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Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelfördereinheit.
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Aus der
DE 10 2005 062 200 B3 ist eine als regelbare Kühlmittelpumpe bezeichnete Kühlmittelfördereinheit bekannt, welche ein einen Strömungsweg des Kühlmittels definierendes Gehäuse und ein in dem Gehäuse gelagertes Radialpumpenrad aufweist. Um den Kühlmittelstrom zu beeinflussen ist ein druckmittelbetätigter Ventilschieber vorgesehen, welcher einen den Ausströmbereich des Radialpumpenrades variabel überdeckenden Außenzylinder aufweist. Durch ihre Bauart ist diese Kühlmittelpumpe in ihrer Herstellung sehr aufwendig, und sie weist zudem durch die Strömungsumleitung an dem Radialpumpenrad einen hohen Druckverlust auf. Ein weiterer Nachteil ist der durch das Gehäuse bedingte große Bauraumbedarf.
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Aus der
DE 10 2006 034 952 B4 ist darüber hinaus eine regelbare Axialpumpe für einen Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei welcher zur Beeinflussung der Menge des mit der Axialpumpe geförderten Kühlmittels ein Rotor vorgesehen ist, dessen Rotorschaufeln einen verstellbaren Anstellwinkel aufweisen. Auch diese Pumpe ist in ihrer Herstellung sehr aufwendig, wobei als nachteilig hinzukommt, dass mit dieser Pumpe ein Zustand „stehendes Wasser” nicht darstellbar ist. Ein weiterer Nachteil ist es, dass diese Axialpumpe nur für Kühlkreisläufe mit geringem Gegendruck geeignet ist.
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Aus der Praxis sind ferner so genannte Halbaxialpumpen bekannt. Eine Halbaxialpumpe mit mehreren Pumpenstufen ist beispielsweise in der
GB 1 016 097 gezeigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlmittelfördereinheit zur Verfügung zu stellen, die in einem breiten Gegendruckspektrum einsetzbar ist und eine zuverlässige Regelung der Fördermenge ermöglicht.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Gemäß der Erfindung ist bei einer Kühlmittelfördereinheit mit einem Pumpenteil und einem Regelteil vorgesehen, dass der Pumpenteil als Förderorgan eine Halbaxialpumpe aufweist. Mit einer solchen Kühlmittelfördereinheit lassen sich gleichzeitig eine gute Druckerhöhung und eine gute Regelbarkeit bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf erzielen.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist bei einer Kühlmittelfördereinheit mit einem einen Strömungsweg des Kühlmittels definierenden Gehäuse und einem in dem Gehäuse gelagerten Pumpenrad vorgesehen, dass in dem Strömungsweg in Strömungsrichtung hinter dem Pumpenrad ein stufenloses, eine Vollsperrfunktion aufweisendes Regelorgan angeordnet ist. Ein solches stufenloses Regelorgan, welches vorzugsweise von dem Pumpenrad beabstandet und gegenüber diesem stromab angeordnet ist, ermöglicht bei einem einfachen Aufbau der Kühlmittelfördereinheit eine zuverlässige Regelung einschließlich eines Betriebszustandes „stehendes Wasser”.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Regelorgan als Kugelventil, Schieber, insbesondere Axialschieber, Drehschieber oder Tellerventil ausgebildet. Solche Regelorgane lassen sich mit einfachen Stellmitteln betätigen, wobei insbesondere ein Kugelventil bei einer sicheren Lagerung eine sehr präzise Beeinflussung der die Kühlmittelfördereinheit durchströmenden Fördermenge ermöglicht. Unter den genannten bevorzugten Ausgestaltungen wird ein Kugelventil besonders bevorzugt, da es bei einer Vollöffnung einen sehr geringen Druckverlust aufweist und sich gleichzeitig einfach betätigen lässt. Wenn Teilöffnungen des Regelorgans ein zu erwartender häufiger Betriebszustand sind, also Zwischenstellungen des Regelorgans einzustellen sein werden, wird vorzugsweise ein Schieber eingesetzt, der zwar gegenüber einem Kugelventil einer aufwendigeren Antrieb erfordert, diesen Nachteil jedoch durch ein weniger an Turbulenzen in der Kühlmittelströmung ausgleicht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beschreibt der Strömungsweg in dem Gehäuse im Bereich des Regelorgans einen Bogen. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht eine konstruktiv einfach gestaltete Anordnung von Stellmitteln für das Regelorgan, wobei es insbesondere möglich ist, das Pumpenrad und das Regelorgan auf einer Achse mit an entgegengesetzten Enden angreifenden Stell- und Antriebsmitteln anzuordnen, was zu einem insgesamt geringen Bauraumbedarf führt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Pumpenteil einen Rotorabschnitt und einen Umlenkabschnitt aufweist, wobei das Kühlmittel in dem Rotorabschnitt bezüglich einer Rotorachse nach außen und in dem Umlenkabschnitt bezüglich der Rotorachse nach innen gefördert wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet und insbesondere aus mehreren, insbesondere vier Rohrteilen aufgebaut, die vorzugsweise miteinander verschweißt sind. Eine solche Ausgestaltung erlaubt eine besonders kostengünstige Herstellung der Kühlmittelfördereinheit bei einem kleinen Bauraumbedarf.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung.
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Dabei zeigt:
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1 eine besonders bevorzugte erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlmittelfördereinheit, bei der das Regelteil ein Kugelventil aufweist;
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2 eine besonders bevorzugte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlmittelfördereinheit, bei der das Regelteil einen Axialschieber aufweist; und
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3 eine besonders bevorzugte dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlmittelfördereinheit, bei der das Regelteil einen Drehschieber aufweist.
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Die in 1 gezeigte Kühlmittelfördereinheit 100 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist für einen Einsatz in einem Personenkraftwagen mit einem Verbrennungsmotor vorgesehen. Die Kühlmittelfördereinheit 100 weist ein aus mehreren Gehäuseteilen 102-1, 102-2, 102-3, 102-4 gebildetes Gehäuse 102 auf, in dessen Innern zwischen einem Kühlmitteleintrittsstutzen 104 und einem Kühlmittelaustrittstutzen 106 ein Strömungsweg 108 verläuft.
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Die Kühlmittelfördereinheit 100 ist im Wesentlichen aus einem Pumpenteil 110 und einem Regelteil 112 aufgebaut, wobei das Pumpenteil 110 ein eine Strömung antreibendes Pumpenrad 114 aufweist.
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Das Regelteil 112 weist zusätzlich zu dem Kühlmittelaustrittsstutzen 106 optional einen Kühlmittelaustritt 116 auf, an welchem im eingebauten Zustand eine Kühlmittelversorgungsleitung eines Abgasturboladers angeschlossen ist. Wenn ein Kühlmittelaustritt 116 für einen Abgasturbolader vorgesehen ist, bedeutet „stehendes Wasser”, dass das Wasser in dem übrigen Kühlsystem der Brennkraftmaschine steht. Der Kühlmittelaustritt 116 ermöglicht eine Kühlung eines Abgasturboladers, insbesondere Abgasturbolader-Kühlers, obwohl die Kühlung des Motors durch ein Regelorgan 122 gestoppt ist („stehendes Wasser”).
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Das in dem Strömungsweg 108 in Strömungsrichtung hinter dem Pumpenrad 114 und stromab des optionalen Kühlmittelaustritts 116 angeordnete, stufenlose, eine Vollsperrfunktion aufweisende Regelorgan 122 ist als Kugelventil 124 ausgebildet und weist einen Ventilkörper 126 auf, dessen Drehachse 128 quer zu einer Rohrachse 129 verläuft, die gleichzeitig die Rohrachse 129 ist.
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Der Ventilkörper 126 weist eine Betätigungskupplung auf, um ein Stellmittel (nicht gezeigt) anschließen zu können, durch welches der Ventilkörper 126 um die Rotationsachse 128 gedreht werden kann.
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Wird der Ventilkörper 126 gedreht, kann dadurch die Fördermenge stufenlos eingestellt werden. Eine Stellung des Ventilkörpers 126 „stehendes Wasser” ist möglich. Bei der in 1 gezeigten Vollöffnung weist die Kühlmittelfördereinheit 100 durch die gezeigte strömungsoptimierte Wasserführung einen äußerst geringen Druckverlust auf.
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Der Pumpenteil 110 weist als Förderorgan 130 eine Halbaxialpumpe 132 auf, die über eine Riemenscheibe 134 und eine Antriebswelle 136 angetrieben wird. Bei dieser Halbaxialpumpe 132 ist ein Rotorabschnitt 138 als annährend konische Erweiterung des vierten Gehäuseteils 102-4 ausgebildet. Ein Umlenkabschnitt 140 wird durch das dritte Gehäuseteil 102-3 gebildet.
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In dem Rotorabschnitt 138, in welchem der Rotor 114 rotiert, wird eine Kühlmittelströmung radial nach außen gefördert, wobei die Hauptströmungsrichtung mit der Rotorachse 129 einen Winkel α einschließt. In dem Umlenkabschnitt 140, in welchem die Kühlmittelströmung bezüglich der Rotorachse 129 nach innen gefördert wird, schließt die Hauptströmungsrichtung in einem durch die Rotorachse und zu dieser parallel verlaufenden Schnitt mit der Rotorachse einen Winkel β ein.
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Die in 2 gezeigte besonders bevorzugte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlmittelfördereinheit 200 entspricht sehr weitgehend der ersten Ausführungsform. Daher sind für Teile und Elemente der zweiten Ausführungsform Bezugzeichen verwendet worden, die gegenüber der ersten Ausführungsform um 100 erhöht sind. Auf die entsprechende Beschreibung wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen und verwiesen.
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Wie die erste Ausführungsform weist die zweite Ausführungsform ein Gehäuse 202 auf, an dem ein Kühlmitteleintrittsstutzen 204 sowie ein Kühlmittelaustrittsstutzen 206 ausgebildet sind. Das Gehäuse 202 ist allerdings aus nur drei Gehäuseteilen, nämlich den Gehäuseteilen 202-1, 202-3 und 202-4 aufgebaut. Die Kühlmittelfördereinheit 200 gemäß der zweiten Ausführungsform ist funktionsmäßig in einen Pumpenteil 210 und einen Regelteil 212 gegliedert. Wie bei der ersten Ausführungsform zweigt an dem Regelteil 212 stromab des Pumpenrads 214 ein Kühlmittelaustritt 216 zur Versorgung eines Abgasturboladers ab, wobei dieser Abzweig stromauf eines Regelorgans 222 angeordnet ist.
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Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform ist das Regelorgan 222 ein Axialschieber 250. Der Axialschieber 250 weist einen Ventilkörper 252 auf, der rotationssymmetrisch nach Art eines Drosselkegels ausgebildet ist. Der Ventilkörper 252 wird über eine axialverschiebbare Betätigungsstange 254 einerseits in dem Gehäuseteil 202-1 und andererseits über einen Vorsprung 256 in dem Gehäuseteil 202-3 gelagert. Das Gehäuseteil 202-3 weist dazu im Verlauf der Achse 230 eine Führungsbohrung 258 auf. Der einzige Unterschied zwischen dem Pumpenteil 112 gemäß der ersten Ausführungsform und dem Pumpenteil 212 gemäß der zweiten Ausführungsform besteht in dieser Führungsbohrung 258.
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Um eine Vollsperrung zu bewirken, ist in dem Gehäuseteil 202-1 ein Ventilsitz 260 ausgebildet, dessen Kontur an den Ventilkörper 252 angepasst ist.
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Die in 3 gezeigte besonders bevorzugte dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlmittelfördereinheit 300 entspricht sehr weitgehend der ersten Ausführungsform. Daher sind für Teile und Elemente der dritten Ausführungsform Bezugzeichen verwendet worden, die gegenüber der ersten Ausführungsform um 200 erhöht sind. Auf die entsprechende Beschreibung wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen und verwiesen.
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Wie die erste Ausführungsform weist auch die dritte Ausführungsform ein aus vier Gehäuseteilen 302-1, 302-2, 302-3, 302-4 aufgebautes Gehäuse 302 auf, an dem ein Kühlmitteleintrittsstutzen 304 sowie ein Kühlmittelaustrittsstutzen 306 ausgebildet sind. Auch ist die Kühlmittelfördereinheit 300 gemäß der zweiten Ausführungsform funktionsmäßig in einen Pumpenteil 310 und einen Regelteil 312 gegliedert. Wie bei der ersten Ausführungsform zweigt an dem Regelteil 312 stromab eines Pumpenrads 314 ein Kühlmittelaustritt 316 zur Versorgung eines Abgasturboladers ab, wobei dieser Abzweig stromauf eines Regelorgans 322 angeordnet ist.
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Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform ist das Regelorgan ein Drehschieber 370. Der Pumpenteil 312 gemäß der dritten Ausführungsform und der Pumpenteil 112 der ersten Ausführungsform sind genau gleich ausgebildet, sodass hinsichtlich des Pumpenteils 312 auf die erste Ausführungsform Bezug genommen und verwiesen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kühlmittelfördereinheit
- 102
- Gehäuse
- 102-1
- Gehäuseteil
- 102-2
- Gehäuseteil
- 102-3
- Gehäuseteil
- 102-4
- Gehäuseteil
- 104
- Kühlmitteleintrittsstutzen
- 106
- Kühlmittelaustrittsstutzen
- 108
- Strömungsweg
- 110
- Pumpenteil
- 112
- Regelteil
- 114
- Pumpenrad
- 116
- Kühlmittelaustritt
- 122
- Regelorgan
- 124
- Kugelventil
- 126
- Ventilkörper
- 128
- Rotationsachse
- 129
- Rohrachse/Rotorachse
- 130
- Förderorgan
- 132
- Halbaxialpumpe
- 134
- Riemenscheibe
- 136
- Antriebswelle
- 138
- Rotorabschnitt
- 140
- Umlenkabschnitt
- 200
- Kühlmittelfördereinheit
- 202
- Gehäuse
- 202-1
- Gehäuseteil
- 202-3
- Gehäuseteil
- 202-4
- Gehäuseteil
- 204
- Kühlmitteleintrittsstutzen
- 206
- Kühlmittelaustrittsstutzen
- 210
- Pumpenteil
- 212
- Regelteil
- 214
- Pumpenrad
- 216
- Kühlmittelaustritt
- 222
- Regelorgan
- 230
- Förderorgan
- 232
- Halbaxialpumpe
- 238
- Rotorabschnitt
- 240
- Umlenkabschnitt
- 250
- Axialschieber
- 252
- Ventilkörper
- 254
- Betätigungsstange
- 256
- Vorsprung
- 258
- Führungsbohrung
- 260
- Ventilsitz
- 300
- Kühlmittelfördereinheit
- 302
- Gehäuse
- 302-1
- Gehäuseteil
- 302-2
- Gehäuseteil
- 302-3
- Gehäuseteil
- 302-4
- Gehäuseteil
- 304
- Kühlmitteleintrittsstutzen
- 306
- Kühlmittelaustrittsstutzen
- 310
- Pumpenteil
- 312
- Regelteil
- 314
- Pumpenrad
- 316
- Kühlmittelaustritt
- 322
- Regelorgan
- 330
- Förderorgan
- 332
- Halbaxialpumpe
- 338
- Rotorabschnitt
- 340
- Umlenkabschnitt
- 370
- Drehschieber
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005062200 B3 [0002]
- DE 102006034952 B4 [0003]
- GB 1016097 [0004]
