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Die vorliegende Erfindung betrifft eine schaltbare Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Beispielsweise aus der
DE 10 2005 062 200 B3 ist eine schaltbare Kühlmittelpumpe vorbekannt. Die Schaltung der Kühlmittelpumpe erfolgt in Abhängigkeit der geforderten Kühlleistung. Zur Schaltung der Kühlmittelpumpe ist ein unter- oder überdruckbetätigter Ventilschieber vorgesehen. Der Ventilschieber umfasst einen Außenzylinder, der den Ausströmbereich eines Flügelrades der Kühlmittelpumpe variabel überdecken kann, so dass je nach Stellung des Ventilschiebers die Ausrichtung des Außenzylinders gegenüber dem Flügelrad eingestellt werden kann. Überdeckt der Außenzylinder das Flügelrad vollständig, erfolgt keine Förderung von Kühlmittel und die Verbrennungskraftmaschine kann sich beispielweise nach einem Kaltstart schneller erwärmen. Überdeckt der Außenzylinder das Flügelrad nicht oder nicht vollständig, erfolgt eine Förderung von Kühlmittel und die Verbrennungskraftmaschine wird gekühlt, beispielsweise bei hoher Belastung der Verbrennungskraftmaschine, wobei der Ventilschieber mit Druckfedern derart zusammenwirkt, dass der Ventilschieber in der Stellung gehalten wird, bei der eine Förderung von Kühlmittel erfolgt. Insbesondere ist der Ventilschieber über Kolbenstangen mit einem unter- oder überdruckbeaufschlagten Ringkolben verbunden, so dass eine axiale Verstellung des Ventilschiebers möglich ist. Die vorgenannten Druckfedern sind koaxial zu den Kolbenstangen angeordnet und bewirken für eine Förderung von Kühlmittel ein Halten des Ventilschiebers in der Position, in der der Ventilschieber und somit der Außenzylinder nicht oder nicht vollständig das Flügelrad überdeckt und eine Förderung von Kühlmittel erfolgt. Mit anderen Worten wird durch die Beaufschlagung des Ringkolbens mit Unter- oder Überdruck, je nach dem, an welcher Seite des Ringkolbens der jeweilige Druck anliegt, eine Schaltung der Kühlmittelpumpe unter Überwindung der Federkraft der Druckfedern in eine Stellung bewirkt, bei der keine Förderung von Kühlmittel erfolgt. Beispielsweise wird der in der Ansauganlage herrschende Unterdruck zur Schaltung der Kühlmittelpumpe verwendet. Dabei ist die Federkraft der Druckfedern den jeweils herrschenden Bedingungen angepasst, insbesondere der Fläche des Ringkolbens und des zu erwartenden Unterdruckes in der Ansauganlage. Mit anderen Worten weisen die Druckfedern eine Federkonstante auf, die in Verbindung mit dem Ringkolben ein sicheres Abschalten der Förderung der Kühlmittelpumpe ermöglichen, wenn der jeweilige Unterdruck in der Ansauganlage am Ringkolben anliegt. Mit noch anderen Worten kann die durch die Druckfedern bedingte Gegenkraft, welche den Ventilschieber sowie den Außenzylinder in der Stellung halten, bei der eine Förderung von Kühlmittel erfolgt, nicht beliebig erhöht werden, da sonst der Unterdruck kein Schalten der Kühlmittelpumpe hin zu der Stellung bewirken kann, bei der keine Förderung von Kühlmittel erfolgt. Untersuchungen haben ergeben, dass beim Betrieb der Kühlmittelpumpe in der Stellung, bei der eine Förderung von Kühlmittel erfolgt, insbesondere bei hohen Drehzahlen der Kühlmittelpumpe ein Abheben oder Schwingen des Ventilschiebers auftritt, also die Gegenkraft der Druckfedern überwunden wird. Dadurch tritt neben den unerwünschten Schwingungen ein erhöhter Verschleiß am Ventilschieber auf. Aus den vorgenannten Überlegungen wird nochmals deutlich, dass die von den Druckfedern aufgebrachte Gegenkraft nicht beliebig erhöht werden kann, um ein Abheben und Schwingen des Ventilschiebers auch bei höheren Drehzahlen der Kühlmittelpumpe zu verhindern, da der Unterdruck in der Ansauganlage dann nicht mehr ausreichen würde, die Kühlmittelpumpe gezielt abzuschalten.
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Gemäß der
DE 10 2007 019 263 B3 ist eine Kühlmittelpumpe Stand der Technik, die sich dadurch auszeichnet, dass am Flügelrad zwischen dem Boden und der Deckscheibe eine Trennscheibe angeordnet ist, an deren Außenradius ein Dichtbund angeordnet ist, wobei am Boden eine Führungsplatte mit in dieser über den Umfang gleich verteilt angeordneten Bolzenführungsbohrungen angeordnet ist, und in der Führungsplatte zwischen den Bolzenführungsbohrungen, dem Flügelrad abgewandt, Federsitze angeordnet sind, und der Dichtbund radial den Außenrand der Deckscheibe überragt, und in den Bolzenführungsbohrungen linear gleitend Führungsbolzen angeordnet sind, die mit der Rückwand eines mit einem Ringmantel versehenen Schiebers verbunden sind.
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Gemäß der
DE 37 32 038 C2 ragt bei einer Pumpe jede Schaufel eines Schaufelrades verschiebbar in einen Schlitz, der in der Endfläche eines Deckels ausgeformt ist, welcher wiederum in Wirkverbindung mit einem Betätigungselement zur Einstellung des Förderstroms steht. Die Innenkontur eines Kranzabschnittes des Deckels ist so ausgeformt, dass sie im Wesentlichen der Außenkontur des Schaufelrades entspricht. Für jede Schaufel weist die Innenwand des Kranzabschnittes eine Schaufelkontaktfläche auf, die in Kontakt mit der Arbeitsfläche einer Schaufel kommen kann. Es sind weiterhin eine Umfangsfläche und eine Verbindungsfläche vorgesehen. Da die Schaufelkontaktflächen die Arbeitsflächen der Schaufeln berühren, verschwindet derjenige Bereich, in welchem Wasser im Hohlraum der Pumpe zwischen den beiden Flächen sich halten kann. Die Verbindungsfläche ist entweder als sich radial erstreckende Fläche oder als Fläche ausgebildet, die in Drehrichtung gesehen bei zunehmendem Radialabstand vom Drehzentrum immer weiter hervorspringt.
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Gemäß der
DE 10 2010 010 223 A1 ist eine Radialpumpe mit einem in einem Gehäuse gelagerten Laufrad Stand der Technik, mit einem Spaltringschieber, welcher zwischen dem Laufrad und einem Austrittsbereich axial verfahrbar ausgebildet ist, wobei zwischen dem Spaltringschieber und dem Gehäuse oder einem gehäusefesten Teil zumindest ein erstes Dichtelement angeordnet ist, wobei das erste Dichtelement in einer Schließposition des Spaltringschiebers an einer durch das Gehäuse oder den gehäusefesten Teil gebildeten ersten Dichtfläche dichtend anliegt, wobei das erste Dichtelement im Bereich eines ringförmigen Absatzes des Spaltringschiebers am Spaltringschieber angeordnet ist und in zumindest einer Öffnungsposition gegenüber der ersten Dichtfläche freigestellt ist, und wobei vorzugsweise zumindest ein zweites Dichtelement an einer laufradseitigen Stirnfläche des Spaltringschiebers angeordnet ist.
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Gemäß der
DE 10 2007 022 189 A1 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe Stand der Technik mit einem Pumpengehäuse, einer im Pumpengehäuse in einem Pumpenlager gelagerten, von einer Riemenscheibe angetriebenen Welle, einem auf einem freien, strömungsseitigen Ende dieser Welle drehfest angeordneten Flügelrad und einem druckbetätigten, durch eine Rückstellfeder federbelasteten Ventilschieber, welche sich unter anderem dadurch auszeichnet, dass im Pumpengehäuse an den gehäuseseitigen Enden von Stangenführungsbohrungen jeweils Überströmkammern angeordnet sind.
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Gemäß der
DE 10 2008 049 204 A1 ist ein Kühlsystem mit regelbarer Kühlmittelpumpe für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen bekannt, insbesondere für Nutz- oder Kraftfahrzeuge, mit einem Pumpenlaufrad und mit einem die Durchflussmenge regelnden Regelelement. Die Kühlmittelpumpe ist mehr-, insbesondere zweiflutig mit mehreren, insbesondere zwei, jeweils voneinander getrennten Kühlmittelkreisen zugeordneten Pumpenfluten ausgebildet, wobei wenigstens eine der Pumpenfluten mittels des Regelelementes hinsichtlich ihrer Förderleistung veränderlich ist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine schaltbare Kühlmittelpumpe bereitzustellen, bei der kein Abheben oder Schwingen des Ventilschiebers auftritt und dennoch eine einfache Schaltbarkeit der Kühlmittelpumpe möglich ist.
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Diese Aufgabe wird mittels einer schaltbaren Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird eine schaltbare Kühlmittelpumpe mit einem unter- oder überdruckbetätigten Ventilschieber vorgeschlagen, wobei der Ventilschieber mit Federelementen derart zusammenwirkt, dass der Ventilschieber durch eine Federkraft in einer Stellung gehalten wird, bei der eine Förderung von Kühlmittel erfolgt, wobei durch den zuschaltbaren Unter- oder Überdruck der Ventilschieber in eine Stellung bewegt werden kann, bei der keine Förderung von Kühlmittel erfolgt, wobei, wenn der Ventilschieber durch die Federkraft in der Stellung gehalten wird, bei der eine Förderung von Kühlmittel erfolgt, ein auf den Ventilschieber wirkender Unter- oder Überdruck zugeschaltet wird, der zu der Federkraft zusätzlich eine Kraft zum Halten des Ventilschiebers in der Stellung bewirkt, bei der eine Förderung von Kühlmittel erfolgt.
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Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß eine durch einen zusätzlichen zu- und abschaltbaren Unter- oder Überdruck bewirkte direkt oder indirekt auf den Ventilschieber wirkende, zu der Federkraft zusätzlich wirkende Federkraft bereitgestellt, so dass der Ventilschieber in der Stellung, bei der eine Förderung von Kühlmittel erfolgt, erfindungsgemäß vorteilhaft derart gehalten wird, dass ein Abheben und Schwingen des Ventilschiebers auch bei höheren Drehzahlen der Kühlmittelpumpe sicher vermieden werden kann.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft werden auf diese Weise unerwünschte Geräusche sowie ein erhöhter Verschleiß am Ventilschieber verhindert. Von besonderem Vorteil ist es erfindungsgemäß, wenn ein ohnehin in der Ansauganlage einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine vorherrschender Überdruck herangezogen wird, um zusätzlich in Richtung der Federkraft eine Kraft auf den Ventilschieber zum sicheren Halten des Ventilschiebers in der Stellung zu bewirken, bei der eine Förderung von Kühlmittel erfolgt. Dabei ist es insbesondere von Vorteil, dass ein Überdruck in der Ansauganlage einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine immer dann vorherrscht, wenn eine Belastung der Verbrennungskraftmaschine erfolgt und eine Förderung von Kühlmittel erfolgen muss und erfindungsgemäß eine Zusatzkraft zu der Federkraft auf den Ventilschieber zur Verfügung steht beziehungsweise bei geringer Belastung der Verbrennungskraftmaschine, wie zum Beispiel im Leerlauf oder im leerlaufnahem Bereich, auch bei einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine ein Unterdruck in der Ansauganlage vorherrscht, mit dem ein Schalten des Ventilschiebers in eine Stellung bewirkt werden kann, bei der keine Förderung von Kühlmittel erfolgen soll.
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Mit anderen Worten kann bei einer aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine zunächst durch Überwindung der Federkraft, die den Ventilschieber in der Stellung hält, in der eine Förderung von Kühlmittel erfolgt, mittels des in der Ansauganlage vorherrschenden Unterdruckes ein Schalten des Ventilschiebers in die Stellung erfolgen, in der keine Förderung von Kühlmittel erfolgt, beispielsweise im Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine, wobei sich mit steigender Belastung der Verbrennungskraftmaschine der Unterdruck verringert und sich der Ventilschieber bedingt durch die Federkraft wieder in die Stellung bewegt, in der eine Förderung von Kühlmittel erfolgt, wobei sich mit noch weiter steigender Belastung der Verbrennungskraftmaschine der Unterdruck in der Ansauganlage in einen Überdruck umkehrt, der dann erfindungsgemäß zusätzlich zu der Federkraft den Ventilschieber sicher in der Stellung hält, bei der eine Förderung von Kühlmittelt erfolgt.
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Mit noch anderen Worten ergänzen sich die Druckverhältnisse in der Ansauganlage einer Verbrennungskraftmaschine in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Ansatz einer zusätzlichen Haltekraft zu der Federkraft zur Vermeidung eines Abhebens des Ventilschiebers auf vorteilhafte Weise. Erfindungsgemäß kann jedoch ein Schaltventil in der Verbindungsleitung zwischen der Betätigung des Ventilschiebers der Kühlmittelpumpe anordnet sein, so dass entweder zumindest zeitweise ein Unterdruck zur Abschaltung der Kühlmittelpumpe aufrecht gehalten werden kann beziehungsweise ein Überdruck zum zusätzlichen Halten des Ventilschiebers aufrecht gehalten werden kann. Erfindungsgemäß können dazu auch Unter- und/oder Überdruckspeicher mit der Verbindungsleitung, dem Schaltventil, der Ansauganlage und der Kühlmittelpumpe zusammenwirken. Erfindungsgemäß können auch zwei unabhängige Verbindungsleitungen zwischen der Ansaugleitung und Kühlmittelpumpe vorgesehen sein, so dass ein unabhängiges Beaufschlagen des Ventilschiebers mit Unterdruck und Überdruck erfolgen kann. Auf diese Weise kann auch ein Überdruck zum erfindungsgemäßen Beaufschlagen des Ventilschiebers aus einer anderen Quelle als der Ansaugleitung herangezogen werden. Erfindungsgemäß kann jedoch auch sowohl ein Überdruck zum Abschalten der Kühlmittelpumpe als auch ein Überdruck zum Zuschalten und/oder zum zusätzlichen Beaufschlagen des Ventilschiebers herangezogen werden, wobei beispielweise die Seite des Angriffes des Überdruckes auf eine Membran oder einen Kolben zur Verschiebung des Ventilschiebers entsprechend gewechselt wird, beispielsweise durch das Öffnen und Schließen von Ventilen an gegenüberliegenden Seiten der Membran oder des Kolbens. Das Gleiche gilt sinngemäß für einen Unterdruck.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
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Hierbei zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe,
- 2: eine weitere schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe.
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Wie in 1 gezeigt, ist ein Flügel- oder Förderrad 1 einer Kühlmittelpumpe mit einer Welle 2 drehfest verbunden. Die Welle 2 ist mit einem Riemenrad 3 drehfest verbunden. Das Riemenrad 3 ist beispielsweise in einen bekannten Riementrieb einer Verbrennungskraftmaschine eingebunden, so dass eine Übertragung eines Drehmomentes von der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine über das Riemenrad 3 und die Welle 2 zu dem Förderrad 1 erfolgt. Wie in 1 weiterhin gezeigt, ist saugseitig des Förderrades 1 ein erster Kühlmittelanschluss 4 vorgesehen. Weiterhin ist druckseitig des Förderrades 1 ein zweiter Kühlmittelanschluss 5 vorgesehen. Wie in 1 dargestellt, wird das Förderrad 1 von einem Ventilschieber 6, der beispielsweise als Aussenzylinder ausgeführt ist, umschlossen, so dass keine Förderung von Kühlmittel vom ersten Kühlmittelanschluss 4 zum zweiten Kühlmittelanschluss 5 erfolgt. Der Ventilschieber 6 ist über Kolbenstangen 7 mit Kolben 8 verbunden. Die Kolben 8 sind in Zylindern 9 geführt. Weiterhin werden die Kolben 8 von Druckfedern 10, die sich an den Kolben 8 und dem Widerlager 11 abstützen, mit einer Federkraft F beaufschlagt, die in Richtung des Riemenrades 3 wirkt, so dass, wie in 2 gezeigt, der Ventilschieber 6 in Richtung des Riemenrades 3 verschoben wird und der Ventilschieber 6 nicht das Förderrad 1 umschließt und eine Förderung von Kühlmittel vom ersten Kühlmittelanschluss 4 zum zweiten Kühlmittelanschluss 5 erfolgt. Jedoch wird gemäß 1 die Federkraft F durch einen Unterdruck überwunden, der über die Verbindungsleitungen 12 an den Kolben 8 anliegt, so dass der Ventilschieber 6 in der Position steht, in der das Förderrad 1 umschlossen wird. Der Unterdruck wird beispielsweise der Ansauganlage einer Verbrennungskraftmaschine im Leerlauf oder bei Teillast entnommen, wobei eine Drosselklappe in der Ansauganlage zum Teil geschlossen ist und der Unterdruck stromabwärts der Drosselklappe entnommen wird. Mit anderen Worten werden gemäß 1 die Druckfedern 10 durch den Unterdruck zusammengepresst. Fällt der Unterdruck ab, nimmt der Ventilschieber 6 eine Position gegenüber dem Förderrad 1 ein, wie in 2 gezeigt, wobei die Druckfedern 10 expandieren. Erfindungsgemäß liegt nun in der Position, in welcher der Ventilschieber 6 das Förderrad 1 nicht umschließt, zusätzlich zu der Federkraft F der Druckfedern 10 ein Überdruck über die Verbindungsleitungen 12 an den Kolben 8 an. Der Überdruck wird beispielsweise der Ansauganlage einer Verbrennungskraftmaschine bei Teil- oder Vollast entnommen, wobei beispielsweise der Verdichter eines Abgasturboladers in der Ansauganlage angeordnet ist und der Überdruck stromabwärts des Verdichters von der Ansauganlage abgezweigt wird. Dadurch, dass der Überdruck an den Kolben 8 an dessen Unterseite beziehungsweise der in 2 gezeigten linken Seite der Kolben 8 in den Zylindern 9 angreift, wirkt zusätzlich zu der Federkraft F der Druckfedern 10 eine durch den Überdruck verursachte Zusatzkraft FZ in die gleiche Richtung wie die Federkraft F, so dass der Ventilschieber 6 so sicher in der Position gehalten wird, in der der Ventilschieber 6 das Förderrad 1 nicht umschließt, dass der Ventilschieber 6 nicht abhebt und/oder schwingt. Erfindungsgemäß kann zur Positionierung des Ventilschiebers 6 in die Stellung, wie in 1 gezeigt, auch ein Überdruck verwendet werden, der aus einer beliebigen Quelle, zum Beispiel aus dem Schmiermittelkreislauf bereitsteht, wobei der Überdruck dann rechts vom Kolben 8 anliegt und durch die Federkraft F der Druckfedern 10 überwunden wird, so dass der Ventilschieber 6 das Förderrad 1 umschließt. Zur Schaltung des Ventilschiebers 6 in die Stellung wie in 2 gezeigt, kann dann der Überdruck wiederum von der rechten auf die linke Seite der Kolben 8 umgelegt werden, beispielsweise mittels eines geeigneten Ventils, so dass die Kolben 8 nach rechts bewegt werden und zusätzlich zu der Federkraft F eine durch den Überdruck bedingte Zusatzkraft FZ in die gleiche Richtung wie die Federkraft F wirkt und der Ventilschieber 6, wie vorangehend beschrieben, sicher in der Position gehalten wird, in der eine Förderung von Kühlmittel erfolgt.
