EP0465757B1 - Kühlwasserpumpe - Google Patents

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EP0465757B1
EP0465757B1 EP91101184A EP91101184A EP0465757B1 EP 0465757 B1 EP0465757 B1 EP 0465757B1 EP 91101184 A EP91101184 A EP 91101184A EP 91101184 A EP91101184 A EP 91101184A EP 0465757 B1 EP0465757 B1 EP 0465757B1
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EP
European Patent Office
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cooling water
water pump
bearing
ring
shaft
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EP91101184A
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EP0465757A2 (de
EP0465757A3 (en
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Bernhard Dr. Gesenhues
Detlef Dr. Cordts
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Carl Freudenberg KG
Original Assignee
Carl Freudenberg KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/106—Shaft sealings especially adapted for liquid pumps

Definitions

  • the invention relates to a cooling water pump for an internal combustion engine, comprising a bearing cover which can be fixed to a pump housing and in which a pump shaft provided with an impeller is rotatably mounted by means of a bearing, the bearing cover and the pump shaft being sealed off from one another by a sealing element which is located in the space between the impeller and bearing is arranged and wherein an annular space provided with a ventilation device is provided in the axial intermediate space of the bearing and the sealing element.
  • Such a cooling water pump is known from DE-A-38 21 352.
  • the annular space provided with the venting device is provided in order to discharge leakage liquid and to keep it away from the bearing.
  • the invention has for its object to develop such cooling water pumps such that there is a reduction in the axial length of the annulus.
  • the ventilation device comprises at least two openings of the shaft which lie opposite one another on the bearing cover, whereby in the intermediate space axially between the ventilation openings and the bearing at least one absorbent ring sealingly sealing the shaft is provided, which ring additionally Bearing cover assigned sealingly and is covered on the side facing the bearing by a liquid-impermeable layer. Passing the sealing gap and cooling liquid creeping along the shaft is temporarily absorbed in the ring, with continuous evaporation taking place over the surface thereof facing the sealing element and evacuation of the steam through the ventilation openings which are provided on opposite sides of the shaft.
  • the sealing element For the temporary storage of the coolant in the sealing element, it is not absolutely necessary for the sealing element to come into contact with the shaft, but it is entirely possible to provide a gap of capillary-active narrowness between the two parts. This can prevent loss of friction and operational wear.
  • the evaporation of the coolant is, on the one hand, the relatively high temperature of the pump shaft and the sealing element that results during the intended use and, on the other hand, the pumping effect that results from the rotary movement of the pump shaft.
  • the ring is sealingly assigned to the bearing cap, which includes a direct contact or an approach up to a short distance.
  • the annular space is completely covered in the radial direction in such an embodiment, which necessitates a substantial improvement in the protective effect which results with respect to the bearing.
  • the ring is covered with a liquid-impermeable layer on the side facing the bearing.
  • a liquid-impermeable layer on the side facing the bearing.
  • This can consist, for example, of a coating of polymeric material molded on in the liquid state.
  • an annular disk made of liquid-impermeable material for example made of metal or plastic, independently of the ring, can also be included in the considerations and, with appropriate calibration of the inner or outer circumference, facilitates the non-rotatable fixing of the ring on the bearing cap.
  • the ring is generally rectangular in profile. Versions with an angular profile can be more easily assigned to the pump shaft and housing with the required accuracy. They have a relatively enlarged surface, which favors the evaporation of the coolant absorbed.
  • the ring can be non-rotatably connected to the shaft or the bearing cover.
  • An embodiment in which the ring is non-rotatably connected to the bearing cover is preferred in the context of the present invention.
  • the air throughput through the annular space is favored by convection processes under normal operating conditions if the openings comprise at least one opening arranged above and at least one below the axis, about which the pump shaft can be rotated. At least one of these openings should expediently be provided in the region of the highest and at least one of these openings in the region of the lowest point of the annular space. In addition, there is the advantage in this case that the accumulation of cooling liquid in the annular space is prevented.
  • the ring can consist of an open-cell foam, for example a polyurethane foam.
  • the mechanical and chemical resistance is much greater if the ring consists of an intrinsically strong fiber material, for example a matted material, a nonwoven fabric, a woven and / or a knitted fabric.
  • the fibers used can be of any type and include those of natural, mineral or synthetic origin.
  • a cooling water pump for an internal combustion engine is shown in longitudinal section, comprising a bearing cover 2 which can be fixed to a pump housing 1 and in which a pump shaft 4 provided with an impeller 3 is rotatably mounted by means of a bearing 5, the bearing cover 2 and the pump shaft 4 are sealed against each other by a sealing element 6, which is arranged in the space between the impeller 3 and the bearing 5 and wherein an annular space 7 provided with a ventilation device is provided in the axial space between the bearing 5 and the sealing element 6.
  • the sealing element consists in the illustrated embodiment from a mechanical seal. It can optionally be replaced by a lip seal or another design of a sealing element.
  • the inner diameter of the annular ring 10 is dimensioned such that there is a relatively movable surface contact or a capillary-active gap with respect to the shaft 4. Cooling liquid passing through the sealing gap of the sealing element 6 is thereby fed continuously during the intended use of the pore structure of the ring 10 and temporarily stored therein. Due to the high temperature of the pump shaft 4 and the end face of the sealing element 6 facing the ring 10, cooling liquid stored in the ring 10 is continuously evaporated. The cooling liquid evaporating over its end face is absorbed by the air that passes through the annular space via the ventilation opening and discharged from the annular space 7 via the ventilation opening 9.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühlwasserpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen an einem Pumpengehäuse festlegbaren Lagerdeckel, in dem eine mit einem Flügelrad versehene Pumpenwelle mittels eines Lagers drehbar gelagert ist, wobei der Lagerdeckel und die Pumpenwelle durch ein Dichtelement gegeneinander abgedichtet sind, das in dem Zwischenraum zwischen dem Flügelrad und Lager angeordnet ist und wobei ein mit einer Entlüftungseinrichtung versehener Ringraum in dem axialen Zwischenraum des Lagers und des Dichtelementes vorgesehen ist.
  • Eine solche Kühlwasserpumpe ist aus der DE-A- 38 21 352 bekannt. Der mit der Entlüftungseinrichtung versehene Ringraum ist dabei vorgesehen, um Leckflüssigkeit abzuleiten und von dem Lager fern zu halten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche Kühlwasserpumpen derart weiter zu entwickeln, daß sich eine Verminderung der axialen Baulänge des Ringraumes ergibt.,
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Kühlwasserpumpe der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
  • Bei der erfindungsgemäßen Kühlwasserpumpe ist es vorgesehen, daß die Entlüftungseinrichtung zumindest zwei den Lagerdeckel aufeinander gegenüberliegenden Seiten der Welle durchdringende Öffnungen umfaßt, wobei in dem Zwischenraum axial zwischen den Entlüftungsöffnungen und dem Lager zumindest ein die Welle dichtend umschließender, saugfähiger Ring vorgesehen ist, der zusätzlich dem Lagerdeckel dichtend zugeordnet und auf der dem Lager zugewandten Seite durch eine flüssigkeitsundurchlässige Schicht abgedeckt ist. Den Dichtspalt passierende und an der Welle entlangkriechende Kühlflüssigkeit wird in dem Ring vorübergehend aufgenommen, wobei eine kontinuierliche Verdampfung über dessen dem Dichtelement zugewandte Oberfläche erfolgt sowie eine Abführung des Dampfes über die Entlüftungsöffnungen, welche auf einander gegenüberliegenden Seiten der Welle vorgesehen sind. Zur vorübergehenden Einspeicherung der Kühlmittels in das Dichtelement ist es nicht zwingend nötig, daß das Dichtelement die Welle anliegend berührt, sondern durchaus möglich, zwischen beiden Teilen einen Spalt von kapillaraktiver Enge vorzusehen. Reibungsverlusten und betriebsbedingtem Verschleiß läßt sich hierdurch vorbeugen. Von maßgeblicher Bedeutung hinsichtlich der Verdampfung des Kühlmittels ist einerseits die sich während der bestimmungsgemäßen Verwendung ergebende, relativ hohe Temperatur der Pumpenwelle und des Dichtelementes und andererseits die Pumpwirkung, die sich durch die Drehbewegung der Pumpenwelle ergibt.
  • Der Ring ist zusätzlich zu der Welle dem Lagerdeckel dichtend zugeordnet, was eine unmittelbare Berührung oder eine Annäherung bis auf einen geringen Abstand in sich einschließt. Der Ringraum wird bei einer solchen Ausführung in radialer Richtung völlig überdeckt, was eine wesentliche Verbesserung der sich in bezug auf das Lager ergebenden Schutzwirkung bedingt.
  • Um ein Durchschlagen von Feuchtigkeit durch den Ring in Richtung des Lagers zu verhindern, hat es sich als vorteilhaft bewährt, wenn der Ring auf der dem Lager zugewandten Seite mit einer flüssigkeitsundurchlässigen Schicht abgedeckt ist. Diese kann beispielsweise aus einer in flüssigem Zustand angeformten Beschichtung aus polymerem Werkstoff bestehen. Die Verwendung einer unabhängig von dem Ring hergestellten Ringscheibe aus flüssigkeitsundurchlässigem Material, beispielsweise aus Metall oder Kunststoff, kann jedoch ebenfalls in die Überlegungen mit einbezogen werden und erleichtert bei entsprechender Kalibrierung des Innen- oder des Außenumfanges die unverdrehbare Festlegung des Ringes an dem Lagerdeckel. Der Ring hat im allgemeinen ein rechteckiges Profil. Ausführungen mit einem winkelförmigen Profil lassen sich der Pumpenwelle und dem Gehäuse leichter mit der erforderlichen Genauigkeit zuordnen. Sie haben eine relativ vergrößerte Oberfläche, was die Verdampfung aufgenommenen Kühlmittels begünstigt.
  • Der Ring kann mit der Welle oder dem Lagerdeckel unverdrehbar verbunden sein. Eine Ausführung, bei der der Ring mit dem Lagerdeckel unverdrehbar verbunden ist, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt.
  • Der Luftdurchsatz durch den Ringraum wird unter normalen Betriebsbedingungen durch Konvektionsvorgänge begünstigt, wenn die Öffnungen zumindest eine oberhalb und zumindest eine unterhalb der Achse angeordnete Öffnung umfassen, um die die Pumpenwelle drehbar ist. Zweckmäßigerweise sollte zumindest eine dieser Öffnungen im Bereich der höchsten und zumindest eine dieser Öffnungen im Bereich der tiefsten Stelle des Ringraumes vorgesehen sein. Zusätzlich ergibt sich in diesem Fall der Vorteil, daß das Aufstauen von Kühlflüssigkeit in dem Ringraum verhindert wird.
  • Der Ring kann aus einem offenporigen Schaumstoff bestehen, beispielsweise aus einem Polyurethanschaum. Eine wesentlich größere mechanische und chemische Beständigkeit ergibt sich demgegenüber, wenn der Ring aus einem eigenfesten Fasermaterial besteht, beispielsweise aus einem verfilzten Material, aus einem Vliesstoff, aus einem Gewebe und/oder einem Gewirke. Die zur Anwendung gelangenden Fasern können beliebiger Art sein und solche natürlichen, mineralischen oder synthetischen Ursprungs umfassen.
  • Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung weiter verdeutlicht.
  • In der Zeichnung ist eine Kühlwasserpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine in Längsgeschnittener Darstellung wiedergegeben, umfassend einen an einem Pumpengehäuse 1 festlegbaren Lagerdeckel 2, in dem eine mit einem Flügelrad 3 versehene Pumpenwelle 4 mittels eines Lagers 5 drehbar gelagert ist, wobei der Lagerdeckel 2 und die Pumpenwelle 4 durch ein Dichtelement 6 gegeneinander angedichtet sind, das in dem Zwischenraum zwischen dem Flügelrad 3 und dem Lager 5 angeordnet ist und wobei ein mit einer Entlüftungseinrichtung versehener Ringraum 7 in dem axialen Zwischenraum des Lagers 5 und des Dichtelementes 6 vorgesehen ist. Das Dichtelement besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Gleitringdichtung. Es kann gegebenenfalls durch eine Lippendichtung oder eine andere Ausführung eines Dichtelementes ersetzt sein.
  • Die Entlüftungseinrichtung des Ringraumes 7 wird durch zwei senkrecht übereinanderliegende Entlüftungsöffnungen 8, 9 gebildet, die die Wandung des Lagerdeckels 2 geneigt durchdringen. Beide Entlüftungsöffnungen 8, 9 münden in einer übereinstimmenden Radialebene in den Ringraum 7. An ihre einander gegenüberliegenden Mündungen schließen sich axial in Richtung des Lagers 5 zwei aufeinandergeschichtete Ringe 10 an, die von kreisringförmiger Gestalt sind und aus einem Nadelvlies aus Polyesterfasern bestehen. Die Ringe 10 sind adhäsiv in einem flüssigkeitsundurchlässigen Winkelring aus Kunststoff festgelegt, der sie auf der radial nach außen weisenden Seite sowie auf der dem Lager 5 zugewandten Seite völlig überdeckt. Der Außendurchmesser des Winkelringes ist so bemessen, daß sich nach dem Einpressen in die aufnehmende Bohrung des Lagerdeckels 2 eine unverdrehbare Festlegung an deren Wandung ergibt. Der Innendurchmesser des kreisringförmig ausgebildeten Ringes 10 ist so bemessen, daß sich eine relativ bewegliche Oberflächenberührung oder gegenüber der Welle 4 ein kapillaraktiver Spalt ergibt. Den Dichtspalt des Dichtelementes 6 passierende Kühlflüssigkeit wird dadurch während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Porenstruktur des Ringes 10 kontinuierlich zugeführt und in denselbe vorübergehend eingespeichert. Bedingt durch die hohe Temperatur der Pumpenwelle 4 und der dem Ring 10 zugewandten Stirnseite des Dichtelementes 6 wird in dem Ring 10 gespeicherte Kühlflüssigkeit kontinuierlich verdampft. Die über dessen Stirnfläche verdampfende Kühlflüssigkeit wird von der Luft, die den Ringraum über die Entlüftungsöffnung passiert, aufgenommen und über die Entlüftungsöffnung 9 aus dem Ringraum 7 abgeführt. Eine Beaufschlagung des Lagers 5 mit Kühlflüssigkeitsbestandteilen ist dadurch weitestgehend ausgeschlossen, ohne daß im Bereich der Entlüftungsöffnung 8 an der äußeren Oberfläche des Lagerdeckels Spuren einer Leckage erkennbar sind. Verunreinigungen der angrenzenden Bauteile oder der Umgebung werden dadurch wirkungsvoll vermieden. Dennoch ergibt sich eine wesentliche Verminderung der benötigten axialen Baulänge.

Claims (10)

  1. Kühlwasserpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen an einem Pumpengehäuse (1) festlegbaren Lagerdeckel (2), in dem eine mit einem Flügelrad (3) versehene Pumpenwelle (4) mittels eines Lagers (5) drehbar gelagert ist, wobei der Lagerdeckel (2) und die Pumpenwelle (4) durch ein Dichtelement (6) gegeneinander abgedichtet sind, das in dem Zwischenraum zwischen dem Flügelrad (3) und dem Lager (5) angeordnet ist und wobei ein mit einer Entlüftungseinrichtung versehener Ringraum (7) in dem axialen Zwischenraum des Lagers (5) und des Dichtelementes (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungseinrichtung zumindest zwei den Lagerdeckel (2) auf einander gegenüberliegenden Seiten der Welle(4) durchdringende Öffnungen (8, 9) aufweist, und daß in dem Zwischenraum (7) axial zwischen der Entlüftungsöffnungen (8), (9) und dem Lager (5) zumindest ein die Welle (4) umschließender, saugfähiger Ring (10) vorgesehen ist, der zusätzlich dem Lagerdeckel (2) dichtend zugeordnet und auf der dem Lager (5) zugewandten Seite durch eine flüssigkeitsundurchlässige Schicht (11) abgedeckt ist.
  2. Kühlwasserpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (10) mit der Pumpenwelle (4) oder dem Lagerdeckel (2) unverdrehbar verbunden ist.
  3. Kühlwasserpumpe nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsöffnungen (8, 9) zumindest eine oberhalb und zumindest eine unterhalb einer Achse (12), um die die Pumpenwelle (4) drehbar ist, angeordnete Entlüftungsöffnung (8, 9) umfassen.
  4. Kühlwasserpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Entlüftungsöffnung (9) im Bereich der höchsten und zumindest eine Entlüftungsöffnung (8) im Bereich der tiefsten Stelle des Ringraumes (7) vorgesehen ist.
  5. Kühlwasserpumpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (10) von kreisringförmiger Gestalt ist.
  6. Kühlwasserpumpe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (10) aus offenporigem Schaumstoff besteht.
  7. Kühlwasserpumpe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (10) aus eigenfestem Fasermaterial besteht.
  8. Kühlwasserpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial natürlich und/oder künstliche Fasern umfaßt.
  9. Kühlwasserpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial mit einem wasserbindenden Material (Superabsorber) imprägniert ist.
  10. Kühlwasserpumpe nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (10) ein L-förmiges Profil hat.
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