DE102010022884A1

DE102010022884A1 - Sealing for a controllable coolant pump

Info

Publication number: DE102010022884A1
Application number: DE102010022884A
Authority: DE
Inventors: Markus POPP
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-12-08
Also published as: US20110297111A1; EP2392828A2; EP2392828A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe (1) für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (2), in dem eine wälzgelagerte Hohlwelle (3) eingebracht ist, die ein Antriebsrad mit einem Flügelrad (4) verbindet. Mittels einer Rotation des Flügelrades (4) wird Kühlmittel über einen Saugraum (5), der der Deckscheibe (8) vorgelagert ist angesaugt und über Flügel (6) des Flügelrades (4) in einen Ringkanal (7) des Pumpengehäuses (2) gefördert. Über ein axial verschiebbares, dem Flügelrad (4) zugeordnetes Leitblech (9) ist das Fördervolumen beeinflussbar. Das Leitblech (9) ist drehstarr mit einer in der Hohlwelle (3) geführten, mit einer Verstelleinheit zusammenwirkenden Schubstange (10) verbunden. Zur Abdichtung eines sich zwischen dem Leitblech (9) und der Deckscheibe (8) bildenden Ringspaltes (13) ist ein Dichtelement (14) vorgesehen.The invention relates to a controllable coolant pump (1) for a cooling circuit of an internal combustion engine with a pump housing (2) in which a roller-bearing hollow shaft (3) is inserted, which connects a drive wheel with an impeller (4). By rotating the impeller (4), coolant is sucked in via a suction chamber (5) in front of the cover disk (8) and conveyed via blades (6) of the impeller (4) into an annular channel (7) of the pump housing (2). The delivery volume can be influenced via an axially displaceable guide plate (9) assigned to the impeller (4). The guide plate (9) is torsionally rigidly connected to a push rod (10) which is guided in the hollow shaft (3) and interacts with an adjustment unit. A sealing element (14) is provided to seal an annular gap (13) forming between the guide plate (9) and the cover plate (8).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Gegenstand der Erfindung ist eine regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, die ein Pumpengehäuse umfasst, in dem eine wälzgelagerte Hohlwelle eingebracht ist, die ein Antriebsrad mit einem Flügelrad verbindet. Das mit einem Saugraum in Verbindung stehende Flügelrad schließt ein axial verschiebbares Leitblech ein, mit dem ein Fördervolumen der Kühlmittelpumpe beeinflusst werden kann. Dazu ist das Leitblech über eine in der Hohlwelle geführte Schubstange mit einer Verstelleinheit verbunden.The invention relates to a controllable coolant pump for a cooling circuit of an internal combustion engine, which comprises a pump housing in which a roller-mounted hollow shaft is inserted, which connects a drive wheel with an impeller. The impeller associated with a suction chamber includes an axially displaceable guide plate, with which a delivery volume of the coolant pump can be influenced. For this purpose, the guide plate is connected via a guided in the hollow shaft push rod with an adjustment.

Bevorzugt werden Radial-Kreiselpumpen als Kühlmittelpumpen für Brennkraftmaschinen eingesetzt. Nach einem Start der Brennkraftmaschine ist es von Vorteil, eine zwangsweise Zirkulation des Kühlmittels zu vermeiden, um möglichst kurzfristig die Betriebstemperatur zu erreichen. Zur Einflussnahme auf das Fördervolumen von Kühlmittelpumpen ist es bekannt, die Antriebsdrehzahl der Flügelräder zu variieren oder im Kühlmittelkreislauf vor oder hinter der Kühlmittelpumpe ein Steuer- oder Regelventil einzusetzen. Durch die Regelung des Fördervolumens kann die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine verkürzt und gleichzeitig können Reibungsverluste sowie Emissionswerte reduziert werden.Radial centrifugal pumps are preferably used as coolant pumps for internal combustion engines. After a start of the internal combustion engine, it is advantageous to avoid a forced circulation of the coolant in order to reach the operating temperature as quickly as possible. To influence the delivery volume of coolant pumps, it is known to vary the input speed of the impellers or to use a control or regulating valve in the coolant circuit in front of or behind the coolant pump. By regulating the delivery volume, the warm-up phase of the internal combustion engine can be shortened and at the same time friction losses and emission values can be reduced.

Aus der US 1 813 747 A ist eine Radialpumpe bekannt, bei der mittels eines am Flügelrad angeordneten, in axialer Richtung verschiebbaren Schiebers das Fördervolumen geregelt werden kann. Die Regelung des Schiebers zwischen einer Öffnungsstellung und Schließstellung erfolgt durch Verdrehen einer gewindeartigen Führung, die den Schieber axial verstellt.From the US Pat. No. 1,813,747 A a radial pump is known in which by means of a vane arranged on the axially displaceable slide the delivery volume can be controlled. The control of the slide between an open position and closed position by turning a thread-like guide that moves the slide axially.

Die DE 10 2004 054 637 A1 offenbart eine regelbare Kühlmittelpumpe, beider ein Ventil mit zugehörigem Ventilschieber innerhalb des Pumpengehäuses durch eine Magnetspule zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist.The DE 10 2004 054 637 A1 discloses a controllable coolant pump, wherein a valve with associated valve spool within the pump housing by a magnetic coil between two end positions is displaceable.

Gemäß der DE 100 57 098 C1 umfasst eine regelbare Kühlmittelpumpe eine Magnetspule, welche mit einer Ankerscheibe zusammenwirkt, die drehfixiert, jedoch federbelastet verschiebbar auf der Antriebswelle angeordnet ist. Bedingt durch Reibbeläge, über die das Flügelrad mit der Ankerscheibe verbunden ist, erfolgt bei stromlosem Magnet ein Antrieb des Flügelrades.According to the DE 100 57 098 C1 a controllable coolant pump comprises a magnetic coil, which cooperates with an armature disc which is rotationally fixed, but is arranged displaceably on the drive shaft in a spring-loaded manner. Due to friction linings, via which the impeller is connected to the armature disk, there is a drive of the impeller when the magnet is de-energized.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine regelbare Kühlmittelpumpe ein Leitblech so anzuordnen, dass die Kühlmittelpumpe kein Kühlmittel fördert, eine Nullförderung realisierbar ist.The invention has for its object to arrange a baffle for a controllable coolant pump so that the coolant pump promotes no coolant, a zero promotion is feasible.

Zur Sicherstellung einer Nullförderung im geschlossenen Zustand des Leitblechs ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen der Deckscheibe und dem Leitblech ein Dichtelement vorgesehen ist. Das Dichtelement ist dabei so angeordnet, dass sich eine wirksame Abdichtung zwischen den Bauteilen, der Deckscheibe und dem Leitblech einstellt und weiterhin durch eine elastische Verformung des Dichtelementes sich kein Ringspalt zwischen diesen Bauteilen bildet. Mit dieser Maßnahme kann abweichend zu bisherigen Lösungen – Einstellung des Volumenstroms über die Spaltmaße zwischen der Deckscheibe und dem Leitblech im geschlossenen Zustand – vorteilhaft ein konkreter Null-Volumenstrom in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine erreicht werden. Das elastische Dichtelement kompensiert vorteilhaft fertigungsbedingte oder durch Wärmedehnung auftretende Toleranzen der gegeneinander abgestützten Bauteile. Der erfindungsgemäß vollständig abgedichtete Ringspalt vermeidet nach einem Start der Brennkraftmaschine die Zirkulation des noch nicht betriebswarmen Kühlmittels. Die damit verkürzte Kaltlaufphase und schnellere Erreichung der Betriebstemperatur verringert den Zeitraum zur Beheizung des Fahrgastraums, reduziert die Reibung und bewirkt folglich eine Energieeinsparung.To ensure zero delivery in the closed state of the baffle, the invention provides that between the cover plate and the baffle a sealing element is provided. The sealing element is arranged so that an effective seal between the components, the cover plate and the baffle adjusts and further forms an annular gap between these components by an elastic deformation of the sealing element. Deviating from previous solutions - adjustment of the volume flow via the gap dimensions between the cover plate and the guide plate in the closed state - this measure can advantageously achieve a specific zero volume flow in all operating ranges of the internal combustion engine. The elastic sealing element advantageously compensates for production-related or thermal expansion occurring tolerances of the mutually supported components. The inventively completely sealed annular gap avoids the circulation of the not yet operational coolant after a start of the internal combustion engine. The shortened cold-running phase and faster achievement of the operating temperature reduces the period for heating the passenger compartment, reduces friction and thus results in energy savings.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 7.Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims 2 to 7.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Abdichtung des sich einstellenden Ringspaltes das elastische Dichtelement im größten Durchmesserbereich der Deckscheibe angeordnet ist. Bei geschlossener Kühlmittelpumpe ist das Dichtelement dichtend an dem Leitblech abgestützt.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that for sealing the self-adjusting annular gap, the elastic sealing element is arranged in the largest diameter range of the cover plate. When the coolant pump is closed, the sealing element is sealingly supported on the guide plate.

Das Dichtelement kann dazu bspw. in einer stirnseitigen Nut oder einem äußeren gestuften Bereich des konisch aufgeweiteten Abschnitts der Deckscheibe angeordnet werden. Gemäß einer alternativen Anordnung umschließt das Dichtelement den konischen Abschnitt der Deckscheibe außenseitig. Weiterhin bietet es sich an, das Dichtelement in einer zur Deckscheibe ausgerichteten äußeren Abstufung des konisch aufgeweiteten Abschnitts einzusetzen.For this purpose, the sealing element can be arranged, for example, in an end-side groove or an outer stepped region of the conically widened section of the cover disk. According to an alternative arrangement, the sealing element encloses the conical portion of the cover plate on the outside. Furthermore, it makes sense to use the sealing element in an aligned to the cover plate outer gradation of the conically expanded portion.

Unabhängig von der Einbaulage und der Befestigung des Dichtelementes ist dieses bei geöffneter Kühlmittelpumpe, fluchtend zu einer inneren Wandung der Deckscheibe angeordnet. Folglich stellt sich durch das Dichtelement weder eine nachteiliger Strömungswiderstand noch eine Strömungsbeeinflussung ein.Regardless of the installation position and the attachment of the sealing element, this is arranged with the coolant pump open, in alignment with an inner wall of the cover plate. As a result, neither an adverse flow resistance nor a flow control is established by the sealing element.

Das Dichtelement bzw. die Dichtung ist bevorzugt als ein Mehrkomponenten-Spritzgussteil ausgeführt. Als Werkstoff für das Dichtelement ist vorzugsweise ein hochelastischer, verschleißfester Kunststoff vorgesehen. Alternativ zu einem einteiligen Aufbau schließt die Erfindung ein armiertes Dichtelement ein, bei dem die Armierung bspw. in einer Nut der Deckscheibe eingepresst und an einem Dichtwerkstoff anvulkanisiert ist. The sealing element or the seal is preferably designed as a multi-component injection molded part. As a material for the sealing element, a highly elastic, wear-resistant plastic is preferably provided. As an alternative to a one-piece construction, the invention includes a reinforced sealing element, in which the reinforcement, for example, is pressed into a groove of the cover plate and vulcanized onto a sealing material.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Dabei zeigen:Further features of the invention will become apparent from the following description in which an embodiment of the invention is shown. Showing:

1 in einer Schnittansicht den Aufbau einer erfindungsgemäß gestalteten Kühlmittelpumpe; 1 in a sectional view of the structure of an inventively designed coolant pump;

2 in einer vergrößerten Darstellung einen Ausschnitt aus 1, der die Einbaulage der Abdichtung verdeutlicht; 2 in an enlarged view a section 1 , which illustrates the installation position of the seal;

3 eine der 2 entsprechende Darstellung, bei der die Abdichtung elastisch verformt ist. 3 one of the 2 corresponding representation in which the seal is elastically deformed.

Detailierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Eine Kühlmittelpumpe 1, dargestellt in einem Längsschnitt, zeigt die 1. Der Aufbau umfasst ein Pumpengehäuse 2, in dem eine Hohlwelle 3 wälzgelagert ist und die ein Flügelrad 4 mit einem in 1 nicht abgebildeten Antriebsrad verbindet. Im Betriebszustand der Kühlmittelpumpe 1 strömt das Kühlmittel axial über einen Saugraum 5 zu dem Flügelrad 4 und wird radial über die Flügel 6 in einen Ringkanal 7 geleitet. Eine Deckscheibe 8 der Kühlmittelpumpe 1 bildet einen Übergangsbereich zu dem Saugraum 5. Zur Beeinflussung des Fördervolumens der Kühlmittelpumpe 1 ist dem Flügelrad 4 ein axial verschiebbares Leitblech 9 zugeordnet. Das Leitblech 9 ist an einer in der Hohlwelle 3 geführten Schubstange 10 lagefixiert, die an dem vom Flügelrad 4 abgewandten Ende mit einer in 1 nicht abgebildeten Verstelleinheit, insbesondere einem Elektromagnet in Wirkverbindung steht. Über die Verstelleinheit ist das Leitblech 9 zwischen den Endstellungen bzw. beliebigen Zwischenstellungen einstellbar. Gemäß 1 ist des Leitblechs 9 in einer Endstellung unmittelbar an dem Flügelrad 4 abgestützt. In dieser Position sperrt das Leitblech 9 einen Eintritt 11 und damit einen Kühlmitteleintritt in den Ringkanal 7.A coolant pump 1 , shown in a longitudinal section, shows the 1 , The structure comprises a pump housing 2 in which a hollow shaft 3 is roller-mounted and the one impeller 4 with an in 1 not shown drive wheel connects. In the operating state of the coolant pump 1 the coolant flows axially through a suction chamber 5 to the impeller 4 and becomes radial over the wings 6 in a ring channel 7 directed. A cover disk 8th the coolant pump 1 forms a transition region to the suction chamber 5 , For influencing the delivery volume of the coolant pump 1 is the impeller 4 an axially displaceable baffle 9 assigned. The baffle 9 is at one in the hollow shaft 3 guided push rod 10 Fixed in position on the impeller 4 opposite end with an in 1 not shown adjusting, in particular an electromagnet is in operative connection. About the adjustment is the baffle 9 adjustable between the end positions or any intermediate positions. According to 1 is the baffle 9 in an end position directly on the impeller 4 supported. In this position locks the baffle 9 an entrance 11 and thus a coolant inlet into the annular channel 7 ,

Zur Erreichung einer Nullförderung der Kühlmittelpumpe 1 in dieser Position des Leitblechs 9 ist zur Abdichtung eines sich zwischen der Deckscheibe 8 und dem Leitblech 9 bildenden Ringspaltes 13 ein Dichtelement 14 vorgesehen. Das bevorzugt als eine elastische Dichtung ausgeführte Dichtelement 14 ist in einem größten Umfangsbereich der Deckscheibe 8 angeordnet und unmittelbar an dem Leitblech 9 abgestützt. Eine weitere Endstellung, die gleichzeitig ein maximales Fördervolumen der Kühlmittelpumpe 1 ermöglicht, stellt sich ein bei Anlage des Leitblechs 9 an der Rückwand 12 des Flügelrades 4.To achieve a zero delivery of the coolant pump 1 in this position of the baffle 9 is to seal one between the cover plate 8th and the baffle 9 forming annular gap 13 a sealing element 14 intended. The preferably designed as an elastic seal sealing element 14 is in a largest circumferential area of the cover disk 8th arranged and directly on the baffle 9 supported. Another end position, which at the same time a maximum delivery volume of the coolant pump 1 allows, adjusts itself at the installation of the baffle 9 on the back wall 12 the impeller 4 ,

Die 2 und 3 verdeutlichen die Einbaulage und Wirkung des Dichtelementes 14. Die 2 zeigt das Dichtelement 14, das über einen äußeren Abschnitt nahezu linienberührt ohne eine elastische Verformung an der Deckscheibe 8 abgestützt ist. Diese Darstellung verdeutlicht eine übereinstimmende fluchtende Lage zwischen dem Verlauf einer inneren Wandung 16 des konisch aufgeweiteten Abschnitts 15 der Deckscheibe 8 und des Dichtelementes 14, die vorteilhaft keinen negativen Einfluss auf die Kühlmittelströmung bei geöffneter Kühlmittelpumpe 1 nimmt. Das Dichtelement 14 ist dabei in einer stirnseitigen außenseitigen Abstufung 17 von dem Abschnitt 15 der Deckscheibe 8 eingesetzt und dabei formschlüssig und/oder stoffschlüssig fixiert.The 2 and 3 illustrate the installation position and effect of the sealing element 14 , The 2 shows the sealing element 14 , which almost line contact over an outer portion without an elastic deformation on the cover plate 8th is supported. This illustration illustrates a matching aligned position between the course of an inner wall 16 of the conically widened section 15 the cover disk 8th and the sealing element 14 , which advantageously has no negative influence on the coolant flow when the coolant pump is open 1 takes. The sealing element 14 is in a frontal outside gradation 17 from the section 15 the cover disk 8th used and fixed positively and / or cohesively.

Die 3 zeigt das radial nach außen elastisch verformte Dichtelement 14 in der Betriebsstellung, zur Realisierung einer Nullförderung der Kühlmittelpumpe 1. Dabei wird die Anpassungsfähigkeit an die Umgebungskonstruktion sowie die Möglichkeit einer Kompensation von fertigungs- und/oder temperaturbedingten Toleranzen des Dichtelementes 14 deutlich, das zumindest entsprechend der radialen Verformung einen Längenausgleich entsprechend dem Maß S ermöglicht. Weiterhin zeigt die 3 dass bedingt durch die elastische Verformung des Dichtelementes 14 gleichzeitig ein Spaltmaß 18 zwischen dem Gehäuse 2 und der Deckscheibe 8 abgedichtet.The 3 shows the radially outwardly elastically deformed sealing element 14 in the operating position, to realize a zero promotion of the coolant pump 1 , In this case, the adaptability to the surrounding construction as well as the possibility of compensation for manufacturing and / or temperature-related tolerances of the sealing element 14 clearly that allows a length compensation according to the dimension S at least according to the radial deformation. Furthermore, the shows 3 that due to the elastic deformation of the sealing element 14 at the same time a gap 18 between the case 2 and the cover disk 8th sealed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: KühlmittelpumpeCoolant pump
22: Pumpengehäusepump housing
33: Hohlwellehollow shaft
44: Flügelradimpeller
55: Saugraumsuction
66: Flügelwing
77: Ringkanalannular channel
88th: Deckscheibecover disc
99: Leitblechbaffle
1010: Schubstangepushrod
1111: Eintrittentry
1212: Rückwandrear wall
1313: Ringspaltannular gap
1414: Dichtelementsealing element
1515: Abschnittsection
1616: Wandungwall
1717: Abstufunggradation
1818: Spaltmaßclearance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 1813747 A [0003]
DE 102004054637 A1 [0004]
DE 10057098 C1 [0005]

Claims

Adjustable coolant pump ( 1 ) for a cooling circuit of an internal combustion engine with a pump housing ( 2 ), in which a roller bearing hollow shaft ( 3 ) is introduced, which is a drive wheel with an impeller ( 4 ) connecting a suction chamber ( 5 ) and a rotation of the impeller ( 4 ) the coolant via a suction space ( 5 ) upstream cover disk ( 8th ) and via wings ( 6 ) of the impeller ( 4 ) in an annular channel ( 7 ) of the pump housing ( 2 ), wherein an axially displaceable, the impeller ( 4 ) associated baffle ( 9 ) affects the delivery volume, the torsionally rigid with a in the hollow shaft ( 3 ) guided push rod ( 10 ) connected baffle ( 9 ) cooperates with an adjusting unit, characterized in that for sealing a between the baffle ( 9 ) and the cover disc ( 8th ) forming annular gap ( 13 ) a sealing element ( 14 ) is provided.

Controllable coolant pump according to claim 1, characterized in that in the largest diameter range of the cover plate ( 8th ) the elastic sealing element ( 14 ) is integrated, that when the coolant pump is closed sealingly on the guide plate ( 9 ) is supported.

Controllable coolant pump according to claim 1 or claim 2, characterized in that the sealing element ( 14 ) a conically widened section ( 15 ) of the cover disc ( 8th ) encloses on the outside.

Controllable coolant pump according to claim 1 or claim 2, characterized in that the sealing element ( 14 ) in a cover disc ( 8th ) oriented outer gradation ( 17 ) of the conically widened section ( 15 ) of the cover disc ( 8th ) is used.

Controllable coolant pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the state of the opened coolant pump ( 1 ), in which the baffle ( 9 ) at least offset to the cover plate ( 8th ), the sealing element ( 14 ) with an inner wall ( 16 ) of the cover disc ( 8th ) is arranged in alignment.

Controllable coolant pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that as a sealing element ( 14 ) provided as a multi-component injection molded part seal is provided.

Controllable coolant pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that as material for the sealing element ( 14 ) An elastomer is provided.