DE102018125904B4

DE102018125904B4 - Kühlmitteleinsteckpumpe mit Dichtscheibe zur Minimierung des Dichtspalts

Info

Publication number: DE102018125904B4
Application number: DE102018125904.2A
Authority: DE
Inventors: Franz Pawellek
Original assignee: Nidec GPM GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2038-10-19
Also published as: BR112021007159A2; CN113242937A; WO2020078621A1; US20210381520A1; DE102018125904A1

Abstract

Einsteckkühlmittelpumpe (1) für Kraftfahrzeuge aufweisend ein offenes Flügelrad (30), das von einem Pumpengehäuse (3) umgeben ist, wobei das offene Flügelrad (30) mittels einer Pumpenwelle (2) um eine Längsachse (100) antreibbar ist und die Pumpenwelle (2) das Pumpengehäuse (3) durchsetzt, und wobei zwischen der Pumpenwelle (2) und dem Pumpengehäuse (3) eine Dichtung (4) zur Abdichtung des kühlmittelführend Pumpengehäuses (3) vorgesehen ist,dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (3) Haltedome (12) aufweist, auf denen eine Dichtscheibe (16) befestigt ist, die einen Dichtspalt (19) zwischen einem Pumpenzulauf mit Druckschräge und dem offenen Flügelrad (30) einstellt, wobei die Dichtscheibe (16) eine Dichtlippe (21) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einsteckkühlmittelpumpe für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei wassergekühlten Brennkraftmaschinen werden im Allgemeinen als Kreiselpumpen ausgebildete Kühlmittelpumpen verwendet, deren Lagerwellen direkt von der Kurbelwelle des Motors beispielsweise mittels Riementrieb angetrieben werden. Es ist bekannt solche Kühlmittelpumpen als Einsteckpumpe ohne eigenes Spiralgehäuse auszuführen. In diesem Fall wird der für den volumetrischen Wirkungsgrad essentielle Dichtspalt am Flügelrad durch eine entsprechende Gegenkontur am Motor definiert. Es werden dabei geschlossene Flügelräder mit Deckscheibe eingesetzt. Durch Addition der Fertigungstoleranzen von Pumpe und Gegenkontur ergeben sich in der Regel große Dichtspalthöhen die zur erheblichen Verminderung des volumetrischen Wirkungsgrades führen.
Aus der Patentschrift US 6 793 459 B2 ist eine Wasserpumpe zur Förderung von Kühlmittel in einem Kraftfahrzeug bekannt. Eine starre dreilagige Scheibe ist zwischen einem Motorgehäuse und einem Pumpengehäuse angeordnet, wobei die mittlere Lage eine Dichtscheibe ausbildet. Diese Dichtscheibe ist starr und stabil, um ein verbiegen zu verhindern.
Die Offenlegungsschrift DE 101 00 373 A1 beschreibt eine Wasserpumpe zur Kühlmittelförderung in einer Brennkraftmaschine. Ein Einlegeteil fungiert als Dichtscheibe. Das Einlegeteil weist eine zentrale Ansaugöffnung auf, deren Mündungsrad aus einer venturiförmigen Ausstülpung herausgebildet ist. Die Ausstülpung liegt unter Einhaltung eines Dichtspaltes an der Stirnseite der Laufradschaufeln an.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Einsteckkühlmittelpumpe für Kraftfahrzeuge anzugeben, die unabhängig von den Fertigungstoleranzen einen guten volumetrischen Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird von einer Einsteckkühlmittelpumpe für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach ist eine Einsteckkühlmittelpumpe für Kraftfahrzeuge aufweisend ein Flügelrad, das von einem Pumpengehäuse umgeben ist, vorgesehen, wobei das Flügelrad mittels einer Pumpenwelle um eine Längsachse antreibbar ist, und die Pumpenwelle das Pumpengehäuse durchsetzt, und wobei zwischen der Pumpenwelle und dem Pumpengehäuse eine Dichtung zur Abdichtung des kühlmittelführend Pumpengehäuses vorgesehen ist, und wobei das Pumpengehäuse Haltedome aufweist, auf denen eine Dichtscheibe befestigt ist, die einen Dichtspalt zwischen einem Pumpenzulauf mit Druckschräge und dem offenen Flügelrad einstellt, wobei die Dichtscheibe eine Dichtlippe aufweist. Der Dichtspalt ist durch Verwendung der Dichtscheibe pumpenseitig einstellbar und somit unabhängig von den Fertigungstoleranzen des Motorblocks. Das Flügelrad kann offen sein, da eine Dichtscheibe verwendet wird. Ein offenes Flügelrad ist kostengünstiger.
Vorzugsweise ist die Dichtscheibe konzentrisch zur Pumpenwelle angeordnet ist und als Dichtring ausgebildet.
Es ist bevorzugt, dass die Dichtscheibe in Radialrichtung nach innen vom Flügelrad weg gewölbt ist und eine zur Ausformung des Flügelrades korrespondierende Form aufweist.
Vorzugsweise ist ein Elektromotor vorgesehen, der die Pumpenwelle antreibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dichtscheibe mittels Haltestiften an den Haltedomen befestigt. Vorzugweise sind wenigstens drei Haltedome vorgesehen, die in Umfangsrichtung zur Längsachse gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Es ist vorteilhaft, wenn die Haltedome mit einem Rand des Pumpengehäuses in Längsrichtung abschließen und somit nicht vorstehen.
Die zuvor beschriebene Einsteckkühlmittelpumpe ist zum Einbau in eine Einbaubohrung eines Motorblocks einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges vorgesehen.
Weiterhin ist eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem Motorblock aufweisend eine Einbaubohrung und mit einer zuvor beschriebenen Einsteckkühlmittelpumpe vorgesehen, die an dem Motorblock befestigt ist, wobei die Dichtlippe einen zwischen Dichtscheibe und Motorblock befindlichen Spalt abdichtet. Bevorzugt weist der Motorblock einen Pumpenzulauf auf. Der Motorblock kann auch ein Spiralgehäuse umfassen. Vorzugsweise liegt das Pumpengehäuse vollständig außerhalb des Motorblocks.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 näher erläutert. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Kühlmittelpumpe 1 entlang einer Pumpenwelle 2. Auf der Pumpenwelle 2 ist ein Flügelrad 30 drehfest angeordnet, dass von einem Pumpengehäuse 3 umgeben ist. Die Pumpenwelle 2 durchsetzt das Pumpengehäuse 3. Es ist eine Lippendichtung 4 zwischen Pumpenwelle 2 und Pumpengehäuse 3 zur Abdichtung des kühlmittelführenden Pumpengehäuses 3 angeordnet. Die Pumpenwelle 2 wird bevorzugt mittels eines nicht dargestellten Elektromotors zur Drehung um eine Längsachse 100 angetrieben, der vorzugsweise als Trockenläufer ausgebildet ist. Die Kühlmittelpumpe 1 ist als Einsteckpumpe ausgestaltet, d.h. das Pumpengehäuse 1 wird mit einem Motorblock 5 einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges über Schnittstellen 6 verbunden. Ein Zulauf der Pumpe 7 und ein nicht dargestellter Spiralkanal befinden sich im Motorblock 5. Die Schnittstellen 6 weisen herkömmlicherweise korrespondierende Bohrungen 8,9 auf, durch die der Motorblock 5 und das Pumpengehäuse 3 miteinander verschraubt werden. Das Pumpengehäuse 3 ist im Wesentlichen becherförmig ausgestaltet und weist einen Rand 10 auf, an dem die Schnittstellen 6 angeordnet sind. Die Pumpenwelle 2 überragt den Rand des Pumpengehäuses 10 in Längsrichtung 100. Der Motorblock 5 weist eine Einbaubohrung 11 im Zulauf 7 auf. Ein flügelradnahes Ende der Pumpenwelle 2 ragt in Längsrichtung in die Einbaubohrung 11 hinein. Das Flügelrad 30 selbst liegt vollständig außerhalb des Motorblocks 5.
Es sind Haltedome 12 vorgesehen, die Teil des Pumpengehäuses 3 sind und von einem Boden des Pumpengehäuses 13, auf der flügelradnahen Seite vorstehen und sich parallel zur Längsachse 100 erstrecken. Die Haltedome 12 sind in Umfangsrichtung um die Längsachse 100 gleichmäßig verteilt angeordnet. Bevorzugt sind mindestens drei Haltedome 12 vorgesehen. Die Haltedome 12 sind dabei in unmittelbarer Nähe zum Flügelrad 30 entlang des Radius angeordnet. Es ist ein Ringspalt 14 zwischen der Einhüllenden des Flügelrads und der Einhüllenden der Haltedome vorgesehen, so dass das Flügelrad 30 ohne Behinderung rotieren kann. Die Haltedome 12 schließen mit ihrer Stirnseite in etwa bündig mit dem Rand des Pumpengehäuses 10 ab. Die Haltedome 12 sind in etwa zylindrisch ausgestaltet und weisen eine mittige Bohrung 15 auf, die sich entlang der Längsachse der Dome erstreckt. Auf den Stirnseiten der Haltedome 12 liegt eine Dichtscheibe 16 auf, die ebenfalls Bohrungen 17 aufweist, die mit denen der Haltedome korrespondieren, do dass Haltestifte 18 dazu verwendet werden können, die Dichtscheibe 16 fest an den Domen 12 zu befestigen. Die Dichtscheibe 16 weist einen Außenradius und einen Innenradius auf, wobei der Außenradius so dimensioniert ist, dass die Scheibe auf den Domen 12 vollflächig aufliegt, diese aber so gut wie nicht überragt. Die Breite der Dichtscheibe ist als die Differenz zwischen Außenradius und Innenradius definiert. Die Höhe der Dichtscheibe ist die Erstreckung der Dichtscheibe parallel zur Längsachse 100. Die Breite der Dichtscheibe ist dabei deutlich größer als die Höhe. Die Breite liegt in einem Bereich zwischen 10% bis 30% des Außenradius, bevorzugt in einem Bereich zwischen 1mm und 3mm. Die Dichtscheibe 16 ist nach innen zur Längsachse 100 hin, in Richtung des Motorblocks 5 gewölbt. Die Dichtscheibe 16 liegt in Radialrichtung innerhalb der Einbaubohrung 11. Sie steht in Radialrichtung nicht über die Einbaubohrung 11 bzw. den Zulauf 7 nach innen zur Mitte hin über. In Axialrichtung ragt die Dichtscheibe 16 in Radialrichtung nach innengehend in die Einbaubohrung 11 hinein, so dass die Dichtscheibe 16 einen Übergangsbereich zu dem im Motorblock 5 liegenden Saugraum bildet. Die Dichtscheibe 16 ist konzentrisch zur Längsachse 100 angeordnet. Sie ist rotationssymmetrisch. Die Form der Dichtscheibe 16 ist an die Form des offenen Flügelrades 30 angepasst, so dass ein zwischen dem Flügelrad 30 und der Dichtscheibe 16 befindlicher Dichtspalt 19 auf ein minimales Maß eingestellt werden kann. Da der Dichtspalt 19 durch die Lage und Gestaltung der Dichtscheibe 16 und des Flügelrad 30 definiert wird, ist die Größe des sich ausbildenden Dichtspalts 19 unabhängig von den Fertigungstoleranzen der Einbaubohrung des Motorblocks 11. Zwischen der Dichtscheibe 16 und der Einbaubohrung des Motorblocks 11 kann sich ein Spalt 20 ausbilden, der von einer Dichtlippe 21 abgedichtet wird. Die Dichtlippe 21 ist an der Dichtscheibe 16 befestigt und ist von der Dichtscheibe 16 ausgehend in Radialrichtung von innen nach außen gewölbt, so dass sie senkrecht zur Längsachse 100 an der Einbaubohrung 11 anliegt. Die Dichtscheibe hat bevorzugt einen Bund, an den die Lippendichtung aufgepresst oder aufvulkanisiert ist. Besonders bevorzugt ist die Dichtlippe 21 in Radialrichtung gesehen, von außen her auf den Bund aufgepresst oder aufvulkanisiert. Die Dichtlippe 21 ist flexibel ausgebildet und dichtet durch das Druckgefälle zwischen Pumpendruck und Zulaufdruck den Spalt 20 zwischen Dichtscheibe 16 und Motorblock 5 ab. Vorzugsweise ist die Dichtscheibe aus Stahl gefertigt.
Im Betriebszustand der Kühlmittelpumpe 1 strömt das Kühlmittel axial über den im Motorblock 5 befindlichen Zulauf 7 zu dem Flügelrad 30 und wird radial über die Flügel in einen nicht dargestellten Kanal geleitet. Die Abdichtung über die Dichtscheibe 16 verhindert einen Rückfluss.
Der Einsatz der Dichtscheibe 16 ermöglicht zudem den Einsatz von offenen Flügelrädern, die in der Fertigung deutlich kostengünstiger sind, da auf eine zusätzliche Deckscheibe verzichtet werden kann. Der Wirkungsgrad der Einsteckpumpe kann signifikant erhöht werden, so dass anstelle eines Riementriebs ein separater Elektromotor als Antrieb zum Einsatz kommen kann.

Claims

Einsteckkühlmittelpumpe (1) für Kraftfahrzeuge aufweisend ein offenes Flügelrad (30), das von einem Pumpengehäuse (3) umgeben ist, wobei das offene Flügelrad (30) mittels einer Pumpenwelle (2) um eine Längsachse (100) antreibbar ist und die Pumpenwelle (2) das Pumpengehäuse (3) durchsetzt, und wobei zwischen der Pumpenwelle (2) und dem Pumpengehäuse (3) eine Dichtung (4) zur Abdichtung des kühlmittelführend Pumpengehäuses (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (3) Haltedome (12) aufweist, auf denen eine Dichtscheibe (16) befestigt ist, die einen Dichtspalt (19) zwischen einem Pumpenzulauf mit Druckschräge und dem offenen Flügelrad (30) einstellt, wobei die Dichtscheibe (16) eine Dichtlippe (21) aufweist.
Einsteckkühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (16) konzentrisch zur Pumpenwelle (2) angeordnet ist und ein Dichtring ist.
Einsteckkühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (16) in Radialrichtung nach innen vom Flügelrad weg gewölbt ist und eine zur Ausformung des Flügelrades (30) korrespondierende Form aufweist.
Einsteckkühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromotor vorgesehen ist, der die Pumpenwelle (2) antreibt.
Einsteckkühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (16) mittels Haltestiften (18) an den Haltedomen (12) befestigt ist.
Einsteckkühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Haltedome (12) umfasst sind, die in Umfangsrichtung zur Längsachse (100) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Einsteckkühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltedome (12) mit einem Rand des Pumpengehäuses (10) in Längsrichtung (100) abschließen.
Einsteckkühlmittelpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Einbau in eine Einbaubohrung eines Motorblocks (5) einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges.
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem Motorblock (5) aufweisend eine Einbaubohrung (11) und mit einer Einsteckkühlmittelpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die an dem Motorblock (5) befestigt ist, wobei die Dichtlippe (21) einen zwischen Dichtscheibe (16) und Motorblock (5) befindlichen Spalt (20) abdichtet.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorblock (5) einen Pumpenzulauf (7) aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (3) vollständig außerhalb des Motorblocks (5) liegt.