DE10142263C1 - Regelbare Kühlmittelpumpe - Google Patents

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.