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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Wasserpumpe, die in Bezug auf einen kompakten und effizienten Aufbau optimiert ist, und sich somit bevorzugt für mobile Anwendungen wie den Fahrzeugbau eignet.
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Für Wasserpumpen, die in Fahrzeugen eingesetzt werden, ist ein Pumpenaufbau verbreitet, bei dem die Pumpenwelle mittels eines einzigen Kompaktlagers mit zwei Wälzkörperreihen in dem Pumpengehäuse gelagert ist. Diese Anordnung ermöglicht einen kompakten Aufbau in Bezug zur Wellenlänge und verschafft Vorteile hinsichtlich der Anzahl von Gehäusepassungen und Lagerspielen, Wellenfluchtung sowie der Fertigung und Montage. Zudem werden die Wasserpumpen zunehmend elektrisch angetrieben, wobei antriebsseitig häufig ein Elektromotor vom Trockenläufertyp eingesetzt wird.
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Allerdings sind Wälzkörperlager im Allgemeinen empfindlich gegen eindringende Feuchtigkeit, da die verwendeten Materialen, insbesondere geeignete Stähle von Wälzkörpern, für die Anwendung in Feuchtigkeit nicht ausreichend korrosionsbeständig sind. Ein Eintreten von Feuchtigkeit führt durch Korrosion zur Herabsetzung der Oberflächengüte der Wälzkörper und Laufbahnen, was in einer höheren Reibung des Lagers sowie entsprechender Wärmeentwicklung und weiteren Folgeschäden an Lagern und Dichtungen resultiert.
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An Wellendichtungen tritt stets eine geringe Leckage auf, da sie per se dem Reibungsverschleiß und einer Versprödung durch Druck- und Temperaturschwankung unterliegen. Bezüglich der Lebensdauer einer Wasserpumpe bildet die Dichtung in der Regel das schwächste Glied im Pumpenaufbau. Da die Wasserpumpe wiederum für die gesamte Betriebsfähigkeit eines Fahrzeugs systemrelevant ist, kommt einer langlebigen Dichtungsanordnung der Wasserpumpe eine hohe Bedeutung hinsichtlich der Betriebszuverlässigkeit des Fahrzeugs zu.
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Aus der Patentanmeldung
DE 10 2015 114 783 B3 derselben Anmelderin ist eine elektrische Kühlmittelpumpe bekannt, bei der die Pumpenwelle durch ein einziges sogenanntes Wasserpumpenlager mit zwei Wälzkörperreihen zwischen dem Pumpenlaufrad und dem Elektromotor gelagert ist. Um dem Problem eines Leckageeintritts in das Lager und zu dahinterliegenden elektronischen Bauteilen eines Trockenläufer-Elektromotors zu begegnen, ist in dem Pumpengehäuse eine Leckagekammer zwischen einer Wellendichtung und dem Wasserpumpenlager vorgesehen, in welcher eine Leckage aufgefangen und abgeführt werden kann, ohne mit dem Wasserpumpenlager in Kontakt zu gelangen. Eine dahinter liegende Leckagedichtung verhindert wiederum, dass eine aufgefangene, abzuführende Leckage in einen Gehäuseabschnitt eintritt, in dem die Motorkomponenten und eine Elektronik aufgenommen sind. Würde eine Leckage aus dem Leckageraum direkt in den Gehäuseabschnitt des Motors gelangen, so würde durch die Betriebstemperatur des Motors Wasserdampf aus dem Gehäuseabschnitt in entgegengesetzter Richtung an der nicht abgedichteten, ungeschützten Seite des Wasserpumpenlagers in das Lager eindringen und dieses auf Dauer zerstören.
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Die Bereitstellung einer solchen Leckagekammer zwischen Pumpe und Antrieb im Gehäuse bringt den Nachteil des zusätzlichen Bauraums mit sich, der die axiale Abmessung des Pumpenaufbaus erhöht.
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Eine zum Anmeldetag dieser Patentanmeldung noch nicht veröffentlichte Patentanmeldung
DE 10 2018 104 015 A1 derselben Anmelderin sieht eine alternative Lösung zur Lagerung und Abdichtung vor. Sie schlägt eine Wasserpumpe mit einem trockenlaufenden Elektromotor und einem kühlmittelgeschmierten Gleitlager vor. Das Konzept erfordert keine Leckagekammer vor dem kühlmittelgeschmierten Gleitlager. Um den Elektromotor und eine Steuerungselektronik vor Schäden durch eintretende Nässe hinter dem Gleitlager zu schützen, sind stattdessen andere Maßnahmen zur Abführung einer unvermeidlichen, geringfügigen Kühlmittelleckage vorgesehen. Genauer genommen, wird unter den Betriebsbedingungen ein unkritischer Feuchtigkeitshaushalt erzielt. Leckagetropfen werden entlang einer Leckagestrecke mittels Rotation und Abwärme eines Elektromotors zur Verdunstung gebracht und über eine Membran zur Atmosphäre abgeführt. Das Gleitlager dient zur radialen Lagerung der Welle. Zur axialen Lagerung ist im Bereich des Pumpeneinlasses eine Anlauffläche vorgesehen, gegen die eine Stirnfläche der Pumpenwelle unter einem Vorschub des Pumpenlaufrads anläuft. Eine solche Anlauffläche stellt eine kostengünstige Lösung für ein axiales Gleitlager dar, dessen Gleitflächen von einem Kühlmittel geschmiert werden.
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Eine solche Anlauffläche für die Welle und ein entsprechender Haltesteg sind zwangsweise im Strömungsquerschnitt zwischen dem Pumpeneinlass bzw. Saugstutzen und einer zentralen Einlassöffnung am Pumpenlaufrad angeordnet. Diese Konstruktion stellt ein Strömungshindernis im Saugmund der Pumpe dar, wodurch ein hydraulischer Wirkungsgrad verschlechtert wird.
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Im Hinblick auf die erläuterten Problemstellungen im Stand der Technik liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, einen Aufbau für eine Wasserpumpe mit einem trockenlaufenden Elektromotor zu schaffen, der eine kurze axiale Gesamtabmessung der Pumpe und eine gute Strömungsdynamik im Pumpeneinlass ermöglicht.
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Eine weitere Aufgabenstellung besteht darin, einen Aufbau für eine Wasserpumpe mit einem trockenlaufenden Elektromotor zu schaffen, der sich zur Bereitstellung einer sogenannten Plug-in Pumpe eignet, d.h. insbesondere eine Pumpenbaugruppe umfasst, die an einer Schnittstelle zu einem separaten, extern bereitgestellten Pumpengehäuse, das z.B. integraler Bestandteil eines Gehäuses einer zu temperierenden Baugruppe sein kann, möglichst keine spezifischen Konstruktionsmerkmale erfordert.
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Die Aufgaben werden durch eine elektrische Wasserpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße elektrische Wasserpumpe umfasst eine Pumpenkammer, in der ein Pumpenlaufrad auf einer Welle drehbar aufgenommen ist; eine Antriebskammer, in der ein trockenlaufender Elektromotor aufgenommen ist, und einen Lagerhals, in dem ein radiales Gleitlager für die Welle zwischen der Pumpenkammer und der Antriebskammer angeordnet ist. Die erfindungsgemäße elektrische Wasserpumpe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass zwischen einem Rotor des Elektromotors, der auf der Welle angeordnet ist, und einem axialen Ende des Lagerhalses in der Kammer ein axiales Wälzlager angeordnet ist.
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In bekannten Aufbauten aus dem Stand der Technik ist herkömmlicherweise entweder ein axiales Gleitlager an einem Wellenende, z.B. im fluidführenden Bereich oder wenigstens ein Kugellager vorgesehen, das eine radiale und axiale Lagerung übernimmt.
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Die Erfindung sieht erstmals ein radiales Gleitlager in Kombination mit einem axialen Wälzlager vor.
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Darüber hinaus sieht die Erfindung erstmals ein Wälzlager zur axialen Lagerung zwischen einem Gehäuse und einer Pumpenwelle vor, das an einem Rotor eines Elektromotors angreift, und vorzugsweise besonders platzsparend, in diesem Rotor angeordnet werden kann.
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Außerdem sieht die Erfindung erstmals vor, dass das radiale Gleitlager durch ein von der Wasserpumpe gefördertes Kühlmittel geschmiert werden kann, und das dahinterliegende axiale Wälzlager durch eine Schmierstofffüllung geschmiert werden kann.
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In ihrer allgemeinsten Form schlägt die Erfindung das Konzept eines hybriden Kompaktlagers vor, bei dem durch vorteilhafte Kombination und Anordnung von zwei Lagertypen, auf eine aufwändige und raumbeanspruchende Abdichtung verzichtet werden kann, die zwischen einem Wälzlager und dem fluidführenden Bereich herkömmlicherweise erforderlich ist.
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Somit hat der erfindungsgemäße Aufbau zum einen den Vorteil, dass ein axialer Bauraum sowie ein Fertigungsaufwand für eine Leckagekammer und eine ausreichend wirksame wie komplexe Dichtungsanordnung entfällt.
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Zum anderen hat der erfindungsgemäße Aufbau den Vorteil, dass im Saugmund der Pumpe keine Anlauffläche für die Welle als axiales Gleitlager angeordnet ist. Somit bleibt ein zentraler Strömungsquerschnitt zwischen einem Pumpeneinlass und dem Pumpenlaufrad frei und es besteht keine Beeinträchtigung des hydraulischen Wirkungsgrades der Pumpe durch die Lagerung der Welle.
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Außerdem ist die gesamte Lagerung der Welle innerhalb des Antriebsgehäuses untergebracht. Somit eignet sich der Aufbau für eine Plug-in Pumpe, bei der eine Schnittstelle zwischen der Antriebsbaugruppe einschließlich des Pumpenlaufrads und einem extern bereitgestellten Pumpengehäuse verläuft. Ein solches Pumpengehäuse kann als Hohlraum in einem Gehäuse einer anderen Baugruppe, wie einem Motorgehäuse einer Verbrennungsmaschine oder einem Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie mit internen Kühlkanälen ausgebildet sein. Der erfindungsgemäße Aufbau erfordert an einer solchen Schnittstelle keine individuellen konstruktiven Merkmale, wie insbesondere eine Lageraufnahme seitens des extern bereitgestellten Gehäuses.
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Durch das vorstehende Konzept der Schmierung können weitere Dichtungen entfallen, womit der Aufbau nochmals einfacher und kompakter wird. Zudem entfällt das Risiko, dass eine Dichtung für das Gleitlager verschleißt und ein Schmiermittel für das Gleitlager entweicht.
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Dieser Ausgestaltung liegt ferner der Kerngedanke zugrunde, ein Gleitlager, das mittels dem Fördermedium, wie z.B. einem Kühlwasser mit Glykol geschmiert wird, zugleich in einer Funktion als Dichtung für ein dahinter liegendes Wälzlager zu verwenden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das axiale Wälzlager ein Axialnadellager sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht durch die geringe radiale Abmessung der Wälzkörper eine weitere Verringerung des erforderlichen axialen Bauraums für die gesamte Lagerung der Welle innerhalb des Antriebsgehäuses.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das radiale Gleitlager aus einem porösen Material gefertigt sein. Durch eine kapillare Porosität ist es möglich, eine Sättigung und einen Schmierfilm mit einem entsprechenden Schmierstoff in dem Gleitlager zu erhalten. Ein solcher Schmierstoff kann für beide Lagertypen derselbe sein oder verschieden sein.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Schmierstoff der Schmierstofffüllung eine höhere Viskosität als das geförderte Kühlmittel aufweisen. Bevorzugt ist das Wälzlager von einem Schmierfett umgeben, wobei ein Volumen, das von der Schmierstofffüllung des Schmierfetts eingenommen wird, zwischen dem Gleitlager und dem Rotor des Elektromotors axial eingegrenzt ist. Dabei wirkt ein mit dem Kühlmittel benetzter Lagerspalt des Gleitlagers zugleich als Dichtspalt. Aufgrund der höheren Viskosität durchdringt das Schmiermittel bzw. insbesondere ein Schmierfett weder den Lagerspalt noch ein ggf. poröses Material des Gleitlagers, das mit dem Kühlmittel imprägniert bzw. gesättigt ist.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Rotor in Form einer Rotorglocke ausgebildet sein, wobei die Rotorglocke einen axialen Abschnitt des Lagerhalses umgibt. Durch diese Ausgestaltung wird eine in der Rotorglocke eingebettete Aufnahme für das radiale Wälzlager geschaffen und ebenso eine radiale Eingrenzung für die Schmierstofffüllung desselben bereitgestellt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine Dichtung zur Abdichtung der Kammer in einem Ringspalt zwischen der Rotorglocke und dem Lagerhals angeordnet sein. Durch diese Ausgestaltung wird eine Dichtung zur Eingrenzung der Schmierstofffüllung des Wälzlagers bereitgestellt, die ebenso eine letzte Abdichtung der trockenen Kammer des Antriebsgehäuses, in welcher der Elektromotor aufgenommen ist, gegenüber dem Schmierstoff und dem Kühlmittel bzw. dem Fördermedium darstellt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Dichtung in der Rotorglocke fixiert sein und an einer Außenfläche des Lagerhalses abdichten. Diese Ausgestaltung der Dichtung hat den Vorteil, dass kein weiterer axialer Bauraum wie für eine herkömmliche Dichtungsanordnung auf der Welle erforderlich ist. Ferner kann die Dichtung auf einfache Weise an der frei zugänglichen Rotorglocke montiert werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Dichtung auf dem Lagerhals fixiert sein und an einer Innenfläche der Rotorglocke abdichten. Diese alternative Ausgestaltung der Dichtung hat ebenfalls den Vorteil, dass kein weiterer axialer Bauraum wie für eine herkömmliche Dichtungsanordnung auf der Welle erforderlich ist. Ferner kann die Dichtung auf einfache Weise an dem frei zugänglichen Lagerhals montiert werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann an einer inneren Stirnfläche der Rotorglocke ein Ringeinsatz zur Bereitstellung einer Lauffläche für die Wälzkörper des axialen Wälzlagers angeordnet sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Optimierung von Materialeigenschaften in unterschiedlichen Abschnitten des Rotors. Insbesondere kann der Rotor aus Aluminium oder aus einem Kunststoff, ggf. faserverstärkten Kunststoff hergestellt sein, der ein geringes Gewicht aufweist und somit eine beschleunigte Masse des Rotors verringert. Andererseits kann der Ringeinsatz aus einem Stahlblech mit einer höheren Materialhärte und somit einer besseren Verschleißfestigkeit für die Lauffläche der Wälzkörper ausgewählt werden. Somit werden einem herkömmlichen Rotor eines Elektromotors Abschnitte mit einer optimierten Beschaffung für unterschiedliche Funktionen zugeordnet.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann an dem axialen Ende des Lagerhalses ein Aufnahmeeinsatz zur Aufnahme des axialen Wälzlagers und zur Bereitstellung einer Lauffläche für dessen Wälzkörper angeordnet sein. Durch diese Ausgestaltung kann eine Aufnahme für eine Seite des Wälzlagers bereitgestellt werden, die der anderen Aufnahme des Ringeinsatzes in der Rotorglocke gegenüberliegt. Durch die separate Ausgestaltung braucht diese nicht in dem Gussformteil des Antriebsgehäuses eingearbeitet werden. Auch in diesem Fall wird eine Optimierung von Materialeigenschaften ermöglicht. Insbesondere kann der Lagerhals aus einem Aluminiumguss oder einem Kunststoffguss des gießtechnisch gefertigten Gehäuses hergestellt sein. Der Aufnahmeeinsatz zur Aufnahme des Wälzlagers besteht aus einem Stahlblech mit einer höheren Materialhärte und einer besseren Verschleißfestigkeit für die Lauffläche der Wälzkörper. Somit werden dem Gehäuse Abschnitte mit einer optimierten Beschaffung für unterschiedliche Funktionen zugeordnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen einer Wasserpumpe mit Bezug auf die Figuren beschrieben. In diesen zeigen:
- 1 einen freigestellten Längsschnitt durch einen Aufbau einer Wasserpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
- 2 einen freigestellten Längsschnitt durch einen Aufbau einer Wasserpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt eine freigestellte Schnittansicht aus einem Aufbau einer elektrischen Wasserpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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Ein Gehäuse der elektrischen Wasserpumpe ist im Wesentlichen in ein Pumpengehäuse 1 und ein Antriebsgehäuse 2 unterteilt. In einer Pumpenkammer 13 des Pumpengehäuses 1 ist ein Pumpenlaufrad 3 auf einer Welle 5 drehbar angeordnet. Das Pumpenlaufrad 3 weist innenliegende, radial wirkende Flügel auf. Ein Förderstrom, der aus einem auf der rechten Seite dargestellten Pumpeneinlass in die Pumpenkammer 13 einströmt, wird von dem Pumpenlaufrad 3 zu einem nicht dargestellten Spiralgehäuse des Pumpengehäuses 1, das die Pumpenkammer 13 umgibt, radial nach außen beschleunigt. Das Spiralgehäuse führt den beschleunigten Förderstrom zu einem nicht dargestellten tangential gerichteten Pumpenauslass des Pumpengehäuses 1. Ein flüssigkeitsführender Bereich der Pumpenkammer 13, ist durch eine Trennwand 11 zu dem Antriebsgehäuse 2 abgegrenzt und mittels einer Gehäusedichtung 12 abgedichtet.
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Das Antriebsgehäuse 2 umfasst eine trockene Antriebskammer 24, in der ein bürstenloser Elektromotor 4 angeordnet ist. Zentral in der Antriebskammer 24 ist ein zylindrischer Lagerhals 26 integral ausgebildet, der über radiale Stege gehalten wird und mit dem Antriebsgehäuse 2 als ein gemeinsames Gussformteil gefertigt ist. Der Lagerhals 26 weist zu dem Pumpengehäuse 1 hin einen Flanschabschnitt mit einer Nut zur Aufnahme der Gehäusedichtung 12 auf, der zugleich eine Abstützung für die Trennwand 11 seitens des Antriebsgehäuses 2 bietet.
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Der bürstenlose Elektromotor 4 treibt über die Welle 5 das Pumpenlaufrad 3 in der Pumpenkammer 13 an. Ein Stator 44 des Elektromotors 4 ist in der Antriebskammer 24 fixiert. Ein innenliegender Rotor 45 des Elektromotors 4 weist eine Rotorglocke 48, d.h. einen zu einer axialen Seite geneigten kragenförmigen Abschnitt auf, an dem Permanentmagnete 43 aufgenommen sind. Die Rotorglocke 48 ist zu dem Lagerhals 26 gerichtet und erstreckt sich teilweise um diesen herum.
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Die Welle 5 ist zwischen dem Pumpenlaufrad 3 unter dem Elektromotor 4 durch ein radiales Gleitlager 6 und ein axiales Wälzlager 7 an dem Antriebsgehäuse 2 gelagert. Das radiale Gleitlager 6 besteht im Wesentlichen aus einer Gleitlagerbuchse, die aus einem porösen Sintermetall gefertigt ist. Die Gleitlagerbuchse des radialen Gleitlagers 6 ist von einem Blechmantel bzw. einer Büchse mit offenen Stirnflächen umgeben. Die Gleitlagerbuchse wird mittels der Büchse in eine Presspassung des Lagerhalses 26 in das Antriebsgehäuse 2 eingepresst, wobei der Blechmantel der Büchse eine Beschädigung des porösen Sintermetalls während des Einpressvorgangs verhindert.
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Eine axiale Lagerung der Welle 5 zu dem Antriebsgehäuse 2 erfolgt über den Rotor 45 des Elektromotors 4. Zwischen einem axialen Ende des Lagerhalses 26, das zu dem Rotor 45 weist, und einer gegenüberliegenden Stirnfläche des Rotors 45, genauer genommen einer innenliegenden Stirnfläche der Rotorglocke 48, ist als axiales Wälzlager 7 ein Axialnadellager angeordnet.
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An dem axialen Ende des Lagerhalses 26, das zu dem Rotor 45 gerichtet ist, ist ein Aufnahmeeinsatz 27 angeordnet, der das Axialnadellager bzw. axiale Wälzlager 7 durch einen Kragenabschnitt aufnimmt und einen Lagerkäfig desselben umfasst bzw. fixiert. Der Aufnahmeeinsatz 27 ist als umgeformtes Blechstanzsteil im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und auf das axiale Ende des zylindrischen Lagerhalses 26 aufgesteckt bzw. eingesteckt. Der Aufnahmeeinsatz 27 ist aus einem Stahlblech gefertigt und bietet an einer innenliegenden Stirnfläche eine Laufbahn für die nadelförmigen Wälzkörper, die in dem Lagerkäfig des axialen Wälzlagers 7 radial angeordnet sind.
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Ebenso ist an der innenliegenden Stirnfläche der Rotorglocke 48 ein Ringeinsatz 47 eingepresst, der als ein umgeformtes Blechstanzteil gefertigt ist und eine Innenseite der Rotorglocke 48 ausgekleidet. Der Ringeinsatz 47 ist ebenfalls aus einem Stahlblech gefertigt und bietet eine Lauffläche für die nadelförmigen Wälzkörper des Wälzlagers 7.
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Hohlräume, die sich radial innerhalb des Wälzlagers 7 zwischen der Rotorglocke 48 und dem Gleitlager 6 bilden, sowie Hohlräume, die sich radial außerhalb des Wälzlagers 7 zwischen der Rotorglocke 48 und dem Aufnahmeeinsatz 27 bilden, sind durch eine Schmierstofffüllung 9 aufgefüllt, sodass das Wälzlager 7 vollständig von dem entsprechenden Schmierstoff umgeben ist. Der Schmierstoff ist ein Schmierfett, das eine höhere Viskosität als ein Fördermedium der Wasserpumpe, wie insbesondere ein Kühlwasser mit einem Glykol als Additiv aufweist. Die Schmierstofffüllung 9 wird durch eine Befüllungsbohrung 49 in dem Rotor 45 bzw. der Rotorglocke 48 nach deren Montage auf der Welle 5 eingefüllt. Danach wird die Befüllungsbohrung 49 mit einer Schraube verschlossen.
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Zu einem offenen Ende eines Ringspalts zwischen der Rotorglocke 48 und dem Lagerhals 26 ist eine Dichtung 8 angeordnet, die ein Volumen der Schmierstofffüllung 9 zu der trockenen Antriebskammer 24 in den Antriebsgehäuse 2 abdichtet. Die Dichtung 8 ist als ein Dichtungsring ausgeführt, der an einer Innenfläche der Rotorglocke 48 fixiert ist. Eine dynamische Dichtfläche der Dichtung 8 gleitet auf einer Laufbuchse 18, die radial innerhalb gegenüberliegend, auf einem Endabschnitt des Lagerhalses 26 angeordnet und durch eine Presspassung fixiert ist. Die Laufbuchse 18 ist beispielsweise ein polierter Stahlring, der eine glatte Oberfläche von hoher Materialhärte und geringer Oberflächenrauigkeit aufweist, um eine Reibung an der dynamischen Dichtfläche der Dichtung 8 möglichst gering zu halten. Zur Eingrenzung eines Volumens der Schmierstofffüllung 9 radial innerhalb des Wälzlagers 7, dienen in axialer Richtung einerseits der Rotor 45 bzw. die Rotorglocke 47 und andererseits das radiale Gleitlager 6 als Abdichtung gegenüber der Pumpenkammer 13. Die trockene Antriebskammer 24 ist wiederum über die Dichtung 8, die Schmierstofffüllung 9 sowie das Gleitlager 6 zu der Pumpenkammer 13 abgedichtet.
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Das radiale Gleitlager 6 ist gegenüber der Pumpenkammer 13 nicht abgedichtet. Das poröse Sintermaterial des Gleitlagers 6 ist durch ein Fördermedium der Pumpe, wie insbesondere ein Kühlmittel bzw. ein Kühlwasser mit z.B. Glykol als Additiv getränkt bzw. gesättigt. In einem Gleitlagerspalt zwischen der Gleitlagerbuchse und dem Umfang der Welle 5 wird somit unter Rotation und Belastung der Welle 5 ein hydrodynamischer Schmierfilm gebildet. Durch eine definierte Porosität ist einerseits das absorbierte Fördermedium bzw. Kühlmittel oder Kühlwasser in der Gleitlagerbuchse gebunden, sodass dieses nicht die Schmierstofffüllung 9 verdünnt. Aufgrund der höheren Viskosität des Schmierstoffs, insbesondere eines Schmierfettes der Schmierstofffüllung 9, wird dieses nicht durch kapillare Wirkung in die Poren des Sintermaterials absorbiert, das bereits mit einem Medium von geringerer Viskosität gesättigt ist. Somit finden keine Vermischung und keine allmähliche Abwanderung des Schmierstoffs über das poröse Material des Gleitlagers 6 in das Fördermedium statt. Der Gleitlagerspalt weist nur wenige Mikrometer auf, sodass dieser über die gesamte axiale Länge des Gleitlagers 6 und den dazwischenliegenden Schmierfilm als wirksamer Dichtspalt zwischen der Pumpenkammer 13 und der Schmierstofffüllung 9 dient.
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2 zeigt einen Aufbau einer elektrischen Wasserpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Die zweite Ausführungsform entspricht weitgehend der ersten Ausführungsform. Genau genommen, unterscheidet sich der Aufbau der zweiten Ausführungsform lediglich durch eine Anordnung und Fixierung der Dichtung 8. Wie in 2 gezeigt ist, ist die Dichtung 8 als ein Dichtungsring ausgeführt, der auf einem Außenumfang an einem Endabschnitt des Lagerhalses 26 fixiert ist. Eine dynamische Dichtfläche der Dichtung 8 gleitet auf einer radial außerhalb gegenüberliegenden Innenfläche des Ringeinsatzes 47, der sich bei der zweiten Ausführungsform über die gesamte axiale Abmessung der Innenfläche der Rotorglocke 48 erstreckt. Somit dichtet die Dichtung 8 in gleicher Weise wie in der ersten Ausführungsform, ein Volumen der Schmierstofffüllung 9 gegenüber der trockenen Antriebskammer 24 ab. Es besteht lediglich der Konstruktionsunterschied, dass die Dichtung 8 auf einer Innenseite fixiert ist und zu einer Außenseite abdichtet.
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Mit anderen Worten, ist bei der zweiten Ausführungsform eine Funktionserweiterung des Ringeinsatzes 47 vorgesehen. Der Ringeinsatz 47 bildet sowohl eine Lauffläche für die Wälzkörper des Wälzlagers 7, als auch eine Lauffläche für die Dichtung 8 an der Innenfläche der Rotorglocke 48. Im Vergleich zu der ersten Ausführungsform kann die Laufbuchse 18 entfallen. Demzufolge können eine Bereitstellung und Montage eines separaten Bauteils eingespart werden.
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Der kompakte Aufbau der erfindungsgemäßen Wasserpumpe kann in weiteren Ausführungsformen ein Bestandteil einer Baugruppe sein, und in einem Gehäuse dieser Baugruppe integriert sein.
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Insbesondere kann die Wasserpumpe zur Kühlung einer Verbrennungsmaschine oder zur Temperierung einer Traktionsbatterie in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug verwendet werden. Dabei kann das Antriebsgehäuse 2 der Wasserpumpe einschließlich dem Elektromotor 4, der Welle 5 und dem Pumpenlaufrad 3 an dem Gehäuse dieser Baugruppe montiert werden. Das Pumpengehäuse 1 wird durch das Gehäuse dieser Baugruppe integral bereitgestellt. Die Pumpenkammer 13, ein Einlass, ein Auslass und Kanäle oder Leitungen für eine Zirkulation des Förderstroms sind in dem Gehäuse dieser Baugruppe intern ausgebildet bzw. aufgenommen.
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In diesem Fall bestehen aufgrund des beschriebenen Aufbaus der erfindungsgemäßen Wasserpumpe keine spezifischen Erfordernisse einer konstruktiven Schnittstelle, wie z.B. eine Aufnahme für ein Wellenlager oder dergleichen seitens des Gehäuses der Baugruppe, in dem eine Kavität als Pumpenkammer 13 bereitgestellt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pumpengehäuse
- 2
- Antriebsgehäuse
- 3
- Pumpenlaufrad
- 4
- Elektromotor
- 5
- Welle
- 6
- Gleitlager
- 7
- Wälzlager
- 8
- Dichtung
- 9
- Schmierstofffüllung
- 11
- Trennwand
- 12
- Gehäusedichtung
- 13
- Pumpenkammer
- 18
- Laufbuchse
- 24
- Antriebskammer
- 26
- Lagerhals
- 27
- Aufnahmeeinsatz
- 43
- Permanentmagnet
- 44
- Stator
- 45
- Rotor
- 47
- Ringeinsatz
- 48
- Rotorglocke
- 49
- Befüllungsbohrung für Schmierstoff
