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Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere für einen Flüssigkeitskreislauf in einem Fahrzeug, zum Beispiel eine Kühlmittelpumpe mit einem mehrteiligen Gehäuse, das einen Einlass, eine Pumpenkammer, einen Auslass und eine Motorkammer aufweist, wobei in der Pumpenkammer ein Laufrad angeordnet ist, das von einem Rotor, der in der Motorkammer angeordnet ist, angetrieben wird.
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Aus dem Dokument
DE 10 2011 055 599 A1 und aus der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen
DE 10 2018 125 031 sind solche Pumpen bekannt. Diese weisen ein mehrteiliges Gehäuse mit einer Pumpenkammer, einer Motorkammer und einer Elektronikkammer auf. In der Pumpenkammer ist ein Laufrad angeordnet, dass von einem Motor, der in der Motorkammer angeordnet ist, angetrieben wird. In der Elektronikkammer ist eine elektrische Schaltung vorgesehen, mit welcher der Motor gesteuert und/oder geregelt werden kann.
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Das Laufrad und ein Rotor des Motors sind über eine Welle miteinander verbunden. Die Welle ist durch eine Wand des Gehäuses geführt, durch welche die Pumpenkammer und die Motorkammer voneinander getrennt sind. In der Wand ist eine Lagerbuchse vorgesehen, in welcher die Welle und auch der Rotor und das Laufrad drehbar gelagert sind.
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Für die Verbesserung der Lagerung hat es aus der Fachliteratur bekannte Lösungen gegeben, auf der dem Einlass zugewandten Seite des Laufrades einen Kranz vorzusehen, der in den im Querschnitt kreisförmigen Einlass hineinragt, der koaxial zur Welle vorgesehen ist. Der Kranz könnte eine verbesserte Führung der rotierenden Teile, nämlich des Rotors, der Welle und des Laufrades bewirken. Diese Idee hat im Betrieb der Pumpe aber den Nachteil, dass die über den Einlass in die Pumpenkammer einströmende Flüssigkeit durch den am Laufrad vorgesehenen Kranz in Rotation versetzt wird. Diese Rotation führt jedoch zu einer Herabsetzung des hydraulischen Wirkungsgrads, da die Erhöhung des Dralls durch das Laufrad bei einer bereits vor Eintritt in die Laufradkanäle in Rotation versetzten Flüssigkeit geringer ist als bei einer nicht rotierenden oder fast nicht rotierenden Flüssigkeit.
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Ein weiterer Nachteil bekannter Dichtung ist ein Flüssigkeitsstrom, der durch einen Spalt zwischen dem Laufrad und dem Gehäuse von der Pumpenkammer zum Einlass fließen kann und so die Effizienz der Pumpe beeinträchtigt.
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Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die Lagerung der rotierenden Teile einer Pumpe eingangs genannter Art ohne Herabsetzung des hydraulischen Wirkungsgrades zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Laufrad koaxial zu seiner Drehachse auf einer dem Einlass zugewandten Seite wenigstens einen den Einlass umschließenden Kranz und das Gehäuse einer der Pumpenkammer zugewandten Seite und koaxial zur Drehachse des Laufrades wenigstens eine Ringnut aufweist, in die der Kranz eingreift, oder dass das Laufrad koaxial zu seiner Drehachse auf einer dem Einlass zugewandten Seite und koaxial zur Drehachse des Laufrades wenigstens eine den Einlass umschließende Ringnut und das Gehäuse wenigstens einen der Pumpenkammer zugewandten Kranz aufweist, der in die Ringnut eingreift.
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Durch das Ineinandergreifen des Kranzes des Laufrades und der Ringnut des Gehäuses bzw. des Kranzes des Gehäuses und der Ringnut des Laufrades wird eine Dichtung zwischen dem Einlass und der Pumpenkammer hergestellt. Die Dichtung kann eine Labyrinthdichtung sein oder einer Labyrinthdichtung ähnlich sein. Durch diese Dichtung wird ein Flüssigkeitsstrom zwischen der Pumpenkammer und dem Einlass reduziert und der Wirkungsgrad der Pumpe erhöht.
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Durch den Kranz des Laufrades, der nicht in den Einlass, sondern in eine Ringnut des Gehäuses, die den Einlass umschließt, oder alternativ dazu durch den den Einlass umschließenden Kranz des Gehäuses, der in eine Ringnut des Laufrades eingreift, kann eine erfindungsgemäße Pumpe ein zweites Lager für die rotierenden Teile der Pumpe aufweisen, welches die Lagerung der rotierenden Teile der Pumpe unterstützt. Dieses zweite Lager führt zu einer größeren Laufruhe der rotierenden Teile und führt auch dadurch zu einer Verbesserung im akustischen Verhalten der Pumpe. Die von der Pumpe in deren Betrieb erzeugten Schallemissionen sind durch das zweite Lager geringer und/oder angenehmer.
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Auch das Gehäuse einer erfindungsgemäßen Pumpe kann eine Wand aufweisen, die die Pumpenkammer und die Motorkammer voneinander trennt. Der Rotor oder das Laufrad einer erfindungsgemäßen Pumpe kann eine Welle umfassen. Die Welle kann in einer Buchse in der die Pumpenkammer und die Motorkammer trennenden Wand des Gehäuses drehbar gelagert sein, die Buchse und die Welle können das erste Lager einer erfindungsgemäßen Pumpe bilden. Weitere Lager können vorgesehen sein.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Pumpe,
- 2 einen Längsschnitt durch die Pumpe aus 1 und
- 3 den Längsschnitt wie in 2, jedoch mit durch Pfeile gekennzeichnetem Weg der Flüssigkeit durch die Pumpe.
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Die erste Pumpe weist ein mehrteiliges Gehäuse auf, das ein Pumpengehäuse 10, ein Motorgehäuse 20, ein Elektronikgehäuse 30 und einen Deckel 40 aufweist, wobei in dem Elektronikgehäuse 30 ein Stator 50 eines Motors der Pumpe vorgesehen ist. Der Motor der Pumpe wird durch einen Rotor 60 vervollständigt, der an dem Motorgehäuse 20 drehbar gelagert ist und in den der Stator 50 eintaucht. Der Stator 50 wiederum taucht in das Motorgehäuse 20 ein. Ferner ist ein Schaltungsträger 70 vorgesehen, auf dem eine elektronische Schaltung 80 vorgesehen ist, über die der Motor mit elektrischer Energie versorgt wird und gesteuert wird. Eine Elektronikkammer E, in der der Schaltungsträger 70 und die Schaltung 80 angeordnet sind, wird von dem Elektronikgehäuse 30 und dem Deckel 40 des Gehäuses begrenzt.
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Die Gehäuseteile können aus Kunststoff hergestellt sein, zum Beispiel aus Vyncolit. Der Stator 50 ist in dem Elektronikgehäuse 30, vorzugsweise in einer ersten Wand 301 eingegossen, die von einer Schürze des Elektronikgehäuses 30 gebildet ist.
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Durch nicht dargestellte Schrauben sind das Pumpengehäuse 10 und das Motorgehäuse 20 miteinander verbunden. Durch ebenfalls nicht dargestellte Schrauben sind der Deckel 40 und das Elektronikgehäuse 30 und das Elektronikgehäuse 30 und das Motorgehäuse 20 miteinander verbunden.
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Um eine druckfestere Verbindung zwischen dem Pumpengehäuse 10 und dem Motorgehäuse 20 zu erzielen, weist ein Flansch 101 des Pumpengehäuses 10 einen umlaufenden Steg 102 auf, der in eine Ringnut 203 des Motorgehäuses formschlüssig eingreift, die in einem ersten Flansch 201 des Motorgehäuses 20 vorgesehen ist. Dadurch kann eine Aufdehnung des Pumpengehäuses 10 und des Motorgehäuses 20 im Betrieb der Pumpe aufgrund des dort herrschenden Druckes vermieden oder zumindest reduziert werden.
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Das Pumpengehäuse 10 und eine Wand 204 des Motorgehäuses, nämlich eine zweite Wand, die von einer Motorwelle 601 durchragt wird, schließen eine Pumpenkammer P ein, in der sich das Laufrad 90 befindet. Die Pumpenkammer P ist über einen Ansaugstutzen 103 des Pumpengehäuses 10 mit einer Leitung verbindbar, über die die zu pumpende Flüssigkeit angesaugt wird. Der Ansaugstutzen 103 ist koaxial zu einer Rotationsachse des Rotors 60 angeordnet.
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Die Pumpenkammer
P ist über einen Auslassstutzen
104 mit einer Leitung verbindbar, in die die gepumpte Flüssigkeit gedrückt wird. Eine Außenwand des Pumpengehäuses
10 und das Laufrad
90 begrenzen einen Spiralraum
S, der sich zu dem Auslass der Pumpenkammer spiralartig erweitert. Das Laufrad
90 ist auf an sich bekannte Art ausgebildet, zum Beispiel auf eine in dem Dokument
DE 10 2011 055 599 A1 ,
2,
3 oder
5 dargestellte Art, auf die zur näheren Erläuterung eines für eine erfindungsgemäße Pumpe in Frage kommenden Laufrades
90 verwiesen wird.
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Die Pumpe weist ein Laufrad 90 auf, das in dem Pumpengehäuse 10 drehbar angeordnet und dazu auf einer Welle 601 des Rotors 60 befestigt ist, die in das Pumpengehäuse 10 hineinragt.
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Das Laufrad 90 weist auf einer dem Motorgehäuse 20 abgewandten Seite einen Kranz 903 auf. Der Kranz 903 greift in eine Ringnut 106 in dem Pumpengehäuse 10 ein. Die Ringnut 106 und der Kranz 903 haben einen größeren Durchmesser als der freie Querschnitt des Einlassstutzens 103. Der Kranz 903 behindert einen Flüssigkeitsstrom aus dem Einlassstutzen 103 in die Pumpenkammer P daher nicht. Da der Kranz 903 in die Ringnut 106 eintaucht, kommt der Kranz 903 auch nicht mit der einströmenden Flüssigkeit in Kontakt. Eine Bewegung des Kranzes 903 hat daher keinen Einfluss auf die einströmende Flüssigkeit.
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Der Kranz 903 des Laufrades 90 ist in der Ringnut 106 des Pumpengehäuses 10 geführt.
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Zwischen dem Kranz 903 und einer inneren Wand 108 der Ringnut 104 und zwischen dem Kranz 903 und einer äußeren Wand 107 der Ringnut 106 liegt ein innerer bzw. ein äußerer Ringspalt vor. Der in die Ringnut 106 eintauchende Kranz 903 verhindert einen Flüssigkeitsstrom an dem Laufrad 90 vorbei vom Ansaugstutzen 103 zum Auslass. Allenfalls ein kleiner Leckstrom ist über die Ringspalte möglich.
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Das Laufrad 90 hat eine Buchse 901, vorzugsweise aus Metall, mit einem zentralen Durchgangsloch, in das die Rotorwelle 601 eingesteckt ist, so dass das Laufrad 90 mit der Buchse 901 drehfest, vorzugsweise im Presssitz, auf der Rotorwelle 601 sitzt. Parallel zu dem zentralen Durchgangsloch der Buchse 901 weist der Rotor Durchgangslöcher 902 auf, durch die eine Flüssigkeit von einer dem Motorgehäuse 20 zugewandten Seite des Laufrades 90 auf eine dem Einlass zugewandten Seite des Laufrades 90 strömen kann.
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In der bereits erwähnten Wand 204, die von der Rotorwelle 601 durchragt wird, ist eine Buchse 206 vorgesehen, die als Lager der Rotorwelle 601 dient. Die Buchse 206 zur Lagerung der Rotorwelle ist in die bereits erwähnte Wand 204 eingesetzt und fest mit dem übrigen Motorgehäuse 20 verbunden. Die Buchse 206 hat ein Durchgangsloch, dessen Querschnitt der Rotorwelle 601 angepasst ist. Axial können in der Wand des Durchgangslochs eine oder mehrere Nuten (nicht dargestellt) vorgesehen sein, durch die bei eingesetzter Rotorwelle 601 eine Flüssigkeit zwischen der Pumpenkammer P und einer vom Motorgehäuse 20 und der Schürze 301 begrenzten Motorkammer M und umgekehrt fließen kann. Kleine Mengen der durch die Nuten 207 geführten Flüssigkeit werden bei Rotation des Rotors von der Welle 601 mitgenommen und sorgen für eine Schmierung zwischen der Rotorwelle 601 und der Buchse 206.
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In der Wand 204, die von der Rotorwelle 601 durchragt wird, sind im Bereich des Spiralraums S ein oder mehrere Durchgangslöcher 208 vorgesehen, die eine Verbindung zwischen dem Spiralraum S und einem von dem Motorgehäuse 20, der Schürze 301 und einer Stirnwand 303 des Elektronikgehäuses 30 begrenzten Ringkammer R schafft bzw. schaffen. Eine Flüssigkeit kann durch die Durchgangslöcher 208 aus dem Spiralraum, der auf der Hochdruckseite des Laufrades 90 liegt, in die Ringkammer R gefördert werden.
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Die Ringkammer R ist durch ein oder mehrere radiale Durchgangslöcher 304 in der Schürze 301 mit der Motorkammer M verbunden. Die Durchgangslöcher 304 sind in der Nachbarschaft zu der Stirnwand 303 vorgesehen. Eine Flüssigkeit, die aus der Ringkammer R in die Motorkammer M übertritt, kann durch die Motorkammer M, zum Beispiel durch einen Spalt zwischen dem Rotor 60 und der Schürze 301 zu der bezogen auf den Rotor 60 der Pumpenkammer P zugewandten Seite der Motorkammer M gefördert werden.
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Bei der Pumpe sind in einem Bereich des Rotors 60 zwischen der Welle und dem Permanentmagneten erste Durchgangslöcher 603 und zweite Durchgangslöcher 604 vorgesehen. Die ersten Durchgangslöcher 603 erstrecken sich parallel zur Welle 601 in einem Bereich unmittelbar benachbart zur Welle 601. Die zweiten Durchgangslöcher 603 sind radial weiter von der Rotorwelle 601 entfernt und damit näher an einem Permanentmagneten, der im Rotor eingebettet ist. Beide Durchgangslöcher verbinden einen Raum der Motorkammer auf einer ersten Seite des Rotors und einen Raum der Motorkammer auf einer zweiten Seite des Rotors.
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Durch die Durchgangslöcher 603, 604 im Rotor 60, die bereits erwähnten und optional vorgesehenen Nuten in der Lagerbuchse 206 der Rotorwelle 601, Durchgangslöcher 209 in der Wand 204 und die Durchgangslöcher 902 im Laufrad 90 kann die Flüssigkeit auf die Einlassseite des Laufrades 90, also auf die Niederdruckseite des Laufrades 90 gefördert werden (siehe 3). Es besteht damit eine durchgehende Verbindung von dem Spiralraum S, also der Hochdruckseite der Pumpenkammer P, über die Durchgangslöcher 208 zwischen dem Spiralraum S und der Ringkammer R in die Ringkammer R, von dort aus über die Durchgangslöcher 304 zwischen der Ringkammer R und der Motorkammer M in die Motorkammer M und von der Motorkammer M über die Durchgangslöcher 603, 604 und ggf. über die Nuten 207 in der Lagerbuchse 206, die Durchgangslöcher 209 und die Durchgangslöcher 902 in der Buchse 901 des Laufrades 90 zur Einlassseite des Laufrades 90, der Niederdruckseite der Pumpenkammer P. Im Betrieb der Pumpe stellt sich entlang diesen Weges ein Flüssigkeitsstrom ein, der zwar deutlich kleiner ist als der von der Pumpe in den Auslass geförderte Strom, aber so groß ist, um bei einem Nennbetrieb eine ausreichende Kühlung der Pumpe zu erreichen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Pumpengehäuse
- 101
- Flansch
- 102
- Steg
- 103
- Ansaugstutzen
- 104
- Auslassstutzen
- 106
- Ringnut
- 107
- äußere Wand
- 108
- innere Wand
- 20
- Motorgehäuse
- 201
- erste Flansch
- 203
- Ringnut
- 204
- zweite Wand
- 206
- Buchse
- 207
- Nuten
- 208
- Durchgangslöcher
- 209
- Durchgangslöcher
- 30
- Elektronikgehäuse
- 301
- Schürze, erste Wand
- 303
- Stirnwand
- 304
- Durchgangslöcher
- 40
- Deckel
- 50
- Stator
- 60
- Rotor
- 601
- Rotorwelle
- 603
- erste Durchgangslöcher
- 604
- zweite Durchgangslöcher
- 70
- Schaltungsträger
- 80
- Schaltung
- 90
- Laufrad
- 901
- Buchse
- 902
- Durchgangslöcher
- 903
- Kranz
- E
- Elektronikkammer
- P
- Pumpenkammer
- S
- Spiralraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011055599 A1 [0002, 0017]
- DE 102018125031 [0002]
