DE102005056199A1

DE102005056199A1 - Pumpe für ein flüssiges Medium, insbesondere Kühlmittelpumpe, sowie Stellelement für eine solche Pumpe

Info

Publication number: DE102005056199A1
Application number: DE200510056199
Authority: DE
Inventors: Harald Kornprobst
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2006-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpe für ein flüssiges Medium, insbesondere eine Kühlmittelpumpe zum Steuern der Kühlmitteltemperatur eines Verbrennungsmotors mit einem in einem Kühlmittelkreislauf (13) angeordneten Kühlmittelkühler sowie einem Stellelement (1) zum Einstellen einer Förderleistung. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass das Stellelement (11) mechanisch einstellbar ist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ferner ein Stellelement für eine Pumpe (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe für ein flüssiges Medium, insbesondere eine Kühlmittelpumpe, sowie ein Stellelement für eine solche Pumpe gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Ein Kraftfahrzeugmotor arbeitet bei sehr unterschiedlichen klimatischen Bedingungen und stark schwankenden Motorbelastungen. Um trotzdem eine in engen Grenzen konstante Kühlmittel- und damit auch Motortemperatur zu erhalten, findet eine Regelung der Kühlmitteltemperatur statt. Hierfür sind Vorrichtungen zum Steuern der Kühlmitteltemperatur vorgesehen, die einen in einem Kühlmittelkreislauf angeordneten Kühlmittelkühler und eine von dem Verbrennungsmotor angetriebene Kühlmittelpumpe umfasst. Kühlmittelpumpen werden üblicherweise mittels eines Riemenantriebs oder eines sonstigen Getriebes von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben, so dass sie synchron mit der Motordrehzahl laufen. Die Fördermenge der Kühlmittelpumpe ist somit von der Motordrehzahl abhängig und üblicherweise auf den schlechtesten Fall ausgelegt, so dass sie an den maximalen Kühlbedarf angepasst ist. Das bedeutet in sehr vielen Fällen, dass die Kühlmittelpumpe zu viel Förderleistung zur Verfügung stellt, insbesondere nach einem Kaltstart in einer Warmlaufphase. Gleichzeitig wird in dieser Warmlaufphase, in der an sich kein Kühlbedarf besteht, das Erreichen der Betriebstemperatur des Kühlmittels und damit des Verbrennungsmotors verzögert. Dies hat einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zur Folge. Bei hohen Motordrehzahlen und entsprechend hohen Fahrgeschwindigkeiten des Fahrzeugs wird aufgrund der großen Fördermenge an Kühlmittel unter Umständen zu stark gekühlt, so dass die Betriebstemperatur des Kühlmittels und damit des Verbrennungsmotors unter den gewünschten Wert sinken kann.
Es sind viele Lösungen zur Anpassung der Fördermenge an den Kühlmittelbedarf bekannt. Nach dem Stand der Technik werden beispielsweise elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpen oder elektrisch schaltbare Wasserpumpen vorgeschlagen. Derartige Lösungen sind jedoch meist kostenintensiv, und es ist eine entsprechende Applikation notwendig.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 198 23 603 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Steuern der Kühlmitteltemperatur, wobei als Mittel zum Einstellen einer Fördermenge ein Stellglied vorgesehen ist, das als thermostatisches Arbeitselement mit einer elektrischen Heizeinrichtung ausgebildet ist. Zur Bestromung einer Heizeinrichtung ist zusätzlich ein Steuerelement vorgeschlagen, was wiederum einen relativ hohen Kostenaufwand bedeutet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Pumpe zu schaffen sowie ein einfaches und betriebssicheres Stellelement für eine solche Pumpe bereitzustellen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Bei einer erfindungsgemäßen Pumpe für ein flüssiges Medium ist ein Stellelement zum Einstellen einer Förderleistung ausgebildet, das mechanisch einstellbar ist. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass keine Verkabelung und keine Applikationen erforderlich sind, was sich wiederum günstig auf die Herstellungs- und Betriebskosten auswirkt.

Besonders bevorzugt ist das Stellelement als Wachsthermostat, insbesondere mit einer Wachspille, ausgebildet. Vorteilhafterweise wird somit an sich bekannte Technik angewandt, so dass praktisch keine Entwicklungskosten anfallen. Insbesondere kann die Förderleistung über den Wachsthermostat in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur regelbar sein. Bevorzugt ist die Kühlmittelpumpe als Flügelradpumpe mit einem axial verschiebbaren Flügelrad ausgebildet, wobei das Flügelrad durch den Wachsthermostat axial verstellbar sind. Unter Wärmeeinfluss dehnt sich das Wachs aus und verändert in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur die Stellung des Flügelrads, wodurch ein Kühlmittelstrom eingestellt wird. Somit kann bei sinkender Kühlmitteltemperatur ein zunehmender Kühlmittelstrom am Kühler vorbeigeführt werden und umgekehrt. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Külmitteltemperatur kann die Förderleistung über das Stellelement reduziert werden. Es kann vorgesehen sein, dass das Stellelement durch ein Federelement in einer Grundposition haltbar ist, bei der eine normale Förderleistung erfolgt. Zur Herstellung einer „Fail-Safe"-Funktion ist die Federwirkung umdrehbar.

Obwohl bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht die Möglichkeit besteht, die Förderleistung unabhängig zu steuern, beispielsweise über ein Kennfeld, ist dies eine vorteilhafte Lösung. Die Kühlmittelpumpe ist günstigerweise von den wechselnden Druckverhältnissen im Kühlsystem unabhängig, und es lässt sich eine konstante Betriebstemperatur, eine gute Heizleistung und eine günstige Abgaszusammensetzung erreichen, wobei auch günstigerweise ein Verschleiß der Pumpe reduziert wird. Zweckmäßigerweise ist die Förderleistung der Kühlmittelpumpe je nach Stellung des Flügelrads störungsfrei einstellbar.

Die erfindungsgemäße Pumpe ist insbesondere zur Verwendung als Kühlmittelpumpe zum Steuern der Kühlmitteltemperatur eines Verbrennungsmotors geeignet. Denkbar wäre aber auch die Verwendung als Ölpumpe oder für andere zu pumpende Flüssigkeiten, womit die gleichen Vorteile erzielt werden können.

Bei einem erfindungsgemäßen Stellelement für eine Pumpe für ein flüssiges Medium, insbesondere für eine Kühlmittelpumpe, ist eine Förderleistung mechanisch einstellbar. Besonders bevorzugt ist zur mechanischen Einstellung der Förderleistung eine nach dem Prinzip eines Kühlwasserthermostats, insbesondere eines Wachsthermostats mit einer Wachspille vorgesehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die schematisch einen Kühlmittelkreislauf 13 mit einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe 10 zum Steuern der Kühlmitteltemperatur eines Verbrennungsmotors darstellt. Die Kühlmittelpumpe 10 ist in einem Gehäuse 18 angeordnet und wird von einem Antriebsrad 21 angetrieben. Die Kühlmittelpumpe 10 ist als Flügelradpumpe 17 mit einem axial verschiebbaren Flügelrad 14 ausgebildet. Das Kühlmittel wird in der Mitte des Flügelrads 14 angesaugt und durch die Fliehkraft nach außen gedrängt. Von dort aus gelangt das Kühlmittel wieder in den Verbrennungsmotor. Über ein Stellelement 11 der Kühlmittelpumpe 10 wird eine Förderleistung eingestellt, wobei das Stellelement 11 erfindungsgemäß mechanisch einstellbar ist. Das Stellelement 11 ist insbesondere als Wachsthermostat 12 ausgebildet, das in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur öffnet oder schließt und damit das Flügelrad 14 über einen Stößel 22 schiebt oder zieht. Dadurch ist das Flügelrad 14 axial verstellbar, wobei sich ein Dichtspalt 23 am Eingang der Kühlmittelpumpe 10 zwischen einer Gegenwand 19 am Zylinderkurbelgehäuse 16 und dem Flügelrad 14 vergrößert oder verringert und sich je nachdem die Förderleistung ändert. Die Drehzahl des Flügelrads 14 der Kühlmittelpumpe 10 ist mechanisch an die Motordrehzahl gekoppelt. Die Förderleistung ist nur dadurch veränderbar, dass sich der Dichtspalt 23 durch die Bewegung des Stößels 22 verändert. Die Förderleistung hängt somit stark von einer hydraulischen Dichtigkeit des Flügelrads 14 zum Gehäuse 18 der Kühlmittelpumpe ab.
Das Stellelement 11 ist durch ein Federelement 15 in einer Grundposition haltbar, bei der eine normale Förderleistung erfolgt. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Kühlmitteltemperatur erwärmt sich ein im Wachsthermostat 12 vorgesehener Dehnstoff, wodurch eine Volumensausdehnung stattfindet und das Flügelrad 14 über den Stößel 22 axial ausgefahren wird. Dadurch vergrößert sich ein Abstand 20 zwischen dem Flügelrad 14 und dem Gehäuse 18, wodurch sich der Dichtspalt 23 verkleinert, was zu einer Erhöhung der Förderleistung führt. Bei ausgefahrenem Stößel 22 findet somit eine Vollförderung statt. Bei Abkühlung verringert sich das Volumen des Dehnstoffes, das Flügelrad 14 wird eingefahren, und der Dichtspalt 23 vergrößert sich. In dieser Stellung wird die Förderleistung gedrosselt bis zu einer Nullförderung. Dazwischen sind alle Zwischenpositionen möglich. Ein Winkel α zeigt dabei eine Kennlinie von Nullförderung zu Vollförderung an. Ein Teil des Kühlmittels gelangt in den Verbrennungsmotor, und der andere Teil wird in Abhängigkeit von der Stellung des Flügelrads 14 am Verbrennungsmotor vorbeigeleitet.
Zur Realisierung eines „Fail-Safe"-Modus, der einen ausfallssicheren, störungssicheren und abgesicherten Betrieb ermöglicht, ist eine Federwirkung umkehrbar.

10: Kühlmittelpumpe
11: Stellelement
12: Wachsthermostat
13: Kühlmittelkreislauf
14: Flügelrad
15: Federelement
16: Zylinderkurbelgehäuse
17: Flügelradpumpe
18: Gehäuse
19: Gegenwand
20: Abstand
21: Antriebsrad
22: Stößel
23: Dichtspalt

Claims

Pumpe für ein flüssiges Medium, insbesondere Kühlmittelpumpe (10) zum Steuern der Kühlmitteltemperatur eines Verbrennungsmotors mit einem in einem Kühlmittelkreislauf (13) angeordneten Kühlmittelkühler sowie einem Stellelement (11) zum Einstellen einer Förderleistung, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (11) mechanisch einstellbar ist.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (11) als Wachsthermostat (12) ausgebildet ist.
Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleistung über den Wachsthermostat (12) in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur regelbar ist.
Pumpe einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flügelradpumpe mit einem axial verschiebbaren Flügelrad (14) ausgebildet ist.
Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (14) durch den Wachsthermostat (12) axial verstellbar sind.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass deren Förderleistung je nach Stellung des Flügelrads (14) störungssicher einstellbar ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (11) durch ein Federelement (15) in einer Grundposition haltbar ist, bei der eine normale Förderleistung erfolgt.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer vorgegebenen Kühlmitteltemperatur die Förderleistung über das Stellelement (11) reduzierbar ist.
Stellelement für eine Pumpe für ein flüssiges Medium, insbesondere für eine Kühlmittelpumpe (10), wobei die Kühlmittelpumpe (10) zum Steuern der Kühlmitteltemperatur eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist und einen in einem Kühlmittelkreislauf angeordneten Kühlmittelkühler umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Förderleistung mechanisch einstellbar ist.
Stellelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur mechanischen Einstellung der Förderleistung ein Wachsthermostat (12) vorgesehen ist.