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Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe für das Kühlsystem von Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einem Gehäuse und einem Rotor, wobei der Rotor Schaufeln aufweist, die im wesentlichen radial auswäts verlaufende Strömungskanäle bilden, die an einer Hüllfläche enden, und wobei das Gehäuse eine zentrale achsiale Eintrittsöffnung und an die Hüllfläche anschliessend einen von einer Engstelle ausgehend in umfangsrichtung bis zu einer tangentialen Austrittsöffnung verlaufenden Sammelkanal hat.
Derartige weitgehend konventionelle Kreiselpumpen werden üblicherweise für das Kuh t System von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt.
Sie werden von einem Keilriemen mit einer der Motordrehzahl proportionalen Drchzahl angetrieben. Ihre Fördermenge steigt somit mit steigender Motordrehzahl Zur Beeinflussung der Temperatur des Kühlsystemes ist ein Thermostat vorgesehen, der die Durchflussmenge steuert und meist auch bei Kaltstart einen Bypass öffnet ; auch die Drehzahl des Kühlluftventilators wird oft geändert.
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An das Kühlsystem von Verbrennungskraftmaschinen werden immer höhere Anforderungen gestellt. Einerseits soll eine Verbrennungskraftmaschine möglichst wenig Treibstoff verbrauchen, wobei auch bei der Leistungsaufnahme der Nebenaggregate gespart werden muss. Da die Kühlwasserpumpe einen erheblichen Leistungsbedarf hat, schlagen Verbesserungen hier besonders zu buche. Andererseits soll die Temperatur des Kühlmittels bei variabler Belastung und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine möglichst konstant gehalten werden. Das ist bei dem breiten Drehzahlbereich, in dem Verbrennungskraftmaschinen heute betrieben werden besonders schwierig. So wird etwa bei hoher Drehzahl und geringer Belastung beziehungsweise bei kaltem Motor, ein hoher Volumenstrom nutzlos im Kreis gepumpt.
Zwischen dem Kühlsystem von Verbrennungskraftmaschinen und einem Rohrsystem besteht noch der Unterschied, dass bei ersterem die Strömungsquerschnitte im Block und im Kühler relativ gross, wenn auch zerklüftet, und die Strömungsge- schwindigkeiten relativ klein sind ; in einem Rohrsystem aber die Strömungsgeschwindigkeit hoch ist und die Druckverluste stark von der Strömungsgeschwindigkeit abhängen.
Andere Steueremgnffc haben sich nicht bewährt : Eine mechanische Regelung der Antriebsdrehzahl, etwa durch ein Stufenlosgetriebe oder einen Drehmomentwandler ist viel zu aufwendig und umständlich ; die zeitweise Abschaltung des Pumpenantriebes mittels einer Kupplung kann zu bereichsweiser Überhitzung des Zylinderblockes beziehungsweise Zylinderkopfes führen ; eine von einem Elektromotor angetriebene Pumpe wäre beliebig regelbar, jedoch scheidet diese Lösung wegen der für die Leistungsaufnahme einer Pumpe erforderlichen Motorleistung aus. Der Elektromotor wäre zu gross und sperrig, ausserdem wären tief eingreifende
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Änderungen am Motorkühlkreislauf und an der Bordelektrik des Fahrzeuges erforderlich.
Aus der DE-A 199 29 827 ist eine gattungsgemässe Pumpe bekannt, deren Sammelkanal (auch Spiralgehäuse genannt) den Rotor rundum umgibt und in dem zur Bildung einer engsten Stelle ein Schieber vorgesehen ist.
Damit soll die Fördermenge regelbar sein. Es hat sich aber herausgestellt, dass das nur in einem relative schmalen Bereich möglich ist, und dass sich dabei der Druck erheblich ändert und der Energieverbrauch bei verminderter Fördermenge kaum sinkt. Das ist damit zu erklären, dass bei eingezogenem Schieber ein Teil der Flüssigkeit sich im Sammelraum immer wieder im Kreis bewegt und dabei hohe Strömungsverluste auftreten.
Es ist daher Z) c ! der Erfindung, eine Regelung der Fördermenge bei mög- Ilchst geringem Verbrauch an Antriebsenergie zu erreichen. Nebstbei soll sich dabei auch der Druck nicht allzu stark ändern, um zur Charakteristik des Kühlsystems zu passen.
Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass im Sammelkanal ein Organ vorgesehen ist, das von einer Ruhestellung in eine Wirkstellung bringbar ist, in der es einen Teil der Hüllfläche abdeckt. Durch die Abdeckung der Hüllfläche wird ohne Verluste ein Teil des Sammelkanales stillgelegt. In diesem Raum hinter dem Organ gibt es keine Turbulenzen oder parasitären Strömungen. Damit wird, ungefähr proportional dem abgedeckten Teil der Hüllfläche, eine Mengenregelung theoretisch von nul bis Voll ber vermmderter lerstungsaufnahme erreicht.Damzufolge kann unter Umständen sogar der konventionelle Thennostat entfallen.
So verbessert sich die Wirtschaftlichkeit der Verbrennungskraftmaschine
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nicht nur über die Nebenaggregate, sondern auch durch Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades der Verbrennungskraftmaschine.
In Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich das Organ in Längsrichtung des Sammelkanales, ist mit einem Ende in der Nähe der Engstelle befestigt und geht mit dem anderen Ende im wesentlichen stetig in die Wand des Sammelkanales über (Anspruch 2). So werden auch Strömungsverluste am Übergang vom Organ zum Sammelkanal durch Turbulenzen vermieden.
In einer vorteilhaften Ausbildung weist der Sammelkanal einen im Drehsinn des Rotors zunehmenden rechteckigen Querschnitt auf (Anspruch 3), und ist die achsnahe Seite des rechteckigen Querschnittes länger (in Richtung der Achse des Rotors) als die Hüllfläche des Rotors und von dieser beabstandet (Anspruch 4). Ersteres gibt dem Organ Bewegungsfreiheit, zweiteres bildet eine Schulter, wobei der Abstand sicherstellt, dass das Organ in keiner Stellung am Rotor streift.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Organ eine an der Engstelle schwenkbar gelagerte und in ihrer Wirkstellung mit ihrer konkaven Seite an die Hüllfläche angrenzende Sichel (Anspruch 5). Durch die Lagerung an der Engstelle kann sich im Sammelkanal keine parasitäre Umlaufströmung ausbilden und ist ein einigermassen stetiger Übergang des anderen Endes gegeben. Die Sichel ist so ausreichend steif, dass sie mit einer Il11lìehäuse gelagerten Welle versehen sein kann, an der ausserhalb des Gehäuses ein Aktuator angreift (Anspruch 6).
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Organ ein an der Engstelle befestigter, biegsamer Körper (Anspruch 7). Dieser hat den
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Vorteil, einen stetigen Übergang in den Sammelkanal und die Abdeckung eines grösseren Teiles der Hüllfläche zu ermöglichen. Zur Betätigung ist es vorteilhaft, wenn am freien Ende des biegsamen Körpers ein am Gehäuse befestigter Aktuator angreift (Anspruch 8).
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar :
Fig. 1 : ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen
Pumpe im Schnitt, in der Ruhestellung,
Fig. 2 : wie Fig. l, jedoch in der Wirkstellung,
Fig. 3 : einen Schnitt nach AA in Fig. 1,
Fig. 4 : ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen
Pumpe im Schnitt, in der Ruhestellung,
Fig. 5 : wie Flg. 4, jedoch in der Wirkstellung,
Fig. 6 : einen Schnitt nach AA in Fig. 1.
In den Fig. l und 3 ist das Gehäuse der erfindungsgemässen Kreiselpumpe mit 1 und der Rotor mit 2 bezeichnet. Er besteht aus einer auf einer Rotorwelle 6 sitzenden Scheibe 3 mit einer Anzahl über den Umfang verteilter Schaufeln 4, zwischen denen im wesentlichen radial verlaufende Strö- mungskanäle 5 gebildet sind. Bei drehendem Rotor beschreiben die äusseren Abströmkanten der Schaufeln 4 eine Hüllfläche 7, die hier zylindrisch ist, aber auch konisch sein kann.
Das Gehäuse 1 besitzt eine Eintrittsöffnung 10, durch die die zu fördernde Flüssigkeit angesaugt wird. einem Sammelkanal 11, bisweilen auch Spiralgehäuse genannt, dessen Querschnitt von einer Engstelle 12, bisweilen auch als Zunge bezeichnet in Umfangsrichtung und im Drehsinn des
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Rotors (Pfeil 18) betrachtet bis zu einer Austrittsöffnung 13 zunimmt. Der Querschnitt des Sammetkanais i1 ist rechteckig, wobei die äussere achsparallele Seite des Rechtecke der Wand 17 des Sammelkanals 11 entspricht und eine achsnahe Seite 14 zwischen den beiden Seitenwänden 15 länger ist als die achsiale Länge der Hüllfläche 7.
Zur Steuerung der Durchflussmenge ist ein Organ 20, hier eine im Sam- melkanal 11 angeordnete Sichel, vorgesehen. Diese Sichel folgt in ihrer Längsrichtung der des Sammelkanales 11 und füllt mit ihrer Breite die lichte Weite des Sammelkanales 11 und ist mit einem Ende in der Nähe der Engstelle 12 des Gehäuses schwenkbar gelagert. Dazu ist sie mit einer im Gehäuse) gelagerten Welle 21 drehfest verbunden, welche ausserhalb des Gehäuses einen Hebel 25 aufweist, an dem ein Aktuator 26 angreift.
Das äussere Ende 22 der Sichel lauft spitz aus, um einen einigermassen stetigen Querschnittsverlauf am Übergang zu der Wand 17 des Sammelkanales 11 zu ermöglichen. In der in Fig. 1 gezeigten Stellung, sie entspricht maximaler Fördermenge, liegt die Sichel 20 mit ihrem Konvexteil an der Wand 17 des Sammelkanales 11 an. Die konkave Seite 23 der Sichel bildet eine Leitfläche, die in die Wand 17 des Sammelkanales 11 übergeht.
Fig. 2 zeigt dieselbe Pumpe in der Stellung für minimalen Durchsatz. Die Sichel 20'liegt hier über ungefähr 120 (Winkel 24) an der Hüllfläche 7 an. Dieses Dnttel der Hüllfläche 7 und des Sammelkanales 11 ist somit stillgelegt, Der ausserhalb der Sichel 20' befindliche Teil 27 des Sammelkanales # 1 ist ohne Strömung. In Fig. 3 ist nebst den beiden Extremstellungen 20, 20' noch eine Zwischenstellung 20"eingezeichnet. Weiters ist dort zu erkennen, dass die achsnahe Seite 14 des Sammelkanales 11
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von der Hüllfläche 7 einen Abstand hat. Damit ist sichergestellt, dass die Sichel 20 auch 111 ihrer Extremstellung 20'nicht am Rotor 2 schleift.
Die Ausführungsform der Fig. 4,5, 6 unterscheidet sich von der vorherigen nur dadurch, dass das Organ als biegsamer Körper 40 ausgebildet ist.
Er kann beispielsweise ein Band aus Federstahl sein. Seine Steifigkeit ist so abzustimmen, dass er einerseits dem Aktuator 46 keinen zu grossen Widerstand entgegensetzt und andererseits den dynamischen Kräften der Strömung im Sammelkanal 11 standhält. Der biegsame Körper 40 ist mit einem Ende 41 an der Engstelle 12 des Gehäuses befestigt, sein anderes Ende 42 ist gelenkig mit einer Führungsstange 45 verbunden, die das Gehäuse durchstosst und aussen von einem Aktuator verschoben wird.
Fig. 4 zeigt die Stellung für maximales Fördervolumen, der biegsame Körper 40 liegt an der Wand 17 des Sammelkanales 11 an. In Fig. 5 ist der biegsame Körper in seiner anderen Extremstellung für minimales Fördervolumen dargestellt. Der biegsame Körper 40 ist hier um mehr als einen Halbkreis an die Hüllfläche 7 des Rotors herangeführt (Winkel 44), entsprechend ist nur der kleine restliche Teil des Umfanges für die Förderung nutzbar. SomIt ist der grösste Teil 47 des Sammelkanales 11 stillgelegt. In Fig. 6 ist zu erkennen, dass die von der achsnahen Seite 14 des Querschnittes des Sammelraumes 11 gebildete Fläche eine Schulter bildet, an der der biegsame Körper 40 anliegt.
So ist auch bei sehr grossen Um- schlingungswinkein ein Schleifen des biegsamen Körpers 40 am Rotor unmöglich.
1m Rahmen der Erfindung sind auch noch andere Ausgestaltungen des Organes zur Steuerung des Massenstromes denkbar. Durch die teilweise Abdeckung der Hüllfläche ist eine Mengensteuerung in weiten Grenzen
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möglich und geht beim Zurückregeln der Strömungsmenge auch die L@istungsaufnahme der Pumpe - wenn auch nicht ganz in demselben Masse-zurück. was dem Wirkungsgrad in allen Betriebszuständen zugute kommt.