DE10142263C1 - Regelbare Kühlmittelpumpe - Google Patents
Regelbare KühlmittelpumpeInfo
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Abstract
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore zu entwickeln, die verschleißunanfällig und gleichzeitig störunanfällig ist, dabei stufenlos temperatur- und kennfeldgeregelt werden kann, bei hohem Wirkungsgrad eine optimale, definierte Anpassung des Kühlmittelvolumenstromes an die Wärmebilanz des Motors ermöglicht, die Warmlaufphase des Motors deutlich reduziert und die Schadstoffemissionen wie auch gleichzeitig die Reibungsverluste und den Kraftstoffverbrauch senkt sowie bei minimiertem Bauraum eine hohe Funktions- und Betriebssicherheit über die gesamte Lebensdauer gewährleistet und in speziellen Bauformen für die Nachrüstung von bereits existierenden Motorgenerationen geeignet ist. DOLLAR A Die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe mit einer in einem Pumpenlager im Pumpengehäuse (1) gelagerten, angetriebenen Pumpenwelle (2) zeichnet sich dadurch aus, daß auf der Pumpenwelle (2) drehfest ein ein- oder beidseitig mit Pumpenschaufeln (4) versehener Rotor (3) angeordnet ist, dem ein drehbar auf der Pumpenwelle (2) angeordnetes ein- oder zweiteiliges Pumpenrad (5) benachbart ist, an dessen den Pumpenschaufeln (4) des Rotors (3) benachbarter/benachbarten Stirnfläche/n Strömungskammern angeordnet sind, wobei sich im Rotor (3) oder im Pumpenrad (5) Zuströmöffnungen (7) befinden und zwischen den einander benachbarten Außenradien des Rotors (3) und des einteiligen Pumpenrades (5) eine oder mehrere Ausströmöffnungen ...
Description
Die Erfindung betrifft eine von Drehmomentübertragungselementen
angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore.
Im Stand der Technik sind Kühlmittelpumpen für Verbrennungsmotore
vorbeschrieben, welche mittels Drehmomentübertragungselementen von der
Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben werden.
Dabei hat eine direkte Kopplung der Kühlmittelpumpe mit der Kurbelwelle des
Motors zur Folge, daß der geförderte Kühlmittelvolumenstrom stets von
jeweiligen Drehzahl des Motors bestimmt wird.
Derartige mit der Kurbelwelle direkt gekoppelte Kühlmittelpumpen müssen
daher stets so dimensioniert sein, daß sie selbst bei niedriger Drehzahl und
hoher Motorbelastung - beispielsweise bei Bergfahrten mit Hänger - eine
ausreichende Kühlleistung bewirken.
Daher muß die Kühlleistung wie auch die Antriebsleistung derartiger
Kühlmittelpumpen stets für den "normalen Betrieb" zu hoch ausgelegt sein,
wodurch zwangsläufig ein erhöhter Kraftstoffverbrauch zum Antrieb der
Kühlmittelpumpe benötigt wird.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil derartiger von der Kurbelwelle direkt
angetriebener Kühlmittelpumpen besteht darin, daß diese bereits in der
Warmlaufphase sofort mit der Wärmeabfuhr der im Motor erzeugten und
eigentlich in der Warmlaufphase auch im Motor dringend benötigten Wärme
beginnen.
Somit verlängert diese von der Motordrehzahl abhängige, sofort nach dem
Starten des Motors einsetzende Zwangskühlung die Warmlaufphase des
Motors und führt infolge der dadurch deutlich verlängerten Warmlaufphase zu
hohen Schadstoffemissionen auf Grund einer unvollständigen Verbrennung
des Kraftstoff-Luft-Gemisches, wie auch zu einem daraus in der
Warmlaufphase resultierenden sehr hohen spezifischen Kraftstoffverbrauch.
Darüber hinaus treten zudem infolge einer zu niedrigen Motortemperatur in der
Warmlaufphase erhöhte Reibungsverluste auf, welche gleichzeitig ebenfalls
einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zur Folge haben.
Im Stand der Technik werden daher unterschiedliche technischen Lösungen
vorbeschrieben, die eine Regelung einer von der Kurbelwelle angetriebenen
Kühlmittelpumpe für Kraftfahrzeuge ermöglichen.
Eine dieser Bauformen wird in der DE 197 52 372 A1 vorbeschrieben.
Bei dieser Lösung ist das Flügelrad frei drehbar auf der Welle angeordnet und
wird beim Erreichen der Betriebstemperatur durch die Anpresskraft eines
Thermoelementes von der Flügelradwelle mitgenommen.
Da die für diese Drehzahlregelung eingesetzten Thermoelemente eine von der
jeweiligen Kühlmitteltemperatur abhängige Reibkraft erzeugen, tritt zwischen
der Pumpenwelle und dem Laufrad nicht nur kurzzeitig Schlupf auf, wodurch
zwangsläufig ein erhöhter Verschleiß der Drehmomentübertragungsflächen
auftritt.
Andere, mittels magnetischer Schlupfkupplungen gekoppelte, mit einem
Spalttopf versehene Kühlmittelpumpen mit separat gelagerter Flügelradwelle,
wie beispielsweise die in der DE 197 46 359 A1 vorbeschriebene Lösung,
erfordern eine sehr kostenintensive, materialaufwändige Fertigung.
Der Einsatz von den in der DE 43 25 627 A1, der DE 43 35 340 A1, der JP-A-
60-22020 wie auch der DE 199 32 359 A1 vorbeschriebenen
Flüssigkeitsreibkupplungen erfordert eine separate Abdichtung der
Baugruppen der Flüssigkeitsreibkupplung und ist daher kostenintensiv und
störanfällig.
Durch die DE 32 41 835 C1 ist bekannt, das Pumpenrad einer Kühlmittelpumpe
über eine hydrodynamische Kupplung drehzahlungeregelt anzutreiben, dabei
ist der durch eine Riemenscheibe angetriebene Rotor drehbar auf der
Pumpenwelle gelagert, das Pumpenrad und der angetriebene Teil der
hydrodynamischen Kupplung sind drehfest auf der Pumpenwelle angeordnet.
In der DE 26 16 238 A1 wird beispielsweise auch eine Kreiselpumpe mit einem
speziellen aus zwei separaten Scheibenteilen bestehenden Laufrad vorgestellt.
Die beiden Scheibenteile des Laufrades sind beim Kaltstart mittels einer
Kupplung verbunden. Ab einer vorbestimmten Drehzahl öffnet diese Kupplung,
wodurch dann bei höherer Drehzahl die Pumpe spezifisch weniger Kühlmittel
fördert.
Die bei dieser Anmeldung angewendete Lösung verlängert durch das
überdimensionierte Schaufelrad aufgrund des erhöhten Förderstromes
deutlich die Warmlaufphase des Motors, so daß mittels dieser Lösung die beim
Kaltstart auftretenden Probleme nicht gelöst werden können.
Zudem kann mit der in der DE 26 16 238 A1 vorgestellten Lösung infolge der
hohen Stör- und Verschleißanfälligkeit der Kupplungselemente kein
zuverlässiger Dauerbetrieb gewährleistet werden, da bei starken
Beschleunigungen die Kupplungselemente verklemmen und eine Entkopplung
nicht mehr gewährleistet werden kann.
Darüber hinaus ist mittels dieser hier vorgestellten Lösung eine stufenlose,
optimale Anpassung der Fördermenge an die in den verschiedenen
Belastungsfällen unterschiedliche Wärmebilanz des Motors nicht möglich.
Die DE 33 29 002 A1 beschreibt nun eine regelbare Kühlmittelpumpe mit einer
Vorrichtung zur Verschiebung des Laufrades in Abhängigkeit von der
Kühlmitteltemperatur mittels eines Thermoelementes, um mit zunehmender
tat
Kühlmitteltemperatur den zwischen den Radialschaufeln des Pumpenrades und
dem Pumpengehäuse befindlichen Spalt zu verringern, und dadurch den
Kühlmittelförderstrom zu erhöhen.
Mittels dieser Lösung kann die Antriebsleistung der Kühlmittelpumpe bei sehr
schlechtem Wirkungsgrad jedoch nur unwesentlich reduziert werden. Die
Einsatz findenden Schiebesitze sind sehr störanfällig. Zudem arbeiten die dort
eingesetzten Thermoelemente sehr träge und reagieren erst nach größeren
Temperaturänderungen, so daß auch mittels dieser Lösung lediglich eine
bedingte Anpassung des Kühlmittelvolumenstromes an die Wärmebilanz des
Motors möglich ist.
In der EP 0240 777 A2 wird ebenfalls eine Kühlmittelpumpe mit einer
Vorrichtung zur Verschiebung des Laufrades in Abhängigkeit von der Drehzahl
der Antriebwelle vorbeschrieben, wobei mit steigender Drehzahl die Größe des
Spaltes zwischen den Radialschaufeln und der Wand des Pumpengehäuses
zunimmt, so daß die spezifische Fördermenge mit zunehmender Drehzahl
abnimmt. Auch sind die wiederum bei dieser Lösung eingesetzten Schiebesitze
sehr störanfällig. Zudem hat bei dieser technischen Lösung der Pumpendruck
einen sehr starken Einfluß auf das Stellverhalten, da die Druckbelastung auf
die Schaufelradrückseite, d. h. entgegen der Verstellrichtung des Gewindes
wirkt. Zusammenfassend kann daher festgestellt werden, daß diese Lösung bei
sehr schlechtem Wirkungsgrad zu einer deutlich verlängerten Warmlaufphase
mit all den daraus resultierenden Nachteilen führt, so daß diese Lösung für
eine Anpassung des Kühlmittelvolumenstromes an die Wärmebilanz des
Motors völlig ungeeignet ist.
Die DE 41 42 120 A1 beschreibt nun eine regelbare Kühlwasserpumpe, bei
welcher die Leistung der Kühlwasserpumpe durch die Variation des dem
Laufrad benachbarten Spaltes, mittels eines axial verschiebbaren Ringes,
verändert werden kann.
Auch mittels dieser Lösung kann die Antriebsleistung der Kühlmittelpumpe bei
sehr schlechtem Wirkungsgrad nur unwesentlich variiert werden. Infolge der
ungünstigen Gestaltung des Saugbereiches, mit den im Saugmund zwingend
erforderlichen Stegen, besteht eine starke Kavitationsgefahr. Zudem benötigt
die axiale Stelleinrichtung einen großen Bauraum, wobei wiederum die sehr
störanfälligen Schiebesitze auch bei dieser Lösung Einsatz finden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine angetriebene, regelbare
Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore zu entwickeln, die die vorgenannten
Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, insbesondere
verschleißunanfällig und gleichzeitig störunanfällig ist, dabei stufenlos
temperatur- oder kennfeldgeregelt werden kann, und bei hohem Wirkungsgrad
eine optimale, definierte Anpassung des Kühlmittelvolumenstromes an die
Wärmebilanz des Motors ermöglicht, die Warmlaufphase des Motors deutlich
reduziert, und die Schadstoffemissionen wie auch gleichzeitig die
Reibungsverluste und den Kraftstoffverbrauch senkt, sowie bei minimiertem
Bauraum eine hohe Funktions- und Betriebssicherheit über die gesamte
Lebensdauer gewährleistet, und in speziellen Bauformen für die Nachrüstung
von bereits existierenden Motorgenerationen geeignet ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine regelbare Kühlmittelpumpe
mit den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.
Die erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe mit einer in einem Lager im
Pumpengehäuse gelagerten, angetriebenen Pumpenwelle zeichnet sich
dadurch aus, daß sich auf der Pumpenwelle drehfest ein ein- oder beidseitig
mit Pumpenschaufeln versehener Rotor befindet, dem ein drehbar auf der
Pumpenwelle angeordnetes ein- oder zweiteiliges Pumpenrad benachbart
angeordnet ist, an dessen, den Pumpenschaufeln des Rotors benachbarten
Stirnfläche/n mit den Pumpenschaufeln des Rotors in Wirkverbindung
tretende Strömungskammern angeordnet sind, und sich im Rotor oder im
Pumpenrad Zuströmöffnungen befinden, wobei bei Anordnung eines einteiligen
Pumpenrades zwischen den einander benachbarten Außenradien des Rotors
und des einteiligen Pumpenrades eine oder mehrere Ausströmöffnung/en, bzw.
im zweiteiligen Pumpenrad mehrere radial im Bereich des Außenumfanges des
Rotors im zweiteiligen Pumpenrad angeordnete Ausströmöffnungen befinden,
welche mittels eines separat zu betätigenden, im Pumpengehäuse
verschiebbar gelagerten Schiebers abgedeckt werden kann/können.
Infolge der Rotation der Pumpenwelle wird mechanische Arbeit durch die am
Rotor befindlichen Pumpenschaufeln auf das im Pumpengehäuse angeordnete
Kühlmittel übertragen, wodurch das dort befindliche Kühlmittel in Bewegung
gesetzt wird. Dieses Kühlmittel strömt in die benachbarten Strömungskammern
des Pumpenrades und erzeugt am frei drehbar auf der Pumpenwelle
gelagerten Pumpenrad ein Antriebsdrehmoment. Dieses vom
Strömungswiderstand in den Strömungskammern des Pumpenrades abhängige
Antriebsdrehmoment kann durch Variation der Größe der Austrittsöffnungen
mittels des im Pumpengehäuse gelagerten Schiebers stufenlos variiert werden.
Mittels dieser verschleißfreien, effektiven Regelung des Antriebsdrehmomentes
des Pumpenrades der angetriebenen Kühlmittelpumpe ermöglicht die
erfindungsgemäße Lösung bei hohem Wirkungsgrad eine optimale stufenlose
Anpassung des Kühlmittelvolumenstromes an die Wärmebilanz des Motors,
wodurch die Warmlaufphase des Motors deutlich reduziert werden kann, und
sowohl die Schadstoffemission, die Reibungsverluste und auch der
Kraftstoffverbrauch gleichzeitig gesenkt werden können.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit eine Temperatur- oder
Kennfeldregelung, ist verschleiß- wie gleichzeitig auch störunanfällig und
gewährleistet über die gesamte Lebensdauer bei minimiertem Bauraum eine
hohe Funktions- und Betriebssicherheit.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung
werden in den Unteransprüchen vorgestellt.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich
neben dem Wortlaut der Ansprüche, auch in Verbindung mit den zugehörigen
Zeichnungen, aus den nachfolgenden Erläuterungen zu den
Ausführungsbeispielen.
Dabei zeigen:
Fig. 1: eine Bauform der erfindungsgemäßen regelbaren
Kühlmittelpumpe mit einem Stellbolzen in der Seitenansicht,
im Schnitt, mit der mittels eines Schiebers 9 abgedeckten
Ausströmöffnung 8;
Fig. 2: die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe aus Fig. 1
mit der mittels des Schiebers 9 geöffneten Ausströmöffnung 8;
Fig. 3: eine zur Fig. 1 analoge Bauform der erfindungsgemäßen
regelbaren Kühlmittelpumpe in der Seitenansicht, im Schnitt,
jedoch mit einem den Schieber 9 betätigenden Thermoelement
15 bei geschlossener Ausströmöffnung 8;
Fig. 4: die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe aus Fig. 3
mit mittels des Thermoelementes 15 geöffneter
Ausströmöffnung 8;
Fig. 5: eine andere Bauform der erfindungsgemäßen regelbaren
Kühlmittelpumpe in der Seitenansicht, im Schnitt, mit einem als
Peripheralrad 10 ausgebildeten Rotor 3 und den mittels des
Schiebers 9 abgedeckten Ausströmöffnungen 8;
Fig. 6: das Pumpenrad der erfindungsgemäßen, regelbaren
Kühlmittelpumpe aus Fig. 5, im Schnitt bei A-A, mit zwei
nierenförmigen Strömungskanälen 12;
Fig. 7: das Pumpenrad der erfindungsgemäßen regelbaren
Kühlmittelpumpe aus Fig. 5, im Schnitt bei A-A, mit drei
nierenförmigen Strömungskanälen 12;
Fig. 8: die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe aus Fig. 5,
in der Seitenansicht, im Schnitt, mit mittels des Schiebers 9
geöffneten Ausströmöffnungen 8.
In der Fig. 1 ist eine der vorteilhaften Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe im Schnitt in der
Seitenansicht, im geschlossenen Zustand, d. h. mit einer mittels eines
Schiebers 9 abgedeckten Ausströmöffnung 8, dargestellt.
Auf der im Pumpengehäuse 1 in einem Pumpenlager 20 gelagerten,
angetriebenen Pumpenwelle 2 ist erfindungsgemäß drehfest ein einseitig mit
Pumpenschaufeln 4 versehener Rotor 3 angeordnet, dem ein mittels einer
Gleitlagerbuchse 21 drehbar auf der Pumpenwelle 2 angeordnetes einteiliges
Pumpenrad 5 benachbart ist. Axial wird das Pumpenrad 5 von einer ein
Axiallager 22 tragenden, auf der Pumpenwelle 2 angeordneten Hutmutter 23
gesichert. Der Strömungsraum wird gegenüber dem Pumpenlager 20 mittels
einer Gleitringdichtung 24 abgedichtet.
Erfindungswesentlich ist, daß an den den Pumpenschaufeln 4 des Rotors 3
benachbarten Stirnflächen des Pumpenrades 5 Turbinenschaufeln 6 mit
zwischen diesen befindlichen Strömungskammern angeordnet sind.
Kennzeichnend ist auch, daß im Rotor 3, im Bereich des Innenrandes der
Pumpenschaufeln 4, Zuströmöffnungen 7 angeordnet sind, und sich zwischen
den einander benachbarten Außenradien des Rotors 3 und des Pumpenrades
5 eine Ausströmöffnung 8 angeordnet ist, welche mittels eines verschiebbar im
Pumpengehäuse 1 gelagerten, mit einer Zirkulationsöffnung 16 versehenen
Schiebers 9, der separat beispielsweise hydraulisch oder elektrisch über einen
ebenfalls im Pumpengehäuse 1 verschiebbar gelagerten mittels einer Dichtung
25 gegenüber dem Äußeren des Pumpengehäuses 1 abgedichteten
Stellbolzen 14, wie in dieser Figur dargestellt, abgedeckt werden kann.
In diesem "geschlossenen" Arbeitszustand wird vom Rotor 3 auf das
Pumpenrad 5 das maximale Antriebsdrehmoment übertragen, so daß die
erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe den maximalen
Kühlmittelvolumenstrom fördert.
Mittels des Schiebers kann durch eine Vergrößerung der "freigegebenen"
Ausströmöffnung 8 eine damit verbundene Erhöhung der durch die
Ausströmöffnung 8 strömenden Kühlmittelmenge bewirkt werden, wodurch das
Antriebsdrehmoment des Pumpenrades 5, und damit die von diesem aus der
Kühlmitteleintrittsöffnung 17 über den Spiralkanal 18 zur
Kühlmittelaustrittsöffnung 19 geförderte Kühlmittelmenge definiert reduziert
werden kann.
Die Fig. 2 zeigt nun die erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe aus
Fig. 1 mit einer mittels des Schiebers 9 vollständig geöffneten
Ausströmöffnung 8. Die Betätigung des Schiebers 9 erfolgt mittels elektrischer
oder hydraulischer Stellelemente, welche in Abhängigkeit vom jeweiligen
Betriebszustand des Motors, beispielsweise vom Motormanagement gesteuert,
auf den am Schieber 9 angreifenden Stellbolzen 14 einwirken.
Der bei Rotation der Pumpenwelle 2 von den Pumpenschaufeln 4 des Rotors 3
geförderte Kühlmittelvolumenstrom wird bei vollständig geöffneter
Ausströmöffnung 8 von den Pumpenschaufeln 4 über die Ausströmöffnung 8
und die im Schieber 9 angeordneten Zirkulationsöffnungen 16 in die
Zuströmöffnungen 7 des Rotors 3 gefördert.
Das infolge der geöffneten Ausströmöffnung 8 sehr geringe auf das
Pumpenrad 5 übertragene Antriebsdrehmoment bewirkt in diesem
Betriebszustand eine Minimierung des vom Pumpenrad der Kühlmittelpumpe
von der Kühlmitteleintrittsöffnung 17 zur Kühlmittelaustrittsöffnung 19
geförderten Kühlmittelvolumenstromes.
In der Fig. 3 ist eine zur Fig. 1 analoge Bauform der erfindungsgemäßen
regelbaren Kühlmittelpumpe in der Seitenansicht im Schnitt, mit mittels des von
einem Thermoelement 15 betätigten Schiebers 9 abgedeckter Ausströmöffnung
8, dargestellt.
Die Fig. 4 zeigt diese erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe aus
Fig. 3 mit der mittels des Thermoelementes 15 geöffneter Ausströmöffnung 8.
Der zuvor in den Fig. 1 und 2 dargestellte, über das Motormanagement
separat zu betätigende Stellbolzen wurde, wie in den Fig. 3 und 4
dargestellt, nun durch ein Thermoelement 15 ersetzt, welches in Abhängigkeit
der jeweiligen Kühlmitteltemperatur stufenlos den Schieber 9 betätigt, und so
das Öffnen bzw. das Verschließen der Ausströmöffnungen 8 bewirkt, so daß
ohne eine Einbindung der Kühlmittelpumpe in das Motormanagement der vom
Pumpenrad 5 von der Kühlmitteleintrittsöffnung 17 zur
Kühlmittelaustrittsöffnung 19 geförderte Kühlmittelvolumenstrom stufenlos
geregelt werden kann, so daß die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Bauform
der erfindungsgemäßen Lösung das Nachrüsten von bereits existierenden
Motorgenerationen ermöglicht.
In der Fig. 5 ist nun eine andere mögliche Bauform der erfindungsgemäßen
regelbaren Kühlmittelpumpe in der Seitenansicht, im Schnitt, mit einem als
Peripheralrad 10 ausgebildeten Rotor 3 dargestellt.
Erfindungsgemäß ist der auf der Pumpenwelle 2 drehfest angeordnete Rotor
(3) als ein am Außenring beidseitig mit Pumpenschaufeln 4 versehenes
Peripheralrad 10 ausgebildet.
Erfindungswesentlich ist dabei, daß das dem Peripheralrad 10 benachbarte
Pumpenrad 5 aus zwei starr miteinander verbundenen Teilen besteht, wobei
die beidseitig des Peripheralrades 10 angeordneten Seitenwandungen 11
unterhalb der Pumpenschaufeln 4 des zweiteiligen Pumpenrades 5 so dicht wie
möglich am Peripheralrad 10 anliegen, dessen freie Drehbewegung jedoch
nicht behindern.
Erfindungswesentlich ist auch, daß im Bereich der Pumpenschaufeln 4 des
Peripheralrades 10 in jeder der Seitenwandungen 11 des Pumpenrades 10
zwei oder mehrere schaufelfreie, die Seitenwandungen 11 und den
Außenumfang der Pumpenschaufeln 4 des Peripheralrades 10 umgebende,
gleichmäßig über den Umfang verteilte, nierenförmige Strömungskammern in
Form von Strömungskanälen 12 angeordnet sind, wobei in jeden dieser
Strömungskanäle 12 jeweils eine seitlich im Pumpenrad 5 angeordnete
Zuströmöffnungen 7 wie auch eine radial am zweiteiligen Pumpenrad 5 im
Bereich des Außenumfanges des Peripheralrades 10 angeordnete
Ausströmöffnungen 8 mündet.
Die Fig. 6 zeigt das Pumpenrad 5 der erfindungsgemäßen regelbaren
Kühlmittelpumpe aus Fig. 5 im Schnitt bei A-A in der Ausführungsform mit
zwei nierenförmigen Strömungskanälen 12, und in der Fig. 7 ist das
Pumpenrad 5 der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe aus Fig. 5
im Schnitt bei A-A beispielsweise mit drei nierenförmigen Strömungskanälen 12
dargestellt.
Erfindungswesentlich ist dabei, wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich, daß in
Drehrichtung gesehen die dem jeweiligen Strömungskanal 12 zuzuordnende
Zuströmöffnung 7 am Anfang, und die demselben Strömungskanal 12
zuzuordnende Ausströmöffnung 8 am Ende des jeweiligen nierenförmigen
Strömungskanales 12 angeordnet ist, wobei zwischen den einzelnen
nierenförmigen Strömungskanälen 12 Stege 13 angeordnet sind, welche so
dicht wie möglich an den Pumpenschaufeln 4 des Peripheralrades 10 anliegen,
jedoch dessen freie Drehbewegung nicht behindern.
Wie in der Fig. 5 dargestellt, können diese Ausströmöffnungen 8 wiederum
mittels eines separat zu betätigenden, im Pumpengehäuse 1 verschiebbar
gelagerten Schiebers 9 abgedeckt werden, wobei die Betätigung des
Schiebers 9 wiederum beispielsweise mittels elektrischer oder hydraulischer
Stellelemente erfolgt, welche in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand
des Motors, beispielsweise vom Motormanagement gesteuert, auf den am
Schieber 9 angreifenden Stellbolzen 14, welcher mittels einer Dichtung 25
gegenüber dem Äußeren des Pumpengehäuses 1 abgedichtet ist, einwirken.
Bei der Rotation der Pumpenwelle 2 wird nun mechanische Arbeit durch die am
Pheripheralrad 10 angeordneten Pumpenschaufeln 4 auf das zwischen den
beiden Teilen des zweiteiligen Pumpenrades im Pumpengehäuse 1
angeordnete Kühlmittel übertragen. Diese versucht die dort befindliche
Flüssigkeit in Bewegung zu versetzen. Diese Flüssigkeit strömt nun in der
jeweiligen Strömungskammer 12 des Pumpenrades 5 von der Zuströmöffnung
7 zur Ausströmöffnung 8 und erzeugt ein vom Strömungswiderstand in den
Strömungskammern 12 des Pumpenrades 5, d. h. von der Größe der "freien"
Ausströmöffnung 8, abhängiges Antriebsdrehmoment an dem mittels einer
Gleitlagerbuchse 21 frei auf der Pumpenwelle 2 drehbar gelagerten
Pumpenrad 5.
Durch die Variation der Größe der Austrittsöffnungen 8 wird über den am
Schieber 9 angreifenden Stellbolzen 14, beispielsweise vom
Motormanagement, mittels des im Pumpengehäuse 1 gelagerten Schiebers 9
von der Kühlmittelpumpe der von der Kühlmitteleintrittsöffnung 17 zur
Kühlmittelaustrittsöffnung 19 geförderte Kühlmittelvolumenstrom entsprechend
der jeweils im Kühlkreislauf benötigten Kühlmittelmenge stufenlos verändert.
Der Strömungsraum ist dabei gegenüber dem Pumpenlager 20 mittels einer
Gleitringdichtung 24 abgedichtet.
Die Fig. 8 zeigt die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe aus Fig. 5
in der Seitenansicht im Schnitt, mit mittels des Schiebers 9 geöffneten
Ausströmöffnungen 8.
Der Schieber 9 wird über einen ebenfalls im Pumpengehäuse 1 verschiebbar
gelagerten, mittels einer Dichtung 25 gegenüber dem Äußeren des
Pumpengehäuses 1 abgedichteten Stellbolzen 14 beispielsweise durch das
Motormanagement hydraulisch oder elektrisch betätigt.
Die in der Fig. 8 dargestellte, "freigegebenen" Ausströmöffnung 8 bewirkt,
daß der Strömungswiderstand in den Strömungskanälen 12 auf ein Minimum
sinkt. Dadurch wird das Antriebsdrehmoment des zweiteiligen Pumpenrades 5
minimiert, so daß auch die vom Pumpenrad 5 aus der Kühlmitteleintrittsöffnung
17 über den Spiralkanal 18 zur Kühlmittelaustrittsöffnung 19 geförderte
Kühlmittelmenge auf ein Minimum reduziert wird.
Selbstverständlich kann auch bei dieser in den Fig. 5 bis 8 dargestellten
Bauform der erfindungsgemäßen Lösung die Betätigung des Schiebers 9 nicht
nur über einen Stellbolzens 14 sondern auch mittels eines Thermoelementes
(analog zur Darstellung in den Fig. 3 und 4) erfolgen, so daß auch ohne
die Einbindung der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe beispielsweise in das
Motormanagement des Kraftfahrzeuges der vom Pumpenrad 5 von der
Kühlmitteleintrittsöffnung 17 zur Kühlmittelaustrittsöffnung 19 geförderte
Kühlmittelvolumenstrom stufenlos geregelt werden kann.
Dabei ermöglicht diese mit einem Thermoelement versehene Bauform das
Nachrüsten von bereits existierenden Motorgenerationen mit der
erfindungsgemäßen Lösung.
Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen eine
angetriebene, stufenlos regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore
bereitzustellen, die verschleißunanfällig und gleichzeitig störunanfällig ist,
temperatur- oder kennfeldgeregelt werden kann, bei hohem Wirkungsgrad eine
optimale Anpassung des Kühlmittelvolumenstromes an die Wärmebilanz des
Motors ermöglicht, die Warmlaufphase des Motors deutlich reduziert, die
Schadstoffemissionen wie auch gleichzeitig die Reibungsverluste und den
Kraftstoffverbrauch senkt, bei minimiertem Bauraum eine hohe Funktions- und
Betriebssicherheit über die gesamte Lebensdauer gewährleistet und in
speziellen Bauformen auch die Nachrüstung von bereits existierenden
Motorgenerationen ermöglicht.
Claims (6)
1. Regelbare Kühlmittelpumpe mit einer in einem Pumpenlager im
Pumpengehäuse (1) gelagerten, angetriebenen Pumpenwelle (2) mit einem
Pumpenrad (5), dadurch gekennzeichnet, daß auf der Pumpenwelle (2)
drehfest ein ein- oder beidseitig mit Pumpenschaufeln (4) versehener Rotor (3)
angeordnet ist, dem das drehbar auf der Pumpenwelle (2) angeordnete ein-
oder zweiteilige Pumpenrad (5) benachbart ist, an dessen den
Pumpenschaufeln (4) des Rotors (3) benachbarter/benachbarten Stirnfläche/n
Strömungskammern angeordnet sind, wobei sich im Rotor (3) oder im
Pumpenrad (5) Zuströmöffnungen (7) befinden und zwischen den einander
benachbarten Außenradien des Rotors (3) und des einteiligen Pumpenrades
(5) eine oder mehrere Ausströmöffnung/en (8), bzw. im zweiteiligen Pumpenrad
(5) mehrere radial im Bereich des Außenumfanges des Rotors (3) angeordnete
Ausströmöffnungen (8) befinden, welche mittels eines separat zu betätigenden,
im Pumpengehäuse (1) verschiebbar gelagerten Schiebers (9) abgedeckt
werden kann/können.
2. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß dem einseitig mit Pumpenschaufeln (4) versehenen Rotor (3) ein
einteiliges Pumpenrad (5) benachbart ist, an dessen den Pumpenschaufeln (4)
des Rotors (3) benachbarter Stirnfläche Turbinenschaufeln (6) mit zwischen
diesen befindlichen Strömungskammern angeordnet sind, wobei die
Zuströmöffnungen (7) im Rotor (3) im Bereich des Innenradiuses der
Pumpenschaufeln (4) und die eine oder mehreren Ausströmöffnung/en (8)
zwischen den einander benachbarten Außenradien des Rotors (3) und des
Pumpenrades (5) angeordnet ist/sind, und wobei der Schieber (9) mit einer
oder mehreren Zirkulationsöffnungen (16) versehenen ist.
3. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der auf der Pumpenwelle (2) drehfest angeordnete Rotor als ein am Außenring
beidseitig mit Pumpenschaufeln (4) versehenes Peripheralrad (10) ausgebildet
ist, wobei das dem Peripheralrad (10) benachbarte Pumpenrad (5) aus zwei
starr miteinander verbundenen Teilen besteht, und die beidseitig des
Peripheralrades (10) angeordneten Seitenwandungen (11) unterhalb der
Pumpenschaufeln (4) des zweiteiligen Pumpenrades (5) so dicht wie möglich
am Peripheralrad (10) anliegen, jedoch dessen freie Drehbewegung nicht
behindern, wobei im Bereich der Pumpenschaufeln (4) des Peripheralrades
(10) in jeder der Seitenwandungen (11) des Pumpenrades (10) zwei oder
mehrere, schaufelfreie, die Seitenwandungen und den Außenumfang der
Pumpenschaufeln (4) des Peripheralrades (10) umgebende, gleichmäßig über
den Umfang verteilte, nierenförmige Strömungskammern in Form von
Strömungskanälen (12) angeordnet sind, wobei in jeden dieser
Strömungskanäle (12) jeweils eine seitlich im Pumpenrad (5) angeordnete
Zuströmöffnung (7) und eine radial am zweiteiligen Pumpenrad (5) im Bereich
des Außenumfanges des Peripheralrades (10) angeordnete Ausströmöffnung
(8) mündet, wobei in Drehrichtung gesehen die dem jeweiligen Strömungskanal
(12) zuzuordnende Zuströmöffnung (7) am Anfang, und die diesem
Strömungskanal (12) zuzuordnende Ausströmöffnung (8) am Ende jedes der
nierenförmigen Strömungskanäle (12) angeordnet ist, und zwischen den
nierenförmigen Strömungskanälen (12) Stege (13) angeordnet sind, welche so
dicht wie möglich an den Pumpenschaufeln (4) des Peripheralrades (10)
anliegen, jedoch dessen freie Drehbewegung nicht behindern.
4. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schieber (9) über einen verschiebbar im Pumpengehäuse (1) gelagerten
Stellbolzen (14) mittels eines elektrisch oder hydraulisch betätigten Stellgliedes
verschoben wird.
5. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schieber (9) über ein Thermoelement (15) betätigt wird.
6. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Pumpenrad (5) mittels einer Gleitlagerbuchse (21) frei drehbar auf der
Pumpenwelle (2) gelagert ist.
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: MAHLE INTERNATIONAL GMBH, 70376 STUTTGART, DE |
|
8381 | Inventor (new situation) |
Inventor name: BEEZ, GUENTHER,DIPL.-ING., 98666 MASSERBERG, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |