DE4223544A1 - Pumpe, insbesondere Wasserpumpe, für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Wasserpumpe, für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei solchen Pumpen sind in der Gehäusewand Bohrungen vorgesehen, durch die während des Betriebes durch die über die untere Dichtung nach oben steigende Flüssigkeit austritt. Die Leckageflüssigkeit verursacht hierbei an der Gehäusewand sichtbare Spuren. Sie veranlassen den Benutzer, die Pumpe auszutauschen, obwohl funktionell ein Austausch nicht notwendig wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungs­ gemäße Pumpe so auszubilden, daß ein frühzeitiger Aus­ tausch der Pumpe auch bei auftretender Leckage nicht mehr durchgeführt wird.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Pumpe erfin­ dungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspru­ ches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Pumpe steigt bei einer evtl. Leckage die Leckageflüssigkeit zwischen der Pumpenwelle und der unteren Dichtung nach oben und gelangt dort in den mit Schmiermittel gefüllten Raum. Dort wird die Leckageflüssigkeit im Schmiermittel aufgefangen. Auslaßbohrungen für die Leckageflüssigkeit sind daher bei der erfindungsgemäßen Pumpe nicht mehr erforderlich. Beim Auftreten von Leckage sind somit auch keine sichtbaren Spuren an der Gehäuseaußenseite zu sehen. Dadurch wird verhindert, daß die Pumpe vorzeitig, also wenn sie noch funktionell voll funktionsfähig ist, ausgetauscht wird.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt im Axialschnitt eine erfindungsgemäße Pumpe, die an einem teilweise dargestellten Motorblock befestigt ist.

Die Pumpe ist bevorzugt eine Wasserpumpe, die in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist. Die Pumpe hat ein Lagerge­ häuse 1, das vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt hat und in dem eine Pumpenwelle 2 drehbar gelagert ist. Auf dem axial über das Lagergehäuse 1 ragenden Ende 3 eines Wellenteiles 2a der Pumpenwelle 2 sitzt drehfest ein An­ triebsteil 4, das im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Flansch zur Befestigung einer Riemenscheibe ist, über die ein Antriebsriemen geführt wird. Das Antriebsteil 4 hat an dem dem Lagergehäuse 1 zugewandten Ende einen radial abstehenden Flansch 5, der mit geringem Abstand der Stirnseite 6 des Lagergehäuses 1 gegenüberliegt. Der Außendurchmesser des Flansches 5 entspricht dem Außen­ durchmesser des Lagergehäuses 1.

Innerhalb des Lagergehäuses 1 ist der Wellenteil 2a mit einer zentralen Vertiefung 7 versehen, in die ein Wellen­ teil 8 eingesetzt ist, dessen aus dem Lagergehäuse 1 ra­ gendes Ende 9 ein Laufrad 10 drehfest trägt. Der Wellen­ teil 8 besteht aus keramischem Material und wird mit ra­ dialem Abstand vom Lagergehäuse 1 umgeben. Der aus metal­ lischem Material bestehende Wellenteil 2a ist auf den Wellenteil 8 aufgeschrumpft, so daß eine einwandfreie feste Verbindung zwischen beiden Wellenteilen hergestellt ist. Im Bereich unterhalb des Wellenteiles 2a ist das Lagergehäuse 1 im Innendurchmesser erweitert, so daß in diesem Bereich ein Aufnahmeraum 37 für Dichtungen 11 und 12 geschaffen wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind in diesem Aufnahmeraum zwischen dem Laufrad 10 und dem ihm zugewandten Ende des Wellenteiles 2a vier Dich­ tungen untergebracht, von denen die Dichtung 12 gegen Öl abdichtet, während die darunterliegenden drei Dich­ tungen 11 den Zutritt von Wasser, darin enthaltenen Schmutzteilchen und dgl. verhindern. Die Dichtungen 11, 12 sind in bekannter Weise in das Lagergehäuse 1 einge­ preßt und liegen dichtend am Wellenteil 8 an. Bevorzugt sind die Dichtungen 11 und 12 Radialwellendichtringe, die mit mindestens einer Dichtkante einer Dichtlippe am Wel­ lenteil 8 anliegen. Anstelle solcher Radialwellendicht­ ringe können auch Gleitringdichtungen eingesetzt werden.

Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel reicht es aus, wenn nur eine Dichtung 11 vorhanden ist, die den Zu­ tritt von Wasser und darin enthaltenen Schmutzteilchen und abrasiven Teilchen verhindert.

Da der Wellenteil 8 aus keramischem Material besteht, hat er eine sehr lange Lebensdauer, weil das keramische Material äußerst verschleißfest ist. Dadurch treten beim Einsatz der Pumpe keine Laufspuren im Wellenteil 8 auf, die bei anderen Materialien durch die Dichtungen erzeugt werden. Während der Lebensdauer der Pumpe ist dadurch eine einwandfreie Abdichtung am Wellenteil 8 sichergestellt. Dadurch wird zuverlässig verhindert, daß das zu pumpende Medium an der Welle 2 bis zu hinter der Dichtung 11, 12 befindlichen Lagern 20, 26 hoch­ steigt. Somit wird vermieden, daß beispielsweise im zu pumpenden Medium befindliche abrasive Teilchen zu den Lagern 20, 26 gelangen, selbst wenn die Pumpe schon längere Zeit im Einsatz ist.

Das Lagergehäuse 1 ist am vom Laufrad 10 abgewandten Ende innenseitig zur Bildung eines Aufnahmeraumes 13 für eine weitere Dichtung 14 erweitert. Sie ist in den Auf­ nahmeraum 13 eingepreßt und liegt dichtend an einer Spannhülse 15 an, die drehfest auf dem Wellenteil 2a sitzt. Die Spannhülse 15 ist gegenüber dem Wellenteil 2a durch zwei Dichtringe 16 und 17 abgedichtet, die in Ringnuten in der Mantelfläche des Wellenteiles 2a unter­ gebracht sind.

Der Wellenteil 2a weist nahe seinem den Dichtungen 11 und 12 zugewandten Ende eine Laufbahn 18 für Wälzkörper 19 eines Wälzlagers 20 auf. Die Wälzkörper 19 sind vorzugsweise Kugeln, die in der Laufbahn 18 des Wellen­ teiles 2a und in einer Laufbahn 21 des Lagergehäuses 1 laufen. Zur Bildung der Laufbahn 18 ist der Wellenteil 2a an seinem dem Laufrad 10 zugewandten Ende 22 verdickt ausgebildet. Die beim Einsatz der Pumpe durch die Wälz­ körper 19 ausgeübten Kräfte können dadurch zuverlässig vom Wellenteil 2a aufgenommen werden.

Die Laufbahn 21 ist in der Innenwandung des Lagergehäuses 1 am Übergang vom Aufnahmeraum für die Dichtungen 11, 12 zu dem den Wellenteil 2a mit Abstand umgebenden Lager­ gehäuseteil vorgesehen. Die Laufbahn 21 liegt dadurch eben­ falls in einem verdickten Wandbereich des Lagergehäuses 1, so daß die Belastungen, die durch das Wälzlager 20 im Ein­ satz der Pumpe hervorgerufen werden, auch vom Lagergehäuse sicher aufgenommen werden können.

Der verdickte Lagergehäuseteil 23 ist am Übergang zum Aufnahmeraum 13 für die Dichtung 14 mit einer weiteren Laufbahn 24 für Wälzkörper 25, vorzugsweise Kugeln, eines weiteren Wälzlagers 26 versehen. Die Spannhülse 15 ist nahe ihrem vom Antriebsteil 4 abgewandten Ende mit einem radial nach außen gerichteten Flansch 27 ver­ sehen, dessen vom Antriebsteil 4 abgewandte Unterseite als Laufbahn 28 für die Wälzkörper 25 ausgebildet ist. Das Wälzlager 26 befindet sich mit geringem Abstand unterhalb der Dichtung 14.

Die Wälzkörper 19, 25 der beiden Wälzlager 20, 26 werden in die zugehörigen Laufbahnen gedrückt, wodurch eine ab­ solute Spielfreiheit der Wälzkörper 19, 25 gewährleistet ist. Dies hat zur Folge, daß die Wälzkörper 19, 25 und/oder die zugehörigen Laufbahnen 18, 21, 24, 28 nahezu keinem Verschleiß unterliegen. Insbesondere wird dadurch verhindert, daß die Wälzkörper 19, 25 unrund werden.

Die Spannhülse 15 steht unter der Kraft wenigstens einer Druckfeder 29, die vorzugsweise durch wenigstens eine Tellerfeder gebildet wird. Es ist auch möglich, ein Tellerfederpaket vorzusehen. Die Druckfeder 29 liegt in einer stirnseitigen Vertiefung 30 des Antriebsteiles 4 und liegt auf der Spannhülse 15 auf. Über die Druckfeder 29 wird die Spannhülse 15 mit ihrem Flansch 27 fest gegen die Wälzkörper 25 gedrückt, die dadurch in die Laufbahn 24 des Lagergehäuses 1 spielfrei gepreßt werden. Beim Auf­ schrauben des Antriebsteiles 4 auf das Wellenende 3 wird die Pumpenwelle 2 über die Druckfeder 29 in der Zeichnung aufwärts gezogen, wodurch der verdickte Endbereich 22 des Wellenteiles 2a die Wälzkörper 19 fest in die Lauf­ bahnen 18, 21 preßt.

Die Zwischenschaltung der Druckfeder 29 zwischen den Antriebsteil 4 und die Spannhülse 15 hat den Vorteil, daß Längenänderungen der Spannhülse und/oder des Lager­ gehäuses 1 infolge Wärmedehnungen aufgefangen werden können, so daß die Wälzkörper 19, 25 nicht überlastet werden können. Beim Auftreten solcher Wärmedehnungen kann sich die Spannhülse 15 gegen die Kraft der Druckfeder 29 relativ zum Wellenteil 2a und damit auch zum Lagergehäuse 1 verschieben.

Sind derartige Wärmedehnungen nicht zu befürchten, kann die Spannhülse 15 auch einstückig mit dem Wellenteil 2a ausgebildet sein. In diesem Falle wird die Anpreß­ kraft zur spielfreien Führung und Lagerung der Wälzkörper 19, 25 durch Aufschrauben oder Aufpressen des Antriebs­ teiles 4 auf das Wellenende 3 erreicht.

Die Pumpe wird mit ihrem Lagergehäuse 1 an einen Motor­ block 31 angesetzt, der mit einer Anbauöffnung 32 für die Pumpe versehen ist. Ihr Durchmesser ist so groß, daß das Laufrad 10 durch die Anbauöffnung 32 hindurch in den Motorblock 31 gesteckt werden kann. In der Einbaulage der Pumpe liegt somit das Laufrad 10 innerhalb des Motorblockes 31.

Das Lagergehäuse 1 hat am laufradseitigen Ende einen radial nach außen gerichteten Flansch 33, mit dem die Pumpe in die Anbauöffnung 32 eingesetzt wird. Der Flansch 33 hat eine Kegelfläche 34 als Mantelfläche. In gleicher Weise hat die An- bzw. Einbauöffnung 32 einen kegelför­ migen Rand 35. Beide Kegelflächen 34 und 35 haben den gleichen Kegelwinkel, der vorzugsweise größer als der Winkel der Selbsthemmung ist. Dadurch kann die Pumpe im Bedarfsfall einfach vom Motorblock 31 abgenommen werden. Die Kegelflächen 34, 35 haben den Vorteil, daß die Ein­ bauöffnung 32 und die Kegelfläche 34 nicht mit engen Toleranzen hergestellt werden müssen und daß dennoch ein sicherer Sitz des Flansches 33 im Motorblock 31 gewähr­ leistet ist. In der Kegelfläche 34 und/oder im kegelför­ migen Rand 35 der Einbauöffnung 32 ist ein Dichtring 36 gelagert, so daß die Einbauöffnung einwandfrei abge­ dichtet ist.

In der Einbaulage wird die Pumpe dann in geeigneter Weise fest mit dem Motorblock 31 verbunden.

Anstelle des bevorzugten Kegelsitzes kann der Motorblock 31 auch eine zylindrische Einbauöffnung aufweisen. Dann ist allerdings eine sehr genaue Passung erforderlich, um einen einwandfreien Sitz der Pumpe in der Einbauöffnung 32 zu gewährleisten. Außerdem ist dann zum Abziehen der Pumpe vom Motorblock 31 ein Abziehwerkzeug oder eine Abziehvorrichtung erforderlich, die bei der bevorzugten Ausführung mit Kegelsitz nicht notwendig sind. Dort kann die Pumpe ohne derartige Werkzeuge oder Vorrichtungen im Bedarfsfall vom Motorblock 31 abgenommen werden.

Schließlich ist es auch möglich, die Einbauöffnung 32 mit Innengewinde zu versehen, so daß das Lagergehäuse 1 in diese Einbauöffnung 32 geschraubt werden kann. In diesem Falle müssen die Gewinde in geeigneter Weise abgedichtet werden.

Die beiden Wellenteile 2a und 8 können auch einstückig miteinander ausgebildet sein und dann durchgehend aus keramischem Material bestehen. In diesem Falle ist der Aufschrumpfvorgang zur Verbindung der beiden Wellenteile nicht erforderlich.

Bei einer anderen (nicht dargestellten) Ausführungsform können die beiden Wellenteile 2a und 8 sowie das Laufrad 10 einstückig miteinander aus keramischem Material her­ gestellt sein. In diesem Falle muß das Laufrad 10 nicht in einem zusätzlichen Arbeitsgang auf den Wellenteil 8 gesteckt werden.

Die Pumpe läßt sich kostengünstig fertigen und hat eine lange Lebensdauer. Da der Wellenteil 8 aus keramischem Material besteht, ist er sehr verschleißfest, so daß die an ihm anliegenden Dichtungen 11 und 12 nicht zu einem frühzeitigen Verschleiß des Wellenteiles 8 und damit zu einem frühzeitigen Ausfall der Pumpe führen. Da die Wälzkörper 19, 25 in die Laufbahnen 18, 21, 24, 28 gepreßt werden, haben die Wälzlager 20, 26 kein Spiel, so daß sie ebenfalls nur einem sehr geringen Verschleiß beim Einsatz der Pumpe unterliegen. Zudem läßt sich die Pumpe äußerst einfach vom Motorblock 31 abnehmen. Dann können beispielsweise bequem Dichtungen ausgetauscht werden, die evtl. beschädigt sind.

Oberhalb der unteren, gegen Öl abdichtenden Dichtung 12 oder auch oberhalb der obersten Dichtung 11′ der unteren, gegen Wasser abdichtenden Dichtungen 11 befindet sich ein Ringraum 37 zwischen dem Lagergehäuseteil 23 und der Pumpenwelle 2. Er ist als Schmiermittelraum ausgebildet, der mit einem Schmiermittel gefüllt ist. Vorzugsweise erstreckt sich der Schmiermittelraum 37 bis zum Aufnahme­ raum 13. Mit dem Schmiermittel werden die Lager 20, 26 ge­ schmiert, die in diesem Raum liegen. Nach oben ist der Schmiermittelraum 37 durch die obere Dichtung 14 abge­ dichtet. Steigt während des Betriebes der Pumpe 2 Leckage­ flüssigkeit zwischen der Pumpenwelle und der unteren Dichtung 12 nach oben, dann gelangt sie in das Schmier­ medium und wird darin aufgefangen. Die bei den bekannten Pumpen in deren Gehäusewandung vorhandenen Bohrungen sind nicht vorgesehen. Daher gelangt auch keine Leckage­ flüssigkeit nach außen. An der Gehäuseaußenwand treten darum auch keine Spuren von austretender Leckageflüssig­ keit auf. Die Pumpe wird aus diesem Grunde auch nicht zu früh ausgewechselt. Dadurch können erhebliche Kosten eingespart werden. Die Dichtungen 12 und 14 können beispielsweise auch als Gleitringdichtungen ausgebildet sein.

Claims (22)

1. Pumpe, insbesondere Wasserpumpe, für Kraftfahrzeuge, mit einem Gehäuse, in dem eine Pumpenwelle drehbar gelagert ist, die am freien Ende ein Laufrad trägt und die im unteren, an das Laufrad anschließenden Bereich mindestens eine Dichtung hat, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich oberhalb der unteren Dichtung (12) zwischen der Pumpenwelle (2) und dem Gehäuse (1) ein mit Schmiermittel gefüllter Raum (37) vorge­ sehen ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiermittelraum (37) von der unteren Dich­ tung (12) bis zu einer oberen Dichtung (14) reicht, und daß im Schmiermittelraum Lager (20, 26) für die Pumpenwelle (2) liegen.

3. Pumpe, deren Pumpenwelle mit Wälzlagern drehbar abgestützt ist, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (19, 25) der Wälzlager (20, 26) spielfrei in ihre Lauf­ bahnen (18, 21, 24, 28) gepreßt sind.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahnen (18, 21; 24, 28) an der Pumpenwelle (2) und am Gehäuse (1) vorgesehen sind.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenwelle (2) einen verdickten Endbereich (22) aufweist, an dem eine der Laufbahnen (18) vorgesehen ist.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Pumpenwelle (2) eine Spannhülse (15) sitzt, die eine der Laufbahnen (28) aufweist.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (15) einen radial abstehenden Flansch (27) aufweist, an dem die eine Laufbahn (28) vorgesehen ist.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (1) einen verdickten Wandabschnitt (23) aufweist, an dessen beiden Enden jeweils eine der Laufbahnen (21, 24) vorgesehen ist.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäuseseitigen Lauf­ bahnen (21, 24) einen kleineren axialen Abstand voneinander haben als die pumpenseitigen Laufbahnen (18, 28).

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (15) axial verschiebbar auf der Pumpenwelle (2) sitzt.

11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (15) gegen eine Gegenkraft axial verschiebbar ist.

12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (15) gegen die Kraft wenigstens einer Druckfeder (29), vorzugs­ weise einer Tellerfeder, verschiebbar ist.

13. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnete daß sich die Druckfeder (29) an einem auf der Pumpenwelle (2) drehfest sitzenden Antriebsteil (4) abstützt.

14. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (4) eine Vertiefung (30) aufweist, in der die Druckfeder (29) liegt.

15. Pumpe, insbesondere Wasserpumpe, für Kraftfahrzeuge, mit einem Gehäuse, in dem eine Pumpenwelle drehbar gelagert ist, die am freien Ende ein Laufrad trägt und mit mindestens einer Dichtung gegenüber dem Gehäuse abgedichtet ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenwelle (2) zumindest im Bereich der Dichtung (11, 12) aus keramischem Material besteht.

16. Pumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenwelle (2) aus zwei Wellenteilen (2a, 8) besteht, von denen der eine Wellenteil (8) aus keramischem Material besteht.

17. Pumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Wellenteil (2a) auf den aus keramischem Material bestehenden Wellenteil (8) aufgeschrumpft ist.

18. Pumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenwelle (2) insgesamt aus keramischem Material besteht.

19. Pumpe nach Anspruch 15 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenwelle (2) und das Laufrad (10) einstückig aus keramischem Material bestehen.

20. Pumpe nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der aus keramischem Werkstoff bestehende Wellenteil (8) und das Laufrad (10) einstückig aus Keramikmaterial hergestellt sind.

21. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (11, 12, 14) Radialwellendichtungen sind.

22. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (11, 12, 14) Gleitringdichtungen sind.