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Die Erfindung betrifft ein kühlwasserbeaufschlagtes Aggregat für einen Fahrzeugkühlkreislauf, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung sind mit derartigen Aggregaten beispielsweise hydrodynamische Retarder oder Wasserpumpen, die in einem Kühlkreislauf eines Fahrzeugs angeordnet sind und deren Arbeitsmittel zum Beispiel zugleich das Kühlwasser des Fahrzeugkühlkreislaufs ist, gemeint.
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Hydrodynamische Retarder weisen dabei zwei Schaufelräder auf, von denen wenigstens eines umläuft. Beide Schaufelräder bilden zusammen einen Arbeitsraum aus, welcher entweder permanent mit Arbeitsmittel befüllt oder wahlweise mit Arbeitsmittel befüllbar ist, um Drehmoment beziehungsweise Antriebsleistung hydrodynamisch vom ersten Schaufelrad auf das zweite Schaufelrad zu übertragen. Dabei läuft das zweite Schaufelrad entgegen der Drehrichtung des ersten Schaufelrades um (Gegenlaufretarder) oder ist stationär und wird daher auch Stator genannt.
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Wasserpumpen dienen herkömmlich zum Umwälzen eines Kühlmittels (Kühlwasser) in einem Fahrzeugkühlkreislauf. Derartige Wasserpumpen umfassen dabei ein Pumpenlaufrad zum Fördern des Kühlwassers, welches mit einer Eingangswelle insbesondere eines Antriebsmotors des Fahrzeugs oder eines Elektromotors zu dessen Antrieb drehfest gekoppelt ist.
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Da die beschriebenen Retarder und Wasserpumpen umlaufende und stationäre Bauteile oder relativ zueinander mit verschiedener Drehzahl umlaufende Bauteile aufweisen, sind Dichtungen zwischen diesen Bauteilen nötig, um einen unerwünschten Austritt von Arbeits- und/oder Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder ein Wassergemisch, in die Umgebung zu verhindern. Derartige Dichtungen sind zum Beispiel zwischen einem stationären Gehäuse der Wasserpumpe oder des Retarders und einer umlaufenden Welle, beispielsweise einer Antriebswelle des ersten oder zweiten Schaufelrades oder der beschriebenen Eingangswelle des Pumpenlaufrades angeordnet.
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Diese Dichtungen haben jedoch den Nachteil, dass sie zu Leckagen neigen. Obwohl in der Vergangenheit erhebliche Anstrengungen unternommen worden sind, um diese Leckagen zu reduzieren, gibt es immer noch Probleme mit der Dichtigkeit der mit einer solchen Dichtung ausgestatteten Aggregate. Obwohl beim wasserbasierten Arbeitsmittel ein Austritt für die Umwelt unschädlich ist, hat eine solche Leckage in der Vergangenheit zu Reklamationen seitens der Kunden hinsichtlich der Dichtigkeit dieser Aggregate geführt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kühlwasserbeaufschlagtes Aggregat für einen Fahrzeugkühlkreislauf anzugeben, welches gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Insbesondere soll ein Austritt von Arbeitsmittel zwischen dessen Antriebswelle und Gehäuse vermindert sein oder zumindest nicht störend für den Fahrzeugnutzer.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein kühlwasserbeaufschlagtes Aggregat für einen Fahrzeugkühlkreislauf gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung an.
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Das kühlwasserbeaufschlagte Aggregat für einen Fahrzeugkühlkreislauf umfasst einen kühlwasserführenden Raum, sowie eine Dichtung, die den kühlwasserführenden Raum gegen die Umgebung abdichtet. Weiterhin ist eine Leckageleitung vorgesehen, die auf der dem kühlwasserführenden Raum abgewandten Seite der Dichtung mündet, um eine aus der Dichtung austretende Leckage von Kühlwasser aufzunehmen. Ferner ist ein Leckagevorratsraum vorgesehen, der derart mit der Leckageleitung verbunden ist, dass in die Leckageleitung eindringendes Kühlwasser in dem Leckagevorratsraum aufgenommen wird, wobei der Leckagevorratsraum wenigstens eine Verbindung zur Umgebung aufweist.
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Erfindungsgemäß ist in der Verbindung eine semipermeable Membran und/oder ein Farbstofffilter und/oder Kälteschutzmittelfilter vorgesehen.
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Als semipermeable Membran kann eine teildurchlässige Membran dienen, welche den Durchtritt von Wasserdampf (dampfförmiges Kühlwasser) aus dem Leckagevorratsraum in die Umgebung ermöglicht, jedoch für Wasser in die entgegengesetzte Durchtrittsrichtung oder in beide Durchtrittsrichtungen, das heißt sowohl vom Leckagevorratsraum in die Umgebung als auch von der Umgebung in den Leckagevorratsraum undurchlässig ist. Derartige Membranen können beispielsweise aus Polymeren, wie PTFE, hergestellt sein. Jedoch sind auch andere Materialien denkbar.
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Unter Farbstofffilter ist ein Filter gemeint, welcher einen im Kühlwasser vorhandenen Farbstoff wenigstens teilweise absorbiert. Kälteschutzmittelfilter können die für die Umwelt schädlichen Bestandteile des Kälteschutzmittels aufnehmen und somit das Filtrat weniger schädlich für die Umwelt machen.
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Gemäß einer besonders bevorzugten ersten Ausführungsform ist in der Verbindung ein Überlauf mit einer Überlaufkante vorgesehen, die mit einem Abstand oberhalb des Bodens des Leckagevorratsraums positioniert ist, und auf der dem Leckagevorratsraum abgewandten Seite des Überlaufes ist der Farbstofffilter und/oder Kälteschutzmittelfilter positioniert.
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Mit Vorteil unterteilt der Überlauf den Leckageraum in einen ersten und zweiten Teilraum zur Aufnahme von Kühlwasser, wobei die Leckageleitung im ersten Teilraum mündet, sodass beim Überschreiten der Kühlwasserkapazität des ersten Teilraumes Kühlwasser über die Überlaufkante in den zweiten Teilraum strömt.
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Vorteilhaft ist der Farbstofffilter und/oder Kälteschutzmittelfilter im zweiten Teilraum angeordnet. Somit wird verhindert, dass bei erschöpfter Kühlwasserkapazität des ersten Teilraumes Kühlwasser unfiltriert an die Umgebung gelangt.
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Bevorzugt ist der Farbstoff- oder Kälteschutzmittelfilter ein Aktivkohlefilter. Die darin enthaltene Aktivkohle bindet den Farbstoff und/oder die für die Umwelt schädlichen Verbindungen des Kühlschutzmittels, sodass über die Verbindung zur Umgebung farbloses und für die Umwelt unbedenkliches Kühlwasser austreten kann.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform bildet die semipermeable Membran wenigstens einen Teil der Wandung des Leckagevorratsraumes aus oder ist in eine Wandungsöffnung des Leckagevorratsraumes eingebracht und bei teilgefülltem Leckagevorratsraum oberhalb des Kühlwasserspiegels und insbesondere bei Ausführung gemäß Anspruch 2 oberhalb der Überlaufkante im luftbefüllten Abschnitt des Leckagevorratsraumes angeordnet. Somit kann durch die Membran lediglich der im Leckagevorratsraum enthaltene Wasserdampf in die Umgebung diffundieren, sodass in Abhängigkeit des Temperaturgefälles zwischen Leckagevorratsraum und Umgebung mehr oder weniger Kühlwasser aus diesem herausdiffundiert und damit für eine zusätzliche problemlose Entleerung des Leckagevorratsraumes sorgt.
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Bevorzugt ist die Dichtung als Wellendichtung, insbesondere Radial- und/oder Axialdichtung und besonders bevorzugt als Gleitringdichtung ausgeführt. Eine solche Gleitringdichtung kann beispielsweise einen ersten Gleitring und einen zweiten Gleitring aufweisen, die sich beispielsweise in Radialrichtung konzentrisch umschließen und jeweils eine Dichtfläche aufweisen, wobei beide Dichtflächen einen in Radialrichtung zu der Antriebswelle verlaufenden Dichtspalt abdichten. Eine solche Gleitringdichtung kann eine Kühlwasserzufuhr zum Kühlen und/oder Schmieren der Dichtung sowie eine Kühlwasserabfuhr zum Zurückführen des Kühlwassers in den Fahrzeugkühlkreislauf aufweisen, wobei die Kühlwasserzufuhr und die Kühlwasserabfuhr im Wesentlichen permanent durchströmt sind, sodass die Leckageleitung zusätzlich zu der Kühlwasserabfuhr und Kühlwasserzufuhr vorgesehen ist.
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Mit Vorteil ist das kühlwasserbeaufschlagte Aggregat ein im Fahrzeugkühlkreislauf angeordneter hydrodynamischer Retarder, umfassend ein erstes umlaufendes Schaufelrad und ein zweites ebenfalls umlaufendes oder stationäres Schaufelrad, wobei beide Schaufelräder einen mit einem Arbeitsmittel befüllbaren oder befüllten Arbeitsraum bilden, um Drehmoment hydrodynamisch vom ersten Schaufelrad auf das zweite Schaufelrad zu übertragen. Der Retarder weist ein Gehäuse auf, das zusammen mit einem der beiden Schaufelräder das andere Schaufelrad oder beide Schaufelräder umschließt. Weiterhin ist eine Antriebswelle vorgesehen, um das erste und/oder das zweite Schaufelrad mechanisch anzutreiben, wobei die Antriebswelle mittels der Dichtung gegen das Gehäuse des Retarders abgedichtet ist.
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Alternativ ist das kühlwasserbeaufschlagte Aggregat eine im Fahrzeugkühlkreislauf angeordnete Wasserpumpe, umfassend ein von einem Pumpengehäuse umschlossenes Pumpenlaufrad, wobei das Pumpenlaufrad zu dessen Antrieb mit einer Eingangswelle drehfest verbunden ist und die Eingangswelle mittels der Dichtung gegen das Pumpengehäuse abgedichtet ist.
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Besonders bevorzugt sind im Bereich der Mündung der Leckageleitung in den Leckagevorratsraum eine oder mehrere Tropfkanten, an denen das Kühlwasser aus der Dichtung abtropft, angeordnet. Mittels dieser Tropfkanten wird verhindert, dass aus der Leckageleitung austretendes Kühlwasser sich unkontrolliert entlang des Gehäuses des Aggregats ausbreitet.
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Die Erfindung soll nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren exemplarisch erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 schematisch vereinfacht einen Fahrzeugkühlkreislauf;
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2 eine erste Ausgestaltung eines kühlwasserbeaufschlagten Aggregates in Form eines hydrodynamischen Retarders in einem Axialschnitt durch dessen Drehachse;
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3 eine weitere Ausgestaltung eines kühlwasserbeaufschlagten Aggregates in Form einer Wasserpumpe eines Kraftfahrzeugs in einem Axialschnitt durch dessen Drehachse.
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In 1 sind schematisch vereinfacht die Grundkomponenten eines Fahrzeugkühlkreislaufes dargestellt. In dem Fahrzeugkühlkreislauf wird ein Kühlwasser mit Hilfe einer Wasserpumpe 16 in dem Kreislauf umgewälzt. Das Kühlwasser strömt durch einen hydrodynamischen Retarder 17 sowie einen Fahrzeugantriebsmotor 19, um diese zu kühlen. Dabei wird der Kreislauf durch einen Fahrzeugkühler 18, beispielsweise einem Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher, in welchem die von dem Kühlwasser aufgenommene Wärmemenge an die Umgebung abgeleitet wird, gekühlt. Das Kühlwasser stellt im vorliegenden Fall somit das Arbeitsmittel des im Fahrzeugkühlkreislauf angeordneten Aggregats, hier des hydrodynamischen Retarders 17 sowie der Wasserpumpe 16 dar.
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Natürlich kann die Anordnung der in der 1 gezeigten Elemente in dem Fahrzeugkühlkreislauf abweichend gestaltet werden.
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Die 2 zeigt eine erste Ausgestaltung des kühlwasserbeaufschlagten Aggregats in Form eines hydrodynamischen Retarders.
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Der hydrodynamische Retarder 17 weist vorliegend ein Gehäuse 10 auf, gegen welches eine Antriebswelle 11 mittels der hier schematisch dargestellten Dichtung 2 abgedichtet ist. Der hydrodynamische Retarder 17 weist ein erstes umlaufendes Schaufelrad 7 sowie ein zweites stationäres Schaufelrad 8 auf, welche einander gegenüberliegend einen torusförmigen Arbeitsraum 9 begrenzen, in dem sich zur hydrodynamischen Drehmomentübertragung eine Kreislaufströmung ausbilden kann. Dabei ist vorliegend das erste Schaufelrad 7 drehfest mit der Antriebswelle 11 ausgeführt.
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Im vorliegenden Fall ist die Dichtung 2 als Gleitringdichtung ausgeführt und wird zu ihrer Kühlung und/oder Schmierung über eine nicht gezeigte Kühlwasserzufuhr permanent mit Kühlwasser aus dem Fahrzeugkühlkreislauf versorgt. Die Dichtung 2 verhindert, dass Kühlwasser aus einem kühlwasserführenden Raum 1, welcher hier in strömungsleitender Verbindung mit dem Arbeitsraum 9 steht, aus dem Gehäuse 10 austritt. Zum Abführen einer in der Dichtung 2 auftretenden Leckage an Kühlwasser umfasst die Dichtung 2 eine Leckageleitung 3, welche vorliegend auf der dem kühlwasserführenden Raum 1 abgewandten Seite der Dichtung 2 mündet. Hierdurch wird eine in der Dichtung 2 sporadisch oder geringe permanent anfallende Leckagemenge an Kühlwasser abgeführt und einem Leckagevorratsraum 4 zugeführt. Die Leckageleitung 3 ist vorliegend als Bohrung im Gehäuse 10 eingebracht. Sie könnte jedoch auch eine andere als die hier gezeigte Querschnittsgeometrie aufweisen und beispielsweise durch einen freien Raum beispielsweise Fallraum oberhalb des Leckagevorratsraumes 4 gebildet werden.
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Im vorliegenden Falle ist der Leckagevorratsraum 4 unmittelbar unterhalb der Dichtung 2 beziehungsweise der Leckageleitung 3 angeordnet. Dies ist jedoch nicht zwingend nötig der Fall. So könnte der Leckagevorratsraum 4 auch in Axialrichtung gesehen neben der Dichtung 2 angeordnet sein. Auch andere Anordnungen des Leckagevorratsraum 4 in Bezug auf die Dichtung 2 sind denkbar.
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Im Bereich der Mündung der Leckgeleitung 3 in den Leckagevorratsraum 4 ist vorliegend eine Tropfkante 20 vorgesehen, welche hier als Auskragung im Gehäuse 10 ausgebildet und konzentrisch zu der als Bohrung ausgeführten Leckageleitung 3 angeordnet ist. Anstelle der integralen Ausbildung mit dem Gehäuse 10, könnte die Tropfkante 20 als separates Teil vorgesehen sein und mit geeigneten Mitteln am Gehäuse 10 befestigt sein. Die Tropfkante 20 sorgt dafür, dass aus der Leckageleitung 3 dringendes Kühlwasser nicht am Gehäuse 10 entlangströmt, sondern direkt in den Leckagevorratsraum 4 abtropft. Natürlich wären auch andere Geometrien der Tropfkante 20 denkbar.
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Der Leckagevorratsraum 4 weist ferner eine Verbindung zur Umgebung auf, welche hier in Form eines Auslaufs 21 endet. In dieser Verbindung ist ein Überlauf 5, umfassend eine Überlaufkante 5.3, vorgesehen, die mit einem Abstand oberhalb des Bodens des Leckagevorratsraumes 4 positioniert ist. Der Überlauf 5 teilt den Leckagevorratsraum 4 in einen ersten Teilraum 5.1, in dem vorliegend die Leckageleitung 3 mündet, und einen zweiten Teilraum 5.2, welcher einen Farbstofffilter 15 umfasst. Anstelle oder zusätzlich zum Farbstofffilter 15 könnte ein Frostschutzmittelfilter (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Ist die Kapazitätsgrenze an flüssigem Kühlwasser des ersten Teilraums 5.1 erschöpft – dies ist dann der Fall, wenn der Kühlwasserspiegel über die Überlaufkante 5.3 ansteigt – so strömt das überschüssige Kühlwasser über die Überlaufkante 5.3 in den zweiten Teilraum 5.2. Der Farbstofffilter 15 sorgt dafür, dass ein im Kühlwasser enthaltener Farbstoff vor dem Austritt aus dem Leckagevorratsraum 4 über den Auslauf 21 abgetrennt wird, sodass das austretende Kühlwasser farblos ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist alternativ oder zusätzlich zu dem Farbstofffilter 15 und insbesondere dem Überlauf 5 eine semipermeable Membran 6, insbesondere im ersten Teilraum 5.1 vorgesehen, welche vorliegend in eine Wandungsöffnung des Leckagevorratsraumes 4 eingebracht ist. Die Membran 6 ist in der in 2 gezeigten Lage des hydrodynamischen Retarders 17 oberhalb der Überlaufkante 5.3 und damit oberhalb des Kühlwasserspiegels angebracht. Damit soll verhindert werden, dass die Membran 6 ständig vom flüssigen Kühlwasser umspült wird. Die Membran 6 dient dazu, dampfförmiges Kühlwasser aus dem Leckagevorratsraum 4 in die Umgebung abzuführen, jedoch einen Durchtritt von flüssigem Kühlwasser aus dem Leckagevorratsraum 4 in die Umgebung oder umgekehrt von der Umgebung in den Leckagevorratsraum 4 zu verhindern. Dazu kann die Membran 6 aus einem geeigneten teildurchlässigen Werkstoff, beispielsweise Polymer, hergestellt sein. Alternativ kann die semipermeable Membran 6 wenigstens einen Teil der Wandung des Leckagevorratsraumes 4 bilden, das heißt die Wandung selbst ist aus der semipermeablen Membran 6 gefertigt.
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In der 3 ist eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen kühlwasserbeaufschlagten Aggregats dargestellt. Das Aggregat ist dabei als Wasserpumpe ausgebildet. Im Wesentlichen sind die gleichen Elemente mit denselben Bezugszeichen, wie in 2 dargestellt, versehen.
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Die Wasserpumpe 16 umfasst dabei ein Pumpengehäuse 12, gegen welches eine Eingangswelle 14, die ein Pumpenlaufrad 13 der Wasserpumpe 16 antreibt, mittels der schematisch dargestellten Dichtung 2 abgedichtet ist. Somit dichtet die Dichtung 2 einen kühlwasserführenden Raum 1 gegen die Umgebung ab. Auch hier kann die Dichtung 2 als Gleitringdichtung ausgeführt sein, wobei für diese Dichtung ebenfalls das für die Dichtung 2 aus der 2 ausgeführte gilt. Auch hier mündet auf der dem kühlwasserführenden Raum 1 gegenüberliegenden Seite eine Leckageleitung 3, die aus der Dichtung 2 anfallende Menge an Kühlwasser in den Leckagevorratsraum 4 leitet. Wie bereits anhand von 2 ausgeführt, kann im Leckagevorratsraum ein Überlauf 5 mit einem Farbstofffilter 15 oder einem nicht gezeigten Kühlschutzmittelfilter und/oder eine Membran 6 vorgesehen sein.
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Auch ist es denkbar, dass im Bereich der Mündung der Verbindung des Leckagevorratsraums 4 zur Umgebung (hier Auslauf 21) eine Tropfkante vorgesehen ist, die beispielsweise wie die Tropfkante 20 ausgeführt sein kann. Eine solche Tropfkante kann auch am Auslauf 21 des hydrodynamischen Retarders 17 von 2 vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- kühlwasserführender Raum
- 2
- Dichtung
- 3
- Leckageleitung
- 4
- Leckagevorratsraum
- 5
- Überlauf
- 5.1, 5.2
- Teilraum
- 5.3
- Überlaufkante
- 6
- Membran
- 7
- Schaufelrad
- 8
- Schaufelrad
- 9
- Arbeitsraum
- 10
- Gehäuse
- 11
- Antriebswelle
- 12
- Pumpengehäuse
- 13
- Pumpenlaufrad
- 14
- Eingangswelle
- 15
- Farbstofffilter
- 16
- Wasserpumpe
- 17
- Retarder
- 18
- Fahrzeugkühler
- 19
- Fahrzeugantriebsmotor
- 20
- Tropfkante
- 21
- Auslauf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005009456 A1 [0006]
- DE 102006054615 B3 [0006]
