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Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Kühlmittelpumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2010 053 510 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Kühlmittelpumpe weist wenigstens ein Gehäuseelement auf, welches zumindest einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Zuführkanal aufweist beziehungsweise bildet oder begrenzt. Dabei ist das Kühlmittel vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit, welche beispielsweise zumindest teilweise Wasser umfassen kann. Die Kühlmittelpumpe weist außerdem ein Pumpenrad auf, welches um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuseelement drehbar ist. Durch um die Drehachse relativ zu dem Gehäuseelement erfolgendes Drehen des Pumpenrads kann mittels des Pumpenrads das Kühlmittel gefördert werden. Dabei ist dem Pumpenrad das den Zuführkanal durchströmende Kühlmittel über den Zuführkanal zuführbar. Mit anderen Worten wird das den Zuführkanal durchströmende Kühlmittel mittels des Zuführkanals zu dem Pumpenrad geleitet, sodass das den Zuführkanal durchströmende Kühlmittel das Pumpenrad anströmt und mittels des Pumpenrads gefördert wird.
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Des Weiteren ist der
DE 103 14 526 A1 eine Kühlmittelpumpe für einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor als bekannt zu entnehmen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühlmittelpumpe der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders wirkungsgradgünstiger Betrieb der Kühlmittelpumpe realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Kühlmittelpumpe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders wirkungsgradgünstiger Betrieb der Kühlmittelpumpe realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kühlmittelpumpe ein separat von dem Gehäuseelement und separat von dem Pumpenrad ausgebildetes und an dem Gehäuseelement festgelegtes Einsatzteil aufweist. Dadurch, dass das Einsatzteil an dem Gehäuseelement festgelegt ist, ist das Einsatzteil relativ zu dem Gehäuseelement unbeweglich. Somit ist das Pumpenrad, welches einfach auch als Rad oder Laufrad bezeichnet wird, um die Drehachse relativ zu dem Einsatzteil drehbar. Das Einsatzteil weist eine insbesondere in Strömungsrichtung des den Zuführkanal durchströmenden und entlang der Strömungsrichtung das Pumpenrad anströmenden Kühlmittels zwischen dem Gehäuseelement und dem Pumpenrad angeordnete und dem Pumpenrad zugewandte Gegenkontur für das Pumpenrad auf. Die Gegenkontur wird auch als Radgegenkontur bezeichnet und ist beispielsweise eine erste Kontur, die einer der ersten Kontur zugewandten zweiten Kontur des Pumpenrads zugewandt ist und an die zweite Kontur des Pumpenrads angepasst ist. Somit ist beispielsweise die Gegenkontur als eine Positiv- oder Negativkontur ausgebildet, die mit der als Negativbeziehungsweise Positivkontur ausgebildeten und auch als Radkontur bezeichneten zweiten Kontur korrespondiert beziehungsweise an die Radkontur angepasst ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt folgt beispielsweise die Radgegenkontur der Radkontur insbesondere in einem vorgebbaren oder vorgebbaren Abstand, insbesondere derart, dass ein zwischen den Konturen angeordneter und somit einerseits durch die Radkontur und andererseits durch die Radgegenkontur begrenzter Spalt zumindest im Wesentlichen konstant ist.
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Das vorzugsweise einstückig ausgebildete Einsatzteil weist außerdem ein zumindest teilweise in den Zuführkanal hineinragendes, das heißt zumindest teilweise in dem Zuführkanal angeordnetes Leitgitter auf, mittels welchem das von dem Zuführkanal zu dem Pumpenrad strömende und dabei das Leitgitter an- und umströmende Kühlmittel zu leiten ist beziehungsweise geleitet wird.
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Vorzugsweise ist die Kühlmittelpumpe Bestandteil eines sogenannten Wasserölmoduls, mittels welchem das vorzugsweise flüssige Kühlmittel zu fördern ist. Beispielsweise wird das Kühlmittel genutzt, um eine Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs zu kühlen. Das Wasserölmodul kann dabei beispielsweise einen Ölkühler aufweisen, mittels welchem ein auch als Motoröl bezeichnetes Öl zum Schmieren und/oder Kühlen der Verbrennungskraftmaschine gekühlt werden kann.
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Das Kühlmittel kann eine einfach auch als Flüssigkeit bezeichnete Kühlflüssigkeit sein, welche zumindest teilweise Wasser aufweisen beziehungsweise durch Wasser gebildet sein kann. Daher wird das Kühlmittel beispielsweise auch als Kühlwasser bezeichnet, sodass die Kühlmittelpumpe auch als Wasserpumpe bezeichnet wird. Der Erfindung liegen dabei die Erkenntnisse zugrunde, dass die Effizienz beziehungsweise der Wirkungsgrad der Kühlmittelpumpe von deren Ansaugbereich beziehungsweise von der Radgegenkontur beeinflusst werden kann. In dem genannten Ansaugbereich sind beispielsweise der Zuführkanal und das Leitgitter angeordnet, da beispielsweise während eines Betriebs der Kühlmittelpumpe das sich während des Betriebs um die Drehachse relativ zu dem Gehäuseelement und relativ zu dem Einsatzteil drehende Pumpenrad das Kühlmittel in beziehungsweise aus dem Ansaugbereich ansaugt und dadurch zu sich hin fördert. Die Erfindung ermöglicht eine besonders vorteilhafte Gestaltung des Ansaugbereichs, sodass ein besonders effizienter beziehungsweise wirkungsgradgünstiger Betrieb der Kühlmittelpumpe dargestellt werden kann. Außerdem kann der Ansaugbereich bedarfsgerecht beziehungsweise flexibel gestaltet werden, da das Einsatzteil separat von dem Gehäuseelement ausgebildet und somit, insbesondere reversibel, das heißt zerstörungsfrei, von dem Gehäuseelement gelöst und durch ein anderes, weiteres Einsatzteil ersetzt werden kann. Insbesondere hat der Ansaugbereich Einfluss auf den Wirkungsgrad und die Kavitationsgrenze der Kühlmittelpumpe. Das Einsatzteil ist ein Bauteil, in welchem die Radgegenkontur mit einem strömungsgünstigen Element in Form des Leitgitters kombiniert ist. Da das Leitgitter zumindest teilweise in den auch als Ansaugkanal bezeichneten Zuführkanal hineinragt, ist das Leitgitter zumindest teilweise in dem Ansaugkanal angeordnet. Dadurch kann das von dem Ansaugkanal hin zu dem Pumpenrad strömende Kühlmittel besonders vorteilhaft und strömungsgünstig geleitet werden. Außerdem kann der zuvor genannte Spalt zwischen der Radgegenkontur und der Radkontur vorteilhaft gestaltet werden, sodass ein besonders wirkungsgradgünstiger Betrieb der Kühlmittelpumpe darstellbar ist. Außerdem ist es möglich, den Ansaugkanal selbst strömungsoptimiert beziehungsweise strömungsgünstig zu gestalten, sodass eine strömungsgünstige Anströmung des Pumpenrads gewährleistet werden kann.
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Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen lässt sich eine Reduktion der Leistungsaufnahme der Kühlmittelpumpe realisieren, sodass die Verbrennungskraftmaschine besonders kraftstoffverbrauchsgünstig betrieben werden kann. Außerdem lassen sich vorteilhafte Werkstoffkombinationen, Fertigungsverfahren und Gestaltungen des Spalts realisieren, sodass die Kosten der Kühlmittelpumpe besonders gering gehalten werden können.
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Insbesondere ermöglicht das Leitgitter im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine gleichmäßigere Anströmung des Pumpenrads und/oder eine Anströmung des Pumpenrads unter einem günstigeren Winkel, sodass ein verbesserter Wirkungsgrad darstellbar ist. Außerdem lässt sich der Wirkungsgrad durch eine Optimierung des Spalts realisieren, insbesondere durch entsprechende Fertigung und/oder Werkstoffwahl und/oder Gestaltung. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen kann darüber hinaus die Kavitationsneigung reduziert werden, insbesondere durch eine verbesserte Anströmung des Pumpenrads.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe für ein Kraftfahrzeug;
- 2 eine schematische und perspektivische Draufsicht eines Einsatzteils der Kühlmittelpumpe;
- 3 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht der Kühlmittelpumpe;
- 4 eine schematische und perspektivische Unteransicht des Einsatzteils;
- 5 eine schematische und perspektivische Draufsicht des Einsatzteils; und
- 6 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Draufsicht eines Gehäuseelements der Kühlmittelpumpe.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine Kühlmittelpumpe 10 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Kühlmittelpumpe 10 aufweist. Außerdem weist das Kraftfahrzeug beispielsweise in seinem vollständig hergestellten Zustand eine auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine auf, mittels welcher das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, kann mittels der auch als Wasserpumpe bezeichneten Kühlmittelpumpe 10 ein vorzugsweise als Flüssigkeit ausgebildetes und vorzugsweise zumindest Wasser aufweisendes Kühlmittel durch einen Kühlkreislauf hindurchgefördert werden. In dem Kühlkreislauf ist die Verbrennungskraftmaschine angeordnet, sodass die Verbrennungskraftmaschine mittels des Kühlmittels gekühlt werden kann. Die Kühlmittelpumpe 10 ist beispielsweise Bestandteil eines Wasserölmoduls. Das Wasserölmodul kann beispielsweise einen Ölkühler aufweisen, mittels welchem ein auch als Motoröl bezeichnetes Öl zum Schmieren und/oder Kühlen der Verbrennungskraftmaschine gekühlt werden kann. Die Kühlmittelpumpe 10 weist wenigstens ein beispielsweise einstückig ausgebildetes Gehäuseelement 12 auf, welches zumindest einen von dem genannten Kühlmittel durchströmbaren Zuführkanal 14 aufweist. Vorliegend ist zumindest ein Längenbereich des Zuführkanals 14 direkt durch das Gehäuseelement 12 begrenzt.
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Die Kühlmittelpumpe 10 weist außerdem ein auch als Laufrad oder Rad bezeichnetes Pumpenrad 16 auf, welches um eine Drehachse 18 relativ zu dem Gehäuseelement 12 drehbar ist. Dabei ist das Kühlmittel durch Drehen des Pumpenrads 16 zu fördern. Mit anderen Worten, um das Kühlmittel durch den Zuführkanal 14 und durch den Kühlkreislauf hindurchzufördern, wird das Pumpenrad 16 um die Drehachse 18 relativ zu dem Gehäuseelement 12 gedreht. Dabei ist dem Pumpenrad 16 das den Zuführkanal 14 durchströmende Kühlmittel über den Zuführkanal 14 zuführbar. Dabei ist zumindest ein Teil des Zuführkanals 14 in einem in Strömungsrichtung des den Kühlkreislauf durchströmenden Kühlmittels stromauf des Pumpenrads 16 angeordneten Ansaugbereich angeordnet, in dem beziehungsweise über den das Pumpenrad 16 dann, wenn es um die Drehachse 18 relativ zu dem Gehäuseelement 12 gedreht wird, das Kühlmittel ansaugt und dadurch zu sich hin fördert. Ein in den Fig. nicht erkennbarer Druckbereich ist in Strömungsrichtung des den Kühlkreislauf durchströmenden Kühlmittels stromab des Pumpenrads 16 angeordnet, wobei das Pumpenrad 16 das durch das Pumpenrad 16 geförderte Kühlmittel über den genannten Druckbereich von dem Pumpenrad 16 weg fördert.
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Während eines Betriebs der Kühlmittelpumpe 10, wobei während des Betriebs das Pumpenrad 16 um die Drehachse 18 relativ zu dem Gehäuseelement 12 gedreht wird, um dadurch mittels des Pumpenrads 16 das Kühlmittel zu fördern, strömt das Kühlmittel das Pumpenrad 16 beispielsweise in axialer Richtung des Pumpenrads 16 an, das in axialer Richtung mit der Drehachse 18 zusammenfällt.
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Um nun einen besonders wirkungsgradgünstigen Betrieb der Kühlmittelpumpe 10 realisieren zu können, weist die Kühlmittelpumpe 10 ein vorzugsweise einstückig ausgebildetes, separat von dem Gehäuseelement 12 und separat von dem Pumpenrad 16 ausgebildetes Einsatzteil 20 auf, welches an dem Gehäuseelement 12 festgelegt und somit relativ zu dem Gehäuseelement 12 unbeweglich ist. Vorzugsweise ist das Gehäuseelement 12 aus einem Kunststoff gebildet. Ferner ist es denkbar, dass das Gehäuseelement 12 durch Spritzgießen, insbesondere durch Kunststoff-Spritzgießen, hergestellt und somit als Spritzgussteil, das heißt insbesondere als Kunststoff-Spritzgussteil, ausgebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass das Einsatzteil 20 aus einem Kunststoff gebildet ist. Außerdem ist es möglich, dass das Einsatzteil 20 durch Spritzgießen, insbesondere durch Kunststoff-Spritzgießen, hergestellt und somit als Spritzgussteil, insbesondere als Kunststoff-Spritzgussteil, ausgebildet ist.
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Das Einsatzteil 20 weist eine zwischen dem Gehäuseteil 12 und dem Pumpenrad 16 angeordnete und dem Pumpenrad 16 zugewandte Gegenkontur 22 für das Pumpenrad 16 auf. Die Gegenkontur 22 wird auch als Radgegenkontur bezeichnet und ist an eine der Radgegenkontur zugewandte Radkontur 24 des Pumpenrads 16 angepasst, insbesondere derart, dass durch die Radgegenkontur und die Radkontur 24, welche zusammenfassend auch als Konturen bezeichnet werden, ein zwischen den Konturen und somit zwischen dem Pumpenrad 16 und dem Einsatzteil 20 angeordneter beziehungsweise verlaufender Spalt S begrenzt ist. Dieser Spalt S zwischen dem Pumpenrad 16 und dem Einsatzteil 20 hat einen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Kühlmittelpumpe 10 und kann nun durch die Verwendung des Einsatzteils 20 besonders vorteilhaft und insbesondere bedarfsgerecht gestaltet werden, insbesondere derart, dass der Spalt S eine zumindest im Wesentlichen konstante Spaltbreite aufweist. Die Spaltbreite wird einfach auch als Breite bezeichnet.
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Wie besonders gut in Zusammenschau mit 2 erkennbar ist, weist das vorzugsweise einstückig ausgebildete Einsatzteil 20 ein Leitgitter 26 auf, welches zumindest teilweise in den Zuführkanal 14 hineinragt und in Strömungsrichtung des zu dem Pumpenrad 16 hinströmenden und dabei den Zuführkanal 14 durchströmenden Kühlmittels stromauf des Pumpenrads 16 angeordnet ist. Mittels des Leitgitters 26 wird das zu dem Pumpenrad 16 hinströmende Kühlmittel vorteilhaft geleitet, sodass das Kühlmittel das Pumpenrad 16 strömungsgünstig und dabei insbesondere unter einem günstigen Winkel anströmt. Dadurch kann ein besonders hoher Wirkungsgrad der Kühlmittelpumpe 10 realisiert werden.
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Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Leitgitter 26 einen Kern 28 und Leitschaufeln 30 auf, welche sich, insbesondere sternförmig, von dem Kern 28 weg erstrecken und in Umfangsrichtung des Kerns 28 beziehungsweise in Umfangsrichtung des Leitgitters 26 aufeinanderfolgen und voneinander beabstandet angeordnet sind. Vorliegend sind die Leitschaufeln 30 in Umfangsrichtung des Kerns 28 über dessen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet. Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel sind genau drei Leitschaufeln 30 vorgesehen. Die Leitschaufeln 30 sind vorliegend an sich gerade ausgebildet. Ferner ist es denkbar, dass die Leitschaufeln 30 in sich gekrümmt sind. Außerdem können mehr oder weniger als drei Leitschaufeln 30 vorgesehen sein. Vorzugsweise jedoch sind mindestens zwei Leitschaufeln vorgesehen. Die Anzahl der Leitschaufeln 30 und/oder deren Krümmung kann variieren, insbesondere bis eine gewünschte Strömungsform beziehungsweise ein gewünschter Drall des Kühlmittels erzeugt ist. Auch kann ein insbesondere in Umfangsrichtung des Kerns 28 verlaufender Abstand zwischen den Leitschaufeln 30 und/oder der Spalt S beziehungsweise ein Abstand zwischen den Konturen variieren.
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In Zusammenschau mit 4 und 5 ist erkennbar, dass das Einsatzteil 20 nach Art eines Rings ausgebildet ist, sodass das Einsatzteil 20 auch als Ring bezeichnet wird. Aus 1 ist erkennbar, dass das Einsatzteil 20 eine Ausnehmung 32 aufweisen kann. Die Ausnehmung 32 kann entfallen, sodass das Einsatzteil 20 gegebenenfalls voll beziehungsweise massiv ausgestaltet sein kann. Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Einsatzteil 20 mit dem Gehäuseelement 12 verschraubt und dadurch an dem Gehäuseelement 12 festgelegt. Dabei ist das Einsatzteil 20 mittels wenigstens eines als Schraube ausgebildeten Schraubelements 34 mit dem Gehäuseelement 12 verschraubt. Das Schraubelement 34 ist dabei zumindest teilweise in der Ausnehmung 32 aufgenommen.
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Das Einsatzteil 20 weist einen Bund 36 mit einem Außendurchmesser auf, wobei der Bund 36 in radialer Richtung des Pumpenrads 16 und somit des Einsatzteils 20 nach außen hin an einer korrespondierenden Wandung 38 des Gehäuseelements 12 abgestützt ist. Dabei weist die als radialer Anschlag für den Bund 36 fungierende Wandung 38 einen Innendurchmesser auf, welcher beispielsweise dem Außendurchmesser entspricht oder nur geringfügig größer als der Außendurchmesser ist. Hierdurch kann mittels des Bunds 36 und des korrespondierenden Anschlags (Wandung 38) eine Zentrierung, das heißt eine Positionierung des Einsatzteils 20 relativ zu dem Gehäuseelement 12 realisiert werden. Insbesondere ist es dadurch möglich, sowohl das Leitgitter 26 besonders vorteilhaft in dem Zuführkanal 14 als auch die Konturen relativ zueinander positionieren zu können. Das Einsatzteil 20 selbst weist eine besonders strömungsgünstige, dem Pumpenrad 16 abgewandte Kontur 40 auf, über die das Einsatzteil 20 von dem den Zuführkanal 14 durchströmenden und dabei zu dem Pumpenrad 16 hinströmenden Kühlmittel angeströmt wird. 3 zeigt nochmals besonders gut das Gehäuseelement 12, das Pumpenrad 16 und das Einsatzteil 20 sowie deren jeweiliges Zusammenwirken. Dabei greift das Pumpenrad 16 in das Einsatzteil 20 ein.
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Während 4 und 5 das Einsatzteil 20 in einer jeweiligen schematischen Perspektivansicht zeigen, zeigt 6 das Gehäuseelement 12 ausschnittsweise in einer schematischen und perspektivischen Draufsicht, wobei das Einsatzteil 20 in 6 nicht dargestellt ist. Das Gehäuseelement 12 ist vorzugsweise nur in einem in 6 schraffiert dargestellten Bereich B, insbesondere mechanisch, bearbeitet, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Einsatzteil 20 direkt an dem, insbesondere mechanisch, bearbeiteten Bereich B des Gehäuseelements 12 anliegt und somit abgestützt ist. Anderweitige Bearbeitungen des Gehäuseelements 12 können beispielsweise vermieden werden, sodass die Kühlmittelpumpe 10 besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Die jeweilige Leitschaufel 30 erstreckt sich insbesondere in radialer Richtung des Einsatzteils 20 und somit des Pumpenrads 16 nach außen hin von dem Kern 28 weg und hin zu einem Ring 29 des Einsatzteils 20, wobei die Leitschaufeln 30 einstückig mit dem Kern 28 und einstückig mit dem Ring 29 ausgebildet sind. Dabei ist das Einsatzteil 20 über seinen Ring 29 an dem Gehäuseelement 12 festgelegt, insbesondere derart, dass der Ring 29 direkt an dem Bereich B anliegt. Insbesondere bildet der Ring 29 die Gegenkontur 22.
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Es wurde gefunden, dass sich durch Verwendung des Einsatzteils 20 ein insbesondere in dem Zuführkanal 14 angeordneter Bereich, in welchem es zu einer unerwünschten Strömungsablösung, zu unerwünscht hohen Turbulenzen und zu einer ungleichmäßigen Geschwindigkeit und einem ungleichmäßigen Druck kommen kann, besonders gering gehalten werden kann, sodass ein besonders wirkungsgradgünstiger Betrieb der Kühlmittelpumpe 10 darstellbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kühlmittelpumpe
- 12
- Gehäuseelement
- 14
- Zuführkanal
- 16
- Pumpenrad
- 18
- Drehachse
- 20
- Einsatzteil
- 22
- Gegenkontur
- 24
- Radkontur
- 26
- Leitgitter
- 28
- Kern
- 29
- Ring
- 30
- Leitschaufel
- 32
- Ausnehmung
- 34
- Schraubelement
- 36
- Bund
- 38
- Wandung
- 40
- Kontur
- B
- Bereich
- S
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010053510 A1 [0002]
- DE 10314526 A1 [0003]
