DE102007042866A1

DE102007042866A1 - Regelbare Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: DE102007042866A1
Application number: DE102007042866A
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: 2007-09-08
Filing date: 2007-09-08
Publication date: 2009-03-12

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine über eine Riemenscheibe angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore mit einem Ventilschieber zu entwickeln, welche bei sehr start begrenztem Einbauraum für die Kühlmittelpumpe im Motorraum sowie in Verbindung mit dem bei Saugermotoren zur Verfügung stehenden geringen Differenzdruck dennoch eine hohe, für eine zuverlässige Betätigung des Ventilschiebers erforderliche Kolbenkraft ermöglicht und die sich gleichzeitig durch eine fertigungs- und montagetechnisch sehr einfache, kostengünstige, "standardisierbare" optimal den im Motorraum vorhandenen Bauraum ausnutzende Bauform auszeichnet, zudem gleichzeitig eine einfache Integration von Wegaufnehmer/Positionssensoren ermöglicht und die stets eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei hohem Wirkungsgrad gewährleistet. Die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), einer im/am Pumpengehäuse (1) in einem Pumpenlager (2) gelagerten, von einer Riemenscheibe (3) angetriebenen Welle (4), einem auf einem freien, strömungsseitigen Ende dieser Welle (4) drehfest angeordneten Flügelrad (5), einem druckbetätigten, durch eine Rückstellfeder (6) federbelasteten, mit einer Rückwand (7) und einem den Aussströmbereich des Flügelrades (5) variabel überdeckenden Außenzylinder (8) versehenen Ventilschieber (9) sowie einem im Pumpengehäuse (1) zwischen dem Flügelrad (5) und dem Pumpenlager (2) in einer Dichtungsaufnahme (10) angeordneten ...

Description

Die Erfindung betrifft eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Zuge der stetigen Optimierung von Verbrennungsmotoren im Hinblick auf Emission und Kraftstoffverbrauch ist es wichtig den Motor nach dem Kaltstart möglichst schnell auf die Betriebstemperatur zu bringen um sowohl die Reibungsverluste zu minimieren (mit zunehmender Öltemperatur sinkt Viskosität des Motoröls und damit die Reibung an allen ölgeschmierten Bauteilen), wie auch die Emissionswerte zu reduzieren (da erst nach der sogenannten „Anspringtemperatur" die Katalysatoren wirksam werden, beeinflusst der Zeitraum bis zum Erreichen dieser Temperatur die Abgasemission wesentlich) um dadurch zugleich auch den Kraftstoffverbrauch deutlich zu verringern.
Versuchsreihen in der Motorentwicklung haben gezeigt, dass eine sehr wirksame Maßnahme zur Motorerwärmung das „stehende Wasser" oder die „Null-Leckage" während der Kaltstartphase ist.
Dabei sollte, um die Abgastemperatur so schnell wie möglich auf das gewünschte Niveau zu bringen, während der Kaltstartphase der Zylinderkopf keinesfalls von Kühlmittel durchströmt werden.
Von Fahrzeugherstellern werden daher in diesem Zusammenhang Leckageströme von weniger als 0,5 l/h („Null-Leckage") gewünscht.
Die Untersuchungen zum Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen haben zudem 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.
Im Stand der Technik wurden daher regelbare Kühlmittelpumpen für Verbrennungsmotore vorbeschrieben die von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors über Riemenscheiben angetrieben werden und bei denen das Flügelrad schaltbar, beispielsweise in Verbindung mit einer Reibpaarung, von einer mit der Riemenscheibe starr verbundenen Pumpenwelle angetrieben wird.
Mit solchen Kühlmittelpumpen kann eine einfache Zweipunktregelung realisiert werden mittels der einerseits die Kühlleistung und andererseits die Antriebsleistung der Kühlmittelpumpen variiert werden kann.
Die Regelung der Antriebs- bzw. Kühlleistung von Kühlmittelpumpen für Kraftfahrzeuge erfordert mindestens, dass die ohne eine Regelung sofort beim Starten des Motors einsetzende Zwangskühlung vermieden wird, um die Warmlaufphase des Motors mit all den in dieser Phase auftretenden vg. Nachteilen, wie beispielsweise erhöhten Reibungsverlusten, erhöhten Emissionswerten und einem erhöhten Kraftstoffverbrauch, deutlich zu reduzieren.
Um nun eine kurzfristigere Motorerwärmung mit den daraus resultierenden Vorteilen zu ermöglichen, wurde mit den Bauformen mit Zweipunktregelung der Antrieb der Kühlmittelpumpen beim Kaltstart des Motors zunächst ausgekuppelt.
Hatte dann der Motor seine Betriebstemperatur erreicht, wurde die jeweilige Reibkupplung, mit den dieser Kupplungsbauform eigenen, funktionsbedingten Verschleißproblemen aktiviert und der Antrieb der Kühlmittelpumpe eingeschaltet.
Dabei wurden dann zwangsläufig sofort große Mengen des noch kalten Kühlmittels in den auf die Betriebstemperatur erwärmten Motor gepumpt, so dass sich dieser sofort wieder stark abgekühlte.
Dadurch wurden die erwünschten Vorzüge einer schnellen Erwärmung des Motors jedoch teilweise schon wieder kompensiert.
Zudem waren infolge der erforderlichen Massenbeschleunigung beim Wiedereinschalten von größeren Kühlmittelpumpen sehr hohe Drehmomente zu überwinden welche auch eine hohe Bauteilbelastung zur Folge hatten
Von der Anmelderin wurde daher in der DE 10 2005 062 200 B3 eine zwischenzeitlich bewährte Lösung vorgestellt, welche eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge ermöglicht, um einerseits durch „Null-Leckage" eine optimale Erwärmung des Motors zu gewährleisten und um andererseits nach der Erwärmung des Motors (d. h. im „Dauerbetrieb") die Motortemperatur so zu beeinflussen, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und gleichzeitig zudem auch der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können.
Bei dieser Lösung sind im Pumpengehäuse, an einem ringförmig ausgebildeten Ventilschieber (mit einem den Ausströmbereich des Flügelrades variabel überdeckenden Außenzylinder) mehrere Kolbenstangen angeordnet welche im Pumpengehäuse in gleichmäßig über den Umfang des Ventilschiebers verteilten, parallel zur Welle angeordneten Bohrungen mittels Kolbenführungen verschiebbar gelagert sind.
Diese Kolbenstangen sind mit ihren freien Enden untereinander mittels eines im Pumpengehäuse in einer Ringnut angeordneten Ringkolbens verbunden der in der Ringnut verschiebbar gelagert ist.
Zudem sind im Pumpengehäuse zwischen den Kolbenführungen gleichmäßig über den Umfang des Ringkolbens verteilt ringnutseitig Federkammern eingebracht in denen gegen den Ringkolben verspannte Druckfedern angeordnet sind.
Die im Pumpengehäuse angeordnete Ringnut ist über einen am Pumpengehäuse angeordnete Druckanschlussstutzen druckbeaufschlagbar, wodurch eine Verschiebung des federbelasteten Ringkolbens in der Ringnut und damit eine Verschiebung des Ventilschiebers bewirkt wird.
Diese Anordnung eines ringförmigen, an Kolbenstangen angeordneten, in abgedichteten Kolbenführungen im Pumpengehäuse geführten, über einen Ringkolben betätigbaren Ventilschieber ist eine sehr kompakte, einfache und robuste Bauform welche eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet.
Der Nachteil dieser Lösung resultiert jedoch aus dem oftmals stark begrenzten Einbauraum für die Kühlmittelpumpen im Motorraum der Kraftfahrzeuge, so dass der für die vg. Lösung erforderliche Bauraum zur Anordnung des Ringkolbens im Pumpengehäuse nicht immer gegeben ist.
Doch selbst wenn es gerade noch möglich wäre einen Ringkolben im Kühlmittelpumpengehäuse mit unterzubringen, reicht dann der bei Saugermotoren zur Verfügung stehende relativ geringe Differenzdruck nicht aus um über den „bauraumlimitierten" Ringkolben die für die Betätigung des Ventilschiebers erforderliche Kolbenkraft aufzubringen.
Zudem ist die Fertigung und Montage der in der DE 10 2005 062 200 B3 vorgestellten Lösung sehr kostenintensiv, wobei darüber hinaus für jede Pumpenbaugröße die meisten Funktionsbaugruppen der vg. Lösung nicht standardisierbar sind sondern für jede Pumpengröße separat angefertigt werden müssen.
Auch ist es bei der in der DE 10 2005 062 200 B3 vorgestellte Lösung schwierig Wegaufnehmer/Positionssensoren zu integrieren um dadurch eine exakte Lageregelung des Ventilschiebers zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine über eine Riemenscheibe angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore mit einem Ventilschieber zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, dabei einerseits durch „Null-Leckage" eine optimale Erwärmung des Motors gewährleistet und zudem andererseits nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb so exakt zu beeinflussen vermag, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können/kann, zudem aber gleichzeitig selbst bei sehr stark begrenzten Einbauraum für die Kühlmittelpumpe im Motorraum, sowie auch in Verbindung mit dem bei Saugermotoren zur Verfügung stehenden geringen Differenzdruck dennoch eine für eine zuverlässige Betätigung des Ventilschiebers erforderliche Kolbenkraft ermöglicht, zudem aber auch bei Ausfall der Regelung ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe (Fail-safe) gewährleistet, sich gleichzeitig durch eine fertigungs- und montagetechnisch sehr einfache, kostengünstige, „standardisierbare" optimal den im Motorraum vorhandenen Bauraum ausnutzende Bauform auszeichnet, welche zudem eine fertigungs- und montagetechnisch einfache Integration von Wegaufnehmer/Positionssensoren ermöglicht und die stets eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei hohem Wirkungsgrad gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine regelbare Kühlmittelpumpe nach den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung in Verbindung mit vier Zeichnungen zu zwei Ausführungsbeispielen der vorliegenden erfindungsgemäßen Lösung.
Es zeigen dabei:
1: eine erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe mit Unterdruckregelung in der Seitenansicht im Schnitt mit der Stellung des Ventilschiebers in seiner hinteren Endlage („OFFEN");
2: die erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe mit Unterdruckregelung gemäß 1, in der Seitenansicht im Schnitt, mit der Stellung des Ventilschiebers in seiner vorderen Endlage („GESCHLOSSEN");
3: eine erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe mit integriertem Regelschieber 41 und Unterdruckregelung in der Seitenansicht im Schnitt mit der Stellung des Ventilschiebers in seiner hinteren Endlage („OFFEN").
In der 1 ist eine der möglichen Bauformen der erfindungsgemäßen, regelbaren Kühlmittelpumpe in der Seitenansicht im Schnitt, mit der Stellung des Ventilschiebers in seiner hinteren Endlage (d. h. in der Arbeitsstellung „OFFEN") dargestellt.
Diese in der 1 dargestellte Bauform kann in Verbindung mit einer Unterdruckregelung eingesetzt werden.
In einem Pumpengehäuse 1 ist eine am Pumpengehäuse 1 in einem Pumpenlager 2 gelagerte, von einer Riemenscheibe 3 angetriebenen Welle 4, mit einem auf einem freien, strömungsseitigen Enden dieser Welle 4 drehfest angeordneten Flügelrad 5, einem druckbetätigten, durch eine Rückstellfeder 6 federbelasteten, mit einer Rückwand 7 und einem den Ausströmbereich des Flügelrades 5 variabel überdeckenden Außenzylinder 8 versehenen Ventilschieber 9 und einem im Pumpengehäuse 1 zwischen dem Flügelrad 5 und dem Pumpenlager 2 in einer Dichtungsaufnahme 10 angeordneten Wellendichtring 11 angeordnet.
Erfindungsgemäß ist direkt am Pumpengehäuse 1 zudem ein Arbeitsgehäuse 12 eines Druckübersetzer 13 angeordnet, dessen Arbeitskolbenraum 14 über eine Kammerbohrung 15 mit einem flügelradseitig dem Außenradius der Dichtungsaufnahme 10 benachbart angeordneten Ringkanal 16 verbunden ist.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass dem Ringkanal 16 flügelradseitig beachbart im Pumpengehäuse 1 eine Hülsenaufnahme 17 angeordnet ist in der eine Ringkolbenarbeitshülse 18 angeordnet ist in deren Boden 19 Durchströmöffnungen zum Ringkanal 16 angeordnet sind und an deren flügelradseitigem Ende eine Anschlaghülse 20 mit einer Wellenbohrung 21 und einer Wandscheibe 22 form- und/oder kraftschlüssig angeordnet ist
Vorteilhaft ist in diesen Zusammenhang, wenn Ringkolbenarbeitshülse 18 aus Edelstahl und die Anschlaghülse 20 als Plastspritzteil hergestellt wird, und dass beispielsweise am flügelradseitigem Ende der Ringkolbenarbeitshülse 18 Aussparungen eingearbeitet sind in die an der Anschlaghülse 20 federnd angeordnete Rastelemente einklinken, oder dass die Aussparungen an der Ringkolbenarbeitshülse 18 und die an der Anschlaghülse 20 angeordnete Rastelementen derart ausgebildet sind, dass diese bajonettverschlussartig zusammenwirken.
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch, dass der Wellendichtring 11 so ausgebildet ist, dass dieser einerseits an der Welle 4 anliegt und diese dadurch in einen flügelradseitigen „umströmten" und einen lagerseitigen „trockenen" Bereich unterteilt und zudem gleichzeitig mit einer weiteren Dichtlippe am Boden 19 der Ringkolbenarbeitshülse 18 derart anliegt, daß die im Boden 19 der Ringkolbenarbeitshülse 18 angeordneten Durchströmöffnungen nur mit dem Ringkanal 16 in Verbindung stehen.
Auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung können die fertigungs- und Montagekosten deutlich reduziert werden.
In der Ringkolbenarbeitshülse 20 ist erfindungsgemäß, dem Boden 19 der Ringkolbenarbeitshülse 20 benachbart, verschiebbar eine Profildichtring 23 angeordnet an dem flügelradseitig ein zwischen dem Profildichtring 23 und der Rückwand 7 des Ventilschiebers 9 angeordneter und mit beiden Bauteilen verbundener, in/auf der Ringkolbenarbeitshülse 20 verschiebbar gelagerter Ringkolben 24 angeordnet ist, der sowohl mit dem Profildichtring 23 wie gleichzeitig auch mit der Rückwand 7 des Ventilschiebers 9 verbunden ist.
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang wenn der Profildichtring 23 in eine zugeordnete am Ringkolben 24 angeordnete Mitnahmenut „eingeknüpft" ist.
Vorteilhaft ist auch, wenn im Führungsbereich, d. h. am Zylindermantel des Ventilschiebers Stege angeordnet sind um eine optimale Verschiebbarkeit des Ringkolbens 24 in/auf der Ringkolbenarbeitshülse 18 zu gewährleisten.
Erfindungswesentlich ist in diesem Zusammenhang auch, dass die Rückstellfeder 6 zwischen der Rückwand 7 des Ventilschiebers 9 und der an der Anschlaghülse 20 angeordnet ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist als Rückstellfeder 6 eine Druckfeder derart angeordnet, dass sich diese an der Wandscheibe 22 der Anschlaghülse 20 „abstützt" und so auf den in/auf der Ringkolbenarbeitshülse 18, d. h. im Pumpengehäuse 1 verschiebbar angeordneten Ventilschieber 9 einwirkt.
Diese erfindungsgemäße, fertigungs- und montagetechnisch optimale, sehr kostengünstige Bauform gewährleistet bei einem Ausfall der Regelung zudem stets ein zuverlässiges Weiterfunktionieren der erfindungsgemäßen, regelbaren Kühlmittelpumpe (Fail-safe).
Vorteilhaft ist es auch, wenn am Ringkolben 24 Rastnasen 28 angeordnet sind, die einerseits mit zugeordneten in der Rückwand 7 des Ventilschiebers 9 angeordnete Rastnuten 29 form- und/oder kraftschlüssig zusammenwirken und die andererseits gleichzeitig in der hinteren Endlage des Ventilschiebers 9 (wie in der 1 dargestellt) an einem an der Ringkolbenarbeitshülse 18 angeordneten Bund anliegen wobei dieser selbst wiederum am Pumpengehäuse 1 anliegt, so dass bei nicht druckbeaufschlagten Ringkolben 24 die Federkraft der Rückstellfeder 6 direkt auf das Pumpengehäuse 1 übertragen wird.
Diese erfindungsgemäße Anordnung eines zylinderförmigen, in einer Ringkolbenarbeitshülse 18 geführten, federbeaufschlagten Ringkolbens 24 ermöglicht nun über eine Druckbeaufschlagung der Profildichtung 23 eine zuverlässige, weggenaue Verschiebung des Ventilschiebers 9 und stellt dabei gleichzeitig eine bauraumoptimierte, kompakte, fertigungs- und montagetechnisch einfache wie auch kostengünstige und zudem gleichzeitig sehr robuste Lösung da die stets eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet.
Auf Grund der erfindungsgemäßen, gut standardisierbaren und dadurch auch sehr kostengünstig herstellbaren erfindungsgemäßen Anordnung ist es nun erstmals möglich, selbst bei sehr stark begrenzten Einbauraum für die jeweilige Kühlmittelpumpe im Motorraum wie auch bei dem geringen bei Saugermotoren zur Verfügung stehenden Differenzdruck eine ausreichend hohe, für eine zuverlässige Betätigung des Ventilschiebers erforderliche Kolbenkraft bereitzustellen um mittels der erfindungsgemäßen Anordnung einen hohen Pumpen- und Motorwirkungsgrad zu gewährleisten.
Kennzeichnend ist auch, dass am Ventilschieber 9, im Übergangsbereich von der Rückwand 7 zum Außenzylinder 8 eine Bypassdichtung 25 angeordnet ist.
Diese Bypassdichtung 25 legt sich beim Verfahren des Ventilschiebers 9 in seine vordere Endlage an den Außenrand der Wandscheibe 22 an und gewährleistet so eine optimale Abdichtung des Pumpenraumes am Außenrand der Wandscheibe.
Vorteilhaft ist auch, wenn sich flügelradseitig in der Welle 4 eine Sacklochbohrung mit einer oder mehren flügelradseitig vor dem Wellendichtring 11 angeordneten Austrittsbohrungen befindet.
Dadurch wird eine optimale Kühlung des Wellendichtringes 11 gewährleistet.
Im Arbeitskolbenraum 14 befindet sich erfindungsgemäß ein Arbeitsmedium 27 auf das ein Arbeitskolben 26 einwirkt.
Kennzeichnend ist in diesem Zusammenhang, dass das Arbeitsmedium 27 ein bei Kühlflüssigkeiten verwendetes Frostschutzmittel, beispielsweise Glykol ist. Sollte selbst dieses Arbeitsmedium 27 (z. B. im Rahmen von Leckagen) in den Kühlkreislauf gelangen, so können dadurch keine Nachfolgeschäden verursacht werden.
Vorteilhaft ist auch, wenn zwischen dem Ventilschieber 9 und dem Ringkolben 24 ein Abstreifer 30 (beispielsweise in Form einer Gummimanschette) als Schmutzdichtung angeordnet ist. Dadurch wird der Verschleiß sowohl am Ringkolben 24 wie auch an der Profildichtung 23 minimiert.
Erfindungsgemäß ist weiterhin, dass der Ringkanal 16 als Ringnut neben der Dichtungsaufnahme 10 des Wellendichtringes 11 eingearbeitet ist
Dies ermöglicht eine zuverlässige, fertigungs- und montagetechnisch einfache Abdichtung des Ringkanals und der diesem benachbarten Baugruppen
Der erfindungsgemäße Druckübersetzter 13 besteht erfindungsgemäß, wie in der 1 dargestellt, aus einem Arbeitsgehäuse 12 mit einem Arbeitskolbenraum 14 und einem Anschlussstutzen 31 mit Dichtungsaufnahme/n 32 und einem über den Anschlussstutzen 31 mit dem Arbeitsgehäuse 12 verbundenen Betätigungszylindergehäuse 33 mit einer Arbeitskolbenführung 34, einer Kolbendichtungsaufnahmenut 35 und einer in dieser angeordneten Kolbendichtung, sowie einem Betätigungszylinder 36 und dem Kolbenpaar bestehend aus einem am Arbeitskolben 26 angeordneten Betätigungskolben 37, wie zudem einem am Betätigungszylindergehäuse 33 angeordneten Zylinderdeckel 38 mit einer zwischen dem Betätigungszylindergehäuse 33 und dem Zylinderdeckel 38 verspannten, oberhalb des Betätigungskolben 37 angeordneten Dichtmembran 39 und einer sowohl am Betätigungszylindergehäuse 33 wie auch am Zylinderdeckel 38 angeordneten Austauschöffnung 40.
Erfindungsgemäß kann nun dieser Betätigungszylinder 36 entweder mit gasförmigen und/oder flüssigen Betätigungsmedien beaufschlagt werden.
In der in 1 dargestellten Bauform wurde die Austauschöffnung 40 am Betätigungszylindergehäuse 33 in Form eines Schlauchanschlusses für eine pneumatisch betätigte Unterdruckregelung ausgebildet.
Im Zylinderdeckel 38 ist bei dieser Bauform für den Druckausgleich als Austauschöffnung lediglich mindestens eine „Be- und Entlüftungsbohrung" angeordnet.
Die 2 zeigt nun die erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe mit Unterdruckregelung, in der Seitenansicht im Schnitt, in der Arbeitsstellung „GESCHLOSSEN".
Auf Grund eines in dieser Darstellung an der Austauschöffnung 40 des Betätigungszylindergehäuses 33 anliegenden Unterdruckes wird auf Grund der dargestellten großen Durchmesserdifferenz zwischen dem Betätigungskolben 37 einerseits und dem deutlich „kleineren" Arbeitskolben 26 andererseits ein ausreichend hoher Betriebsdruck über das Arbeitsmedium 27 erzeugt, so dass der Ventilschieber 9 sicher und zuverlässig entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 6 definiert in seiner Lage verschoben/geregelt, und wie in der 2 dargestellt auch zuverlässig bis in die vordere Endlage, d. h. in die Arbeitsstellung „GESCHLOSSEN" verfahren werden kann.
In der 3 ist nun eine erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe mit einem bei dieser Bauform sehr „einfach" und auch kostengünstig zu integrierendem Regelschieber 41, in der Seitenansicht im Schnitt, in der Stellung des Ventilschiebers in seiner „hinteren" Endlage, d. h. in der Stellung „OFFEN", dargestellt.
In Verbindung mit dem Einsatz eines Regelschiebers 41, beispielsweise eines (wie in der 3 dargestellt) am Kolbenpaar angeordneten HALL-Sensors, kann der Ventilschieber 9 (und damit auch der Regler) bei jedem Motorstart in einen Referenzpunkt verfahren werden, so dass mit der erfindungsgemäßen Lösung über das Motorsteuergerät eine sehr exakte Kennfeldregelung des Kühlmittelvolumenstromes möglich ist.
Dabei dient beispielsweise die Endlage des Ventilschiebers „GESCHLOSSEN" (analog zu 2 jedoch zusätzlich mit dem in der 3 dargestellten Regelschieber 41) dem Motorsteuersystem bei jedem Motorstart als Referenzpunkt und ermöglicht so eine äußerst exakte Lageregelung des Ventilschiebers 9 und gleichzeitig eine äußerst exakte Regelung des Fördervolumenstromes der Kühlmittelpumpe.
Erfindungsgemäß ist es möglich, dass zur Betätigung auch flüssige Betätigungsmedien, wie beispielsweise das unter dem Öldruck des KFZ stehenden Motoröl eingesetzt werden können.
In einer derartigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung liegt dann an einer am Zylinderdeckel 38 anzuordnenden Austauschöffnung/bzw. einem Anschlussstutzen ein hydraulische Überdruck z. B. der Motoröldruck an.
Mit den vorbeschrieben Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich selbst bei sehr stark begrenzten Einbauraum für die Kühlmittelpumpe im Motorraum, durch „Null-Leckage" eine optimale Erwärmung des Motors zu gewährleisten und nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb so exakt zu beeinflussen, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können.
Die erfindungsgemäße Lösung kann dabei fertigungs- und montagetechnisch sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden und ermöglicht selbst bei sehr stark begrenzten Einbauraum für die Kühlmittelpumpe im Motorraum und einem sehr geringen zur Verfügung stehenden Differenzdruck eine ausreichend hohe Kolbenkraft für eine zuverlässige Betätigung des Ventilschiebers, und gewährleistet zudem selbst bei Ausfall der Regelung ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe (Fail-safe).
Dabei kann die erfindungsgemäße Lösung als „standardisierte" Funktionsbaugruppe separat gefertigt werden und ist als solche in Verbindung mit unterschiedlichen KfZ-Kühlmittelpumpenbauformen einsetzbar.
Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung die optimale Integration von Wegaufnehmern/Positionssensoren in die erfindungsgemäße Gesamtlösung, so dass mit der vorliegenden erfindungsgemäßen Anordnung zudem auch fertigungs- und montagetechnisch eine sehr exakte Lageregelung des Ventilschiebers möglich wird.

1: Pumpengehäuse
2: Pumpenlager
3: Riemenscheibe
4: Welle
5: Flügelrad
6: Rückstellfeder
7: Rückwand
8: Außenzylinder
9: Ventilschieber
10: Dichtungsaufnahme
11: Wellendichtring
12: Arbeitsgehäuse
13: Druckübersetzer
14: Arbeitskolbenraum
15: Kammerbohrung
16: Ringkanal
17: Hülsenaufnahme
18: Ringkolbenarbeitshülse
19: Boden
20: Anschlaghülse
21: Wellenbohrung
22: Wandscheibe
23: Profildichtring
24: Ringkolben
25: Bypassdichtung
26: Arbeitskolben
27: Arbeitsmedium
28: Rastnasen
29: Rastnuten
30: Abstreifer
31: Anschlagstutzen
32: Dichtungsaufnahme
33: Betätigungszylindergehäuse
34: Arbeitskolbenführung
35: Kolbendichtungsaufnahmenut
36: Betätigungszylinder
37: Betätigungskolben
38: Zylinderdeckel
39: Dichtmembran
40: Austauschöffnung
41: Regelschieber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005062200 B3 [0015, 0023, 0024]

Claims

Regelbare Kühlmittelpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), einer im/am Pumpengehäuse (1) in einem Pumpenlager (2) gelagerten, von einer Riemenscheibe (3) angetriebenen Welle (4), einem auf einem freien, strömungsseitigen Ende dieser Welle (4) drehfest angeordneten Flügelrad (5), einem druckbetätigten, durch eine Rückstellfeder (6) federbelasteten, mit einer Rückwand (7) und einem den Ausströmbereich des Flügelrades (5) variabel überdeckenden Außenzylinder (8) versehenen Ventilschieber (9) sowie einem im Pumpengehäuse (1) zwischen dem Flügelrad (5) und dem Pumpenlager (2) in einer Dichtungsaufnahme (10) angeordneten Wellendichtring (11), dadurch gekennzeichnet, – dass am Pumpengehäuse (1) ein Arbeitsgehäuse (12) eines Druckübersetzer (13) angeordnet ist, dessen Arbeitskolbenraum (14) über eine Kammerbohrung (15) mit einem flügelradseitig dem Außenradius der Dichtungsaufnahme (10) benachbart angeordneten Ringkanal (16) verbunden ist, – dass dem Ringkanal (16) flügelradseitig beachbart im Pumpengehäuse (1) eine Hülsenaufnahme (17) angeordnet ist in der eine Ringkolbenarbeitshülse (18) eingesetzt ist in deren Boden (19) Durchströmöffnungen zum Ringkanal (16) angeordnet sind, und an deren flügelradseitigem Ende eine Anschlaghülse (20) mit einer Wellenbohrung (21) und einer Wandscheibe (22) form- und/oder kraftschlüssig angeordnet ist – dass dem Boden (19) der Ringkolbenarbeitshülse (20) zugewandt in der Ringkolbenarbeitshülse (20) verschiebbar ein Profildichtring (23) angeordnet ist an dem flügelradseitig benachbart ein zwischen dem Profildichtring (23) und der Rückwand (7) des Ventilschiebers (9) angeordneter und mit beiden Bauteilen verbundener Ringkolben (24) angeordnet ist, – dass die Rückstellfeder (6) zwischen der Rückwand (7) des Ventilschiebers (9) und der Anschlaghülse (20) angeordnet ist, – dass am Ventilschieber (9) im Übergangsbereich von der Rückwand (7) zum Außenzylinder (8) eine Bypassdichtung (25) angeordnet ist, – dass ein Arbeitskolben (26) auf ein im Arbeitskolbenraum (14) befindliche Arbeitsmedium (27) einwirkt.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Profildichtring (23) in eine zugeordnete am Ringkolben (24) angeordnete Mitnahmenut eingeknüpft ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Ringkolben (24) Rastnasen (28) angeordnet sind, die einerseits mit zugeordneten in der Rückwand (7) des Ventilschiebers (9) angeordnete Rastnuten (29) korrespondieren und gleichzeitig in der hinteren Endlage des Ventilschiebers (9) an der Ringkolbenarbeitshülse 18 und/oder am Pumpengehäuse (1) anliegen.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dass der Wellendichtring (11) so ausgebildet ist, dass dieser einerseits an der Welle (4) anliegt und diese dadurch in einen flügelradseitigen „umströmten" und einen lagerseitigen „trockenen" Bereich unterteilt, und zudem gleichzeitig mit einer weiteren Dichtlippe am Boden (19) der Ringkolbenarbeitshülse (18) derart anliegt, dass die im Boden (19) der Ringkolbenarbeitshülse (18) angeordneten Durchströmöffnungen nur mit dem Ringkanal (16) in Verbindung stehen.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilschieber (9) und dem Ringkolben (24) ein Abstreifer (30) angeordnet ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (16) als Ringnut neben der Dichtungsaufnahme (10) des Wellendichtringes (11) eingearbeitet ist
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium (27) ein bei Kühlflüssigkeiten verwendetes Frostschutzmittel, beispielsweise Glykol ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübersetzter (13) aus: – einem Arbeitsgehäuse (12) mit einem Arbeitskolbenraum (14) und einem Anschlussstutzen (31) mit Dichtungsaufnahme/n (32), – einem über den Anschlussstutzen (31) mit dem Arbeitsgehäuse (12) verbundenen Betätigungszylindergehäuse (33) mit einer Arbeitskolbenführung (34), einer Kolbendichtungsaufnahmenut (35) mit einer in dieser angeordneten Kolbendichtung und einem Betätigungszylinder (36), sowie – einem Kolbenpaar bestehend aus einem am Arbeitskolben (26) angeordneten Betätigungskolben (37), und – einem am Betätigungszylindergehäuse (33) angeordneten Zylinderdeckel (38), – einer zwischen dem Betätigungszylindergehäuse (33) und dem Zylinderdeckel (38) verspannten, oberhalb des Betätigungskolben (37) angeordneten Dichtmembran (39), – einer am Betätigungszylindergehäuse (33) und am Zylinderdeckel (38) angeordneten Austauschöffnung (40) besteht.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Druckübersetzter (13) ein Regelschieber (41) ordnet ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungszylinder (36) mit gasförmigen und/oder flüssigen Betätigungsmedien beaufschlagt werden kann.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Austauschöffnung (40) des Betätigungszylindergehäuses (33) ein Unterdruck anliegt.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einer am Zylinderdeckel (38) angeordneten Austauschöffnung ein Überdruck (beispielsweise der Motoröldruck) anliegt.