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Die Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe für ein in einem Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gefördertes Kühlmittel. Unter Kühlmittelpumpe wird hierbei insbesondere eine Radial- oder Kreiselpumpe verstanden.
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Für den Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine wird üblicherweise eine Kühlmittel- oder Wasserumwälzpumpe eingesetzt, deren Steuerung über ein Wegeventil erfolgt, wenn zusätzlich zu einem über einen Kühler führenden Kühlerkreis auch ein Bypass- oder Kurzschlusskreis vorgesehen ist, der unter Umgehung des Kühlers direkt über entsprechende Kanäle der Brennkraftmaschine bzw. dessen zu kühlendem Zylinderkopf oder Motorblock führt. Die gesteuerte Ventilfunktion erfolgt häufig über einen Thermostaten mit einem temperaturabhängigen Dehnstoffelement, in Form beispielsweise einer sogenannten Wachspatrone. Der Antrieb der Kühlmittel- oder Wasserumwälzpumpe erfolgt üblicherweise elektrisch mittels eines Elektromotors, der eine Pumpenachse mit einem Pumpenrad antreibt, das in einem Spiralkanal eines Pumpengehäuses angeordnet ist.
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Bei aus der
DE 10 2005 057 712 A1 und
DE 198 09 123 A1 bekannten Kühlmittelpumpen mit elektromotorisch angetriebenem Pumpenrad weist das Pumpengehäuse zusätzlich zu einem als Stutzen ausgebildeten Zulauf für das Kühlmittel einen bezogen auf die Pumpenachse bzw. das Pumpenrad radial verlaufenden Ablaufstutzen mit entsprechend radial orientierter Ablauföffnung für das Kühlmittel auf. Ein dem Bypasskreis zugeordneter Bypassstutzen ist ebenfalls radial orientiert. Die Zu- und Ablaufstutzen dienen üblicherweise als Schnittstelle zur Anbindung von Kühlschläuchen zur Herstellung eines geschlossenen Kühler- bzw. Bypasskreises.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Kühlmittelpumpe anzugeben, die möglichst kompakt aufgebaut ist und eine einfache, insbesondere schlauchfreie, Montage in den Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ermöglicht. Vorzugsweise soll die elektrische Kühlmittelpumpe dazu vorgesehen und eingerichtet sein, als funktionsfähige Einheit mit einfachen Mitteln direkt an die Brennkraftmaschine oder einen Zylinderkopf angeschlossen zu werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Hierzu weist die elektrische Kühlmittelpumpe zum Fördern eines in einem Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs umlaufenden Kühlmittels ein Pumpengehäuse mit einem nachfolgend als Spiralkanal bezeichneten Führungsraum zur Aufnahme eines Pumpenrades auf, das über eine Pumpenachse oder -welle elektromotorisch angetrieben ist. In den Spiralkanal münden koaxial zur Pumpenwelle bzw. zum Pumpenrad eine Zulauföffnung für das Kühlmittel und eine Ablauföffnung für das Kühlmittel. Sowohl die Zulauföffnung als auch die Ablauföffnung sind in einer zur Pumpenachse, insbesondere zumindest im Wesentlichen, radialen Zu- und Ablaufebene angeordnet. Die Zulauföffnung repräsentiert die Saugseite und die Ablauföffnung die Druckseite der Kühlmittelpumpe, wobei sowohl die Zuströmung zur Kühlmittelpumpe als auch die Abströmung aus der Kühlmittelpumpe koaxial zur Rotationsachse des Pumpenrades erfolgt.
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Innerhalb der gemeinsamen Zu- und Ablaufebene ist die Ablauföffnung zur Zulauföffnung radial versetzt. Hierdurch ist es besonders vorteilhaft ermöglicht, dass zusätzlich zu einem besonders kompakten Pumpenaufbau und einer einfachen Montierbarkeit der Kühlmittelpumpe in den Kühl- oder Kühlmittelkreislauf für die Zulauföffnung und die Ablauföffnung eine gemeinsame Dichtebene bereitgestellt ist, die ebenfalls in der Zu- und Ablaufebene liegt.
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Diese der Zulauföffnung und der Ablauföffnung gemeinsame Dichtebene wiederum ermöglicht eine besonders zuverlässige und einfach handhabbare Anbindung der Kühlmittelpumpe nach Art einer mechanischen Schnittstelle zu einem Adapterflansch, der seinerseits eine geeignete Flanschanbindung zur Brennkraftmaschine bzw. zu dessen Zylinderkopf aufweist oder ausbildet.
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Die in der Zu- und Ablaufebene befindliche Dichtebene kann eine nutlose Flächendichtung sein. Vorzugsweise ist die Dichtebene jedoch als Dichtfläche mit in das Pumpengehäuse außenseitig eingezogener Dichtnut (Dichtungsnut) ausgeführt, die die Zulauföffnung und die Ablauföffnung umgibt. Geeigneterweise ist der Dichtflächenbereich zwischen der Zulauföffnung und der Ablauföffnung ebenfalls mit einer eingezogenen Dichtungsnut versehen, so dass sowohl die Zulauföffnung als auch die Ablauföffnung vollumfänglich von einer ununterbrochenen Dichtungsnut umgeben ist. Ein in die Dichtungsnut einlegbares Dichtungselement vervollständigt die zuverlässige Dichtwirkung in der Verbindung mit dem Adapterflansch in einfacher und zuverlässiger Art und Weise.
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Das Pumpengehäuse weist zudem auf der der Zu- und Ablaufebene und somit der Dichtebene gegenüber liegenden Gehäuseseite eine vorzugsweise kragenartige Flanschanbindung zu einem Motorgehäuse eines die Pumpenachse mit dem Pumpenrad antreibenden Elektromotors auf. Eine vorzugsweise ebenfalls in der Zu- und Ablaufebene und somit in der Dichtebene befindliche mechanische Anschlussschnittstelle zur Anbindung an den mit der Brennkraftmaschine bzw. dem Zylinderblock anbindbaren Adapterflansch ist geeigneterweise durch eine Anzahl von vorzugsweise dom- oder hülsenartigen Anschlusselementen gebildet, deren endseitigen Anlageflächen in der Zu- und Ablaufebene und somit in der Dichtebene liegen. Die Anschlusselemente mit den Anlageflächen der Anschlussschnittstelle umgeben zweckmäßigerweise zylinderförmige Anschlussöffnungen für Flanschschrauben oder dergleichen.
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Der Adapterflansch umfasst einen in die Zulauföffnung einmündenden Zulaufstutzen und einen mit der Ablauföffnung korrespondierenden Ablaufstutzen. Aufgrund der durch die Anordnung der Zulauföffnung und der Ablauföffnung in derselben Ebene hergestellten axialen Anbindung sowohl der Zulauföffnung als auch der Ablauföffnung zu den korrespondierenden Zulauf- und Ablaufstutzen ist eine besonders raumsparende, zuverlässig dichtende und einfach montierbare Schnittstelle bereitgestellt, die über den Adapterflansch einen schlauchlosen Anschluss der Kühlmittelpumpe an die Brennkraftmaschine bzw. den Zylinderblock ermöglicht.
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Während das Pumpengehäuse der Kühlmittelpumpe zusätzlich zur koaxialen Zulauföffnung lediglich eine einzelne, in derselben Ebene liegende Ablauföffnung aufweist, kann dasselbe Pumpengehäuse für einen Adapterflansch mit und ohne zusätzlichem Bypassstutzen ausgeführt sein, der gegebenenfalls zusammen mit einem Kühlerablaufstutzen aus der gemeinsamen Ablauföffnung des Pumpengehäuses ausmündet.
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Der Bypassstutzen und der Kühlerablaufstutzen münden geeigneterweise in eine gemeinsame Ventilkammer oder in einen entsprechenden Gehäusebereich des Adapterflansches ein, wobei dieser Gehäusebereich zur Aufnahme eines vorzugsweise temperaturabhängig gesteuerten Ventils in Form eines Thermostateinsatzes dienen kann. Mittels des Thermostates bzw. Thermostatventils können somit in einfacher Art und Weise über den Bypasskreis geführtes, vergleichsweise heißes Kühlmittel und über den Kühlerkreis geführtes, vergleichsweise kühles Kühlmittel temperaturgesteuert gemischt oder ausschließlich gefördert bzw. abgesperrt werden.
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Der Bypassstutzen und der Kühlerzulaufstutzen, über welchen das vom Kühler abströmende Kühlmittel der Kühlmittelpumpe über deren Zulauföffnung zugeführt wird, münden geeigneterweise in einen plattenförmigen Flanschanschluss ein, über welchen der Adapterflansch mit einem korrespondierenden Flanschanschluss der Brennkraftmaschine bzw. des Zylinderblocks verbunden werden kann.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 schematisch die Einbindung einer elektrischen Kühlmittelpumpe mit integriertem Wegeventil in einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs,
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2 schematisch in einem Längsschnitt eine elektromotorisch angetriebene Kühlmittelpumpe mit einem eine Schnittstelle zu einem Adapterflansch aufweisenden Pumpengehäuse,
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3 das Pumpengehäuse der Kühlmittelpumpe in einer perspektivischen Draufsicht, und
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4 in perspektivischer Ansicht die elektromotorisch betriebene Kühlmittelpumpe mit deckelseitig einer mechanischen Schnittstelle (Anschluss- und Dichtflächen-Schnittstelle) in einer ersten Ausführungsform, und
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5 in einer Ansicht gemäß 4 die elektromotorisch betriebene Kühlmittelpumpe mit deckelseitiger Schnittstelle in einer zweiten Ausführungsform.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung eine beispielhafte Zuordnung von Kreisläufen eines Thermomanagements eines Kraftfahrzeugmotors mit einer Kühlmittel- oder Wasserumwälzpumpe 1. Die elektrische, d. h. elektromotorisch angetriebene Kühlmittelpumpe 1 ist in einen Kühlmittelkreislauf 2 integriert. Dieser weist einen über einen Kühler (Wärmetauscher) 3 verlaufenden Kühlerkreis 4 und einen nachfolgend als Bypasskreis 5 bezeichneten Kurzschlusskreis auf. Der Bypasskreis 5 verläuft direkt über die Kühlmittelpumpe 1 und einen Zylinderblock 6 einer Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs.
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Die elektrische Kühlmittelpumpe 1 mit zugeordnetem Wegeventil fördert das von der Brennkraftmaschine 7 bzw. dessen Zylinderkopf 6 im Kühlerkreis 4 über den Kühler 3 angesaugte Kühlmittel K, insbesondere Kühlwasser, zum Zylinderkopf 6 zurück und wälzt dieses Kühlmittel K um. Die Kühlmittelpumpe 1 fördert zudem das im Bypasskreis 5 zirkulierende Kühlmittel K, wobei mittels des Wegeventils der Kühlmittelpumpe 1 vergleichsweise kühles Kühlmittel K des Kühlerkreises 4 mit vergleichsweise heißem Kühlmittel K des Bypasskreises 5 vermischt werden kann. Das Wegeventil der Kühlmittelpumpe 1 kann in nicht näher dargestellter Art und Weise als Thermoventil (Thermostat) ausgeführt sein, so dass für das Wegeventil kein separater Antrieb erforderlich ist.
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2 zeigt in schematisch vereinfachter Schnittdarstellung die Kühlmittelpumpe 1 mit einem Pumpengehäuse 8 und darin drehbar angeordnetem Pumpenrad 9. Das Pumpenrad 9 sitzt auf einer Pumpenachse oder -welle 10, welche die Motorwelle eines Elektromotors 11 darstellt. Dieser weist einen wellenfesten Rotor 12 und einen in einem Motorgehäuse 13 gehäusefesten Stator 14 auf. Das Motorgehäuse 13 und das Pumpengehäuse 8 sind über Gehäuseflansche 15 bzw. 16 miteinander verbunden.
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Innerhalb des Pumpengehäuses 8 befindet sich ein nachfolgend als Spiralkanal bezeichneter Förderraum 17, in dem das Pumpenrad 9 drehbeweglich angeordnet ist. Gehäuseaußenseitig weist das Pumpengehäuse 8 eine Zulauföffnung 18 und eine Ablauföffnung 19 für das Kühlmittel K auf. Die Zulauföffnung 18 ist zur Pumpenachse 10 bzw. zum Pumpenrad 9 und somit bzgl. der zentralen Motorachse koaxial angeordnet. Die Ablauföffnung 19 ist radial, d. h. in Radialrichtung R versetzt zur Zulauföffnung 18 angeordnet und befindet sich mit dieser in derselben Zu- und Ablaufebene 20. Diese Ebene 20 erstreckt sich radial zur Pumpenachse 10 und zur dargestellten Motor- oder Pumpenachse 21, d. h. bezogen auf die dargestellte Axialrichtung A, die der Orientierung der zentralen Motorachse entspricht, in Radialrichtung R.
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Die Zu- und Ablaufebene 20, in der die Zulauföffnung 18 und die Ablauföffnung 19 gemeinsam und radial versetzt nebeneinander angeordnet sind, bildet eine mechanische Schnittstellenebene und eine Dichtebene zu bzw. für einen Adapterflansch 22. Der Adapterflansch 22, an den über die Ebene 20 die Kühlmittelpumpe 1 über deren Pumpengehäuse oder Pumpendeckel 8 angebunden ist, ist dazu vorgesehen und eingerichtet, direkt, d. h. schlauchlos, an den Zylinderkopf 6 mittels einer Flanschverbindung angekoppelt zu werden.
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3 zeigt in perspektivischer Ansicht das deckelartige Pumpengehäuse 8 mit gehäuseaußenseitig der koaxialen Zulauföffnung 18 und der hierzu radial versetzten Ablauföffnung 19, die gemeinsam mit der Zulauföffnung 18 in derselben Zu- und Ablaufebene 20 liegt bzw. darin angeordnet ist. In dieser gemeinsamen Zu- lauf- und Ablaufebene 20, die eine der Zulauföffnung 18 und der Ablauföffnung 19 gemeinsame Dichtebene bildet, befindet sich eine entsprechend gemeinsame Dichtfläche 23, in die eine Dicht- oder Dichtungsnut 24 eingebracht und hierzu außenseitig in das Pumpengehäuse 8 eingezogen ist. Die Dichtungsnut 24 umschließt gemeinsam die Zulauföffnung 18 und die Ablauföffnung 19 und erstreckt sich zudem zwischen diesen beiden Öffnungen 18, 19. Hierdurch sind sowohl die Zulauföffnung 18 als auch die Ablauföffnung 19 mit einer umfangsseitig vollständig geschlossenen Dichtungsnut 24 umgeben. Die Dichtungsnut 24 dient zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) Dichtungselementes in Form eines (nicht dargestellten) Dichtungsrings mit einem Mittelsteg.
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Das Pumpengehäuse bzw. der Pumpendeckel 8 weist auf der der Zu- und Ablauf- und damit der Dichtungsebene 20 gegenüberliegenden Gehäuseseite den Flanschkragen 16 auf, der domartige Schraubenöffnungen 25a zur Herstellung der Flanschverbindung mit dem Motorgehäuse 13 mittels Flanschrauben 25b (4) aufweist. An den Flanschkragen 16 sind zudem dom- oder hülsenartige Anschlusselemente 26 angeformt, die sich in Axialrichtung A erstrecken. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel des Pumpengehäuses 8 sind insgesamt vier umfangsseitig gleichmäßig verteilt angeordnete Anschlusselemente 26 vorgesehen. Diese Anschlusselemente 26 bilden jeweils eine Anlagefläche 27 aus, die ebenfalls in der Ebene 20 liegen. Versteifungsrippen 28 mit entsprechenden Anlageflächen 29 verbinden die Anschlusselemente 27 mit der Ebene 20.
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In 3 ist erkennbar, dass der gehäuseinnenseitig vorgesehene Spiralkanal 17 zur Aufnahme des Pumpenrades 9 durch einen im Gegenuhrzeigersinn rampenartigen Anstieg der Gehäusewandung des Pumpengehäuses 8 gebildet ist. Im Zentrum dieses Spiralkanals 17 befindet sich die Zulauföffnung 18, während sich hierzu radial beabstandet die Ablauföffnung 19 in derselben Radialebene 20 im in Axialrichtung A höchstgelegenen Flächenbereich der Gehäuseaußenseite des Pumpengehäuses 8 befindet. Die Zulauföffnung 18 mündet in Axialrichtung A in den Spiralkanal 17 über einen axialen Kanalabschnitt 30 ein. In diesem befindet sich eine sternförmige Steganordnung 31, deren Stege unter Bildung einer zentralen, gemeinsamen Nabe 32 an die Kanalwandung des Kanalabschnitts 30 angeformt sind. Die Nabe 32 kann gehäuseinnenseitig in nicht näher dargestellter Art und Weise mit einer Lageraufnahme für das Pumpenrad 9 bzw. die Pumpenachse 10 ausgeführt sein.
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Die Zulauföffnung 18 des Pumpengehäuses 8 bildet die Saugseite der Kühlmittelpumpe 1, während die Ablauföffnung 19, in welche der Spiralkanal 17 ausmündet, die Druckseite der Kühlmittelpumpe 1 bildet. Das in Axialrichtung A über die Zulauföffnung 18 in das Pumpengehäuse 8 saugseitig eintretende Kühlmittel K tritt zunächst in Radialrichtung R und somit senkrecht zur Pumpenachse 10 aus dem Pumpenrad 9 aus und in den Spiralkanal 17 ein. Über die Ablauföffnung 19 strömt das Kühlmittel K ebenfalls in Axialrichtung A aus dem Pumpengehäuse 8 aus.
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Die 4 und 5 zeigen die elektrische Kühlmittelpumpe 1 in deren Anbindung über das Pumpengehäuse 8 und der dieser zugeordneten, von der Ebene 20 gebildeten Schnittstelle an den Adapterflansch 22. Dieser weist eine Flansch- oder Anschlussfläche 33 zur Montage am Zylinderkopf 6 auf. Bei der plattenartigen Ausführungsform des Adapterflanschs 22 gemäß 4 münden in die Anschlussfläche 33 als Zulauf und als Ablauf dienende Anschlussstutzen 34 (Zulaufstutzen) bzw. 35 (Ablaufstutzen). Bei der quader- oder blockartigen Ausführungsform des Adapterflanschs 22 gemäß 5 münden in die Anschlussfläche 33 als Zulauf und als Ablauf dienende Kanäle 36 (Zulaufkanal) bzw. 36 (Ablaufkanal). Bei dieser quader- oder blockartigen Ausführungsform des Adapterflanschs 22 gemäß 5 können zusätzlich oder alternativ auch seitliche Anschlussstutzen 38, beispielsweise Bypassstutzen, vorgesehen sein.
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Insbesondere bei der quader- oder blockartigen Ausführungsform des Adapterflanschs 22 gemäß 5, jedoch auch bei der Ausführungsform gemäß 4, kann in den Adapterflansch 22 in nicht näher dargestellter Art und Weise ein Wegeventil oder Thermostat integriert oder ein entsprechender Ventilsitz hierfür vorgesehen sein.
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Der Ablaufstutzen 35 bzw. der Ablaufkanal 37 bildet den Ablauf für das Kühlmittel K aus der Kühlmittelpumpe 1 und dessen Zulauf zum Kühler 3, während der Zulauf vom Kühler 3 zur Kühlmittelpumpe 1 über den Zulaufstutzen 34 bzw. den Zulaufkanal 36 des Adapterflansches 22 erfolgt.
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Da sowohl die Zulauföffnung 18 als auch die Ablauföffnung 19 des Pumpengehäuses 8 sowie die Dichtebene mit deren Dichtfläche 23 in der sich in Radialrichtung R erstreckenden Ebene 20 liegen, ist einerseits eine im Zuge der Montage der Kühlmittelpumpe 1 einfach handhabbare Schnittstelle zum Adapterflansch 22 und über diesen zum Zylinderkopf 6 bereitgestellt. Andererseits ist ein besonders kompakter und somit Raum sparender Aufbau der Kühlmittelpumpe 1 mit axial orientierter Zulauföffnung 18 und ebenfalls axial orientierter, d. h. in Axialrichtung A ausmündender Ablauföffnung 19 als funktionale Einheit bereitgestellt. Über lediglich diese beiden Öffnungen 18, 19 ist ein einfach handhabbarer und zuverlässig dichtender Schnittstellenanschluss an einen Kühlkreislauf 2 mit sowohl einem Kühlerkreis 4 als auch mit einem Bypasskreis 5 gegeben.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmals auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand zu verlassen. So können beispielsweise anstelle der dargestellten kreisrunden Öffnungsquerschnitte und runden Konturen auch andere Querschnitts- bzw. Konturformen der Stutzen oder Öffnungen bzw. des Pumpengehäuses vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pumpe
- 2
- Kühlmittelkreislauf
- 3
- Wärmetauscher
- 4
- Kühlerkreis
- 5
- Bypasskreis
- 6
- Zylinderkopf/Motorblock
- 7
- Brennkraftmaschine
- 8
- Pumpengehäuse
- 9
- Pumpenrad
- 10
- Pumpenachse/-welle
- 11
- Elektromotor
- 12
- Rotor
- 13
- Motorgehäuse
- 14
- Stator
- 15
- Gehäuseflansch
- 16
- Gehäuseflansch
- 17
- Spiralkanal
- 18
- Zulauföffnung
- 19
- Ablauföffnung
- 20
- Zu- und Ablauf-/Dichtungsebene
- 21
- Motor-/Pumpenachse
- 22
- Adapterflansch
- 23
- Dichtfläche
- 24
- Dichtungsnut
- 25a
- Schrauböffnung
- 25b
- Flanschschraube
- 26
- Anschlusselement
- 27
- Anlagefläche
- 28
- Versteifungsrippe
- 29
- Anlagefläche
- 30
- Kanalabschnitt
- 31
- Steganordnung
- 32
- Nabe
- 33
- Anschlussfläche
- 34
- Zulaufstutzen
- 35
- Ablaufstutzen
- 36
- Zulaufkanal
- 37
- Ablaufkanal
- 38
- Anschluss-/Bypassstutzen
- A
- Axialrichtung
- K
- Kühlmittel
- R
- Radialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005057712 A1 [0003]
- DE 19809123 A1 [0003]
