DE102005004315A1

DE102005004315A1 - Regelbare Kühlmittelpumpe

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Publication number: DE102005004315A1
Application number: DE102005004315A
Authority: DE
Inventors: Eugen Dr. Schmidt; Franz Dipl.-Ing. Pawellek
Original assignee: Geraete und Pumpenbau GmbH Dr Eugen Schmidt
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2025-02-01
Also published as: DE102005004315B4

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine über eine Riemenscheibe angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore zu entwickeln, welche sich durch einen hohen Wirkungsgrad, eine sehr kompakte, einfache, robuste Bauform, einen minimalen Fertigungs- und Montageaufwand sowie eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit auszeichnet, eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge ermöglicht, um einerseits eine allmähliche optimale Erwärmung des Motors zu gewährleisten und um gleichzeitig nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb so zu beeinflussen, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können, wobei die erfindungsgemäße Lösung selbst bei gegenwärtig bereits gefertigten Motoren gegen bisher eingesetzte Kühlmittelpumpen ausgetauscht werden kann. DOLLAR A Die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass in einem Pumpengehäuse (1) eine Magnetspule (21) angeordnet ist und dass auf einer antimagnetischen Welle (2) verschiebbar ein Magnetanker (14) und ein flügelradseitig diesem Magnetanker (14) benachbarter, antimagnetischer, federbelasteter, mit dem Flügelrad rotierender Ventilschieber (15) mit einem den Ausströmbereich des Flügelrades (3) geringfügig überragenden, entlang des Ausströmbereiches des Flügelrades (3) verfahrbaren Außenzylinder (19) angeordnet ist, so dass in einer ...

Description

Die Erfindung betrifft eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Stand der Technik sind Kühlmittelpumpen für Verbrennungsmotore vorbeschrieben, 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.
Mit der mit solchen Kühlmittelpumpen realisierbaren Zweipunktregelung kann die Kühlleistung wie auch die Antriebsleistung der Kühlmittelpumpe variiert werden.

Diese Regelung von Kühlmittelpumpen für Kraftfahrzeuge ermöglicht, 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 erhöhte Reibungsverluste, erhöhte Emissionswerte und einem erhöhten Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert wird. So wurde von der Anmelderin im Patent DE 100 57 098 C1 eine bewährte regelbare Kühlmittelpumpe vorgestellt, bei der stationär im Pumpengehäuse eine Magnetspule angeordnet ist, welche mit einer drehfest, jedoch federbelastet verschiebbar auf der Antriebswelle angeordneten, flügelradseitig mit einem Reibbelag versehenen Ankerscheibe derart in Wirkverbindung treten kann, daß bei ausgeschaltetem Magnetfeld infolge der Federanpresskraft das drehbar auf der Antriebswelle angeordnete Flügelrad von der Ankerscheibe mitgenommen wird.

Da bei dieser Bauform das Mitnahmereibmoment durch den zur Verfügung stehenden magnetischen Bauraum stark begrenzt wird, wurde diese Lösung konsequent weiterentwickelt.

Die auf dieser Lösung aufbauende Anmeldung DE 102 35 721 A1 beschreibt eine bauraumoptimierte regelbare Kühlmittelpumpe, mit einem von der Reibscheibe der Magnetkupplung auf das Flügelrad übertragbaren, deutlich erhöhten Antriebsdrehmoment.

Dieses erhöhte Antriebsdrehmoment wird durch eine Erhöhung der Anpreßkraft bewirkt, welche daraus resultiert, daß zwischen der Reibscheibe und dem Flügelrad durch einen Zuströmring und einen Ausströmring für das Kühlmedium ein die Anpresskraft unterstützender Unterdruck aufgebaut, und gleichzeitig die Reibscheibe während des Betriebes mittels Überströmöffnungen kupplungsseitig mit dem Druck des Kühlmediums beaufschlagt wird.

Um eine kurzfristige Motorerwärmung mit all den daraus resultierenden Vorteilen zu gewährleisten, werden die vorgenannten Bauformen von Kühlmittelpumpen beim Kaltstart des Motors ausgeschaltet.

Hat nun der Motor seine Betriebstemperatur erreicht, wird die jeweilige Reibkupplung, mit ihren dieser Kupplungsbauform eigenen, funktionsbedingten Verschleißproblemen, aktiviert und die Kühlmittelpumpe angeschaltet.

Dadurch wird eine solch große Menge kalten Kühlmittels in den auf die Betriebstemperatur erwärmten Motor gepumpt, daß sich dieser sofort stark abgekühlt.

Dabei werden die erwünschten Vorzüge einer schnellen Erwärmung des Motors jedoch teilweise schon wieder kompensiert.

Beim Wiedereinschalten von größeren Kühlmittelpumpen sind infolge der erforderlichen Massenbeschleunigung zudem sehr hohe Drehmomente zu überwinden, welche zwangsläufig eine hohe Bauteilbelastung zur Folge haben. Untersuchungen zum Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen haben gezeigt, daß durch ein konsequentes Thermomanagement, also jene Maßnahmen welche zu einem energetisch und thermomechanisch optimalen Betrieb eines Verbrennungsmotors führen, etwa 3 bis 5% Kraftstoff eingespart werden können.

Daher wird eine immer präzisere Regelung des Kühlmitteldurchsatzes in Abhängigkeit von der Temperatur des durchgesetzten Kühlmittels erforderlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine über eine Riemenscheibe angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet, sich durch einen hohen Wirkungsgrad, eine sehr kompakte, einfache, robuste Bauform, einen minimalen Fertigungs- und Montageaufwand und eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit auszeichnet, eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge ermöglicht um einerseits eine allmähliche optimale Erwärmung des Motors zu gewährleisten und um gleichzeitig nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb so zu beeinflussen, daß im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können, wobei die erfindungsgemäße Lösung selbst bei gegenwärtig bereits gefertigten Motoren gegen bisher eingesetzte Kühlmittelpumpen ausgetauscht werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine regelbare Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.

Diese regelbare Kühlmittelpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), einer Welle (2), einem auf dem freien, strömungsseitigen Enden dieser Welle (2) drehfest angeordneten Flügelrad (3) und einer auf dem gegenüberliegenden freien Ende dieser Welle (2) drehfest angeordneten Riemenscheibe (4), zeichnet sich dadurch aus, daß die Welle (2) antimagnetisch ist und sich im Pumpengehäuse (1) ein Aufnahmesitz (5) befindet in dem ein Aufnahmeelement (6) mit einer Lagerhülse (7) angeordnet ist, wobei auf dieser Lagerhülse (7) ein Lagersitz (8) angeordnet ist auf dem die Riemenscheibe (4) mittels eines Wälzlagers (9) drehbar gelagert ist, in der Lagerhülse (7) befindet sich ein Dichtungssitz (10) in dem ein auf dem Laufbereich (11) der Welle (2) angeordneter Radialwellendichtring (12) befestigt ist.

Kennzeichnend ist in diesem Zusammenhang auch, daß neben dem Dichtungssitz (10) flügelradseitig ein Ankeranschlag (13) angeordnet ist, und diesem Ankeranschlag (13) benachbart auf der Welle ein Magnetanker (14) sowie diesem Magnetanker (14) ebenfalls flügelradseiteig benachbart ein Ventilschieber (15) linear verschiebbar auf der Welle (2) angeordnet ist.

Dieser Ventilschieber (15) bestehend erfindungsgemäß aus einer Gleithülse (16), einer an dieser angeordneten, mit einer/mehreren Durchströmöffnung/en (17) versehene Ringplatte (18) und einem an der Ringplatte (18) angeordnetem, in seinem Innendurchmesser den Ausströmbereich des Flügelrades (3) geringfügig überragenden, entlang des Ausströmbereiches des Flügelrades (3) verfahrbaren Außenzylinder (19), wobei sich im Aufnahmeelement (6) zudem noch eine Spulenaufnahme (20) mit einer darin angeordneten Magnetspule (21) befindet.

Erfindungsgemäß ist an dieser Magnetspule (21) flügelradseitig ein Innenwandelement (22) mit einer unterhalb der Magnetspule (21) verlaufenden Ringhülse (23) angeordnet.

Erfindungswesentlich ist dabei, daß zwischen dem Boden (24) des Flügelrades (3) und der Ringplatte (17) des Ventilschiebers (15) eine/mehrere Druckfeder/n (25) angeordnet ist/sind.

Diese Druckfeder/n (25) bewirkt/bewirken, daß der Ventilschieber (15) einerseits stets in seine Ausgangslage zurückgestellt, und andererseits vom rotierenden Flügelrad mitgenommen, d.h. in Rotation versetzt wird.

Die erfindungsgemäß in der Ringplatte (18) des Ventilschiebers (15) angeordneten Durchströmöffnungen (17) gewährleisten, daß beidseitig der Ringplatte (18) des Ventilschiebers (15) die selben Druckverhältnisse vorliegen, so daß infolge der erfindungsgemäßen Anordnung bei Stromzufuhr zur Magnetspule (21) der Magnetanker (14) ein Verschieben des Ventilschiebers bewirken kann, gleichzeitig wird mittels der erfindungsgemäßen Anordnung gewährleistet, daß ist bei stromloser Magnetspule (21) die Druckfeder/n (25) ein Zurückstellen des Ventilschiebers (15) in die Ausgangslage des Ventilschiebers (15) herbeiführen, so daß auch im Havariefall der maximale Volumenstrom gefördert wird.

Darüber hinaus sind durch das Zusammenspiel der erfindungsgemäßen Baugruppen und deren Anordnung Gleichgewichtszustände zwischen der wegabhängigen Federkraft der Druckfeder/n (25) und der mangnetfeldabhängigen Schubkraft des Magnetankers (14) in jeder Stellung zwischen den beiden vg. Endlagen des Ventilschiebers möglich, so daß der Außenzylinder (19) des Ventilschiebers (15) entlang des Ausströmbereiches des Flügelrades (3) exakt verfahren werden, und dadurch der Volumenförderstrom der erfindungsgemäß regelbaren Kühlmittelpumpe definiert geregelt werden kann.

Kennzeichnend ist auch, daß im Außenrand des Bodens (24), in einer Ringaufnahmenut, ein Kolbenring (35) angeordnet ist, welcher entlang der zylindrischen Gleitfläche der Innenwandung des Außenzylinder (19) verschiebbar angeordnet ist. Dieser im Außenrand des Bodens (24) angeordnete Kolbenring (35) dient der Abdichtung der Druckseite des Flügelrades (3). Die erfindungsgemäße Anordnung gewährleistet somit einerseits eine exakte Führung des mit dem Flügelrad (3) rotierenden Ventilschiebers (15) am Flügelrad und bewirkt gleichzeitig eine optimale Abdichtung zwischen dem Flügelrad (3) und der Innenwandung des Außenzylinders (19) um Leckageströmungen zwischen dem Ausströmbereich des Flügelrades und der Pumpenspirale zu vermeiden.

Der maximale Hub des Ventilschiebers (15) wird riemenscheibenseitig zur Erzielung eines maximalen Volumenförderstromes durch den Ankeranschlag (13) des Magnetankers (14) begrenzt.

Erfindungswesentlich ist in diesem Zusammenhang auch, daß der Außenrand (31) der Decke (29) den Austrittsradius (32) des Flügelrades (3) ringförmig überragt.

Dieser Außenrand (31) dient der Anlage der Vorderkante des Außenzylinders (19) und begrenzt den maximale Hub des Ventilschiebers (15) flügelradseitig, d.h. in der anderen Endlage (bei abgeregelten Pumpenvolumenförderstrom).

In Verbindung mit der Federkraft der Druckfeder/n (25) wird infolge dieser erfindungsgemäßen Anordnung eine optimale Abdichtung des Außenzylinders (19) gegenüber der Decke (29) des Flügelrades (3) gewährleistet.

Aus der durch die Einwirkung der Druckfeder/n (25) erzwungenen riemenscheibenseitigen Endlage des Ventilschiebers (15) kann der Ventilschieber (15) und damit der erfindungsgemäß am Ventilschieber angeordnete Außenzylinder (19) bei Stromzufuhr zur Magnetspule (21) entlang der ringförmigen Ausströmöffnung des Flügelrades (3) definiert im Hub so weit linear verfahren werden bis die Vorderkante des Außenzylinders (19) am Außenrand (31) der Decke (29) zu liegen kommt und in dieser Endlage die Ausströmöffnung des Flügelrades (3) vollständig verschließt.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht so, daß mittels der Variation der Stromzufuhr zur Magnetspule (21) der mit dem Flügelrad (3) rotierende Ventilschieber (15) definiert verschoben wird, und dabei der linear entlang des Austrittsradius (32) des Flügelrades (3) verfahrbare Außenzylinder (19) des Ventilschiebers (15) den ringförmigen Ausströmquerschnitt des Flügelrades (3) in die Pumpenspirale variiert, bzw. vollständig verschließt.

Das Flügelrad (3) ist mit seinem Saugmund (26) in der Einbaubohrung (27) des Motorgehäuses (28) so angeordnet, daß zwischen der Decke (29) des Flügelrades (3) und dem Motorgehäuse (28) ein Ringspalt (30) verbleibt.

Infolge der Viskosität des Fördermediums tritt nun bei Rotation des Flügelrades (3) zwischen der Decke (29) des Flügelrades (3) und dem um den Ringspalt (30) beabstandet benachbarten Motorgehäuse (28) selbst bei verschlossenem ringförmigen Ausströmquerschnitt des Flügelrades (3) eine Spaltströmung auf. Erfindungswesentlich ist in diesem Zusammenhang nun, daß am Außenmantel der Decke (29) ein den Ringspalt (30) abdichtender Dichtring (33) mit einer entgegen der Förderrichtung des Flügelrades (3) geneigten Dichtlippe (34) angeordnet ist.

Infolge dieser erfindungsgemäßen Neigung der Dichtlippe (34) wird gewährleistet, daß sich diese bei verschlossenem ringförmigen Ausströmquerschnitt des Flügelrades (3) entgegen der Strömungsrichtung der Spaltströmung aufrichtet, den Ringspalt (30) verschließt und dadurch die nicht erwünschte Spaltströmung unterbindet, wie aber gleichzeitig auch, daß bei geöffnetem ringförmigen Ausströmquerschnitt des Flügelrades (3) und sich dabei umkehrender Spaltströmung, die Dichtlippe (34) mit der Strömungsrichtung der Spaltströmung von der Wandung des Motorgehäuses (28) abhebt, dadurch auch diese Spaltströmung reduziert, und gleichzeitig die Reibungsverluste deutlich reduziert.

Erfindungswesentlich ist auch, daß zwischen dem flügelradseitigen Ende der Welle (2) und dem Laufbereich (11) des Radialwellendichtringes (12) in der Welle (2) eine/mehrere Kühlmittelbohrungen (36) angeordnet sind.

Diese in der Welle (2) angeordneten Kühlmittelbohrungen (36) dienen einer optimalen Kühlung des Radialwellendichtringes (12).

Vorteilhafterweise kann durch Pulsweitenmodulation der an der Magnetspule (21) anliegenden Spannung mittels der erfindungsgemäßen Lösung der Hub des Ventilschiebers sowohl im Verschiebeweg, wie auch in der Öffnungszeit derart variiert werden, daß mittels der vorliegenden erfindungsgemäßen Anordnung die Durchflußmenge, der Förderstrom, kontinuierlich in Abhängigkeit vom jeweiligen aktuellen Bedarf geregelt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung weist eine kompakte, sehr einfache Bauform auf und bewirkt einen hohen Pumpenwirkungsgrad. Zudem gewährleistet die erfindungsgemäße Lösung infolge ihrer robusten Bauart eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei gleichzeitig minimiertem Fertigungs- und Montageaufwand und ermöglicht, wie vorstehend erläutert, durch eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge eine allmähliche optimale Erwärmung des Motors.

Mit der hier vorgestellten erfindungsgemäßen Lösung ist es auch nach erfolgter Erwärmung des Motors möglich die Motortemperatur im Dauerbetrieb so zu beeinflussen, daß im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission, die Reibungsverluste und auch der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können.

Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung auch, daß selbst bei gegenwärtig bereits gefertigten Motoren die hier vorgestellte erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe gegen bisher eingesetzte Kühlmittelpumpen ausgetauscht werden kann.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen zur erfindungsgemäßen Lösung.

Nachfolgend soll die Erfindung nun an Hand eines Ausführungsbeispiele in Verbindung mit einer Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung, der 1, näher erläutert werden.
Diese Darstellung gemäß 1 zeigt die erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe im Schnitt in der Seitenansicht mit den beiden möglichen Endlagen des Ventilschiebers 15 (in der oberen Hälfte die vordere Endlage des Ventilschiebers und in der unteren Hälfte die hintere Endlage des Ventilschiebers).
In einem Pumpengehäuse 1 ist dabei auf dem freien, strömungsseitigen Ende einer glatten, stufenlosen antimagnetischen Welle 2 drehfest ein geschlossenes Flügelrad 3 aus Kunststoff angeordnet.
Im Bereich der Nabe ist im Flügelrad 3 eine Stahleinlage angeordnet, so daß das Flügelrad 3 kostengünstig auf der Welle 2 aufgepresst werden kann.
Auf dem gegenüberliegenden freien Ende der antimagnetischen Welle 2 ist wiederum drehfest eine Riemenscheibe 4 angeordnet. Somit wird von der Drehzahl der Riemenscheibe 4 die Drehzahl des Flügelrades 3 vorgegeben.
Im Pumpengehäuse 1 ist ein Aufnahmesitz 5 angeordnet. In diesem ist ein kostengünstig herstellbares Umformteil, das Aufnahmeelement 6 mit einer Lagerhülse 7 angeordnet. Auf dieser Lagerhülse 7 befindet sich ein Lagersitz 8 auf dem die drehfest mit der Welle 2 verbundene Riemenscheibe 4 mittels eines Wälzlagers 9 drehbar gelagert ist. In der Lagerhülse 7 befindet sich ein Dichtungssitz 10 in dem ein auf dem Laufbereich 11 der Welle 2 angeordneter Radialwellendichtring 12 befestigt ist. Durch den Einsatz eines Radialwellendichtringes 12 werden die Fertigungskosten gesenkt und gleichzeitig Dampfleckagen vermieden.
Neben dem Dichtungssitz 10 ist flügelradseitig in der Lagerhülse 7 ein Ankeranschlag 13 angeordnet. Dieser Ankeranschlag 13 dient einerseits der Positionierung des Radialwellendichtringes und gleichzeitig der Endlagebegrenzung eines diesem Ankeranschlag 13 benachbart und auf der Welle 2 verschiebbar angeordneten Magnetanker 14.
Diesem Magnetanker 14 ist flügelradseitig ein ebenfalls frei auf der Welle 2 verschiebbarer Ventilschieber 15 benachbart angeordnet.
Dieser aus Kunststoff bestehende, und daher kostengünstig herstellbare Ventilschieber 15 kann in die folgenden drei Abschnitte unterteilt werden, in eine auf der Welle verschiebbare Gleithülse 16, die fest mit dieser verbundene, mit einer/mehreren Durchströmöffnung/en 17 versehene Ringplatte 18, sowie den im Außenrandbereich fest an der Ringplatte 18 angeordneten, in seinem Innendurchmesser den Ausströmbereich des Flügelrades 3 geringfügig überragenden, entlang des Ausströmbereiches des Flügelrades 3 verfahrbaren Außenzylinder 19.
Die freie Nebeneinanderanordnung des Magnetankers 14 und des Ventilschiebers 15 hat zur Folge, daß mittels des Magnetankers 14 einerseits der antimagnetische Ventilschieber 15 bis zu seiner vorderen Endlage, und andererseits mittels des Ventilschiebers 15 auch der Magnetanker 14 wieder in seine hintere Endlage an den Ankeranschlag 13 linear auf der Welle 2 verfahren werden kann.
Im Aufnahmeelement 6 befindet sich weiterhin eine Spulenaufnahme 20, in der eine als Einspritzteil mit einem Kunststoffgehäuse versehene Magnetspule 21 mit einem der Stromversorgung dienenden Kabel 37 angeordnet ist.
Flügelradseitig ist an der Magnetspule 21 ein Innenwandelement 22 mit einer unterhalb der Magnetspule 21 verlaufenden Ringhülse 23 angeordnet.
Infolge dieser sehr kompakten, einfachen, und robusten Bauform übernimmt die „Magnetspule" mit ihrem Eisenrückschluss, hierzu gehören das Aufnahmeelement 6 und das Innenwandelement 22, welche beide sehr kostengünstig als Umformteile herstellbar sind, die Gehäusefunktion, so daß aufgrund dieser erfindungsgemäßen Anordnung auch der Fertigungs- und Montageaufwand deutlich reduziert werden kann.
Zwischen dem Boden 24 des Flügelrades 3 und der Ringplatte 18 des Ventilschiebers 15 ist eine Druckfeder 25 im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Kegelfeder angeordnet.
Diese Druckfeder 25 bewirkt, daß der Ventilschieber 1 in seine Ausgangslage zurückgestellt, und zudem vom rotierenden Flügelrad in Rotation versetzt wird. Die erfindungsgemäß in der Ringplatte 18 des Ventilschiebers 15 angeordneten Durchströmöffnungen 17 gewährleisten, daß beidseitig der Ringplatte 18 des Ventilschiebers 15 die selben Druckverhältnisse vorliegen, so daß infolge der erfindungsgemäßen Anordnung bei Stromzufuhr zur Magnetspule 21 der Magnetanker 14 ein Verschieben des Ventilschiebers bewirken kann. Gleichzeitig wird mittels der erfindungsgemäßen Anordnung gewährleistet, daß bei stromloser Magnetspule 21 die Druckfeder 25 ein Zurückstellen des Ventilschiebers 15 in die riemenscheibenseitige Endlage des Ventilschiebers 15 herbeiführt, so daß selbst im Havariefall der maximale Fördervolumenstrom bereitgestellt wird.
Darüber hinaus sind durch das Zusammenspiel der erfindungsgemäßen Baugruppen und deren Anordnung Gleichgewichtszustände zwischen der wegabhängigen Federkraft der Druckfeder/n 25 und der mangnetfeldabhängigen Schubkraft des Magnetankers 14 in jeder Stellung zwischen den beiden vg. Endlagen des Ventilschiebers möglich, so daß der Außenzylinder 19 des Ventilschiebers 15 entlang des Ausströmbereiches des Flügelrades 3 exakt in jede Position verfahren werden kann.
Somit kann mittels der erfindungsgemäßen Anordnung wie nachfolgend noch ausführlich erläutert der Volumenförderstrom der erfindungsgemäß regelbaren Kühlmittelpumpe definiert geregelt werden.
In Verbindung damit ist im Außenrand des Bodens 24, in einer Ringaufnahmenut ein Kolbenring 35 angeordnet, welcher entlang der zylindrischen Gleitfläche der Innenwandung des Außenzylinder 19 verschiebbar angeordnet ist. Dieser im Außenrand des Bodens 24 angeordnete Kolbenring 35 dient der Abdichtung der Druckseite des Flügelrades 3. Infolge dieser erfindungsgemäßen Anordnung wird einerseits eine exakte Führung des mit dem Flügelrad 3 rotierenden Ventilschiebers 15 am Flügelrad bewirkt und gleichzeitig eine optimale Abdichtung zwischen dem Flügelrad 3 und der Innenwandung des Außenzylinders 19 gewährleistet, so daß Leckageströmungen zwischen dem Ausströmbereich des Flügelrades und der Pumpenspirale vermieden werden können.
Im Arbeitsweg wird der maximale Hub des Ventilschiebers 15 einerseits, wie bereits erläutert, zur Erzielung eines maximalen Volumenförderstromes durch den Ankeranschlag 13 des Magnetankers 14 begrenzt.
In diesem Zusammenhang ist es wesentlich, daß der Außenrand 31 der Decke 29 den Austrittsradius 32 des Flügelrades 3 ringförmig überragt.
Dieser Außenrand 31 dient nun der Anlage der Vorderkante des Außenzylinders 19 und begrenzt somit den maximale Hub des Ventilschiebers 15 in der flügelradseitigen Endlage (d.h. bei abgeregelten Pumpenvolumenförderstrom).
In Verbindung mit der Federkraft der Druckfeder/n 25 wird durch das Aneinanderpressen der Vorderkante des Außenzylinders 19 an den Außenrand 31 der Decke 29 eine optimale Abdichtung des Außenzylinders 19 gegenüber der Decke 29 des Flügelrades 3 gewährleistet.
Aus der bei abgeregelter Stromzufuhr zur Magnetspule 21 durch die Einwirkung der Druckfeder 25 erzwungene Endlage des Magnetankers 14, kann der Außenzylinder 19 des Ventilschiebers 15 bei Stromzufuhr zur Magnetspule 21 infolge der erfindungsgemäßen Anordnung entlang der ringförmigen Ausströmöffnung des Flügelrades 3 definiert im Hub bis zur vorderen Endlage linear verfahren werden, d.h. bis die Vorderkante des Außenzylinders 19 am Außenrand 31 der Decke 29 anliegt und die Ausströmöffnung des Flügelrades 3 in dieser Endlage verschließt.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es somit, daß mittels der Variation der Stromzufuhr zur Magnetspule 21 der mit dem Flügelrad 3 rotierende Ventilschieber 15 definiert verschoben wird, und dabei der linear entlang des Austrittsradiuses 32 des Flügelrades 3 verfahrbare Außenzylinder 19 des Ventilschiebers 15 den ringförmigen Ausströmquerschnitt des Flügelrades 6, d.h. den Volumenförderstrom in die Pumpenspirale variiert, bzw. vollständig absperrt.
Das Flügelrad 3 ist dabei mit seinem Saugmund 26 in der Einbaubohrung 27 des Motorgehäuses 28 stets so angeordnet, daß zwischen der Decke 29 des Flügelrades 3 und dem Motorgehäuse 28 ein Ringspalt 30 verbleibt.
Infolge der Viskosität des Fördermediums tritt nun bei Rotation des Flügelrades 3 zwischen der Decke 29 des Flügelrades 3 und dem um den Ringspalt 30 beabstandet benachbarten Motorgehäuse 28 auch bei verschlossenem ringförmigen Ausströmquerschnitt des Flügelrades 3 eine Spaltströmung auf. Zur Vermeidung dieser Spaltströmung bei verschlossenem ringförmigen Ausströmquerschnitt des Flügelrades 3 ist am Außenmantel der Decke 29 ein den Ringspalt 30 abdichtender Dichtring 33 mit einer entgegen der Förderrichtung des Flügelrades 3 geneigten Dichtlippe 34 angeordnet.
Infolge der erfindungsgemäßen Neigung der Dichtlippe 34 ist stets gewährleistet, daß sich die Dichtlippe 34 bei verschlossenem ringförmigen Ausströmquerschnitt des Flügelrades 3 entgegen der Strömungsrichtung der Spaltströmung aufrichtet und dabei den Ringspalt 30 verschließt, so daß die nicht erwünschte Spaltströmung vermieden wird.
Mittels der hier vorgestellten erfindungsgemäßen Lösung konnte bei verschlossenem Ausströmquerschnitt des Flügelrades 3 die Leckageströmung auf unter 0,5 l/h reduziert werden.
Bei geöffnetem ringförmigen Ausströmquerschnitt des Flügelrades 3 bewirkt der erfindungsgemäß angeordnete Dichtring 33, daß infolge der sich nun umkehrenden Strömungsrichtung der Spaltströmung auch die Dichtlippe mit der Spaltströmung absenkt, und diese Spaltströmung welche das Abheben der Dichtlippe (34) von der Wandung des Motorgehäuses 28 bewirkt zulässt, diese jedoch gleichzeitig deutlich reduziert und zudem gleichzeitig die Reibungsverluste wesentlich verringert.
Zwischen dem flügelradseitigen Ende der Welle 2 und dem Laufbereich 11 des Radialwellendichtringes 12 sind in der Welle 2 Kühlmittelbohrungen 36 angeordnet.
Diese in der Welle 2 angeordneten Kühlmittelbohrungen 36 dienen einer optimalen Kühlung des Radialwellendichtringes 12 und gewährleisten somit eine hohe Funktionssicherheit und eine lange Lebensdauer des Radialwellendichtringes 12.
Vorteilhafterweise kann durch Pulsweitenmodulation der an der Magnetspule 21 anliegenden Spannung mittels der erfindungsgemäßen Lösung der Hub des Ventilschiebers sowohl im Verschiebeweg, wie auch in der Öffnungszeit derart variiert werden, daß mittels der vorliegenden erfindungsgemäßen Anordnung die Durchflußmenge, der Förderstrom, kontinuierlich in Abhängigkeit vom jeweiligen aktuellen Bedarf geregelt werden kann.
Die vorliegende Lösung ermöglicht, wie vorstehend erläutert, durch eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge eine allmähliche optimale Erwärmung des Motors bei minimierten Leckageverlusten und gewährleistet bei kompakter, einfacher Bauform einen hohen Pumpenwirkungsgrad, eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit sowie einen minimierten Fertigungs- und Montageaufwand.
Mit der hier vorgestellten erfindungsgemäßen Lösung ist es auch nach erfolgter Erwärmung des Motors möglich die Motortemperatur im Dauerbetrieb so zu beeinflussen, daß im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission, die Reibungsverluste und auch der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können.
Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung, daß selbst bei gegenwärtig bereits gefertigten Motoren die hier vorgestellte erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe gegen bisher eingesetzte Kühlmittelpumpen ausgetauscht werden kann.

1: Pumpengehäuse
2: Welle
3: Flügelrad
4: Riemenscheibe
5: Aufnahmesitz
6: Aufnahmeelement
7: Lagerhülse
8: Lagersitz
9: Wälzlager
10: Dichtungssitz
11: Laufbereich
12: Radialwellendichtring
13: Ankeranschlag
14: Magnetanker
15: Ventilschieber
16: Gleithülse
17: Durchströmöffnung
18: Ringplatte
19: Außenzylinder
20: Spulenaufnahme
21: Magnetspule
22: Innenwandelement
23: Ringhülse
24: Boden
25: Druckfeder
26: Saugmund
27: Einbaubohrung
28: Motorgehäuse
29: Decke
30: Ringspalt
31: Außenrand
32: Austrittsradius
33: Dichtring
34: Dichtlippe
35: Kolbenring
36: Kühlmittelbohrung
37: Kabel

Claims

Regelbare Kühlmittelpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), einer Welle (2), einem auf dem freien, strömungsseitigen Enden dieser Welle (2) drehfest angeordneten Flügelrad (3) und einer auf dem gegenüberliegenden freien Ende dieser Welle (2) drehfest angeordneten Riemenscheibe (4), wobei das Flügelrad (3) mit seinem Saugmund (26) in einer Einbaubohrung (27) eines Motorgehäuses (28) derart angeordnet ist, daß zwischen der Decke (29) des Flügelrades (3) und dem Motorgehäuse (28) ein Ringspalt (30) verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (2) antimagnetisch ist und im Pumpengehäuse (1) ein Aufnahmesitz (5) angeordnet ist in dem sich ein Aufnahmeelement (6) mit einer an dieser angeordneten Lagerhülse (7) befindet, und auf dieser Lagerhülse (7) ein Lagersitz (8) angeordnet ist auf dem die Riemenscheibe (4) mittels eines Wälzlagers (9) drehbar gelagert ist, wobei sich in der Lagerhülse (7) ein Dichtungssitz (10) befindet in dem ein auf dem Laufbereich (11) der Welle (2) angeordneter Radialwellendichtring (12) befestigt ist, und neben dem Dichtungssitz (10) flügelradseitig ein Ankeranschlag (13) angeordnet ist, wobei diesem Ankeranschlag (13) benachbart und auf der Welle (2) verschiebbar ein Magnetanker (14) und ein flügelradseiteig diesem Magnetanker (14) benachbarter Ventilschieber (15) angeordnet ist, wobei der Ventilschieber (15) aus einer Gleithülse (16), einer an dieser angeordneten, mit einer/mehreren Durchströmöffnung/en (17) versehene Ringplatte (18) und einem an der Ringplatte (18) angeordnetem, in seinem Innendurchmesser den Ausströmbereich des Flügelrades (3) geringfügig überragenden, entlang des Ausströmbereiches des Flügelrades (3) verfahrbaren Außenzylinder (19) besteht, wobei das Aufnahmeelement (6) zudem noch mit einer Spulenaufnahme (20) versehen ist in der eine Magnetspule (21) angeordnet ist, flügelradseitig ist an der Magnetspule (21) ein Innenwandelement (22) mit einer unterhalb der Magnetspule (21) verlaufenden Ringhülse (23) angeordnet und zwischen dem Boden (24) des Flügelrades (3) und der Ringplatte (18) des Ventilschiebers (15) ist/sind zudem eine/mehrere Druckfeder/n (25) angeordnet, der Außenrand (31) der Decke (29) des Flügelrades (3) überragt den Austrittsradius (32) des Flügelrades (3) ringförmig und zudem ist am Außenmantel der Decke (29) ein den Ringspalt (30) abdichtender Dichtring (33) mit einer entgegen der Förderrichtung des Flügelrades (3) geneigten Dichtlippe (34) angeordnet, darüber hinaus ist im Außenrand des Bodens (24) in einer Ringaufnahmenut ein Kolbenring (35) so angeordnet, daß die zylindrische Gleitfläche der Innenwandung des Außenzylinder (19) entlang des Kolbenringes (35) verfahren werden kann, wobei zwischen dem flügelradseitigen Ende der Welle (2) und dem Laufbereich (11) des Radialwellendichtringes (12) in der Welle (2) eine/mehrere Kühlmittelbohrungen (36) angeordnet sind.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Ventilschiebers (15) durch Pulsweitenmodulation der an der Magnetspule (21) anliegenden Spannung gesteuert wird.