DE102011079898A1

DE102011079898A1 - Pump e.g. coolant pump for motor vehicle, has heated wax expansion element or hydraulic actuator, which is provided to adjust valve directly or indirectly through scissor mechanism

Info

Publication number: DE102011079898A1
Application number: DE102011079898A
Authority: DE
Inventors: Michael Baumann; Günther Beez; Martin Nudischer
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2013-01-31

Abstract

The pump (1) has impeller (3) that is arranged on a pump shaft (2). An adjustable valve (4) is moved through impeller, such that delivery rate of pump is controlled. The heated wax expansion element (9) or hydraulic actuator (6) is provided to adjust the valve directly or indirectly through scissor mechanism (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Kühlmittelpumpe in einem Kraftfahrzeug, mit einem auf einer Pumpenwelle angeordneten Laufrad.The present invention relates to a pump, in particular a coolant pump in a motor vehicle, with an impeller arranged on a pump shaft.

Kühlmittelpumpen dienen in Kraftfahrzeugen üblicherweise der Steuerung eines Kühlmittelstroms zur Kühlung eines Verbrennungsmotors, wobei die Förderrate derartiger Kühlmittelpumpen in Abhängigkeit des Kühlbedarfs geregelt wird. So ist insbesondere während einer Kaltstartphase des Verbrennungsmotors eine Kühlung nicht nur nicht erforderlich, sondern sogar unerwünscht, da sie die Kaltstartphase verlängert und dadurch einen erhöhten Kraftstoffverbrauch sowie erhöhte Schadstoffemissionen erzeugt. Eine Regelung bzw. Steuerung der Förderrate der Kühlmittelpumpen erfolgt dabei üblicherweise über elektromagnetisch ansteuerbare Ventile oder Kupplungen oder andersartige Ventile.Coolant pumps are usually used in motor vehicles to control a coolant flow for cooling an internal combustion engine, the delivery rate of such coolant pumps being regulated as a function of the cooling requirement. Thus, especially during a cold start phase of the engine cooling not only not required, but even undesirable because it extends the cold start phase, thereby generating increased fuel consumption and increased pollutant emissions. A regulation or control of the delivery rate of the coolant pump is usually carried out via electromagnetically controllable valves or couplings or other types of valves.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Pumpe, insbesondere für eine Kühlmittelpumpe, eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere kompakt baut.The present invention is concerned with the problem of providing for a pump, in particular for a coolant pump, an improved embodiment which is particularly compact.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Pumpe, insbesondere bei einer Kühlmittelpumpe in einem Kraftfahrzeug, mit einem auf einer Pumpenwelle angeordneten Laufrad, einen verstellbaren Schieber vorzusehen, der über das Laufrad verschoben werden kann und dadurch eine Förderrate der Pumpe regelt. Erfindungsgemäß ist nun zum Verstellen des Schiebers ein beheizbares Wachs-Dehnelement bzw. ein hydraulisches Stellelement vorgesehen, welches den Schieber direkt oder indirekt über einen Scherenmechanismus verstellt. Das Einsetzen des Scherenmechanismus, der von einem Wachs-Dehnelement betätigt wird, ermöglicht eine konstante Kraftübertragung sowie eine möglicherweise gewünschte Übersetzung, die abhängig von der Länge der einzelnen Scherenschenkel ist. Über ein erfindungsgemäß vorgesehenes Wachs-Dehnelement ist somit eine temperaturabhängige, jedoch von einer weiteren Stelleinrichtung autarke Verstellung des Schiebers möglich. In der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine wird das Wachs-Dehnelement bestromt und dadurch aktiviert, worauf hin es den Schieber über das Laufrad verstellt und dadurch den Förderstrom der Pumpe reduziert. Hat die Brennkraftmaschine ihre Betriebstemperatur erreicht, so wird das Wachs-Dehnelement wieder stromlos geschaltet und kühlt dadurch ab, woraufhin sich der Schieber vom Laufrad abzieht und die Förderleistung der Pumpe erhöht. Hierdurch kann zudem eine failsafe-Funktion realisiert werden. Alternativ hierzu kann ein hydraulisches Stellelement zum Betätigen des Scherenmechanismus vorgesehen werden, welches die gesamten Vorteile des Scherenmechanismus ebenfalls beinhaltet, jedoch im Unterschied zum Wachs-Dehnelement hydraulisch betrieben wird. Selbstverständlich kann das hydraulische Stellelement auch zum direkten Betätigen des Schiebers eingesetzt werden. Auch bei dem hydraulischen Stellelement als Steller gilt, dass dieses in stromlosem Zustand den Schieber vom Laufrad abzieht, so dass auch bei dessen Ausfall stets eine ausreichende Kühlung gewährleistet werden kann.The present invention is based on the general idea, in a pump, in particular in a coolant pump in a motor vehicle, with an impeller arranged on a pump shaft to provide an adjustable slide which can be moved over the impeller and thereby regulates a delivery rate of the pump. According to the invention, a heatable wax-stretching element or a hydraulic adjusting element is now provided for adjusting the slide, which adjusts the slide directly or indirectly via a scissors mechanism. The insertion of the scissors mechanism, which is actuated by a wax expander, allows a constant force transmission and a possibly desired translation, which is dependent on the length of the individual scissor legs. By means of a wax expansion element provided according to the invention, a temperature-dependent adjustment of the slide, which is however autarkic by a further actuating device, is thus possible. In the cold start phase of the internal combustion engine, the wax-stretching element is energized and thereby activated, whereupon it adjusts the slide on the impeller and thereby reduces the flow rate of the pump. If the internal combustion engine has reached its operating temperature, the wax-stretching element is switched to de-energized and thereby cools, whereupon the slide pulls off the impeller and increases the flow rate of the pump. This also allows a failsafe function can be realized. Alternatively, a hydraulic actuator may be provided to actuate the scissor mechanism, which also incorporates the full benefits of the scissor mechanism, but which operates hydraulically unlike the wax expander. Of course, the hydraulic actuator can also be used for direct actuation of the slider. Even when the hydraulic actuator as a controller is that this deducts the slide from the impeller in de-energized state, so that even when its failure always sufficient cooling can be ensured.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist eine elektrische Heizvorrichtung zum elektrischen Beheizen des Wachs-Dehnelementes vorgesehen. Um ein möglichst schnelles Reduzieren der Förderleistung der Pumpe bei einem Kaltstart erreichen zu können, wird das Wachs-Dehnelement elektrisch beheizt. Durch die Heizvorrichtung dehnt sich das Wachs-Dehnelement vergleichsweise schnell aus, schiebt den Schieber über das Laufrad der Pumpe und reduziert damit die Förderleistung. Allen Ausführungsformen ist dabei gemein, dass der axial verstellbare Schieber, der zur Regulierung der Förderleistung über das Laufrad der Pumpe geschoben werden kann, regelungstechnisch deutlich einfacher zu Realisieren ist, als eine elektrische Steuerung zum Steuern der elektrischen Antriebsleistung der Pumpe. In an advantageous development of the solution according to the invention, an electrical heating device for electrically heating the wax-stretching element is provided. In order to be able to achieve the fastest possible reduction of the delivery rate of the pump during a cold start, the wax expansion element is electrically heated. By the heater, the wax expander expands relatively quickly, pushes the slider on the impeller of the pump and thus reduces the flow rate. All embodiments have in common that the axially adjustable slide, which can be pushed to regulate the delivery through the impeller of the pump, control technology is much easier to implement, as an electrical control for controlling the electric drive power of the pump.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,

1a eine erfindungsgemäße Pumpe mit einem Scherenmechanismus und einem Wachsdehnelement zum Betätigen des Scherenmechanismus bei voller Förderleistung der Pumpe, 1a a pump according to the invention with a scissor mechanism and a wax expansion element for actuating the scissor mechanism at full delivery capacity of the pump,

1b eine Darstellung wie in 1a, jedoch mit betätigtem Scherenmechanismus und verstelltem Schieber und dadurch reduzierter Förderleistung der Pumpe, 1b a representation like in 1a , but with activated scissors mechanism and displaced slide and thus reduced pump delivery rate,

2 eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe mit einem hydraulischen Stellelement, 2 an alternative embodiment of the pump according to the invention with a hydraulic actuator,

3 eine Schnittdarstellung durch die Pumpe gemäß der 1b. 3 a sectional view through the pump according to the 1b ,

Entsprechend den 1 bis 3, weist eine erfindungsgemäße Pumpe 1, die beispielsweise als Kühlmittelpumpe in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sein kann, eine Pumpenwelle 2 auf, auf welcher ein Laufrad 3 drehfest angeordnet ist. Das Laufrad 3 wird dabei landläufig auch als Pumpenrad bezeichnet. Zur Regulierung der Förderleistung der Pumpe 1 ist ein verstellbarer Schieber 4 vorgesehen, der über das Laufrad 3 verschoben werden kann, wie dies insbesondere in den unterschiedlichen Darstellungen gemäß 1a und 1b gezeigt ist. Der verstellbare Schieber 4 ist dabei als Verstellhülse ausgebildet, die in Axialrichtung, das heißt in Richtung der Pumpenwelle 2, über das Laufrad 3 verschiebbar. Zum Verstellen des Schiebers 4 dient ein beheizbares Wachs-Dehnelement 9 oder ein hydraulisches Stellelement 6, das den Schieber 4 direkt oder indirekt über einen Scherenmechanismus 5 verstellt. Der Scherenmechanismus 5 besitzt dabei zwei parallel zueinander angeordnete Scheren, die über eine gemeinsame Achse 7 sowie über zumindest eine Gabel 8 miteinander verbunden und über die Gabel 8 betätigbar sind. Zum Betätigen des Scherenmechanismus 5 kann – wie eingangs erwähnt – das hydraulische Stellelement 6 verwendet werden oder aber das Wachs-Dehnelement 9. Das Einsetzen des Scherenmechanismus 5, der von dem Wachs-Dehnelement 9 oder dem hydraulischen Stellelement 6 betätigt wird, ermöglicht eine konstante Kraftübertragung sowie eine möglicherweise gewünschte Übersetzung, die abhängig von der Länge der einzelnen Scherenschenkel ist. In der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine wird das Wachs-Dehnelement 9 bestromt und dadurch aktiviert, worauf hin es den Schieber 4 über das Laufrad 3 verstellt und dadurch den Förderstrom der Pumpe 1 reduziert. Hat die Brennkraftmaschine ihre Betriebstemperatur erreicht, wird das Wachs-Dehnelement 9 wieder stromlos geschaltet und kühlt dadurch ab, woraufhin sich der Schieber 4 vom Laufrad 3 abzieht und die Förderleistung der Pumpe 1 erhöht. Hierdurch kann zudem eine failsafe-Funktion realisiert werden.According to the 1 to 3 , Has a pump according to the invention 1 , which may be formed for example as a coolant pump in a motor vehicle, a pump shaft 2 on which an impeller 3 is arranged rotationally fixed. The impeller 3 is commonly referred to as impeller. To regulate the flow rate of the pump 1 is an adjustable slider 4 provided by the impeller 3 can be moved, as in particular in the different representations according to 1a and 1b is shown. The adjustable slider 4 is designed as an adjusting sleeve, which in the axial direction, that is in the direction of the pump shaft 2 , over the wheel 3 displaceable. For adjusting the slider 4 serves a heated wax expansion element 9 or a hydraulic actuator 6 that the slider 4 directly or indirectly via a scissors mechanism 5 adjusted. The scissor mechanism 5 it has two shears arranged parallel to each other, which have a common axis 7 as well as at least one fork 8th connected together and over the fork 8th are operable. To operate the scissors mechanism 5 can - as mentioned - the hydraulic actuator 6 used or the wax-stretching element 9 , The insertion of the scissors mechanism 5 that of the wax-expanding element 9 or the hydraulic actuator 6 is actuated, allows a constant power transmission and a possibly desired translation, which is dependent on the length of the individual scissor legs. In the cold start phase of the internal combustion engine, the wax expansion element 9 energized and thereby activated, whereupon the slide 4 over the wheel 3 adjusted and thereby the flow rate of the pump 1 reduced. When the internal combustion engine has reached its operating temperature, the wax-expansion element 9 switched off again and thereby cools off, whereupon the slide 4 from the wheel 3 subtracts and the capacity of the pump 1 elevated. This also allows a failsafe function can be realized.

Betrachtet man die 1a, so kann man erkennen, dass ein ausfahrbarer Kolben 10 des Wachs-Dehnelementes 9 eingefahren ist und sich dadurch der Scherenmechanismus 5 in seiner zusammengeklappten Stellung befindet, in welcher der Schieber 4 nicht über das Laufrad 3 geschoben und dadurch die Förderleistung der Pumpe 1 auch nicht reduziert ist. Dies entspricht somit einem Zustand, in welchem die Pumpe 1 eine möglichst hohe Förderleistung erbringen soll, beispielsweise also bei stark erhitzter Brennkraftmaschine, in deren Kühlkreislauf die Pumpe 1 angeordnet ist. Gemäß der 1b hingegen ist die gleiche Anordnung bei deutlich geringerer Temperatur gezeigt, bei der der Kolben 10 ausgefahren und der Scherenmechanismus 5 aufgestellt ist. Der aufgestellte Scherenmechanismus 5 bewirkt dabei ein Verschieben des Schiebers 4 über das Laufrad 3 und dadurch eine Reduzierung dessen Förderleistung. Der Zustand gemäß der 1b tritt beispielsweise bei einem Kaltstart einer Brennkraftmaschine auf, bei welchem die Pumpe 1 noch kein Kühlmittel zur Brennkraftmaschine fördern soll, zumindest solange, bis diese die Betriebstemperatur erreicht hat. Der erfindungsgemäß vorgesehene Scherenmechanismus 5 bewirkt eine mechanisch einfache und doch wirkungsvolle Kraftübertragung und kann darüber hinaus Übersetzungen darstellen, je nach Länge der einzelnen Scherenschenkel des Scherenmechanismus 5. Um zu Beginn der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine ein möglichst rasches Reduzieren der Förderleistung der Pumpe 1 zu erreichen, kann direkt an dem Wachs-Dehnelement 9 eine Heizvorrichtung 11 vorgesehen sein, welche das Wachs-Dehnelement 9 in der Kaltstartphase beheizt und dadurch den Schieber 4 über das Laufrad 3 schiebt. Zu Unterscheiden ist dabei immer zwischen der Temperatur am Wachs-Dehnelement 9 und der Temperatur an der Brennkraftmaschine selbst. Looking at the 1a so you can tell that an extendable piston 10 of the wax expansion element 9 retracted and thereby the scissors mechanism 5 in its folded position, in which the slider 4 not over the wheel 3 pushed and thereby the flow rate of the pump 1 also not reduced. This corresponds to a state in which the pump 1 should provide the highest possible capacity, for example, so in highly heated internal combustion engine, in the cooling circuit, the pump 1 is arranged. According to the 1b however, the same arrangement is shown at significantly lower temperature at which the piston 10 extended and the scissors mechanism 5 is set up. The erected scissors mechanism 5 causes a shift of the slider 4 over the wheel 3 and thereby reducing its delivery rate. The condition according to the 1b occurs, for example, during a cold start of an internal combustion engine, in which the pump 1 still no coolant to promote the engine, at least until it has reached the operating temperature. The inventively provided scissors mechanism 5 causes a mechanically simple yet effective power transmission and can also represent translations, depending on the length of each scissor leg of the scissors mechanism 5 , At the beginning of the cold start phase of the internal combustion engine as quickly as possible to reduce the capacity of the pump 1 Achieve can directly on the wax-stretching element 9 a heater 11 be provided, which is the wax-stretching element 9 heated in the cold start phase and thereby the slide 4 over the wheel 3 pushes. To distinguish is always between the temperature at the wax-stretching element 9 and the temperature of the internal combustion engine itself.

Um den Scherenmechanismus 5 möglichst steif ausbilden zu können, können zusätzliche Gabeln 8’ vorgesehen sein, die jeweils einen Scherenschenkel der beiden Scheren miteinander verbinden und die sich formschlüssig an eine Außenkontur des als Verstellhülse ausgebildeten Schiebers 4 anlegen. Hierdurch kann insbesondere ein besonders exaktes Verstellen des Schiebers 4 gewährleistet werden. Dabei ist klar, dass der Scherenmechanismus 5 wahlweise von einem Wachs-Dehnelement 9 oder aber einem hydraulischen Stellelement 6 betätigt werden kann. To the scissors mechanism 5 To be able to train as stiff as possible, additional forks 8th' be provided, which each connect a pair of scissors legs of the two scissors and the form-fitting manner to an outer contour of the adjusting sleeve designed as a slider 4 invest. As a result, in particular a particularly precise adjustment of the slider 4 be guaranteed. It is clear that the scissors mechanism 5 optionally from a wax-expansion element 9 or a hydraulic actuator 6 can be operated.

Alternativ zum Scherenmechanismus 5 kann der verstellbare Schieber 4 auch direkt über ein hydraulisches Stellelement 6 bzw. ein Wachs-Dehnelement 9 betätigt werden, wie dies beispielsweise gemäß der 2 gezeigt ist. In diesem Fall kann der Scherenmechanismus 5 entfallen. Der Vorteil der Lösung gemäß der 2 liegt insbesondere darin, dass die gesamten Teile des Scherenmechanismus 5 entfallen können. Alternative to the scissor mechanism 5 can the adjustable slider 4 also directly via a hydraulic actuator 6 or a wax-stretching element 9 be operated, as for example, according to the 2 is shown. In this case, the scissors mechanism 5 omitted. The advantage of the solution according to the 2 lies in particular in that the entire parts of the scissor mechanism 5 can be omitted.

Mit der erfindungsgemäßen Pumpe 1 ist somit eine einfache Regulierung bzw. Steuerung der Förderleistung der Pumpe 1 möglich, ohne dass hierfür beispielsweise eine elektrische Leistungsaufnahme der Pumpe 1 beeinflusst werden müsste. With the pump according to the invention 1 is thus a simple regulation or control of the delivery rate of the pump 1 possible without this, for example, an electrical power consumption of the pump 1 would have to be influenced.

Claims

Pump ( 1 ), in particular a coolant pump in a motor vehicle, with - one on a pump shaft ( 2 ) arranged impeller ( 3 ), - an adjustable slide ( 4 ), via the impeller ( 3 ) and thereby a delivery rate of the pump ( 1 ), - a heatable wax expansion element ( 9 ) or a hydraulic actuator ( 6 ), the slider ( 4 ) directly or indirectly via a scissors mechanism ( 5 ) adjusted.

Pump according to claim 1, characterized in that the adjustable slide ( 4 ) is designed as an adjusting sleeve, which in the axial direction on the impeller ( 3 ) is displaceable.

Pump according to claim 1 or 2, characterized in that an electric heating device ( 11 ) for electrically heating the wax expansion element ( 9 ) is provided.

Pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the wax-stretching element ( 9 ) an extendable piston ( 10 ) having.

Pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the scissors mechanism ( 5 ) has two scissors, the at least one fork ( 8th ) are actuated.

Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the pump ( 1 ) is designed as a coolant pump for circulating a coolant for an internal combustion engine of a motor vehicle.