DE102018218697A1

DE102018218697A1 - Impeller

Info

Publication number: DE102018218697A1
Application number: DE102018218697.9A
Authority: DE
Inventors: Matthew ALBRECHT
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2019-05-29
Also published as: GB2568715A; GB201719510D0; US20190162199A1; GB2568715B; US11092161B2

Abstract

Ein Impeller zur Verwendung in einer Pumpenanordnung für einen Flüssigkeitskreislauf einer Kraftmaschine eines Fahrzeugs umfasst eine Vielzahl von Vorsprüngen, die an radial beabstandeten Stellen, bezogen auf eine Rotationsachse des Impellers, bereitgestellt sind, wobei der Impeller, bezogen auf ein Gehäuse der Pumpenanordnung, rotierbar ist. Die Vorsprünge erstrecken sich axial von einer Oberfläche des Impellers und in Umfangsrichtung um die Rotationsachse des Impellers herum. Mindestens einer der Vorsprünge ist ausgestaltet, um zumindest teilweise in einer Aussparung, die im Gehäuse bereitgestellt ist, aufgenommen zu werden, sodass durch den Vorsprung und die jeweilige Aussparung ein Strömungsweg bereitgestellt wird, wobei der Strömungsweg eine gewundene Strömungsstrecke für Flüssigkeit zwischen einem Einlass und einem Auslass der Pumpenanordnung bereitstellt, um den Flüssigkeitsstrom entlang des Strömungswegs einzuschränken und somit den Flüssigkeitsstrom vom Auslass zurück hin zum Einlass in einer Richtung, die der beabsichtigten Strömungsrichtung entgegengesetzt ist, zu minimieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Impeller zur Verwendung bei einer Pumpenanordnung für einen Flüssigkeitskreislauf eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Impeller zur Verwendung bei einer Kreiselpumpenanordnung. Aspekte der Erfindung betreffen einen Impeller, eine Pumpenanordnung zum Bereitstellen von Kraftmaschinenkühlung in einem Fahrzeug sowie ein Fahrzeug.
STAND DER TECHNIK
Kreiselpumpen werden verwendet, um Kühlmittel während des Betriebs um eine interne Verbrennungskraftmaschine herum zu pumpen. Die Pumpe kann direkt mechanisch durch die Kurbelwelle der Kraftmaschine über einen Riemen und eine Riemenscheibe angetrieben werden. Es ist auch möglich, dass die Pumpe kettengetrieben ist, und die Pumpe kann durch einen elektrischen oder einen hydraulischen Antrieb angetrieben werden. Die Pumpe umfasst einen Impeller, der Flüssigkeit von einem Einlass eines Pumpengehäuses zu einem Auslass des Pumpengehäuses, der am Umfang oder an einer Tangente des Impellers angeordnet ist, pumpt. Um einen Rückfluss von Flüssigkeit von dem Auslass der Pumpe am Impeller vorbei hin zum Einlass der Pumpe zu minimieren, ist es zweckmäßig, eine Dichtung zwischen dem Impeller und dem Pumpengehäuse zu haben.
Es ist bekannt, im Gehäuse der Pumpe gegenüberliegend zu einer Stirnseite des Impellers Aussparungen bereitzustellen, um eine labyrinthartige Dichtung bereitzustellen. Diese Konstruktion ist jedoch nicht ideal, da sie keinen Axialversatz toleriert. Das heißt, dass die Dichtungseigenschaften bei einer Konstruktion, die einen solchen Labyrinthdeckel implementiert, durch einen Radialversatz zwischen einer Längsachse des Einlasses des Gehäuses und einer Rotationsachse des Impellers beeinträchtigt werden. Dies gilt auch für einen Winkelversatz dieser Achsen. Das heißt, wenn die Längsachse des Einlasses und die Rotationsachse des Impellers nicht parallel zueinander stehen, dann kann dies auch die Dichtungseigenschaften eines derartigen Labyrinthdeckelsystems beeinträchtigen.
Es ist ein Ziel der Erfindung, mindestens eines der vorstehend beschriebenen Probleme anzusprechen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt der Erfindung ist ein Impeller zur Verwendung bei einer Pumpenanordnung für einen Flüssigkeitskreislauf einer Kraftmaschine eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei der Impeller, bezogen auf ein Gehäuse der Pumpenanordnung, rotierbar ist. Der Impeller umfasst eine Vielzahl von Vorsprüngen, die, bezogen auf eine Rotationsachse des Impellers, an radial beabstandeten Stellen bereitgestellt sind. Die Vorsprünge erstrecken sich axial von einer Oberfläche des Impellers und in Umfangsrichtung um die Rotationsachse des Impellers. Mindestens einer der Vorsprünge ist ausgestaltet, um bei Verwendung zumindest teilweise in einer im Gehäuse bereitgestellten Aussparung aufgenommen zu werden, sodass ein Strömungsweg durch den Vorsprung und die jeweilige Aussparung bereitgestellt ist, wobei der Strömungsweg eine gewundene Strömungsstrecke für Flüssigkeit zwischen einem Einlass und einem Auslass der Pumpenanordnung bereitstellt, um den Flüssigkeitsstrom entlang des Strömungswegs einzuschränken und somit den Flüssigkeitsstrom vom Auslass zurück hin zum Einlass in einer zur beabsichtigten Strömungsrichtung entgegengesetzten Richtung zu minimieren.
Die Erfindung minimiert einen unerwünschten Strom von Kühlmittel vom Auslass des Gehäuses zurück hin zum Einlass des Gehäuses, wodurch der Wirkungsgrad des Systems, insbesondere der Liefergrad des Systems, verbessert wird. Der erfindungsgemäße Strömungsweg kann auch als ein einschränkender Strömungsweg oder als eine Strecke mit hohem Druckabfall beschrieben werden.
Der Impeller kann mindestens drei Vorsprünge umfassen. Mindestens einer der Vorsprünge kann einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Mindestens einer der Vorsprünge kann einen dreieckigen Querschnitt aufweisen.
Mindestens einer der Vorsprünge kann einen von dem oder von jedem der anderen Vorsprünge verschiedenen Querschnitt aufweisen. Mindestens einer der Vorsprünge kann eine von dem oder von jedem der anderen Vorsprünge verschiedene radiale Breite oder Dicke aufweisen. Mindestens einer der Vorsprünge kann, bezogen auf die Oberfläche des Impellers, von der sich die Vorsprünge axial erstrecken, eine von dem oder jedem der anderen Vorsprünge verschiedene axiale Höhe aufweisen.
Die axiale Höhe der Vorsprünge, bezogen auf die Oberfläche des Impellers, von der sich die Vorsprünge axial erstrecken, kann in einer radialen Richtung nach außen weg von der Rotationsachse des Impellers abnehmen. Alternativ dazu können alle der Vorsprünge die gleiche axiale Höhe, bezogen auf die Oberfläche des Impellers, von der sich die Vorsprünge axial erstrecken, aufweisen oder die Vorsprünge können in einer radialen Richtung nach außen weg von der Rotationsachse des Impellers an Höhe zunehmen.
Das Einbinden unterschiedlicher Formen, Größen und Ausgestaltungen der Vorsprünge des Impellers kann günstig sein, um dem Strom von Kühlmittel eine aufwändigere und weniger direkte Strecke bereitzustellen. Es kann vorteilhaft sein, die Mehrzahl der Vorsprünge in einer Form bereitzustellen, die relativ leicht und kostengünstig herzustellen ist, und mit weniger Vorsprüngen in einer komplexeren Form, die schwieriger herzustellen und teurer ist, doch welche eine zusätzliche Ablenkung im Strömungsweg bereitstellt. Auf diese Weise kann eine Ausgewogenheit zwischen der Leichtigkeit der Herstellung, den Kosten und dem Wirkungsgrad erreicht werden.
Ferner kann ein Aufweisen von unterschiedlich geformten und/oder bemessenen Vorsprüngen bei der Montage des Impellers an das Gehäuse behilflich sein. Wenn beispielsweise einer der Vorsprünge des Impellers einen dreieckigen Querschnitt definiert, die anderen Vorsprünge aber rechtwinklige Querschnitte definieren, dann kann der dreieckige Vorsprung dazu dienen, den Impeller an der ordnungsgemäßen Position bezüglich des Gehäuses anzuordnen.
Eine axiale Mindesthöhe der Vielzahl von Vorsprüngen weg von einer Oberfläche des Impellers kann 5 mm betragen. Bei einer bestimmten Ausführungsform beträgt die axiale Mindesthöhe annähernd 7 mm. Es ist im Allgemeinen bevorzugt, dass die axiale Höhe der Vorsprünge so groß wie praktisch machbar ist.
Ein radial innerster der Vorsprünge kann durch einen Verschleißring, Abnutzungsring oder Kopfring definiert werden. Ein solcher Ring kann auch als ein „Ansaugdurchmesser“ bezeichnet werden. Verschleißringe sind im Fachgebiet der Kreiselpumpen bekannt und sind am Impeller angeordnet, um ein Betriebsspiel zwischen dem Impeller im Bereich des Verschleißrings und dem Pumpengehäuse bereitzustellen. Die Zwischenräume zwischen dem Impeller und dem Pumpengehäuse können aufgrund von Abnutzung, die von durch die Pumpe strömender Flüssigkeit verursacht wird, über die Zeit zunehmen. Die Verschleißringe können ersetzbar sein und sich an Stelle des Impellers oder des Pumpengehäuses abnutzen und/oder sie können eine härtere Oberfläche zum Reduzieren der Abnutzung bereitstellen. Ein periodisches Ersetzen des Verschleißrings über die Nutzungsdauer der Pumpe hinweg kann kosteneffizienter sein als die Wartung, die erforderlich wäre, wenn die Pumpe nicht mit einem Verschleißring bereitgestellt wäre.
Mindestens einer der Vorsprünge kann mit mindestens einer kleineren Aussparung bereitgestellt sein, um eine Ablenkung innerhalb des Strömungswegs zu definieren. Alternativ oder zusätzlich dazu kann mindestens eine Oberfläche des Impellers, die zwischen angrenzenden Vorsprüngen angeordnet ist, mit mindestens einer kleineren Aussparung bereitgestellt werden, um eine weitere Ablenkung innerhalb des Strömungswegs zu definieren.
In einem Aspekt der Erfindung ist eine Pumpenanordnung für einen Flüssigkeitskreislauf einer Kraftmaschine eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei die Pumpenanordnung einen Impeller wie in einem der vorstehenden Absätze definiert umfasst, wobei die Pumpenanordnung ferner Folgendes umfasst:

ein Gehäuse;
einen Einlass zum Zuführen von Flüssigkeit an die Pumpenanordnung; und
einen Auslass, aus dem Flüssigkeit aus der Pumpenanordnung austritt;
wobei die Vielzahl von Vorsprüngen des Impellers zwischen dem Einlass und dem Auslass der Pumpenanordnung angeordnet ist, wobei das Gehäuse mit einer Vielzahl von Aussparungen bereitgestellt ist, von denen mindestens eine ausgestaltet ist, um einen jeweiligen der Vorsprünge des Impellers zumindest teilweise derart aufzunehmen, sodass ein Strömungsweg durch die Aussparung und den jeweiligen Vorsprung bereitgestellt ist, wobei der Strömungsweg eine gewundene Strömungsstrecke für Flüssigkeit zwischen dem Einlass und dem Auslass bereitstellt, um den Flüssigkeitsstrom entlang des Strömungswegs einzuschränken und dadurch den Flüssigkeitsstrom vom Auslass hin zurück zum Einlass in einer Richtung, die der beabsichtigten Strömungsrichtung entgegengesetzt ist, zu minimieren.

Mindestens zwei der Vorsprünge des Impellers können in mindestens zwei der Aussparungen des Gehäuses aufgenommen werden.
Auf diese Weise benötigt der erfindungsgemäße Impeller im Allgemeinen eine weniger genaue Ausrichtung an dem Gehäuse der Pumpenanordnung, da die Baugruppe gegen einen Radialversatz der Rotationsachse des Impellers und der Längsachse des Einlasses des Gehäuses relativ unempfindlich ist. Dies liegt daran, dass eine Änderung der Beabstandung zwischen einer Seite eines Vorsprungs des Impellers und dem Gehäuse aufgrund eines Radialversatzes durch eine entsprechende und entgegengesetzte Änderung der Beabstandung zwischen der gegenüberliegenden Seite des Vorsprungs und dem Gehäuse kompensiert wird. Somit werden die Dichtungseigenschaften weniger beeinträchtigt als bei alternativen Konstruktionen, die keine oder weniger entsprechende Vorsprünge beinhalten, um in den Aussparungen des Gehäuses aufgenommen zu werden.
Mindestens eine der Aussparungen in dem Gehäuse kann selbst mit mindestens einer untergeordneten Aussparung bereitgestellt sein, um eine weitere Ablenkung innerhalb des gewundenen Strömungswegs zu definieren. Alternativ oder zusätzlich dazu kann mindestens eine Oberfläche des Gehäuses, die zwischen angrenzenden Aussparungen angeordnet ist, mit mindestens einer untergeordneten Aussparung zum Definieren einer weiteren Ablenkung innerhalb des Strömungswegs bereitgestellt sein.
Mindestens eine kleinere Aussparung des Impellers kann an einer untergeordneten Aussparung des Gehäuses ausgerichtet werden. Mindestens eine kleinere Aussparung des Impellers kann zu einer untergeordneten Aussparung des Gehäuses versetzt liegen.
Eine hier beschriebene kleinere Aussparung ist eine Aussparung in der Oberfläche des Impellers. Dabei kann es sich um eine Aussparung in der Oberfläche eines Vorsprungs oder um eine Aussparung in der Oberfläche zwischen Vorsprüngen handeln. Die kleinere Aussparung stellt eine abrupte lokale Änderung im Strömungsbereich bereit, um eine Turbulenz zu generieren und somit den Strom um die Vorsprünge herum weiter einzuschränken. In ähnlicher Weise handelt es sich bei einer hier beschriebenen untergeordneten Aussparung um eine Aussparung in der Oberfläche des Gehäuses. Dies kann eine Aussparung in der Oberfläche einer Aussparung des Gehäuses oder in der Oberfläche zwischen Aussparungen sein. Dies weist eine ähnliche Wirkung des Erzeugens von Turbulenz zum Einschränken des Stroms auf. Die kleinere Aussparung und die untergeordnete Aussparung können wechselwirken, um die Turbulenz weiter zu erhöhen und den Strom weiter einzuschränken.
Die Flüssigkeit kann ein Kühlmittel sein. Das Gehäuse kann einen Teil eines Zylinderblocks einer Kraftmaschine eines Fahrzeugs ausbilden.
Die Pumpenanordnung kann eine Kreiselpumpe umfassen.
Ein anderer Aspekt der Erfindung stellt ein Fahrzeug bereit, das eine Pumpenanordnung, wie in den vorstehenden Absätzen beschrieben, umfasst.
Innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung ist es ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorstehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der bzw. den folgenden Beschreibung und Zeichnungen dargelegt sind, und insbesondere deren einzelne Merkmale, unabhängig oder in jeder Kombination aufgefasst werden können. Das heißt, dass alle Ausführungsformen und/oder Merkmale jeder Ausführungsform auf jede Art und Weise und/oder Kombination kombiniert werden können, außer wenn solche Merkmale unvereinbar sind. Die Anmelderin behält sich vor, jeden ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu ändern oder jeden neuen Anspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, jeden ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu ändern, um von einem Merkmal jedes anderen Patentanspruchs abzuhängen und/oder ein solches einzugliedern, obwohl ursprünglich nicht auf diese Weise beansprucht.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden nun Bezug nehmend auf die begleitenden Zeichnungen lediglich beispielhaft beschrieben, in denen:

1 eine Perspektivansicht eines Impellers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und eines Abschnitts eines Gehäuses einer Pumpenanordnung ist, in welcher der Impeller implementiert ist;
2 eine Seitenansicht des Impellers und des Gehäuseabschnitts ist, die in 1 dargestellt sind;
3 eine Seitenansicht eines Abschnitts des Gehäuses der Pumpenanordnung, die den Impeller von 1 umschließt, ist;
4 ein Querschnitt durch den Impeller und den Gehäuseabschnitt von 1 ist;
5 ein Querschnitt durch den Impeller und den Gehäuseabschnitt von 3 ist;
6 einen vergrößerten Schnitt der Ansicht von 5 zeigt, der Vorsprünge des Impellers, die in entsprechenden Aussparungen des Gehäuses der Pumpenanordnung aufgenommen sind, zeigt;
7 eine schematische Darstellung ist, die Vorsprünge des Impellers zeigt, die in entsprechenden Aussparungen des Gehäuses der Pumpenanordnung aufgenommen sind;

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf 1 bis 3 sind Komponenten einer Pumpenanordnung 10 zur Verwendung in einem Kraftmaschinenkühlungskreislauf eines Fahrzeugs gezeigt.
Die Pumpenanordnung 10 ist durch eine Kreiselpumpe 14 ausgebildet, die Kühlmittel in Form von Wasser an Komponenten einer Kraftmaschine des Fahrzeugs (nicht gezeigt) zur Kühlung umwälzt.
Die Pumpenanordnung 10 umfasst einen Impeller 16 und ein Pumpengehäuse 18. Der Impeller 16 ist innerhalb des Pumpengehäuses 18 angeordnet und ist, bezogen auf das Gehäuse 18, um eine Rotationsachse rotierbar. Bei Verwendung wird der Impeller 16 rotierend angetrieben, wodurch er von der Pumpenanordnung 10 von einem Kühler des Fahrzeugs (nicht gezeigt) aufgenommenes Kühlmittel hin zur Kraftmaschine des Fahrzeugs pumpt, um Kühlung bereitzustellen.
Das Pumpengehäuse 18 beinhaltet einen vorderen Abschnitt 20 und einen hinteren Abschnitt 22. Der Impeller 16 ist im vorderen Abschnitt 20 des Gehäuses 18 untergebracht und ist an einem ersten Ende 24 einer rotierbaren Welle 26 montiert. Die Welle 26 ist von einer Lageranordnung 28 rotierbar im Gehäuse 18 gehalten und erstreckt sich durch eine im hinteren Abschnitt 22 des Gehäuses 18 bereitgestellte Öffnung 30 aus dem Gehäuse 18 heraus. Ein Antriebselement 32 ist an einem zweiten Ende 34 der Welle 26, das sich außerhalb des Pumpengehäuses 18 befindet, befestigt und ist mit einer Kurbelwelle der Kraftmaschine (nicht gezeigt) über eine Riemenscheiben- oder Riemenbaugruppe (nicht gezeigt) gekoppelt. Bei Verwendung treibt die Kurbelwelle die Rotation des Antriebselements 32 und des Impellers 16 um eine Rotationsachse der Welle 26 über das Riemenscheiben- oder Riemensystem an. Es wird angemerkt, dass die Pumpenanordnung 10 bei anderen Ausführungsformen von einem Elektromotor angetrieben werden kann, beispielsweise, wenn die Baugruppe 10 in einem Hybrid-Fahrzeug beinhaltet ist.
Der vordere Abschnitt 20 des Gehäuses 18 beinhaltet ferner einen Einlass oder eine Ansaugleitung 36 zum Zuführen von Kühlmittel an die Pumpenanordnung 10 und einen Auslass oder eine Austragsleitung, von der ein Teil in 3 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 37 bezeichnet ist, von dem Kühlmittel aus der Pumpenanordnung 10 austritt und zu Kühlmitteldurchlässen der Kraftmaschine (nicht gezeigt) geleitet wird.
Der Impeller 16 ist am besten in den 1, 2 und 4 sichtbar. Der Impeller 16 beinhaltet eine vordere Ummantelung oder Platte 40, eine hintere Ummantelung oder - platte 42 und eine Vielzahl von Schaufeln 44, die sich dazwischen befinden. Die Vorderplatte 40 ist vom Einlass 36 des Gehäuses 18 nach hinten weggeneigt und die Rückplatte 42 ist im Allgemeinen flach. Es ist anzumerken, dass die Vorder- und Rückplatten 40, 42 bei anderen Ausführungsformen unterschiedlich ausgestaltet sein können. Eine mittige Öffnung 46 ist in der Vorderplatte 40 des Impellers 16 bereitgestellt und diese Öffnung 46 ist an der Rotationsachse der Welle 26 und dem Einlass 36 des Pumpengehäuses 18 ausgerichtet. Wie am besten in 2 sichtbar, beinhaltet der Impeller 16 ferner Umfangsöffnungen 48 um einen äußeren Rand 50 des Impellers 16. Die Schaufeln 44 des Impellers 16 sind im Allgemeinen gekrümmt und erstrecken sich von der mittigen Öffnung 46 zum äußeren Rand 50 des Impellers 16. Bei Verwendung tritt Kühlmittel in die Pumpenanordnung 10 durch den Einlass 36 des Gehäuses 18 ein und tritt durch die mittige Öffnung 46 der Vorderplatte 40 in den rotierenden Impeller 16 ein.
Während der Impeller 16 rotiert, wird Kühlmittel radial auswärts von der Mitte des Impellers 16 hin zu den umfangsseitigen Auslassöffnungen 48 des Impellers 16 gedrängt. Von hier aus tritt das Kühlmittel in eine Spirale 38 ein, die den Impeller 16 umgibt, und wird zum Auslass 37 des Gehäuses 18 und hin zur Kraftmaschine zum Kühlen geführt. Somit wird Kühlmittel vom Einlass 36 der Pumpenanordnung 10 hin zum Auslass 37 der Pumpenanordnung 10 gepumpt.
Ein Problem, das bei einer Pumpenanordnung 10 auftreten kann, betrifft den unerwünschten Strom von Kühlmittel entlang einer anderen Strecke als dem beabsichtigten Strömungsweg. Es ist beispielsweise möglich, dass ein Kühlmittel bei Verlassen des Impellers 16 zurück hin zum Einlass 36 des Gehäuses über den Raum zwischen der Vorderplatte 40 des Impellers 16 und dem Gehäuse 18, in dem der Impeller 16 umschlossen ist, fließt. Die Wirkung dessen besteht in einer Reduzierung des Wirkungsgrads der Pumpenanordnung 10. Somit wäre es vorzuziehen, den Strom von Kühlmittel entlang dieses Strömungswegs zu minimieren, d. h. entlang der Strecke zwischen dem Einlass 36 und dem Auslass 37 des Gehäuses 18, die nicht die beabsichtigte Strömungsstrecke des Kühlmittels ist, und den Anteil des durch den Auslass 37 beförderten Stroms zu minimieren. Ein Weg zum Reduzieren von unerwünschtem Strom von Kühlmittel vom Auslass 37 des Gehäuses 18 zurück hin zum Einlass 36 des Gehäuses 18 und somit zum Erhöhen des Wirkungsgrads des Systems besteht darin, den Abschnitt des Gehäuses 18, der hin zur Vorderplatte 40 des Impellers 16 zeigt, mit Aussparungen auszustatten, um einen Labyrinthdeckel bereitzustellen. Obwohl diese Abdeckung eine Dichtung bereitstellt, ist diese Konstruktion nicht tolerant gegenüber einem Radialversatz. Das heißt, dass ein Versatz zwischen der Längsachse des Einlasses und der Rotationsachse des Impellers die Dichtungseigenschaften bei einer Konstruktion, die einen solchen Labyrinthdeckel implementiert, beeinträchtigt. Der bzw. die erfindungsgemäße Impeller 16 und Pumpenanordnung 10 stellen eine Verbesserung zu dieser Konstruktion bereit, wie noch erläutert wird. Es lohnt sich hier anzumerken, dass, obwohl Labyrinthdichtungen bei stationären Wasserpumpen bereits implementiert worden sind, sie jedoch bei Automobilanwendungen nicht zuvor verwendet worden sind, wo unterschiedliche Strömungsraten erforderlich sind.
Nun insbesondere Bezug nehmend auf 1 und 2 ist der Impeller 16 mit einer Vielzahl von Vorsprüngen oder Erhebungen 54 ausgestattet, die im Allgemeinen zwischen dem Einlass 36 und dem Auslass 37 des Gehäuses 18 angeordnet sind, wenn die Pumpenanordnung 10 zusammengebaut wird. Bei Verwendung, wie nachstehend noch beschrieben wird, werden einer oder mehrere der Vorsprünge 54 in einer oder mehreren entsprechenden Aussparungen 56 des Gehäuses 18 aufgenommen, um einen gewundenen Strömungsweg 58 zwischen den Teilen 54, 56 vom Auslass zum Einlass zu definieren, der indirekt und mäandrierend ist, und es deshalb für das Kühlmittel schwierig ist, dort entlang zu fließen. Diese Strömungsstrecke oder -weg 58 ist am besten in 6 sichtbar. Basierend auf einem Druckabfall ergibt eine größere Strömungsrate bei den Pumpergebnissen ein wirksameres Labyrinth. Dies ist insbesondere für den Wirkungsgrad von Kraftmaschinen wichtig, die große Kühlströme erfordern.
Bei dieser Ausführungsform ist der Impeller 16 mit drei Vorsprüngen 54, obwohl es möglich ist, dass mehr oder weniger davon beinhaltet sind. Die Ausstattung mit einer größeren Anzahl von Vorsprüngen 54 am Impeller 16 kann dahingehend günstig sein, dass eine umständlichere Strömungsstrecke zwischen dem Einlass 36 und dem Auslass 37 des Gehäuses 18 bereitgestellt wird, wodurch der Strom von Kühlmittel entlang dieses Wegs weiter eingeschränkt wird.
Die Vorsprünge 54 erstrecken sich nach außen von einer äußeren Oberfläche 60 der Vorderplatte 40 des Impellers 16 in einer Richtung, die parallel zur Rotationsachse des Impellers 16 liegt, und erstrecken sich in Umfangsrichtung um die Rotationsachse des Impellers 16. Die Vorsprünge 54 sind an der äußeren Oberfläche 60 der Vorderplatte 40 radial beabstandet, um ein Muster von konzentrischen Ringen auszubilden, wie am besten in 1 sichtbar ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Vorsprünge 54 gleich voneinander beabstandet, doch bei anderen Ausführungsformen kann dies nicht der Fall sein. Es ist ebenfalls möglich, dass bei einigen Ausführungsformen ein radial innerster Vorsprung durch einen Verschleißring oder einen Kopfring ausgebildet ist.
Nun Bezug nehmend auf 4 und 6 ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung jeder der Vorsprünge 54 von rechteckigem Querschnitt. Die radiale Breite, w_R , jedes Vorsprungs 54 ist identisch und weist einen Wert von 3,4 mm auf. Die axiale Höhe, h_A , jedes der Vorsprünge 54 (definiert als das absolute Maß, in dem jeder Vorsprung 54 weg von der äußeren Oberfläche 60 der Vorderplatte 40 des Impellers 16 ragt), ist auch bei dieser Ausführungsform identisch und weist einen Wert von 4,5 mm auf. Es ist anzumerken, dass die vorliegende Ausführungsform nur ein mögliches Beispiel für die Größe und die Form der Vorsprünge 54 zeigt, doch sind innerhalb des erfinderischen Konzepts viele andere Größen und Formen möglich. Die axiale Höhe, h_A , und/oder die radiale Breite, w_R , von einem oder mehreren der Vorsprünge 54 könnten beispielsweise kleiner oder größer als bei anderen Ausführungsformen der Erfindung sein. Ferner könnte die allgemeine Form eines oder mehrerer der Vorsprünge 54 anders als bei anderen Ausführungsformen sein. Ein Beispiel für eine andere mögliche Form, welche die Vorsprünge 54 annehmen könnten, ist dreieckig, d. h. dies könnte einen dreieckigen Querschnitt hervorrufen. Es wird ebenfalls angemerkt, dass es nicht erforderlich ist, dass alle Vorsprünge 54 die gleiche Größe und Form aufweisen, sondern dass es möglich wäre, dass einer oder mehrere der Vorsprünge 54 unterschiedlich zu den anderen Vorsprüngen geformt und/oder bemessen sind.
Das Eingliedern von unterschiedlichen Formen, Größen und Konfigurierungen der Vorsprünge 54 kann günstig sein, um dem Strom von Kühlmittel eine aufwändigere und indirektere Strecke bereitzustellen. Es kann vorteilhaft sein, die Mehrzahl der Vorsprünge 54 mit einer Form auszustatten, die relativ leicht und kostengünstig herzustellen ist, und weniger Vorsprünge 54 mit einer komplexeren Form bereitzustellen, die schwieriger und/oder kostenaufwändiger herzustellen ist, doch die eine zusätzliche Ablenkung im Strömungsweg bereitstellt. Auf diese Weise kann ein Gleichgewicht zwischen der Leichtigkeit der Herstellung, den Kosten und der Effizienz der Leistung hergestellt werden.
Ferner kann das Aufweisen von unterschiedlich geformten und/oder bemessenen Vorsprüngen 54 bei der Montage des Impellers 16 an das Gehäuse 18 helfen. Wenn beispielsweise einer der Vorsprünge 54 des Impellers 16 einen dreieckigen Querschnitt definiert, die anderen Vorsprünge 54 jedoch rechteckige Querschnitte definieren, kann es hilfreich sein, wenn der dreieckige Vorsprung als ein Positioniermerkmal dient, um den Impeller 16 in der korrekten Position bezüglich des Gehäuses 18 anzuordnen.
Wie bereits angemerkt, werden die Vorsprünge 54 des Impellers 16 zumindest teilweise in entsprechenden Aussparungen 56 des vorderen Abschnitts 20 des Pumpenanordnungsgehäuses 18 aufgenommen. Bezug nehmend auf 3 zeigt dies einen vorderen Abschnitt der Pumpenanordnung 10, in dem der vordere Abschnitt 20 des Gehäuses 18, das den Impeller 16 umschließt, sichtbar ist. Der Einlass 36 des Gehäuses 18 ist im Allgemeinen an sowohl der mittigen Öffnung 46 des Impellers 16 als auch der Rotationsachse des Impellers 16 ausgerichtet und Übergänge gehen in einen Abdeckabschnitt 62 über, der die Vorderplatte 40 des Impellers 16 abdeckt. Der Abdeckabschnitt 62 ist bemessen, um im Wesentlichen zur Größe und Form der Vorderplatte 40 des Impellers 16 zu passen, jedoch mit einer Lücke 64 von geringem Spiel, die dazwischen bereitgestellt ist, um eine Rotation des Impellers 16 bezüglich des Gehäuses 18 zu gestatten. Der Auslass 37 des Gehäuse 18 ist am Umfang des Impellers 16 angeordnet.
Dieser Zwischenraum oder Lücke 64 zwischen dem Impeller und dem Gehäuse definiert die gewundene und schwierige Strömungsstrecke 58 für das Kühlmittel, wie zuvor erörtert, wodurch der Strom von Kühlmittel vom Auslass 37 des Gehäuses 18 zurück zum Einlass 36 gehemmt oder behindert wird. Das heißt, dass entsprechende der Vorsprünge 54 und der Aussparungen 56 das Kühlmittel gemeinsam daran hindern, beim Austreten aus dem Impeller 16 zurück hin zum Einlass 36 des Gehäuses 18 in einer Richtung zu fließen, die entgegengesetzt zur beabsichtigten Strömungsrichtung liegt. Auf diese Weise stellen die entsprechenden Vorsprünge 54 und Aussparungen 56 eine labyrinthartige Dichtung bereit.
Nun Bezug nehmend auf 6 und 7 sind die Aussparungen 56 in einer Innenfläche 66 des Gehäuses 18 ausgebildet und sind bemessen, um die entsprechenden Vorsprünge 54 mit dem dazwischenliegenden Zwischenraum 64 aufzunehmen. Bei dieser Ausführungsform umfasst das Gehäuse 18 drei Aussparungen 56 von identischer Größe und Form, wobei die Aussparungen 56 von rechteckigem Querschnitt sind und jede zumindest einen Abschnitt eines entsprechenden Vorsprungs 54 des Impellers 16 aufnimmt.
Bei Verwendung tritt Kühlmittel in die Pumpenanordnung 10 vom Einlass 36 des Gehäuses 18 ein und verläuft durch die mittige Öffnung 46 der Vorderplatte 40 und in den Impeller 16 hinein. Der Impeller 16 rotiert um die Rotationsachse der Welle 26, auf die er montiert ist, und Kühlmittel wird von der Mitte des Impellers 16 hin zum äußeren Rand 50 des Impellers 16 ausgeschleudert. Das Kühlmittel verläuft aus dem Impeller 16 durch die Umfangsöffnungen 48 und tritt aus der Pumpenanordnung 10 vom Auslass 37 des Gehäuses 18 über die Spirale 38 aus. Das Kühlmittel wird dann zur Kraftmaschine zum Kühlen geleitet.
Wie vorstehend erörtert, ist die Lücke 64 zwischen der Vorderplatte 40 des Impellers 16 und dem Abdeckabschnitt 62 des Gehäuses 18 bereitgestellt. Sobald Kühlmittel aus dem Impeller 16 ausgetreten ist, ist es dem Kühlmittel möglich, über diesen Zwischenraum 64 zurück hin zum Einlass 36 zu fließen, eher als aus dem Auslass 37 des Gehäuses 18, wie beabsichtigt. Aufgrund der entsprechenden Vorsprünge 54 und Aussparungen 56 des Impellers 16 bzw. Gehäuses 18 wird dieser unerwünschte Rückfluss hin zum Einlass 36 reduziert. Ferner ergibt die Einbindung von Vorsprüngen 54, um in jede der im Gehäuse 18 bereitgestellten Aussparungen 56 einzugreifen, eine größere Toleranz gegenüber einem Radialversatz der Rotationsachse des Impellers 16 (entsprechend der Rotationsachse der Welle 26) und der Längsachse des Gehäuseeinlasses 36. Bezug nehmend auf 7 geschieht dies, da eine Zunahme des Zwischenraums zwischen einer ersten Seite 68 eines Vorsprungs 54 und der Innenfläche 66 des Gehäuses 18, g₁ , durch eine Abnahme des Spielraums zwischen einer zweiten, entgegengesetzten Seite 70 des Vorsprungs 54 und der Innenfläche 66 des Gehäuses 18, g₂ , kompensiert wird. Auf diese Weise wird die Wirkung eines Radialversatzes auf die Dichtungseigenschaften, die durch die entsprechenden Vorsprünge 54 und Aussparungen 56 bereitgestellt sind, reduziert. Auf eine ähnliche Weise zu der in Hinsicht auf den Radialversatz vorstehend beschriebenen Wirkung wird die Wirkung eines Winkelversatzes der Rotationsachse des Impellers 16 und der Längsachse des Gehäuseeinlasses 36 durch die entsprechenden erfindungsgemäßen Vorsprünge 54 und Aussparungen 56 reduziert. Das heißt, dass eine Zunahme des Spielraums zwischen der ersten Seite 68 eines Vorsprungs 54 und der Innenfläche 66 des Gehäuses 18 an einer gegebenen Position entlang der Länge des Vorsprungs 54 durch eine Abnahme des Spielraums zwischen der zweiten, gegenüberliegenden Seite 70 des Vorsprungs 54 und der Innenfläche 66 des Gehäuses 18 an der gleichen gegebenen Position entlang der Länge des Vorsprungs 54 kompensiert wird. Die erfindungsgemäße Pumpenanordnung 10 benötigt somit eine weniger genaue Ausrichtung als bei vorherigen Konstruktionen notwendig.
Ferner stellt die Erfindung einen stabileren Wirkungsgrad des Betriebs der Pumpenanordnung 10 von niedrigen Pumpraten bis zu hohen Pumpraten bereit, was eine flachere Betriebskurve ergibt. Dadurch führt die Erfindung zu einer verbesserten Übereinstimmung der Produktion, sodass Variationen des Wirkungsgrads zwischen unterschiedlichen, erfindungsgemäß hergestellten Pumpenbaugruppen 10 reduziert werden. Dies wird mit Pumpenanordnungskonstruktionen verglichen, die beispielsweise, wie zuvor erörtert, einen Labyrinthdeckel verwenden, bei welchen der Spitzenwirkungsgrad bei mäßigen oder durchschnittlichen Pumpraten etwas höher liegen kann, doch lässt der Wirkungsgrad von dieser Pumprate schnell hin zu höheren oder niedrigeren Raten nach. Ferner geht der Wirkungsgrad dieser Labyrinthdeckelsysteme im Falle eines Versatzes des Impellers und des Gehäuses (d. h. eines Radial- und Winkelversatzes der Achsen des Impellers und des Gehäuses wie vorstehend beschrieben) schneller zurück als bei dem System der vorliegenden Erfindung. Somit ist die Erfindung besonders vorteilhaft, wenn sie bei größeren, stärkeren Fahrzeugen verwendet wird, die eine höhere Strömungsrate von Kühlmittel erfordern, bei denen die Pumpe 10 bei relativ höheren Pumpraten als den standardmäßigen betrieben werden kann.
Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, dem Strömungsweg 58 des Kühlmittels, der durch die Vorsprünge 54 des Impellers 16 und den Aussparungen 56 des Gehäuses 18 definiert wird, eine weitere Ablenkung bereitzustellen, indem am Impeller 16 und/oder am Gehäuse 18 weitere Aussparungen eingebunden werden. Auf diese Weise wird der Kühlmittelströmungsweg 58 weiter unterbrochen, wodurch sich eine sogar noch schwierigere Strecke für das Kühlmittel ergibt, die es entlang des Strömungswegs 58 zu durchlaufen hat.
Bei in den Zeichnungen nicht dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann beispielsweise eine Oberfläche von mindestens einem der Vorsprünge 54 des Impellers 16 oder eine Oberfläche des Impellers 16 zwischen angrenzenden Vorsprüngen 54 mit mindestens einer kleineren Aussparung bereitgestellt sein. Dementsprechend können eine oder mehrere untergeordnete Aussparungen in einer Oberfläche von mindestens einer der Aussparungen 56 des Gehäuses 18 oder in einer Oberfläche des Gehäuses 18, das sich zwischen angrenzenden Aussparungen 56 des Gehäuses 18 befindet, bereitgestellt sein. Bei Ausführungsformen, die mindestens eine kleinere Aussparung des Impellers 16 und mindestens eine untergeordnete Aussparung des Gehäuses 18 beinhalten, ist es diesen Aussparungen möglich, aneinander ausgerichtet oder zueinander versetzt zu liegen.
Es versteht sich, dass an den vorstehenden Beispielen und Ausführungsformen zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung, wie in den begleitenden Ansprüchen definiert, abzuweichen.

Claims

Pumpenanordnung für einen Flüssigkeitskreislauf einer Kraftmaschine eines Fahrzeugs, umfassend einen Impeller und ein Gehäuse, wobei der Impeller bezogen auf das Gehäuse rotierbar ist und der Impeller eine Vielzahl von Vorsprüngen, die an radial beabstandeten Stellen, bezogen auf eine Rotationsachse des Impellers, bereitgestellt sind, umfasst, wobei sich die Vorsprünge axial von einer Oberfläche des Impellers und in Umfangsrichtung um die Rotationsachse des Impellers erstrecken, wobei mindestens einer der Vorsprünge ausgestaltet ist, um zumindest teilweise in einer Aussparung aufgenommen zu werden, die in dem Gehäuse bereitgestellt ist, sodass durch den Vorsprung und die jeweilige Aussparung ein Strömungsweg bereitgestellt ist, wobei der Strömungsweg eine gewundene Strömungsstrecke für eine Flüssigkeit zwischen einem Einlass und einem Auslass der Pumpenanordnung bereitstellt, um den Flüssigkeitsstrom entlang des Strömungswegs einzuschränken und somit den Flüssigkeitsstrom vom Auslass zurück hin zum Einlass in einer Richtung, die der beabsichtigten Richtung des Stroms entgegengesetzt ist, zu minimieren.
Impeller zur Verwendung in einer Pumpenanordnung nach Anspruch 1.
Impeller nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei mindestens einer der Vorsprünge einen von dem oder jedem der anderen Vorsprünge verschiedenen Querschnitt aufweist.
Impeller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein radial innerster der Vorsprünge durch einen Verschleißring definiert ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Aussparungen im Gehäuse selbst mit mindestens einer untergeordneten Aussparung bereitgestellt ist, um eine weitere Ablenkung innerhalb des Strömungswegs zu definieren.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 5, wobei mindestens eine Oberfläche des Gehäuses, die sich zwischen angrenzenden Aussparungen befindet, mit mindestens einer untergeordneten Aussparung bereitgestellt ist, um eine weitere Ablenkung innerhalb des Strömungswegs zu definieren.
Pumpenanordnung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei mindestens einer der Vorsprünge des Impellers mit mindestens einer kleineren Aussparung bereitgestellt ist, um eine Ablenkung innerhalb des Strömungswegs zu definieren, und mindestens eine kleinere Aussparung des Impellers an einer untergeordneten Aussparung des Gehäuses ausgerichtet ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei mindestens einer der Vorsprünge des Impellers mit mindestens einer kleineren Aussparung bereitgestellt ist, um eine Ablenkung innerhalb des Strömungswegs zu definieren, und mindestens eine kleinere Aussparung des Impellers zu einer untergeordneten Aussparung des Gehäuses versetzt liegt.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Gehäuse einen Teil eines Zylinderblocks oder eines Zylinderkopfs einer Kraftmaschine eines Fahrzeugs ausbildet.
Fahrzeug, umfassend die Pumpenanordnung nach Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 5 bis 9.