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Die
Erfindung betrifft eine Kühlmittel-
oder Wasserpumpe zum Anbau an ein Zylinderkurbelgehäuse eines
Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, sowie einen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
mit einem Zylinderkurbelgehäuse
und einer an das Zylinderkurbelgehäuse angebauten Wasserpumpe
gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 12.
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Wasserpumpen
von Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen wurden in der Vergangenheit üblicherweise über einen
Keilriementrieb von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben. Diese
Art des Antriebs hatte jedoch einige Nachteile, darunter vor allem
die Verschleißanfälligkeit
von Keilriemen, die im Falle eines Reißens des Keilriemens zu einer
ungenügenden
Kühlung
des Motors führen und
beträchtliche
Schäden
zur Folge haben konnte.
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Daher
ist bei Verbrennungsmotoren von neueren Kraftfahrzeugen häufig vorgesehen,
die Wasserpumpe mit einer zusätzlichen,
in das Kurbelgehäuse
integrierten Welle anzutreiben, die mit der Kurbelwelle über einen
auch als Antrieb für
die Nockenwelle(n) dienenden Ketten- oder Zahnriementrieb verbunden
ist, wie es beispielsweise in der
DE 197 54 009 A1 beschrieben ist. Die
DE 29 22 695 A1 offenbart
einen äquivalenten
Antrieb der Wasserpumpe über
einen Zahnradantrieb. Die Wasserpumpe ist dabei gewöhnlich für eine der
Drehzahl der Kurbelwelle entsprechende Antriebsdrehzahl ausgelegt.
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Bei
einigen Verbrennungsmotoren dient der Ketten- oder Zahnriementrieb
gleichzeitig auch als Antrieb für
eine oder zwei im Kurbelgehäuse
gelagerte, mit doppelter Motordrehzahl rotierende Ausgleichswellen,
mit denen Massenkräfte
zweiter Ordnung des Verbrennungsmotors ausgeglichen werden.
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Weiter
ist aus der
DE 103
18 711 A1 bereits eine Wasserpumpe der eingangs genannten
Art bekannt, die eine integrierte Getriebestufe in Form eines Planetengetriebes
umfasst.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wasserpumpe
der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass bei Verbrennungsmotoren
mit einer Ausgleichswelle auf eine zusätzliche, als Antriebswelle
für die
Wasserpumpe dienende Welle im Verbrennungsmotor verzichtet werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Getriebestufe als Untersetzungsgetriebe mit einem Untersetzungsverhältnis von
2:1 ausgebildet und eingangsseitig mit einer mit doppelter Motordrehzahl
angetriebenen Ausgleichswelle des Verbrennungsmotors verbindbar
ist, so dass sie das Flügelrad
mit einfacher Motordrehzahl antreibt.
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Mit
Hilfe der in das Gehäuse
der Wasserpumpe integrierten, als Untersetzungsgetriebe ausgebildeten
Getriebestufe kann das Flügelrad
trotz des Antriebs durch die Ausgleichswelle wie bei herkömmlichen
Wasserpumpen eine der Motordrehzahl entsprechende Drehzahl aufweisen,
so dass die von der Wasserpumpe umgewälzte Kühlwassermenge unverändert bleibt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Getriebestufe
mindestens ein Antriebsrad, das über
eine Steckverbindung formschlüssig
mit der Ausgleichswelle verbindbar ist und ein drehfest mit dem
Flügelrad
verbundenes Abtriebsrad treibt, vorzugsweise über ein zwischen dem Antriebsrad
und dem Abtriebsrad angeordnetes Zwischenrad, so dass die Drehrichtung
des Flügelrades der
Drehrichtung der Ausgleichswelle und der Kurbelwelle entspricht.
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Die
Getriebestufe ist zweckmäßig als
Zahnradgetriebe ausgebildet, dessen Gehäuse und Zahnräder zur
Vereinfachung der Herstellung und Wartung sowie zur Geräuschminderung
und aus Kostengründen
vorteilhaft aus Kunststoff hergestellt sind, jedoch in Abhängigkeit
vom Einsatzfall und von der Stückzahl
auch aus Metall oder anderen Werkstoffen gefertigt werden können. Alternativ
kann die Getriebestufe aber auch als Reibradgetriebe ausgebildet sein.
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Zum
Anbau an das Kurbelgehäuse
weist das Gehäuse
der Wasserpumpe vorzugsweise einen Befestigungsflansch auf, über den
das Flügelrad
der Wasserpumpe außerhalb
des Gehäuses übersteht, so
dass das Flügelrad
nach der Montage der Wasserpumpe am Kurbelgehäuse in eine innerhalb des Kurbelgehäuses mit
einem Kühlwasserkreislauf
des Verbrennungsmotors bzw. des Kraftfahrzeugs kommunizierende Ausnehmung
des Kurbelgehäuses
ragt, die durch das Gehäuse
der angebauten Wasserpumpe dicht verschlossen wird.
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Die
Wasserpumpe wird vorzugsweise getrennt vom Verbrennungsmotor geschmiert,
wozu ihr Gehäuse
zweckmäßig mit
einer verschließbaren
Einfüllöffnung für ein Schmiermittel
versehen wird. Eine zwischen dem Flügelrad und der Getriebestufe
angeordnete Gleitringdichtung verhindert, dass das Schmiermittel
in den Kühlwasserkreislauf
bzw. umgekehrt Kühlwasser
ins Innere des Gehäuses
der Getriebestufe gelangt.
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Die
erfindungsgemäße Wasserpumpe
kann bei Bedarf als schaltbare Wasserpumpe ausgebildet werden, da
sie eine Integration von Schaltmechanismen zur Optimierung des Wärmehaushalts
zulässt. Zudem
ist eine Integration in ein Thermostatgehäuse denkbar.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
erläutert.
Es zeigen
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1:
eine perspektivische Vorderseitenansicht einer erfindungsgemäßen Wasserpumpe
mit integrierter Getriebestufe in einem gemeinsamen Gehäuse;
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2:
eine perspektivische Rückseitenansicht
der Wasserpumpe bei abgenommenem Gehäusedeckel;
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3:
eine Rückseitenansicht
der Wasserpumpe bei abgenommenem Gehäusedeckel;
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4:
eine Seitenansicht der Wasserpumpe;
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5:
eine weitere Seitenansicht der Wasserpumpe;
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6:
eine Querschnittsansicht der Wasserpumpe.
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Die
in der Zeichnung dargestellte Wasserpumpe 1 dient zur Umwälzung von
Kühlwasser
durch einen Kühlwasserkreislauf
eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor (nicht dargestellt).
Zu diesem Zweck wird die Wasserpumpe 1 von der Kurbelwelle des
Verbrennungsmotors angetrieben, die über einen im Inneren eines
Zylinderkurbelgehäuses
des Verbrennungsmotors untergebrachten Zahnriemen- oder Kettentrieb
mit einer zum Ausgleich von Massenkräften zweiter Ordnung dienenden
Ausgleichswelle (nicht dargestellt) verbunden ist, welche wiederum
die Wasserpumpe 1 treibt.
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Wie
in den Figuren dargestellt, weist die Wasserpumpe 1 eine
vorgeschaltete Getriebestufe 2 auf, die bei der Montage
der Wasserpumpe 1 an einer Stirnseite des Kurbelgehäuses drehfest
mit der Ausgleichswelle verbunden wird und ausgangsseitig ein Pumpen-
oder Flügelrad 3 der
Wasserpumpe 1 treibt.
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Die
mit der Wasserpumpe 1 in einem Gehäuse integrierte Getriebestufe 2 umfasst
ein durch eine Steckverbindung formschlüssig mit der Ausgleichswelle
des Verbrennungsmotors verbindbares Antriebszahnrad 5,
ein drehfest mit einer Triebwelle 6 des Flügefrades 3 verbundenes
Abtriebszahnrad 7, sowie ein zwischen dem Antriebszahnrad 5 und
dem Abtriebszahnrad 7 angeordnetes und mit den beiden Zahnrädern 5, 7 im
Zahneingriff stehendes Zwischenzahnrad 8.
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Die
drei Zahnräder 5, 7, 8 sind
drehbar im Inneren des Gehäuses
gelagert, das zum Beispiel aus einem duroplastischen Kunststoff
besteht und zum Einsetzen der Zahnräder 5, 7, 8 an
seiner vom Flügelrad 3 abgewandten
Rückseite
eine großflächige Montageöffnung 9 aufweist,
die durch einen zweckmäßig aus
demselben Kunststoff bestehenden Gehäusedeckel 10 verschlossen
wird. Bei der dargestellten Wasserpumpe 1 wird der Gehäusedeckel 10 mit
fünf Befestigungsschrauben 11 auf
eine um die Montageöffnung 9 umlaufende,
mit Gewindebohrungen versehene ebene Dichtfläche 12 des Gehäuses aufgeschraubt,
nachdem zuvor zur Abdichtung zwischen den Gehäusedeckel 10 und die
Dichtfläche 12 eine
Silikondichtspur (nicht dargestellt) eingebracht wird.
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Bei
den drei Zahnrädern 5, 7, 8 handelt
es sich jeweils um Stirnräder
mit Geradverzahnung, von denen das Antriebszahnrad 5 den
kleinsten Durchmesser und die kleinste Zähnezahl aufweist, während das
Zwischenzahnrad 8 den größten Durchmesser und die größte Zähnezahl
besitzt. Der Durchmesser und die Zähnezahl des Antriebszahnrades 5 sind
so auf den Durchmesser und die Zähnezahl
des Abtriebszahnrades 7 abgestimmt, dass sich das letztere
mit der halben Drehzahl des Antriebszahnrades 5 dreht und
somit die Getriebestufe 2 ein Untersetzungsverhältnis von
2:1 aufweist, wobei die Drehrichtung des Antriebszahnrades 5 und
des Abtriebszahnrades 7 infolge des dazwischen angeordneten
Zwischenzahnrades 8 dieselbe ist.
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Die
drei Zahnräder 5, 7, 8 bestehen
zur Geräuschminderung
zweckmäßig wie
das Gehäuse
aus Kunststoff, jedoch können
in Abhängigkeit
vom Einsatzzweck, d.h. von der Last, und von den benötigten Stückzahlen
auch metallische Zahnräder
Verwendung finden.
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Um
das Antriebszahnrad 5 herum weist das Gehäuse eine
von einer Formdichtung 13 umgebene Gehäuseöffnung 14 auf, durch
die ein Stirnende der zum Antreiben der Wasserpumpe 1 dienenden
Ausgleichswelle während
der Montage der Wasserpumpe 1 am Kurbelgehäuse in das
Gehäuse
eingeführt und
formschlüssig
und drehfest mit dem Antriebszahnrad 5 in Eingriff gebracht
wird, um das Antriebszahnrad 5 durch die Ausgleichswelle
anzutreiben. Um einerseits die Herstellung der Steckverbindung zwischen
der Ausgleichswelle und dem Antriebszahnrad 5 zu erleichtern
und andererseits das Antriebszahnrad 5 in Bezug zur Ausgleichswelle
zu zentrieren, ist eine drehfest mit dem Antriebszahnrad 5 verbundene
und koaxial zu diesem über
die Vorderseite des Gehäuses überstehende
Kegelbundschraube 15 vorgesehen, die in eine zur Drehachse der
Ausgleichswelle koaxiale komplementäre stirnseitige Gewindebohrung
in der Ausgleichswelle eingeschraubt wird.
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Wie
am besten in den 2, 3 und 6 dargestellt,
ist das Zwischenzahnrad 8 mittels eines Wälzlagers 15 auf
einem Lagerzapfen 16 gelagert, der durch die Montageöffnung 9 des
Gehäuses in
eine Gewindebohrung 17 einer an der Vorderseite des Gehäuses vorgesehenen,
beim Formen in das Gehäuse
eingebetteten metallischen Gewindeplatte 18 eingeschraubt
ist. Das Zwischenzahnrad 8 ist in Bezug zum Gehäuse auf
einem Kreisbogen verschiebbar, dessen Mittelpunkt die Drehachse
des Antriebszahnrads 5 bildet.
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Das
Antriebszahnrad 7 ist drehfest auf der Triebwelle 6 des
Flügelrades 3 montiert,
die zwischen dem Abtriebszahnrad 7 und dem Flügelrad 3 innerhalb
des Gehäuses
in einem Wälzlager 19 und jenseits
des Flügelrades 3 mit
einer überstehenden Nabe 20 des
Flügelrades 3 in
einem Wasserpumpenlager (nicht dargestellt) des Kurbelgehäuses drehbar gelagert
ist.
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Durch
den Zahneingriff der drei Zahnräder 5, 7, 8 und
die verschiebbare Lagerung des Zwischenzahnrads 8 können Achsabstandstoleranzen
zwischen der Drehachse der Ausgleichswelle und der Drehachse des
Flügelrades 3 ausgeglichen
werden.
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Auf
seiner Vorderseite weist das Gehäuse
einen das Flügelrad 3 umgebenden
Befestigungsflansch 21 auf, der mit sechs Bolzenlöchern 22 versehen
ist. Der einwärts
von den Bolzenlöchern 22 mit einer
Silikondichtspur 24 versehene Befestigungsflansch 21 wird
zur Montage der Wasserpumpe 1 am Kurbelgehäuse mit
einem komplementären,
mit Gewindebohrungen versehenen Schraubflansch des Kurbelgehäuses zur
Anlage gebracht und mit Hilfe von Schraubenbolzen 23 durch
die Bolzenlöcher 22 hindurch
mit dem Kurbelgehäuse
verschraubt. Der Schraubflansch des Kurbelgehäuses umgibt eine Ausnehmung
im Kurbelgehäuse,
die neben dem über
die Stirnseite des Kurbelgehäuses überstehenden
Stirnende der Ausgleichswelle angeordnet ist, einen im Betrieb mit
Kühlwasser
gefüllten
Teil des Kühlwasserkreislaufs
bildet und einen über
den Befestigungsflansch 21 überstehenden Teil 25 des
Gehäuses
sowie das über
den Teil 25 überstehende
Flügelrad 3 aufnimmt
und das Wasserpumpenlager für die überstehende
Nabe 20 enthält.
Die Abmessungen der Ausnehmung des Kurbelgehäuses sind so an die Abmessungen
des Gehäuseteils 25 und
des Flügelrades 3 angepasst,
dass das rotierende Flügelrad 3 bei
laufendem Verbrennungsmotor das Kühlwasser im Kühlwasserkreislauf
ohne größere Leckverluste
umwälzt.
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Auf
der Oberseite ist das Gehäuse
mit einer durch einen Gewindestopfen 26 verschlossenen Schmierbohrung 27 versehen,
durch die nach dem Verschließen
der Montageöffnung 9 genügend Schmiermittel
ins Innere des Gehäuses
eingebracht werden kann, um über
die Lebensdauer der Wasserpumpe 1 für eine ausreichende Schmierung
der Zahnräder 5, 7, 8 zu
sorgen, so dass die Wasserpumpe 1 weitgehend wartungsfrei
ist.
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Um
einen Eintritt von Kühlwasser
ins Gehäuse
und umgekehrt einen Austritt von Schmiermittel ins Kühlwasser
zu verhindern, ist zwischen dem Befestigungsflansch 21 und
der das Flügelrad 3 tragenden
Triebwelle 6 eine Gleitringdichtung 28 von der Vorderseite
des Gehäuses
her in eine dafür
vorgesehene Stufenbohrung 29 hinter dem Flügelrad 3 eingesetzt.
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Im
Betrieb des Verbrennungsmotors wird die Ausgleichswelle und damit
auch das Antriebszahnrad 5 der Getriebestufe 2 mit
der doppelten Drehzahl der Kurbelwelle entgegen dem Uhrzeigersinn
angetrieben, so dass das Abtriebszahnrad 7 und damit das
Flü gelrad 3 infolge
der Untersetzung der Getriebestufe 2 mit einer der Drehzahl
der Kurbelwelle entsprechenden Drehzahl ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn
angetrieben wird.
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- 1
- Wasserpumpe
- 2
- Getriebestufe
- 3
- Flügelrad
- 5
- Antriebszahnrad
- 6
- Triebwelle
- 7
- Abtriebszahnrad
- 8
- Zwischenzahnrad
- 9
- Montageöffnung
- 10
- Gehäusedeckel
- 11
- Befestigungsschrauben
- 12
- Dichtfläche
- 13
- Formdichtung
- 14
- Gehäuseöffnung
- 15
- Wälzlager
- 16
- Kegelbundschraube
- 17
- Gewindebohrung
- 18
- Gewindeplatte
- 19
- Gleitlager
- 20
- Nabe
- 21
- Befestigungsflansch
- 22
- Bolzenlöcher
- 23
- Schraubenbolzen
- 24
- Silikondichtspur
- 25
- Gehäuseteil
- 26
- Schraubstopfen
- 27
- Schmierbohrung
- 28
- Gleitringdichtung
- 29
- Stufenbohrung