EP2295809A2

EP2295809A2 - Fluidpumpenvorrichtung mit Dichtungseinrichtung

Info

Publication number: EP2295809A2
Application number: EP10168287A
Authority: EP
Inventors: Bernd Hein; Jerome Thiery; Christoph Heier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2011-03-16
Also published as: DE102009028144A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung welche ein Laufrad aufweist, das in einem Gehäuse der Fluidpumpenvorrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtungseinrichtung zwischen dem Laufrad und dem Gehäuse vorgesehen ist, wobei ein Dichtspalt der Dichtungseinrichtung zwischen dem Laufrad und dem Gehäuse geschlossen ist, wenn das Laufrad im Stillstand ist, wobei eine Vorrichtung vorgesehen ist, die das Laufrad im Stillstand durch eine Magnetkraft gegen das Gehäuse bewegt, so dass der Dichtspalt geschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluidpumpenvorrichtung mit einer Dichtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Wasserpumpenvorrichtung oder Zustatzwasserpumpenvorrichtung.

Stand der Technik

Aus der DE 195 45 561 A1 ist eine Restwärmepumpe für eine Brennkraftmaschine bekannt. Diese Restwärmepumpe weist eine Kreiselpumpe und einen Gleichstrommotor auf. Die Kreiselpumpe ist dabei in einem Pumpengehäuse angeordnet und über eine Welle mit einem Läufer verbunden. Der Läufer ist dabei in einem Spalttopf angeordnet, der mit dem Pumpengehäuse verbunden ist. In dem Spalt zwischen dem Läufer und dem Spalttopf können sich dabei jedoch leicht Schmutzpartikel ablagern, welche in dem von der Pumpe angesaugten Wasser mitgeführt werden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß der Erfindung wird eine Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung bereitgestellt, welche ein Laufrad aufweist, das in einem Gehäuse der Fluidpumpenvorrichtung angeordnet ist, wobei eine Dichtungseinrichtung zwischen dem Laufrad und dem Gehäuse vorgesehen ist und wobei eine Vorrichtung vorgesehen ist, die durch Magnetkraft einen Dichtspalt der Dichtungseinrichtung schließt, wenn das Laufrad im Stillstand ist.
Die erfindungsgemäße Fluidpumpenvorrichtung weist dabei den Vorteil auf, dass das Laufrad einen Bereich des Gehäuses über die Dichtungseinrichtung abdichten kann, so dass keine Schmutzpartikel in diesen Bereich eindringen können, wenn das Laufrad im Stillstand ist, da bei einem Stillstand der Dichtspalt der Dichtungseinrichtung geschlossen ist. Ein solcher Bereich des Gehäuses der hierbei über die Dichtungseinrichtung abgedichtet werden kann, ist dabei beispielsweise der Topf, welcher den Motorgehäuseteil und den Pumpengehäuseteil des Gehäuses voneinander trennt und wobei in dem Topf beispielsweise der Rotor angeordnet ist, der gleichzeitig auch als das Laufrad ausgebildet sein kann.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Dichtungseinrichtung wenigstens ein, zwei oder mehr Dichtelemente auf, wobei die Dichtelemente dabei beispielsweise in Form von Vorsprüngen ausgebildet werden können. Die Dichtelemente oder Vorsprünge werden dabei auf dem Laufrad vorgesehen und/oder auf dem gegenüberliegenden Gehäuseabschnitt. Dabei können wenigstens ein, mehrere oder alle Dichtelemente oder Vorsprünge eine Dichtfläche aufweisen, welche dichtend an dem gegenüberliegenden Gehäuse oder entsprechend gegenüberliegenden Laufrad anliegen, wenn der Dichtspalt geschlossen ist. Des Weiteren können die Dichtelemente oder Vorsprünge abwechselnd auf dem Laufrad und dem Gehäuse angeordnet sein, so dass wenn das Laufrad betätigt wird und der Dichtspalt geöffnet ist, die Dichtelemente bzw. Vorsprünge zusätzlich eine Labyrinthdichtung bilden.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der schematischen Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine Wasserpumpenvorrichtung;
Fig. 2 eine Schnittansicht durch einen Teil einer Wasserpumpenvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung, wobei die Wasserpumpenvorrichtung sich im Stillstand befindet;
Fig. 3 ein Ausschnitt der Wasserpumpenvorrichtung und der Dichtungseinrichtung gemäß Fig. 2;
Fig. 4 eine Schnittansicht durch einen Teil der Wasserpumpenvorrichtung gemäß Fig. 2 mit der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung, wobei die Wasserpumpenvorrichtung sich in Betrieb befindet; und
Fig. 5 ein Ausschnitt der Wasserpumpenvorrichtung und der Dichtungseinrichtung gemäß Fig. 4.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
In Fig. 1 ist zunächst eine Schnittansicht durch ein Beispiel einer Fluidpumpenvorrichtung 10 gezeigt, genauer gesagt einer Wasserpumpenvorrichtung, die mit einer erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung 40 versehen werden kann. Die Wasserpumpenvorrichtung 10 weist dabei einen Rotor 14 auf, welcher als Laufrad ausgebildet ist. Der Rotor 14 ist in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise als Plastoferrit-Läufer ausgebildet. Dabei bildet der Rotor 14 einerseits den magnetischen Teil eines Elektromotors. Andererseits ist der Rotor 14 auf der hydraulischen Seite gleichzeitig als Flügelrad bzw. Laufrad ausbildet. Statt als magnetischer Teil eines Elektromotors bzw. EC- Motors kann der Rotor beispielsweise auch als magnetischer Teil einer Magnetkupplungseinrichtung ausgebildet sein (nicht dargestellt). Die Erfindung ist aber auf solche Rotoren und Laufräder nicht beschränkt. So kann neben dem zuvor beschriebenen Rotor 14 bzw. Laufrad beispielsweise auch ein Rotor bzw. Laufrad verwendet werden, der bzw. das als Hartferrit-Ring mit angespritztem Kunststoffkörper ausgebildet ist usw..
In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist der Rotor 14 auf einer Laufradbuchse 16 angeordnet, die auf einer Welle 18 gelagert ist. Die Welle 18 ist mit einem Ende 20 in einer Aufnahme 22 eines Pumpengehäuses 24 aufgenommen und mit dem anderen Ende 26 in einer Aufnahme 28 eines Topfes 30 eines Motorgehäuses 34. Außen um den Topf 30 ist eine Statoreinrichtung 35 vorgesehen, zum Antreiben des Rotors 14 bzw. Laufrads. Die Statoreinrichtung 35 ist dabei in einem Motorgehäuseteil 34 angeordnet, der von dem Topf 30 abgetrennt ist, so dass kein Wasser in diesen Bereich eindringen kann. Dieser Motorgehäuseteil 32, sowie der Topf 30 sind hierbei mit dem Pumpengehäuse 24 beispielsweise mittels Schrauben 36 verschraubt. Dabei weist der Motorgehäuseteil 32 in dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel zusätzlich eine Steckereinrichtung 38 auf. Des Weiteren sind der Motorgehäusetopf 30 und das Pumpengehäuse 24 über eine erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung 40 gegeneinander nach außen abgedichtet.
Im Betrieb, wenn der Rotor 14 bzw. das Laufrad über die Statoreinrichtung 35 angetrieben wird, wird Wasser beispielsweise aus einem angeschlossenen Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors oder einer anderen Einrichtung, welche Wasser bereitstellt, über einen Ansaugstutzen 42 in dem Pumpengehäuse 24 angesaugt. Das angesaugte Wasser wird anschließend an eine mit Wasser zu versorgende Einrichtung über einen Druckstutzen 44 des Pumpengehäuses 24 weitergeleitet. Eine solche mit Wasser zu versorgende Einrichtung ist beispielsweise eine Heizeinrichtung und/oder eine Kühlungseinrichtung, beispielsweise als Bestandteil einer Klimaanlage eines Fahrzeugs usw..
Die Wasserpumpenvorrichtung 10 weist hierbei eine Dichtungseinrichtung 12 auf, wobei diese Dichtungseinrichtung 12 durch eine erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung 40 ersetzt werden kann, welche im nachfolgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren 2-5 näher beschrieben wird. Die Dichtungseinrichtung 40 gemäß der Erfindung wird zwischen dem Rotor 14 bzw. Laufrad und dem Motorgehäusetopf 30 vorgesehen, wobei die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung 40 dabei beispielsweise wahlweise zusätzlich als Labyrinthdichtungseinrichtung ausgeführt werden kann. Die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung 40 dient dazu, den im vorliegenden Fall beispielsweise magnetischen Rotor bzw. Laufrad 14 der Wasserpumpenvorrichtung 10 gegen Verschmutzungen, wie beispielsweise Formsand, aus dem hydraulischen Teil des Kreislaufes zu schützen. Besonders kritisch sind hierbei magnetische Schmutzpartikel, wie beispielsweise Späne oder Formsand mit magnetischen Anteilen, die zum Beispiel bei der Herstellung von Motorblöcken im Gussverfahren entstehen. Die Schmutzpartikel können sich im relativ engen Spalt 46 an der Außenseite des Rotors 14 bzw. Laufrads festsetzen und letztlich zum Blockieren des Rotors 14 bzw. Laufrads führen.
Die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung 40 ist in den nachfolgenden Fig. 2, 3, 4 und 5 in einem jeweils vergrößerten Ausschnitt der Fluidpumpenvorrichtung 10, hier z.B. Wasserpumpenvorrichtung, gezeigt und wird anhand dieser Figuren näher erläutert.
In Fig. 2 ist eine Schnittansicht durch einen Teil einer Wasserpumpenvorrichtung 10 mit der Dichtungseinrichtung 40 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Rotor 14 bzw. das Laufrad der Wasserpumpenvorrichtung 10 befindet sich dabei zunächst im Stillstand.
Die in Fig. 2 gezeigte Wasserpumpenvorrichtung 10 kann dabei beispielsweise wie die Wasserpumpenvorrichtung 10 in Fig. 1 ausgebildet sein, oder auch jeden anderen Aufbau aufweisen, beispielsweise einen separaten Rotor und ein separates Laufrad, einen Elektromotor und/oder eine Magnetkupplung usw.. Im vorliegenden Fall weist die Wasserpumpenvorrichtung 10 ein Pumpengehäuse 24 auf, in welchem ein Rotor 14 vorgesehen ist. Der Rotor 14 ist in der vorliegenden Ausführungsform dabei beispielsweise zusätzlich als Laufrad ausgebildet und in einem Topf 30 eines Motorgehäuses 32 angeordnet. Der Topf 30 ist dabei auf seiner Unterseite an das Pumpengehäuse 24 angeschlossen und trennt einen Motorgehäuseteil 32 mit der Statoreinrichtung von dem Pumpengehäuseteil 24. Auf der Außenseite des Topfes 30 ist wiederum die Statoreinrichtung angeordnet, wie sie beispielhaft in Fig. 1 gezeigt ist. Diese ist dabei in einem Bereich des Motorgehäuses 32 angeordnet, der von dem Topf 30 so abgetrennt ist, dass kein angesaugtes Wasser aus dem Pumpengehäuse 24 in diesen Bereich gelangen kann. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist dieser Teil des Motorgehäuses 32 und die Statoreinrichtung in Fig. 2 und den nachfolgenden Fig. 3, 4 und 5 nicht dargestellt.
Der Rotor 14 bzw. das Laufrad ist auf einer Laufradbuchse 16, beispielsweise einer Kohlebuchse, angeordnet. Die Laufradbuchse 16 kann hierbei beispielsweise in dem Rotor 14 eingespritzt sein oder auf andere Weise an dem Rotor 14 befestigt sein. Des Weiteren ist eine durchgehende Welle 18 vorgesehen, die auf der Laufradbuchse 16 geführt ist. Die Welle 18 ist dabei mit ihrem einen Ende 26 in dem Topf 30 aufgenommen. Hierzu ist die Welle 18 beispielsweise mit einem Ende 26 in dem Topf 30 eingespritzt und bildet einen Lagerbolzen 48. Das andere Ende 20 der Welle 18 ist wiederum in einer entsprechenden Aufnahme 22 im Pumpengehäuse 24 aufgenommen. Das Laufrad 14, welches gleichzeitig in der vorliegenden Ausführungsform den Rotor 14 bildet, ist axial beweglich ausgebildet. Die axiale Beweglichkeit des Laufrads 14 bzw. Rotors 14 auf dem Lagerbolzen 48 wird beispielsweise durch die Toleranzlage zwischen Anlageflächen der Laufradbuchse 16 und der Anlagefläche des Topfes 30 im Bereich der Einspritzung der Welle bzw. der Anlagefläche der Aufnahme 22 im Pumpengehäuse 24 bestimmt, so dass sich das Laufrad 14 bzw. der Rotor 14 ausreichend in axialer Richtung in Richtung Pumpengehäuse und Motorgehäuse bewegen kann. Dabei ist außerdem beispielsweise eine Spielpassung oder eine Übergangspassung zwischen der Laufradbuchse 16 und der Welle 18 vorgesehen, da in dem Beispiel in Fig. 2, die Laufradbuchse 16 fest mit dem Laufrad bzw. Rotor 14 verbunden ist und sich daher die Laufradbuchse mit dem Rotor auf der Welle axial bewegt. Die Lagerbuchse 16 besteht dabei vorzugsweise aus einem Material mit entsprechenden Gleiteigenschaften, wobei die Laufradbuchse 16 beispielsweise als Kohlebuchse ausgebildet ist. Die Erfindung ist aber nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt. Das radiale Lagerspiel ist größer Null und bewegt sich in einem Bereich von beispielsweise wenigen Hundertstell Millimetern, so dass sich einerseits das Laufrad 14 mit der Lagerbuchse 16 auf dem Lagerbolzen 48 drehen kann und andererseits im Wesentlichen kein oder kaum Schmutzpartikel aus dem Wasser durch den Spalt 50 zwischen der Laufradbuchse 16 und dem Lagerbolzen 48 fließen kann.
Hierbei kann wahlweise zusätzlich ein Anlaufelement 52 auf der Welle 18 zwischen der Laufradbuchse 16 und der Aufnahme 22 für die Welle 18 in dem Pumpengehäuse 24 vorgesehen werden. Das Anlaufelement 52 ist dabei beispielsweise eine Anlaufscheibe welche auf die Welle 18 aufgeschoben wird und z.B. ein oder mehrere Klammern 54 aufweist zum Fixieren an dem Pumpengehäuse 24. Statt Klammern 54 oder zusätzlich zu diesen kann auch jede andere Befestigungseinrichtung vorgesehen werden, die geeignet ist, das Anlaufelement 52 zu fixieren. Im Betrieb verhindert das Anlaufelement 52 hierbei, dass die Laufradbuchse 16 direkt mit der Aufnahme 22 für die Welle 18 in Kontakt kommt, was sonst u.U. zu einem Verschleiß führen könnte. Das Anlaufelement 16, wie hier die Anlaufscheibe, besteht beispielsweise aus Metall, z.B. Stahl oder Edelstahl. Des Weiteren kann das Pumpengehäuse 24 mit seiner Lagerstelle bzw. Aufnahme 22 für die Welle 18 wahlweise zusätzlich eine vorgelagerte Strömungskappe 56 aufweisen. Diese vorgelagerte Strömungskappe 56 dient dazu, die Lagerstelle gegen Verschmutzung im zuströmenden Medium zu schützen. Gleichzeitig kann die Strömungskappe 56 auch als axialer Anschlag für den Rotor 14 bzw. das Laufrad ausgebildet sein, wenn der Rotor 14 bzw. Laufrad sich im Betrieb in Richtung Pumpengehäuse 24 bewegt. Dabei kann, wie zuvor beschrieben, wahlweise zusätzlich das Anlaufelement 52 auf der Strömungskappe 56 des Pumpengehäuses 24 vorgesehen werden, zur Verbesserung der Gleiteigenschaften und zum Verhindern eines Verschleißes durch Reiben des Rotors 14 bzw. Laufrads direkt an dem Pumpengehäuse 24 bzw. dessen Strömungskappe 56. Die Strömungskappe 56 kann dabei einteilig oder als separates Teil an dem Pumpengehäuse 24 vorgesehen sein.
Über einen Einlassabschnitt, beispielsweise in Form eines Ansaugstutzens 42, am Pumpengehäuse 24 wird bei Betrieb der Wasserpumpenvorrichtung 10 Wasser angesaugt und über den Rotor 14 bzw. das Laufrad zu einem Auslassabschnitt z.B. des Pumpengehäuses 24, im vorliegenden Beispiel in Fig. 2 einem Druckstutzen 44, weitergepumpt. Mit dem Auslassabschnitt bzw. Druckstutzen 44 kann wenigstens eine weitere Einrichtung verbunden werden, welche mit dem Wasser der Wasserpumpenvorrichtung versorgt wird, beispielsweise eine Kühlungseinrichtung, wie eine Wärmetauscherkühlungseinrichtung, und/oder eine Heizeinrichtung usw.. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese beiden Beispiele beschränkt. Grundsätzlich kann jede andere Einrichtung mit der Wasserpumpenvorrichtung bzw. Fluidpumpenvorrichtung verbunden werden, welcher mit Wasser oder einem anderen Fluid zu versorgen ist.
Das Wasser, welches über die Wasserpumenvorrichtung 10 angesaugt und an eine oder mehrere weitere mit Wasser zu versorgende Einrichtungen im Fahrzeug weitergeleitet wird, wird beispielsweise aus dem Kühlwasserkreislauf eines angeschlossenen Verbrennungsmotors entnommen oder einer anderen Einrichtung entnommen, in welcher Wasser für die Wasserpumpenvorrichtung bereitgestellt werden kann. Solche Verbrennungsmotoren bzw. deren Motorblöcke werden normalerweise als Gussteil hergestellt. Dadurch ist in einem solchen Gussmotor in der Regel immer noch etwas Formsand vorhanden, der mit dem Wasser durch die Wasserpumpeneinrichtung 10 mit angesaugt werden kann. Selbst bei Stillstand der Wasserpumpenvorrichtung 10 kann dabei Schmutz, wie beispielsweise Formsand und andere Schmutzpartikel, in einen Spalt 46 zwischen dem Rotor 14 bzw. Laufrad und dem Motorgehäuse 32 bzw. Topf 30 gelangen.
Um dieses zu verhindern ist zwischen dem Laufrad 14, bzw. hier dem zusätzlich als Laufrad ausgebildeten Rotor 14, und dem Motorgehäuse 30 bzw. dem Motorgehäusetopf 32 eine Dichtungseinrichtung 40 vorgesehen. Diese Dichtungseinrichtung 40 ist dabei derart ausgebildet, so dass sie bei Stillstand des Rotors 14 bzw. Laufrads die Verbindung zwischen dem Rotor 14 bzw. Laufrad und dem Topf 30 abdichtet oder verschließt, so dass keine Schmutzpartikel oder Formsand in diesen Bereich des Spaltes 46 gelangen können.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird ein Spalt 46 zwischen dem Rotor 14 bzw. Laufrad und dem Topf 30 gebildet, der verschmutzungsempfindlich ist. Um ein Verschmutzen des Spalts 46 zu verhindern wird daher die Dichtungseinrichtung 40 gemäß der Erfindung zwischen dem Rotor 14 bzw. dem Laufrad und dem Motorgehäusetopf 30 vorgesehen.
Bei der Dichtungseinrichtung 40 gemäß der Erfindung macht man sich dabei die Tatsache zu nutze, dass auf das Laufrad bzw. hier den zusätzlich als Laufrad 14 ausgebildeten Rotor der Wasserpumpenvorrichtung 10, im Stillstand und bei Betrieb Axialkräfte in entgegengesetzter Richtung wirken. Im Stillstand wird der Rotor 14 bzw. das Laufrad durch magnetische oder permanentmagnetische Kräfte in Richtung der Statoreinrichtung (nicht dargestellt) gezogen, die außen an dem Motorgehäusetopf 32 vorgesehen ist, um den Rotor 14 bzw. das Laufrad anzutreiben. Genauer gesagt, sind Teile der Statoreinrichtung magnetisiert, auch wenn die Statoreinrichtung abgeschaltet ist bzw. den Rotor 14 nicht betätigt. Da der Rotor 14 bzw. das Laufrad selbst magnetisierbar oder dauermagnetisch ausgebildet sind, wird der Rotor bzw. das Laufrad daher im Stillstand von dem magnetisierten Teil oder den magnetisierten Teilen der Statoreinrichtung angezogen, so dass eine entsprechende Magnetkraft oder Axiallkraft 68 den Rotor 14 bzw. das Laufrad im Stillstand in Richtung Motorgehäuse 30 zieht. Solche magnetisierten Teile der Statoreinrichtung sind beispielsweise Statorbleche aus Elektroblech oder ein Blechring (nicht dargestellt) der Statoreinrichtung. Es kann aber auch jedes andere Metallteil sein, welches z.B. durch die Statoreinrichtung magnetisierbar ist oder z.B. auch permanentmagnetisch ausgebildet ist und eine Magnetkraft bzw. Axialkraft 68 auf den Rotor 14 bzw. das Laufrad in Richtung Motorseite erzeugt. Dabei wirkt im Stillstand, wie in Fig. 2 mit einem Pfeil gezeigt ist, die Axialkraft 68 in Richtung der Statoreinrichtung bzw. in Richtung der Motorseite, so dass der magnetische Rotor 14 bzw. das magnetische Laufrad in Richtung der Statoreinrichtung bzw. der Motorseite gezogen wird.
Die Dichtungseinrichtung 40 ist dabei zwischen dem Rotor 14 bzw. Laufrad und dem Motorgehäuse 32 ausgebildet, wobei die Dichtungseinrichtung 40 wenigstens einen Vorsprung 60 aufweist auf dem Motorgehäuse 32 bzw. Motorgehäusetopf 30 und/oder dem gegenüberliegenden Pumpengehäuse 24. Dieser Vorsprung 60 bildet eine Dichtungsfläche 62 oder Kontaktfläche welche dichtend mit dem Topf 30 oder dem Pumpengehäuse 24 auf der gegenüberliegenden Seite in Kontakt kommt, wenn sich der Rotor 14 bzw. das Laufrad der Wasserpumpenvorrichtung 10 im Stillstand befindet.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel der Dichtungseinrichtung 40 ist die Dichtungseinrichtung 40 mit mehreren Vorsprüngen 60 als eine Labyrinthdichtung ausgebildet, wobei auf dem Pumpengehäuse 24 und dem Motorgehäuse 32 bzw. Motorgehäusetopf 30 jeweils wenigstens ein, zwei oder mehr Vorsprünge 60 vorgesehen werden können, die abwechselnd zueinander angeordnet sind. Genauer gesagt weist das Pumpengehäuse 24 in Fig. 2 einen Vorsprung 60 auf und der Topf 30 drei Vorsprünge 60, wobei der Vorsprung 60 des Pumpengehäuses 24 z.B. zwischen den beiden inneren Vorsprüngen 60 des Motorgehäusetopfs 30 angeordnet ist. Dabei bildet der Vorsprung 60 des Rotors 14 bzw. Laufrads eine Dichtungsfläche 62 oder Kontaktfläche, die mit dem gegenüberliegenden Topf 30 in dichtenden Kontakt kommt, wenn der Rotor 14 bzw. das Laufrad der Wasserpumpenvorrichtung 10 im Stillstand ist. Dabei können ein oder mehrere Vorsprünge 60 des Topfes 30 ebenfalls eine Dichtungsfläche 62 oder Kontaktfläche bilden, welche ebenfalls in dichtenden Kontakt mit dem Pumpengehäuse 24 kommen, wenn der Rotor 14 bzw. die Wasserpumpenvorrichtung 10 im Stillstand ist, dies ist aber nicht unbedingt notwendig.
Des Weiteren weist der äußere Vorsprung 60 des Topfes 30 z.B. wahlweise eine zusätzliche, zweite seitliche Dichtungsfläche 64 auf, die im Stillstand und im Betrieb des Rotors 14 bzw. der Wasserpumpenvorrichtung 10 auf der gegenüberliegenden Innenseite des Pumpengehäuses 24 dichtend anliegt. Alternativ kann dieser Vorsprung 60 aber auch nur so ausgebildet sein, dass er zur Positionierung Topfes 30 und somit auch des Motorgehäuses 32 in axialer Richtung verwendet werden kann. Dabei können auch wenigstens ein oder mehrere Dichtungseinrichtungen vorgsehen sein, beispielsweie in Form von Dichtungsringen, die das Pumpengehäuse 24 und den Topf 30 nach außen gegeneinander abdichten. Die zuvor beschriebenen Vorsprünge 60 an dem Pumpengehäuse 24 und dem Topf 30 können dabei jeweils vollständig umlaufend oder teilweise umlaufend ausgebildet sein, je nach Funktion und Einsatzzweck.
Dadurch, dass bei Stillstand des Rotors 14 bzw. der Wasserpumpeneinrichtung 10 das Pumpengehäuse 24 und der Topf 30 mit wenigstens einem Vorsprung 60, beispielsweise dem Vorsprung 60 des Pumpengehäuses 24, dichtend aneinander anliegen bzw. in dichtendem Kontakt sind, können keine Schmutzpartikel aus dem Wasser in den Spalt 46 zwischen dem Rotor 14 bzw. Laufrad und dem Topf 30 gelangen und sich dort beispielsweise anlagern. Dies hat des Weiteren den Vorteil, dass z.B. der Spalt 66 zwischen dem Vorsprung 60, welcher eine Dichtungsfläche 62 aufweist, und der gegenüberligenden Motorgehäuseseite relativ groß gewählt werden kann, um bei allen Betriebszuständen ein Schleifen des Rotos 14 am Motorgehäuse 30 zu verhindern. Der Spalt 66 kann dabei vorzugsweise eine Größe in einem Bereich zwischen 0,1mm bis 0,5mm aufweisen, wenn das Laufrad 14 bzw. die Wasserpumpenvorrichtung 10 in Betrieb ist, wie anhand der nachfolgenden Fig. 4 und 5 näher erläutert wird. Der Spalt 66 kann aber je nach Funktion und Einsatzzweck auch kleiner als 0,1 mm oder größer als 0,5mm gewählt werden. Auch wenn ein größeres Maß für den Spalt 66 zwischen dem Vorsprung 60 des Pumpengehäuses 24 und dem Motorgehäusetopf 30 gewählt wird, kann bei einer beispielsweise elektrisch betriebenen Zusatzwasserpumpe als Wasserpumpenvorrichtung 10 und einem Überströmen der Zusatzwasserpumpe, beispielsweise durch eine Hauptwasserpumpe, das Transportieren von Schmutzpartikeln in den Spalt 46 zwischen dem Rotor 14 und dem Topf 30 im Stillstand wirksam verhindert werden. Dies liegt daran, dass bei einem Stillstand des Rotors 14 bzw. des Laufrads der Wasserpumpenvorrichtung 10 im vorliegenden Fall der Vorsprung 60 des Pumpengehäuses 24 mit seiner Dichtungsfläche 62 bzw. Kontaktfläche am Ende dichtend an dem Topf 30 anliegt, dadurch, dass der Rotor 14 bzw. das Laufrad 14 durch die im Stillstand wirkende Magnetkraft bzw. Axialkraft 68 in Richtung Motor gezogen wird und dadurch der Spalt 66 zwischen dem Vorsprung 60 des Pumpengehäuses 24 mit der Dichtungsfläche 62 und dem Topf 30 geschlossen wird.
In Fig. 3 ist ein vergrößerter Ausschnitt des Bereichs des Pumpengehäuses 24 und des Topfes 30 mit der Dichtungseinrichtung 40 gemäß Fig. 2 gezeigt.
Dabei bildet der Vorsprung 60 des Laufrads 14 bzw. des Rotors, der zusätzlich als Laufrad ausgebildet ist, an seinem Ende die Dichtfläche 62 oder Kontaktfläche, um wie in Fig. 2 gezeigt ist, bei einem Stillstand der Wasserpumpenvorrichtung 10, gegen den Topf 30 dichtend angedrückt zu werden und den Dichtspalt 66 zu schließen. Dies geschieht dadurch, dass das magnetische Laufrad 14 bzw. der magnetische Rotor durch die Magnetkraft bzw. Axialkraft 68 nach oben zur Motorseite bzw. Statoreinrichtung hin gezogen wird. Wahlweise zusätzlich oder alternativ kann auch der Vorsprung 60 an dem Topf 30 an seinem Ende mit einer Dichtfläche 62 bzw. Kontaktfläche versehen sein, welche ebenfalls dichtend an das Pumengehäuse 24 angedrückt wird, wenn der Rotor 14 bzw. das Laufrad im Stillstand zur Motorseite hin bewegt wird. Die beiden Vorsprünge 60 bilden wiederum bei Betrieb des Rotors 14 bzw. Laufrads der Wasserpumpenvorrichtung 10, wie in den nachfolgenden Fig. 4 und 5 gezeigt ist, eine Labyrinthdichtung, bei welcher der Dichtspalt 66 wieder geöffnet ist.
In Fig. 4 ist nun eine Schnittansicht durch einen Teil der Wasserpumpenvorrichtung 10 gemäß Fig. 2 mit der Dichtungseinrichtung 40 gezeigt, wobei die Wasserpumpenvorrichtung 10 sich in diesem Fall in Betrieb befindet.
Bei dem elektrischen Betrieb der Wasserpumpenvorrichtung 10 erfährt der Rotor 14, welcher im vorliegenden Beispiel zusätzlich als Laufrad ausgebildet ist, Reaktionskräfte und hydraulische Kräfte in Gegenrichtung sprich Pumpenseite. Genauer gesagt wird im Betrieb, d.h. wenn das Laufrad bzw. der Rotor 14 durch die Statoreinrichtung in Drehung versetzt wird, durch das Ansaugen von Wasser über den Ansaugstutzen 42, dort im Bereich des Ansaugstutzens ein niedrigerer Druck bzw. ein Unterdruck erzeugt gegenüber dem Saugstutzen 44, wo das Wasser nach dem Ansaugen weitergepumpt wird. Durch den niedrigeren Durck oder Unterdruck im Bereich des Ansaugstutzens 42 wird nun eine hydraulische Kraft oder Pumpenkraft bzw. Axialkraft 68 erzeugt, die den Rotor 14 bzw. das Laufrad zum Ansaugstutzen bzw. in Richtung der Pumpenseite zieht. Diese hydraulische Kraft bzw. Axialkraft 68 in Fig. 4 ist dabei größer als die Magnetkraft bzw. Axialkraft 68 in den Fig. 2 und 3, die durch magnetisierte Teile an der Statoreinrichtung erzeugt wird. Dadurch zieht im Betrieb der Wasserpumpenvorrichtung, die hydraulische Kraft bzw. Axialkraft 68 in Fig. 4 den Rotor bzw. das Laufrad 14 zur Pumpenseite hin.
Mit anderen Worten, die hydraulische Kraft bzw. Axialkraft 68 in Fig. 4 greift an dem Rotor 14 bzw. Laufrad an und zieht den Rotor bzw. das Laufrad zur Pumpenseite hin. Dadurch wird wiederum der Vorsprung 60 des Pumpengehäuses 24 mit seiner Dichtungsfläche 62 aus dem dichtenden Kontakt mit dem Motorgehäuse 32 gebracht und der Dichtspalt 66 geöffnet, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,1 mm bis 0,5mm. Die beiden Vorsprünge 60 an dem Pumpengehäuse 24 und dem Motorgehäuse 32 wirken bei geöffnetem Dichtspalt 66 zusammen als eine Labyrinthdichtung. Bei der berührungslosen Labyrinthdichtung beruht die Dichtwirkung auf der Verlängerung des Dichtweges durch die wechselweise Anordnung der Vorsprünge 60 auf dem Laufrad 14 und dem feststehenden Motorgehäuse 32. Die Bewegung des Rotors 14 und der Laufradbuchse 16 in axialer Richtung in Richtung des Pumpengehäuse 24 wird dabei durch die Strömungskappe 56 des Pumpengehäuses 24 oder hier des Anlaufelements 52 begrenzt.
Die Ausbildung der betroffenen Einzelteile, d.h. z.B. des Rotors 14 bzw. Laufrads, des Motorgehäusetopfes 30, des Pumpengehäuses 24 und des Anlaufelements 52, erfolgt mit den entsprechenden Toleranzen und Axialspielen, so dass der geöffnete Dichtspalt 66 der Dichtungseinrichtung 40 im bzw. bei Betrieb der Wasserpumpenvorrichtung 10 immer ein Mindestmaß annimmt, um vorzugsweise mit Sicherheit eine Berührung zwischen dem Rotor 14 bzw. Laufrad und dem Topf 30, sowie dem Pumpengehäuse 24 zu vermeiden. Dies hat außerdem den Vorteil, dass dadurch auch eine Geräuschentwicklung und ein Verschleiß der Teile vermieden wird. Bei einer Deaktivierung des Antriebs der Wasserpumpenvorrichtung 10 legt sich wiederum die Dichtfläche 62 des jeweiligen Vorsprungs 60 der Dichtungseinrichtung 40 (rotorseitig) axial am Grund des Topfes 30 an und verschließt dabei den hydraulischen Teil gegenüber dem magnetischen Teil des Rotors 14 bzw. schließt den Dichtspalt 66.
In Fig. 5 ist ein vergrößerter Ausschnitt des Pumpengehäuses 24 und des Motorgehäuses 32 gemäß Fig. 4 gezeigt. Dabei ist der zusätzlich als Laufrad ausgebildete Rotor 14 durch die beim Betreiben der Wasserpumpenvorrichtung 10 erzeugte Axialkraft 68 in Richtung Pumpenseite gezogen und öffnet dabei den Dichtspalt 66 zwischen dem Vorsprung 60 mit seiner Dichtfläche 62 und dem Motorgehäuse 30 beispielsweise auf ein Maß vorzugsweise zwischen 0,1 mm bis 0,5mm. Der Vorsprung 60 an dem Pumpengehäuse 24 bildet dabei mit dem oder den Vorsprüngen 60 des Topfes 30 eine Labyrinthdichtung bei Betrieb der Wasserpumpenvorrichtung 10. Wie zuvor beschrieben, wird der Dichtspalt 66 wiederum geschlossen, wenn sich der Rotor 14 bzw. das Laufrad im Stillstand befinden, da dann der magnetische Rotor 14 bzw. das magnetische Laufrad durch die magnetischen Kräfte 68 in dem Motorgehäuse 30 in Richtung Motorseite gezogen wird und die hydraulische Kraft oder Axialkraft 68 in die andere Richtung zur Pumpenseite wegfällt, da die Wasserpumpenvorrichtung nicht in Betrieb ist bzw. kein Wasser ansaugt und weiter pumpt.
Die Erfindung ist aber nicht auf diese spezielle Ausführungsform einer Fluidpumpenvorrichtung 10 bzw. hier Wasserpumpenvorrichtung beschränkt, wie sie in den Fig. 1 bis 5 gezeigt ist, sondern kann auf jeder Art von Fluidpumpenvorrichtungen bei Kraftfahrzeugen angewendet werden, bei welcher ein Rotor bzw. Laufrad zum Ansaugen und Weiterpumpen von Wasser oder einem anderen Fluid eingesetzt wird. Dabei kann auch ein Laufrad unabhängig von dem Rotor vorgesehen werden, wobei der Rotor in diesem Fall nicht zusätzlich als Laufrad ausgebildet ist (nicht dargestellt). In diesem Fall wird die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung, wie zuvor beschrieben, zwischen dem Laufrad und dem Gehäuse oder z.B. Motorgehäuse der Fluidpumpenvorrichtung vorgesehen. Des Weiteren kann die Dichtungseinrichtung auch bei einer Fluidpumpenvorrichtung vorgesehen werden, bei welcher der Rotor statt als magnetischer Teil eines Elektromotors bzw. EC- Motors beispielsweise als magnetischer Teil einer Magnetkupplungseinrichtung ausgebildet ist (nicht dargestellt). In diesem Fall kann eine Magnetkraft oder Axialkraft beispielsweise ebenfalls über eine Statoreinrichtung der Magnetkupplung erzeugt werden. Je nachdem ob der Rotor zusätzlich als Laufrad ausgebildet ist oder nicht wird die Dichtungseinrichtung gemäß der Erfindung zwischen dem Laufrad und dem entsprechenden Gehäuse der Fluidpumpenvorrichtung vorgesehen. Die Fluidpumpenvorrichtung kann zum Pumpen von einem Fluid, wie z.B. Wasser, verwendet werden, wenn beispielsweise die Fluid- bzw. Wasserströmung nicht ausreicht, um eine angeschlossene Einrichtung mit Wasser zum Kühlen und/oder Heizen zu versorgen wie z.B. eine Dieselkühlungseinrichtung, eine Vorheizeinrichtung, eine Turboladerkühlungseinrichtung und/oder eine Elektronikbauteilkühlungseinrichtung usw..

Claims

Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung welche ein Laufrad (14) aufweist, das in einem Gehäuse (24, 30, 32) der Fluidpumpenvorrichtung (10) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Dichtungseinrichtung (40) zwischen dem Laufrad (14) und dem Gehäuse (24, 30, 32) vorgesehen ist, wobei ein Dichtspalt (66) der Dichtungseinrichtung (40) zwischen dem Laufrad (14) und dem Gehäuse (24, 30, 32) geschlossen ist, wenn das Laufrad (14) im Stillstand ist, wobei eine Vorrichtung (35) vorgesehen ist, die das Laufrad (14) im Stillstand durch eine Magnetkraft gegen das Gehäuse (24, 30, 32) bewegt, so dass der Dichtspalt geschlossen wird.
Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (14) zumindest teilweise magnetisch oder magnetisierbar ausgebildet ist und die Vorrichtung, insbesondere eine Statoreinrichtung (35), wenigstens ein magnetisches oder magnetisierbares Element aufweist, welches das Laufrad (14) im Stillstand durch die Magnetkraft anzieht.
Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidpumpenvorrichtung (10) im Betrieb ein Fluid über einen Einlassabschnitt (42) ansaugt und über einen Auslassabschnitt (44) abgibt, wobei im Betrieb ein Unterdruck im Bereich des Einlassabschnitts (42) erzeugt wird, der eine Kraft (68, Fig. 4, 5) erzeugt welche das Laufrad (14) von dem Gehäuse (30, 32) weg bewegt, so dass der Dichtspalt (66) zwischen dem Laufrad (14) und dem Gehäuse (24, 30, 32) geöffnet wird.
Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (14) axial beweglich gelagert ist, wobei der Dichtspalt (66) bei der Bewegung des Laufrads (14) in eine axiale Richtung geöffnet wird und bei einer Bewegung des Laufrads (14) in die entgegengesetzte axiale Richtung geschlossen wird.
Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung (40) durch wenigstens ein, zwei oder mehr Dichtelemente vorzugsweise in Form von Vorsprüngen (60) gebildet wird, die auf dem Laufrad (14) vorgesehen sind und/oder auf dem Gehäuse (30, 32), wobei wenigstens ein, mehrere oder alle Vorsprünge (60) eine Dichtfläche (62) aufweisen, welche dichtend an dem gegenüberliegenden Gehäuse (30, 32) oder gegenüberliegenden Laufrad (14) anliegen, wenn der Dichtspalt (66) geschlossen ist.
Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Vorsprung (60) auf dem Laufrad (14) und dem Gehäuse (30, 32) so angeordnet ist, dass er eine Labyrinthdichtung bildet.
Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtspalt (66) zwischen dem Vorsprung (60) mit der Dichtfläche (62) und dem gegenüberliegenden Gehäuse (30, 32) oder gegenüberliegenden Laufrad (14) vorzugsweise eine Höhe in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 0,5mm aufweist.
Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (14) auf einer Laufradbuchse (16) angeordnet ist, wobei das Laufrad (14) mit der Laufradbuchse (16) vorzugsweise fest verbunden ist, wobei die Laufradbuchse (16) vorzugsweise aus einem gleitfähigen Material besteht und vorzugsweise als Kohlebuchse ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Laufradbuchse (16) eine Welle (18) aufgenommen ist, wobei der Innendurchmesser der Laufradbuchse (16) und der Außendurchmesser der Welle (18) so gewählt ist, dass das Laufrad (14) auf der Welle (18) axial verschieblich ist, wobei der Spalt (50) zwischen der Laufradbuchse (16) und der Welle (18) vorzugsweise so gewählt ist, dass das Laufrad (14) und die Laufradbuchse (16) einerseits auf der Welle (18) ausreichend in axialer Richtung verschieblich sind und andererseits eine möglichst geringe Menge an Fluid in den Spalt (50) zwischen der Laufradbuchse (16) und der Welle (18) eindringen kann.
Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende (20) der Welle (18) in einer Aufnahme (22) eines Pumpengehäuses (24) des Gehäuses (24, 30, 32) der Fluidpumpenvorrichtung (10) aufnehmbar ist und das andere Ende (26) der Welle (18) vorzugsweise in einer Aufnahme (28) eines Motorgehäuses (30, 32) des Gehäuses (24, 30, 32) der Fluidpumpenvorrichtung (10).
Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (24) eine Strömungskappe (56) aufweist.
Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anlaufelement (52) an einem oder beiden Enden der Laufradbuchse (16) vorgesehen ist, wobei das Anlaufelement (52) vorzugsweise aus einem gleitfähigen Material besteht, insbesondere aus Stahl oder Edelstahl.
Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (14) zusätzlich als ein Rotor ausgebildet ist oder der Rotor und das Laufrad zwei separate Teile bilden und wobei die Kraftfahrzeug-Fluidpumpenvorrichtung (10) insbesondere eine Wasserpumpenvorrichtung ist zur Versorgung einer angeschlossenen Kühleinrichtung und/oder Heizeinrichtung.