Kühlmittelpumpe mit verbesserter Spaltdichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe mit verbesserter Spaltdichtung zwischen einer Saugseite und einer Druckseite der Kühlmittelpumpe, insbesondere zur Förderung eines Kühlwassers bzw. eines wasserbasierten Kühlmittels in den bei spielhaften Anwendungen eines Kühlkreislaufs für eine V erbrennungsmaschine oder für einen elektrischen Traktionsmotor an einem Fahrzeug.

Es sind verschiedene Kreiselpumpen vom Radialpumpentyp oder Axialpumpentyp bekannt, die ein flüssiges Fördermedium axial zur Pumpenwelle ansaugen und einen Förderdruck durch ein radial oder axial beschleunigendes Pumpenlaufrad aufbauen. Zwi- sehen dem Pumpenlaufrad und einem zuführenden Gehäuseabschnitt besteht im Allgemeinen ein Spalt, der zugleich eine Grenze zwischen einer Saugseite und einer Druckseite der Pumpe bildet. Um in diesem Bereich eine Dichtungswirkung zwischen der Saugseite und der Druckseite sicherzustellen, wird angestrebt, den Spalt zwischen dem Pumpenlaufrad und dem Gehäuse möglichst gering einzustellen, so dass eine Spaltdichtung ge- schaffen wird, d.h. ein Spalt mit einem dichtungswirksamen Spaltmaß von beispielsweise 20 bis 80 Mikrometer erzielt wird.

Bei der Fertigung einer Pumpe wird jedoch das Spaltmaß einer Spaltdichtung zwischen dem Pumpenlaufrad und dem Gehäuse erheblich von dem Resultat einer Toleranz- kette von Passungen beeinflusst, die sich nach dem Zusammensetzen mehrerer Pumpenbauteile individuell ergibt. Fertigungsschritte mit Auswirkung auf die Toleranzkette betreffen beispielsweise das Einpassen von einem Sitz des Pumpenlaufrads auf der Welle, einem Sitz der Welle in einem Wellenlager, einem Sitz des Wellenlagers im Gehäuse, usw. Falls das Pumpengehäuse mehrteilig ist, d.h. insbesondere der zum Pumpenlaufrad zufuhrenden Gehäuseabschnitt und ein Gehäuseabschnitt, in dem die Welle aufgenom- men ist, nicht einteilig sind, wirkt sich eine Passung zwischen den entsprechenden Gehäuseabschnitten ebenfalls auf das Resultat der Toleranzkette aus, welche die Spaltdichtung zwischen der Saugseite und der Druckseite beeinflusst.

Im Stand der Technik sind Aufbauten von Kreiselpumpen bekannt, die eine Dich tungsanordnung zwischen dem Pumpenlauffad und dem Gehäuse vorsehen.

Beispielsweise offenbart die DE 90 01 229 Ul eine Spaltdichtung zwischen einem Laufrad und einem Stufengehäuse einer Kreiselpumpe, wobei der Dichtspalt koaxial zur Welle verläuft.

Die DE 199 60 160 B4 offenbart eine Vorrichtung zur Optimierung der Spaltweite bei Kreiselpumpen zum Ausgleich von F ertigungstoleranzen und Lageabweichungen in Bezug zu einer Gehäusebohrung. Am Außenumfang des freien Endes eines Laufrades befindet sich eine Wulst mit einem sich unmittelbar daran anschließenden Raddichtbund. Der Raddichtbund steht in Kontakt mit einem Spaltring, der in einer Anschlagfläche einer Gehäuseinnenbohrung des Pumpengehäuses angeordnet ist. Am Innenmantel des Spaltringes sind nebeneinander ein Zentriersitz, ein Ringdichtbund sowie ein Freisitz an geordnet, und am Außenmantel des Spaltringes Stege oder Radiallamellen.

Allerdings unterliegen Dichtungen, insbesondere Dichtungslippen per se einem Verschleiß durch Abrieb, Einwirkung von V erunreinigungen oder sonstigen Partikeln und Fremdkörpern, Versprödung, usw. Darüber hinaus haben Dichtungen einen Reibwert, der die erforderliche Antriebsenergie erhöht und die Energieeffizienz des Pumpenbetriebs verschlechtert.

Ferner sind im Stand der Technik Aufbauten von Kreiselpumpen bekannt, in denen eine axial verschiebbare Lagerung des Pumpenlaufrads auf der Welle vorgesehen ist. Diese Anordnung ermöglicht im Betrieb, dass das Pumpenlaufrad auf der Welle zu der Saugseite der Pumpe gezogen wird bis es an dem Gehäuse ansteht. Die DE 102009027645 Al beschreibt eine gattungsfeme Umwälzpumpe für eine Geschirrspülmaschine. Ein Laufrad der Pumpe ist mit einem Gleitbereich versehen und das Gehäuse ist mit einem gegenüber einem Ansaugkanal ortsfesten Anlaufring versehen. Im Betrieb bilden der Gleitbereich und der Anlauffing eine Doppelfunktion als Lager für das Laufrad und als Dichtungssystem gegen den Rücklauf von Wasser in dem Ansaug kanal.

Da bei dieser Konstruktion eine Aufnahme axialer Kräfte durch das Wellenlager entfällt, tritt eine verschleißfördemde Reibung zwischen dem Pumpenlaufrad und dem Gehäuse auf. Der Verschleiß und ein Reibwert zwischen dem Pumpenlaufrad und dem Gehäuse werden in einem derartigen Pumpenaufbau durch anwendungsspezifische Fak toren beeinflusst, wie ein von der Förderleistung abhängiger Anpressdruck oder theolo gische und tribologische Eigenschaften eines beispielsweise ölbasierten oder wasserbasierten Fördermediums. Im Vergleich zu der zuvor genannten Umwälzpumpe für Spül- laugen erscheint es fraglich, ob ein entsprechender Pumpenaufbau ebenso für die Anwen dung einer Kühlmittelpumpe geeignet ist, insbesondere im Hinblick auf die höheren Förderleistungen, d.h. einem höheren Anpressdruck über längere Betriebsdauem hinweg sowie einem wasserbasierten Fördermedium ohne einem schmierfähigen Bestandteil in Form eines tensidehaltigen Spülmittels.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine anwendungsoptimierte Kühlmittelpumpe zu schaffen, die eine langlebige und reibungsarme Spaltdichtung zwischen einer Saugseite und einer Druckseite bereitstellt. Die Aufgabe wird durch eine Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe zeichnet sich insbesondere aus durch: ei nen rotierenden Gleitring, der zu einem axialen Ende einer Eingangsöffnung an einem Pumpenlaufrad angeordnet ist; einen statischen Gleitring, welcher um eine Mündung eines Einlasses, gegenüberliegend zu dem rotierenden Gleitring an einem Pumpengehäuse angeordnet ist; wobei der rotierende Gleitring eine Gleitfläche aufweist und der statische Gleitring eine Gleitfläche aufweist, wobei die Gleitflächen zueinander weisen und ein Gleitlager bilden, das eine von dem Pumpenlaufrad zu dem Pumpengehäuse axial gerichtete Kraft aufnimmt; und an wenigstens einer der zueinander weisenden Gleitflächen eine Mikrostruktur zur Erzeugung eines hydrodynamischen Schmierfilms zwischen den Gleitflächen ausgebildet ist, wobei die Mikrostruktur Kavitäten umfasst, die zur Einlagerung von flüssigem Kühlmittel an der wenigstens einen Gleitfläche eingerichtet sind.

Die vorliegende Erfindung sieht erstmals eine Mikrostruktur an einer Spaltdichtung zwischen einem Pumpenlaufrad und einem Gehäuse einer Kreiselpumpe, insbesondere einer Kühlmittelpumpe vor.

Ferner sieht die Erfindung erstmals eine Mikrostruktur an einem Axiallager einer Kreiselpumpe, insbesondere einem durch zwei Gleitringe gebildeten Axialgleitlager vor.

In ihrer allgemeinsten Form beruht die Erfindung auf der Erzeugung eines hydro- dynamischen Schmierfilms in einer Spaltdichtung zwischen einem Pumpenlaufrad und einem Gehäuse. Ein solcher hydrodynamischer Schmierfilm bildet sich jedoch nicht auf grund chemischer Voraussetzungen, wie einem schmierfähigen Additiv, sondern auf grund physikalischer V oraussetzungen aus. Der erfindungsgemäß bereitgestellte hydrodynamische Schmierfilm bildet sich zwischen zueinander weisenden Flächen selbststän- dig unter den Voraussetzungen einer lokal gebundenen Anlagerung eines Fluids, einer gegenläufigen Rotation sowie einem hydrostatischen Druck aus. Dabei kommen die Rotation und der hydrostatische Druck durch den Betrieb des Pumpenlaufrads und durch einen vom Förderdruck abhängigen Anpressdruck zustande. Die lokale Bindung des Fluids bzw. des anwendungsspezifischen Kühlmittels wird erfindungsgemäß durch eine Flä- chenverteilung von Kavitäten erzielt, deren Geometrie zu einer tröpfchenartigen Anlagerung oder Einlagerung des Fluids zu einer Oberfläche geeignet ist. Eine Anwendungsoptimierung der Erfindung erfolgt beispielsweise durch eine Einstellung der Geometrie und Größe der Kavitäten in Bezug auf ein B enetzungs verhalten, eine Oberflächenspannung, eine Adhäsionskraft oder rheologische Eigenschaften eines Kühlmittels, insbesondere ei- nes Wasser-Glykol-Gemisches. Der erfindungsgemäß bereitgestellte hydrodynamische Schmierfilm, der durch die Mikrostruktur erzeugt wird, weist mehrere Vorteile auf.

Durch den hydrostatischen Druck in dem hydrodynamischen Schmierfilm wird ein direkter Oberflächenkontakt zwischen dem Pumpenlaufrad und dem Gehäuse bzw. zwischen den beiden Gleitringen weitgehend unterdrückt. Dadurch tritt ein sehr geringer Verschleiß auf, wodurch eine hohe Lebensdauer ohne eine V erschlechterung der Dichtungs wirkung erreicht wird. Ebenso werden durch den fehlenden direkten Oberflächenkontakt an dem hydrodynamischen Schmierfilm sehr geringe Reibwerte erzielt, die zu einer hohen Energieeffizienz der Pumpe beitragen.

Darüber hinaus stellt der hydrostatische Druck in dem hydrodynamischen Schmier- film eine dichtungswirksame separate Druckzone zwischen einem Ansaugdruck und einem Förderdruck der Pumpe dar. Diskrete Zonen von unterschiedlichen Drücken stellen prinzipiell eine Barriere gegen das Hindurchtreten einer Strömung dar. Dieses Prinzip ist beispielsweise aus Dichtungen mit Rillen bzw. Kammern zur Bereitstellung mehrerer unterschiedlicher Druckzonen zwischen zwei Dichtungsseiten bekannt. Der erfindungsge- mäß bereitgestellte hydrodynamische Schmierfilm, der durch die Mikrostruktur erzeugt wird, erzielt somit dauerhaft eine bessere Dichtungswirkung zwischen einer Saugseite und einer Druckseite der Pumpe, als eine Spaltdichtung ohne hydrodynamischem Schmierfilm. Zusammengefasst setzt der hydrodynamische Schmierfilm eine Haft- und Gleitrei bung zwischen den Gleitflächen 40, 50 der Gleitringe 4, 5 herab und stellt zugleich eine hydraulische Abdichtung unter Vermeidung eines direkten Kontakts zwischen dem rotierenden Pumpenlauffad 2 und dem Pumpengehäuse 1 bereit, wodurch eine geringe Reibung und eine gute V erschleißbeständigkeit zugunsten der Lebensdauer und Betriebssi- cherheit erzielt werden. Vorteilhafte W eiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann sich ein Material eines Gleitringes von dem Material des Pumpengehäuses und von dem Material des Pumpenlaufrads unter scheiden. Beispielsweise werden das Pumpengehäuse aus einem Aluminiumspritzguss und das Pumpenlaufrad aus einem Kunststoffspritzguss gefertigt. Für die Gleitringe kann jedoch ein geeigneteres, d.h. ein funktionales oder ein härteres Material zur Bereitstellung der Gleitflächen bzw. der Mikrostruktur ausgewählt werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Mikrostruktur an der Gleitfläche des rotierenden Gleitrings und an der Gleitfläche des statischen Gleitrings ausgebildet sein. Durch den Einsatz der Mikrostruktur an beiden Gleitflächen kann das Gesamtvolumen der angelagerten Kühlmitteltröpfchen bei gleicher flächenbezogener Dichte an einge- brachten Kavitäten potentiell verdoppelt werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung können der rotierende Gleitring und der statische Gleitring oder wenigstens ein jeweiliger die Gleitfläche bildender Abschnitt derselben aus einem Material oder V erbundwerkstoff auf Basis eines Elastomers oder eines Kunstharzes bestehen. Durch Elastomere kann eine zähelastische Eigenschaft bei auftretenden Scherkräften an den Kavitäten funktional genutzt werden, wie später erläutert wird. Durch ein Kunstharz können Fertigungskosten für den Gleitring oder für das Verfahren für die einzubringende Mikrostruktur reduziert werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung können der rotierende Gleitring und der statische Gleitring oder wenigstens ein jeweiliger die Gleitfläche bildender Abschnitt derselben aus einem Material oder einer Legierung auf Basis eines Metalls oder einer Keramik bestehen. Durch den Einsatz von Metallen oder Keramiken können hohe Oberflächenhärten und somit eine hohe V erschleißfestigkeit erzielt werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Mikrostruktur nur an der Gleitfläche des statischen Gleitrings ausgebildet sein. Durch den Einsatz der Mikrostruktur an nur einer der beiden Gleitflächen können F ertigungskosten reduziert werden. In diesem Zusammenhang bietet die statische Gleitfläche den Vorteil, dass die Kavitäten der Mikrostruktur im Betrieb keiner Zentrifugalkraft ausgesetzt sind. Gemäß einem Aspekt der Erfindung können der statische Gleitring oder wenigstens ein die Gleitfläche bildender Abschnitt desselben aus einem Material oder Verbundwerkstoff auf Basis eines Elastomers oder eines Kunstharzes bestehen. In dem zuvor genannten Fall, indem die Mikrostruktur lediglich an dem statischen Gleitring eingebracht wird, kann somit eine zähelastische Eigenschaft bei auftretenden Scherkräften an den Kavitäten funktional genutzt werden, wie später erläutert wird.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung können der rotierende Gleitring oder wenigstens ein die Gleitfläche bildender Abschnitt desselben aus einem Material oder einer Legierung auf Basis eines Metalls oder einer Keramik bestehen. In dem zuvor genannten Fall, indem die Mikrostruktur lediglich an dem statischen Gleitring eingebracht wird, kann somit an der gegenüberliegenden Gleitfläche des rotierenden Gleitrings eine glatte bzw. polierte Oberfläche mit geringer Rauheit, d.h. einem geringen Reibwert, und einer hohen Oberflächenhärte zur dauerhaften Aufrechterhaltung der geringen Rauheit ge schaffen werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die Kavitäten der Mikrostruktur eine geschlossene Kontur zur Oberfläche der Gleitfläche aufweisen. Im Vergleich zu einer Oberflächenrauheit, deren Topologie beliebige Formen von Kavitäten mit Undefinierten Konturen enthält, gewährleistet die geschlossene Kontur der Kavitäten eine sichere An- lagerung von Tröpfchen zum Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilms zwischen den Gleitflächen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die Kavitäten der Mikrostruktur in einer Tiefenrichtung zur umgebenden Oberfläche eine Abmessung von 10 bis 40pm auf- weisen. Innerhalb des genannten Bereichs wird eine kapillare Wirksamkeit der Kavitäten zur Anlagerung der anwendungsspezifischen Flüssigkeit bzw. des Kühlmittels in der Mikrostruktur der Gleitfläche erzielt. Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die Kavitäten der Mikrostruktur in ei ner Richtung der kürzesten Erstreckung zur umgebenden Oberfläche eine Abmessung von 15 bis 200pm Mikrometer aufweisen. Auch in diesem Bereich wird eine kapillare Wirksamkeit der Kavitäten zur Anlagerung der anwendungsspezifischen Flüssigkeit bzw. des Kühlmittels in der Mikrostruktur der Gleitfläche erzielt.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die Kavitäten die Form einer Kugelkalotte oder einer ellipsoiden Kalotte, eines Langlochs oder einer Rille aufweisen. Im Vergleich zu der Form einer Kugelkalotte ermöglichen die übrigen aufgeführten Formen eine Ausrichtung oder F ormoptimierung der Mikrostruktur in Bezug auf die Rotationsrichtung an den Gleitflächen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die zueinander weisenden Gleitflächen senkrecht zu der Pumpenwelle verlaufen. In dieser Ausgestaltung erfolgt eine senkrechte Anpresskraft auf die Gleitflächen, wodurch eine sichere Konfiguration zum Aufbau eines hydrostatischen Drucks und eines hydrodynamischen Schmierfilms bereitgestellt wird.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Pumpenlaufrad direkt mit der Pumpenwelle verbunden sein und die Pumpenwelle kann axial beweglich zu dem Pumpenge häuse gelagert sein. In dieser Ausgestaltung kann eine einfache V erbindung wie beispielsweise eine formschlüssige Umspritzung der Welle mit einem Laufradkörper hergestellt werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Pumpenlaufrad axial beweglich auf der Pumpenwelle angeordnet sein und mittels einer Steckkupplung gekoppelt sein. In dieser Ausgestaltung können eine axial bewegliche Masse und somit eine Massenträgheit verringert werden, d.h. es wird ein Ansprechverhalten einer Axialbewegung der zueinander weisenden Gleitflächen beim Aufbau des hydrostatischen Drucks und des hydrodynamischen Schmierfilms verbessert. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in der beglei tenden Figur 2 näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Kühlmittelpumpe aus dem Stand der Technik;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Kühlmittelpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine herkömmliche Kühlmittelpumpe dargestellt. Das Pumpenlauffad 2 ist in einem geringen axialen Abstand zu einer gegenüberliegenden Fläche einer Ge häusebohrung des Pumpengehäuses 1 angeordnet. Dieser Abstand bestimmt einen Lecka gespalt einer sogenannten Spaltringdichtung, die eine Barriere zwischen einem Ansaugbereich mit dem geringeren Druck pl und einem Druckbereich mit dem höheren Druck p2 darstellt. Eine Wirksamkeit der Spaltringdichtung hängt von einer Größe des Leckagespalts ab, durch den eine Leckage als Teil des bereits unter Druck gesetzten Förderstroms aufgrund der Druckdifferenz von dem höheren Druck p2 zu dem niedrigeren Druck pl wieder zurück in den Ansaugbereich entweicht.

Das Pumpenlauffad 2 ist bezüglich einer axialen Lage zu dem Pumpengehäuse 1 fixiert. Der Leckagespalt ist in Fig. 1 vergrößert dargestellt. Zur Herstellung einer wirk samen Spaltdichtung für Flüssigkeiten werden im Allgemeinen Spaltweiten von einigen zehn bis wenigen hundert Mikrometer bevorzugt. Die genaue Einstellung des Leckagespalts an einer Kreiselpumpe bzw. der dargestellten Kühlmittelpumpe in Fig. 1 wird jedoch, wie zuvor beschrieben, durch eine Toleranzkette von Passungen zwischen den Pumpenbauteilen beeinflusst. Dadurch wird die Sicherstellung einer einheitlichen Dich tungswirksamkeit an der dargestellten Spaltringdichtung in einer Serienproduktion er schwert. Eine Leckage von dem Druckbereich zu dem Ansaugbereich stellt einen hyd raulischen Kurzschluss aus einem Anteil des Förderstroms dar und beeinträchtigt die volumetrische Effizienz der Pumpe. Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe trägt diesem Problem Rechnung. Nachstehend wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlmittel pumpe mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben.

Wie der axialen Schnittansicht der Figur 2 zu entnehmen ist, umfasst ein Pumpengehäuse 1 der Kühlmittelpumpe einen als Pumpenkammer 10 ausgebildeten Hohlraum, in dem ein Pumpenlaufrad 2 aufgenommen ist. Das Pumpenlaufrad 2 ist drehfest auf ei nem freien Ende einer Pumpenwelle 3 fixiert, die sich zwischen der Pumpenkammer 10 und einer nicht dargestellten Antriebsseite erstreckt. Die Pumpenwelle 3 ist durch ein Radiallager 13 gelagert und axial verschiebbar zu dem Pumpengehäuse 1 in dem Radiallager 13 aufgenommen. Auf der nicht dargestellten rechten Seite des Pumpengehäuses 1 befindet sich die Antriebsseite der Kühlmittelpumpe, auf der beispielsweise eine Riemen scheibe oder ein Elektromotor bereitgestellt ist.

In ein offenes axiales Ende des Pumpengehäuses 1 ist ein Pumpendeckel eingesetzt, der die Pumpenkammer 10 zum Ende der Pumpenwelle 3 am Pumpenlaufrad 2 abschließt. Der Pumpendeckel bildet einen zentral angeordneten Ansaugstutzen 11 als Einlass 6 der Pumpe aus, der auf eine Stirnseite des Pumpenlaufrads 2 axial zuführt. Das Pumpenlaufrad 2, ist ein Radialpumpenflügelrad mit einer zentralen Eingangsöffhung, die zu einer Mündung des Ansaugstutzens 11 in der Pumpenkammer 10 angrenzend angeordnet ist. Der Förderstrom, der das Pumpenlaufrad 2 axial durch den Ansaugstutzen 11 anströmt, wird durch die innenliegenden Flügel radial nach außen aus der Pumpenkammer 10 beschleunigt. An den Umfang der Pumpenkammer 10 schließt sich ein als Spiralgehäuse 12 ausgebildeter Auslass 7 der Pumpe an, der in einem nicht dargestellten Druckstutzen endet, wodurch der beschleunigte Förder ström aus dem Pumpengehäuse 1 abgeführt wird.

An einem axialen Ende des Pumpenlaufrads 2 ist ein rotierender Gleitring 4 angeordnet, der die Eingangsöffhung des Pumpenlaufrads 2 umgibt und sich mit dem Pumpenlaufrad 2 gemeinsam dreht. Der rotierende Gleitring 4 ist durch eine Ringnut in das Pumpenlaufrad 2 eingepasst und drehfest fixiert. Dazu axial gegenüberliegend, ist an dem Pumpengehäuse 1 ein statischer Gleitring 5 angeordnet, der eine Mündung des Ansaugstutzens 11 in die Pumpenkammer 10 in einem radialen Bereich des rotierenden Gleitrings 4 umgibt. Der statische Gleitring 5 ist durch eine Ringnut in das Pumpengehäuse 1 eingepasst und drehfest fixiert.

Durch die axial verschiebbare Lagerung der Pumpenwelle 3 in dem Radiallager 13 kann sich das das Pumpenlaufrad 2 in Bezug zu dem Pumpengehäuse 1 axial bewegen. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem geringeren Druck pl in einem zentralen Ansaugbereich des Ansaugstutzens 11 und einem höheren Druck p2 in einem radial äußeren Druckbereich des Spiralgehäuses 12 wird das Pumpenlaufrad 2 im Betrieb der Kühlmit telpumpe zu dem Ansaugstutzen 11 angezogen bis der rotierende Gleitring 4 an dem Pumpenlaufrad 2 gegen den statischen Gleitring 5 an dem Pumpengehäuse 1 anläuft. Eine zu dem Pumpengehäuse 1 weisende Gleitfläche 40 des rotierenden Gleitrings 4 und eine zu dem Pumpenlaufrad 2 weisende Gleitfläche 50 des statischen Gleitrings 5 bilden somit gemeinsam ein Axiallager. Dieses Axiallager und das Radiallager 13 der Pumpenwelle 3 dienen gemeinsam zur Lagerung der Rotation des Pumpenlaufrads 2 in der Pumpenkam- mer 10 des Pumpengehäuses 1.

An einer Gleitfläche 40, 50 des Axiallagers ist eine nicht dargestellte Mikrostruktur eingebracht. Die Mikrostruktur enthält Kavitäten, an denen sich das Kühlmittel an der Oberfläche anlagert. Durch eine Vielzahl und eine Flächenverteilung der Kavitäten in der Mikrostruktur wird hierdurch eine Oberflächenbenetzung erzielt, die bei ausreichendem Druck senkrecht zur Oberfläche, d.h. einem hydrostatischen Druck, auch unter der Belas tung von Scherkräften parallel zur Oberfläche anhaftet. Das bedeutet, dass auch in einer Rotationsbewegung der Gleitflächen 40, 50 zueinander, eine senkrecht zur Rotationsachse stehende Oberflächenbenetzung nicht abreißt. Somit entsteht im Betrieb ein hydro- dynamischer Schmierfilm zwischen dem Pumpenlaufrad 2 und dem Pumpengehäuse 1, der über den größten Teil der Betriebsdauer verhindert, dass der rotierende Gleitring 4 in direktem Kontakt gegen den statischen Gleitring 5 anläuft, und der zugleich eine Reibung in dem Axiallager verringert. Darüber hinaus stellt die hydrostatische Druckzone zwischen den beiden Gleitflächen 40, 50 eine Barriere gegen eine Leckage des Förderstroms zwischen dem Druckbereich und dem Ansaugbereich dar. Somit kann wirksam verhindert werden, dass im Betrieb der Pumpe ein Teil des Förderstroms, der unter dem höheren Druck p2 steht, von dem Spiralgehäuse 12 zurück in Richtung des Ansaugstutzens 11 entweicht, an dem der niedrigere Druck pl herrscht.

Die Mikrostruktur enthält bevorzugt Kavitäten mit Abmessungen, deren Tiefe in einem Bereich von 10 bis 40 pm liegen und deren Breite und Länge in einem Bereich von 15 bis 200 pm liegt. In einem Querschnitt in Tiefenrichtung weisen die Kavitäten eine im Wesentlichen runde Kontur auf und in Bezug zur Oberfläche eine geschlossene Kontur auf. Diese ergibt sich beispielsweise durch das Einbringen von Kavitäten in der Form von Kugelkalotten. Alternativ können die Kavitäten die Form von ellipsoiden Kalotten, von Langlöchem oder Rillen aufweisen, wobei eine Längsachse oder ein Querachse der Kontur in Bezug zu einer Radialrichtung oder einer Umfangsrichtung der ringförmigen Gleit- fläche 40, 50 ausgerichtet ist.

In einer ersten Ausführungsform wird das Axiallager aus einem statischen Gleitring 5, der aus einem Metall gefertigt ist, und einem rotierenden Gleitring 4, der aus einem

Metall gefertigt ist, gebildet, wobei die Mikrostruktur in beiden Gleitflächen 40, 50 der Gleitringe 5 eingebracht ist.

In einer Variante der ersten Ausführungsform wird das Axiallager aus einem stati- sehen Gleitring 5, der aus einem Metall gefertigt ist, und einem rotierenden Gleitring 4, der aus einem Metall gefertigt ist, gebildet, wobei die Mikrostruktur nur in der Gleitfläche 50 des statischen Gleitrings 5 eingebracht ist.

In einer zweiten Ausfuhrungsform wird das Axiallager aus einem statischen Gleit- ring 5, der aus einer Keramik gefertigt ist, und einem rotierenden Gleitring 4, der aus einer Keramik gefertigt ist, gebildet, wobei die Mikrostruktur in beiden Gleitflächen 40, 50 der Gleitringe 5 eingebracht ist.

In einer Variante der zweiten Ausführungsform wird das Axiallager aus einem sta- tischen Gleitring 5, der aus einer Keramik gefertigt ist, und einem rotierenden Gleitring 4, der aus einer Keramik gefertigt ist, gebildet, wobei die Mikrostruktur nur in der Gleitfläche 50 des statischen Gleitrings 5 eingebracht ist. In einer dritten Ausführungsform wird das Axiallager aus einem statischen Gleitring 5, der aus einem Kunststoff gefertigt ist, und einem rotierenden Gleitring 4, der aus einem Kunststoff gefertigt ist, gebildet, wobei die Mikrostruktur in beiden Gleitflächen 40, 50 der Gleitringe 5 eingebracht ist.

In einer Variante der dritten Ausfuhrungsform wird das Axiallager aus einem statischen Gleitring 5, der aus einem Kunststoff gefertigt ist, und einem rotierenden Gleitring 4, der aus einem Kunststoff gefertigt ist, gebildet, wobei die Mikrostruktur nur in der Gleitfläche 50 des statischen Gleitrings 5 eingebracht ist.

In einer vierten Ausführungsform wird das Axiallager aus einem statischen Gleit ring 5, der aus einem Elastomer gefertigt ist, und einem rotierenden Gleitring 4, der aus einem Elastomer gefertigt ist, gebildet, wobei die Mikrostruktur in beiden Gleitflächen 40, 50 der Gleitringe 5 eingebracht ist.

In einer Variante der vierten Ausführungsform wird das Axiallager aus einem statischen Gleitring 5, der aus einem Elastomer gefertigt ist, und einem rotierenden Gleitring 4, der aus einem Elastomer gefertigt ist, gebildet, wobei die Mikrostruktur nur in der Gleitfläche 50 des statischen Gleitrings 5 eingebracht ist.

In einer bevorzugten fünften Ausführungsform wird das Axiallager aus einem statischen Gleitring 5, der aus einem zähelastischen Elastomer gefertigt ist, und einem rotierenden Gleitring 4, der aus einem Metall gefertigt ist, gebildet, wobei die Mikrostruktur nur in die Gleitfläche 50 des statischen Gleitrings 5 eingebracht ist. Die Gleitfläche 40 des rotierenden Gleitrings 4 aus Metall weißt eine im Wesentlichen glatte Oberfläche mit einer geringen Rauheit auf. Die zähelastische Eigenschaft des Elastomers, der die Mikrostruktur aufweist, hat hingegen folgende vorteilhafte Auswirkung auf ein Ansprechverhalten beim Aufbau des hydrodynamischen Schmierfilms. Wenn durch eine senkrechte Richtungskomponente zur Ebene der Gleitfläche 50 Druck auf die Kavitäten ausgeübt wird, oder aufgrund von Haft-oder Gleitreibung Scherkräfte in Richtung der Gleitfläche 50 auf verbleibende Abschnitte bzw. Stege der Gleitfläche 50 zwischen den Kavitäten wirken, werden die Kavitäten verformt. Die Verfor mung führt zu einer Verringerung der Volumina der Kavitäten, wodurch ein Teil des ka pillar gehaltenen Kühlmittels in den Dichtungsspalt zwischen der Gleitfläche 50 und der Gleitfläche 40 abgegeben wird. Infolgedessen wird eine durch Anlagerung an den Kavitäten lokal gebundene Oberflächenbenetzung der Gleitfläche 50 durch eine zusätzliche Flüssigkeitsabgabe aus einer Verformung der Kavitäten zu Beginn des Aufbaus des hydrodynamischen Schmierfilms unterstützt. Nach einem Anlaufen der Rotationsbewegung zwischen den Gleitflächen 40, 50 nehmen die Kavitäten in dem zähelastischen Elastomer ihre reversible Ursprungsform unter Aufnahme des abgegebenen Volumens von Kühlmittel wieder ein.

In einer Variante der bevorzugten fünften Ausführungsform wird das Axiallager aus einem statischen Gleitring 5, der aus einem zähelastischen Elastomer gefertigt ist, und einem rotierenden Gleitring 4, der aus einer Keramik gefertigt ist, gebildet, wobei die Mikro Struktur nur in die Gleitfläche 50 des statischen Gleitrings 5 eingebracht ist.

In einer alternativen Variante aller Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Axiallager aus einer Kombination eines statischen Gleitrings 5 aus den zuvor genannten Ausführungsformen und eines rotierenden Gleitrings 4 aus den zuvor genannten Ausführungsformen gebildet wird.

In einer weiteren möglichen Variante aller Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Mikrostruktur nur in der Gleitfläche 40 des rotierenden Gleitrings 4 eingebracht ist.

Alternativ kann die Mikrostruktur eine Mischung von Kavitäten aus den verschiedenen Formen, wie einer Kugelkalotte, einer ellipsoiden Kalotten, eines Langlochs oder einer Rille aufweisen, wobei eine Längsachse oder ein Querachse der Kontur der jewei ligen Formen gleiche oder unterschiedliche Ausrichtungen in Bezug zu einer Radialrichtung oder einer Umfangsrichtung der ringförmigen Gleitfläche 40, 50 aufweisen können. In einem nicht dargestellten, alternativen Aufbau der Kühlmittelpumpe kann eine axiale Beweglichkeit des Pumpenlaufrads 2 innerhalb der Pumpenkammer 10 mittels einer Steckkupplung bereitgestellt werden. In diesem Fall kann die Pumpenwelle 3 radial und axial oder lediglich radial gelagert sein. Das Pumpenlaufrad 2 ist durch eine Steckverbindung auf der Pumpenwelle aufgenommen, die in Drehrichtung eine formschlüssige Verbindung bereitstellt und in Axialrichtung ein Spiel gewährt.

Ferner kann die Erfindung nicht nur an einer Kühlmittelpumpe vom Radialpum- pentyp, sondern auch an einer Kühlmittelpumpe vom Axialpumpentyp oder vom Halbaxialpumpentyp realisiert werden.

Bezugszeichenliste

I Pumpengehäuse 2 Pumpenlaufrad

3 Pumpenwelle

4 rotierender Gleitring

5 statischer Gleitring

6 Einlass 7 Auslass

10 Pumpenkammer

I I Ansaugstutzen

12 Spiralgehäuse

13 Radiallager pl niedrigerer Druck p2 höherer Druck