DE102014003296B3

DE102014003296B3 - Wasserpumpe

Info

Publication number: DE102014003296B3
Application number: DE102014003296.5A
Authority: DE
Inventors: Stephan Steinke; Peter Amm; Frank Blaurock; Andreas Schmidt
Original assignee: Geraete und Pumpenbau GmbH Dr Eugen Schmidt
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2034-03-06
Also published as: WO2015131869A3; WO2015131869A2; WO2015131869A4

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wasserpumpe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bereit zu stellen, welche den Anforderungen einer kostengünstig herstellbaren, montage- und fertigungstechnisch einfachen Wasserpumpe für hohe Laufzeiten und extreme Einsatzfälle gerecht wird. Die erfindungsgemäße Wasserpumpe mit einem in einem Lagergehäuse (21) angeordneten Außenlaufring (1) und einer zentrisch in diesem angeordneten Welle (2), mit einem auf dem wasserseitigen freien Ende der Welle (2) angeordneten Flügelrad (26), und einem auf dem dem Flügelrad (26) gegenüber liegenden freien Ende der Welle (2) angeordneten Antriebselement, zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass das Lagergehäuse (21) von einem mit Befestigungsbohrungen (23) versehenen Anschlussteller (22) mit Zylinderflansch (24), und einem am Anschlussteller (22) angeordneten Leckagebehälter (25) gebildet wird, und im Außenlaufring (1) neben der wasserseitig den Wälzkörpern (3) benachbarten Wellendichtung (6) eine Spezialradialwellendichtung (7) angeordnet ist, welche zusammen mit dem Außenlaufring (1), der Welle (2), den in den Laufnuten (4) umlaufenden Wälzkörpern (3) und den Wellendichtungen (6) ein Kompaktlager (14) bilden, und im Endmontagezustand der Außenlaufring (1) des Kompaktlagers (14) im Zylinderflansch (24) so angeordnet ist, dass im Außenlaufring (1) des Kompaktlagers (14) angeordnete Leckageöffnungen (13) den am Anschlussteller (22) oder am Zylinderflansch (24) angeordneten Leckagebehälter (25) gegenüberliegen. Die Erfindung betrifft eine Wasserpumpe, insbesondere für Kraftfahrzeuge.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasserpumpe.
Bei den Wasserpumpen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, sind die Lager der Antriebswelle des Flügelrades zumeist in aus Aluminiumdruckguss bestehenden Pumpengehäusen angeordnet, wobei zwischen einer zentralen Welle und einem einstückigen Außenlaufring zumeist die Wälzkörper (z. B. ein zweireihiges Kugel- oder Rollenlager bzw. Kombinationen bestehend aus Kugellager und Rollenlager), zumeist in zwei Reihen so angeordnet werden, dass die „Laufnuten” in der Welle so voneinander beabstandet angeordnet sind, dass deren Abstände den jeweils funktionell zugeordneten Laufringnuten im äußeren Laufringteil entsprechen. Zur beabstandeten Führung der Wälzelemente sind diese, wie bei Wälzlagern üblich, in Käfigen angeordnet.
Beidseitig der Wälzkörper sind, wie bei Wälzlagern mit Fettschmierung üblich, Dichtscheiben angeordnet, welche den Austritt des Schmierfettes aus dem Wälzlager unterbinden sollen.
In der DE 44 36 879 B4 , der DE 195 08 404 A1 , wie aber auch in der DE 601 30 871 T2 werden derartige Lösungen vorbeschrieben.
Sowohl in der Bauform nach der DE 44 36 879 B4 , der Bauform nach der DE 195 08 404 A1 , wie auch in der Bauform nach der DE 601 30 871 T2 ist bei im Kühlmittelpumpengehäuse eingebauten Zustand laufradseitig, d. h. zwischen dem Wellenlager und dem Pumpenlaufrad, im Pumpengehäuse eine Gleitringdichtung angeordnet.
In der Bauform nach der DE 44 36 879 B4 ist diese Gleitringdichtung in einem Abstand vom Wälzlager im Pumpengehäuse so angeordnet, dass im Pumpengehäuse, im Bereich zwischen der Gleitringdichtung und dem Wälzlager, nach außen führende Durchlassbohrungen angeordnet sind, die ein Entweichen von Wasser oder Wasserdampf, welches die Gleitringdichtung passiert, nach außen gewährleisten.
Gemäß der Bauform nach der DE 601 30 871 T2 ist ein Dichtungsring zwischen dem Wälzlager und der Gleitringdichtung angeordnet, welcher einen Kern aufweist, der an einem Ende des äußeren Laufringes des Wälzlagers, in einem Schulterabschnitt befestigt ist, wobei dieser Kern eine derartige Querschnittsform aufweist, dass dessen mittlerer Abschnitt zu einer im wesentlichen u-förmigen Gestalt gekrümmt ist, wodurch sich der Kern entlang der Scheibe eines auf der Welle neben der Gleitringdichtung angeordneten, mit der Welle umlaufenden Schleuderringes erstreckt.
Wobei auch in dieser Bauform die Gleitringdichtung im Pumpengehäuse so beabstandet vom Wälzlager angeordnet ist, dass auch hier im Pumpengehäuse, im Bereich zwischen der Gleitringdichtung und dem Wälzlager, nach außen führende Durchlassbohrungen angeordnet sind, die ein Entweichen von Wasser oder Wasserdampf, welches die Gleitringdichtung passiert, nach außen gewährleisten.
Alle vorgenannten Bauformen zeichnen sich jedoch stets dadurch aus, dass in einem Pumpengehäuse eine Lagereinheit und eine Gleitringdichtung nebeneinander angeordnet sind, und dass in der Gleitringdichtung ein Gleitring mittels einer Druckfeder an einen Gegenring angedrückt wird.
Dabei wird auch der Gegenring gegenüber dem Pumpengehäuse durch einen weiteren separaten Dichtring, welcher jeweils in einem separaten Presssitz separat im Gehäuse neben dem Außenlaufring montiert ist, abgedichtet.
Derartige Bauformen erfordern, neben der Vielzahl der einzeln zu montierenden Bauteile, sowohl in der Herstellung, wie auch in der Montage einen hohen Logistikaufwand, bei gleichzeitig hohem Fertigungsaufwand um insbesondere geometrische Gehäuseabweichungen (verursacht beispielsweise durch Rauhigkeit, Unrundheit, ...) zu vermeiden und so einerseits den Festsitz der Bauteile und anderseits den zentrischen Lauf der Wasserpumpenwelle zur Dichtung (zwei jeweils separate Presssitze) zu gewährleisten.
Da der Gegenring stets separat gegenüber dem Grundkörper abgedichtet ist, kann zudem die Wärmeableitung der Reibungswärme der Gleitringdichtung an das Pumpengehäuse nur sehr schlecht gewährleistet werden.
Das bei Gleitringdichtungen in Verbindung mit „Druckstößen” und Schwingungsbelastungen auftretende „Abheben und Verkanten” der Gleitflächen bewirkt, dass mit den vg. Lösungen nur bedingt eine auch im Langzeiteinsatz zuverlässige Flüssigkeitsabdichtung gewährleistbar ist.
Dabei können bei Gleitringdichtungen zudem Verunreinigungen in den Dichtspalt gelangen, welche dann eine zuverlässige, leckagefreie Flüssigkeitsabdichtung sehr stark beeinträchtigen.
Weitere Nachteile resultieren aus der sehr kostenintensiven Herstellung einer Vielzahl von Einzelteilen, wie auch der damit verbundenen kostenintensiven Montage, wobei zudem eine Montage des Wellenlagers von der Dichtungsseite her bei diesen Bauformen nicht möglich ist.
Ein ähnliches in einem Pumpengehäuse angeordnetes Wellenlager, mit einer kostengünstiger aufgebauten Gleitringdichtung, bei welcher der Gegenring direkt am Außenlaufring des Wellenlagers befestigt ist, und so dadurch eine günstigere Wärmeübertragung der Reibungswärme von der Gleitringdichtung in das Gehäuse gewährleistet, wird in der DE 2 238 309 A vorgestellt.
Doch da auch bei dieser Lösung am wasserseitigen Ende des Wälzlagers die Gleitringdichtung die Abdichtfunktion übernehmen soll, besteht wie bereits zuvor, in Verbindung mit den vorgenannten Schutzrechten des Standes der Technik erläutert, auch bei dieser Lösung die Gefahr, dass durch den Dichtspalt hindurchtretendes Wasser oder Wasserdampf in das Wälzlager eindringt und dort Schäden verursacht.
Zur Verbesserung der Lagerabdichtung wurde in der DE 33 24 468 A1 vorgeschlagen, am wasserseitigen Ende, vor einer relativ „einfach” aufgebauten Gleitringdichtung (ohne Verdrehsicherung), in einer außenrandseitigen Ringnut in der Außenhülse der Wellenlagerung, welche in einem Pumpengehäuse anzuordnen ist, zusätzlich eine Lippendichtung (Doppellippenring) vor einer geschlossenen Außenhülse anzuordnen.
Mit dieser Lösung ist ein zuverlässiger Langzeiteinsatz nicht zu gewährleisten, da keine Kühlung der Gleitflächen erfolgt, wodurch die Zuverlässigkeit des Gleitlagers stark beeinträchtigt wird, darüber hinaus kann einmal in die Wellenlagerung eingedrungenes Leckagewasser sich weder „sammeln”, noch kann es wieder aus der Wellenlagerung ablaufen. Daneben erfordert auch diese Lösung wiederum einen hohen Fertigungsaufwand.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass keine der vorgenannten Lösungen den Anforderungen einer kostengünstig herstellbaren, montage- und fertigungstechnisch einfachen Wasserpumpen für hohe Laufzeiten und extreme Einsatzfälle gerecht werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wasserpumpe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bereit zu stellen, welche den Anforderungen einer kostengünstig herstellbaren, montage- und fertigungstechnisch einfachen Wasserpumpen für hohe Laufzeiten und extreme Einsatzfälle gerecht wird, sowohl bei hohen, wie auch niedrigen Temperaturen über einen langen Betriebszeitraum die Abdichtung zuverlässig gewährleistet, die Wärmeentwicklung, wie auch die Reibleistung im Dichtbereich deutlich reduziert, den Platzbedarf (Einbauraum für Wellenlagerung mit Wellendichtung) im Wasserzuströmbereich (Saugraum) wesentlich reduziert, d. h. minimiert, und dabei gleichzeitig die Möglichkeit des Eindringens von Verunreinigungen in die Dichtung selbst unter extremen Einsatzbedingungen mit den daraus resultierenden Leckagen deutlich reduziert, gleichzeitig den Fertigungs- und Montageaufwand der gesamten Wasserpumpe deutlich minimiert, und zudem die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Wasserpumpe selbst nach sehr langen Laufzeiten auch unter extremen Einsatzbedingungen deutlich erhöht, zudem soll die Wasserpumpe eine deutliche Reduzierung der Bearbeitungs- und Materialkosten bei der Herstellung des Pumpengehäuses bewirken, einen verspannungsfreien Lagersitz gewährleisten, die Wärmeableitung des Lagersystems wesentlich verbessern, gleichzeitig mit minimalem Kostenaufwand den unterschiedlichen speziellen Kundenanforderungen im Bezug auf unterschiedlichste Einsatzfälle (Antrieb, Drehzahl, Fördermenge, Differenzdruck) und auch unterschiedliche Anschlussbedingungen am Gehäuseblock mit minimalem Herstellungs- und Montageaufwand gerecht werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Wasserpumpe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, nach den Merkmalen des unabhängigen Anspruches der Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung in Verbindung mit zwei Darstellungen zu unterschiedlichen Bauformen der erfindungsgemäßen Lösung.
Die Darstellungen zeigen dabei in der
1: eine der möglichen Bauformen der erfindungsgemäßen Wasserpumpe im Schnitt in der Seitenansicht, mit am Zylinderflansch 24 des Anschlusstellers 22 aufgeschrumpftem Leckagebehälter 25 aus Kunststoff, Gummi, o. ä..
2: eine weitere mögliche Bauform der erfindungsgemäßen Wasserpumpe in der Seitenansicht, im Schnitt, mit am Anschlussteller 22 angelötetem, als Tiefziehteil hergestellten Leckagebehälter 25.
Die in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wasserpumpen, insbesondere für Kraftfahrzeugen, weisen einen speziellen, erfindungsgemäßen Außenlaufring 1 auf, der erfindungsgemäß in einem speziellen, erfindungsgemäßen Lagergehäuse 21 angeordnet ist, wobei zentrisch im Außenlaufring 1 eine Welle 2 angeordnet ist, und zwischen dem Außenlaufring 1 und der Welle 2 Wälzkörper 3 drehbar gelagert sind, die zwischen einander zugeordneten Laufnuten 4, die im Außenlaufring 1 und in der Welle 2 angeordnet sind, umlaufen, wobei die Wälzkörper 3 unter Fettschmierung in Käfigen 5 beabstandet geführt werden, und beidseitig der Wälzkörper 3, wie bei fettgeschmierten Wälzlagern üblich, Wellendichtungen 6 angeordnet sind.
Erfindungsgemäß ist, dass neben der wasserseitig den Wälzkörpern 3 benachbarten Wellendichtung 6 im Außenlaufring 1 eine Spezialradialwellendichtung 7 angeordnet ist, welche zusammen mit dem Außenlaufring 1, der Welle 2, den in den Laufnuten 4 umlaufenden Wälzkörpern 3 und den Wellendichtungen 6 ein Kompaktlager 14 bilden.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Kompaktlagers 14 führt sowohl in der Herstellung wie auch in der Montage zu wesentlichen Kosteneinsparungen.
So kann die Dichtheitsprüfung am Kompletterzeugnis Wasserpumpe entfallen, da bei Einsatz des erfindungsgemäßen Kompaktlagers 14, d. h. der erfindungsgemäßen Wellenlagerung mit Wellendichtung 6, nun die „Wasserdichtheit” wesentlich kostengünstiger und zudem automatisierbar am Kompaktlager 14 geprüft werden kann.
Gleichzeitig werden mittels der erfindungsgemäßen Lösung auch eine Vielzahl von Montageproblemen, wie beispielsweise mögliche Beschädigungen der Dichtung, die beim separaten Einbau der Dichtungen ins Pumpengehäuse auftreten können, ausgeschlossen/beseitigt.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Einsatzes eines erfindungsgemäßen Kompaktlagers 14 gegenüber mehreren separaten Dichtungssitzen im Gehäuse besteht darin, dass die Mittellinie der Bohrung, der Aufnahmesitz der Radialdichtung und die Wellenmittenachse stets identisch sind, so dass durch die erfindungsgemäße Lösung ein Mittenversatz bzw. evtl. Schräglauf der einzelnen miteinander in Wirkverbindung tretenden Bauteile vermieden wird. Kennzeichnend für diese erfindungsgemäß innerhalb des Außenlaufringes 1 angeordnete Spezialradialwellendichtung 7 ist weiterhin, dass diese aus einer, der wasserseitigen Wellendichtung 6 beabstandet angeordneten, im Außenlaufring 1 fixierten, stabilen Rückwand 8, einer wasserseitig dieser Rückwand 8 benachbarten Sekundärlippendichtung 9, einem dieser Sekundärlippendichtung 9 benachbarten, im Außenlaufring 1 fest lagefixierten Stützkörper 10 und einer diesem Stützkörper 10 wasserseitig, d. h. druckseitig, benachbart angeordneten, sowohl gegenüber dem Stützkörper 10 wie auch gegenüber dem Außenlaufring 1 lagefixierten Primärlippendichtung 11 besteht. Die zwischen der Rückwand 8 und dem Stützkörper 10 gegenüber dem Außenlaufring 1 lagefixierte Sekundärlippendichtung 9 gewährleistet in Verbindung mit der ebenfalls am Stützkörper 10 gegenüber dem Außenlaufring 1 lagefixierten Sekundärlippendichtung 9 eine hohe axiale Dichtwirkung, wie auch gleichzeitig eine hohe radiale Dichtwirkung mit sehr exakter Lagepositionierung selbst unter sehr extremen Beanspruchungen.
Reibungstechnisch vorteilhaft ist, wenn die dem Stützkörper 10 benachbarten Freiräume im Endmontagezustand mit Fett gefüllt sind.
Erfindungswesentlich ist auch, dass im Außenlaufring 1, zwischen der wasserseitigen Wellendichtung 6 der Wälzlagerung und der von dieser beabstandet angeordneten Rückwand 8 der Spezialradialwellendichtung 7, d. h. im Leckageraum 12, Leckageöffnungen 13 angeordnet sind, so dass bei extremen Beanspruchungen eventuell doch in den Leckageraum 12 eintretendes Kühlmittel ungehindert austreten bzw. verdampfen kann.
Bei den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung sind erfindungsgemäß die einzelnen Bauteile der erfindungsgemäßen Spezialradialwellendichtung 7 zur Lagefixierung in einem Dichtungsgehäusetopf 17 angeordnet, welcher wasserseitig (d. h. pumpendruckseitig) mit Presspassung in den abzudichtenden Außenlaufring 1 bis vor die Leckageöffnungen 13 eingepresst und/oder eingeklebt wird und dabei den Leckageraum 12 (pumpen-)druckseitig abdichtet.
Der Dichtungsgehäusetopf 17 in dem mit Presspassung der Stützkörper 10 eingepresst ist, bildet mit seinem kreisringscheibenförmigen Bodenteil gleichzeitig die Rückwand 8.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass die Sekundärdichtlippen 18 der Sekundärlippendichtung 9, wie auch die Primärdichtlippen 19 der Primärlippendichtung 11 an einer Laufhülse 20 anliegen, welche mittels einer Presspassung und/oder einer Klebeverbindung wasserseitig/druckseitig auf der abzudichtende Welle 2 angeordnet ist.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn die Zwischenräume zwischen den Sekundärdichtlippen 18 und den Primärdichtlippen 19 im Auslieferungszustand mit einer Fettfüllung versehen sind, um dadurch die Dicht- und Laufeigenschaften der gesamten erfindungsgemäßen Wellenlagerung mit Wellendichtung zu verbessern und gleichzeitig den Verschleiß zu minimieren.
Kennzeichnend ist auch, dass die im Außenlaufring 1 fest fixierte, wasserseitig den Wälzkörpern 3 benachbarte Wellendichtung 6 ein Radialwellendichtring ist, der mit einer speziellen, mit Presspassung wasserseitig benachbart auf der Welle 2 angeordneten Schleuderkragenlaufhülse 15 in Wirkverbindung tritt, welche leckageraumseitig/wasserseitig einen Schleuderkragen 16 aufweist.
Dieser Schleuderkragen 16 bewirkt, dass eventuell doch in den Leckageraum 12 eingetretenes Kühlmittel über den Schleuderkragen 16 in Richtung der Leckageöffnungen 13 geschleudert wird, wobei die auf der Schleuderkragenlaufhülse 15 laufende, außen im Außenlaufring 1 fest fixierte Radialwellendichtung zuverlässig den Lagerbereich mit der Fettfüllung vom Leckageraum 12 abdichtet, so dass selbst unter sehr extremen Beanspruchungen kein Kühlmittel in den Lagerbereich eindringen kann.
Durch den konsequenten Verzicht des Einsatzes von Axialgleitringdichtungen, werden nicht nur deren fertigungs- und montageintensive Baugruppen eingespart, sondern gerade der Wegfall der Axialgleitringdichtung führt durch den Wegfall der damit verbundenen gleitringcharakteristischen axial aneinander gepressten Dichtflächen, neben einer Einsparung von Bauraum, zu einer sehr deutlichen Robustheitssteigerung, so dass es bei Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung nicht mehr zum Abheben der Gleitflächen bei Versatz, und bei Druckstößen nicht mehr zu Schwingungen und Schiefstellungen der Gleitflächen u. ä. kommen kann.
Selbst Axialtoleranzen, aber auch Axialschwingungen des Lagersystems, können durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung problemlos ausgeglichen werden, so dass die bei Axialgleitringdichtungen aus den Axialschwingungen des Lagersystems resultierenden Leckagen bei Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung nicht mehr auftreten.
Die hier vorgestellte Lösung ist daher selbst für sehr extreme Einsatzfälle hervorragend geeignet.
Zudem tritt gegenüber den Gleitringdichtungen, auf Grund der sehr schmalen Dichtkanten der Primär- und Sekundärdichtlippen, nur sehr geringer Verschleiß auf, wodurch eine deutliche Erhöhung der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer dieser Bauform gegenüber den Bauformen mit Axialgleitringdichtungen erzielt werden kann.
Sowohl im Einsatz wie auch bei der Montage, ermöglicht der Einsatz des erfindungsgemäßen Kompaktlagers 14 gegenüber der im Stand der Technik üblichen separaten Montage der Wellenlagerung und der Axialgleitringdichtungen in jeweils separaten Gehäusesitzen eine wesentlich einfachere und zudem verkantungsfreie Montage.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Kompaktlagers 14 besteht auch darin, das sowohl während des Transportes, der Lagerung, des Handlings, wie auch der Montage der erfindungsgemäßen „Wellenlagerung mit Wellendichtung”, des erfindungsgemäßen Kompaktlagers 14, keine Verschmutzungen und/oder Beschädigungen der Dichtungsbaugruppen mehr auftreten können.
Durch das erfindungsgemäße Vermeiden des Einsatzes von Axialgleitringdichtungen wird zudem auch die Reibleistung im Dichtbereich deutlich reduziert, dadurch zudem die antriebsseitigen Verlustleistungen der Wasserpumpe gesenkt und gleichzeitig die Wärmeentwicklung am Dichtspalt deutlich reduziert, so dass sowohl bei hohen wie auch niedrigen Temperaturen eine optimale, reibungsverlustarme Abdichtung bei deutlicher Erhöhung der Laufzeiten im Dauerbetrieb zuverlässig gewährleistet werden kann.
Erfindungswesentlich ist weiterhin, dass das Lagergehäuse 21 gemeinsam von einem als Tiefziehteil hergestellten Anschlussteller 22 mit Befestigungsbohrungen 23 und einem am Anschlussteller 22 oder am Zylinderflansch 24 angeordneten Leckagebehälter 25 gebildet wird.
Dadurch wird eine zuverlässige Ableitung selbst der geringfügigsten Leckagen gewährleistet, so dass auch nach extrem langen Laufzeiten unter extremsten Einsatzbedingungen kein Wasser oder Wasserdampf in den Lagerbereich der erfindungsgemäßen Anordnung eintreten kann.
Kennzeichnend ist in diesem Zusammenhang weiterhin, dass im Zylinderflansch 24 der Außenlaufring 1 des Kompaktlagers 14 so angeordnet ist, dass im Endmontagezustand die im Außenlaufring 1 des Kompaktlagers 14 angeordneten Leckageöffnungen 13 den am Anschlussteller 22 oder am Zylinderflansch 24 angeordneten Leckagebehälter 25 gegenüberliegen.
Die flüssigkeitsdichte Verbindung des Kompaktlagers 14 mit dem Zylinderflansch 24 erfolgt mittels Pressung und/oder Verklebung.
Dabei kann erfindungsgemäß zur hochzuverlässigen flüssigkeitsdichten Abdichtung der Pressverbindung im Presssitz zusätzlich zwischen dem Kompaktlager 14 und dem Zylinderflansch 24 noch eine Flüssigdichtung mittels Dichtstoff 30 angeordnet werden.
Neben den bereits erläuterten Vorteilen des Kompaktlagers führt der Einsatz des Kompaktlagers in der erfindungsgemäßen Wasserpumpe zu einer nochmaligen Optimierung des Einbauraumes mit einer weiteren deutlichen Reduzierung der Herstellungs- und Montagekosten der Wasserpumpe, da der technologische Aufwand bei der Herstellung und Bearbeitung der Gehäuse deutlich reduziert wird. Gleichzeitig wird die betriebliche Vorratshaltung wesentlich vereinfacht.
Erfindungswesentlich ist auch, dass auf dem wasserseitigen freien Ende der Welle 2 ein Flügelrad 26 und auf dem gegenüberliegenden freien Ende der Welle 2 eine Riemenscheibe 27 angeordnet ist, und dass zwischen dem Anschlussteller 22 des Lagergehäuses 21 und dem Gehäuseblock 28 eine Gehäusedichtung 29 angeordnet ist.
Diese erfindungsgemäße Lösung ermöglicht so eine einfache, kostengünstige, modulare Gestaltung der erfindungsgemäßen Wasserpumpe für die unterschiedlichsten Einsatzfälle.
Die erfindungsgemäße Wasserpumpe ermöglicht dabei zudem eine Fertigung in großen Stückzahlen bei Vollautomatisierung des Fertigungs- und Montageprozesses und damit einhergehender deutlicher Reduzierung der Herstellungs- und Montagekosten.
Während der Fertigung dieser erfindungsgemäßen Wasserpumpen ist es zudem möglich das erfindungsgemäße Kompaktlager 14, auch entsprechend unterschiedlicher Druckbereiche und Drehzahlen auszulegen und dem gemäß in unterschiedlichen Bauformen mit den entsprechend zugeordneten Wälzlagern vormontiert bereitzuhalten, so dass eine optimale Auslegung für den jeweiligen Einsatzfall bei minimierten Fertigungs- und Montageaufwand erfolgen kann.
Die erfindungsgemäße Bauform ermöglicht selbst bei Beibehaltung ausgewählter Lagersysteme eines standardisierten Grundmoduls durch den Einsatz unterschiedlicher Bauformen und/oder Abmessungen von Flügelrädern 26 auch eine einfache, kostengünstige, Anpassung der erfindungsgemäßen Wasserpumpe an spezielle Kundenanforderungen (im Bezug auf Drehzahl, Fördermenge oder Differenzdruck), wie aber gleichzeitig auch eine einfache Variation/Anpassung der Antriebselemente, durch den Ersatz der Riemenscheibe 27, beispielsweise durch eine Nabe, ein Zahnrad oder einen Direktantrieb.
Die in den 1 und 2 dargestellte, erfindungsgemäß variable Gestaltung des Lagergehäuses 21 ermöglicht in Verbindung mit den beschriebenen Variationsmöglichkeiten eine fertigungstechnisch optimale, kostengünstige Anpassung der erfindungsgemäßen Wasserpumpe an die jeweiligen Bedürfnisse des Kunden bei stets optimaler Lagerhaltungs-, Transport- und Handhabungstechnologie.
Im Fahrbetrieb bewirkt der bei allen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wasserpumpe stets ”freiliegende Lagerhals” des Kompaktlagers 14 dann zudem eine zuverlässige gute Wärmeableitung und erhöht damit auch nochmals die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Wasserpumpen.
Auf Grund des erfindungsgemäßen Verzichts, d. h. dem Wegfall des Einpressens des Lagersystems in ein ”kompaktes Pumpengehäuse”, beispielsweise aus Spritzguss, kann gleichzeitig ein ”verspannungsfreier Lauf” des Kompaktlagers 14, mit all den daraus resultierenden Vorteilen, insbesondere für die Lebensdauer, gewährleistet werden.
Die zwischen dem Anschlussteller 22 des Lagergehäuses 21 und dem Gehäuseblock 28 vorzugsweise verliersicher am Tiefziehteil, dem Anschlussteller 22 angeordnete, separate, axiale Gehäusedichtung 29 gewährleistet eine zuverlässige Abdichtung des Lagergehäuses 21 der erfindungsgemäßen Wasserpumpe gegenüber dem Gehäuseblock 28.
Durch die erfindungsgemäße mehrteilige Ausführung des erfindungsgemäßen Lagergehäuses 21 in Verbindung mit der Gestaltung des Anschlusstellers 22 als Tiefziehteil werden die Herstellungs-, Bearbeitungs- und Materialkosten des Lagergehäuses 21 deutlich reduziert.
Auf spezielle Ausführungsformen der Anschlussteller 22 und/oder der Leckagebehälter 25 wird in Verbindung mit den speziellen Erläuterungen zu den 1 und 2 im weiteren eingegangen.
Allen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wasserpumpe ist dabei stets gemeinsam, dass durch den Einsatz von unterschiedlichen Blechqualitäten für den Anschlussteller 22 die Wasserpumpen nicht nur für Kühlmittel, sondern auch, ohne große Rüstprobleme, für andere Medien verwendet werden können.
Die 1 zeigt eine der möglichen Bauformen der erfindungsgemäßen Wasserpumpe im Schnitt in der Seitenansicht.
Auf dem wasserseitigen freien Ende der Welle 2 ist das Flügelrad 26, und auf dem dem Flügelrad 26 gegenüber liegenden freien Ende der Welle 4 ist als Antriebselement eine Riemenscheibe 27 angeordnet.
Das Lagergehäuse 21 selbst besteht in der Bauform nach der 1 aus einem relativ ebenen Anschlussteller 22 mit einem mittig angeordneten Zylinderflansch 24, und einem am Anschlussteller 21 angeordneten Leckagebehälter 25.
Dabei ist der Anschlussteller 22 des Lagergehäuses 21 am Gehäuseblock 28 derart angeordnet, dass das Flügelrad 26 in den Gehäuseblock 28 mit einem Spiralkanal 31 und einem Zulauf 32 derart hineinragt, dass es zusammen mit diesen Baugruppen die Wasserpumpe ausbildet.
Der mit Befestigungsbohrungen 23 versehene Anschlussteller 22 ist mittels in den Befestigungsbohrungen 23 angeordneten Befestigungsschrauben 33 am Gehäuseblock 28 verschraubt, und wird mittels einer zwischen dem Anschlussteller 22 und dem Gehäuseblock 28 angeordneten Gehäusedichtung 29 gegenüber dem Gehäuseblock 28 zuverlässig abgedichtet.
In dieser, in der 1 dargestellten, Bauform ist der Leckagebehälter 25 aus einem variabel einsetzbaren Material wie Metall, Kunststoff, Gummi, o. ä. hergestellt und am Außenmantel des Zylinderflansches 24 des Anschlusstellers 22 befestigt, beispielsweise ”aufgeschrumpft”, aufgepresst und/oder aufgeklebt. Bei dieser Bauform der Leckagebehälter 25 handelt es sich um eine sehr speziell adaptierbare, kostengünstige Bauform der Leckagebehälter 25.
Der auf den Außenmantel des Zylinderflansches 24 angeordnete erfindungsgemäße Leckagebehälter 25 ist dabei so gestaltet, dass nach der Endmontage zwischen dem verbleibenden freien Rand des Leckagebehälters 25 und dem Außenmantel des Außenlaufringes 1 ein ringförmiger Leckageaustritt 34 verbleibt.
Die Anordnung des Leckagebehälters 25 am Außenmantel des Zylinderflansches 24 vom Anschlussteller 22 bewirkt gleichzeitig eine Vergrößerung der wärmeabgebenden Lageroberfläche und damit eine zuverlässige Wärmeabfuhr der ”Lagerwärme”, wie aber auch gleichzeitig eine zuverlässige Erwärmung des Leckagebehälters 25.
Diese stets gewährleistete Erwärmung des Leckagebehälters 25 hat wiederum zur Folge, das die vom Leckagebehälter 25 aufgefangenen Leckagen zuverlässig verdampfen.
In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung des ringförmigen Leckageaustrittes im unmittelbaren ”Luftzirkulationsbereich” des Antriebselementes, hier der Riemenscheibe 27, wird ein sicherer, zuverlässiger und problemloser Austrag eventuell austretender Leckagen, in Form von Wasserdampf bzw. Wasser, gewährleistet.
In der 2 ist nun eine weitere mögliche Bauform der erfindungsgemäßen Wasserpumpe in der Seitenansicht, im Schnitt dargestellt.
Auch in dieser Bauform ist auf dem wasserseitigen, freien Ende der Welle 2 das Flügelrad 26 und auf dem dem Flügelrad 26 gegenüber liegenden freien Ende der Welle 2 als Antriebselement eine Riemenscheibe 27 angeordnet.
In dieser Ausführungsform, nach 2, besteht das Lagergehäuse 21 aus einem ”topfförmigen” Anschlussteller 22, jedoch wiederum mit einem mittig angeordneten Zylinderflansch 24, und einem ebenfalls, nur am Anschlussteller 22 angeordneten Leckagebehälter 25.
Doch auch in dieser bauraumoptimierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wasserpumpe ist der topfförmige Anschlussteller 22 des Lagergehäuses 21 im Gehäuseblock 28 ”versenkt” derart angeordnet, dass das Flügelrad 26 in den Gehäuseblock 28 mit einem Spiralkanal 31 und einem Zulauf 32 hineinragt und zusammen mit diesen Baugruppen die Wasserpumpe ausbildet.
Auch der bauraumoptimierte Anschlussteller 22 ist mit Befestigungsbohrungen 23 versehen und mittels in den Befestigungsbohrungen 23 angeordneten Befestigungsschrauben 33 am Gehäuseblock 28 verschraubt.
Dabei wird wiederum eine zwischen dem Anschlussteller 22 und dem Gehäuseblock 28 angeordneten Gehäusedichtung 29 gegenüber dem Gehäuseblock 28 derart verspannt, dass diese die einander benachbarten Bauteile zuverlässig gegen austretende Kühlflüssigkeit abgedichtet.
In dieser, in der 2 dargestellten, Bauform ist nun der Leckagebehälter 25 als Tiefziehteil ausgebildet, und stirnseitig im ”Topf” am Anschlussteller 22 befestigt, beispielsweise angelötet oder angeklebt.
Zwischen dem verbleibenden freien Rand des Leckagebehälters 25 und dem Außenmantel des Außenlaufringes 1 ist wiederum ein ringförmiger Leckageaustritt 34 angeordnet.
Der Anschlussteller 22 dient dabei zugleich einer zuverlässigen Wärmeabfuhr der auftretenden ”Lagerwärme”, wobei die Anordnung des Leckagebehälters 25 am Anschlussteller 22 zugleich auch eine zuverlässige Erwärmung des Leckagebehälters 25 bewirkt.
Diese Erwärmung des Leckagebehälters 25 hat zur Folge, das die in den Leckagebehälter 25 eintretenden Leckagen zuverlässig verdampfen. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung des ringförmigen Leckageaustrittes im unmittelbaren ”Luftzirkulationsbereich” der Riemenscheibe 27 wird gleichzeitig ein sicherer, zuverlässiger und problemloser Austrag eventuell aus dem Kompaktlager 14 austretender Leckagen, in Form von Wasserdampf, gewährleistet.
Selbstverständlich können in der, in der 2 dargestellten, topfförmigen Ausführungsform des Anschlusstellers 22 auch Leckagebehälter 25 entsprechend der in 1 beschriebenen Ausführungsform eingesetzt werden, wie auch umgekehrt (d. h. Leckagebehälter 25 nach 2 können auch am ”ebenflächigen” Anschlussteller 22 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 eingesetzt werden).
Die Gestaltung der Form, wie auch die Montage der jeweiligen Anschlussteller 22 und/oder Leckagebehälter 25 erfolgt dabei stets entsprechend den jeweiligen Bauraumbedingungen der Kunden im Einsatzbereich der Wasserpumpe.
Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es gelungen eine Wasserpumpe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bereit zu stellen, welche den Anforderungen einer kostengünstig herstellbaren, montage- und fertigungstechnisch einfachen Wasserpumpen für hohe Laufzeiten und extreme Einsatzfälle gerecht wird, sowohl bei hohen wie auch niedrigen Temperaturen über einen langen Betriebszeitraum die Abdichtung zuverlässig gewährleistet, die Wärmeentwicklung, wie auch die Reibleistung im Dichtbereich deutlich reduziert, den Platzbedarf (Einbauraum für Wellenlagerung mit Wellendichtung) im Wasserzuströmbereich (Saugraum) wesentlich reduziert, d. h. minimiert, und dabei gleichzeitig die Möglichkeit des Eindringens von Verunreinigungen in die Dichtung selbst unter extremen Einsatzbedingungen mit den daraus resultierenden Leckagen deutlich reduziert, gleichzeitig den Fertigungs- und Montageaufwand der gesamten Wasserpumpe deutlich minimiert, und zudem die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Wasserpumpe selbst nach sehr langen Laufzeiten auch unter extremen Einsatzbedingungen deutlich erhöht, zudem soll die Wasserpumpe eine deutliche Reduzierung der Bearbeitungs- und Materialkosten bei der Herstellung des Pumpengehäuses bewirken, einen verspannungsfreien Lagersitz gewährleisten, die Wärmeableitung des Lagersystems wesentlich verbessern, gleichzeitig mit minimalem Kostenaufwand den unterschiedlichen speziellen Kundenanforderungen im Bezug auf unterschiedlichste Einsatzfälle (Antrieb, Drehzahl, Fördermenge, Differenzdruck) und auch unterschiedliche Anschlussbedingungen am Gehäuseblock mit minimalem Herstellungs- und Montageaufwand gerecht werden.
Bezugszeichenliste

1: Außenlaufring
2: Welle
3: Wälzkörper
4: Laufnut
5: Käfig
6: Wellendichtung
7: Spezialradialwellendichtung
8: Rückwand
9: Sekundärlippendichtung
10: Stützkörper
11: Primärlippendichtung
12: Leckageraum
13: Leckageöffnung
14: Kompaktlager
15: Schleuderkragenlaufhülse
16: Schleuderkragen
17: Dichtungsgehäusetopf
18: Sekundärdichtlippe
19: Primärdichtlippe
20: Laufhülse
21: Lagergehäuse
22: Anschlussteller
23: Befestigungsbohrung
24: Zylinderflansch
25: Leckagebehälter
26: Flügelrad
27: Riemenscheibe
28: Gehäuseblock
29: Gehäusedichtung
30: Dichtstoff
31: Spiralkanal
32: Zulauf
33: Befestigungsschraube
34: Leckageaustritt

Claims

Wasserpumpe mit einem in einem Lagergehäuse (21) angeordneten Außenlaufring (1) und einer zentrisch in diesem angeordneten Welle (2), mit einem auf dem wasserseitigen freien Ende der Welle (2) angeordneten Flügelrad (26), und einem auf dem dem Flügelrad (26) gegenüber liegenden freien Ende der Welle (2) angeordneten Antriebselement, wobei das Lagergehäuse (21) selbst an einem Gehäuseblock (28) mittels Befestigungselementen derart angeordnet ist, dass das Flügelrad (26) in den Gehäuseblock (28) mit einem Spiralkanal (31) und einem Zulauf (32) derart hineinragt, dass es zusammen mit diesen Baugruppen die Wasserpumpe ausbildet, wobei zwischen dem Außenlaufring (1) und der Welle (2) Wälzkörper (3) angeordnet sind, die zwischen einander zugeordneten Laufnuten (4), welche im Außenlaufring (1) und in der Welle (2) angeordnet sind, umlaufen, die Wälzkörper (3) werden in Käfigen (5) beabstandet unter Fettschmierung geführt, beidseitig der Wälzkörper (3) sind Wellendichtungen (6) angeordnet, wobei neben der wasserseitig den Wälzkörpern (3) benachbarten Wellendichtung (6) weitere Wellendichtungsanordnungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, – dass das Lagergehäuse (21) von einem mit Befestigungsbohrungen (23) versehenen Anschlussteller (22) mit Zylinderflansch (24), und einem am Anschlussteller (22) angeordneten Leckagebehälter (25) gebildet wird, und – dass im Außenlaufring (1) neben der wasserseitig den Wälzkörpern (3) benachbarten Wellendichtung (6) eine Spezialradialwellendichtung (7) angeordnet ist, welche zusammen mit dem Außenlaufring (1), der Welle (2), den in den Laufnuten (4) umlaufenden Wälzkörpern (3) und den Wellendichtungen (6) ein Kompaktlager (14) bilden, und – dass im Außenlaufring (1), zwischen der wasserseitig den Wälzkörpern (3) benachbarten Wellendichtung (6) der Wälzlagerung, und der von dieser beabstandet angeordneten Rückwand (8) der Spezialradialwellendichtung (7), d. h. in einem Leckageraum (12), Leckageöffnungen (13) angeordnet sind, und – dass im Endmontagezustand der Außenlaufring (1) des Kompaktlagers (14) im Zylinderflansch (24) so angeordnet ist, dass die im Außenlaufring (1) des Kompaktlagers (14) angeordneten Leckageöffnungen (13) den am Anschlussteller (22) oder am Zylinderflansch (24) angeordneten Leckagebehälter (25) gegenüberliegen.
Wasserpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anschlussteller (22) des Lagergehäuses (21) und dem Gehäuseblock (28) eine Gehäusedichtung (29) angeordnet ist.
Wasserpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem dem Flügelrad (26) gegenüberliegenden freien Ende der Welle (2) als Antriebselement eine Riemenscheibe (27) angeordnet ist.
Wasserpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spezialradialwellendichtung (7) aus einer, der wasserseitigen Wellendichtung (6) beabstandet angeordneten, im Außenlaufring (1) fixierten, stabilen Rückwand (8), einer wasserseitig dieser Rückwand (8) benachbarten Sekundärlippendichtung (9), einem dieser Sekundärlippendichtung (9) benachbarten, im Außenlaufring (1) fest lagefixierten Stützkörper (10) und einer diesem Stützkörper (10) wasserseitig, d. h. druckseitig, benachbart angeordneten, sowohl gegenüber dem Stützkörper (10) wie auch gegenüber dem Außenlaufring (1) lagefixierten Primärlippendichtung (11) besteht.
Wasserpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Außenlaufring (1) fest fixierte, wasserseitig den Wälzkörpern (3) benachbarte Wellendichtung (6) ein Radialwellendichtring ist, der mit einer speziellen, mit Presspassung wasserseitig benachbart auf der Welle (2) angeordneten Schleuderkragenlaufhülse (15) in Wirkverbindung tritt, welche leckageraumseitig/wasserseitig einen Schleuderkragen (16) aufweist.
Wasserpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärdichtlippen (18) der Sekundärlippendichtung (9) wie auch die Primärdichtlippen (19) der Primärlippendichtung (11) an einer Laufhülse (20) anliegen, welche mittels einer Presspassung und/oder einer Klebeverbindung wasserseitig/druckseitig auf der abzudichtende Welle (2) angeordnet ist.
Wasserpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckagebehälter (25) als Tiefziehteil ausgebildet und am Anschlussteller (22) so befestigt ist, dass sich zwischen dem verbleibenden freien Rand des Leckagebehälters (25) und dem Außenmantel des Außenlaufringes (1) ein ringförmiger Leckageaustritt (34) ausbildet.
Wasserpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckagebehälter (25) als Metall-, Kunststoff- oder Gummiteil ausgebildet ist, und dass dieser am Außenmantel des Zylinderflansches (24) des Anschlusstellers (22) befestigt wird, und sich zwischen dem verbleibenden freien Rand des Leckagebehälters (25) und dem Außenmantel des Außenlaufringes (1) ein ringförmiger Leckageaustritt (34) ausbildet.
Wasserpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagefixierung der Einzelteile der Spezialradialwellendichtung (7) diese in einem Dichtungsgehäusetopf (17) angeordnet sind, welcher wasserseitig in den abzudichtenden Außenlaufring (1) bis vor die Leckageöffnungen (13) eingepresst wird.