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Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe für ein Kraftfahrzeug, mit einer Kühlmittelpumpenwelle und einem Kühlmittelpumpengehäuse, wobei die Kühlmittelpumpenwelle gegenüber dem Kühlmittelpumpengehäuse mittels einer dynamischen Wellendichtung abgedichtet ist und auf einer Umgebungsseite der Wellendichtung eine Leckagekavität zur Aufnahme von über die Wellendichtung aus einem Inneren der Kühlmittelpumpe entweichendem Kühlmittel vorgesehen ist.
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Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Kühlmittelpumpe.
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Solche Kühlmittelpumpen und Kraftfahrzeuge, die damit ausgestattet sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Trotz der Tatsache, dass eine dynamische Wellendichtung verwendet wird, entweicht üblicherweise im Betrieb der Kühlmittelpumpe Kühlmittel über die Wellendichtung. Dieses wird als Leckage, insbesondere Funktionsleckage bezeichnet und im Stand der Technik als unvermeidbar angesehen. Unter anderem liegt das an den hohen Drehzahlen der Kühlmittelpumpenwelle und dem großen Temperaturfenster, in dem die Kühlmittelpumpe verwendet wird.
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Da in der Vergangenheit austretendes Kühlmittel, also die Leckage, häufig als Anzeichen eines Defekts der Kühlmittelpumpe interpretiert wurde, sodass in manchen Fällen die Kühlmittelpumpe ausgetauscht wurde, obwohl es nicht notwendig war, wurde die Leckagekavität eingeführt. Diese nimmt die oben beschriebene Leckage auf. Von außen ist somit kein austretendes Kühlmittel erkennbar. Auch Spuren oder Rückstände von ausgetretenem Kühlmittel werden so am Äußeren der Kühlmittelpumpe vermieden.
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Bei Fahrzeugen, die im Gelände bewegt werden, also insbesondere Geländewagen und Sports Utility Vehicles (SUV), tritt im Zusammenhang mit der Leckagekavität häufig das Problem auf, dass von außen mit Schmutzpartikeln versetztes Wasser in die Leckagekavität eintritt. Das ist insbesondere der Fall, wenn mit einem geländegängigen Fahrzeug ein Gewässer durchquert wird.
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Auch wenn das in die Leckagekavität eingelaufene Wasser nach der Geländefahrt verdunstet, so bleiben in der Regel die Schmutzpartikel in der Leckagekavität zurück. Zu- und Ablaufkanäle der Leckagekavität können so verstopft werden. Das führt dazu, dass anfallende Leckage nicht mehr über die Wellendichtung aus dem Inneren der Kühlmittelpumpe austreten kann. Die Leckage wird daher in unkontrollierter Weise an anderer Stelle aus der Kühlmittelpumpe austreten. Dadurch entsteht das Risiko einer Funktionsbeeinträchtigung oder eines Funktionsausfalls der Kühlmittelpumpe.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kühlmittelpumpe anzugeben, die auch bei Kraftfahrzeugen, die für Geländefahrten genutzt werden, zuverlässig funktioniert.
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Die Aufgabe wird durch eine Kühlmittelpumpe der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Leckagekavität über einen Belüftungskanal mit einer Umgebung verbunden ist und der Belüftungskanal in Einbaulage der Kühlmittelpumpe von einer Seitenwand der Leckagekavität ausgeht. Dabei dichtet die Wellendichtung ein Inneres der Kühlmittelpumpe, das kühlmittelführend ist, gegenüber der Umgebung ab. Als Seitenwände der Leckagekavität sind alle Wände anzusehen, die weder ein Boden oder eine Unterseite, noch eine Decke oder Oberseite der Leckagekavität sind. Bei gewölbten und/oder runden Leckagekavitäten haben die Seitenwände Tangentialflächen, die im Wesentlichen senkrecht im Raum stehen, wenn die Kühlmittelpumpe in ihrer Einbaulage ist. Im Extremfall sind in diesem Zusammenhang die Tangentialflächen der Seitenwände um +/- 45° zu einer Senkrechten geneigt. Ein Übergang von einer Seitenwand zur Oberseite oder Unterseite ist dann fließend. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Leckagekavität im Wesentlichen eine kreiszylindrische Form, wobei sich eine Mittelachse der Leckagekavität in Einbaulage der Kühlmittelpumpe im Wesentlichen horizontal erstreckt. Der Belüftungskanal geht dann bevorzugt von einer Stirnseite der Leckagekavität aus. Dadurch, dass der Belüftungskanal von der Seitenwand ausgeht, kann zwar, wie im Stand der Technik, mit Schmutzpartikeln behaftetes Wasser in diesen eindringen, allerdings kann es erfindungsgemäß durch den Belüftungskanal auch wieder ablaufen. Somit werden die Funktionstüchtigkeit der Kühlmittelpumpe beeinträchtigende Ablagerungen in der Leckagekavität wirkungsvoll vermieden. Die Kühlmittelpumpe funktioniert daher auch während und nach Geländefahrten, insbesondere Gewässerdurchquerungen, besonders zuverlässig.
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Der Belüftungskanal ist eine luftführende Verbindung zwischen der Leckagekavität und der Umgebung. Die Strömungsrichtung der Luft und/oder des Wassers im Belüftungskanal ergibt sich dabei rein aus den Druckdifferenzen an den entgegengesetzten Enden des Belüftungskanals und der Schwerkraft. Der Belüftungskanal kann also genauso als Entlüftungskanal bezeichnet werden.
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Das Kühlmittel ist vorzugsweise eine Mischung aus Wasser und einem Frostschutzmittel, z. B. Glykol.
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Die Dynamische Wellendichtung ist zum Beispiel eine Gleitringdichtung oder ein Radialwellendichtring (RWDR).
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Bevorzugt weist der Belüftungskanal im Wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt auf und/oder verläuft der Belüftungskanal im Wesentlichen geradlinig und/oder verläuft der Belüftungskanal in Einbaulage der Kühlmittelpumpe im Wesentlichen horizontal. Ein Belüftungskanal mit einem kreisförmigen Querschnitt, der zusätzlich im Wesentlichen geradlinig verläuft, kann im Rahmen eines Gieß- oder Spanverfahrens besonders einfach hergestellt werden. Bevorzugt ist der Belüftungskanal eine Bohrung. Ein horizontaler Verlauf des Belüftungskanals begünstigt das Ablaufen von in die Leckagekavität eingedrungenen Wasser mit Schmutzpartikeln.
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In einer Ausführungsform weist ein leckagekavitätsseitiges Ende des Belüftungskanals in Einbaulage der Kühlmittelpumpe einen vertikalen Abstand von einer Unterseite der Leckagekavität auf und/oder einen vertikalen Abstand von einer Oberseite der Leckagekavität. Dabei ist der Abstand stets größer null. Dies hat zwei Effekte. Zum einen kann durch den Abstand von der Unterseite in der Leckagekavität eine gewisse Menge an Leckage aufgenommen werden. Diese Leckage wird nicht an die Umgebung weitergeleitet, sofern der Leckagepegel unterhalb der Unterkante des Belüftungskanals verläuft. Erst wenn die Leckage oder von außen eingedrungenes Wasser einen Pegelstand erreicht, der die Unterkante des Belüftungskanals überschreitet, findet ein Ablaufen in die Umgebung statt. Der Abstand von der Oberseite bringt es mit sich, dass in der Leckagekavität auch bei hohen Pegelständen noch ein gewisses Restvolumen zur Aufnahme zusätzlicher Leckage, die auch dampfförmig sein kann, bereitsteht. Es wird so eine besonders zuverlässige Funktion der Kühlmittelpumpe gewährleistet.
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Dabei kann ein leckagekavitätsseitiges Ende des Belüftungskanals in Einbaulage der Kühlmittelpumpe bezüglich einer vertikalen Erstreckung der Seitenwand der Leckagekavität im Wesentlichen mittig angeordnet sein. Der Begriff mittig ist dabei weit zu verstehen. Zum Beispiel kann der Belüftungskanal von den mittleren 50% der vertikalen Erstreckung ausgehen. Es sind also die unteren 25 % der vertikalen Erstreckung und die oberen 25 % der vertikalen Erstreckung kanalfrei ausgebildet. In dieser Konfiguration ergibt sich ein besonders guter Kompromiss zwischen der Aufnahmefähigkeit der Leckagekavität für zusätzliche Leckage und der Fähigkeit, bereits in der Leckagekavität vorhandene Leckage zu halten.
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In einer Variante ist der Belüftungskanal in einem Leckagekavitätsverschlussdeckel vorgesehen. Der Leckagekavitätsverschlussdeckel ist in der Regel als ein von einem Grundkörper der Kühlmittelpumpe separates Bauteil hergestellt. Damit lässt sich der Belüftungskanal besonders einfach und kostengünstig herstellen. Bevorzugt ist der Belüftungskanal eine Bohrung. Weiter bevorzugt ist er im Wesentlichen mittig im Leckagekavitätsverschlussdeckel angeordnet.
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Bevorzugt entspricht eine Querschnittfläche des Belüftungskanals im Wesentlichen einer Querschnittsfläche eines Verbindungskanals zwischen einem die dynamische Wellendichtung umfassenden Dichtbereich und der Leckagekavität. Die Querschnittsflächen sind also im Wesentlichen gleich. Auch können die Querschnittsformen im Wesentlichen gleich sein, zum Beispiel kreisrund. Dadurch wird sichergestellt, dass bei konstanten Druckverhältnissen der Leckagekavität die gleiche Menge an Kühlmittel zugeführt werden kann wie abgeführt werden kann. Dies trägt einer zuverlässigen Funktion der Kühlmittelpumpe bei.
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Zudem kann ein Verbindungskanal zwischen einem die dynamische Wellendichtung umfassenden Dichtbereich und der Leckagekavität im Wesentlichen von einer Oberseite der Leckagekavität ausgehen. Die austretende Leckage läuft also in Einbaulage der Kühlmittelpumpe von oben in die Leckagekavität ein. Dabei ist der Begriff der Oberseite weit zu verstehen, sodass auch ein Ausgehen des Verbindungskanals von schräg oben gemeint ist. Bevorzugt geht der Verbindungskanal vom höchsten Punkt der Leckagekavität aus. Dadurch wird sichergestellt, dass eventuell von außen in die Leckagekavität eindringendes, mit Schmutzpartikeln behaftetes Wasser, nicht in den Dichtbereich gelangt. Dafür müsste nämlich der Druck in der Leckagekavität derart ansteigen, dass das Wasser die Höhendifferenz zwischen der Leckagekavität und dem Dichtbereich überwindet.
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Eine Gestaltungsalternative sieht vor, dass in einer fortgesetzten Erstreckungsrichtung des Belüftungskanals vor einem umgebungsseitigen Ende des Belüftungskanals eine Riemenscheibe angeordnet ist. Das bedeutet, dass bei einer im Wesentlichen horizontalen Betrachtung der Kühlmittelpumpe in ihrer Einbaulage das umgebungsseitige Ende des Belüftungskanals von der Riemenscheibe verdeckt ist. Dadurch ist der Belüftungskanal insbesondere vor Spritzwasser und aufgewirbelten Schmutzpartikeln geschützt. Gleichzeitig ist zwischen dem umgebungsseitigen Ende des Belüftungskanals und der Riemenscheibe ein nicht zuletzt für die Beweglichkeit der Riemenscheibe notwendiger Spalt vorgesehen, sodass mit Schmutzpartikeln behaftetes Wasser und/oder Leckage ungehindert über den Belüftungskanal in die Umgebung gelangen kann. Die Riemenscheibe ist beispielsweise auf der Kühlmittelpumpenwelle befestigt und dient dem Antrieb der Kühlmittelpumpe.
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Darüber hinaus wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe gelöst. Bei einem solchen Kraftfahrzeug funktioniert die Kühlmittelpumpe besonders zuverlässig, auch wenn mit dem Kraftfahrzeug Geländefahrten, insbesondere Gewässerdurchquerungen, unternommen werden.
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Dabei kann das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor umfassen und die Kühlmittelpumpe ein Element eines Kühlmittelkreislaufes sein, der zur Kühlung des Verbrennungsmotors eingerichtet ist. Es wird also von der Kühlmittelpumpe dasjenige Kühlmittel gefördert, mit dem der Verbrennungsmotor gekühlt wird. Somit sichert eine zuverlässig funktionierende Kühlmittelpumpe auch einen zuverlässigen Betrieb des Verbrennungsmotors.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Es zeigen:
- - 1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe,
- - 2 eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe in einer geschnittenen Ansicht, wobei sich in einer Leckagekavität Leckage ansammelt,
- - 3 eine teilweise geschnittene Ansicht der Kühlmittelpumpe aus 2 entlang der Richtung III,
- - 4 eine der Darstellung aus 2 entsprechende Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe gemäß einer anderen Ausführungsform, wobei die Kühlmittelpumpe mit Schmutzpartikeln behaftetem Wasser ausgesetzt ist,
- - 5 die Kühlmittelpumpe aus 4, nachdem sie mit Schmutzpartikeln behaftetem Wasser ausgesetzt war, und
- - 6 ein Gehäuseteil einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Verbrennungsmotor 12.
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Dabei umfasst ein Kühlmittelkreislauf 14, der zur Kühlung des Verbrennungsmotors 12 eingerichtet ist, eine Kühlmittelpumpe 16. Ferner ist eine zum Kühlmittelkreislauf 14 gehörende Kühlmittelleitung 18 zu sehen.
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Die Kühlmittelpumpe 16 weist ein Kühlmittelpumpengehäuse 20 auf, in dessen Innerem kühlmittelfördernde Komponenten der Kühlmittelpumpe 16 angeordnet sind.
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Ferner verfügt die Kühlmittelpumpe 16 über eine Kühlmittelpumpenwelle 22, die in den dargestellten Ausführungsformen über eine Riemenscheibe 24 angetrieben wird.
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Die Kühlmittelpumpenwelle 22 ist gegenüber dem Kühlmittelpumpengehäuse 20 mittels einer dynamischen Wellendichtung 26 gegenüber einer Umgebung 28 abgedichtet.
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Zudem ist die Kühlmittelpumpe 16 mit einer Leckagekavität 30 ausgestattet, die über die Wellendichtung 26 aus dem Inneren der Kühlmittelpumpe 16 entweichendes Kühlmittel 32 aufnehmen kann, das dann als Leckage bezeichnet wird.
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Wie insbesondere anhand der 2 und 3 zu erkennen ist, tritt im Betrieb der Kühlmittelpumpe 16 Kühlmittel 32 aus einem die Wellendichtung 26 umfassenden Dichtbereich 34 aus und wird über einen Verbindungskanal 36 in die Leckagekavität 30 geleitet.
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Dort wird die Leckage, also das über die Wellendichtung 26 ausgetretene Kühlmittel 32, zurückgehalten, sodass global betrachtet kein Kühlmittel 32 aus der Kühlmittelpumpe 16 austritt.
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Die Leckagekavität 30 ist über einen Belüftungskanal 38 mit der Umgebung 28 verbunden, über den Leckage in die Umgebung 28 geleitet werden kann, wenn die Leckagekavität 30 voll ist.
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In den 2-5 ist die Kühlmittelpumpe 16 jeweils in ihrer Einbaulage dargestellt und der Belüftungskanal 38 geht in dieser Einbaulage von einer Seitenwand der Leckagekavität 30 aus.
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Genauer gesagt, ist der Belüftungskanal 38 in einem Leckagekavitätsverschlussdeckel 40 vorgesehen. Dieser verschließt die Leckagekavität 30 seitlich.
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Der Belüftungskanal 38 ist im Wesentlichen hinsichtlich einer vertikalen Erstreckung des Leckagekavitätsverschlussdeckels 40 mittig angeordnet.
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Er weist also einen vertikalen Abstand a1 von einer Unterseite der Leckagekavität 30 auf und einen vertikalen Abstand a2 von einer Oberseite der Leckagekavität 30.
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Vorliegend sind die Abstände a1 und a2 im Wesentlichen gleich groß.
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Eine Querschnittsfläche des Belüftungskanals 38 entspricht zudem im Wesentlichen einer Querschnittsfläche des Verbindungskanals 36.
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Auch verläuft der Belüftungskanal 38 im Wesentlichen geradlinig und in Einbaulage der Kühlmittelpumpe 16 im Wesentlichen horizontal.
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Wie insbesondere anhand der 2, 4 und 5 zu erkennen ist, ist die Riemenscheibe 24 in einer fortgesetzten Erstreckungsrichtung des Belüftungskanals 38 vor dessen umgebungsseitigen Ende angeordnet. Anders gesagt, ist die Riemenscheibe 24 vor dem umgebungsseitigen Ende des Belüftungskanals 38 positioniert.
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Der Verbindungskanal 36 zwischen dem die Wellendichtung 26 umfassenden Dichtbereich 34 und der Leckagekavität 30 geht dabei im Wesentlichen von einer Oberseite der Leckagekavität 30 aus.
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Wird nun mit dem Kraftfahrzeug 10 eine Geländefahrt unternommen, bei der beispielsweise ein Gewässer durchquert wird, kann über den Belüftungskanal 38 mit Schmutzpartikeln behaftetes Wasser 42 in die Leckagekavität 30 eindringen (siehe 4).
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Dabei reicht jedoch der hydrostatische Druck des Wassers 42 im Vergleich zum in der Leckagekavität 30 vorherrschenden Druck nicht aus, das Wasser 42 über den Verbindungskanal 36 in Richtung der Wellendichtung 26 zu fördern.
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Folglich dringt das Wasser 42 zwar in die Leckagekavität 30 ein, nicht jedoch in den Dichtbereich 34.
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Nachdem die Geländefahrt beendet ist, stellt sich der Zustand gemäß 5 ein. Das mit Schmutzpartikeln behaftete Wasser 42, das sich oberhalb einer Unterkante des Belüftungskanals 38 befand, ist in die Umgebung 28 abgelaufen. Lediglich derjenige Teil des Wassers 42, der sich unterhalb der Unterkante des Belüftungskanals 38 befindet, wird zusammen mit dem dort eventuell als Leckage vorhandenen Kühlmittel 32 in der Leckagekavität 30 zurückgehalten.
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Die im Wasser 42 enthaltenen Schmutzpartikel können sich dort ablagern oder dort antrocknen, ohne den zuverlässigen Betrieb der Kühlmittelpumpe 16 zu gefährden.
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Darüber hinaus steht nun wieder ein ausreichendes Volumen zur Aufnahme von weiterer Leckage in der Leckagekavität 30 bereit.
