DE102008046424A1

DE102008046424A1 - Regelbare Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: DE102008046424A1
Application number: DE102008046424A
Authority: DE
Inventors: Alexander Draheim; Eduard Golovatai-Schmidt; Andreas Nendel; Jens Schäfer; Sandra SCHÄFER
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-11
Also published as: US20110162597A1; CN102149923A; CN102149923B; US8608452B2; WO2010028921A1; EP2324247A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (1), in welchem eine über ein Riemenrad (5) antreibbare Hohlwelle (2) gelagert ist, an deren einem Ende ein Laufrad (4) befestigt ist, welches in einen Saugraum (7) hineinragende Flügel (6) aufweist und über Axialstege (8) mit einer Deckscheibe (9) fest verbunden ist, wobei durch die Rotation des Laufrades (4) gemeinsam mit der Deckscheibe (9) Wasser über einen Saugstutzen (10) des Pumpengehäuses (1) in den Saugraum (7) saugbar und über die Flügel (6) in einen Ringkanal (11) des Pumpengehäuses (1) beförderbar ist, wobei ferner zwischen Laufrad (4) und Deckscheibe (9) eine Leitscheibe (12) mit einer zum Laufrad (4) korrespondierenden Kontur angeordnet ist, welche über die Axialstege (8) geführt und mittels eines, innerhalb der Hohlwelle (2) platzierten Kolbens (14) über eine Stelleinheit axial verschiebbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse, in welchem eine über ein Riemenrad antreibbare Hohlwelle gelagert ist, an deren einem Ende ein Laufrad befestigt ist, welches in einen Saugraum hineinragende Flügel aufweist und über Axialstege mit einer Deckscheibe fest verbunden ist, wobei durch die Rotation des Laufrades gemeinsam mit der Deckscheibe Wasser über einen Saugstutzen des Pumpengehäuses in den Saugraum saugbar und über die Flügel in einen Ringkanal des Pumpengehäuses beförderbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Im Bereich der Brennkraftmaschinen haben sich weitestgehend wassergekühlte Motoren durchgesetzt. Dabei wird Kühlwasser mit Hilfe einer Kühlmittelpumpe in einem geschlossenen Kreislauf durch Kühlkanäle im Bereich der Zylinder zum Kühlen der Brennkraftmaschine gepumpt und anschließend zu einem Luft- Wasser-Kühler befördert, wo das erwärmte Wasser mittels des Fahrtwindes wieder herabgekühlt wird. Die zum zirkulieren des Wassers nötige Pumpe ist hierbei üblicherweise über einen Riemen mit einer Riemenscheibe der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden.
Die direkte Koppelung zwischen Kühlmittelpumpe und Kurbelwelle sorgt dabei für eine Abhängigkeit der Drehzahl der Pumpe von der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Dies hat zur Folge, dass im hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine ein entsprechend großer Volumenstrom durch die Pumpe zur Verfügung gestellt wird, welcher in diesem Ausmaße zur Kühlung nicht benötigt wird. Beim Kaltstart der Brennkraftmaschine tritt dagegen das Problem auf, das bereits Kühlmittel durch die Kühlkanäle zirkuliert, was die Erwärmung der Brennräume behindert und somit das Erreichen einer optimalen Betriebstemperatur verzögert.
Aufgrund dieser Tatsachen werden bei moderen Brennkraftmaschinen häufig regelbare Kühlmittelpumpen eingesetzt, deren geförderter Volumenstrom entsprechend des Bedarfes abgestimmt werden kann.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2005 004 315 B4 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe bekannt, bei welcher auf einer in einen Pumpengehäuse gelagerten Hohlwelle ein Laufrad und eine Deckscheibe zur Beförderung von über einen Druckstutzen angesaugten Wasser in einen Ringkanal des Pumpengehäuses vorgesehen sind. Des Weiteren ist hinter dem Laufrad liegend ein Schieberelement auf der Hohlwelle platziert, welches über einen Elektromagneten und entgegen einer Feder in Richtung des Laufrades verschiebbar ist. Das Schieberelement verfügt dabei in seinem Außenbereich über das Laufrad hinweg greifende, axial verlaufende Auskragungen, mit welchen bei einer Verschiebung des Schieberelements in Richtung des Laufrades der Ringkanal des Pumpengehäuses verschlossen wird und somit eine Kühlwasserförderung der Kühlmittelpumpe unterbleibt.
Nachteilhaft an einer derartigen Anordnung ist, dass die Regelung des Kühlmittelstromes mittels des Schieberelementes eine aufwendige Mechanik und folglich einen komplizierten Aufbau aufweist. Des Weiteren werden bei einer teilweise geöffneten Pumpe aufgrund der Ausrichtung der Auskragungen des Schieberelements starke Wirbel im Bereich des Ringkanals des Pumpengehäuses erzeugt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welche einen einfachen Aufbau aufweist und auch bei einer Teilförderung nur zu einer verschwindend geringen Wirbelbildung neigt.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass zwischen Laufrad und Deckscheibe eine Leitscheibe mit einer zum Laufrad korrespondierenden Kontur angeordnet ist, welche über die das Laufrad und die Deckscheibe verbindenden Axialstege geführt und mittels eines, innerhalb der Hohlwelle platzierten Kolbens über eine Stelleinheit axial verschiebbar ist. Durch die Platzierung einer Leitscheibe zwischen Laufrad und Deckscheibe, sowie deren axiale Verschiebung über einen in der Hohlwelle geführten Kolben ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe einfach gehalten. Des Weiteren wird die Bildung von Wirbeln aufgrund der zum Laufrad korrespondierenden Kontur der Leitscheibe vermindert.
Entsprechend einer Ausführungsform verfügt die Leitscheibe an ihrem Außenrand über eine in Richtung des Laufrades orientierte Auskragung, mit welcher sie in Abhängigkeit der Stellung zwischen Laufrad und Deckscheibe den Ringkanal des Pumpengehäuses verdeckt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln eine Verdeckung des Ringkanals erfolgen kann. Des Weiteren trägt die Auskragung aufgrund der Orientierung auch bei einer teilweise geöffneten Pumpe nicht zur Wirbelbildung bei.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Stelleinheit nach Art eines mit dem Kolben fest verbundenen Ankers ausgebildet, welcher über einen Proportionalmagneten gezielt axial verschiebbar ist. Mittels einer derartigen Anordnung können auch Zwischenstellungen der Leitscheibe realisiert werden, während gleichzeitig eine sehr kompakte Ausführung der Stelleinheit erhalten wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Stelleinheit nach Art einer mit dem Kolben in Kontakt stehenden Spindel ausgebildet, welche mittels eines Elektromotors gezielt axial verschiebbar ist. Eine derartige Gestaltung der Stelleinheit hat den Vorteil, dass eine axiale Verschiebung der Leitscheibe auch bei größeren Kräften möglich ist und somit unter Umständen auch andere Konturengestaltungen des Laufrades und der Leitscheibe möglich sind.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Leitscheibe über den Kolben mittels einer Rückstellfeder gegen das Laufrad vorgespannt. Folglich wird die Pumpe im Falle der Nichtansteuerung der Stelleinheit in einer geöffneten Position gehalten, was im Falle des Ausfalls der Stelleinheit eine Kühlwasserzirkulation garantiert.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Lagerung der Hohlwelle über ein zweireihiges Kugellager. Dadurch wird eine zuverlässige und belastbare Lagerung der Hohlwelle erreicht.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Riemenscheibe und die Stelleinheit in einer dem Saugstutzen gegenüberliegenden Kammer platziert, welche über ein Blech verschließbar ist. Dies hat den Vorteil, dass bei der Montage die Platzie rung der Riemenscheibe und der Stelleinheit wesentlich vereinfacht wird. Des Weiteren ist im Bedarfsfall ein einfacher Austausch der Stelleinheit möglich.
Vorteilhafterweise trägt das Blech die Stelleinheit. Dadurch kann von einer zusätzlichen Befestigung der Stelleinheit im Pumpengehäuse abgesehen werden.
Weitere, die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigt:
1a eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen, regelbaren Kühlmittelpumpe bei vollem Förderdurchsatz; und
1b eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen, regelbaren Kühlmittelpumpe bei Nullförderung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1a ist eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe dargestellt, welche über eine in einem Pumpengehäuse 1 gelagerte Hohlwelle 2 verfügt. Diese Hohlwelle 2 ist dabei in einer Bohrung des Pumpengehäuses 1 über ein doppelreihiges Kugellager 3 rotierbar gelagert und trägt an ihrem einen Ende ein Laufrad 4, während sie an ihrem anderen Ende fest mit einem Riemenrad 5 verbunden ist. Über diese Riemenrad 5 ist die Hohlwelle 2 über einen hier nicht dargestellten Riementrieb der Brennkraftmaschine antreibbar. Das Laufrad 4 verfügt über Flügel 6, welche sich axial in einen Saugraum 7 der Kühlmittelpumpe erstrecken. Des Weiteren steht das Laufrad 4 über Axialstege 8 mit einer Deckscheibe 9 in Verbindung. Bei Betrieb der Kühlmittelpumpe wird Wasser über einen Saugstutzen 10 des Pumpengehäuses 1 in den Saugraum 7 durch eine Rotation des Laufrades 4 gemeinsam mit der Deckscheibe 9 gesogen und aufgrund der durch das Laufrad 4 erzeugten und durch die Flügel 6 weiter verstärkten Fliehkräfte in einen Ringkanal 11 des Pumpengehäuses 1 gedrückt, welcher im weiteren Verlauf mit hier nicht dargestellten Kühlkanälen eines Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine in Verbindung steht.
Um dabei den Volumenstrom der Kühlmittelpumpe regulieren zu können, ist zwischen Laufrad 4 und Deckscheibe 9 eine Leitscheibe 12 vorgesehen, welche eine zu dem Laufrad 4 korrespondierende Kontur aufweist und über die Axialstege 8 verschiebbar geführt ist. Diese Leitscheibe 12 verfügt des Weiteren an ihrem Außenrand über eine Auskragung 13, mit welcher sie je nach Position zwischen Laufrad 4 und Deckscheibe 9 den Ringkanal 11 des Pumpengehäuses 1 verdeckt. Dabei ist diese Auskragung 13 in Richtung des Laufrades 4 orientiert. Des Weiteren ist die Leitscheibe 12 an der Mitte ihrer Innenseite mit einem Kolben 14 fest verbunden, welcher in der Hohlwelle 2 verschiebbar geführt ist. An dem der Leitscheibe 12 gegenüberliegenden Ende des Kolbens 14 steht dieser ferner mit einem Anker 15 in Kontakt, welcher mit einem verdickten Ende innerhalb eines Proportionalmagneten 16 platziert ist. Dabei wird durch eine Betätigung des Proportionalmagneten 16 der Anker 15 in Richtung des Saugraumes 7 der Kühlmittelpumpe verschoben, was durch den Kontakt mit Kolben 14 zu einer gezielten axialen Verschiebung der Leitscheibe 12 führt. Dabei können durch gezielte Betätigungen des Proportionalmagnetens 16 Zwischenstellungen der Leitscheibe 12 zwischen Laufrad 4 und Deckscheibe 9 eingenommen werden. Hierzu ist in 1a die voll geöffnete Position der Leitscheibe 12 dargstellt. Im Gegensatz dazu ist aus 1b eine voll geschlossene Position der Kühlmittelpumpe zu sehen, bei welcher über die Auskragungen 13 der Leitscheibe 12 der Ringkanal 11 des Pumpengehäuses 1 komplett verschlossen wird. In diesem Fall wird dementsprechend kein Kühlmittel zu den Kühlkanälen des Zylinderkopfs gefördert. Um im Falle einer Nichtbetätigung durch den Proportionalmagneten 16 bzw. dessen Ausfall eine Kühlwasserförderung auch im vollem Umfang zu gewährleisten, ist die Leitscheibe 12 mittelbar über den Kolben 14 und eine Rückstellfeder 17 gegen das Laufrad 4 vorgespannt.
Des Weiteren verfügt das Pumpengehäuse 1 zur Erleichterung einer Montage der Riemenscheibe 5 und des Proportionalmagneten 16 auf einem dem Saugraum 7 gegenüberliegenden Ende über eine Kammer 18, in welcher die Riemenscheibe 5 und der Proportionalmagnet 16 platziert sind und welche anschließend durch ein Blech 19 verschlossen wird. Dabei trägt das Blech 19 gleichzeitig auch den Proportionalmagneten 16 und führt Anker 15.
Die vorliegende Erfindung ist hierbei nicht auf das im Vorfeld beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr sind auch weitere Varianten zur axialen Verschiebung des Kolbens 14 mitsamt Leitscheibe 12 denkbar, wie beispielsweise eine Druckdose, hydraulische oder pneumatische Proportionalventile, Elektromotoren mit Spindeltrieb, etc.

1: Pumpengehäuse
2: Hohlwelle
3: doppelreihiges Kugellager
4: Laufrad
5: Riemenscheibe
6: Flügel
7: Saugraum
8: Axialstege
9: Deckscheibe
10: Saugstutzen
11: Ringkanal
12: Leitscheibe
13: Auskragung
14: Kolben
15: Anker
16: Proportionalmagnet
17: Rückstellfeder
18: Kammer
19: Blech

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 [0005]

Claims

Regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (1), in welchem eine über ein Riemenrad (5) antreibbare Hohlwelle (2) gelagert ist, an deren einem Ende ein Laufrad (4) befestigt ist, welches in einen Saugraum (7) hineinragende Flügel (6) aufweist und über Axialstege (8) mit einer Deckscheibe (9) fest verbunden ist, wobei durch die Rotation des Laufrades (4) gemeinsam mit der Deckscheibe (9) Wasser über einen Saugstutzen (10) des Pumpengehäuses (1) in den Saugraum (7) saugbar und über die Flügel (6) in einen Ringkanal (11) des Pumpengehäuses (1) beförderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Laufrad (4) und Deckscheibe (9) eine Leitscheibe (12) mit einer zum Laufrad (4) korrespondierenden Kontur angeordnet ist, welche über die Axialstege (8) geführt und mittels eines, innerhalb der Hohlwelle (2) platzierten Kolbens (14) über eine Stelleinheit axial verschiebbar ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitscheibe (12) an ihrem Außenrand über eine in Richtung des Laufrads (4) orientierte Auskragung (13) verfügt, mit welcher sie in Abhängigkeit der Stellung zwischen Laufrad (4) und Deckscheibe (9) den Ringkanal (11) des Pumpengehäuses (1) verdeckt.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit nach Art eines mit dem Kolben (14) fest verbundenen Ankers (15) ausgebildet ist, welcher über einen Proportionalmagneten (16) gezielt axial verschiebbar ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit nach Art einer mit dem Kolben (14) in Kontakt stehenden Spindel ausgebildet ist, welche mittels eines Elektromotors gezielt axial verschiebbar ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitscheibe (12) über den Kolben (14) mittels einer Rückstellfeder gegen das Laufrad (4) vorgespannt ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerung der Hohlwelle (2) über ein zweireihiges Kugellager (3) erfolgt.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (5) und die Stelleinheit in einer dem Saugstutzen (10) gegenüberliegenden Kammer (18) platziert sind, welche über ein Blech (19) verschließbar ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (19) die Stelleinheit trägt.
Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1–8.