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Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem Lagerwellenabdeckelement und ein Lagerwellenabdeckelement nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Es ist bereits eine Pumpe, umfassend ein Pumpengehäuse mit einem Lagerungsmittel bekannt. Auch ist bekannt, dass das Lagerungsmittel eine Lagerwelle aufnimmt, die ein Flügelrad trägt. Ferner ist bekannt, dass eine Anlaufscheibe vorgesehen ist, die eine axiale Auslenkung des Flügelrads beschränkt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Pumpe für einen Kühlkreislauf, umfassend ein Pumpengehäuse, eine Lagerstelle und zumindest eine Antriebseinheit, wobei die Pumpe ein mittels der Antriebseinheit angetriebenes, in der Lagerstelle gelagertes Flügelrad aufweist, wobei das Flügelrad dazu ausgebildet ist ein Fluid zu fördern, und wobei die Lagerstelle eine das Flügelrad tragende Lagerwelle aufweist. Erfindungsgemäß weist die Pumpe zumindest eine um die Lagerwelle angetriebenes Lagerwellenabdeckelement, insbesondere eine Lagerwellenabdeckkappe auf, wobei das Flügelrad und das Lagerwellenabdeckelement im Durchströmungsbereich der Pumpe angeordnet sind.
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Bei Kühlmittelpumpen wird das Fluid entsprechend dem Stand der Technik über den Saugmund am Pumpengehäuse dem Flügelrad zugeführt. Das Fluid trifft stirnseitig auf das Flügelrad und wird mittels der sich drehenden Flügelradschaufeln radial abgeführt. Der Rotor wird dabei axial auf der Lagerwelle gelagert. Durch die Abdeckung des in den Durchströmungsbereich der Pumpe hineinragenden Lagerwellenendabschnitt mit einer strömungsoptimierten Lagerwellenabdeckkappe können in besonders vorteilhafter Weise Strömungsverluste und Geräusche im Bereich der Zuströmung des Fluides verringert werden. Das Lagerwellenabdeckelement deckt dabei vorzugweise die Lagerstelle und die Lagerwelle ab, sodass Verwirbelungen des auftreffenden Fluides reduziert werden können.
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Vorzugweise wird das Lagerwellenabdeckelement nach der Montage eines Lagersicherungselementes, wie beispielsweise einer Speednut fest am Rotor, beziehungsweise Am Flügelrad montiert und deckt die Lagerstelle vorzugweise ab. Vorzugweise ist das Lagerwellenabdeckelement als mit dem Rotor mitdrehende Fluidleitkappe ausgebildet. Vorzugweise ist das Lagerwellenabdeckelement dazu ausgebildet das Fluid strömungsgünstig in Richtung der Flügelradschaufeln zu leiten.
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Durch die optimierte Fluidleitung aufgrund der Abdeckung der konturierten Lagerstelle, kann der Wirkungsgrad der Pumpe entscheiden verbessert werden. Durch die verminderte Stromaufnahme kann überdies die Eigenerwärmung der Pumpe vorteilhaft reduziert werden, was die thermische Verfügbarkeit der Pumpe vorteilhaft erhöht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Lagerwellenabdeckelement kontaktfrei zu stehenden Bauteilen, wie beispielsweise der Lagerwelle ausgebildet. Vorzugweise weist das Lagerwellenabdeckelement eine einseitige Lagerwellenausnehmung auf, wobei ein freies, axial in den Durchströmungsbereich der Pumpe hineinragendes Ende der Lagerwelle innerhalb der Lagerwellenausnehmung des Lagerwellenabdeckelementes angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Lagerwellenabdeckelement besonders einfach auf die Lagerwelle aufgesteckt werden und das freie Ende der Lagerwelle, welches unabgedeckt zu ungewünschten Verwirbelungen führt, mittels des Lagerwellenabdeckelementes abgedeckt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Flügelrad zumindest eine Grundplatte, zumindest eine Deckplatte und zumindest ein, zwischen der Grundplatte und der Deckplatte angeordnete Flügelradschaufel aufweist, wobei vorzugweise das Lagerwellenabdeckelement an der Grundplatte angeordnet, insbesondere drehfest befestigt ist. Auf diese Weise kann das Lagerwellenabdeckelement einfach am Rotor mitdrehend angeordnet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Lagerwellenabdeckelement strömungsoptimiert, insbesondere zur Lagerwelle rotationssymmetrisch ausgebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine der Fluidströmung zugewandte Mantelseite des Lagerwellenabdeckelementes domförmig, vorzugweise zumindest abschnittsweise paraboloidförmig ausgebildet ist. Vorzugweise ist das Lagerwellenabdeckelement im Wesentlichen kegelförmig ausgebildet. Vorzugweise liegen der Mittelpunkt des Fluideinlassstutzens der Pumpe und des Lagerwellenabdeckelementes auf einer gemeinsamen Achse. Vorzugweise folgt die Kontur der Mantelfläche des Lagerwellenabdeckelementes der Kontur der Grundplatte des Flügelrades. Vorzugweise geht die Mantelfläche des Lagerwellenabdeckelementes sprungfrei, insbesondere im Wesentlichen absatzfrei in die Kontur der Grundplatte des Flügelrades über.
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Gemäß einer besonders strömungsoptimierten Ausführungsform der Erfindung überdeckt das Lagerwellenabdeckelement das freie Ende der Lagerwelle im Wesentlichen vollständig. Vorzugsweise übergreift das Lagerwellenabdeckelement die Lagerwelle radial. Vorzugweise überdeckt das Lagerwellenabdeckelement das Lagerungsmittel, insbesondere das Gleitlager.
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Vorzugweise nimmt die axiale Höhe das Lagerwellenabdeckelementes in Richtung des Mittelpunktes kontinuierlich zu. Vorzugweise folgt die Mantelfläche des Lagerwellenabdeckelementes im Wesentlichen zumindest teilweise einer stetig differenzierbaren Exponentialfunktion.
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Als Ergänzung zur Fluidführung kann Lagerwellenabdeckkappe besonders vorteilhaft auch als aktiver Teil des Rotors genutzt werden, indem die Lagerwellenabdeckkappe an ihrer Oberfläche Fluidführungselemente, insbesondere mit Leitschaufeln aufweist. Auf diese Weise kann die kann die Pumpenkennline applikationsspezifisch weiter optimiert werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das das Lagerwellenabdeckelement Fluidführungselemente aufweist, die kreissegmentförmig, insbesondere spiralsegmentförmig ausgebildet sind. Vorzugsweise erstecken sich die Fluidführungselemente als Vorsprünge über die Mantelfläche des Lagerwellenabdeckelementes hinaus. Vorzugweise sind die Fluidführungselemente als im dünnwandige Fluidleitschaufeln ausgebildet, Vorzugweise erstrecken sich die Fluidleitschaufeln im Wesentlichen in Axialrichtung. Vorzugweise weist das Lagerwellenabdeckelement eine Vielzahl an Fluidführungselementen auf. Vorzugweise treffen sich die spiralförmig angeordneten Fluidführungselemente jeweils in einem gemeinsamen Mittelpunkt.
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Eine besonders optimierte Pumpenkennlinie kann insbesondere dadurch bereitgestellt werden, dass die Anzahl der Flügelradschaufeln des Flügelrades der Anzahl der Fluidführungselemente des Lagerwellenabdeckelementes (60) entsprechen, wobei vorzugweise jeweils ein Fluidführungselement und eine Flügelradschaufel in einer Überdeckungsposition der Kontur einer gemeinsamen Spirale, insbesondere einer logarithmischen Spirale folgen.
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Zur axialen Sicherung des Flügelrades auf der Lagerwelle kann es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Lagerstelle ein Lagersicherungselement aufweist. Eine besonders kostengünstige und einfache Sicherung kann mittels einer Speednut erfolgen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Lagerstelle zumindest ein Lagerungsmittel auf. Optimalerweise handelt es sich bei dem Lagerungsmittel um ein Gleitlager. Vorzugweise ist zwischen dem in den Rotor eingepressten Gleitlager und dem an der Lagerwelle befestigten Sicherungsmittel eine Anlaufscheibe angeordnet. Vorzugweise ist die Lagerwelle als feststehender, nicht mitdrehender Gehäusezapfen ausgebildet.
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Zeichnungen
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In den Zeichnungen sind der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein perspektivischer Ausschnitt einer Ausführungsform einer Pumpe mit einer ersten Ausführungsform eines Lagerwellenabdeckelementes,
- 2 eine perspektivische Ausführungsform eines Lagerwellenabdeckelementes gemäß einer weiteren Ausführungsform
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen.
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Soweit nicht anders genannt, bezeichnet die axiale Richtung in dieser Anmeldung die Achsrichtung der Pumpe 1, die mit der Rotorachse zusammenfällt. Senkrecht dazu spannt sich vorzugweise die Ebene auf, in der sich die Bleche des Blechpakets erstrecken.
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In 1 ist ein perspektivischer Querschnitt durch eine Pumpe 10 gezeigt. Die Die Pumpe 10 weist ein Gehäuse 12, eine Antriebseinheit 14 und einer von der Antriebseinheit 14 angetriebene Fördereinheit 18 zur Förderung eines Fluids, insbesondere eines Kühlmittelsauf. Die Fördereinheit 18 ist vorzugweise als Flügelrad 20 ausgebildet und umfasst eine Grundplatte 21, welche vorzugweise im Wesentlichen als scheibenförmige Grundplatte 21 ausgebildet ist. Vorzugweise umfasst das Flügelrad 20 ferner eine Deckplatte 22, welche axial beabstandet zur Grundplatte 21 ausgebildet ist. Zwischen der Grundplatte 21 und der Deckplatte 22 erstrecken sich vorzugweise Vielzahl an als Flügelradschaufeln 23 ausgebildeten Förderelementen 22. Es sind jedoch auch andere Ausgestaltungen der Fördereinheit 18 denkbar.
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Die Pumpe 10 umfasst einen elektrischen Teil, insbesondere einen Stator, sowie einen hydraulischen Teil, insbesondere einen Rotor mit einem Flügelrad 20 sowie mindestens ein Pumpengehäuseelement 18. Das Pumpengehäuseelement weist einen Einlass 17 , bzw. einen Saugstutzen und einen Auslass, bzw. einen Druckstutzen auf. Im Folgenden wird der Saugstutzen als Einlass bezeichnet. Die Pumpe 10 fördert ein Fluid. Das Fluid strömt durch den Einlass 17 zu dem Flügelrad 20. Von dem Flügelrad 20 gefördert strömt das Fluid über den Auslass aus der Pumpe 10. Das Flügelrad 20 weist insbesondere Flügel, Schaufeln oder Elemente auf, die mittels einer Drehbewegung des Rotors eine Fluidströmung erzeugen. Die Flügelradschaufeln 23 sind dabei so ausgebildet, dass das Fluid über den Einlass 17 axial angesaugt und über den Auslass vorzugweise tangential ausgedrückt wird.
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Ferner ist eine, insbesondere feststehende, Lagerwelle 32 vorgesehen. Die Lagerwelle 32 lagert und trägt die drehenden Bauteile, wie den Rotor und das Flügelrad 20 der Pumpe 10. Die Lagerwelle 32 ist vorzugweise fest mit einem Poltopf 14 verbunden. Hierzu ist vorzugweise in dem Poltopf eine Ausnehmung vorgesehen, in welche die Lagerwelle 32 eingreift. Die Verbindung zwischen der Lagerwelle 32 und dem Poltopf erfolgt beispielsweise über eine Presspassung.
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Der Rotor ist mittels eines Lagerungsmittels 34 auf der Lagerwelle 32 drehbar gelagert. An dem Lagerungsmittel 34 ist zur Aufnahme Der Lagerwelle 32 eine Ausnehmung vorgesehen. Bei der Montage wird die Lagerwelle 32 in die Ausnehmung eingeführt. Vorzugsweise sind die Lagerwelle 32 und das Lagerungsmittel 40 kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden.
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Das Flügelrad 20 ist in einer Lagerstelle 30 gelagert. Die Lagerstelle 30 weist eine Lagerwelle 32 auf. Die Lagerwelle 32 erstreckt sich vorzugweise im Wesentlichen in Axialrichtung. Um die Lagerwelle 32 ist vorzugweise eine Lageraufnahme angeordnet, welche vorzugweise als Teil des Rotors ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Lagerwelle 32 als feststehender Gehäusezapfen ausgebildet. Um diese Lagerwelle 32 rotiert im Betrieb der Pumpe das Flügelrad 20. Die Lagerstelle 30 weist zu diesem Zweck vorzugweise zumindest eine Lagerstelle, insbesondere vorzugsweise ein Gleitlager 34 auf, um das Flügelrad 20 auf der Lagerwelle 32 zu lagern.
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Vorzugweise erstrecken sich die Flügelradschaufeln 23 von der Lagerwelle 32 aus in den Radseitenraum 28 hinein. Die Lagerwelle 32 und die Antriebseinheit 14 sind zumindest teilweise innerhalb der Lageraufnahme des Gehäuses 12 angeordnet.
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Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist die Lagerwelle 32 ein freies, axial in den Durchströmungsbereich der Pumpe hineinragendes Ende 36 auf. Das freie Ende 36 der Lagerwelle durchgreift den durch die Flügelradschaufeln 23 aufgespannten Durchströmungsbereich 40 in Axialrichtung. Das freie Ende 36 ragt axial über das Lager, insbesondere das Gleitlager 34 hinaus. Das freie Ende 30 erstreckt sich vorzugweise zumindest über ein Drittel der Axialerstreckung der Flügelradschaufel 23.
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Zur axialen Sicherung des Rotors, beziehungsweise des Flügelrades 20 weist die Lagerstelle 30 ein Lagersicherungselement 50 auf, welches dazu vorgesehen ist, eine axiale Auslenkung des Flügelrads zu beschränken. Durch das Lagersicherungselement 50 wird der Rotor axial an der Lagerwelle 32 befestigt. Vorzugweise ist das Lagersicherungselement 50 als Speednut ausgebildet.
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Wie in 1 deutlich zu erkennen ist, weist die Pumpe 10 eine Lagerwellenabdeckelement 60 auf. Das Lagerwellenabdeckelement 60 ist im Durchströmungsbereich 40 der Pumpe angeordnet. Das Lagerwellenabdeckelement 60 ist vorzugsweise als Lagerwellenabdeckkappe 60 ausgebildet. Das Lagerwellenabdeckelement 60 wird auf den Rotor, beziehungsweise die Grundplatte 21 des Flügelrades 20 aufgesetzt und vorzugweise mittels einer Klipps- oder Schweißverbindung axial gesichert und rotationsfest mit dem Pumpenrotor verbunden. Die Lagerwellenabdeckkappe 60 wird somit durch die Antriebseinheit mit angetrieben. Zu diesem Zweck ist die als Fluidleitkappe ausgebildete Lagerabdeckkappe kontaktfrei zu stehenden Elementen im Lagerbereich, wie der Lagerwelle 32 ausgebildet und kann somit frei mit dem Flügelrad 20 mitdrehen. Das fluitleitende Lagerwellenabdeckelement 60 weist zu diesem Zweck vorzugsweise eine Lagerwellenausnehmung 62 auf. Die Lagerwellenausnehmung 62 ist vorzugweise im Boden der Lagerwellenabdeckkappe 62 eingelassen. In diese Lagerwellenausnehmung 62 ragt vorzugweise das freie Ende 36 der Lagerwelle 32 hinein. Das freie Ende 36 der Lagerwelle 32 wird somit vorzugweise vollständig von der Lagerwellenabdeckkappe 60 überdeckt. Durch die mitdrehende Lagerwellenabdeckkappe 60 wird das Fluid strömungsgünstig in Richtung der Flügelradschaufeln 23 geleitet.
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Das Lagerwellenabdeckelement 60 ist strömungsoptimiert ausgebildet. Vorzugweise ist das Lagerwellenabdeckelement 60 im Wesentlichen kegelförmig ausgebildet. Vorzugweise ist das Lagerwellenabdeckelement 60 konzentrisch zur sich in Axialrichtung erstreckenden Antriebsachse ausgebildet. Vorzugweise sitzt das Lagerwellenabdeckelement 60 radial mittig zwischen Flügelradschaufeln. Das Lagerabdeckelement 60 weist eine der Strömung zugewandte Mantelfläche 64 auf. Die Mantelfläche 64 ist vorzugweise domförmig geformt. Besonders vorzugweise ist die Mantelfläche 64 zumindest abschnittsweise paraboloidförmig ausgebildet ist. Vorzugweise folgt die Mantelfläche 64 der Kontur der Grundplatte 21 des Flügelrades.
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Gemäß einer bevorzugten, hier nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Lagersicherungselement 50 und dem Lagerungsmittel 34 eine Anlaufscheibe angeordnet.
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In 2 ist eine weitere Lagerwellenabdeckkappe 60 in einer perspektivischen Darstellung abgebildet. Das Lagerwellenabdeckelement 60 ist im Wesentlichen domförmig ausgebildet. Vorzugweise ist der Durchmesser 67 des Lagerwellenabdeckelementes 60 größer als der Durchmesser der Lagerwelle 32, besonders vorzugweise größer als der Durchmesser des Lagerungsmittels 34 ausgebildet. Vorzugweise ist das Lagerwellenabdeckelement 60 als rotationsymmetrischer Körper ausgebildet. Die Mantelfläche 64 des Lagerwellenabdeckelementes 60 weist vorzugweise Fluidführungselemente 70 auf. Die Fluidführungselemente 70 sind vorzugweise als Fluidführungsschaufeln ausgebildet. Vorzugweise erstrecken sich die Fluidführungselemente 70 im Wesentlichen in Axialrichtung. Vorzugweise weist das Lagerwellenabdeckelement 60 eine Vielzahl an Fluidführungselementen 70 auf. Vorzugweise sind die Fluidführungselemente vorzugweise kreissegmentförmig, insbesondere spiralsegmentförmig ausgebildet. Vorzugweise laufen die Fluidführungselemente 70 spiralförmig auf einen Mittelpunkt des Lagerwellenabdeckelementes 60 zusammen.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Fluidführungselemente 70 als Leitschaufeln ausgebildet. Vorzugweise folgen die Leitschaufeln des Lagerwellenabdeckelementes 60 der gleichen Trajektorie, wie die Flügelradschaufeln 23 des Flügelrades 20. Durch den zusätzlichen Einsatz von Leitschaufeln auf der Oberseite der Lagerwellenabdeckkappe ist es möglich zusätzlich Druck aufzubauen und damit die Pumpenkennline applikationsspezifisch weiter zu optimieren.
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Gemäß der in der 2 beispielhaft dargestellten Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die Fluidführungselemente 70 als Vorsprünge über die Mantelfläche 64 des Lagerwellenabdeckelementes 60 hinaus.
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Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung entspricht die Anzahl der Flügelradschaufeln 23 der Anzahl der Fluidführungselemente 70.
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Vorzugweise bilden jeweils ein Fluidführungselement 70 und eine Flügelradschaufel 23 in einer Überdeckungsposition der Kontur einer gemeinsamen Spirale, insbesondere einer logarithmischen Spirale. Vorzugweise sind zumindest sechs Fluidführungselemente 70 vorgesehen.
