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Dokumentenidentifikation DE102005061475B4 31.10.2007
Titel Wasserpumpe
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Braun, Patrick, 34549 Edertal, DE;
Toth, Istvan, Gönyü, HU;
Weber, Christian, 86579 Waidhofen, DE
DE-Anmeldedatum 22.12.2005
DE-Aktenzeichen 102005061475
Offenlegungstag 28.06.2007
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 31.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2007
IPC-Hauptklasse F01P 5/12(2006.01)A, F, I, 20051222, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F04C 25/00(2006.01)A, L, I, 20051222, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittel- oder Wasserpumpe zum Anbau an ein Zylinderkurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie einen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Zylinderkurbelgehäuse und einer an das Zylinderkurbelgehäuse angebauten Wasserpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.

Wasserpumpen von Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen wurden in der Vergangenheit üblicherweise über einen Keilriementrieb von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben. Diese Art des Antriebs hatte jedoch einige Nachteile, darunter vor allem die Verschleißanfälligkeit von Keilriemen, die im Falle eines Reißens des Keilriemens zu einer ungenügenden Kühlung des Motors führen und beträchtliche Schäden zur Folge haben konnte.

Daher ist bei Verbrennungsmotoren von neueren Kraftfahrzeugen häufig vorgesehen, die Wasserpumpe mit einer zusätzlichen, in das Kurbelgehäuse integrierten Welle anzutreiben, die mit der Kurbelwelle über einen auch als Antrieb für die Nockenwelle(n) dienenden Ketten- oder Zahnriementrieb verbunden ist, wie es beispielsweise in der DE 197 54 009 A1 beschrieben ist. Die DE 29 22 695 A1 offenbart einen äquivalenten Antrieb der Wasserpumpe über einen Zahnradantrieb. Die Wasserpumpe ist dabei gewöhnlich für eine der Drehzahl der Kurbelwelle entsprechende Antriebsdrehzahl ausgelegt.

Bei einigen Verbrennungsmotoren dient der Ketten- oder Zahnriementrieb gleichzeitig auch als Antrieb für eine oder zwei im Kurbelgehäuse gelagerte, mit doppelter Motordrehzahl rotierende Ausgleichswellen, mit denen Massenkräfte zweiter Ordnung des Verbrennungsmotors ausgeglichen werden.

Weiter ist aus der DE 103 18 711 A1 bereits eine Wasserpumpe der eingangs genannten Art bekannt, die eine integrierte Getriebestufe in Form eines Planetengetriebes umfasst.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wasserpumpe der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass bei Verbrennungsmotoren mit einer Ausgleichswelle auf eine zusätzliche, als Antriebswelle für die Wasserpumpe dienende Welle im Verbrennungsmotor verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Getriebestufe als Untersetzungsgetriebe mit einem Untersetzungsverhältnis von 2:1 ausgebildet und eingangsseitig mit einer mit doppelter Motordrehzahl angetriebenen Ausgleichswelle des Verbrennungsmotors verbindbar ist, so dass sie das Flügelrad mit einfacher Motordrehzahl antreibt.

Mit Hilfe der in das Gehäuse der Wasserpumpe integrierten, als Untersetzungsgetriebe ausgebildeten Getriebestufe kann das Flügelrad trotz des Antriebs durch die Ausgleichswelle wie bei herkömmlichen Wasserpumpen eine der Motordrehzahl entsprechende Drehzahl aufweisen, so dass die von der Wasserpumpe umgewälzte Kühlwassermenge unverändert bleibt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Getriebestufe mindestens ein Antriebsrad, das über eine Steckverbindung formschlüssig mit der Ausgleichswelle verbindbar ist und ein drehfest mit dem Flügelrad verbundenes Abtriebsrad treibt, vorzugsweise über ein zwischen dem Antriebsrad und dem Abtriebsrad angeordnetes Zwischenrad, so dass die Drehrichtung des Flügelrades der Drehrichtung der Ausgleichswelle und der Kurbelwelle entspricht.

Die Getriebestufe ist zweckmäßig als Zahnradgetriebe ausgebildet, dessen Gehäuse und Zahnräder zur Vereinfachung der Herstellung und Wartung sowie zur Geräuschminderung und aus Kostengründen vorteilhaft aus Kunststoff hergestellt sind, jedoch in Abhängigkeit vom Einsatzfall und von der Stückzahl auch aus Metall oder anderen Werkstoffen gefertigt werden können. Alternativ kann die Getriebestufe aber auch als Reibradgetriebe ausgebildet sein.

Zum Anbau an das Kurbelgehäuse weist das Gehäuse der Wasserpumpe vorzugsweise einen Befestigungsflansch auf, über den das Flügelrad der Wasserpumpe außerhalb des Gehäuses übersteht, so dass das Flügelrad nach der Montage der Wasserpumpe am Kurbelgehäuse in eine innerhalb des Kurbelgehäuses mit einem Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotors bzw. des Kraftfahrzeugs kommunizierende Ausnehmung des Kurbelgehäuses ragt, die durch das Gehäuse der angebauten Wasserpumpe dicht verschlossen wird.

Die Wasserpumpe wird vorzugsweise getrennt vom Verbrennungsmotor geschmiert, wozu ihr Gehäuse zweckmäßig mit einer verschließbaren Einfüllöffnung für ein Schmiermittel versehen wird. Eine zwischen dem Flügelrad und der Getriebestufe angeordnete Gleitringdichtung verhindert, dass das Schmiermittel in den Kühlwasserkreislauf bzw. umgekehrt Kühlwasser ins Innere des Gehäuses der Getriebestufe gelangt.

Die erfindungsgemäße Wasserpumpe kann bei Bedarf als schaltbare Wasserpumpe ausgebildet werden, da sie eine Integration von Schaltmechanismen zur Optimierung des Wärmehaushalts zulässt. Zudem ist eine Integration in ein Thermostatgehäuse denkbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen

1: eine perspektivische Vorderseitenansicht einer erfindungsgemäßen Wasserpumpe mit integrierter Getriebestufe in einem gemeinsamen Gehäuse;

2: eine perspektivische Rückseitenansicht der Wasserpumpe bei abgenommenem Gehäusedeckel;

3: eine Rückseitenansicht der Wasserpumpe bei abgenommenem Gehäusedeckel;

4: eine Seitenansicht der Wasserpumpe;

5: eine weitere Seitenansicht der Wasserpumpe;

6: eine Querschnittsansicht der Wasserpumpe.

Die in der Zeichnung dargestellte Wasserpumpe 1 dient zur Umwälzung von Kühlwasser durch einen Kühlwasserkreislauf eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor (nicht dargestellt). Zu diesem Zweck wird die Wasserpumpe 1 von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben, die über einen im Inneren eines Zylinderkurbelgehäuses des Verbrennungsmotors untergebrachten Zahnriemen- oder Kettentrieb mit einer zum Ausgleich von Massenkräften zweiter Ordnung dienenden Ausgleichswelle (nicht dargestellt) verbunden ist, welche wiederum die Wasserpumpe 1 treibt.

Wie in den Figuren dargestellt, weist die Wasserpumpe 1 eine vorgeschaltete Getriebestufe 2 auf, die bei der Montage der Wasserpumpe 1 an einer Stirnseite des Kurbelgehäuses drehfest mit der Ausgleichswelle verbunden wird und ausgangsseitig ein Pumpen- oder Flügelrad 3 der Wasserpumpe 1 treibt.

Die mit der Wasserpumpe 1 in einem Gehäuse integrierte Getriebestufe 2 umfasst ein durch eine Steckverbindung formschlüssig mit der Ausgleichswelle des Verbrennungsmotors verbindbares Antriebszahnrad 5, ein drehfest mit einer Triebwelle 6 des Flügefrades 3 verbundenes Abtriebszahnrad 7, sowie ein zwischen dem Antriebszahnrad 5 und dem Abtriebszahnrad 7 angeordnetes und mit den beiden Zahnrädern 5, 7 im Zahneingriff stehendes Zwischenzahnrad 8.

Die drei Zahnräder 5, 7, 8 sind drehbar im Inneren des Gehäuses gelagert, das zum Beispiel aus einem duroplastischen Kunststoff besteht und zum Einsetzen der Zahnräder 5, 7, 8 an seiner vom Flügelrad 3 abgewandten Rückseite eine großflächige Montageöffnung 9 aufweist, die durch einen zweckmäßig aus demselben Kunststoff bestehenden Gehäusedeckel 10 verschlossen wird. Bei der dargestellten Wasserpumpe 1 wird der Gehäusedeckel 10 mit fünf Befestigungsschrauben 11 auf eine um die Montageöffnung 9 umlaufende, mit Gewindebohrungen versehene ebene Dichtfläche 12 des Gehäuses aufgeschraubt, nachdem zuvor zur Abdichtung zwischen den Gehäusedeckel 10 und die Dichtfläche 12 eine Silikondichtspur (nicht dargestellt) eingebracht wird.

Bei den drei Zahnrädern 5, 7, 8 handelt es sich jeweils um Stirnräder mit Geradverzahnung, von denen das Antriebszahnrad 5 den kleinsten Durchmesser und die kleinste Zähnezahl aufweist, während das Zwischenzahnrad 8 den größten Durchmesser und die größte Zähnezahl besitzt. Der Durchmesser und die Zähnezahl des Antriebszahnrades 5 sind so auf den Durchmesser und die Zähnezahl des Abtriebszahnrades 7 abgestimmt, dass sich das letztere mit der halben Drehzahl des Antriebszahnrades 5 dreht und somit die Getriebestufe 2 ein Untersetzungsverhältnis von 2:1 aufweist, wobei die Drehrichtung des Antriebszahnrades 5 und des Abtriebszahnrades 7 infolge des dazwischen angeordneten Zwischenzahnrades 8 dieselbe ist.

Die drei Zahnräder 5, 7, 8 bestehen zur Geräuschminderung zweckmäßig wie das Gehäuse aus Kunststoff, jedoch können in Abhängigkeit vom Einsatzzweck, d.h. von der Last, und von den benötigten Stückzahlen auch metallische Zahnräder Verwendung finden.

Um das Antriebszahnrad 5 herum weist das Gehäuse eine von einer Formdichtung 13 umgebene Gehäuseöffnung 14 auf, durch die ein Stirnende der zum Antreiben der Wasserpumpe 1 dienenden Ausgleichswelle während der Montage der Wasserpumpe 1 am Kurbelgehäuse in das Gehäuse eingeführt und formschlüssig und drehfest mit dem Antriebszahnrad 5 in Eingriff gebracht wird, um das Antriebszahnrad 5 durch die Ausgleichswelle anzutreiben. Um einerseits die Herstellung der Steckverbindung zwischen der Ausgleichswelle und dem Antriebszahnrad 5 zu erleichtern und andererseits das Antriebszahnrad 5 in Bezug zur Ausgleichswelle zu zentrieren, ist eine drehfest mit dem Antriebszahnrad 5 verbundene und koaxial zu diesem über die Vorderseite des Gehäuses überstehende Kegelbundschraube 15 vorgesehen, die in eine zur Drehachse der Ausgleichswelle koaxiale komplementäre stirnseitige Gewindebohrung in der Ausgleichswelle eingeschraubt wird.

Wie am besten in den 2, 3 und 6 dargestellt, ist das Zwischenzahnrad 8 mittels eines Wälzlagers 15 auf einem Lagerzapfen 16 gelagert, der durch die Montageöffnung 9 des Gehäuses in eine Gewindebohrung 17 einer an der Vorderseite des Gehäuses vorgesehenen, beim Formen in das Gehäuse eingebetteten metallischen Gewindeplatte 18 eingeschraubt ist. Das Zwischenzahnrad 8 ist in Bezug zum Gehäuse auf einem Kreisbogen verschiebbar, dessen Mittelpunkt die Drehachse des Antriebszahnrads 5 bildet.

Das Antriebszahnrad 7 ist drehfest auf der Triebwelle 6 des Flügelrades 3 montiert, die zwischen dem Abtriebszahnrad 7 und dem Flügelrad 3 innerhalb des Gehäuses in einem Wälzlager 19 und jenseits des Flügelrades 3 mit einer überstehenden Nabe 20 des Flügelrades 3 in einem Wasserpumpenlager (nicht dargestellt) des Kurbelgehäuses drehbar gelagert ist.

Durch den Zahneingriff der drei Zahnräder 5, 7, 8 und die verschiebbare Lagerung des Zwischenzahnrads 8 können Achsabstandstoleranzen zwischen der Drehachse der Ausgleichswelle und der Drehachse des Flügelrades 3 ausgeglichen werden.

Auf seiner Vorderseite weist das Gehäuse einen das Flügelrad 3 umgebenden Befestigungsflansch 21 auf, der mit sechs Bolzenlöchern 22 versehen ist. Der einwärts von den Bolzenlöchern 22 mit einer Silikondichtspur 24 versehene Befestigungsflansch 21 wird zur Montage der Wasserpumpe 1 am Kurbelgehäuse mit einem komplementären, mit Gewindebohrungen versehenen Schraubflansch des Kurbelgehäuses zur Anlage gebracht und mit Hilfe von Schraubenbolzen 23 durch die Bolzenlöcher 22 hindurch mit dem Kurbelgehäuse verschraubt. Der Schraubflansch des Kurbelgehäuses umgibt eine Ausnehmung im Kurbelgehäuse, die neben dem über die Stirnseite des Kurbelgehäuses überstehenden Stirnende der Ausgleichswelle angeordnet ist, einen im Betrieb mit Kühlwasser gefüllten Teil des Kühlwasserkreislaufs bildet und einen über den Befestigungsflansch 21 überstehenden Teil 25 des Gehäuses sowie das über den Teil 25 überstehende Flügelrad 3 aufnimmt und das Wasserpumpenlager für die überstehende Nabe 20 enthält. Die Abmessungen der Ausnehmung des Kurbelgehäuses sind so an die Abmessungen des Gehäuseteils 25 und des Flügelrades 3 angepasst, dass das rotierende Flügelrad 3 bei laufendem Verbrennungsmotor das Kühlwasser im Kühlwasserkreislauf ohne größere Leckverluste umwälzt.

Auf der Oberseite ist das Gehäuse mit einer durch einen Gewindestopfen 26 verschlossenen Schmierbohrung 27 versehen, durch die nach dem Verschließen der Montageöffnung 9 genügend Schmiermittel ins Innere des Gehäuses eingebracht werden kann, um über die Lebensdauer der Wasserpumpe 1 für eine ausreichende Schmierung der Zahnräder 5, 7, 8 zu sorgen, so dass die Wasserpumpe 1 weitgehend wartungsfrei ist.

Um einen Eintritt von Kühlwasser ins Gehäuse und umgekehrt einen Austritt von Schmiermittel ins Kühlwasser zu verhindern, ist zwischen dem Befestigungsflansch 21 und der das Flügelrad 3 tragenden Triebwelle 6 eine Gleitringdichtung 28 von der Vorderseite des Gehäuses her in eine dafür vorgesehene Stufenbohrung 29 hinter dem Flügelrad 3 eingesetzt.

Im Betrieb des Verbrennungsmotors wird die Ausgleichswelle und damit auch das Antriebszahnrad 5 der Getriebestufe 2 mit der doppelten Drehzahl der Kurbelwelle entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben, so dass das Abtriebszahnrad 7 und damit das Flügelrad 3 infolge der Untersetzung der Getriebestufe 2 mit einer der Drehzahl der Kurbelwelle entsprechenden Drehzahl ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben wird.

1
Wasserpumpe
2
Getriebestufe
3
Flügelrad
5
Antriebszahnrad
6
Triebwelle
7
Abtriebszahnrad
8
Zwischenzahnrad
9
Montageöffnung
10
Gehäusedeckel
11
Befestigungsschrauben
12
Dichtfläche
13
Formdichtung
14
Gehäuseöffnung
15
Wälzlager
16
Kegelbundschraube
17
Gewindebohrung
18
Gewindeplatte
19
Gleitlager
20
Nabe
21
Befestigungsflansch
22
Bolzenlöcher
23
Schraubenbolzen
24
Silikondichtspur
25
Gehäuseteil
26
Schraubstopfen
27
Schmierbohrung
28
Gleitringdichtung
29
Stufenbohrung


Anspruch[de]
Wasserpumpe zum Anbau an ein Zylinderkurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse, einem im Gehäuse drehbar gelagerten Flügelrad und einer in das Gehäuse integrierten Getriebestufe, die eingangsseitig mit einer angetriebenen Welle des Verbrennungsmotors verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebestufe (2) als Untersetzungsgetriebe ausgebildet ist, das eingangsseitig drehfest mit einer mit doppelter Motordrehzahl angetriebenen Ausgleichswelle des Verbrennungsmotors verbindbar ist und das Flügelrad (3) mit einfacher Motordrehzahl antreibt. Wasserpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebestufe (2) mindestens ein formschlüssig mit der Ausgleichswelle verbindbares Antriebsrad (5) und ein drehfest mit dem Flügelrad (3) verbundenes Abtriebsrad (7) umfasst. Wasserpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Antriebsrad (5) und dem Abtriebsrad (7) ein Zwischenrad (8) angeordnet ist, so dass die Drehrichtung des Flügelrades (3) der Drehrichtung der Ausgleichswelle entspricht. Wasserpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebestufe (2) als Zahnradgetriebe (5, 7, 8) ausgebildet ist. Wasserpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebestufe (2) als Reibradgetriebe ausgebildet ist. Wasserpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (5), das Abtriebsrad (7) und das Zwischenrad (8) aus Kunststoff bestehen. Wasserpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (5), das Abtriebsrad (7) und das Zwischenrad (8) aus Metall bestehen. Wasserpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse einen Befestigungsflansch (21) zur Montage am Zylinderkurbelgehäuse des Verbrennungsmotors aufweist. Wasserpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (3) über den Befestigungsflansch (21) übersteht. Wasserpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Flügelrad (3) und der Getriebestufe (2) angeordnete Gleitringdichtung (28). Wasserpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitringdichtung (28) eine drehfest mit dem Flügelrad (3) verbundene Triebwelle (6) der Getriebestufe (2) umgibt. Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Zylinderkurbelgehäuse und einer an das Zylinderkurbelgehäuse angebauten Wasserpumpe mit einem separaten Gehäuse, einem im Gehäuse drehbar gelagerten Flügelrad und einer in das Gehäuse integrierten Getriebestufe, die eingangsseitig mit einer angetriebenen Welle des Verbrennungsmotors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die als Untersetzungsgetriebe ausgebildete Getriebestufe (2) eingangsseitig mit einer mit doppelter Motordrehzahl angetriebenen Ausgleichswelle des Verbrennungsmotors verbunden ist und das Flügelrad (3) mit einfacher Motordrehzahl antreibt. Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine mit einem Kühlwasserkreislauf kommunizierende, durch das Gehäuse der angebauten Wasserpumpe (1) verschlossene Ausnehmung im Zylinderkurbelgehäuse, in die das Flügelrad (3) der Wasserpumpe ragt. Verbrennungsmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung neben einem über das Zylinderkurbelgehäuse überstehenden Stirnende der Ausgleichswelle angeordnet ist.






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