a und der ersten Zulaufkanalwand 18b. Zwischen einer Flankenfläche 20b des ersten strömungsbeeinflussenden Element 20 und zumindest einer gegenüberliegenden Zulaufkanalwand (hier z.B. der dritten Zulaufkanalwand 18a, dem Gehäusemantel 5a) ist weiters ein in einer Normalebene Sj auf die Zulaufkanalwand 18a gemessener zweiter Abstand k ausgebildet ist, welcher mindestens 40% des Durchmessers D des Saugmundes 19 beträgt (Fig. 4). Als Flankenfläche 20b wird hier der Bereich vom Außenrand der Ausbuchtung 20a bzw. des ersten strömungsbeeinflussenden Elements 20 zur maximalen Ausformung z.B. der Ausbuchtung 20a bezeichnet.

[0042] Das erste strömungsbeeinflussende Element 20 ist vom Saugmund 19 beabstandet, (bzw. zwischen Pumpeneintritt 15 und Saugmund 19 angeordnet), wobei ein - in einer Normalebene ε₂ auf die Drehachse 7 gemessener - dritter Abstand x zwischen dem ersten strömungsbeeinflussenden Element 20 und dem Saugmund 19 mindestens dem doppelten Durchmesser D des Saugmundes 19 beträgt.

[0043] Weiters ragt in die Strömung S des Zulaufkanals 18 ein als zweite Ausbuchtung 21a der Kanalwand 18c des Zulaufkanals 18 ausgebildetes zweites strömungsbeeinflussendes Element 21, welches hier ebenfalls durch den Gehäusedeckels 6 geformt ist. Das zweite strömungsbeeinflussende Element 21 weist - in Richtung der Drehachse 7 des Laufrades 8 betrachtet - die Form einer Kreisscheibe auf, deren Durchmesser D₂₁ zumindest dem Nabendurchmesser d des Laufrades 8 entspricht. Insbesondere ist es günstig, wenn der Durchmesser D_21b der dem Saugmund 19 zugewandten Kuppe 21b der zweiten Ausbuchtung 21a etwa gleich ist wie der Nabendurchmesser d. Die durch den Gehäuseboden 5b gebildete Zulaufgeometrie zum Laufrad 8 weist im Bereich des Saugmundes 19 einen definierten Radius r zur strömungsgünstigen axialen Umlenkung der radialen Zulaufströmung S auf. Wie in Fig. 6a gezeigt ist, kann der den Saugmund 19 umgebende Bereich des Gehäusebodens 5b einen den radialen Strömungsquerschnitt verengenden ringartigen Wulst 51 ausbilden, welcher zwischen dem umgebenden Ringraum 183 im Außenbereich des zweiten Endes 182 des Zulaufkanals 18 und dem Saugmund 19 angeordnet ist. Der Wulst 51 kann dabei umlaufend ausgebildet sein, oder aber radiale

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Unterbrechungen oder Vorsprünge aufweisen, welche als zum Saugmund 19 gerichtete radiale Strömungsleitflächen dienen. Der Wulst 51 erhöht die Gestaltungsfreiheit für die äußere Kontur des Gehäuses 5. An Stelle des Wulstes 51 können auch einzelne lokale radiale Eindellungen vorgesehen sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, zusätzlich oder an Stelle des Wulstes 51, der Unterbrechungen, Vorsprünge oder Eindellungen radiale Leitrippen 52 oder Leitschaufeln vorzusehen, welche die Strömung aus dem umgebenden Ringraum 183 zum Saugmund 19 führen. Einzelne derartige Leitrippen 52, welche in Fig. 4 nur schematisch angedeutet sind, können gleichmäßig über den Umfang verteilt um den Saugmund 19 angedeutet sein.

[0044] Das erste strömungsbeeinflussende Element 20 ist auch vom zweiten strömungsbeeinflussenden Element 21 beabstandet, wobei der - in einer Normalebene ε₂ auf die Drehachse 7 gemessene - vierte Abstand y zwischen dem ersten strömungsbeeinflussenden Element 20 und dem zweiten strömungsbeeinflussenden Element 21 mindestens 40% des Durchmessers D des Saugmundes 19 beträgt (Fig. 6. 6a).

[0045] Fig. 7 zeigt eine Kühlmittelpumpe ohne zusätzliche Leitflächen. Der Gehäusedeckel ist entfernt, daher sind erste und zweite strömungsbeeinflussende Elemente nicht ersichtlich. Das Laufrad 8 ist durch strichlierte Linien schematisch angedeutet. Die durch die strömungsbeeinflussenden Elemente 20, 21 gebildeten Teilströme Si, S₂ strömen entlang des Umfangs des Saugmunds 19.

[0046] Die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsvariante der Erfindung unterscheidet sich von Fig. 7 dadurch, dass im Bereich des saugmundseitigen zweiten Endes 182 des Zulaufkanals 18 zwei voneinander abgewandte und eine Doppelspirale 22 ausbildende Leitwände 22a, 22b auf der dem Pumpeneintritt 15 abgewandten Seite des Saugmundes 19 so angeordnet sind, dass die beiden in Umfangsrichtung beidseits des Saugmundes 19 strömenden Teilströmungen Si, S₂ des Kühlmittels zum Saugmund 19 geführt werden. Durch die Doppelspirale 22 wird das tangential am Saugmund 19 des Laufrades 8 vorbeiströmende Kühlmittel in Richtung des Saugmundes 19 umgeleitet. Die Leitwände 22a, 22b sind im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen symmetrisch zu einer durch die Längsmittelachse 18' des Zulaufkanals 18 und die Drehachse 7 aufgespannten Ebene ε₃ ausgebildet. Die Längsmittelachse 18' kann - in Richtung der Drehachse 7 betrachtet - eine Symmetrieachse des Zulaufkanals 18 ausbilden. Falls ein Eingangsdrall beim Eintritt in den Saugmund 19 gewünscht ist, können die Leitwände 22a, 22b auch asymmetrisch gestaltet sein.

[0047] Das Kühlmittel wird durch das erste strömungsbeeinflussende Element 20 zuerst in Richtung des Gehäusemantels 5a aufgefächert und danach homogen, also drallfrei oder zumindest drallarm, dem Saugmund 19 im Wesentlichen radial bezüglich der Drehachse 7 zugeführt. Danach strömt es axial, also in Richtung der Drehachse 7, durch den Saugmund 19 in die Schaufelkanäle des Laufrades 8. Das kreissektorförmig gestaltete zweite Ende 182 des Zulaufkanals 18 bildet einen strömungsberuhigenden Sammelraum, in welchem Turbulenzen und Drallkomponenten in der Kühlmittelströmung abgebaut werden.

[0048] Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe 4 ermöglicht sowohl eine Verringerung des Bauraumes in Richtung der Drehachse 7, als auch eine wirkungsgradoptimale homogene Zuführung der Kühlflüssigkeit zum Saugmund 19 des Laufrades 8.

[0049] Durch die homogene Zuführung des Kühlmittels zum Saugmund 19 wird eine weitgehend drallfreie Anströmung des Laufrades 8 der Kühlmittelpumpe 4 erreicht. Dies ermöglicht wiederum eine gleichförmige Leistung bei unterschiedlichen Betriebsbereichen. Durch die gleichförmige Verteilung der Kühlmittelmasse auf den gesamten Umfang der Wasserpumpengeometrie werden gleichzeitig alle Pumpenschaufeln der Kühlmittelpumpe 4 hinsichtlich Schwingung und Pumpeffizienz im optimalen Bereich betrieben.

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Claims (14)

1. Patentansprüche

   1. Kühlmittelpumpe (4) für eine Brennkraftmaschine (1), mit einem einen Gehäusedeckel (6) aufweisenden Gehäuse (5), in welchem ein um eine Drehachse (7) drehbares Laufrad (8) angeordnet ist, welches koaxial zur Drehachse (7) einen Saugmund (19) aufweist, wobei das Gehäuse (5) zumindest einen im Wesentlichen normal zur Drehachse (7) ausgebildeten Zulaufkanal (19) ausbildet, um Kühlmittel von einem von der Drehachse (7) beabstandeten seitlichen Pumpeneintritt (15) zum Saugmund (19) zu führen, und wobei der Zulaufkanal (18) zumindest ein strömungsbeeinflussendes Element (20, 21) aufweist, wobei das zumindest eine strömungsbeeinflussende Element (20, 21) im Bereich einer vorzugsweise normal auf die Drehachse (7) und/oder durch die Drehachse (7) verlaufend ausgebildeten Längsmittelachse (18') des Zulaufkanales (18) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweites strömungsbeeinflussendes Element (21) im Zulaufkanal (18) im Bereich des Saugmundes (19) angeordnet ist, wobei das zweite strömungsbeeinflussende Element (21) drehsymmetrisch ausgebildet und koaxial zur Drehachse (7) angeordnet ist.
2. 2. Kühlmittepumpe (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein strömungsbeeinflussendes Element (20, 21) symmetrisch zur Längsmittelachse (18') des Zulaufkanals (18) ausgebildet ist.
3. 3. Kühlmittepumpe (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes strömungsbeeinflussendes Element (20) im Zulaufkanal (18) zwischen dem Pumpeneintritt (15) und dem Saugmund (19) angeordnet ist.
4. 4. Kühlmittepumpe (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Drehachse (7) betrachtet - das zweite strömungsbeeinflussende Element (21) die Form eines Kreises aufweist, wobei vorzugsweise der Durchmesser (D₂₁) des Kreises mindestens einem Nabendurchmesser (d) des Laufrades (8) entspricht.
5. 5. Kühlmittelpumpe (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein strömungsbeeinflussendes Element (20, 21) durch eine in Richtung der Drehachse (7) in den Zulaufkanal (18) hineinragende Ausbuchtung (20a, 21a) einer Zulaufkanalwand (18c) gebildet ist.
6. 6. Kühlmittelpumpe (4) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - in einer durch die Drehachse (7) und die Längsmittelachse (18') des Zulaufkanals (18) aufgespannten Schnittebene (ε₃) betrachtet - zwischen dem ersten strömungsbeeinflussenden Element (20) und der gegenüberliegenden Zulaufkanalwand (18b) ein - in einer Richtung parallel zur Drehachse (7) gemessener - erster kleinster Abstand (h) ausgebildet ist, welcher vorzugsweise mindestens 10% der in einer Richtung parallel zur Drehachse (7) gemessenen Breite (b) des Zulaufkanals (18) unmittelbar benachbart des ersten strömungsbeeinflussenden Elements (20) beträgt.
7. 7. Kühlmittelpumpe (4) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass - in einer Normalebene (ε₂) auf die Drehachse (7) betrachtet - zwischen einer Flankenfläche (20b) des ersten strömungsbeeinflussenden Elementes (20) und zumindest einer gegenüberliegenden Zulaufkanalwand (18a) ein in einer Normalebene (ε_Ί) auf die Zulaufkanalwand (18a) gemessener zweiter kleinster Abstand (k) ausgebildet ist, welcher vorzugsweise mindestens 40% des Durchmessers (d) des Saugmundes (19) beträgt.
8. 8. Kühlmittelpumpe (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste strömungsbeeinflussende Element (20) vom Saugmund (19) und/oder vom zweiten strömungsbeeinflussenden Element (21) beabstandet ist.
9. 9. Kühlmittelpumpe (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einer Normalebene (ε₂) auf die Drehachse (7) gemessener dritter kleinste Abstand (x) zwischen dem ersten strömungsbeeinflussenden Element (20) und dem Saugmund (19) mindestens den doppelten Durchmesser (d) des Saugmundes (19) beträgt.

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   AT517 125B1 2019-07-15 österreichisches patentamt
10. 10. Kühlmittelpumpe (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einer Normalebene (ε₂) auf die Drehachse (7) gemessener vierter kleinster Abstand (y) zwischen einem ersten strömungsbeeinflussenden Element (20) und einem zweiten strömungsbeeinflussenden Element (21) mindestens 40% des Durchmessers (d) des Saugmundes (19) beträgt.
11. 11. Kühlmittelpumpe (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Zulaufkanal (18) zumindest eine das Kühlmittel in Richtung des Saugmundes (19) lenkende Leitwand (22a, 22b) angeordnet ist.
12. 12. Kühlmittelpumpe (4) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei voneinander abgewandte Leitwände (22a, 22b) eine Doppelspirale (22) bilden und auf der dem Pumpeneintritt (15) abgewandten Seite des Saugmundes (19) - vorzugsweise im Wesentlichen symmetrisch zu einer durch die Längsmittelachse (18') des Zulaufkanals (18) und die Drehachse (7) des Laufrades (8) aufgespannten Ebene (ε₃) - angeordnet sind.
13. 13. Kühlmittelpumpe (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufkanal (18) einen sich zwischen einem eintrittsseitigen ersten Ende (181) und einem saugmundseitigen zweiten Ende (182) verlaufend erweiternden Strömungsquerschnitt aufweist.
14. 14. Kühlmittelpumpe (4) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das saugmundseitige zweite Ende (182) des Zulaufkanals (18) als achsgleich mit dem Saugmund (19) ausgeführter Kreissektor (182') ausgebildet ist, wobei vorzugsweise sich der Kreissektor (182') um einen Winkel (α) von etwa 180° erstreckt.