DE102010046448A1

DE102010046448A1 - Abdichtung für eine regelbare Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: DE102010046448A1
Application number: DE201010046448
Authority: DE
Inventors: Markus POPP; Eduard Golovatai-Schmidt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2012-03-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flügelradpumpe, die als regelbare Kühlmittelpumpe (1) ausgeführt und für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine bestimmt ist. Die Kühlmittelpumpe (1) umfasst ein Pumpengehäuse (2) mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Pumpenwelle (3), die drehfest mit einem Flügelrad (4) verbunden ist Ein dem Flügelrad (4) zugehöriger Pumpendeckel (8) ist in einer Aufnahme (14) des Pumpengehäuses spielbehaftet eingesetzt. Durch eine Rotation des Flügelrades (4) wird ein Kühlmittel aus einem Sauganschluss (5) in einen Ringkanal (7) gefördert, wobei zur Einflussnahme auf ein Fördervolumen der Kühlmittelpumpe (1) ein Leitblech (9) zwischen einer Rückwand (11) und dem Pumpendeckel (8) des Flügelrades (4) verschiebbar ist. Das Leitblech (9) ist dazu an einer Schubstange (10) fixiert, die in der als Hohlwelle ausgebildeten Pumpenwelle (3) geführt ist. Zur Abdichtung eines Ringspaltes (16) zwischen dem Pumpendeckel (8) und dem Pumpengehäuse (2) ist zumindest ein separates Dichtelement (12) oder eine elastische Dichtung (20) vorgesehen und/oder eine einer Spaltsströmung des Kühlmittels entgegenwirkende Struktur auf dem Pumpendeckel (8).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Flügelradpumpe, die als regelbare Kühlmittelpumpe ausgeführt ist und für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine bestimmt ist. Der Aufbau der Flügelradpumpe umfasst ein Pumpengehäuse sowie eine als Hohlwelle ausgebildete Pumpenwelle, die mit einem Flügelrad verbunden ist. Ein dem Flügelrad zugehöriger Pumpendeckel ist in einer Aufnahme des Pumpengehäuses spielbehaftet eingesetzt. Eine Rotation des Flügelrades fördert ein Kühlmittel aus einem Sauganschluss über das Flügelrad in einen Ringkanal der Flügelradpumpe. Zur Einflussnahme auf ein Fördervolumen der Flügelradpumpe ist ein Leitblech zwischen einer Rückwand und einem Pumpendeckel des Flügelrades verschiebbar angeordnet, das an einer in der als Hohlwelle ausgebildeten Pumpenwelle axial verschiebbaren Schubstange fixiert ist.
Kühlmittelpumpen werden zur Kühlung der Brennkraftmaschinen eingesetzt und zur Verkürzung der Kaltlaufphase. Nach einem Start einer abgekühlten Brennkraftmaschine ist es von Vorteil, wenn zunächst keine zwangsweise Zirkulation des Kühlmittels erfolgt, um die Betriebstemperatur kurzfristig zu erreichen. Diese Maßnahme reduziert Reibungsverluste, verbessert gleichzeitig die Emissionswerte in dieser Betriebsphase und verlängert die Lebensdauer der Brennkraftmaschine. 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.
Aus der DE 199 01 123 A1 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe mit einem offenen Flügelrad bekannt. Über eine Verstelleinrichtung ist ein die Flügel des Flügelrades übergreifender und damit die wirksame Flügelbreite beeinflussender Schieber stufenlos axial beweglich einstellbar. In der US 1 813 747 A ist eine Radialpumpe offenbart, 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.
Um eine schnelle Erwärmung der Brennkraftmaschine zu erreichen bzw. die Betriebstemperatur gezielt einstellen zu können, werden regelbare Kühlmittelpumpen eingesetzt. Damit kann bedarfsabhängig der benötigte Förderstrom eingestellt werden. Bei bekannten Lösungen kann der Volumenstrom im geschlossenen Zustand der Kühlmittelpumpe über Spaltmaße oder einen Ringspalt zwischen dem Pumpengehäuse und der Pumpendeckelscheibe eingestellt werden, wobei der Ringspalt von Fertigungstoleranzen und der Wärmedehnung der beteiligten Bauteile abhängig ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine regelbare Kühlmittelpumpe eine Abdichtung so auszulegen, um bei Bedarf eine Nullförderung zu realisieren.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein separates, insbesondere dem Pumpendeckel zugeordnetes Dichtelement gelöst, das den sich bildenden Ringspalt zwischen dem Pumpengehäuse und dem Pumpendeckel abdichtet. Alternativ oder ergänzend zu dem Dichtelement ist auf dem Pumpendeckel außenseitig eine Struktur angeordnet, die einer Spaltsströmung des Kühlmittels entgegenwirkt. Die Anwendung einer erfindungsgemäßen Maßnahme oder die Kombination von zwei getrennten erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Abdichtung des Ringspaltes ermöglicht eine gewünschte Nullförderung für eine Kühlmittelpumpe, mit einem variabel einstellbaren Volumen- oder Förderstrom. Eine nachteilige Zirkulation des noch nicht betriebswarmen Kühlmittels innerhalb der Brennkraftmaschine wird damit unterbunden. Die damit verkürzte Kaltlaufphase und schnellere Erreichung der Betriebstemperatur verringert den Zeitraum zur Beheizung des Fahrgastraums, reduziert die Reibung und bewirkt folglich eine Energieeinsparung.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, außenseitig auf dem Pumpendeckel, insbesondere in einem konisch aufgeweiteten Abschnitt eine Gewindekontur vorzusehen. Dazu bietet es sich bspw. an, zueinander beabstandete gewundene Stege oder Wandungen so anzuordnen, dass diese eine einem Gewinde entsprechende Kontur bilden. Durch eine Variation der Länge, Höhe und Steigung der Wandungen oder Stege kann die Gewindeform und Gewindetiefe beeinflusst werden, um eine maximale Rückförderung eines Kühlmittelstroms zu gewährleisten, die einer Spaltsströmung zwischen dem Pumpendeckel und dem Pumpengehäuse entgegenwirkt. Zusätzlich oder alternativ zu dem konisch aufgeweiteten Abschnitt kann die erfindungsgemäße Gewindekontur außenseitig auf dem zylindrischen Abschnitt des Pumpendeckels angeordnet werden.
Als Dichtelement ist bevorzugt eine elastische Dichtung vorgesehen, die in einer umlaufenden, radial ausgerichteten Ringnut des Pumpendeckels eingesetzt, dichtend an einer Gegenkontur des Pumpengehäuses abgestützt ist. Dazu weist die Dichtung im nicht eingebauten Zustand einen geringfügig größeren Durchmesser auf als die zugehörige Bohrung im Pumpengehäuse, so dass in der Einbaulage die Dichtung vorgespannt angeordnet ist. Durch die sich im Betriebzustand einstellende Druckdifferenz zwischen dem Saugmund und der Druckseite der Kühlmittelpumpe liegt die elastische Dichtung an einer Nutwandung der Ringnut an, wodurch ein Volumenstrom, eine Spaltströmung zwischen dem Pumpendeckel und dem Pumpengehäuse verhindert wird.
Für das erfindungsgemäße Dichtelement eignet sich insbesondere eine Abdichtung, die zwei entgegengesetzt gespreizte Dichtlippen umfasst, die über einen Dichtungsrücken verbunden sind. Im Einbauzustand ist die Abdichtung über den Dichtungsrücken in der Ringnut des Pumpendeckels fixiert, wobei die Dichtlippen vorgespannt an einer Innenseite von dem zylindrischen Abschnitt des Pumpengehäuses abgestützt sind. Alternativ zu einem Dichtlippen einschließenden Dichtelement sind erfindungsgemäß auch andere Dichtelemente einsetzbar wie beispielsweise ein O-Ring oder ein Quadring.
Als Maßnahme zur Vermeidung einer unzulässigen Dehnung des Dichtelementes bei der Montage kann gemäß der Erfindung ein diagonal geschlitztes Dichtelement eingesetzt werden. Bevorzugt sind die Enden des Dichtelementes im Bereich der Trennstelle durch ein Ringschloss verbunden.
Alternativ zu einem einteiligen Aufbau schließt die Erfindung ein armiertes Dichtelement ein, bei dem bspw. die Armierung zur Versteifung des Dichtungsgegenelementes bspw. in einem Dichtungsrücken eingebracht ist.
Die Erfindung schließt weiterhin eine dem größten Durchmesserbereich des Pumpendeckels zugeordnete elastische Dichtung ein, die bei geschlossener Kühlmittelpumpe dichtend an dem Leitblech abgestützt ist und die gleichzeitig den Ringspalt zwischen dem Pumpendeckel und dem Pumpengehäuse abdichtet. Dazu umgreift die Dichtung die äußere Kontur von dem Pumpendeckel. Diese elastische Dichtung kann zusätzlich oder alternativ zu dem in einer Ringnut eines zylindrischen Bereichs des Pumpendeckels eingesetzten Dichtelements eingesetzt werden.
Als Werkstoff für das Dichtelement sowie die Dichtung ist bevorzugt ein Kunststoff, insbesondere PEEK vorgesehen, wobei das Dichtelement und die Dichtung als ein Mehrkomponentenbauteil oder Spritzgussteil ausgeführt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
Es zeigen:
1 in einer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe;
2 einen Ausschnitt der Kühlmittelpumpe gemäß 1;
3 in einer Ansicht ein erfindungsgemäß gestaltetes Flügelrad der Kühlmittelpumpe gemäß 1;
4 ein alternativ zu 3 gestaltetes Flügelrad.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In der 1 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe 1 in einer Schnittdarstellung abgebildet, die ein Pumpengehäuse 2 umfasst, in dem eine als Hohlwelle ausgebildete Pumpenwelle 3 gelagert ist, die drehstarr mit einem Flügelrad 4 verbunden ist. Im Betriebszustand der Kühlmittelpumpe 1 bei rotierendem Flügelrad 4 strömt das Kühlmittel axial über einen Sauganschluss 5 zu dem Flügelrad 4 und wird radial über Flügel 6 in einen Ringkanal 7 geleitet. Dabei bildet ein mit dem Flügelrad 4 verbundener Pumpendeckel 8 einen Übergang zu dem Sauganschluss 5. Zur Beeinflussung des Fördervolumens der Kühlmittelpumpe 1 ist dem Flügelrad 4 ein axial verschiebbares Leitblech 9 zugeordnet, das an einer in der Hohlwelle 3 geführten Schubstange 10 fixiert ist. An dem vom Flügelrad 4 abgewandten Ende ist die Schubstange 10 mit einer in 1 nicht abgebildeten Verstelleinheit verbunden, über die das Leitblech 9 zwischen zwei Endlagen an dem Pumpendeckel 8 bzw. an einer Rückwand 11 sowie in beliebigen Zwischenstellungen einstellbar ist. Gemäß 1 ist das Leitblech 9 in der Endlage unmittelbar an der Rückwand 11 abgestützt, wodurch sich die größte Öffnung und damit ein maximales Fördervolumen der Kühlmittelpumpe 1 einstellt.
Die 2 zeigt einen Ausschnitt der Kühlmittelpumpe 1, wobei das Leitblech 9 zur Erreichung einer angestrebten Nullförderung der Kühlmittelpumpe 1 über die Verstelleinheit an dem Pumpendeckel 8 abgestützt ist. Zur Vermeidung einer nachteiligen, durch den Pfeil dargestellten Spaltsströmung in einem Ringspalt 16 zwischen dem rotierenden Pumpendeckel 8 und dem Gehäuse 2 ist ein Dichtelement 12 vorgesehen, das in einer Ringnut 13 des Pumpendeckels 8 eingesetzt und dichtend an einer zylindrischen Aufnahme 14 des Pumpengehäuses 2 abgestützt ist. Das Dichtelement 12 umfasst zwei V-förmig gespreizte Dichtlippen, die über einen Dichtungsrücken 15 verbunden sind. Alternativ oder ergänzend zu dem Dichtelement 12 kann erfindungsgemäß in einem größten Durchmesserbereich des Pumpendeckels 8 eine elastische Dichtung 20 eingebracht werden, die sich dichtend an dem Pumpengehäuse 2 abstützt. Die den Pumpendeckel 8 umgreifende Dichtung 16 bildet damit gleichzeitig in einer Endlage eine wirksame Abdichtung zwischen dem Leitblech 9 und dem Pumpendeckel 8.
Die 3 und 4 zeigen jeweils in einer Ansicht das Flügelrad 4 mit erfindungsgemäßen Maßnahmen, die einer Spaltsströmung zwischen dem Pumpendeckel 8 und dem Pumpengehäuse 2 entgegenwirken.
Gemäß der 3 umfasst der Pumpendeckel 8 in einem konisch aufgeweiteten Abschnitt 19 geneigt oder schräg angeordnete, eine Gewindekontur 17 bildende Stege 18. Die einem Rechtsgewinde entsprechende Gewindekontur 17 bewirkt für ein im Uhrzeigersinn umlaufendes Flügelrad 4 eine stetige Rückförderung des in den Ringspalt 16 eintretenden Kühlmittels. Die Gewindekontur 17 des Pumpendeckels 8 kann mit dem elastischen Dichtelement 12 oder der elastischen Dichtung 20 kombiniert werden.
Der Pumpendeckel 8 gemäß der 4 schließt zur Bildung einer Gewindekontur 21 auf einem zylindrischen Abschnitt angeordnete Stege 22 ein. Die Neigung der Stege 22 bilden ebenfalls ein Rechtsgewinde, das einer Spaltsströmung für ein im Uhrzeigersinn umlaufendes Filterrand 4 entgegenwirkt.
Bezugszeichenliste

1: Kühlmittelpumpe
2: Pumpengehäuse
3: Pumpenwelle
4: Flügelrad
5: Sauganschluss
6: Flügel
7: Ringkanal
8: Pumpendeckel
9: Leitblech
10: Schubstange
11: Rückwand
12: Dichtelement
13: Ringnut
14: Aufnahme
15: Dichtungsrücken
16: Ringspalt
17: Gewindekontur
18: Steg
19: Abschnitt
20: Dichtung
21: Gewindekontur
22: Steg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19901123 A1 [0003]
US 1813747 A [0003]

Claims

Flügelradpumpe, ausgeführt als regelbare Kühlmittelpumpe (1), die für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine bestimmt ist, mit einem Pumpengehäuse (2), einer als Hohlwelle ausgebildeten Pumpenwelle (3), einem drehfest mit der Pumpenwelle (3) verbundenen Flügelrad (4), dessen zugehöriger Pumpendeckel (8) in einer Aufnahme (14) des Puppengehäuses spielbehaftet eingesetzt ist und eine Rotation des Flügelrades (4) ein Kühlmittel aus einem Sauganschluss (5) über das Flügelrad (4) in einen Ringkanal (7) fördert, wobei zur Einflussnahme auf ein Fördervolumen der Kühlmittelpumpe (1) ein Leitblech (9) zwischen einer Rückwand (11) und dem Pumpendeckel (8) des Flügelrades (4) verschiebbar ist, das an einer Schubstange (10) fixiert ist, die in der als Hohlwelle ausgebildeten Pumpenwelle (3) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung eines Ringspaltes (16) zwischen dem Pumpendeckel (8) und dem Pumpengehäuse (2) zumindest ein separates Dichtelement (12) oder eine elastische Dichtung (20) vorgesehen ist und/oder der Pumpendeckel (8) außenseitig eine einer Spaltsströmung des Kühlmittels entgegenwirkende Struktur aufweist.
Flügelradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpendeckel (8) in einem konisch aufgeweiteten Abschnitt (19) außenseitig geneigt ausgerichtete, eine Gewindekontur (17) bildende Stege (18) aufweist.
Flügelradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zylindrischer Abschnitt des Pumpendeckels (8) außenseitig eine Gewindekontur (21) bildende Stege (22) aufweist.
Flügelradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elastisches Dichtelement (12) in einer umlaufenden Ringnut (13) des zylindrischen Abschnitts des Pumpendeckels (8) integriert ist, die dichtend an der Aufnahme (14) des Pumpengehäuses (2) abgestützt ist.
Flügelradpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwei Dichtlippen einschließendes Dichtelement (12) vorgesehen ist, das mit einem Dichtungsrücken (15) in der Ringnut (13) des Pumpendeckels (8) eingesetzt ist.
Flügelradpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung des Ringspaltes (16) ein diagonal geschlitztes Dichtelement (12) vorgesehen ist.
Flügelradpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Versteifung das Dichtelement (12) eine Armierung einschließt.
Flügelradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem größten Durchmesserbereich des Pumpendeckels (8) eine elastische Dichtung (20) zugeordnet ist, die bei geschlossener Kühlmittelpumpe (1) dichtend an dem Leitblech (9) abgestützt ist und die gleichzeitig den Ringspalt (16) zwischen dem Pumpendeckel (8) und dem Pumpengehäuse (2) abdichtet.
Flügelradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für das Dichtelement (12) sowie die Dichtung (20) als Werkstoff Kunststoff, insbesondere PEEK vorgesehen ist.
Flügelradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (20) sowie das Dichtelement (12) als Mehrkomponententeil oder als Spritzgussteil ausgeführt sind.