DE10057099A1

DE10057099A1 - Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: DE10057099A1
Application number: DE10057099A
Authority: DE
Inventors: Eugen Schmidt; Franz Pawellek
Original assignee: Geraete und Pumpenbau GmbH Dr Eugen Schmidt
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2020-11-18
Also published as: DE10057099C2

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine über eine Riemenscheibe angetriebene Kühlmittelpumpe zu entwickeln, welche insbesondere den Fertigungsaufwand deutlich reduziert, bauteil- und materialoptimiert ist, sich durch niedrige Reibungsverluste auszeichnet, gleichzeitig Dampfleckagen vermeidet und sich gegenüber den herkömmlich eingesetzten Pumpen durch ein deutlich geringeres Gewicht sowie deutlich niedrigere Herstellungskosten auszeichnet, darüber hinaus nach dem Überschreiten einer maximal zulässigen Betriebsdauer einfach demontiert und durch Austausch von wenigen, kostengünstig recycelbaren Verschleißgruppen schnell und fertigungstechnisch einfach wieder kostengünstig montiert und sogar auch mehrfach wieder aufgearbeitet werden kann. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe mit Riemenscheibe für Verbrennungsmotoren zeichnet sich dadurch aus, dass auf einem Ende einer in einem Pumpengehäuse (1) angeordneten Welle (2) der Innenmantel des Lagersitzes (4) einer Riemenscheibe (3) angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Außenmantel des Lagersitzes (4) und einer im Pumpengehäuse (1) angeordneten Wälzlagerbohrung (5) ein Kugellager (6) befindet und am der Riemenscheibe (3) gegenüberliegenden Ende der Welle (2) drehfest ein Flügelrad (7) angeordnet ist, dessen benachbarter Wellenabschnitt in einem Gleitlager gelagert ist, wobei sich in dem zwischen dem Gleitlager und dem Kugellager befindliche Bereich der Welle (2) ein in einem Dichtungssitz (10) des Pumpengehäuses (1) angeordneter ...

Description

Die Erfindung betrifft eine über eine Riemenscheibe angetriebene Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore.

Im Stand der Technik sind über eine Riemenscheibe angetriebene Kühlmittelpumpen für Verbrennungsmotore vielfach vorbeschrieben.

Die fertigungs-, material- und kostenintensiven Pumpengehäuse dieser über Riemenscheiben angetriebenen Kühlmittelpumpen, mit einem an der Pumpenwelle angeordneten Pumpenrad, sind zumeist abnehmbar mit dem Motorgehäuse verbunden.

Im Pumpengehäuse selbst ist eine sehr kostenintensive Lageranordnung, welche die fertigungstechnisch aufwendig gestaltete Welle abstützt, mit Presssitz eingepasst.

Die Abdichtung der Lageranordnung des Wellenstützlagers gegenüber dem mit Kühlmittel beaufschlagten Pumpenraum erfolgt zumeist über fertigungs- und kostenintensive Gleitringdichtungen.

Weitere wesentliche Nachteile der Gleitringdichtungen sind die auftretenden Dampfleckagen und Reibungsverluste. Da es bei allen Gleitringdichtungen stets erforderlich ist, die aneinander "laufenden", kühlflüssigkeitsgeschmierten Dichtflächen mittels Federkraft miteinander zu verspannen, treten dadurch zwangsläufig vom mittleren Dichtflächendurchmesser abhängige Reibmomente auf, die einerseits zu Reibungsverlusten und andererseits auch zu aus diesen Reibungsverlusten resultierenden Temperaturerhöhungen an den Dichtflächen führen. Diese Temperaturerhöhungen der Dichtflächen bewirken, dass das zur Schmierung der Dichtflächen zwingend erforderliche Kühlmittel verdampft, wodurch die bei Gleitringdichtungen auftretenden Dampfleckagen unvermeidbar sind.

Um zumindest den Montageaufwand beim Einsatz von Gleitringdichtungen zu reduzieren wurde in der DE-OS 42 03 391 vorgeschlagen, die gesamte Dichtungsanordnung zu einer Baueinheit zusammenzufassen.

Im Stand der Technik sind darüber hinaus auch die Nachteile der Gleitringdichtung umgehende, mit Spalttöpfen arbeitende, magnetische Pumpenradantriebe bekannt geworden. Doch deren Herstellung ist sehr kostenaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, über eine Riemenscheibe angetrieben Kühlmittelpumpe zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere den Fertigungsaufwand deutlich reduziert, bauteil- und materialoptimiert ist, sich durch niedrige Reibungsverluste auszeichnet, gleichzeitig Dampfleckagen vermeidet, sich gegenüber den herkömmlich eingesetzten Pumpen durch ein deutlich geringeres Gewicht sowie deutlich niedrigere Herstellungskosten auszeichnet, darüber hinaus nach dem Überschreiten einer maximal zulässigen Betriebsdauer wieder einfach demontiert und durch Austausch von wenigen, kostengünstig recycelbaren Verschleißbaugruppen schnell und fertigungstechnisch einfach wieder kostengünstig montiert, und sogar auch mehrfach wieder aufgearbeitet werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.

Auf einem Ende einer in einem Pumpengehäuse (1) angeordneten Welle (2) ist erfindungsgemäß der Innenmantel des Lagersitzes (4) einer Riemenscheibe (3) angeordnet, wobei sich zwischen dem Außenmantel des Lagersitzes (4) und einer im Pumpengehäuse (1) angeordneten Wälzlagerbohrung (5) ein Kugellager (6) befindet.

Kennzeichnend ist auch, dass an dem der Riemenscheibe (3) gegenüberliegenden Ende der Welle (2) drehfest ein Flügelrad (7) angeordnet ist, dessen benachbarter Wellenabschnitt in einer in der Gleitlagerbohrung (8) des Pumpengehäuse (1), angeordneten Gleitlagerbuchse (9) gelagert ist. Diese fertigungstechnisch günstige, material- und bauraumminimierte Anordnung ermöglicht eine optimale, kostengünstige Wellenabstützung bei Vermeidung des Einsatzes von kostenintensiven, sonderangefertigten Speziallageranordnungen zur Lagerung der Pumpenwelle.

Erfindungswesentlich ist auch, dass sich in dem zwischen dem Gleitlager und dem Kugellager befindlichen Bereich der Welle (2) ein in einem Dichtungssitz (10) des Pumpengehäuses (1) angeordneter Radial-Wellendichtring (11) befindet.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz dieses Radial-Wellendichtringes (11) kann auf eine Gleitringdichtung verzichtet werden, wodurch die Reibungsverluste reduziert und Dampfleckagen vermieden werden.

Erfindungsgemäß unterteilt dieser Radial-Wellendichtring (11) den verbleibenden Innenraum des Lagergehäuses in eine Dichtungskammer (13) und einen Leckageraum (15), wobei zwischen dem Strömungsraum (12) und der Dichtungskammer (13) eine/mehrere Überströmbohrung/en (14) angeordnet ist/sind. Diese Überströmbohrung/en (14) bewirkt/bewirken einen "kleinen" Kühlmittelkreislauf durch das Gleitlager hindurch, so dass erfindungsgemäß einerseits die Kühlung der Lagerstelle und gleichzeitig auch die Kühlung des Radial-Wellendichtringes (11) durch diesen "kleinen" Kühlmittelkreislauf gewährleistet wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Leckageraum (15) mit einer oder mehreren Luftaustauschbohrung/en (16) versehen ist.

Diese Luftaustauschbohrung/en (16) gewährleisten bei eventuellem, infolge von durch Verunreinigungen im Kühlmittel verursachtem Eintritt von Kühlflüssigkeit über den Radial-Wellendichtring (11) in dem Leckageraum (15), dass das in den Leckageraum eingetretene Kühlmittel auf Grund der Pumpengehäusetemperatur verdampft und über die Luftaustauschbohrung/en (16) aus dem Leckageraum (15) austreten kann.

Dabei zeichnet sich die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe gleichzeitig durch einen einfachen Aufbau mit niedrigen Herstellungskosten aus, und ermöglicht zudem nach dem Überschreiten einer maximal zulässigen Betriebsdauer eine einfache Demontage sowie den kostengünstigen Austausch von wenigen, recycelbaren Verschleißbaugruppen, wie auch eine nach dem Austausch der Verschleißbaugruppen schnelle und fertigungstechnisch einfache, kostengünstig Montage und dadurch eine mehrfache Wiederaufarbeitung der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe.

Die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch beschriebenen Kühlmittelpumpe.

So ist es vorteilhaft, wenn das Pumpengehäuse (1) aus einem glasfaserverstärktem Duroplastwerkstoff hergestellt wird. Dadurch werden die Material- und die Herstellungskosten nochmals reduziert und gleichzeitig das Pumpengehäusegewicht minimiert.

In vorteilhafter Weise werden die Herstellungskosten des Flügelrades (7) dadurch merklich gesenkt, dass dieses als Blechformteil ausgebildet wird.

Äußerst vorteilhaft ist es auch, wenn die Welle (2) nicht abgesetzt ist und aus korrosionsbeständigem, oberflächengehärtetem Werkstoff besteht.

Dadurch wird es möglich die Wellen beispielsweise aus einsatzgehärtetem Stangenmaterial spitzenlos zu schleifen, um so sowohl die für eine optimale Abdichtung der Welle, beispielsweise mittels eines Radial-Wellendichtringes, wie auch die für eine optimale Gleitlagerung erforderliche Oberflächenqualität und Oberflächenhärte mit minimalem Fertigungs- und Kostenaufwand zu gewährleisten.

In diesem Zusammenhang ist es weiterhin sehr vorteilhaft, wenn die auf der stabförmigen, aus korrosionsarmen Werkstoff bestehenden Welle (2) anzuordnende Riemenscheibe (3), bzw. das auf dieser Welle drehfest anzuordnende Flügelrad (7), auf der Welle (2) fertigungstechnisch einfach aufgepresst wird.

Vorzugsweise erfolgt die Befestigung des Kugellagers (6) auf dem Lagersitz (4) der Riemenscheibe durch Aufpressen und in der Wälzlagerbohrung (5) des Gehäuses (1) durch Einkleben.

Dadurch können die für die Wellenlagerung erforderlichen "Festlagereigenschaften" des Kugellagers mit minimalen Fertigungskosten gewährleistet werden.

Das Kugellager (6) ist in vorteilhafter Weise mittig zur Resultierenden der Riemenkraft der Riemenscheibe (3) angeordnet. Dadurch wird die Wellen- und Lagerbelastung minimiert und eine optimale Dimensionierung der Funktionsbaugruppen gewährleistet.

Vorzugsweise wird die Gleitlagerung der Welle (2) direkt in einer Gleitlagerbohrung (8) des aus Kunststoff bestehenden Gehäuses (1) ausgebildet.

Insbesondere bei höheren Lagerkräften oder während der Aufbereitung der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe kann in eine entsprechend größere Gleitlagerbohrung (8) eine Gleitlagerbuchse (9) eingegossen oder eingepresst werden.

Vorteilhaft ist es auch, wenn der Radial-Wellendichtring (11) außermittig auf der Welle (2) angeordnet wird, so dass bei einer Generalreparatur der Kühlmittelpumpe die stabförmige Welle (2), beispielsweise bei durch den Radial-Wellendichtring (11) verursachten Verschleißerscheinungen an der Welle (2), allein durch den Austausch von Flügelrad (7) und Riemenscheibe (3) nochmals wiederverwendet werden kann.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der zeichnerischen Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung.

Die in der Fig. 1 im Schnitt dargestellte, mit einer Riemenscheibe versehene, erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe eines Verbrennungsmotors zeigt zwei mögliche Bauformen der erfindungsgemäßen Gleitlagerung.

In der oberen Hälfte der Schnittdarstellung ist die eine der beiden möglichen Bauformen der erfindungsgemäßen Gleitlagerung (ohne Gleitlagerbuchse) dargestellt.

Die untere Hälfte der Schnittdarstellung zeigt die andere mögliche Bauform der erfindungsgemäßen Gleitlagerung (mit Gleitlagerbuchse).

Das Pumpengehäuse 1 ist aus einem glasfaserverstärktem Duroplastwerkstoff hergestellt. Dadurch werden sowohl das Gewicht wie auch die Herstellungskosten deutlich reduziert.

Die stabförmige Welle 2 besteht aus korrosionsarmen, oberflächengehärtetem Werkstoff. Derartige "glatte" Wellen lassen sich sehr kostengünstig herstellen, da diese spitzenlos geschliffen und poliert werden können.

So kann die sowohl für eine optimale Gleitlagerung wie auch für eine optimale Abdichtung der Welle erforderliche Oberflächenqualität und Oberflächenhärte der Welle 2 mit minimalem Fertigungs- und Kostenaufwand gewährleistet werden.

Auf einem Ende der im Pumpengehäuse 1 angeordneten Welle 2 ist der Innenmantel des Lagersitzes 4 einer Riemenscheibe 3 angeordnet. Zwischen dem Außenmantel dieses Lagersitzes 4 und einer im Pumpengehäuse 1 angeordneten Wälzlagerbohrung 5 ist ein Kugellager 6 mittig zur Resultierenden der Riemenkraft der Riemenscheibe 3 eingeklebt. Diese mittige Anordnung eines vorzugsweise beidseitig mit Deck- oder Dichtscheiben versehenen Kugellagers 6 gewährleistet infolge der Minimierung der Wellen- und Lagerbelastung eine optimale Dimensionierung aller Funktionsbaugruppen der Kühlmittelpumpe. Die zur Wellen- bzw. nabenseitigen Befestigung des Kugellagers 6 der Kühlmittelpumpe eingesetzte Klebeverbindung bindet mit minimalen Fertigungskosten die für eine Festlageranordnung erforderlichen Freiheitsgrade des Kugellagers.

An dem der Riemenscheibe 3 gegenüberliegenden Ende der stabförmigen Welle 2 ist ein kostengünstig herstellbares, als Blechformteil ausgebildetes Flügelrad 7 aufgepresst.

Der dem Flügelrad 7 benachbarte Abschnitt der Welle 2 ist entweder, wie in der oberen Hälfte der Fig. 1 dargestellt, direkt in einer Gleitlagerbohrung 8 des Pumpengehäuses 1 gelagert, oder wie in der unteren Hälfte der Fig. 1 dargestellt, in einer in der Gleitlagerbohrung 8 angeordneten Gleitlagerbuchse 9 gelagert.

Die insbesondere bei höheren Lagerbelastungen, oder nach einer Wiederaufarbeitung eingesetzte Gleitlagerbuchse 9 ist in der Gleitlagerbohrung 8 des Gehäuses 1 eingegossen, eingepresst oder eingeklebt.

Auf Grund der mechanisch optimalen, die Wellenbelastung minimierenden, sehr kostengünstigen und gleichzeitig qualitativ hochwertigen, erfindungsgemäßen Wellenabstützung durch ein "loses" Gleit- und eine "festes" Kugellager werden gegenüber den herkömmlichen in Kühlmittelpumpen eingesetzten kostenaufwendigen, sonderangefertigten Speziallagern nicht nur die Fertigungskosten wesentlich reduziert, sondern gleichzeitig auch die Instandsetzungskosten minimiert und zudem der für die Welle und deren Lagerung erforderliche Materialeinsatz deutlich gesenkt.

Im Bereich der Welle 2 ist zwischen dem Gleitlager und der Kugellageranordnung in einem Dichtungssitz 10 des Pumpengehäuses 1 ein Radial-Wellendichtring 11 angeordnet.

Dieser Radial-Wellendichtring 11 gewährleistet mit minimalem Aufwand in Verbindung mit der für eine optimale Abdichtung zwingend erforderlichen, qualitativ hochwertigen, mittels der erfindungsgemäßen Anordnung zu gewährleistenden Wellenoberfläche, eine sehr kostengünstige, infolge der geringeren Reibkräfte und der geringeren Wirkradien der Reibkräfte reibungsminimierte und gleichzeitig Dampfleckagen vermeidende Wellenabdichtung.

Dabei ist der Radial-Wellendichtring 11 auf der Welle 2 außermittig angeordnet. Dadurch wird es möglich, dass bei einer Aufbereitung der Kühlmittelpumpe die Welle 2, insbesondere dann wenn infolge von Verunreinigungen des Kühlmittels die Oberfläche der stabförmige Welle 2 im Dichtungsbereich beschädigt ist, durch den gegenseitigen Austausch von Flügelrad 7 und Riemenscheibe 3 auf der Welle 2, die Welle 2 nochmals wiederverwendet werden kann.

Vom Radial-Wellendichtring 11 wird der verbleibende Innenraum des Lagergehäuses in eine Dichtungskammer 13 und einen Leckageraum 15 unterteilt.

Zwischen dem flügelradseitigen Strömungsraum 12 und der Dichtungskammer 13 ist eine Überströmbohrung 14 angeordnet. Diese Überströmbohrung 14 bewirkt einen Kühlmittelkreislauf durch das Gleitlager hindurch, wodurch erfindungsgemäß sowohl die Kühlung der Lagerstelle und gleichzeitig auch die Kühlung des Radial-Wellendichtringes 11 durch einen "kleinen Kühlmittelkreislauf" abgesichert wird.

Der Leckageraum 15 ist erfindungsgemäß mit einer Luftaustauschbohrung 16 versehen. Dadurch wird gewährleistet, dass bei eventuellem, infolge von Verunreinigungen im Kühlmittel verursachtem Eintritt von Kühlflüssigkeit über den Radial-Wellendichtring 11 in dem Leckageraum 15, das in den Leckageraum gelangte Kühlmittel auf Grund der Pumpengehäusetemperatur verdampft und so über die Luftaustauschbohrung 16 aus dem Leckageraum 15 austreten kann.

Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen eine über eine Riemenscheibe angetrieben Kühlmittelpumpe zu entwickeln, deren Fertigungsaufwand deutlich reduziert ist, die gleichzeitig bauteil- und materialoptimiert ist und sich durch niedrige Reibungsverluste auszeichnet, Dampfleckagen vermeidet und gegenüber den herkömmlich eingesetzten Pumpen ein deutlich geringeres Gewicht sowie deutlich niedrigere Herstellungskosten aufweist, zudem nach Überschreiten einer maximal zulässigen Betriebsdauer einfach demontiert und durch den Austausch von wenigen, kostengünstig recycelbaren Verschleißbaugruppen schnell, fertigungstechnisch einfach und kostengünstig wieder montiert und somit sogar mehrfach kostengünstig wieder aufgearbeitet werden kann.

Bezugszeichenzusammenstellung

1

Pumpengehäuse

2

Welle

3

Riemenscheibe

4

Lagersitz

5

Wälzlagerbohrung

6

Kugellager

7

Flügelrad

8

Gleitlagerbohrung

9

Gleitlagerbuchse

10

Dichtungssitz

11

Radial-Wellendichtring

12

Strömungsraum

13

Dichtungskammer

14

Überströmbohrung

15

Leckageraum

16

Luftaustauschbohrungen

Claims

1. Kühlmittelpumpe mit Riemenscheibe für Verbrennungsmotore, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Ende einer in einem Pumpengehäuse (1) angeordneten Welle (2) der Innenmantel des Lagersitzes (4) einer Riemenschiebe (3) angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Außenmantel des Lagersitzes (4) und einer im Pumpengehäuse (1) angeordneten Wälzlagerbohrung (5) ein Kugellager (6) befindet und am der Riemenscheibe (3) gegenüberliegenden Ende der Welle (2) drehfest ein Flügelrad (7) angeordnet ist, dessen benachbarter Wellenabschnitt in einem Gleitlager gelagert ist, wobei sich in dem zwischen dem Gleitlager und dem Kugellager befindlichen Bereich der Welle (2) ein in einem Dichtungssitz (10) des Pumpengehäuses (1) angeordneter Radial-Wellendichtring (11) befindet, der den verbleibenden Innenraum des Lagergehäuses in eine Dichtungskammer (13) und einen Leckageraum (15) unterteilt, wobei zwischen dem Strömungsraum (12) und der Dichtungskammer (13) eine/mehrere Überströmbohrung/en (14) angeordnet ist/sind, und der Leckageraum (15) mit einer oder mehreren Luftaustauschbohrungen (16) versehen ist.

2. Kühlmittelpumpe mit Riemenscheibe für Verbrennungsmotore, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (1) vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Duroplastwerkstoff besteht.

3. Kühlmittelpumpe mit Riemenscheibe für Verbrennungsmotore, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (7) ein Blechformteil ist.

4. Kühlmittelpumpe mit Riemenscheibe für Verbrennungsmotore, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) nicht abgesetzt ist und aus stabförmigen korrosionsbeständigen Werkstoff besteht.

5. Kühlmittelpumpe mit Riemenscheibe für Verbrennungsmotore, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (3) und das Flügelrad (7) auf die Welle (2) aufgepreßt sind.

6. Kühlmittelpumpe mit Riemenscheibe für Verbrennungsmotore, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugellager (6) vorzugsweise mittig zur Resultierenden der Riemenkraft der Riemenscheibe (3) angeordnet ist.

7. Kühlmittelpumpe mit Riemenscheibe für Verbrennungsmotore, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugellager (6) auf dem Lagersitz (4) der Riemenscheibe aufgepresst und in der Wälzlagerbohrung (5) des Gehäuses (1) eingeklebt ist.

8. Kühlmittelpumpe mit Riemenscheibe für Verbrennungsmotore, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) vorzugsweise direkt in einer Gleitlagerbohrung (8) des aus Kunststoff bestehenden Gehäuses (1) gelagert ist.

9. Kühlmittelpumpe mit Riemenscheibe für Verbrennungsmotore, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radial-Wellendichtring (11) auf der Welle (2) vorzugsweise außermittig angeordnet ist.