CN103307038A - 带有多件式的模块化结构的可调节的冷却剂泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机的受调节的冷却剂泵，其有泵壳体，泵轴支承在该泵壳体中，皮带盘或驱动元件在端部侧配属于该泵轴。经过泵轴的叶轮，作为体积流的冷却剂经由抽吸接口输送到冷却剂泵的螺旋通道中。体积流可以借助与叶轮共同作用的导流片装置来影响，该导流片装置包括在两个端部位置之间能轴向无级地移动的导流片及与泵轴共同作用的促动单元。两件式构建的冷却剂泵的泵轴（7）包括如下模块（30、31），其能经由接口部位（35）接合成结构单元地安装到泵壳体（5）中。直接配属于模块（30、31）的促动单元（15’）包括带有泵输出阀门（18）的挤压式泵（17）以及导流片装置20。本发明还涉及用于组装或装配所述的冷却剂泵的方法。

Description

带有多件式的模块化结构的可调节的冷却剂泵

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的、具有根据权利要求1的前序部分的结构的可调节的冷却剂泵，以及一种根据权利要求10的装配方法。

背景技术

由液体冷却的内燃机的冷却剂泵具有如下任务，即，有效地支持通过曲轴箱和缸头的冷却通道导引的冷却剂的循环。冷却剂循环例如可以通过空气调节设备、增压空气冷却器、燃料冷却器和/或润滑油冷却器的冷却剂加载来扩展，这些设备和冷却器优选串联。优选地，冷却剂泵直接经由皮带传动机构驱动。通过在冷却剂泵与曲轴之间的直接联结得到泵转速与内燃机转速的相关性。由此导致在内燃机的冷启动时该冷却剂进行循环，由此所期望的快速的内燃机加热和与之联系的最优的运行温度延迟。在连续优化内燃机的排放和燃料消耗的过程中力求将马达在冷启动之后尽可能快地大到运行温度。由此，不仅摩擦损失而且还有排放值都会减少并且降低了燃料消耗。为了实现这种效果，输送的体积流可以与内燃机的冷却需求协调如下的可调节的冷却剂泵是适合的,其输送的体积流可以与内燃机的冷却需求协调。

由DE19901123A1公知了为叶轮配属外部搭接的滑块作为影响冷却剂泵的输送体积的措施，其中，利用该滑块可以改变叶轮的有效叶宽并且该滑块可以沿着轴向方向轴向无级地运动地进行调整。滑块的调整在此通过转动螺纹类型的引导部进行。DE102005004315A1和DE102005062200A1公开了可调节的冷却剂泵，其中为了影响输送量，在泵壳体内部分别引入可在泵轴轴线的方向上移动的阀门滑块。构造为环形的阀门滑块形成可变地覆盖叶轮的流出区域的外部缸。依据DE102005004315A1，也被称为导流盘的阀门滑块用布置在泵壳体中的电磁线圈电磁地进行调整。为此备选地，根据DE102005062200A1为了调整阀门滑块设置有气动或液压操控的致动器，其包括为了调整阀门滑块而在泵壳体中引导的活塞杆。这些公知的冷却剂泵的共同之处在于都是一体式构建的泵轴。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于构建可调节的冷却剂泵的方案，利用该方案可以改进功能并且可以简化冷却剂泵的单个组件的装配。

这个问题通过具有权利要求1的特征的冷却剂泵以及通过根据权利要求10的冷却剂泵的装配方法来解决。依据权利要求1的本发明优选的改进方案在从属权利要求2至9中进行说明。

根据权利要求1的本发明是关于一种结构和布置，以便达到可调节的冷却剂泵在构造上的简化。为此设置有至少两件式构建的泵轴，其中，带有附属构件的单个泵轴区段分别形成模块。在泵轴可安装到泵壳体中之前，为了形成泵轴单个模块经由接口部位借助于压接耐久地接合。在也被称为结构组件的单个模块之间的接口部位在此优选设置在冷却剂泵的湿区域中。此外，依据本发明设置有也被称为致动器或促发装置的促动单元，它的尤其是实施为轴向活塞泵或径向活塞泵的挤压式泵直接配属于泵轴区段也就是模块。有利地依据本发明的结构提供如下可行性，即，在考虑冷却剂泵在安装或运行状态中的特殊要求的情况下来设计模块的单个构件。此外，使用各自最优的方法用于制造单个模块构件以及接合这些模块。此外，依据本发明的方案：包括促动单元的泵轴的多部件性，提供了专门与泵轴直接连接的构件在结构上不同地来设计的可行性。例如，各泵轴区段具有不同的直径或被如此设计，以便简化装配并且改善促动单元或泵轴并且因此冷却剂泵的负载、耐用性和功能。优选地，依据本发明的多件式构建的泵轴的构思是不增加结构空间的并且可以易于装配地在最大程度上无需大的调整地被集成在常规的冷却剂泵的结构空间中。此外，依据本发明的泵轴可以成本低廉地由标准化构件来构建。

根据本发明的改进方案设置有包括两个模块的泵轴，其中，模块经由设置在挤压式泵与叶轮之间的接口部位接合。第一模块包括部分轴，水泵轴承、滑环密封装置以及促动单元的挤压式泵和泵输出阀门配属于该部分轴。由于好的可触及性，这种结构有利于尤其实施为径向活塞泵的挤压式泵的装配。另外的预装配的模块由叶轮轴、叶轮以及由导流片、活塞和推杆构成的导流片装置形成，该导流片装置与促动单元共同作用。各自可预装配的部分泵模块或泵轴模块可以简化为整体结构组件，这些模块与泵轴接合。

依据备选的依据本发明的泵轴的两件式结构，第一模块由部分轴、滚动轴承以及滑环密封装置形成。另一模块完整地不仅包括促动单元而且还包括导流片装置。促动单元的挤压式泵依据这种泵轴结构置于在叶轮轴的端部侧区段中，由此有利地设定挤压式泵的延长的径向引导部。此外，这种挤压式泵的安装位置导致在挤压式泵的滑环密封装置侧上在部分轴与叶轮轴之间的接口部位的改变的位置。接口部位通过直径减小的叶轮轴的轴突出部形成，该轴突出部力锁合地压入部分轴的凹口中。在设计促动单元时，这种两件式的泵轴布置能够具有优点地实现在结构上更大的设计自由空间。由于在滑环密封装置与相互压合的轴区段之间在接口部位区域中的径向位置覆盖，除了改善了实施为径向活塞泵的挤压式泵的功能的径向引导部长度之外还设置了缩短的泵轴的轴向结构长度。此外依据本发明的想法提供可以使用带有扩大的外直径的叶轮轴的可行性，由此具有优点地，结果是可实现相应扩大的导流片装置的活塞直径。

此外本发明包括进一步划分的泵轴，其包括三个经由两个接口部位接合的模块。第一模块在此由带有附属滚动轴承和滑环密封装置的部分轴形成。第二模块包括如下中间轴，促动单元的径向活塞泵和泵输出阀门配属于该中间轴。由于相比于部分轴扩大的中间轴的直径，设置了具有优点地更大的用于径向活塞泵沿径向方向的引导部长度。第三模块包括带有附属叶轮的叶轮轴以及由导流片、活塞和推杆构成的、与促动单元共同作用的导流片装置。备选地包括三个模块的泵轴结构设置有以下模块布置。第一模块包括如下部分轴，促动单元的轴向活塞泵结构空间优化地集成在该部分轴中。此外，水泵轴承和滑环密封装置配属于该部分轴。另外的第二模块包括中间轴和促动单元的泵输出阀门。第三模块由叶轮轴、叶轮和促动单元的导流片装置形成，该导流片装置由导流片、活塞和推杆构成。

优选地，这些模块或者它们的轴、部分轴、叶轮轴和/或中间轴在接口部位区域中经由压接耐久地力锁合且形状锁合地接合。作为力锁合的压接的备选或补充提供借助于在接口部位区域中的粘合或焊接来设置材料锁合的连接。此外，依据本发明提供将中心的盲孔类型的、形成缸的凹槽形成到叶轮轴的端侧中，该凹槽用于容纳与促动单元共同作用的活塞。在接口部位区域中叶轮轴借助于压配合与中间轴或部分轴连接。为此叶轮轴包围附属轴的端部侧的区段。为了设计在驱动轴与中间轴之间的接口部位，中间轴形成了容纳部或中心的轴向凸出的突起部。为了力锁合的联结，附属的部分轴用端部区段压入中间轴容纳部中。备选地，作为接口部位可以将中间轴的突起部力锁合地压入部分轴的相应的凹槽中。

此外，本发明优选的结构设置如下，即，导流片装置的活塞的直径相应于或者超过部分轴或中间轴的直径。例如这种结构原理在两件式构建的泵轴中导致相应于叶轮轴两个壁厚的活塞直径的扩大，这依照面积来说相应于扩大了1.5至2.0倍。扩大的活塞直径减轻了前置的挤压式泵的负担，具有优点地该挤压式泵是成本更低廉的并且尺寸更小，并且因此需要更小的结构空间。由此具有优点地，用于调整导流片的促动力或调整力会增加或者说在需要时在挤压式泵的促动单元上的反作用力会减小。在包括三个模块的泵轴中，其中中间轴的端部区域被叶轮轴包围，可以实现相比于一体式泵轴的活塞面积扩大了3至4倍的活塞面积。备选地，提供包括三个模块的泵轴，在该泵轴中在部分轴内部集成有实施为轴向活塞泵的挤压式促动泵。在这种结构中，中间轴由于到滑环密封装置的扩大的间距，经由外部的压接与部分轴连接。此外，这种措施能够实现与叶轮轴的直径匹配，以便扩大活塞直径并且因此扩大活塞面积。

作为在紧急状况下的安全措施，本发明包括针对促动单元的故障安全装置。为此压力弹簧安装在叶轮轴的缸中，该压力弹簧朝泵输出阀门的方向加载活塞。例如在促动单元的液压回路失灵之后，激活的故障安全装置会使压力弹簧将活塞复位到初始位置中。与此同步地，经由推杆与活塞连接的导流片被移动到如下位置中，在该位置中设置了尽可能大的叶轮横截面。该叶轮横截面保障了冷却剂泵的最大的体积流。

依据权利要求10针对装配或完成冷却剂泵，规定有包括以下步骤的方法。首先进行冷却剂泵的泵壳体的定位或定向。随后泵轴的各模块被预装配，这些模块分别包括轴区段或中间轴以及另外的配属于泵轴的构件。在此具有优点地，促动单元的实施为径向活塞泵的挤压式泵在装配期间借助于夹紧带被绑在一起。紧接着借助于压工具力加载地将两个或三个模块接合成泵轴。最后在皮带盘固定在部分轴上并且在冷却剂泵的对侧上固定叶轮盖之前，进行泵轴引入、定向并且固定在泵壳体的终端位置中。

附图说明

随后借助于优选的实施形式在参考附图的情况下对本发明进行阐述。在此：

图1在示意图中示出受调节的冷却剂泵，其带有一体式设计的泵轴；

图2示出依据图1的受调节的冷却剂泵，其带有依据本发明的两件式设计的轴泵的第一实施例；

图3示出依据本发明受调节的冷却剂泵的第二实施例，该冷却剂泵带有对于图2备选的两件式设计的轴泵；

图4示出示出依据图1的受调节的冷却剂泵，其带有依据本发明的三件式设计的轴泵的第三实施例；

图5示出依据本发明受调节的冷却剂泵的第四实施例，该冷却剂泵带有对于图4备选的三件式设计的轴泵。

具体实施方式

在图1中，以示意图示出了受调节的冷却剂泵1的所有组件，该冷却剂泵尤其用于冷却内燃机并且经由如下牵引传动机构驱动，由该牵引传动机构是与泵轴2连接的皮带盘3。泵轴2经由滚动轴承4可转动地支承在泵壳体5中并且通过滑环密封装置6密封。可轴向移动的导流片13配属于转动固定地与泵轴2连接的叶轮10，用该导流片可调整由冷却剂泵1输送的体积流。为了调整导流片13，促动单元15设置有附属的挤压式泵17和泵输出阀门18，其与包括导流片13、推杆23、活塞24以及压力弹簧21的导流片装置20一起共同作用。为了产生压力，与泵轴2一起旋转的偏心轮加载在压力室中振荡的、未示出的、实施为径向活塞泵的挤压式泵17的活塞，该挤压式泵位置固定地安装在泵壳体5中。在挤压式泵17的压力室与呈柱体形的、构造在泵轴2中的高压室22之间存在在图1中未示出的压力介质连接。只要由挤压式泵17产生的压力介质流经由打开的泵输出阀门18加载构造为缸12的泵轴2的高压室22，就进行导流片调整。由此，安装在其中的活塞24朝箭头方向移动，该活塞经由推杆23与导流片13连接。由导流片13的所示的中性位置（Neutralposition）或起始位置（在该位置中叶轮10输送最大的体积流）出发，导流片13可以被调整直到终端位置（在该终端位置中叶轮外侧完全被覆盖）。此外，在泵轴2的高压室22中安装有朝箭头相反方向加载活塞24的、形成故障安全装置25的压力弹簧21。在紧急情况下，例如在促动单元15失灵的情况下，压力弹簧21自动地将活塞24朝箭头相反方向移动并且与此同步地将导流片13移动到在图1中所示的位置中。

作为一体式泵轴的备选，图2至图4示出如下冷却剂泵1，其带有多件式构建的泵轴7、7’、7’’。在此，与图1一致的构件设有相同的附图标记，这些构件接下来不详细地进行描述。

图2示出依据本发明的多件式构建的泵轴7的第一实施例，该泵轴7由包括所有附属的构件的模块30、31组成。在此，模块30由部分轴27与皮带盘3、滚动轴承4、滑环密封装置6以及促动单元15的挤压式泵17和泵输出阀门18共同形成。另一模块31由叶轮轴28和包括压力弹簧21的导流片装置20形成。模块30、31经由接口部位35连接，其中部分轴27用端部区段压入叶轮轴28中并且该端部区段同时限定在叶轮轴28中的构造为缸12的高压室22。

备选地两件式构建的泵轴7在图3中描绘，其中，模块30由如下构件构成：部分轴27、滚动轴承4以及滑环密封装置6。另一模块31完整地包括促动单元15并且是还包括挤压式泵17和导流片装置20。挤压式泵17安装在叶轮轴28的端部侧区段中，由此设定了挤压式泵17的延长的径向引导部。这种挤压式泵位置导致设置在部分轴27与叶轮轴28之间的接口部位35转移到挤压式泵17朝滑环密封装置6取向的侧上。叶轮轴28为此形成直径减小的、力锁合地压入部分轴27的凹口19中的轴凸起14。通过在滑环密封装置6与相互压合的、形成接口部位35的轴区段之间的径向位置覆盖得到具有缩短的轴向结构长度的紧凑的泵轴7。

图4示出三件式构建的、包括模块30’、31’、32’的泵轴7’。部分轴27’与皮带盘3、滚动轴承4以及滑环密封装置6一起形成模块30’。另一模块31’类似于图2地包括叶轮轴28’和具有压力弹簧21的导流片装置20。在叶轮轴28’的缸12’的更大尺寸的高压室22’中，以直径D2导引活塞24’，直径D2超过部分轴27’的直径D1。模块30’、31’限制了由中间轴29’以及促动单元15’的挤压式泵17’和泵输出阀门18构成的模块32’。模块31’和32’’经由接口部位35’连接，其方法是中间轴29’用端部区段压入叶轮轴28’的高压室22’中。模块30’和32’的接口部位37’由轴向凸出的突出部39形成，该突出部39形状锁合且力锁合地压入部分轴27’的中心的凹槽41中。

在图5中示出备选地包括三个模块30’’、31’’、32’’的泵轴7’’。在此，模块30’’由部分轴27’’、皮带盘3、滚动轴承4以及滑环密封装置6构成，其中，在部分轴27’’内部集成了促动单元15’’的实施为轴向活塞泵的挤压式泵17’’。模块31’’与依据图3的模块31’一致地构造构件。布置在模块30’’与31’’之间的模块32’’由中间轴29’’和泵输出阀门18构成。可与依据图3’’的接口部位35’相似地，模块31’’和32’力锁合地压合在接口部位35’’的区域中。在模块30’’与32’’之间的另一接口部位37’’包括中间轴29’’的容纳部43，部分轴27’的端部区段压入该容纳部43中。

附图标记列表

1                 冷却剂泵

2                 泵轴

3                 皮带盘

4                 滚动轴承

5                 泵壳体

6                 滑环密封装置

7、7’、7’’     泵轴

10                叶轮

12、12’、12’’  缸

13                导流片

14                轴突起部

15、15’、15’’  促动单元

17、17’、17’’  挤压式泵

18                泵输出阀门

19                 凹口

20                 导流片装置

21                 压力弹簧

22、22’、22’’   高压室

23                 推杆

24、24’、24’’   活塞

25                 故障安全装置

27、27’、27’’   部分轴

28、28’           叶轮轴

29’、29’’       中间轴

30、30’、30’’   模块

31、31’、31’’   模块

32’、32’’       模块

35、35’、35’’   接口部位

37’、37’’       接口部位

39                 突起部

41                 凹槽

43                 容纳部

Claims (10)

1.内燃机的受调节的冷却剂泵（1），其带有泵壳体（5），泵轴（2；7、7’、7’’）能转动地支承在所述泵壳体中，皮带盘（3）或驱动元件在端部侧配属于所述泵轴，并且所述泵轴（2；7、7’、7’’）的叶轮（10）将作为体积流的冷却剂经由抽吸接口输送到所述冷却剂泵（1）的螺旋通道中，其中，所述体积流能借助与所述叶轮（10）共同作用的导流片装置（20）来受到影响，所述导流片装置包括在两个端部位置之间能轴向无级地移动的导流片（13）以及与所述泵轴（2；7、7’、7’’）共同作用的促动单元（15、15’、15’’），其特征在于，所述冷却剂泵（1）包括至少一个两件式构建的泵轴（7、7’、7’’），其与附属的构件一起形成各能预装配的模块（30、30’、30’’；31、31’、31’；32’、32’’），其经由接口部位（35、35’、35’’；37’、37’’）接合成结构单元地安装到所述泵壳体（5）中，并且所述促动单元（15、15’、15’’）包括直接配属于所述泵轴（7、7’、7’’）的区段的挤压式泵（17、17’、17’’）。

2.根据权利要求1所述的冷却剂泵，其特征在于，所述泵轴（7）包括两个经由所述接口部位（35）接合的模块（30、31），其中，第一模块（30）包括带有附属的滚动轴承（4）的部分轴（27）、滑环密封装置（6）以及所述促动单元（15）的挤压式泵（17）和泵输出阀门（18），而第二模块（31）包括带有所述叶轮（10）的叶轮轴（28）以及与所述促动单元（15）共同作用的、带有导流片（13）、活塞（24）和推杆（23）的导流片装置（20）。

3.根据权利要求1所述的冷却剂泵，其特征在于，所述泵轴（7’’）包括三个经由所述接口部位（35’、37’）接合的模块（30’、31’、32’），其中，第一模块（30’）包括带有附属的滚动轴承（4）的部分轴（27’）和滑环密封装置（6），中间轴（29’）、挤压式泵（17’）和泵输出阀门（18）配属于第二模块（32’），而第三模块（31’）由带有叶轮（10）的叶轮轴（28’）以及与所述促动单元（15’）共同作用的导流片装置（20）构成。

4.根据权利要求1所述的冷却剂泵，其特征在于，所述泵轴（7’’）包括三个经由所述接口部位（35’’、37’’）接合的模块（30’’、31’’、32’’），其中，第一模块（30’’）包括带有集成的实施为轴向活塞泵的挤压式泵（17’’）的部分轴（27’’）以及滚动轴承（4）和滑环密封装置（6），第二模块（32’’）包括中间轴（29’’）和泵输出阀门（18），而第三模块（31’’）由带有叶轮（10）的叶轮轴（28’’）以及与所述促动单元（15’’）共同作用的导流片装置（20）构成。

5.根据上述权利要求之一所述的冷却剂泵，其特征在于，所述部分轴（27、27’、27’’）、所述叶轮轴（28、28’、28’’）和/或所述中间轴（29’、29’’）在这些轴之间的所述接口部位（35、35’、35’’；37’、37’’）区域中，经由压接力锁合且形状锁合地接合。

6.根据权利要求5所述的冷却剂泵，其特征在于，配属于所述叶轮（10）的、包括用于所述促动单元（15、15’、15’’）的活塞（24、24’、24’’）的缸（12、12’、12’’）的叶轮轴（28、28’、28’’）在端部侧力锁合且形状锁合地包围所述部分轴（27）或所述中间轴（29’、29’’）。

7.根据上述权利要求之一所述的冷却剂泵，其特征在于，所述促动单元（15’）的活塞（24’）直径（D2）设计为大于等于所述部分轴（27’）的直径（D1）。

8.根据上述权利要求之一所述的冷却剂泵，其特征在于，在所述接口部位（37’）区域中，所述中间轴（29’）形成了位于中心的轴向凸出的突起部（39），所述突起部力锁合且形状锁合地压入所述部分轴（27’）的凹槽（41）中。

9.根据上述权利要求之一所述的冷却剂泵，其特征在于，为了形成故障安全装置（25），所述活塞（24、24’、24’’）被安装在所述叶轮轴（28、28’）的缸（12、12’、12’’）中的压力弹簧（21）朝所述泵输出阀门（18）的方向加载。

10.用于组装或装配根据权利要求1至9之一所述的冷却剂泵的方法，具有以下步骤：

-定位所述泵壳体（5）用于组装所述冷却剂泵（1）；

-预装配两个或三个模块（30、30’、30’’；31、31’、31’；32’、32’），其各自包括所述部分轴（27、27’、27’’）和所述叶轮轴（28、28’、28’’）或附加地包括所述中间轴（29、29’）以及另外的构件；

-借助于结合压接工具的力加载，将两个或三个模块（30、30’、30’’；31、31’、31’；32’、32’）接合成泵轴（7、7’、7’’）；

-将所述泵轴（7、7’、7’’）引入、定向并且固定在所述泵壳体（5）的终端位置中；

-将所述皮带盘（3）固定在所述部分轴（27、27’、27’’）上。

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