AT505644B1 - Kühlmittelpumpe - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT505 644B1 2011-09-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem über einen Antriebsstrang antreibbaren, in einem Gehäuse drehbar gelagerten Laufrad, wobei im Antriebsstrang eine Schaltkupplung angeordnet ist, über welche das Laufrad vom Antrieb trennbar ist, wobei die Schaltkupplung als formschlüssige Kupplung ausgebildet ist.

[0002] Es sind Kühlmittelpumpen bekannt, die über eine Riemenscheibe von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben werden und bei denen das Flügelrad schaltbar in Verbindung mit einer Reibpaarung von der Pumpenwelle angetrieben wird. Durch die mit solchen Kühlmittelpumpen realisierte Zweipunktregelung kann die Kühlleistung wie auch die Antriebsleistung der Kühlmittelpumpe optimiert werden.

[0003] Diese Regelung von Kühlmittelpumpen für Kraftfahrzeuge ermöglicht unter anderem auch, dass eine sofort beim Starten des Motors einsetzende Zwangskühlung vermieden werden kann, wodurch die Warmlaufphase des Motors mit all den in dieser Phase auftretenden Nachteilen, wie beispielsweise erhöhten Reibungsverlusten, erhöhten Emissionswerten und einem erhöhten Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden kann.

[0004] Aus der DE 102 35 721 A1 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe bekannt, bei der das Flügelrad schaltbar in Verbindung mit einer Reibpaarung von der Pumpenwelle angetrieben werden kann. Die kraftschlüssige Kupplung ist dabei elektromagnetisch betätigbar.

[0005] Die DE 197 52 372 A1 beschreibt eine direkt von der Kurbelwelle angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe, bei der das Flügelrad frei drehbar auf der Welle angeordnet ist. Bei Erreichen der Betriebstemperatur wird durch die Anpresskraft eines Thermoelementes das Flügelrad von der Antriebswelle mitgenommen.

[0006] Kraftschlüssige Kupplungen haben den Nachteil, dass relativ hohe Anpresskräfte erforderlich sind, um eine schlupffreie Antriebsverbindung zu gewährleisten. Dies erfordert erhöhten Raumbedarf.

[0007] Die DE 101 31 792 C1 beschreibt eine Kühlmittelpumpe für einen Verbrennungsmotor, mit einer in einem Pumpengehäuse gelagerten, mit einer Riemenscheibe versehenen Pumpenwelle und einem Flügelrad, welches einseitig frei drehbar auf der Pumpenwelle angeordnet und pumpengehäuseseitig als Kupplungshälfte einer Zahnkupplung ausgebildet ist, die durch eine Rückstellfeder eingerückt wird, wobei während des Kaltstarts durch die als Elektromagnet ausgebildete Betätigungseinrichtung die Zahnkupplung ausgerückt wird, wodurch das Laufrad von der Zahnkupplung freigegeben und daher in der Warmlaufphase nicht von der Antriebswelle angetrieben wird.

[0008] Die KR 2004 0022854 A offenbart eine im Antriebsstrang angeordnete, als formschlüssige Kupplung ausgebildete Schaltkupplung, über welche das Laufrad vom Antrieb trennbar ist. Die Schaltkupplung weist ein erstes Kupplungselement und ein zweites Kupplungselement auf, welche durch axiale Relativbewegung zueinander formschlüssig verbindbar oder trennbar sind. Das erste Kupplungselement weist als Mitnehmerkörper quer zur Drehachse angeordnete Mitnehmerstifte auf, das andere Kupplungselement ist als ein in der Nabe des Antriebsrades angeordneter Kupplungstopf mit Ausnehmungen zur Aufnahme der Mitnehmerstifte des ersten Kupplungselementes ausgebildet. Über eine Betätigungseinrichtung ist das axial verschiebbare Kupplungselement entgegen der Kraft einer Rückstellfeder axial in eine Auskoppelstellung verschiebbar.

[0009] Aus der JP 60-111016 A ist eine Wasserpumpe für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine bekannt, wobei das Laufrad der Wasserpumpe über eine temperaturabhängige Kupplung miteinander verbunden ist. Ab einer vordefinierten Temperatur wird das Laufrad mittels Federn, welche ihre Form in Abhängigkeit der Temperatur ändern, von der Antriebsachse getrennt oder mit dieser verbunden.

[0010] Die WO 2007/048380 A1 beschreibt eine als Zahnradpumpe ausgebildete Schmieröl- 1 /8 österreichisches Patentamt AT505 644B1 2011-09-15 pumpe, wobei ein Zahnrad über einen thermisch aktivierbaren Aktuator mit einer Antriebswelle verbindbar ist.

[0011] In der JP 2005-233044 A wird eine Kühlmittelpumpe geoffenbart, welche einen mit einer Antriebswelle verbundenen Permanentmagnet aufweist. Der Permanentmagnet erzeugt ein auf eine Hülse mit einem Leitelement einwirkendes Rotationsfeld, wobei die Hülse mit dem Laufrad der Pumpe verbunden ist. Mit einer Stopeinrichtung kann das Laufrad angehalten werden.

[0012] Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise eine Verdrehung des Laufrades im ausgekuppelten Zustand zu vermeiden.

[0013] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Schaltkupplung eine vorzugsweise durch eine Bremsscheibe gebildete Bremseinrichtung aufweist, welche mit einem axial verschiebbaren Kupplungselement vorzugsweise axial verschiebbar ist und in zumindest einer Auskuppelstellung auf das Laufrad einwirkt, wobei vorzugsweise die Schaltkupplung ein erstes Kupplungselement und ein zweites Kupplungselement aufweist, welche durch axiale Relativbewegung zueinander formschlüssig verbindbar oder trennbar sind, und wobei zumindest eines der beiden Kupplungselemente axial verschiebbar ist. Dadurch kann vermieden werden, dass im ausgekoppelten Zustand das Laufrad zu Folge von hydrodynamischen Kräften verdreht wird.

[0014] Durch die Formschlussverbindung zwischen den beiden Kupplungselementen kann das Einkuppeln bereits mit relativ geringen Kräften erfolgen. Dies kann vorteilhafter Weise dadurch geschehen, dass auf das axial verschiebbare Kupplungselement in Richtung der Einkuppelstellung eine Rückstellfeder einwirkt. Wegen der Formschlussverbindung kann die Rückstellfeder relativ klein dimensioniert werden.

[0015] Besonders vorteilhaft ist es, wenn das eine Kupplungselement zumindest einen Mitnehmerkörper aufweist, und wenn das andere Kupplungselement als Kupplungsteller oder Kupplungstopf ausgebildet ist und eine Ausnehmung zur Aufnahme des Mitnehmerkörpers aufweist.

[0016] Eine besonders kompakte Bauweise kann erreicht werden, wenn der Mitnehmerkörper durch zumindest einen quer zur Drehachse angeordneten Mitnehmerstift oder durch eine Klaue gebildet ist.

[0017] Um das Laufrad vom Antriebsstrang zu trennen, ist vorgesehen, dass das axial verschiebbare Kupplungselement über eine Betätigungseinrichtung axial in eine Auskoppelstellung verschiebbar ist. Die Betätigung kann dabei rein mechanisch, elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen.

[0018] In einer besonders einfachen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltkupplung zwischen dem Laufrad und der Antriebswelle angeordnet ist, wobei ein Kupplungselement, vorzugsweise das erste Kupplungselement, drehfest oder drehelastisch mit dem Laufrad verbunden oder durch das Laufrad gebildet ist.

[0019] Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Schaltkupplung zwischen einem Antriebsrad, vorzugsweise einem Riemenrad, und der mit dem Laufrad drehfest verbundenen Antriebswelle angeordnet ist, wobei ein Kupplungselement, vorzugsweise das erste Kupplungselement, drehfest oder drehelastisch mit dem Antriebsrad verbunden oder durch das Antriebsrad gebildet ist.

[0020] Zwischen dem ersten Kupplungselement und dem Laufrad bzw. Riemenrad kann ein Torsionsdämpfer angeordnet sein.

[0021] In einer besonders einfachen Ausführung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die Bremseinrichtung synchron mit dem axial verschiebbaren Kupplungselement verschiebbar ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Laufrad axial verschiebbar gelagert ist und durch die Bremseinrichtung in einer Auskuppelstellung axial gegen das Gehäuse der Kühlmittelpumpe gedrückt werden kann, so dass das Laufrad blockiert ist.

[0022] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

[0023] Es zeigen 2/8 österreichisches Patentamt [0024] Fig. 1 [0025] Fig. 2 [0026] Fig. 3 [0027] Fig. 4 [0028] Fig. 5 [0029] Fig. 6 AT505 644B1 2011-09-15 eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe in einem Längsschnitt im eingekuppelten Zustand in einer ersten Ausführungsvariante, diese Kühlmittelpumpe im Längsschnitt im ausgekuppelten Zustand, eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe im Längsschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante, diese Kühlmittelpumpe im eingekuppelten Zustand, die Kühlmittelpumpe in einem Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 1 und ein Detail der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe in einer Ausführungsvariante in einer Schrägansicht.

[0030] Die Kühlmittelpumpe 1 weist ein Laufrad 2 auf, welches über einen Antriebsstrang 3 angetrieben wird. Die Antriebswelle 4 des Antriebsstranges 3 ist über ein Pumpenlager 5 im Gehäuse 6 der Kühlmittelpumpe 1 drehbar gelagert. Im Antriebsstrang 3 ist eine formschlüssige Schaltkupplung 7 angeordnet, welche ein erstes Kupplungselement 8 und ein zweites axial verschiebbares Kupplungselement 9 aufweist, wobei im in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel das erste Kupplungselement 8 als Kupplungsteller oder Kupplungstopf 12 ausgebildet ist und das zweite Kupplungselement 9 zumindest einen in den Fig. 1, 2 und 5 als Mitnehmerstift 13 ausgebildeten Mitnehmerkörper aufweist, welcher quer zur Drehachse 10 des Laufrades 2 angeordnet ist. Alternativ zum Mitnehmerstift 13 kann der Mitnehmerkörper auch als Klaue 13a ausgebildet sein, welche in eine entsprechend geformte Ausnehmung 17 des Kupplungstellers oder Kupplungstopfes 12 eingreift. Ein als Klaue 13a ausgebildeter Mitnehmerkörper ist in Fig. 6 gezeigt.

[0031] In dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erste Kupplungselement 8 fest mit dem Laufrad 2 verbunden und das zweite Kupplungselement 9 axial verschiebbar angeordnet. Dabei wird der Mitnehmerstift 13 über eine Rückstellfeder 11 gegen den Kupplungstopf 12 gedrückt. Das Laufrad 2 ist über ein Gleitlager 14 auf der Antriebswelle 4 drehbar gelagert. Mit Bezugszeichen 15 ist eine axiale Sicherung bezeichnet.

[0032] Im normalen Betrieb drückt die Rückstellfeder 11 den Mitnehmerstift 13 gegen den Kupplungstopf 12 und damit das Laufrad 2 gegen die axiale Sicherung 15. Der Mitnehmerstift 13 ist dabei in einem Langloch 16 in der Antriebswelle 4 angebracht. Der Kupplungstopf 12 ist mit dem Laufrad 2 fest verbunden, beispielsweise mitgespritzt und mit einer entsprechenden, als Gegenkontur zum Mitnehmerstift 13 geformten Ausnehmung 17 zur Aufnahme des Mitnehmerstiftes 13 ausgestattet, damit der Mitnehmerstift 13 formschlüssig in die Ausnehmung 17 des Kupplungstopfes 12 eingreifen kann.

[0033] Um bei kaltem Kühlmedium ein schnelleres Aufheizen zu erreichen und damit auch den Schadstoffausstoß zu verringern, wird das Laufrad 2 vom Antriebsstrang 3 entkoppelt. Über die hydraulische oder pneumatische Betätigungseinrichtung 18 wird dabei das axial verschiebbare Kupplungselement 9 mittels einer Druckstange 19 in axialer Richtung gegen die Federkraft der Rückstellfeder 11 vom Kupplungstopf 12 wegbewegt und damit der Kraftfluss unterbrochen. Der Kupplungstopf 12 weist zumindest im Bereich des Mitnehmerstiftes 13 einen Rand 12a auf, welcher zylindrisch und in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet sein kann. Der Rand 12a stellt eine Sicherung für den Mitnehmerstift 13 dar und verhindert, dass der Mitnehmerstift 13 durch auftretende Fliehkräfte radial aus der Antriebswelle 4 herausgeschleudert werden kann. Die axiale Erstreckung des Randes 12a ist so bemessen, dass dieser auch bei maximal geöffneter Schaltkupplung den Mitnehmerstift 13 ausreichend sichert.

[0034] Die Kühlmittelpumpe 1 weist eine Bremseinrichtung 20 mit einer Bremsscheibe 21 auf, welche zusammen mit der Druckstange 19 axial verschiebbar ist. Die Bremsscheibe 21 wird bei zur Gänze geöffneter Schaltkupplung 7 gegen das Laufrad 2 gedrückt, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Somit wird - nachdem der Mitnehmerstift 13 aus der formschlüssigen Kontur des Kupplungstopfes 12 herausbewegt wird - die Bremsscheibe 21 auf der Vorderseite des Laufrades 2 angedrückt, wodurch das Laufrad 2 geringfügig axial verschoben wird. Dies bewirkt, dass das Lauf- 3/8

Claims (13)

1. österreichisches Patentamt AT505 644B1 2011-09-15 rad 2 mit seiner Stirnkante 2a gegen das Gehäuse 6 gepresst wird und somit - bei geöffneter Schaltkupplung 7 - vollkommen stillsteht. Dies ermöglicht einen absoluten Stillstand des Kühlmittelkreislaufes und verhindert, dass das Laufrad 2 zu Folge des hydrodynamischen Effektes zwischen den beiden Kupplungselementen 8, 9 in Rotation versetzt wird, wodurch ein Wasserdurchsatz in der Kühlmittelpumpe 1 von einige Litern pro Minute erzeugt werden würde. [0035] Beim Hochfahren der Kühlmittelpumpe 1 dagegen löst sich die Bremsscheibe 21 vom Laufrad 2, wodurch der Mitnehmerstift 13 durch den hydrodynamischen Effekt den Kupplungstopf 12 samt dem Laufrad 2 beschleunigt. Dadurch wird ein leichteres Einkuppeln des Mitnehmerstiftes 13 in die Ausnehmung 17 des Kupplungstopfes 12 gewährleistet. Zur Verbesserung des hydrodynamischen Effektes ist ein möglichst geringes Spiel s von beispielsweise 0,5 mm zwischen dem Mitnehmerstift 13 und dem Rand 12a des Kupplungstopfes 12 von Vorteil. [0036] Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Schaltkupplung 7 zwischen einem Antriebsrad 22, beispielsweise einem Riemenrad, und der Antriebswelle 4 zum Antrieb des Laufrades 2 angeordnet ist. Ein als Mitnehmerstift 13 ausgebildetes erstes Kupplungselement 8 ist dabei drehfest oder drehelastisch, z.B. über ein nicht weiterdargestelltes Dämpfungselement, mit dem Antriebsrad 22 verbunden. Der Mitnehmerstift 13 ist in einer Bohrung einer fest mit dem Antriebsrad 22 drehverbundenen Scheibe 23 eingesetzt. Ein im Ausführungsbeispiel als Kupplungstopf 12 ausgebildetes axial verschiebbares zweites Kupplungselement 9 wird über eine Rückstellfeder 11 in eine Einkuppelstellung gedrückt. Der Kupplungstopf 12 grenzt an einen Betätigungsraum 24 einer Betätigungseinrichtung 18, in welchen eine Vakuumleitung 25 einmündet. Durch Evakuieren des Betätigungsraumes 24 wird der Kupplungstopf 12 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 11 axial verschoben, wodurch die Schaltkupplung 7 ausgekuppelt wird. Der drehfest mit der Antriebswelle 4 verbundene Kupplungstopf 12 ist über Lager 26, beispielsweise ein Nadellager, im Gehäuse 6 der Kühlmittelpumpe 1 gelagert. [0037] Die Ausführungsvarianten sind als nicht einschränkende Beispiele zu verstehen. Insbesondere ist die Anordnung des Mitnehmerstiftes 13 bzw. der Klaue 13a und des Kupplungstopfes 12 austauschbar. Patentansprüche 1. Kühlmittelpumpe (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem über einen Antriebsstrang (3) antreibbaren, in einem Gehäuse (6) drehbar gelagerten Laufrad (2), wobei im Antriebsstrang (3) eine Schaltkupplung (7) angeordnet ist, über welche das Laufrad (2) vom Antrieb trennbar ist, wobei die Schaltkupplung (7) als formschlüssige Kupplung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (7) eine vorzugsweise durch eine Bremsscheibe (21) gebildete Bremseinrichtung (20) aufweist, welche mit einem axial verschiebbaren Kupplungselement (9) vorzugsweise axial verschiebbar ist und in zumindest einer Auskuppelstellung auf das Laufrad (2) einwirkt.
2. 2. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (7) ein erstes Kupplungselement (8) und ein zweites Kupplungselement (9) aufweist, welche durch axiale Relativbewegung zueinander formschlüssig verbindbar oder trennbar sind, wobei zumindest eines der beiden Kupplungselemente (8, 9) axial verschiebbar ist.
3. 3. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Kupplungselement (8, 9) zumindest einen Mitnehmerkörper aufweist, und dass das andere Kupplungselement (9, 8) als Kupplungsteller oder Kupplungstopf (12) ausgebildet ist und eine Ausnehmung (17) zur Aufnahme des Mitnehmerkörpers aufweist.
4. 4. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerkörper durch zumindest einen quer zur Drehachse (10) angeordneten Mitnehmerstift (13) oder durch eine Klaue (13a) gebildet ist.
5. 5. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf das axial verschiebbare Kupplungselement (9) in Richtung der Einkuppelstellung eine Rückstellfeder (11) einwirkt. 4/8 österreichisches Patentamt AT505 644B1 2011-09-15
6. 6. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verschiebbare Kupplungselement (9) über eine Betätigungseinrichtung (18) entgegen der Kraft der Rückstellfeder (11) axial in eine Auskoppelstellung verschiebbar ist.
7. 7. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (7) zwischen dem Laufrad (2) und der Antriebswelle (4) angeordnet ist.
8. 8. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kupplungselement, vorzugsweise das erste Kupplungselement (8), drehfest oder drehelastisch mit dem Laufrad (2) verbunden oder durch das Laufrad (2) gebildet ist.
9. 9. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (7) zwischen einem Antriebsrad (22), vorzugsweise einem Riemenrad, und der mit dem Laufrad (2) drehfest verbundenen Antriebswelle (4) angeordnet ist.
10. 10. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kupplungselement, vorzugsweise das erste Kupplungselement (8), drehfest oder drehelastisch mit dem Antriebsrad (22) verbunden oder durch das Antriebsrad (2) gebildet ist.
11. 11. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (20) synchron mit dem axial verschiebbaren Kupplungselement (9) verschiebbar ist.
12. 12. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (2) axial verschiebbar gelagert ist und durch die Bremseinrichtung (20) in einer Auskuppelstellung axial gegen einen vorzugsweise durch das Gehäuse (6) der Kühlmittelpumpe (1) gebildeten stillstehenden Anschlag gedrückt werden kann, so dass das Laufrad (2) blockiert ist.
13. 13. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (18) mechanischer, elektromagnetischer, hydraulischer oder pneumatischer Art ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 5/8