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Die
Erfindung betrifft eine Fluidpumpenvorrichtung mit einer Dichtungseinrichtung
für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Wasserpumpenvorrichtung
oder Zustatzwasserpumpenvorrichtung.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 195 45 561
A1 ist eine Restwärmepumpe für eine Brennkraftmaschine
bekannt. Diese Restwärmepumpe weist eine Kreiselpumpe und einen
Gleichstrommotor auf. Die Kreiselpumpe ist dabei in einem Pumpengehäuse
angeordnet und über eine Welle mit einem Läufer
verbunden. Der Läufer ist dabei in einem Spalttopf angeordnet,
der mit dem Pumpengehäuse verbunden ist. In dem Spalt zwischen
dem Läufer und dem Spalttopf können sich dabei
jedoch leicht Schmutzpartikel ablagern, welche in dem von der Pumpe
angesaugten Wasser mitgeführt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß der
Erfindung wird eine Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung bereitgestellt,
welche ein Laufrad aufweist, das in einem Gehäuse der Fluidpumpenvorrichtung
angeordnet ist, wobei eine Dichtungseinrichtung zwischen dem Laufrad
und dem Gehäuse vorgesehen ist und wobei eine Vorrichtung
vorgesehen ist, die durch Magnetkraft einen Dichtspalt der Dichtungseinrichtung
schließt, wenn das Laufrad im Stillstand ist.
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Die
erfindungsgemäße Fluidpumpenvorrichtung weist
dabei den Vorteil auf, dass das Laufrad einen Bereich des Gehäuses über
die Dichtungseinrichtung abdichten kann, so dass keine Schmutzpartikel
in diesen Bereich eindringen können, wenn das Laufrad im
Stillstand ist, da bei einem Stillstand der Dichtspalt der Dichtungseinrichtung
geschlossen ist. Ein solcher Bereich des Gehäuses der hierbei über die
Dichtungseinrichtung abgedichtet werden kann, ist dabei beispielsweise
der Topf, welcher den Motorgehäuseteil und den Pumpengehäuseteil
des Gehäuses voneinander trennt und wobei in dem Topf beispielsweise
der Rotor angeordnet ist, der gleichzeitig auch als das Laufrad
ausgebildet sein kann.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung weist die Dichtungseinrichtung
wenigstens ein, zwei oder mehr Dichtelemente auf, wobei die Dichtelemente
dabei beispielsweise in Form von Vorsprüngen ausgebildet
werden können. Die Dichtelemente oder Vorsprünge
werden dabei auf dem Laufrad vorgesehen und/oder auf dem gegenüberliegenden
Gehäuseabschnitt. Dabei können wenigstens ein,
mehrere oder alle Dichtelemente oder Vorsprünge eine Dichtfläche
aufweisen, welche dichtend an dem gegenüberliegenden Gehäuse
oder entsprechend gegenüberliegenden Laufrad anliegen,
wenn der Dichtspalt geschlossen ist. Des Weiteren können
die Dichtelemente oder Vorsprünge abwechselnd auf dem Laufrad
und dem Gehäuse angeordnet sein, so dass wenn das Laufrad
betätigt wird und der Dichtspalt geöffnet ist,
die Dichtelemente bzw. Vorsprünge zusätzlich eine
Labyrinthdichtung bilden.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nachstehend anhand der schematischen Figuren
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Schnittansicht durch eine Wasserpumpenvorrichtung;
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2 eine
Schnittansicht durch einen Teil einer Wasserpumpenvorrichtung mit
einer erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung,
wobei die Wasserpumpenvorrichtung sich im Stillstand befindet;
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3 ein
Ausschnitt der Wasserpumpenvorrichtung und der Dichtungseinrichtung
gemäß 2;
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4 eine
Schnittansicht durch einen Teil der Wasserpumpenvorrichtung gemäß 2 mit
der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung, wobei
die Wasserpumpenvorrichtung sich in Betrieb befindet; und
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5 ein
Ausschnitt der Wasserpumpenvorrichtung und der Dichtungseinrichtung
gemäß 4.
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In
allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern
nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen
versehen worden.
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In 1 ist
zunächst eine Schnittansicht durch ein Beispiel einer Fluidpumpenvorrichtung 10 gezeigt,
genauer gesagt einer Wasserpumpenvorrichtung, die mit einer erfindungsgemäßen
Dichtungseinrichtung 40 versehen werden kann. Die Wasserpumpenvorrichtung 10 weist
dabei einen Rotor 14 auf, welcher als Laufrad ausgebildet
ist. Der Rotor 14 ist in der vorliegenden Ausführungsform
beispielsweise als Plastoferrit-Läufer ausgebildet. Dabei bildet
der Rotor 14 einerseits den magnetischen Teil eines Elektromotors.
Andererseits ist der Rotor 14 auf der hydraulischen Seite
gleichzeitig als Flügelrad bzw. Laufrad ausbildet. Statt
als magnetischer Teil eines Elektromotors bzw. EC-Motors kann der
Rotor beispielsweise auch als magnetischer Teil einer Magnetkupplungseinrichtung
ausgebildet sein (nicht dargestellt). Die Erfindung ist aber auf
solche Rotoren und Laufräder nicht beschränkt.
So kann neben dem zuvor beschriebenen Rotor 14 bzw. Laufrad
beispielsweise auch ein Rotor bzw. Laufrad verwendet werden, der
bzw. das als Hartferrit-Ring mit angespritztem Kunststoffkörper
ausgebildet ist usw..
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In
dem in 1 gezeigten Beispiel ist der Rotor 14 auf
einer Laufradbuchse 16 angeordnet, die auf einer Welle 18 gelagert
ist. Die Welle 18 ist mit einem Ende 20 in einer
Aufnahme 22 eines Pumpengehäuses 24 aufgenommen
und mit dem anderen Ende 26 in einer Aufnahme 28 eines
Topfes 30 eines Motorgehäuses 34. Außen
um den Topf 30 ist eine Statoreinrichtung 35 vorgesehen,
zum Antreiben des Rotors 14 bzw. Laufrads. Die Statoreinrichtung 35 ist dabei
in einem Motorgehäuseteil 34 angeordnet, der von
dem Topf 30 abgetrennt ist, so dass kein Wasser in diesen
Bereich eindringen kann. Dieser Motorgehäuseteil 32,
sowie der Topf 30 sind hierbei mit dem Pumpengehäuse 24 beispielsweise
mittels Schrauben 36 verschraubt. Dabei weist der Motorgehäuseteil 32 in
dem in 1 gezeigten Beispiel zusätzlich eine
Steckereinrichtung 38 auf. Des Weiteren sind der Motorgehäusetopf 30 und
das Pumpengehäuse 24 über eine erfindungsgemäße
Dichtungseinrichtung 40 gegeneinander nach außen
abgedichtet.
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Im
Betrieb, wenn der Rotor 14 bzw. das Laufrad über
die Statoreinrichtung 35 angetrieben wird, wird Wasser
beispielsweise aus einem angeschlossenen Kühlkreislauf
eines Verbrennungsmotors oder einer anderen Einrichtung, welche
Wasser bereitstellt, über einen Ansaugstutzen 42 in
dem Pumpengehäuse 24 angesaugt. Das angesaugte
Wasser wird anschließend an eine mit Wasser zu versorgende
Einrichtung über einen Druckstutzen 44 des Pumpengehäuses 24 weitergeleitet.
Eine solche mit Wasser zu versorgende Einrichtung ist beispielsweise eine
Heizeinrichtung und/oder eine Kühlungseinrichtung, beispielsweise
als Bestandteil einer Klimaanlage eines Fahrzeugs usw..
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Die
Wasserpumpenvorrichtung 10 weist hierbei eine Dichtungseinrichtung 12 auf,
wobei diese Dichtungseinrichtung 12 durch eine erfindungsgemäße
Dichtungseinrichtung 40 ersetzt werden kann, welche im
nachfolgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den 2–5 näher
beschrieben wird. Die Dichtungseinrichtung 40 gemäß der
Erfindung wird zwischen dem Rotor 14 bzw. Laufrad und dem
Motorgehäusetopf 30 vorgesehen, wobei die erfindungsgemäße
Dichtungseinrichtung 40 dabei beispielsweise wahlweise
zusätzlich als Labyrinthdichtungseinrichtung ausgeführt
werden kann. Die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung 40 dient
dazu, den im vorliegenden Fall beispielsweise magnetischen Rotor
bzw. Laufrad 14 der Wasserpumpenvorrichtung 10 gegen
Verschmutzungen, wie beispielsweise Formsand, aus dem hydraulischen
Teil des Kreislaufes zu schützen. Besonders kritisch sind hierbei
magnetische Schmutzpartikel, wie beispielsweise Späne oder
Formsand mit magnetischen Anteilen, die zum Beispiel bei der Herstellung
von Motorblöcken im Gussverfahren entstehen. Die Schmutzpartikel
können sich im relativ engen Spalt 46 an der Außenseite
des Rotors 14 bzw. Laufrads festsetzen und letztlich zum
Blockieren des Rotors 14 bzw. Laufrads führen.
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Die
erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung 40 ist
in den nachfolgenden 2, 3, 4 und 5 in
einem jeweils vergrößerten Ausschnitt der Fluidpumpenvorrichtung 10,
hier z. B. Wasserpumpenvorrichtung, gezeigt und wird anhand dieser
Figuren näher erläutert.
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In 2 ist
eine Schnittansicht durch einen Teil einer Wasserpumpenvorrichtung 10 mit
der Dichtungseinrichtung 40 gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Rotor 14 bzw.
das Laufrad der Wasserpumpenvorrichtung 10 befindet sich
dabei zunächst im Stillstand.
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Die
in 2 gezeigte Wasserpumpenvorrichtung 10 kann
dabei beispielsweise wie die Wasserpumpenvorrichtung 10 in 1 ausgebildet
sein, oder auch jeden anderen Aufbau aufweisen, beispielsweise einen
separaten Rotor und ein separates Laufrad, einen Elektromotor und/oder
eine Magnetkupplung usw.. Im vorliegenden Fall weist die Wasserpumpenvorrichtung 10 ein
Pumpengehäuse 24 auf, in welchem ein Rotor 14 vorgesehen
ist. Der Rotor 14 ist in der vorliegenden Ausführungsform
dabei beispielsweise zusätzlich als Laufrad ausgebildet und
in einem Topf 30 eines Motorgehäuses 32 angeordnet.
Der Topf 30 ist dabei auf seiner Unterseite an das Pumpengehäuse 24 angeschlossen
und trennt einen Motorgehäuseteil 32 mit der Statoreinrichtung von
dem Pumpengehäuseteil 24. Auf der Außenseite des
Topfes 30 ist wiederum die Statoreinrichtung angeordnet,
wie sie beispielhaft in 1 gezeigt ist. Diese ist dabei
in einem Bereich des Motorgehäuses 32 angeordnet,
der von dem Topf 30 so abgetrennt ist, dass kein angesaugtes
Wasser aus dem Pumpengehäuse 24 in diesen Bereich
gelangen kann. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
ist dieser Teil des Motorgehäuses 32 und die Statoreinrichtung
in 2 und den nachfolgenden 3, 4 und 5 nicht dargestellt.
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Der
Rotor 14 bzw. das Laufrad ist auf einer Laufradbuchse 16,
beispielsweise einer Kohlebuchse, angeordnet. Die Laufradbuchse 16 kann
hierbei beispielsweise in dem Rotor 14 eingespritzt sein
oder auf andere Weise an dem Rotor 14 befestigt sein. Des
Weiteren ist eine durchgehende Welle 18 vorgesehen, die
auf der Laufradbuchse 16 geführt ist. Die Welle 18 ist
dabei mit ihrem einen Ende 26 in dem Topf 30 aufgenommen.
Hierzu ist die Welle 18 beispielsweise mit einem Ende 26 in
dem Topf 30 eingespritzt und bildet einen Lagerbolzen 48.
Das andere Ende 20 der Welle 18 ist wiederum in
einer entsprechenden Aufnahme 22 im Pumpengehäuse 24 aufgenommen.
Das Laufrad 14, welches gleichzeitig in der vorliegenden
Ausführungsform den Rotor 14 bildet, ist axial
beweglich ausgebildet. Die axiale Beweglichkeit des Laufrads 14 bzw.
Rotors 14 auf dem Lagerbolzen 48 wird beispielsweise
durch die Toleranzlage zwischen Anlageflächen der Laufradbuchse 16 und
der Anlagefläche des Topfes 30 im Bereich der
Einspritzung der Welle bzw. der Anlagefläche der Aufnahme 22 im
Pumpengehäuse 24 bestimmt, so dass sich das Laufrad 14 bzw.
der Rotor 14 ausreichend in axialer Richtung in Richtung
Pumpengehäuse und Motorgehäuse bewegen kann. Dabei
ist außerdem beispielsweise eine Spielpassung oder eine Übergangspassung
zwischen der Laufradbuchse 16 und der Welle 18 vorgesehen,
da in dem Beispiel in 2, die Laufradbuchse 16 fest
mit dem Laufrad bzw. Rotor 14 verbunden ist und sich daher
die Laufradbuchse mit dem Rotor auf der Welle axial bewegt. Die
Lagerbuchse 16 besteht dabei vorzugsweise aus einem Material
mit entsprechenden Gleiteigenschaften, wobei die Laufradbuchse 16 beispielsweise
als Kohlebuchse ausgebildet ist. Die Erfindung ist aber nicht auf
diese spezielle Ausführungsform beschränkt. Das
radiale Lagerspiel ist größer Null und bewegt
sich in einem Bereich von beispielsweise wenigen Hundertstell Millimetern,
so dass sich einerseits das Laufrad 14 mit der Lagerbuchse 16 auf
dem Lagerbolzen 48 drehen kann und andererseits im Wesentlichen
kein oder kaum Schmutzpartikel aus dem Wasser durch den Spalt 50 zwischen
der Laufradbuchse 16 und dem Lagerbolzen 48 fließen
kann.
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Hierbei
kann wahlweise zusätzlich ein Anlaufelement 52 auf
der Welle 18 zwischen der Laufradbuchse 16 und
der Aufnahme 22 für die Welle 18 in dem
Pumpengehäuse 24 vorgesehen werden. Das Anlaufelement 52 ist
dabei beispielsweise eine Anlaufscheibe welche auf die Welle 18 aufgeschoben wird
und z. B. ein oder mehrere Klammern 54 aufweist zum Fixieren
an dem Pumpengehäuse 24. Statt Klammern 54 oder
zusätzlich zu diesen kann auch jede andere Befestigungseinrichtung
vorgesehen werden, die geeignet ist, das Anlaufelement 52 zu
fixieren. Im Betrieb verhindert das Anlaufelement 52 hierbei,
dass die Laufradbuchse 16 direkt mit der Aufnahme 22 für
die Welle 18 in Kontakt kommt, was sonst u. U. zu einem
Verschleiß führen könnte. Das Anlaufelement 16,
wie hier die Anlaufscheibe, besteht beispielsweise aus Metall, z.
B. Stahl oder Edelstahl. Des Weiteren kann das Pumpengehäuse 24 mit
seiner Lagerstelle bzw. Aufnahme 22 für die Welle 18 wahlweise
zusätzlich eine vorgelagerte Strömungskappe 56 aufweisen.
Diese vorgelagerte Strömungskappe 56 dient dazu,
die Lagerstelle gegen Verschmutzung im zuströmenden Medium
zu schützen. Gleichzeitig kann die Strömungskappe 56 auch als
axialer Anschlag für den Rotor 14 bzw. das Laufrad
ausgebildet sein, wenn der Rotor 14 bzw. Laufrad sich im
Betrieb in Richtung Pumpengehäuse 24 bewegt. Dabei
kann, wie zuvor beschrieben, wahlweise zusätzlich das Anlaufelement 52 auf
der Strömungskappe 56 des Pumpengehäuses 24 vorgesehen
werden, zur Verbesserung der Gleiteigenschaften und zum Verhindern
eines Verschleißes durch Reiben des Rotors 14 bzw.
Laufrads direkt an dem Pumpengehäuse 24 bzw. dessen
Strömungskappe 56. Die Strömungskappe 56 kann
dabei einteilig oder als separates Teil an dem Pumpengehäuse 24 vorgesehen sein.
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Über
einen Einlassabschnitt, beispielsweise in Form eines Ansaugstutzens 42,
am Pumpengehäuse 24 wird bei Betrieb der Wasserpumpenvorrichtung 10 Wasser
angesaugt und über den Rotor 14 bzw. das Laufrad
zu einem Auslassabschnitt z. B. des Pumpengehäuses 24,
im vorliegenden Beispiel in 2 einem
Druckstutzen 44, weitergepumpt. Mit dem Auslassabschnitt
bzw. Druckstutzen 44 kann wenigstens eine weitere Einrichtung
verbunden werden, welche mit dem Wasser der Wasserpumpenvorrichtung
versorgt wird, beispielsweise eine Kühlungseinrichtung,
wie eine Wärmetauscherkühlungseinrichtung, und/oder
eine Heizeinrichtung usw.. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese
beiden Beispiele beschränkt. Grundsätzlich kann
jede andere Einrichtung mit der Wasserpumpenvorrichtung bzw. Fluidpumpenvorrichtung
verbunden werden, welcher mit Wasser oder einem anderen Fluid zu
versorgen ist.
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Das
Wasser, welches über die Wasserpumenvorrichtung 10 angesaugt
und an eine oder mehrere weitere mit Wasser zu versorgende Einrichtungen
im Fahrzeug weitergeleitet wird, wird beispielsweise aus dem Kühlwasserkreislauf
eines angeschlossenen Verbrennungsmotors entnommen oder einer anderen
Einrichtung entnommen, in welcher Wasser für die Wasserpumpenvorrichtung
bereitgestellt werden kann. Solche Verbrennungsmotoren bzw. deren
Motorblöcke werden normalerweise als Gussteil hergestellt.
Dadurch ist in einem solchen Gussmotor in der Regel immer noch etwas
Formsand vorhanden, der mit dem Wasser durch die Wasserpumpeneinrichtung 10 mit
angesaugt werden kann. Selbst bei Stillstand der Wasserpumpenvorrichtung 10 kann
dabei Schmutz, wie beispielsweise Formsand und andere Schmutzpartikel,
in einen Spalt 46 zwischen dem Rotor 14 bzw. Laufrad
und dem Motorgehäuse 32 bzw. Topf 30 gelangen.
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Um
dieses zu verhindern ist zwischen dem Laufrad 14, bzw.
hier dem zusätzlich als Laufrad ausgebildeten Rotor 14,
und dem Motorgehäuse 30 bzw. dem Motorgehäusetopf 32 eine
Dichtungseinrichtung 40 vorgesehen. Diese Dichtungseinrichtung 40 ist dabei
derart ausgebildet, so dass sie bei Stillstand des Rotors 14 bzw.
Laufrads die Verbindung zwischen dem Rotor 14 bzw. Laufrad
und dem Topf 30 abdichtet oder verschließt, so
dass keine Schmutzpartikel oder Formsand in diesen Bereich des Spaltes 46 gelangen
können.
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Wie
in 2 gezeigt ist, wird ein Spalt 46 zwischen
dem Rotor 14 bzw. Laufrad und dem Topf 30 gebildet,
der verschmutzungsempfindlich ist. Um ein Verschmutzen des Spalts 46 zu
verhindern wird daher die Dichtungseinrichtung 40 gemäß der
Erfindung zwischen dem Rotor 14 bzw. dem Laufrad und dem
Motorgehäusetopf 30 vorgesehen.
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Bei
der Dichtungseinrichtung 40 gemäß der Erfindung
macht man sich dabei die Tatsache zu nutze, dass auf das Laufrad
bzw. hier den zusätzlich als Laufrad 14 ausgebildeten
Rotor der Wasserpumpenvorrichtung 10, im Stillstand und
bei Betrieb Axialkräfte in entgegengesetzter Richtung wirken.
Im Stillstand wird der Rotor 14 bzw. das Laufrad durch
magnetische oder permanentmagnetische Kräfte in Richtung
der Statoreinrichtung (nicht dargestellt) gezogen, die außen
an dem Motorgehäusetopf 32 vorgesehen ist, um
den Rotor 14 bzw. das Laufrad anzutreiben. Genauer gesagt,
sind Teile der Statoreinrichtung magnetisiert, auch wenn die Statoreinrichtung abgeschaltet
ist bzw. den Rotor 14 nicht betätigt. Da der Rotor 14 bzw.
das Laufrad selbst magnetisierbar oder dauermagnetisch ausgebildet
sind, wird der Rotor bzw. das Laufrad daher im Stillstand von dem
magnetisierten Teil oder den magnetisierten Teilen der Statoreinrichtung
angezogen, so dass eine entsprechende Magnetkraft oder Axiallkraft 68 den
Rotor 14 bzw. das Laufrad im Stillstand in Richtung Motorgehäuse 30 zieht.
Solche magnetisierten Teile der Statoreinrichtung sind beispielsweise
Statorbleche aus Elektroblech oder ein Blechring (nicht dargestellt)
der Statoreinrichtung. Es kann aber auch jedes andere Metallteil
sein, welches z. B. durch die Statoreinrichtung magnetisierbar ist
oder z. B. auch permanentmagnetisch ausgebildet ist und eine Magnetkraft bzw.
Axialkraft 68 auf den Rotor 14 bzw. das Laufrad in
Richtung Motorseite erzeugt. Dabei wirkt im Stillstand, wie in 2 mit
einem Pfeil gezeigt ist, die Axialkraft 68 in Richtung
der Statoreinrichtung bzw. in Richtung der Motorseite, so dass der
magnetische Rotor 14 bzw. das magnetische Laufrad in Richtung der
Statoreinrichtung bzw. der Motorseite gezogen wird.
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Die
Dichtungseinrichtung 40 ist dabei zwischen dem Rotor 14 bzw.
Laufrad und dem Motorgehäuse 32 ausgebildet, wobei
die Dichtungseinrichtung 40 wenigstens einen Vorsprung 60 aufweist
auf dem Motorgehäuse 32 bzw. Motorgehäusetopf 30 und/oder
dem gegenüberliegenden Pumpengehäuse 24.
Dieser Vorsprung 60 bildet eine Dichtungsfläche 62 oder
Kontaktfläche welche dichtend mit dem Topf 30 oder
dem Pumpengehäuse 24 auf der gegenüberliegenden
Seite in Kontakt kommt, wenn sich der Rotor 14 bzw. das
Laufrad der Wasserpumpenvorrichtung 10 im Stillstand befindet.
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Bei
dem in 2 dargestellten Beispiel der Dichtungseinrichtung 40 ist
die Dichtungseinrichtung 40 mit mehreren Vorsprüngen 60 als
eine Labyrinthdichtung ausgebildet, wobei auf dem Pumpengehäuse 24 und
dem Motorgehäuse 32 bzw. Motorgehäusetopf 30 jeweils
wenigstens ein, zwei oder mehr Vorsprünge 60 vorgesehen
werden können, die abwechselnd zueinander angeordnet sind.
Genauer gesagt weist das Pumpengehäuse 24 in 2 einen
Vorsprung 60 auf und der Topf 30 drei Vorsprünge 60, wobei
der Vorsprung 60 des Pumpengehäuses 24 z. B.
zwischen den beiden inneren Vorsprüngen 60 des Motorgehäusetopfs 30 angeordnet
ist. Dabei bildet der Vorsprung 60 des Rotors 14 bzw.
Laufrads eine Dichtungsfläche 62 oder Kontaktfläche,
die mit dem gegenüberliegenden Topf 30 in dichtenden
Kontakt kommt, wenn der Rotor 14 bzw. das Laufrad der Wasserpumpenvorrichtung 10 im
Stillstand ist. Dabei können ein oder mehrere Vorsprünge 60 des
Topfes 30 ebenfalls eine Dichtungsfläche 62 oder
Kontaktfläche bilden, welche ebenfalls in dichtenden Kontakt mit
dem Pumpengehäuse 24 kommen, wenn der Rotor 14 bzw.
die Wasserpumpenvorrichtung 10 im Stillstand ist, dies
ist aber nicht unbedingt notwendig.
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Des
Weiteren weist der äußere Vorsprung 60 des
Topfes 30 z. B. wahlweise eine zusätzliche, zweite
seitliche Dichtungsfläche 64 auf, die im Stillstand und
im Betrieb des Rotors 14 bzw. der Wasserpumpenvorrichtung 10 auf
der gegenüberliegenden Innenseite des Pumpengehäuses 24 dichtend
anliegt. Alternativ kann dieser Vorsprung 60 aber auch
nur so ausgebildet sein, dass er zur Positionierung Topfes 30 und
somit auch des Motorgehäuses 32 in axialer Richtung
verwendet werden kann. Dabei können auch wenigstens ein
oder mehrere Dichtungseinrichtungen vorgsehen sein, beispielsweie
in Form von Dichtungsringen, die das Pumpengehäuse 24 und den
Topf 30 nach außen gegeneinander abdichten. Die
zuvor beschriebenen Vorsprünge 60 an dem Pumpengehäuse 24 und
dem Topf 30 können dabei jeweils vollständig
umlaufend oder teilweise umlaufend ausgebildet sein, je nach Funktion
und Einsatzzweck.
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Dadurch,
dass bei Stillstand des Rotors 14 bzw. der Wasserpumpeneinrichtung 10 das
Pumpengehäuse 24 und der Topf 30 mit
wenigstens einem Vorsprung 60, beispielsweise dem Vorsprung 60 des Pumpengehäuses 24,
dichtend aneinander anliegen bzw. in dichtendem Kontakt sind, können
keine Schmutzpartikel aus dem Wasser in den Spalt 46 zwischen
dem Rotor 14 bzw. Laufrad und dem Topf 30 gelangen
und sich dort beispielsweise anlagern. Dies hat des Weiteren den
Vorteil, dass z. B. der Spalt 66 zwischen dem Vorsprung 60,
welcher eine Dichtungsfläche 62 aufweist, und
der gegenüberligenden Motorgehäuseseite relativ
groß gewählt werden kann, um bei allen Betriebszuständen
ein Schleifen des Rotos 14 am Motorgehäuse 30 zu
verhindern. Der Spalt 66 kann dabei vorzugsweise eine Größe
in einem Bereich zwischen 0,1 mm bis 0,5 mm aufweisen, wenn das
Laufrad 14 bzw. die Wasserpumpenvorrichtung 10 in
Betrieb ist, wie anhand der nachfolgenden 4 und 5 näher
erläutert wird. Der Spalt 66 kann aber je nach
Funktion und Einsatzzweck auch kleiner als 0,1 mm oder größer
als 0,5 mm gewählt werden. Auch wenn ein größeres
Maß für den Spalt 66 zwischen dem Vorsprung 60 des Pumpengehäuses 24 und
dem Motorgehäusetopf 30 gewählt wird,
kann bei einer beispielsweise elektrisch betriebenen Zusatzwasserpumpe
als Wasserpumpenvorrichtung 10 und einem Überströmen
der Zusatzwasserpumpe, beispielsweise durch eine Hauptwasserpumpe,
das Transportieren von Schmutzpartikeln in den Spalt 46 zwischen
dem Rotor 14 und dem Topf 30 im Stillstand wirksam
verhindert werden. Dies liegt daran, dass bei einem Stillstand des
Rotors 14 bzw. des Laufrads der Wasserpumpenvorrichtung 10 im
vorliegenden Fall der Vorsprung 60 des Pumpengehäuses 24 mit
seiner Dichtungsfläche 62 bzw. Kontaktfläche
am Ende dichtend an dem Topf 30 anliegt, dadurch, dass
der Rotor 14 bzw. das Laufrad 14 durch die im
Stillstand wirkende Magnetkraft bzw. Axialkraft 68 in Richtung
Motor gezogen wird und dadurch der Spalt 66 zwischen dem
Vorsprung 60 des Pumpengehäuses 24 mit
der Dichtungsfläche 62 und dem Topf 30 geschlossen
wird.
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In 3 ist
ein vergrößerter Ausschnitt des Bereichs des Pumpengehäuses 24 und
des Topfes 30 mit der Dichtungseinrichtung 40 gemäß 2 gezeigt.
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Dabei
bildet der Vorsprung 60 des Laufrads 14 bzw. des
Rotors, der zusätzlich als Laufrad ausgebildet ist, an
seinem Ende die Dichtfläche 62 oder Kontaktfläche,
um wie in 2 gezeigt ist, bei einem Stillstand
der Wasserpumpenvorrichtung 10, gegen den Topf 30 dichtend
angedrückt zu werden und den Dichtspalt 66 zu
schließen. Dies geschieht dadurch, dass das magnetische
Laufrad 14 bzw. der magnetische Rotor durch die Magnetkraft
bzw. Axialkraft 68 nach oben zur Motorseite bzw. Statoreinrichtung
hin gezogen wird. Wahlweise zusätzlich oder alternativ kann
auch der Vorsprung 60 an dem Topf 30 an seinem
Ende mit einer Dichtfläche 62 bzw. Kontaktfläche
versehen sein, welche ebenfalls dichtend an das Pumengehäuse 24 angedrückt
wird, wenn der Rotor 14 bzw. das Laufrad im Stillstand
zur Motorseite hin bewegt wird. Die beiden Vorsprünge 60 bilden
wiederum bei Betrieb des Rotors 14 bzw. Laufrads der Wasserpumpenvorrichtung 10,
wie in den nachfolgenden 4 und 5 gezeigt
ist, eine Labyrinthdichtung, bei welcher der Dichtspalt 66 wieder
geöffnet ist.
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In 4 ist
nun eine Schnittansicht durch einen Teil der Wasserpumpenvorrichtung 10 gemäß 2 mit
der Dichtungseinrichtung 40 gezeigt, wobei die Wasserpumpenvorrichtung 10 sich
in diesem Fall in Betrieb befindet.
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Bei
dem elektrischen Betrieb der Wasserpumpenvorrichtung 10 erfährt
der Rotor 14, welcher im vorliegenden Beispiel zusätzlich
als Laufrad ausgebildet ist, Reaktionskräfte und hydraulische
Kräfte in Gegenrichtung sprich Pumpenseite. Genauer gesagt
wird im Betrieb, d. h. wenn das Laufrad bzw. der Rotor 14 durch
die Statoreinrichtung in Drehung versetzt wird, durch das Ansaugen
von Wasser über den Ansaugstutzen 42, dort im
Bereich des Ansaugstutzens ein niedrigerer Druck bzw. ein Unterdruck
erzeugt gegenüber dem Saugstutzen 44, wo das Wasser
nach dem Ansaugen weitergepumpt wird. Durch den niedrigeren Durck
oder Unterdruck im Bereich des Ansaugstutzens 42 wird nun
eine hydraulische Kraft oder Pumpenkraft bzw. Axialkraft 68 erzeugt, die
den Rotor 14 bzw. das Laufrad zum Ansaugstutzen bzw. in
Richtung der Pumpenseite zieht. Diese hydraulische Kraft bzw. Axialkraft 68 in 4 ist
dabei größer als die Magnetkraft bzw. Axialkraft 68 in den 2 und 3,
die durch magnetisierte Teile an der Statoreinrichtung erzeugt wird.
Dadurch zieht im Betrieb der Wasserpumpenvorrichtung, die hydraulische
Kraft bzw. Axialkraft 68 in 4 den Rotor bzw.
das Laufrad 14 zur Pumpenseite hin.
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Mit
anderen Worten, die hydraulische Kraft bzw. Axialkraft 68 in 4 greift
an dem Rotor 14 bzw. Laufrad an und zieht den Rotor bzw.
das Laufrad zur Pumpenseite hin. Dadurch wird wiederum der Vorsprung 60 des
Pumpengehäuses 24 mit seiner Dichtungsfläche 62 aus
dem dichtenden Kontakt mit dem Motorgehäuse 32 gebracht
und der Dichtspalt 66 geöffnet, vorzugsweise in
einem Bereich zwischen 0,1 mm bis 0,5 mm. Die beiden Vorsprünge 60 an
dem Pumpengehäuse 24 und dem Motorgehäuse 32 wirken
bei geöffnetem Dichtspalt 66 zusammen als eine
Labyrinthdichtung. Bei der berührungslosen Labyrinthdichtung
beruht die Dichtwirkung auf der Verlängerung des Dichtweges
durch die wechselweise Anordnung der Vorsprünge 60 auf
dem Laufrad 14 und dem feststehenden Motorgehäuse 32.
Die Bewegung des Rotors 14 und der Laufradbuchse 16 in axialer
Richtung in Richtung des Pumpengehäuse 24 wird
dabei durch die Strömungskappe 56 des Pumpengehäuses 24 oder
hier des Anlaufelements 52 begrenzt.
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Die
Ausbildung der betroffenen Einzelteile, d. h. z. B. des Rotors 14 bzw.
Laufrads, des Motorgehäusetopfes 30, des Pumpengehäuses 24 und
des Anlaufelements 52, erfolgt mit den entsprechenden Toleranzen
und Axialspielen, so dass der geöffnete Dichtspalt 66 der
Dichtungseinrichtung 40 im bzw. bei Betrieb der Wasserpumpenvorrichtung 10 immer
ein Mindestmaß annimmt, um vorzugsweise mit Sicherheit
eine Berührung zwischen dem Rotor 14 bzw. Laufrad
und dem Topf 30, sowie dem Pumpengehäuse 24 zu
vermeiden. Dies hat außerdem den Vorteil, dass dadurch
auch eine Geräuschentwicklung und ein Verschleiß der
Teile vermieden wird. Bei einer Deaktivierung des Antriebs der Wasserpumpenvorrichtung 10 legt
sich wiederum die Dichtfläche 62 des jeweiligen
Vorsprungs 60 der Dichtungseinrichtung 40 (rotorseitig)
axial am Grund des Topfes 30 an und verschließt
dabei den hydraulischen Teil gegenüber dem magnetischen
Teil des Rotors 14 bzw. schließt den Dichtspalt 66.
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In 5 ist
ein vergrößerter Ausschnitt des Pumpengehäuses 24 und
des Motorgehäuses 32 gemäß 4 gezeigt.
Dabei ist der zusätzlich als Laufrad ausgebildete Rotor 14 durch
die beim Betreibender Wasserpumpenvorrichtung 10 erzeugte
Axialkraft 68 in Richtung Pumpenseite gezogen und öffnet dabei
den Dichtspalt 66 zwischen dem Vorsprung 60 mit
seiner Dichtfläche 62 und dem Motorgehäuse 30 beispielsweise
auf ein Maß vorzugsweise zwischen 0,1 mm bis 0,5 mm. Der
Vorsprung 60 an dem Pumpengehäuse 24 bildet
dabei mit dem oder den Vorsprüngen 60 des Topfes 30 eine
Labyrinthdichtung bei Betrieb der Wasserpumpenvorrichtung 10.
Wie zuvor beschrieben, wird der Dichtspalt 66 wiederum geschlossen,
wenn sich der Rotor 14 bzw. das Laufrad im Stillstand befinden,
da dann der magnetische Rotor 14 bzw. das magnetische Laufrad
durch die magnetischen Kräfte 68 in dem Motorgehäuse 30 in Richtung
Motorseite gezogen wird und die hydraulische Kraft oder Axialkraft 68 in
die andere Richtung zur Pumpenseite wegfällt, da die Wasserpumpenvorrichtung
nicht in Betrieb ist bzw. kein Wasser ansaugt und weiter pumpt.
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Die
Erfindung ist aber nicht auf diese spezielle Ausführungsform
einer Fluidpumpenvorrichtung 10 bzw. hier Wasserpumpenvorrichtung
beschränkt, wie sie in den 1 bis 5 gezeigt
ist, sondern kann auf jeder Art von Fluidpumpenvorrichtungen bei Kraftfahrzeugen
angewendet werden, bei welcher ein Rotor bzw. Laufrad zum Ansaugen
und Weiterpumpen von Wasser oder einem anderen Fluid eingesetzt
wird. Dabei kann auch ein Laufrad unabhängig von dem Rotor
vorgesehen werden, wobei der Rotor in diesem Fall nicht zusätzlich
als Laufrad ausgebildet ist (nicht dargestellt). In diesem Fall
wird die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung,
wie zuvor beschrieben, zwischen dem Laufrad und dem Gehäuse
oder z. B. Motorgehäuse der Fluidpumpenvorrichtung vorgesehen.
Des Weiteren kann die Dichtungseinrichtung auch bei einer Fluidpumpenvorrichtung
vorgesehen werden, bei welcher der Rotor statt als magnetischer
Teil eines Elektromotors bzw. EC-Motors beispielsweise als magnetischer
Teil einer Magnetkupplungseinrichtung ausgebildet ist (nicht dargestellt).
In diesem Fall kann eine Magnetkraft oder Axialkraft beispielsweise
ebenfalls über eine Statoreinrichtung der Magnetkupplung
erzeugt werden. Je nachdem ob der Rotor zusätzlich als Laufrad
ausgebildet ist oder nicht wird die Dichtungseinrichtung gemäß der
Erfindung zwischen dem Laufrad und dem entsprechenden Gehäuse
der Fluidpumpenvorrichtung vorgesehen. Die Fluidpumpenvorrichtung
kann zum Pumpen von einem Fluid, wie z. B. Wasser, verwendet werden,
wenn beispielsweise die Fluid- bzw. Wasserströmung nicht
ausreicht, um eine angeschlossene Einrichtung mit Wasser zum Kühlen
und/oder Heizen zu versorgen wie z. B. eine Dieselkühlungseinrichtung,
eine Vorheizeinrichtung, eine Turboladerkühlungseinrichtung
und/oder eine Elektronikbauteilkühlungseinrichtung usw..
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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