DE102008026218A1

DE102008026218A1 - Regelbare Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: DE102008026218A1
Application number: DE102008026218A
Authority: DE
Inventors: Eugen Dr. Schmidt; Franz Dipl.-Ing. Pawellek; Eberhard Geisel
Original assignee: Geraete und Pumpenbau GmbH; Geraete und Pumpenbau GmbH Dr Eugen Schmidt
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2028-05-31
Also published as: DE102008026218B4; US8297942B2; EP2300718B1; CN102046982A; WO2009143832A3; BRPI0909834A2; US20100284832A1; BRPI0909834B1; JP2011522145A; WO2009143832A8; JP5200163B2; EP2300718A2; WO2009143832A2; CN102046982B

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe (mit Ventilschieber) zu entwickeln, die es ermöglicht, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können, und die selbst bei ungünstigen thermischen Randbedingungen, wie z.B. in der Nähe des Turboladers und bei sehr stark begrenztem Einbauraum mit sehr geringer Antriebsleistung eine zuverlässige Betätigung des Ventilschiebers ermöglicht, selbst bei Ausfall der Regelung ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe (Fail-safe) gewährleistet, sich zudem durch eine fertigungs- und montagetechnisch sehr einfache, kostengünstige, für unterschiedliche Pumpenbaugrößen "standardisierbare" Bauform auszeichnet, dabei stets eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei hohem volumetrischen Wirkungsgrad gewährleistet, keine werkseitige luftfreie Befüllung erfordert und zudem einfach und kostengünstig ins Motormanagement eingebunden werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung einer mit einem Ventilschieber ausgestatteten über eine Riemenscheibe angetriebenen regelbaren Kühlmittelpumpe ermöglicht selbst bei sehr stark begrenztem Einbauraum - mittels der hydraulischen Betätigung des Ventilschiebers über eine mit einer Rückstellfeder in Form einer Druckfeder ausgestattete Kolbenpumpe (welche mechanisch von einer am Flügelrad angeordneten Taumelscheibe ...

Description

Die Erfindung betrifft eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore.
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.
Dadurch werden sowohl die Reibungsverluste minimiert (mit zunehmender Öltemperatur sinkt Viskosität des Motoröls und damit die Reibung an allen ölgeschmierten Bauteilen), zugleich die Emissionswerte reduziert (da erst nach der sogenannten „Anspringtemperatur” die Katalysatoren wirksam werden, beeinflusst der Zeitraum bis zum Erreichen dieser Temperatur wesentlich die Abgasemission) und auch der Kraftstoffverbrauch deutlich verringert.
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 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 werden daher auch von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors über Riemenscheiben angetrieben regelbare Kühlmittelpumpen vorbeschrieben bei denen das Flügelrad schaltbar (beispielsweise über eine Reibpaarung) von Pumpenwelle angetrieben wird.
Mit derartigen Kühlmittelpumpen kann eine einfache Zweipunktregelung realisiert werden mittels der die Kühlleistung der Kühlmittelpumpen variiert werden kann.
Um zunächst eine kurzfristigere Motorerwärmung zu ermöglichen, wird mittels dieser Bauformen der Antrieb der Kühlmittelpumpe beim Kaltstart des Motors ausgekuppelt.
Hat dann der Motor seine Betriebstemperatur erreicht, wird die jeweilige Reibkupplung (mit den dieser Kupplungsbauform eigenen funktionsbedingten Verschleißproblemen) aktiviert, d. h. der Antrieb der Kühlmittelpumpe eingeschaltet.
Dadurch werden sofort große Mengen des noch kalten Kühlmittels in den auf die Betriebstemperatur erwärmten Motor gepumpt, so dass sich dieser zwangsläufig wieder sofort stark abgekühlt.
Dadurch werden die erwünschten Vorzüge einer schnellen Erwärmung des Motors jedoch schon teilweise wieder kompensiert.
Zudem sind infolge der erforderlichen Massenbeschleunigung beim Wiedereinschalten, insbesondere bei größeren Kühlmittelpumpen sehr hohe Drehmomente zu überwinden welche zwangsläufig eine hohe Bauteilbelastung zur Folge haben
Von der Anmelderin wurden daher sowohl in der DE 10 2005 004 315 B4 wie auch in der DE 10 2005 062 200 B3 zwei zwischenzeitlich bewährte Lösungen vorgestellt, welche eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge ermöglichen, 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 zudem gleichzeitig auch der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können.
Bei diesen Lösungen ist im Pumpengehäuse ein jeweils in Richtung der Wellenachse der Pumpenwelle verschiebbar gelagerter, ringförmig ausgebildeter Ventilschieber mit einem den Ausströmbereich des Flügelrades variabel überdeckenden Außenzylinder angeordnet, welcher entgegen der Federkraft von Rückholfedern entweder wie in der Lösung nach der DE 10 2005 004 315 B4 vorgeschlagen, elektromagnetisch, d. h. mit Hilfe einer im Pumpengehäuse angeordneten Magnetspule welche auf einen mit dem Ventilschieber starr verbundenen Magnetanker einwirkt, oder wie in der DE 10 2005 062 200 B3 vorgeschlagen, mittels eines pneumatisch oder hydraulisch betätigten Aktuators (welcher hydraulisch auf am Ventilschieber starr angeordnete, im Pumpengehäuse geführte Kolbenstangen einwirkt) linear verschoben werden kann.
Diese Anordnung eines geführten, linear verschiebbaren, den Ausströmbereich des Flügelrades variabel überdeckenden Ventilschieber ist eine sehr kompakte, einfache und robuste Lösung welche eine hohe Betriebssicherheit und eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet.
Nachteilig ist jedoch, dass die Fertigung und die Montage der in der DE 10 2005 004 315 B4 wie auch der in der DE 10 2005 062 200 B3 vorgestellten Bauformen, da die meisten Funktionsbaugruppen der vg. Lösungen nicht standardisierbar sind, noch sehr kostenintensiv ist, da für jede Pumpenbaugröße die meisten Funktionsbaugruppen separat angefertigt werden müssen.
Zudem sind hydraulisch betätigte Aktuatoren auch temperaturempfindlich, da deren Dynamik wird bei Flüssigkeitstemperaturen von unter 0°C deutlich beeinträchtigt wird
Bei Einbau der elektromagnetisch betätigten Kühlmittelpumpen, beispielsweise in der Nähe des Turboladers ist zudem zwingend eine Kühlung der Magnetspule (und somit ein relativ großen „Bauraum”) erforderlich, da ansonsten bereits bei Temperaturen ab 120°C die Magnetspule zerstört würde. Aus diesem einem zwingend erforderlichen, relativ großen „Bauraum” entweder für die, wie in DE 10 2005 004 315 B4 im Pumpengehäuse angeordnete Magnetspule oder die hydraulischen bzw. pneumatischen Aktuatoren und deren Anschlussleitungen resultiert ein weiterer Nachteil.
Dem „erforderlichen” relativ großen Bauraum einer über eine Riemenscheibe angetriebene regelbaren Kühlmittelpumpe steht der oftmals sehr stark begrenzte, im Motorraum zur Verfügung stehende „Einbauraum” für die regelbare Kühlmittelpumpe diametral entgegen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe (mit 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 und die selbst bei ungünstigen thermischen Randbedingungen, wie z. B. in der Nähe des Turboladers, aber auch bei sehr stark begrenzten Einbauraum für die Kühlmittelpumpe im Motorraum mit einer sehr geringer Antriebsleistung eine zuverlässige Betätigung des Ventilschiebers ermöglicht und selbst bei Ausfall der Regelung ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe (Fail-safe) gewährleistet, sich zudem durch eine fertigungs- und montagetechnisch sehr einfache, kostengünstige, für unterschiedliche Pumpenbaugrößen „standardisierbare”, optimal den im Motorraum vorhandenen Bauraum ausnutzende Bauform auszeichnet, dabei stets eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei hohem volumetrischen Wirkungsgrad gewährleistet, keine werkseitige luftfreie Befüllung erfordert und zudem einfach und kostengünstig ins Motormanagement eingebunden werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore nach den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 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 fünf Darstellungen zur erfindungsgemäßen Lösung.
Es zeigen dabei die:
1: die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe im Schnitt in der Seitenansicht;
2: das Flügelrad 5 der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe als Einzelteil in der Rückansicht;
3: das Flügelrad 5 der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe im Teilschnitt bei A-A, gemäß 2;
4: eine Draufsicht auf die separat dargestellte Baugruppe der Zylinderhülse 37;
5: die Zylinderhülse 37 gemäß 4 mit den in der Zylinderhülse 37 integrierten Bauteilen im Schnitt in der Seitenansicht.
In der 1 ist die erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe in der Seitenansicht im Schnitt, mit der Stellung des Ventilschiebers in seiner hinteren Endlage (d. h. in der Arbeitsstellung „OFFEN”) dargestellt.
Bei dieser Bauform ist an einem Pumpengehäuse 1, in einem Pumpenlager 2 eine von einer Riemenscheibe 3 angetriebene Pumpenwelle 4 mit einem auf dem freien, strömungsseitigen Ende dieser Pumpenwelle 4 drehfest angeordneten Flügelrad 5 angeordnet.
Weiterhin ist im Pumpeninnenraum 8 ein druckbetätigter, durch eine Rückstellfeder 6 federbelasteter Ventilschieber mit einer Rückwand 7 und einem den Ausströmbereich des Flügelrades 5 variabel überdeckenden Außenzylinder 9 angeordnet.
Im Pumpengehäuse 1 ist zwischen dem Flügelrad 5 und dem Pumpenlager 2 in einer Dichtungsaufnahme 10 ein Wellendichtring 11 angeordnet.
Erfindungsgemäß ist am Pumpengehäuse 1 ein Arbeitsgehäuse 12 angeordnet in dem ein Magnetventil 13 mit einer Einlassöffnung 14 angeordnet ist. Dieser Einlassöffnung 14 benachbart ist pumpenwellenseitig im Arbeitsgehäuse 12 eine Druckkammer 15 angeordnet in die ein Druckkanal 16 mündet welcher die Druckkammer 15 mit einem Ringkanal 17 verbindet.
Dieser Ringkanal 17 ist erfindungsgemäß im Pumpengehäuse 1 in einer flügelradseitig der Dichtungsaufnahme 10 gegenüberliegend angeordneten Hülsenaufnahme 18 rotationssymmetrisch zur Drehachse der Welle 4 eingearbeitet.
Vorteilhaft in diesem Zusammenhang ist, wenn das Gehäuse des Aktuators 13 und die Arbeitshülse 14 aus einem Stück gefertigt sind.
Erfindungswesentlich ist auch, dass in der Hülsenaufnahme 18 der Außenzylinder 22 einer Ringkolbenarbeitshülse 19 mit einem Dichtsteg 20 und einem Boden 21 angeordnet ist innerhalb deren Innenzylinder 24 sich die Pumpenwelle 4 frei dreht.
In dem Außenzylinder 22 der Ringkolbenarbeitshülse 19 sind nahe dem Boden 21 Durchströmöffnungen 23 zum Ringkanal 18 angeordnet.
Am flügelradseitigem Ende der Ringkolbenarbeitshülse 19 ist auf dem den Außenzylinder 22 der Ringkolbenarbeitshülse 19 deutlich überragenden Innenzylinder 24 der Ringkolbenarbeitshülse 19 eine Lagesicherungshülse 25 mit einer starr an der Lagesicherungshülse 25 angeordneten Wandscheibe 26 kraftschlüssig befestigt.
Kennzeichnend ist auch, dass vom Boden 21 der Ringkolbenarbeitshülse 19 etwa um den Durchmesser der Durchströmöffnungen 23 beabstandet, verschiebbar in der Ringkolbenarbeitshülse 19, ein Profildichtring 27 angeordnet ist. Dieser ist flügelradseitig formschlüssig mit einem mit einer Steganlage 28 versehenen Ringkolben 29 verbunden. Am Ringkolben 29 ist in dessen flügelradseitigem Endbereich formschlüssig die Rückwand 7 des Ventilschiebers angeordnet.
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn der Profildichtring 27 in eine zugeordnete und am Ringkolben 29 angeordnete Mitnahmenut eingeknüpft ist. Vorteilhaft ist aber auch, wenn zwischen dem Dichtsteg 20 und dem Pumpengehäuse 1 eine Dichtung angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist die Rückstellfeder 6 zwischen der Wandscheibe 26 und der am Ringkolben 29 anliegenden Rückwand 7 des Ventilschiebers angeordnet.
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn am flügelradseitigen Ende des Ringkolbens 29 ein Randsteg 30 angeordnet ist der die Rückwand 7 des Ventilschiebers während seines Arbeitshubes in der Lage stabilisiert.
Kennzeichnend ist weiterhin, dass am Außenrand der Wandscheibe 26 eine Bypassdichtung 31 angeordnet ist, welche bei „geschlossenem” Ventilschieber einen Druckaufbau zwischen der Wandscheibe und 26 und der Rückwand des Ventilschiebers verhindert.
Diese erfindungsgemäße Anordnung eines zylinderförmigen, in einer Ringkolbenarbeitshülse 19 geführten, federbeaufschlagten Ringkolbens 29 ermöglicht nun über eine definierte Druckbeaufschlagung der Profildichtung 27 eine zuverlässige, weggenaue Verschiebung des Ventilschiebers 9 und stellt gleichzeitig eine bauraumoptimierte, kompakte, fertigungs- und montagetechnisch einfache, wie auch kostengünstige und zudem sehr robuste Lösung dar, die stets eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet.
Erfindungswesentlich ist auch, dass am Flügelrad 5 pumpengehäuseseitig starr eine Schrägscheibe 32 angeordnet ist in deren „Sinkbereich” eine Saugnut 33 eingebracht ist, wobei der Übergangsbereich in den „Steigbereich” wie auch der gesamte „Steigbereich” der Schrägscheibe 32 ebenflächig ausgebildet ist. Das Flügelrad 5 ist in der 2 als Einzelteil in der Rückansicht dargestellt. Die 3 zeigt das Flügelrad 5 der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe in einem Teilschnitt gemäß der 2 bei A-A.
Kennzeichnend ist weiterhin, dass in der Wandscheibe 26, zentrisch zu der in der Schrägscheibe 32 angeordneten Saugnut 33, eine Durchsteckbohrung 34 und zu deren Bohrungsachse fluchtend einerseits in der Rückwand 7 des Ventilschiebers eine Durchstecköffnung 35 sowie andererseits im Pumpengehäuse 1 eine in den Druckkanal 16 mündende Einsteckbohrung 36 angeordnet ist.
Erfindungswesentlich ist, dass in der Einsteckbohrung 36 des Pumpengehäuses 1 kraftschlüssig eine Zylinderhülse 37 angeordnet ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine tiefgezogene Präzisionszylinderhülse in die Einsteckbohrung 36 des Pumpengehäuses 1 eingepresst.
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn in der in die Wandscheibe 26 eingebrachten Durchsteckbohrung 34 ein Dichtring 52 zur Abdichtung der Zylinderhülse 37 angeordnet ist welcher Bypassleckagen verhindert. Kennzeichnend ist auch, dass die Wandung der in der Rückwand 7 des Ventilschiebers angeordnete Durchstecköffnung 35 den Mantel der Zylinderhülse 37 nicht berührt, so dass der Ventilschieber entlang der Zylinderhülse 37 frei verfahrbar ist.
Die 4 zeigt eine Draufsicht auf die Baugruppe dieser Zylinderhülse 37 (aus der Richtung A gemäß 5).
In der zugeordneten 5 ist die Zylinderhülse 37 (gemäß 4) mit den in dieser integrierten Bauteilen in der Seitenansicht im Schnitt dargestellt. Kennzeichnend ist dabei, dass im Bereich des Bodens 38 der Zylinderhülse 37 eine Ausströmöffnung 39 angeordnet ist.
Wesentlich ist dabei, dass im Bereich des Bodens 38 außen an der Zylinderhülse 37 ein Ventilkorb 40 mit einer Ventilfeder 41 und einer von dieser Ventilfeder 41 im Bereich der Ausströmöffnung 39 gegen den Boden 38 angepressten Ventilscheibe 42 angeordnet ist, und dass sich im Ventilkorb 40 mehrere Durchlassöffnungen 43 befinden.
Erfindungswesentlich ist auch, dass in der Zylinderhülse 37 eine Arbeitsfeder 44 angeordnet ist, an der flügelradseitig ein Arbeitskolben 45 mit einer Durchströmbohrung 46 anliegt.
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn am Außenzylinder des Arbeitskolbens 45 eine Ringnut 53 eingebracht ist in der ein Kolbenring 54 angeordnet ist, welcher einer optimale Dichtwirkung bei minimierten Reibungsverlusten dient.
Erfindungsgemäß ist zwischen dem federbelasteten Arbeitskolben 45 und der Schrägscheibe 32 des Flügelrades 5 ein Gleitschuh 47 mit einer im zugeordneten Bereich der Saugnut 33 eingebrachten, der Durchströmbohrung 46 des Arbeitskolbens 45 benachbarten Durchlassbohrung 48 angeordnet ist, Erfindungsgemäß ist der Berührungsbereich 55 zwischen dem Gleitschuh 47 und dem Arbeitskolben 45 kugelgelenkartig ausgebildet, so dass der Gleitschuh 47 stets „eben” – flächig an der zugeordneten Anlagefläche der Schrägscheibe anliegt.
Vorteilhaft ist dabei, wenn der Gleitschuh 47 mittels einer mit Rasthaken 56 versehenen Klemmhülse 57 am Arbeitskolben 45 befestigt wird, wobei in der Klemmhülse eine Durchlassbohrung 58 angeordnet ist.
Dadurch werden neben den Herstellungskosten auch die Montagekosten optimiert.
Wird nun bei der in der 1 dargestellten, erfindungsgemäßen Anordnung über die Riemenscheibe 3 das auf der Pumpenwelle drehfest angeordnete Flügelrad 5 angetriebenen, so wird der mit dem Gleitschuh 47 an der Schrägscheibe 32 (Taumelscheibe) anliegende Arbeitskolben 45 im Kolbenraum 59 der Zylinderhülse 37 in Hubbewegungen versetzt. Im vorliegenden Ausführungsspiel liegt der Hub pro Umdrehung bei maximal einem Millimeter, da infolge der erfindungsgemäßen Anordnung sehr geringe Fördermengen zu einer exakten Betatigung/Verschiebung des Ventilschiebers ausreichen.
Die erfindungsgemäße Anordnung bei der der Gleitschuh 47, wie in der 1 dargestellt, beidseitig der Saugnut 33 an der Schrägscheibe 32 anliegt bewirkt nun bei Rotation des Flügelrades 5, dass sich der erfindungsgemäß an die Schrägscheibe angepresste Gleitschuh 47 während des „Saughubes” entlang des „Sinkbereiches” der Schrägscheibe 32 bewegt.
Dabei erfolgt durch die im Gleitschuh 47 angeordnete Durchströmbohrung 46 (bzw. die Durchlassbohrung 58 der in der Durchströmbohrung 46 angeordneten Klemmhülse 57) hindurch, ein erfindungsgemäßes definiertes Einströmen des Kühlmittels über die Saugnut 33 in den Kolbenraum 59 der Zylinderhülse 37.
Die in die Schrägscheibe 32 eingearbeitete Saugnut (33) dient erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Gleitschuh 47 als Spaltfilter, so dass während des Einströmvorganges zugleich eine Filterung des Kühlmittels bewirkt.
Dadurch ist die erfindungsgemäße Anordnung gegen vom Kühlmittel mitgeführte Partikel (wie z. B. Späne oder Sandkörner) resistent.
Im vorliegenden Ausführungsspiel ist die Saugnut 33 0,1 mm tief in die Schrägscheibe 32 eingearbeitet.
Verlässt der (über den Arbeitskolben 45) mittels der als Druckfeder ausgebildeten Arbeitsfeder 44 an die Schrägscheibe 32 angepresste Gleitschuh 47 während seiner Bewegung entlang der Schrägscheibe 32 den mit der Saugnut 33 versehenen Bereich, so ist der Einströmvorgang beendet. Während seiner nachfolgenden Bewegung entlang des „Steigbereichs” der Schrägscheibe 32 presst dann der Gleitschuh 47 den Arbeitskolben 45 in den Kolbenraum 59 der Zylinderhülse 37.
Dabei wird das zuvor in den Kolbenraum 59 gefiltert angesaugte Kühlmittel über die im Boden 38 der Zylinderhülse 37 angeordnete Ausströmöffnung 39 gepresst.
Dabei wird die durch die Ventilfeder 41 belastete Ventilscheibe 42 angehoben und zugleich das angesaugte Kühlmittel über die am Rand der Ventilscheibe 42 angeordneten Bohrungen 60 durch die im Ventilkorb 40 angeordneten Durchlassöffnungen 43 hindurch in den Druckkanal 16 gepresst.
Der am Magnetventil 13 angeordneten Auslassöffnung 49 benachbart ist im Arbeitsgehäuse 12 erfindungsgemäß eine Ausströmnut 50 angeordnet. Erfindungswesentlich ist, dass diese Ausströmnut 50 mit dem Pumpeninnenraum 8 über eine vom Arbeitsgehäuse 12 in das Pumpengehäuse 1 führende Rückströmbohrung 51 verbundenen ist.
Das Magnetventil 13 ist stromlos offen.
Der Arbeitskolben 45 der Kolbenpumpe fördert bei „offenem” Magnetventil 13 die Kühlflüssigkeit drucklos über die Auslassöffnung 49 des Magnetventils 13 wieder zurück in den Pumpeninnenraum.
Bei Bedarf wird mittels dem Magnetventil 13 der Druck (im Druckkanal 16, im Ringkanal 17 und dem mit dem Ringkanal 17 verbundenen Raum der Ringkolbenarbeitshülse 19) stufenlos erhöht.
Dabei gelangt von der Kolbenpumpe geförderte Kühlflüssigkeit in den Ringkanal 17 und wird von dort über die Durchströmöffnungen 23 in die Ringkolbenarbeitshülse 19 gepresst.
Dort bewirkt die so eingepresste Kühlflüssigkeit eine definiert (über das Magnetventil 13) einstellbare Druckbeaufschlagung der Profildichtung 27 und damit eine Druckbeaufschlagung des federbelasteten Ringkolbens 29 welcher dadurch translatorisch exakt verfahren werden kann.
Auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung wird so eine definierte Verschiebung des Ventilschiebers 9 bewirkt und eine exakte Regelung des geförderten Kühlmittelvolumenstromes realisiert.
Nach der Erwärmungsphase des Motors (mit geschlossenem Ventilschieber) kann so mittels des Magnetventils der Druck im Druckkanal exakt geregelt und damit ein definiertes Verfahren des Ventilschiebers entlang des Außenrandes des Flügelrades realisiert werden, wodurch wiederum die Motortemperatur im Dauerbetrieb exakt beeinflusst werden kann, so dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können.
Selbst bei ungünstigen thermischen Randbedingungen, wie z. B. in der Nähe des Turboladers und sehr stark begrenzten Einbauraum für die Kühlmittelpumpe im Motorraum gewährleistet die erfindungsgemäße Lösung infolge der Anordnung eines im Kühlmittelpumpengehäuse integrierten und zugleich vom Kühlmittel im Kühlmittelpumpengehäuse gekühlten Magnetventils eine optimale Kühlung bei minimierten Bauvolumen.
Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung eine zuverlässige Betätigung des Ventilschiebers mit einer sehr geringen Antriebsleistung.
Selbst bei Ausfall der Regelung ist durch die erfindungsgemäße Lösung ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe (Fail-safe) gewährleistet, da im stromlosen Zustand das Magnetventil offen ist, so dass der Druck im Druckkanal 16 und im Ringraumkanal 17 abfällt und die Druckfeder 6 den Ventilschiebers diesem Fall in die (hintere) Arbeitsstellung „OFFEN” verfährt.
Beim federbelasteten „Zurückfahren” des Ringkolbens 29 in die „Fait-safe-Stellung” wird das vom Arbeitskolben gepumpte Kühlmittel vom Druckkanal 16 über das offene Magnetventil 13 in die Rücklassbohrung 51 und von dort in den Pumpeninnenraum 8 der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe zurück geleitet. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich zudem durch eine fertigungs- und montagetechnisch sehr einfache, kostengünstige, für unterschiedliche Pumpenbaugrößen „standardisierbare”, optimal den im Motorraum vorhandenen Bauraum ausnutzende Bauform aus und erfordert keine werkseitige luftfreie Befüllung
Zudem zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung stets durch eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit aus und gewährleistet zudem einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad.
Darüber hinaus kann die hier vorgestellte Lösung zudem einfach und kostengünstig ins Motormanagement eingebunden werden kann.

1: Pumpengehäuse
2: Pumpenlager
3: Riemenscheibe
4: Pumpenwelle
5: Flügelrad
6: Rückstellfeder
7: Rückwand
8: Pumpeninnenraum
9: Außenzylinder
10: Dichtungsaufnahme
11: Wellendichtring
12: Arbeitsgehäuse
13: Magnetventil
14: Einlassöffnung
15: Druckkammer
16: Druckkanal
17: Ringkanal
18: Hülsenaufnahme
19: Ringkolbenarbeitshülse
20: Dichtsteg
21: Boden
22: Außenzylinder
23: Durchströmöffnung
24: Innenzylinder
25: Lagesicherungshülse
26: Wandscheibe
27: Profildichtung
28: Anlagesteg
29: Ringkolben
30: Randsteg
31: Bypassdichtung
32: Schrägscheibe
33: Saugnut
34: Durchsteckbohrung
35: Durchstecköffnung
36: Einsteckbohrung
37: Zylinderhülse
38: Boden
39: Ausströmöffnung
40: Ventilkorb
41: Ventilfeder
42: Ventilscheibe
43: Durchlassöffnung
44: Arbeitsfeder
45: Arbeitskolben
46: Durchströmbohrung
47: Gleitschuh
48: Durchlassbohrung
49: Auslassöffnung
50: Ausströmnut
51: Rückströmbohrung
52: Dichtring
53: Ringnut
54: Kolbenring
55: Berührungsbereich
56: Rasthaken
57: Klemmhülse
58: Durchlassbohrung
59: Kolbenraum
60: Bohrung

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 102005004315 B4 [0015, 0016, 0018, 0020]
- DE 102005062200 B3 [0015, 0016, 0018]

Claims

Regelbare Kühlmittelpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), einer im/am Pumpengehäuse (1) in einem Pumpenlager (2) gelagerten, von einer Riemenscheibe (3) angetriebenen Pumpenwelle (4), einem auf einem freien, strömungsseitigen Ende dieser Pumpenwelle (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 (9) versehenen, im Pumpeninnenraum (8) angeordneten Ventilschieber 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) angeordnet ist in dem ein Magnetventil (13) mit einer Einlassöffnung (14) angeordnet ist, der Einlassöffnung (14) benachbart ist pumpenwellenseitig im Arbeitsgehäuse (12) eine Druckkammer (15) angeordnet in die ein Druckkanal (16) mündet welcher die Druckkammer (15) mit einem Ringkanal (17) verbindet der in einer im Pumpengehäuse (1) flügelradseitig der Dichtungsaufnahme (10) gegenüberliegend angeordneten Hülsenaufnahme (18) rotationssymmetrisch zur Drehachse der Welle (4) eingearbeitet ist, – dass in der Hülsenaufnahme (18) eine Ringkolbenarbeitshülse (19) mit einem Dichtsteg (20) und einem Boden (21) angeordnet ist in welcher die Pumpenwelle (4) frei dreht und in deren Außenzylinder (22) nahe dem Boden (21) Durchströmöffnungen (23) zum Ringkanal (18) angeordnet sind, wobei am flügelradseitigem Ende auf der die Außenzylinder (22) deutlich überragenden Innenzylinder (24) der Ringkolbenarbeitshülse (19) eine Lagesicherungshülse (25) mit einer starr an dieser angeordneten Wandscheibe (26) form- und/oder kraftschlüssig angeordnet ist, – dass vom Boden (21) der Ringkolbenarbeitshülse (19), etwa um den Durchmesser der Durchströmöffnungen (23) beabstandet, in der Ringkolbenarbeitshülse (19) verschiebbar ein Profildichtring (27) angeordnet ist der flügelradseitig formschlüssig mit einem mit einer Steganlage (28) versehenen Ringkolben (29) verbunden ist an dessen flügelradseitigen Stirnwand die Rückwand (7) des Ventilschiebers form- und/oder kraftschlüssig angeordnet ist, – dass die Rückstellfeder (6) zwischen der Wandscheibe (26) und dem Ringkolben (29), oder der Wandscheibe (26) und der am Ringkolben (29) anliegenden/angeordneten Rückwand (7) des Ventilschiebers angeordnet ist, – dass am Außenrand der Wandscheibe (26) eine Bypassdichtung (31) angeordnet ist, – dass am Flügelrad (5) pumpengehäuseseitig starr eine Schrägscheibe (32) angeordnet ist in deren „Sinkbereich” eine Saugnut (33) eingebracht ist, wobei der Übergangsbereich in den „Steigbereich” wie auch der gesamte „Steigbereich” der Schrägscheibe (32) ebenflächig ausgebildet ist., – dass in der Wandscheibe (26), zentrisch zu der in der Schrägscheibe (32) angeordneten Saugnut (33) eine Durchsteckbohrung (34) und zu deren Bohrungsachse fluchtend einerseits in der Rückwand (7) des Ventilschiebers eine Durchstecköffnung (35) und andererseits im Pumpengehäuse (1) eine in den Druckkanal (16) mündende Einsteckbohrung (36) angeordnet ist, – dass in der Einsteckbohrung (36) des Pumpengehäuses (1) form- und/oder kraftschlüssig eine Zylinderhülse (37) angeordnet ist, – dass die Wandung der in der Rückwand (7) des Ventilschiebers angeordnete Durchstecköffnung (35) den Mantel der Zylinderhülse (37) nicht berührt, – dass im Bereich des Bodens (38) der Zylinderhülse (37) eine/mehrere Ausströmöffnungen (39) angeordnet ist/sind, – dass im Bereich des Bodens (38) außen an der Zylinderhülse (37) ein Ventilkorb (40) mit einer Ventilfeder (41) und einer von dieser Ventilfeder (41) im Bereich der Ausströmöffnung/en (39) gegen den Boden (38) angepressten Ventilscheibe (42) angeordnet ist, – dass sich im Ventilkorb (40) eine/mehrere Durchlassöffnung/en (43) befindet/befinden, – dass in der Zylinderhülse (37) eine Arbeitsfeder (44) angeordnet ist, an der flügelradseitig ein Arbeitskolben (45) mit einer Durchströmbohrung (46) anliegt, – dass zwischen dem federbelasteten Arbeitskolben (45) und der Schrägscheibe (32) des Flügelrades (5) ein Gleitschuh (47) mit einer im zugeordneten Bereich der Saugnut (33) eingebrachten, der Durchströmbohrung (46) des Arbeitskolbens (45) benachbarten Durchlassbohrung (48) angeordnet ist, wobei der Gleitschuh so dimensioniert ist, dass dieser beidseitig der Saugnut (33) an der Schrägscheibe (32) anliegt. – dass am Magnetventil (13) eine Auslassöffnung (49) angeordnet ist der benachbart im Arbeitsgehäuse (12) eine Ausströmnut (50) angeordnet ist, wobei diese Ausströmnut (50) mit dem Pumpeninnenraum (8) über eine oder mehrere vom Arbeitsgehäuse (12) in das Pumpengehäuse (1) führende Rückströmbohrung/en (51) verbundenen ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am flügelradseitigen Ende des Ringkolbens (29) ein Randsteg (30) angeordnet ist der die Rückwand (7) des Ventilschiebers während seines Arbeitshubes in der Lage stabilisiert.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugnut (33) 0,03 mm bis 0,1 mm tief in die Schrägscheibe (32) eingearbeitet ist und in Verbindung mit dem Gleitschuh (47) als Spaltfilter dient.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der in die Wandscheibe (26) eingebrachten Durchsteckbohrung (34) ein Dichtring (52) zur Abdichtung der Zylinderhülse (37) angeordnet ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitschuh (47) mittels einer mit Rasthaken (56) versehenen Klemmhülse (57) am Arbeitskolben (45) befestigt ist, wobei in der Klemmhülse eine Durchlassbohrung (58) angeordnet sind.