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Die
Erfindung betrifft eine Pumpe, ein Spannelement und einen Motor.
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Ein
Motor ist typischerweise mit einem Kühlsystem ausgestattet, das
eine Kühlmittelpumpe,
die zur Kühlmittelförderung
innerhalb des Kühlsystems ausgebildet
ist, umfasst. Die Kühlmittelpumpe
wird hierzu von einer Kette oder einem Riemen des Motors angetrieben.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird eine Pumpe mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1, eine Pumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs
9, ein Spannelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 19 und
ein Motor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 21 vorgestellt.
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Die
erfindungsgemäße Pumpe
nach Patentanspruch 1 ist zur Kühlmittelförderung
in einem Motor ausgebildet. In dieser Pumpe ist ein Spannelement,
das zum Spannen eines Antriebsglieds des Motors ausgebildet ist,
integriert.
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Somit
wird eine Pumpe mit Funktionsintegration zur Kühlmittelförderung in einem Kühlsystem
des Motors oder einer Brennkraftmaschine bereitgestellt. Das Antriebsglied,
das in dem Motor eine Anzahl Wellen umschlingt und auch zum Antrieb
der Pumpe ausgebildet ist, kann mit dem Spannelement der Pumpe gespannt
werden. Mit dem Spannelement können
Längenänderungen,
die bei Betrieb des Antriebsglieds auftreten, kompensiert werden.
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Das
Spannelement kann in einem Pumpengehäuse der Pumpe eingeschoben
sein. Somit ist es ohne weiteres möglich, eine Pumpe nachträglich mit dem
Spannelement auszustatten. Das Spannelement kann jedoch auch als
integraler Bestandteil der Pumpe, vorzugsweise des Pumpengehäuses, ausgebildet
sein.
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Eine
Aufnahme des Spannelements in der Pumpe kann beispielsweise durch
ein Hydroelement realisiert sein. Ist das Spannelement in dem Pumpengehäuse eingeschoben,
so ist vorgesehen, dass dieses von einem Hauptölkanal des Motors mit Drucköl versorgt
wird.
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Eine
Welle der Pumpe, die mit einem Antriebsrad verbunden ist, wobei
dieses Antriebsrad von dem Antriebsglied gedreht wird, ist in einem
vorzugsweise hydrodynamischen Gleitlager gelagert. Dieses Gleitlager
wird durch eine erste Bohrung, die mit dem Hauptölkanal verbunden ist, geschmiert. Diese
erste Bohrung innerhalb des Pumpengehäuses verbindet den Hauptölkanal eines
Zylinderkurbelgehäuses
des Motors mit einem Nebenölkanal
der Pumpe.
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Die
Pumpe kann je nach verwendetem Kühlmittel
als Kühlmittelpumpe
oder als Wasserpumpe ausgebildet sein. Das Antriebsglied ist dann
als Komponente eines Primärsteuertriebs
des Motors ausgebildet. Dieses Antriebsglied kann als Kette, Riemen, insbesondere
Zahnriemen, Keilriemen oder Flachriemen ausgebildet sein.
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Die
Pumpe weist vorzugsweise eine Welle auf, die über das Gleitlager gelagert
ist. An einem Ende der Welle befindet sich üblicherweise ein Antriebsrad,
das mit dem Antriebsglied zusammenwirkt, so dass die Welle über das
Antriebsrad bei Betrieb des Motors in eine Drehbewegung versetzt
wird.
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In
der Pumpe mit dem integrierten Spannelement kann zusätzlich ein
geschlossenes Pumpenrad integriert sein. Dieses geschlossene Pumpenrad
ist vorzugsweise an einem anderen Ende der Welle befestigt, dreht
sich mit der sich drehenden Welle und stellt somit eine Förderung
eines Volumenstroms des zur Kühlung
des Motors notwendigen Kühlmittels
bereit.
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Die
erfindungsgemäße Pumpe
nach Patentanspruch 9 ist zur Kühlmittelförderung
in einem Motor ausgebildet. In dieser Pumpe ist ein geschlossenes
Pumpenrad integriert.
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Da
das Pumpenrad geschlossen ist, ergibt sich innerhalb der Pumpe eine
optimierte Spaltsituation. Das geschlossene Pumpenrad ist einfach
herzustellen.
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Die
Pumpe ist vorzugsweise als Teil eines Kühlsystems des Motors ausgebildet.
Bei Betrieb des Kühlsystems
mit der Pumpe kann das sich drehende Pumpenrad von dem Kühlmittel
oder einer Kühlflüssigkeit
axial angeströmt
werden.
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An
einem Rücken
des Pumpenrads kann eine Scheibe angeordnet sein. Außerdem kann
vorgesehen sein, dass eine Gleitringdichtung diese Scheibe gegen
das Pumpenrad drückt.
Durch diese Scheibe, die bspw. als eine Drehscheibe ausgebildet ist,
kann das Pumpenrad also urgeformt ohne weitere Bearbeitung hergestellt
werden.
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Durch
die bevorzugte Ausführung
des Pumpenrads als geschlossenes Rad kann der Spalt sehr einfach
und genau durch eine zylindrische Bearbeitung in einem Zylinderkurbelgehäuse des
Motors realisiert werden, wodurch eine Spaltsituation in der Pumpe
optimal zu gestalten ist. Dadurch, dass die Scheibe am Rücken des
Pumpenrads durch die Gleitringdichtung gegen das Pumpenrad gedrückt ist, kann
auf eine mechanische Verbindung zwischen der Scheibe und dem Pumpenrad verzichtet
werden. Durch Verwendung der Scheibe ist das geschlossene Pumpenrad
in der Pumpe einfach einzubauen.
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In
Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Welle radial über ein
vorzugsweise hydrodynamisches Gleitlager gelagert ist, wobei dieses
Gleitlager von einem Hauptölkanal
aus einem Zylinderkurbelgehäuse
des Motors mit Drucköl
versorgt wird. Somit kann für
die Welle der Pumpe eine kostengünstige Lagerung
bereitgestellt werden. Durch diese Anordnung ist ein Einpass des
geschlossenen Pumpenrads zu dem Pumpengehäuse verbessert. Üblicherweise
sind Wellen in derartigen Pumpen axial abgedichtet, wodurch sich
ein problematisches Axialspiel der Welle ergeben kann. Dies wird
bei der vorliegenden Pumpe durch eine radiale Abdichtung zum radialen
Abdichten der Welle vermieden.
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Ein
Antriebsrad bzw. ein Pumpenrad der Pumpe kann durch das Antriebsglied
aus dem Primärsteuertrieb
des Motors angetrieben werden. Die Pumpe weist beispielsweise eine
Spiralgeometrie auf und ist in einem V-förmigen Raum eines Zylinderkurbelgehäuses des
Motors gegossen.
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Zur
Fertigung oder Montage können
das Pumpenrad und das Antriebsrad durch ein Gewinde entgegen einer
Drehrichtung der Welle bei Betrieb der Pumpe, je nach dem ob mit
oder entgegen dem Uhrzeigersinn, auf die Welle aufgeschraubt werden.
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In
weiterer Ausgestaltung wird ein Axiallager der Welle durch einen
zwischen der Welle und dem Antriebsrad angeordneten Bund des Gleitlagers
bereitgestellt. In diesen Fall stellt eine Entlastungsbohrung gleichzeitig
eine pumpenradseitige Schmiertasche dieses Axiallagers dar. Des
weiteren kann die vorliegende Pumpe einen Verschluss für eine Hauptölbohrung
aufweisen. Außerdem
kann eine geeignete Verteilung für
einen Hauptölstrom
realisiert sein.
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Die
Pumpe kann des weiteren einen Pumpendeckel aufweisen, wobei dieser
Pumpendeckel dazu ausgebildet ist, einen Pumpenraum der Pumpe zu
verschließen.
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In
Ausgestaltung ist in der Pumpe nach Patentanspruch 9 zusätzlich ein
Spannelement, das zum Spannen des Antriebsglieds des Motors ausgebildet
ist, integriert.
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Die
vorliegende Pumpe kann somit mindestens ein mit dem Antriebsglied
eines Steuertriebs des Motors zusammenwirkendes Bauteil aufweisen.
Dieses mindestens eine Bauteil ist entweder als das zum Spannen
des Antriebsglieds vorgesehene Spannelement und/oder als das durch
das Antriebsglied angetriebene Pumpenrad ausgebildet. Mit der erfindungsgemäßen Pumpe
ist eine hohe Integration von Bauteilfunktionen erreichbar.
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Unabhängig davon,
welches dieser beiden voranstehend benannten Bauteile die Pumpe
aufweist, kann die Pumpe einen Leckageraum aufweisen, wobei dieser
Leckageraum durch eine Wellendichtung von einem Ölraum der Pumpe getrennt ist.
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Dieser
Leckageraum ist bevorzugt durch einen O-Ring gegen den Ölraum und
einen Wasserraum abgedichtet. Des weiteren kann der Leckageraum
durch eine Bohrung oder über
einen ringförmigen
Raum zwischen dem Pumpengehäuse
und dem Zylinderkurbelgehäuse
des Motors nach außen
entlastet sein.
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Sollte
es zu einer Fehlfunktion der Gleitringdichtung innerhalb der Pumpe
kommen, kann dies durch austretendes Kühlmittel an der zur Entlastung vorgesehenen
Bohrung an dem Zylinderkurbelgehäuse
detektiert werden. Demnach ist eine Lokalisierung eines Fehlers
unabhängig
davon, ob dieser durch eine defekte Gleitringdichtung oder durch
einen defekten Radialwellendichtring hervorgerufen ist, ohne Demontage
des Motors möglich.
Eine derartige Detektion ist durch geeignete Anordnung eines Leckagekanals
innerhalb des Motors und/oder der Pumpe begünstigt.
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Die
Pumpe ist beispielsweise als Wasserpumpe ausgebildet. Ist als Kühlmittel
in dem Kühlsystem
des Motors ein Gemisch aus Wasser und einem Kühlmittel, wie beispielsweise
einem Frostschutzmittel, vorgesehen, so ist diese Pumpe als Kühlmittelpumpe
ausgebildet.
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Das
Kühlsystem
mit der Pumpe stellt eine ausreichende Kühlleistung des Motors bzw.
einer Brennkraftmaschine unter allen Betriebsbedingungen sicher.
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Die
Pumpe zur Förderung
des Kühlmittels
innerhalb des Kühlsystems
wird üblicherweise
mechanisch über
einen Zahn- oder Poly-V-Riemen oder eine Kette als Antriebsglied
angetrieben. Das in der erfindungsgemäßen Pumpe integrierte Spannelement
spannt das Antriebsglied des Motors in einem für eine jeweilige Betriebsituation
geeigneten Maß.
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Somit
ist das Antriebsglied in allen Betriebssituationen des Motors hinreichend
straff gespannt, so dass zwischen den einzelnen Rädern von
Wellen des Motors, die das Antriebsglied umschlingt, Drehbewegungen
effektiv übertragen
werden können.
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Insgesamt
wird unabhängig
von einer konkreten Ausgestaltung eine Pumpe zur Kühlmittelförderung
für eine
Brennkraftmaschine mit Funktionsintegration bereitgestellt, wobei
in dieser Pumpe mindestens eine der nachfolgenden Komponenten, nämlich das
Spannelement, das geschlossene Pumpenrad und/oder der Leckageraum
integriert ist.
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Das
erfindungsgemäße Spannelement
ist zum Spannen eines Antriebsglieds eines Motors ausgebildet und
in einer Pumpe, die zur Kühlmittelförderung
innerhalb dieses Motors ausgebildet ist, integriert.
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Dieses
Spannelement kann je nach Ausbildung des Antriebsglieds als Kettenspanner
oder Riemenspanner ausgebildet sein.
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Der
erfindungsgemäße Motor
kann ein Antriebsglied und die erfindungsgemäße Pumpe nach einer der möglichen
Ausgestaltung aufweisen. Demnach wirkt das Antriebsglied dieses
Motors mit mindestens einer Komponente der Pumpe zusammen. Diese
mindestens eine Komponente der Pumpe kann als das in der Pumpe integrierte
Spannelement, so dass das Antriebsglied mit dem Spannelement zusammenwirkt,
und/oder als das in der Pumpe integrierte Pumpenrad, so dass das
Antriebsglied mit diesem Pumpenrad zusammenwirkt, ausgebildet sein.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels
in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
einer Pumpe in schematischer Darstellung.
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2 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung der Pumpe aus 1.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
eines Motors mit der Pumpe aus 2 in schematischer
Darstellung.
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Die
Figuren werden zusammenhängend
und übergreifen
beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauteile.
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1 zeigt
eine Pumpe 2 oder Wasserpumpe in schematischer Darstellung.
Diese Pumpe 2 weist ein Pumpengehäuse 3 auf und ist
zur Kühlmittelförderung
in einem Kühlsystem
eines in 1 nicht dargestellten Motors
ausgebildet.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist in dem Pumpengehäuse 3 der
Pumpe 2 ein Spannelement 4 integriert. Dieses
Spannelement 4 ist zum Spannen eines hier nicht abgebildeten
Antriebsglieds des Motors ausgebildet. In der anhand dieses Ausführungsbeispiels
vorgestellten Pumpe 2 ist außerdem ein geschlossenes Pumpenrad 6 integriert.
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Des
weiteren weist die Pumpe 2 ein Antriebsrad 8 auf.
Ist die Pumpe 2 in dem Motor installiert, so ist vorgesehen,
dass das Antriebsglied des Motors, das vorzugsweise als Kette oder
alternativ als Riemen ausgebildet ist, das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
als Kettenrad ausgebildete Antriebsrad 8 umschlingt. Das
Antriebsglied des Motors umschlingt des weiteren eine Anzahl Räder, die
auf Wellen des Motors angeordnet sind.
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Bei
Betrieb des Motors wird über
das Antriebsglied zwischen den Wellen des Motors sowie der Pumpe 2,
vermittelt über
das Antriebsrad 8, eine Drehbewegung übertragen. Durch das in der
Pumpe 2 integrierte Spannelement 4, das hier als Kettenspanner
ausgebildet ist, wird das Antriebsglied bei Betrieb des Motors in
sämtlichen
Betriebsituationen gespannt, so dass eine effektive Übertragung
der Drehbewegung möglich
ist. Das Pumpengehäuse 3 weist
zusätzlich
umlaufende Nuten 9 zur Aufnahme von O-Ringen auf.
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2 zeigt
eine Schnittdarstellung der in 1 vorgestellten
Pumpe 2 entlang der gestrichelten Linie II-II. Anhand dieser
Darstellung ist eine Welle 10 der Pumpe 2 erkennbar.
Es ist vorgesehen, dass das Pumpenrad 6 und das Antriebsrad 8 durch ein
Gewinde entgegen einer Drehrichtung der Welle 10 auf dieser
Welle 10 aufgeschraubt sind. Bei Betrieb des Motors wird
eine Drehbewegung des Antriebsrads 8 über die Welle 10 auf
das Pumpenrad 6 übertragen.
Um die Welle 10 herum ist ein Wellendichtring 11 angeordnet.
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Das
geschlossene Pumpenrad 6 mündet in einen Kühlmittelkanal
des Kühlsystems
des Motors. Bei Betrieb des Motors wird das geschlossene Pumpenrad 6 von
einem innerhalb des Kühlsystems
befindlichen Kühlmittel,
wie durch den Doppelpfeil angedeutet, aus axialer Richtung angeströmt. Durch das
geschlossene Pumpenrad 6 wird das Kühlmittel innerhalb des Kühlsystems
in Strömung
versetzt, so dass der Motor bzw. eine Brennkraftmaschine, in der die
Pumpe 2 angeordnet ist, unter allen Betriebsbedingungen
in allen Betriebspunkten in ausreichender Weise gekühlt wird.
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Eine
Scheibe 12 am Rücken
des geschlossenen Pumpenrads 6 wird durch eine Gleitringdichtung 14 gegen
das geschlossene Pumpenrad 6 gedrückt. Hierdurch kann auf eine
mechanische Verbindung zwischen der Scheibe 12 und dem
geschlossenen Pumpenrad 6 verzichtet werden. Des weiteren kann
das geschlossene Pumpenrad 6 durch Anordnung der Scheibe 12 als
urgeformt und ohne weitere Bearbeitung hergestellt werden.
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Zudem
weist das Pumpengehäuse 4 mit
einem Pumpenelement 16 eine erste Bohrung 18,
eine Entlastungsbohrung 20 und eine zweite Bohrung 22 auf.
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3 zeigt
in schematischer Schnittdarstellung die Pumpe 2 innerhalb
eines als V-Motor ausgebildeten Motors 24. Die Pumpe 2 des
V-Motors integriert die Gleitringdichtung 14 und ein Gleitlager 26 sowie
das Spannelement 4 für
einen Steuertrieb bzw. Primärsteuertrieb
des Motors 24. Bei Betrieb des Motors wird das Antriebsrad 8 von
einem hier nicht gezeigten Antriebsglied umschlungen und in Rotation versetzt.
Das in der Pumpe 2 integrierte Spannelement 4 ist
zum Spannen dieses Antriebsglieds ausgebildet.
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Das
geschlossene Pumpenrad 6 wird durch das Antriebsglied über das
Antriebsrad 8 und die Welle 10 angetrieben. Das
geschlossene Pumpenrad 6 ist schneckengeometrisch ausgebildet
und in einem V eines Zylinderkurbelgehäuses 25 des Motors 24 gegossen.
In diesem Zylinderkurbelgehäuse 25 ist
ein Wasserkanal 27 eines Kühlsystems des Motors 24 angeordnet.
Das geschlossene Pumpenrad 6 wird bei Betrieb des Motors 24 durch
Kühlmittel
aus dem Wasserkanal 27 axial angeströmt.
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Ein
Spalt des geschlossenen Pumpenrads 6 kann sehr einfach
und genau durch eine zylindrische Bearbeitung im Zylinderkurbelgehäuse 25 dargestellt werden.
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Die
Lagerung der Pumpenwelle 10 erfolgt radial über das
vorzugsweise hydrodynamische Gleitlager 26, das von einem
Hauptölkanal 28 aus
dem Zylinderkurbelgehäuse 25 über die
in 2 gezeigt zweite Bohrung 22 mit Drucköl versorgt
wird.
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Ein
Axiallager 30 der Pumpenwelle 10 ist durch einen
Bund des Gleitlagers 26, der zwischen der Pumpenwelle 10 und
dem Antriebsrad 8 angeordnet ist, bereitgestellt. Die Entlastungsbohrung 20 aus 2 stellt
gleichzeitig eine antriebsradseitige Schmiertasche des Axiallagers 30 dar.
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Das
Spannelement 4 ist in das Wasserpumpengehäuse 3 eingeschoben
und wird bei Betrieb des Motors 24 von dem Hauptölkanal 28 mit
Drucköl versorgt.
Ausgehend von diesem Hauptölkanal 28 wird
durch die zweite Bohrung 22 das Gleitlager 26 geschmiert.
Das Pumpengehäuse 3 verbindet
gleichzeitig den Hauptölkanal 28 mit
Nebenölkanälen.
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Der
Wellendichtring 11 trennt einen Ölraum von einem hinter der
Gleitringdichtung 14 angeordneten und in der vorliegenden 3 von
der Gleitringdichtung 14 abgedeckten Leckageraum. Dieser Leckageraum
ist durch die erste Bohrung 18 über einen ringförmigen Raum
zwischen dem Pumpengehäuse 3 und
dem Zylinderkurbelgehäuse 25 nach
außen
entlastet. Der Leckageraum ist durch mindestens einen O-Ring 32,
der in einer der in den 1 oder 2 abgebildeten
Nuten 9 angeordnet ist, gegen einen Wasserraum und den Ölraum abgedichtet.
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Sollte
es zu einer Fehlfunktion der Gleitringdichtung 14 oder
dem Wellendichtring 11 kommen, kann dies durch austretendes
Kühlmittel
oder Öl
an einer Entlastungsbohrung 36 am Zylinderkurbelgehäuse 25 detektiert
werden, d.h. es ist eine Lokalisierung des Fehlers, je nachdem ob
dieser an der Gleitringdichtung 14 oder an dem Wellendichtring 11 auftritt,
ohne Demontage des Motors möglich.