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Die Erfindung betrifft eine Pumpeinrichtung, insbesondere eine Wasserpumpe, mit einem Pumpengehäuse, einem in dem Pumpengehäuse gebildeten Arbeitsraum zur Aufnahme eines zu fördernden Fluids, einem Dichtungselement zur Abdichtung des Arbeitsraums gegenüber einem hinter dem Dichtungselement liegenden Trockenbereich und einem Leckageraum zur Aufnahme von Fluid, das in den Trockenbereich eingedrungen ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Pumpeinrichtungen, insbesondere Wasserpumpen in Kraftfahrzeugen wie etwa Automobilen, müssen hohen Temperaturschwankungen und hohen mechanischen Belastungen über einen langen Zeitraum wartungsfrei und möglichst leckagefrei standhalten. Herkömmliche Pumpeinrichtungen weisen ein Pumpengehäuse auf, das einen Arbeitsraum für das zu fördernde Fluid ausbildet, durch den das Fluid bspw. mittels eines sich drehenden Laufrads gefördert wird. Das Laufrad wird über eine an einer Lagerstelle des Gehäuses gelagerte Pumpenwelle angetrieben. Dabei ist eine zuverlässige Abdichtung des fluidführenden Arbeitsraums gegenüber einem Lagerungs- oder Antriebsbereich der Welle (im Folgenden „Trockenbereich“) besonders wichtig, um zu verhindern, dass das Fluid zu einem Wellenlager oder zu einem Pumpenantrieb vordringt und diese beschädigt, bzw. um zu verhindern, dass das Fluid aus dem Arbeitsraum in die Umgebung austreten kann. Aus diesem Grund weisen herkömmliche Pumpen ein Dichtungselement wie etwa eine zwischen der Pumpenwelle und einer Durchführung des Gehäuses angeordnete, ringförmige Gleitringdichtung oder Radialwellendichtung auf.
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Da die Wellendichtung von Pumpeinrichtungen jedoch immer mit einer Leckage einhergeht, welche insbesondere aus kosmetischen Gründen nicht von außen sichtbar sein soll, weisen herkömmliche Pumpeinrichtungen einen Leckageraum auf, in den das durch das Dichtungselement in den Trockenbereich eingetretene Fluid einlaufen kann, so dass es nicht aus dem Pumpengehäuse in die Umgebung austritt. Bei bekannten Pumpeinrichtungen ist dieser Leckageraum als kreisrunde Vertiefung in dem als Gussteil gebildeten Pumpengehäuse ausgebildet, die nach dem Gießen des Gehäuses mit einem kreisrunden Deckel verschlossen werden kann.
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Eine herkömmliche Wasserpumpe mit einem solchen Leckageraum 140 ist in den 2a und 2b gezeigt. 2a zeigt den als Vertiefung im Pumpengehäuse 120 ausgebildeten Leckageraum 140, der über eine Leckagebohrung 126 in Fluidverbindung mit dem Trockenbereich 131 steht. Das trotz des Dichtungselements (nicht gezeigt) in den Trockenbereich 131 gelangte Fluid tropft in Schwererichtung durch die Leckagebohrung 126 in den Leckageraum 140. Die Seitenwände des Leckageraums 140 erstrecken sich dabei in Auf-/Zu-Richtung des Formwerkzeugs, damit ein Einformen der Vertiefung in das Gehäuse 120 möglich ist.
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2b zeigt den mit einem Deckel 150 verschlossenen Leckageraum 140. Da der Deckel 150 den Leckageraum fluiddicht abdichten muss, wird dieser regelmäßig verklebt und verstemmt.
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Ähnliche Pumpeinrichtungen mit in das Pumpengehäuse eingeformten und mit einem Deckel verschlossenen Leckageräumen sind bspw. in den Druckschriften
EP 1 101 948 B1 und
DE 10 2010 050 667 A1 gezeigt.
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Problematisch an den beschriebenen Leckageräumen ist deren begrenztes Volumen und der zum dichten Verschließen mittels des Deckels erforderliche Aufwand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach herstellbare Pumpeinrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die hinsichtlich des Leckageraumvolumens eine erhöhte Flexibilität bietet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Pumpeinrichtung der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Bei der erfindungsgemäßen Pumpeinrichtung ist der Leckageraum in Form eines separat von dem Pumpengehäuse gebildeten Hohlkörpers gebildet. Mit anderen Worten wird die Wand des Leckageraums anders als bei herkömmlichen Pumpeinrichtungen nicht durch das Pumpengehäuse selbst, sondern ausschließlich durch den als gesondertes Bauteil ausgebildeten Hohlkörper gebildet, der an dem Pumpengehäuse angeordnet oder im Inneren des Pumpengehäuses aufgenommen sein kann. Unter einem Hohlkörper wird ein ein Innenvolumen zur Aufnahme des Fluids ausbildendes Element wie etwa ein Behälter, ein Tank, eine Blase o.dgl. verstanden.
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Die Erfindung geht auf die Erkenntnis zurück, dass ein Leckageraum in Form einer bereits bei der Herstellung des Pumpengehäuses in das Gehäuse eingebrachten Vertiefung keine nachträgliche Änderung des Leckageraumvolumens mehr zulässt, so dass eine nachträgliche Volumenvergrößerung o. dgl. problematisch ist. Ferner sind nur bestimmte Geometrien, die ferner notwendigerweise eine vorgegebene räumliche Ausrichtung haben, in einem Formungsvorgang in das Gehäuse einformbar, so dass bei herkömmlichen Leckageräumen nur wenig Flexibilität hinsichtlich der Gestalt des Leckageraums besteht. Wenn allerdings der Leckageraum als gesondertes Einzelteil, nämlich als Hohlkörper, gebildet ist, kann dieser auch nachträglich in beliebiger Gestalt und mit nahezu beliebigem Volumen an dem Gehäuse angebracht werden, ohne dass eine Einschränkung hinsichtlich des Wandmaterials und/oder der Wandausrichtung des Leckageraums besteht. Ferner kann der Leckageraum unabhängig von der Gehäuseherstellung als ringsum geschlossener Hohlraum bereitgestellt und anschließend an dem Gehäuse angebracht werden, ohne dass weitere Arbeitsschritte wie etwa das Verkleben und/oder Verpressen eines Deckels erforderlich sind.
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Gemäß einem wichtigen Gesichtspunkt der Erfindung weist der Hohlkörper eine ringsum geschlossene Hohlkörperwand mit zumindest einer Zulauföffnung zum Zuführen des Fluids und bevorzugt zumindest einer Verdunstungsöffnung auf. Unter „ringsum geschlossen“ wird ein in allen Richtungen (oben, unten, vorne, hinten, rechts, links) von einer Bewandung begrenztes Volumen verstanden, das aber durchaus über Löcher oder Öffnungen in einer oder mehreren Seitenwänden oder in der Deckenwand mit der Umgebung verbunden sein kann. Mittels eines Formwerkzeugstempels ist kein ringsum geschlossenes Volumen herstellbar.
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Über die vorzugsweise in eine Deckenwand des Hohlkörpers eingebrachte Zulauföffnung kann das Fluid in Schwererichtung aus dem Trockenbereich in den Hohlkörper einfließen. Um ein Verdunsten des Leckagefluids aus dem Leckageraum zu ermöglichen, sind vorzugsweise eine oder mehrere Verdunstungsöffnungen bzw. Belüftungsöffnungen in eine Seitenwand oder in die Deckenwand des Hohlkörpers eingebracht. Vorzugsweise befindet sich die Verdunstungsöffnung an einer in Schwererichtung oberen, insbesondere an der höchsten Stelle des Hohlkörpers, so dass bei regulären Betriebsbedingungen kein flüssiges Fluid aus der Verdunstungsöffnung austreten kann.
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Im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Herstellung des Hohlkörpers hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, dass dieser als Blasformteil gebildet ist. Eine solche Leckageblase kann in einem Blasformverfahren in praktisch beliebiger Form und Geometrie hergestellt werden. Die Zulauföffnung bzw. die Verdunstungsöffnungen können nach dem Blasformen in die Hohlkörperwand eingebracht werden.
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Im Hinblick auf eine einfache Verarbeitbarkeit sowie im Hinblick auf eine zufriedenstellende Dichtigkeit über einen langen Zeitraum hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Hohlkörper zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, aus Kunststoff gebildet ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Hohlkörper zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, aus einem Metall gebildet sein.
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Alternativ oder zusätzlich besteht der Hohlkörper aus zwei miteinander verbundenen Hohlteilhälften wie etwa Kunststoff-Schalenteilen oder Metall-Schaltenteilen. Die beiden Hälften können nach ihrer Herstellung zur Bildung des Hohlkörpers bspw. durch Verschweißen dichtend aneinander befestigt werden und anschließend im Inneren des Gehäuses in der Umgebung des Trockenbereichs angeordnet werden.
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Wie bereits angedeutet, kann der Hohlkörper in annähernd beliebiger Geometrie und Größe hergestellt werden. Vorteilhafterweise sind der Verlauf und/oder die Abmessung der Hohlkörperwand zumindest abschnittsweise an den Verlauf und/oder die Abmessung eines Wandabschnitts des Pumpengehäuses angepasst. Bspw. entspricht die Außenabmessung des Hohlkörpers in einer oder mehreren Richtungen der Innenabmessung eines Gehäuseinnenraums, in dem der Hohlkörper passgenau aufnehmbar ist. Alternativ oder zusätzlich entspricht die Krümmung der Hohlkörperwand zumindest abschnittsweise der Krümmung der Gehäusewand, so dass der zur Verfügung stehende Gehäuseinnenraum optimal als Leckageraum ausgenutzt werden kann. Insbesondere ist der Hohlkörper nicht auf eine kreisrunde Geometrie eingeschränkt, sondern kann je nach Bedarf und je nach erforderlichem Leckageraumvolumen eine komplexe Geometrie wie etwa eine nichtrunde Geometrie aufweisen. Bspw. kann der Hohlkörper eine etwa ebene Deckenwand und/oder eine an den Verlauf des Gehäusebodens angepasste Bodenwand aufweisen. Auch andere Geometrien sind möglich.
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Um die Fixierung des Hohlkörpers an oder in dem Gehäuse zu ermöglichen, kann der Hohlkörper zumindest einen Befestigungsabschnitt bspw. in Form einer oder mehrerer Haltelaschen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Hohlkörper mittels Schrauben oder anderer Befestigungsmittel an dem Gehäuse befestigt sein. Ferner kann der Hohlkörper im Gehäuseinneren verklemmt und verclipst sein.
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Im Hinblick auf eine zufriedenstellende Aufnahmefähigkeit von Leckagefluid hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass der Hohlkörper zur Aufnahme von mehr als 4 ml Fluid eingerichtet ist. Der Hohlkörper kann je nach Bedarf auch ein größeres Volumen aufweisen und bspw. zur Aufnahme von mehr als 6 ml, insbesondere 10 ml oder mehr des Fluids eingerichtet sein. Andererseits ist der Hohlkörper vorzugsweise zur Aufnahme von weniger als 50 ml, insbesondere weniger als 20 ml des Fluids eingerichtet, damit eine Beschädigung des Dichtungselements rechtzeitig durch ein Überlaufen des Leckageraums von außen sichtbar wird.
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In dem Pumpengehäuse ist vorzugsweise ein Wellenlager zum Lagern einer Pumpenwelle angeordnet, wobei das Dichtungselement zum Abdichten des Arbeitsraums gegenüber dem das Wellenlager und/oder einen Wellenantrieb aufweisenden Trockenbereich eingerichtet ist.
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Im Hinblick auf ein zuverlässiges Eintropfen des Leckagefluids in den Hohlkörper hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Gehäuse einen vorzugsweise als Leckagebohrung ausgebildeten Leckagekanal aufweist, der den Trockenbereich hinter dem Dichtelement mit einer Zulauföffnung des Hohlkörpers verbindet. Der Leckagekanal kann unmittelbar hinter dem Dichtungselement vorgesehen sein, so dass möglichst das gesamte durch das Dichtungselement hindurchtretende Fluid in den Leckagekanal eintritt. Bspw. kann der Leckagekanal am Grund einer kreisrunden Durchführung zur Lagerung der Pumpenwelle angeordnet sein. Unterhalb des Leckagekanalausgangs in Schwererichtung ist vorzugsweise die Zulauföffnung des Hohlkörpers angeordnet, so dass das Leckwasser von dem Trockenbereich sicher in den Hohlkörper eintropfen bzw. einlaufen kann.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Pumpeinrichtung, bei der das Pumpengehäuse bevorzugt als Gussteil hergestellt wird und anschließend der als einstückiger Hohlkörper gebildete Leckageraum im Inneren des Pumpengehäuses fixiert wird. Hierdurch entfällt das zeit- und arbeitsaufwändige Verkleben und Verpressen eines Deckels auf eine im Pumpengehäuse gebildete Vertiefung.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
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1 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Pumpeinrichtung mit Pumpengehäuse und Hohlkörper,
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2a eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Gehäuses einer herkömmlichen Pumpeinrichtung, und
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2b eine perspektivischen Ansicht des in 2a gezeigten Gehäuses mit Deckel.
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In 1 ist ein Ausschnitt eines Teils eines Gehäuses 20 einer erfindungsgemäßen Wasserpumpe 10 dargestellt. Die Wasserpumpe 10 kann eine bspw. als Kreiselpumpe ausgeführte Kühlwasserpumpe zum Kühlen einer Brennkraftmaschine sein.
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Mittels einer an einer Lagerstelle gelagerten Pumpenwelle 25 wird ein in einem Arbeitsraum 30 des Gehäuses 20 angeordnetes Laufrad mit Schaufeln (nicht gezeigt) angetrieben und dadurch das Fluid durch den Arbeitsraum 30 geführt. Der genaue Aufbau von Pumpenantrieb und Arbeitsraum 30 ist allerdings nicht erfindungswesentlich, und die Erfindung ist bei beliebigen Pumpeinrichtungen wie etwa Nassläuferpumpen, Trockenläuferpumpen, Retardern o. dgl. einsetzbar.
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Bei der in 1 gezeigten Wasserpumpe 10 ist ein Dichtungselement 32 in einem Durchgang des Gehäuses 20 zur Lagerung der Pumpenwelle 25 vorgesehen, durch das ein Eindringen des Fluids in den Trockenbereich 31 hinter dem Dichtungselement, in dem das Wellenlager und der Wellenantrieb angeordnet sind, verhindert wird. Trotz des Dichtungselements 31 kann nicht ausgeschlossen werden, dass eine kleine Menge an Fluid durch das Dichtungselement in den Trockenbereich 31 eintritt. Aus diesem Grund ist unmittelbar hinter dem Dichtungselement ein Leckagekanal 26 in Form einer Leckagebohrung in dem Durchgang des Gehäuses 20 vorgesehen, in den das Fluid in Schwererichtung einlaufen kann.
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Unterhalb des Leckagekanals 26 ist ein durch einen Hohlkörper 42 gebildeter Leckageraum 40 angeordnet. Das in den Leckagekanal 26 eingetretene Fluid kann in Schwererichtung durch eine Zulauföffnung 46 in der Wand 44 des Hohlkörpers 42 in den Hohlkörper 42 eintropfen.
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In einer Seitenwand 44 des Hohlkörpers 42 ist in einem in Schwererichtung oberen Bereich des Hohlkörpers 42 eine Verdunstungsöffnung 48 vorgesehen, durch die das Fluid verdunsten kann, so dass bei Regelbetrieb ein Überlaufen des Fluids verhindert wird. Bei einer Fehlfunktion des Dichtelements 32 tritt eine größere Menge an Fluid über den Trockenbereich 31 in den Hohlkörper 42 ein, wobei in diesem Fall die Fehlfunktion aufgrund des aus der Verdunstungsöffnung 48 auslaufenden Fluids von außen erkennbar ist.
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Der Hohlkörper 42 ist als separates Element aus Kunststoff im Inneren des Gehäuses 20 aufgenommen. Vorzugsweise ist der Hohlkörper ein tankartiges bzw. blasenartiges Blasformteil. Alternativ kann der Hohlkörper aus zwei miteinander vorzugsweise stoffschlüssig verbundenen Kunststoffschalen gebildet sein, die bevorzugt miteinander verschweißt sind.
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Ferner sind Befestigungsabschnitte 41 in Form von Haltelaschen an den Hohlkörper 42 angeformt, die ein sicheres Verclipsen und/oder Verklemmen der Blase in dem Pumpengehäuse 20 ermöglichen.
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Der Hohlkörper 42 ist in Gestalt und Abmessung an den im Gehäuseinneren zur Verfügung stehenden Raum angepasst. So verläuft bspw. die Bodenwand des Hohlkörpers 42 entsprechend der Bodenwand 22 des Gehäuses 20, auf der der Hohlkörper aufliegt, und/oder die Seitenwände des Hohlkörpers 42 verlaufen entsprechend den Innenwänden oder Seitenwänden des Gehäuses 20, an denen sie anliegen. Damit kann der Hohlkörper passgenau im Gehäuseinneren aufgenommen bzw. darin verklemmt werden, ohne auf eine kreisrunde Geometrie eingeschränkt zu sein.
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Da der Hohlkörper 42 sein Innenvolumen ringsum umschließt, kann er als bereits fertig hergestelltes Element schnell und problemlos in das Gehäuse 20 eingesetzt werden, ohne dass das Verkleben und Verklemmen eines Deckels 150 erforderlich sind. Der Leckageraum wird ausschließlich durch die Hohlkörperwände und nicht durch eine Gehäusewand 22 gebildet, wobei die Hohlkörperwände vorzugsweise aus einem besonders beständigen und durch das Fluid nicht angreifbaren Material wie etwa Kunststoff bestehen. Die Haltbarkeit des Leckageraums wird hierdurch verbessert.
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Der Hohlkörper kann je nach Bedarf auch eine andere Gestalt aufweisen. Zweckmäßigerweise sollte er in jedem Fall zur Aufnahme von mehr als 4 ml und weniger als 20 ml des Fluids eingerichtet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Pumpeinrichtung
- 20
- Pumpengehäuse
- 22
- Wandabschnitt des Gehäuses
- 25
- Pumpenwelle
- 26
- Leckagebohrung
- 30
- Arbeitsraum
- 31
- Trockenbereich
- 32
- Dichtungselement
- 40
- Leckageraum
- 41
- Befestigungsabschnitt
- 42
- Hohlkörper
- 44
- Hohlkörperwand
- 46
- Zulauföffnung
- 48
- Verdunstungsöffnung
- 120
- Pumpengehäuse
- 126
- Leckagebohrung
- 131
- Trockenbereich
- 140
- Leckageraum
- 150
- Deckel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1101948 B1 [0006]
- DE 102010050667 A1 [0006]
