DE102010052996A1

DE102010052996A1 - Pumpe, insbesondere zum Fördern eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010052996A1
Application number: DE102010052996A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dembinski; Thomas Spiess; Michael Hiller; Jürgen Russmann; Christian Achathaler
Original assignee: TCG Unitech Systemtechnik GmbH; Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: TCG Unitech Systemtechnik GmbH; Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: DE102010052996B4

Abstract

Eine Pumpe (10), insbesondere zum Fördern eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, enthält ein Pumpengehäuse (20) mit einer Einlassöffnung (21), einer Auslassöffnung (22) und einer Pumpenkammer (24), ein in der Pumpenkammer (24) aufgenommenes, drehantreibbares Schaufelrad (30), einen relativ zu dem Pumpengehäuse bewegbar an diesem angebrachten Schieber (40) zum Verstellen eines Durchströmquerschnitts zwischen der Einlassöffnung (21) und der Aundene Verstelleinrichtung (50) zum Verstellen des Schiebers, wobei die Verstelleinrichtung (50) in einer mit dem Pumpeninneren verbundenen Verstelleinrichtungskammer (26) des Pumpengehäuses (20) aufgenommen ist und ein temperatursensitives Ausdehnelement (51) enthält, das mit einer zunehmenden Temperatur, eine Verstellung des Schiebers (40) in Richtung einer Zunahme des Durchströmquerschnitts bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Pumpe zum Fördern eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine.
Zum Zwecke der Kraftstoffeinsparung bei einem Kraftfahrzeug gibt es verschiedene Ansätze, die Fördermenge einer Pumpe für Kühlmittel des Verbrennungsmotors zu steuern, damit der Motor schneller seine Betriebstemperatur erreicht oder diese beibehält. Mechanische Einrichtungen bieten in der Regel aufgrund eines einfacheren Aufbaus Kostenvorteile gegenüber einer elektrisch betriebenen Kühlmittelpumpe. Dabei kann die Fördermengenregelung durch einen Dreh- oder Längsschieber erfolgen. Der Verstellmechanismus kann durch elektrische Aktuatoren oder durch Unterdrucksysteme realisiert werden.
Aus der DE 199 01 123 A1 ist eine regelbare Radialpumpe zum Fördern eines Kühlmittels bekannt, die eine Verstelleinrichtung zur Regelung des zu fördernden Kühlmittels aufweist. Die Verstelleinrichtung ist mit einer um ein Pumpenrad angebrachten Hülse wirkverbunden, die in axialer Richtung verschiebbar ist und dabei die wirksame Fläche der Schaufeln des Pumpenrades verändert. Die Verstellbewegung wird über ein in der Pumpenradnabe angeordnetes temperatursensitives Element gesteuert. Die gesamte Verstelleinrichtung dreht integral mit dem Pumpenrad.
Die DE 10 2005 056 199 A1 offenbart eine Kühlmittelpumpe zum Steuern der Kühlmitteltemperatur eines Verbrennungsmotors mit einem Stellelement zum Einstellen einer Förderleistung der Pumpe. Das Stellelement ist ein Wachsthermostat der in die Antriebswelle des Flügelrades der Pumpe integriert ist und die Länge der Antriebswelle verändert.
Die DE 10 2008 015 707 A1 beschreibt eine Wasserpumpe, die eine größere Antriebskraft erzeugt, wenn ein Druck in einer Druckkammer zunimmt. Die Druckkammer ist mit einem Vakuumschaltventil verbunden, das ein temperaturempfindliches Wachsgehäuse mit einem Wachs enthält. Das Wachsvolumen nimmt zu, wenn die Temperatur eines Kühlmittels für die Brennkraftmaschine ansteigt, was bewirkt, dass das Vakuumschaltventil den Druck in der Druckkammer erhöht.
Die DE 10 2006 034 960 B4 beschreibt eine Kühlmittelpumpe einer Verbrennungskraftmaschine mit einem in einem Gehäuse dehbaren Pumpenrad, wobei das Gehäuse einen Kühlmitteleinlass und zwei getrennte Kühlmittelauslässe aufweist. Ein Ventilschieber ist zwischen mindestens drei Schieberstellungen beweglich, wobei in einer ersten Schieberstellung beide Kühlmittelauslässe geöffnet sind, in einer zweiten Schieberstellung einer der beiden Kühlmittelauslässe geöffnet und der andere geschlossen ist und in der dritten Schieberstellung beide Kühlmittelauslässe geschlossen sind. Der Ventilschieber ist mittels eines Stellorgans gegen die Kraft einer Rückstellfederaus der ersten Schieberstellung in Richtung der dritten Schieberstellung beweglich. Das Stellorgan umfasst eine koaxial zur Drehachse des Pumpenrads angeordnete, die Pumpenwelle ringfömig umgebende Magnetspule. Alternativ kann das Stellorgan ein mechanisch betätigbares Stellglied oder einen elektrischen Stellmotor umfassen.
Die DE 10 2008 006 451 A1 beschreibt eine Kühlmittelpumpe mit integriertem Stellventil für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine. Die Kühlmittelpumpe weist ein in das Pumpengehäuse integriertes Stellventil zum Steuern oder Regeln eines Kühlmittelstroms durch einen Kühlkreislauf sowie ein Betätigungsorgan zum Betätigen des Stellventils auf. Die Förderleistung der Kühlmittelpumpe ist mittels des Betätigungsorgans veränderbar, ohne einen zusätzlichen Aktuator zur Veränderung der Förderleistung zu erfordern. Das Betätigungsorgan wird von einer drehbaren Abtriebswelle eines Stellmotors gebildet. Durch eine Betätigung des Betätigungsorgans wird ein in axialer Richtung eines Pumpenrades der Kühlmittelpumpe beweglicher Schieber, der drehfest und axial im Pumpengehäuse montiert ist, zwischen zwei Endstellungen verfahren.
Die Druckschrift DE 103 44 309 A1 beschreibt eine Förderpumpe für Kühlmittel von Brennkraftmaschinen, bei der zur Fördermengenänderung ein Schieber vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von Motorkenngrößen verschiebbar ist, wodurch der effektive Förderraum der Förderpumpe veränderbar ist. Dabei ist der Schieber ein axial auf der Antriebswelle verschiebbarer und mitrotierender Schieber. Die Bewegung des Schiebers erfolgt mittels eines außerhalb des Pumpengehäuses angeordneten, die Motortemperatur erfassenden Stellgliedes.
Aus der DE 10 2008 059 462 A1 , von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgegangen wird, ist eine Radialpumpe mit einem in einem Gehäuse drehbaren Laufrad und einem Spaltringschieber bekannt, der um die Achse des Laufrades drehbar und axial verschiebbar in dem Gehäuse gelagert ist. Mit Hilfe des Spaltringschiebers kann die Größe des Austrittsbereiches der Pumpe verändert werden. Die Verstellung des Spaltringschiebers erfolgt über eine gewinde oder rampenartige Gewindeführung zwischen dem Spaltringschieber und dem Gehäuse und eine Verdreheinrichtung, die eine im Gehäuse quer zum Spaltringschieber geführte Verstellstange aufweist, die mittels einer außerhalb des Gehäuses angeordneten Betätigungsvorrichtung verstellbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine kostengünstige und zuverlässige Pumpe zu schaffen, deren Fördermenge abhängig von der Temperatur der zu fördernden Flüssigkeit veränderbar ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Pumpe ist die Verstelleinrichtung in die Pumpe integriert und enthält als ein wesentliches Betätigungselement ein temperatursensitives Ausdehnelement, das mit zunehmender Temperatur eine Erhöhung des Durchströmquerschnitts der Pumpe bewirkt. Eine externe Steuerung ist nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Pumpe baut kompakt und ihre von der Temperatur der geförderten Flüssigkeit abhängige Fördermenge wird sehr zuverlässig gesteuert.
Die Unteransprüche 2 bis 5 sind auf vorteilhafte Ausführungen der Verstelleinrichtung gerichtet.
Mit dem Merkmal des Anspruchs 6 ist gewährleistet, dass die Pumpe im weitgehend kalten Zustand bei hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine auf einen hohen Durchströmquerschnitt eingestellt wird.
Die Ansprüche 7 bis 12 kennzeichnen vorteilhafte Ausführungen des Schiebers.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 13 wird erreicht, dass das Ausdehnelement der Verstelleinrichtung und damit der Durchströmquerschnitt der Pumpe nicht alleine in Abhängigkeit von der Temperatur der Flüssigkeit gesteuert werden.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 14 ist gewährleistet, dass auch im kalten Zustand ein Mindestdurchströmquerschnitt vorhanden ist.
Mit den Merkmalen der Ansprüche 15 und 16 ist gewährleistet, dass die Verstelleinrichtungskammer von der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit durchströmt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
1 eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe,
2 eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe,
3A und 3B jeweils eine vergrößerte Darstellung einer Verstelleinrichtung der Pumpe aus 2,
4A und 4B jeweils eine geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe,
5A und 5B jeweils eine geschnittene Seitenansicht und eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe mit geschlossenem Schieber,
6A und 6B jeweils eine geschnittene Seitenansicht und eine teilweise geschnittene Vorderansicht der Pumpe aus 5 mit teilweise geöffnetem Schieber, und
7A und 7B jeweils eine geschnittene Seitenansicht und eine teilweise geschnittene Vorderansicht der Pumpe aus 5 mit vollständig geöffnetem Schieber.
1 zeigt eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe 10 zum Fördern eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine. Die Pumpe 10 weist ein Pumpengehäuse 20 mit einer Einlassöffnung 21 und einer Auslassöffnung 22 auf. In einer in dem Pumpengehäuse 20 ausgebildeten Pumpenkammer 24 ist ein mit einer sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckenden Welle drehfest verbundenes Schaufelrad 30 angeordnet. Der Antrieb der Weile erfolgt unmittelbar von der zu kühlenden Brennkraftmaschine, beispielsweise mittels eines Riemens.
Bei der Drehung des Schaufelrads 30 strömt das zu fördernde Kühlmittel in an sich bekannter Weise durch die Einlassöffnung 21 in die Pumpenkammer und wird durch die Drehung der Schaufeln des Schaufelrads 30 durch eine die Pumpenkammer umgebende Druckschnecke 32 (4) in radialer Richtung zu der Auslassöffnung 22 gefördert.
In 1 ist weiter eine Verstelleinrichtung 50 dargestellt, die in einer in einem Gehäuseansatz 34 des Pumpengehäuses 20 ausgebildeten Verstelleinrichtungskammer 26 aufgenommen ist und ein temperatursensitives Ausdehnelement 51 enthält, das mit einem linear beweglichen Stellglied 52 zusammenwirkt. Das Stellglied 52 ist mit einem ringförmigen Schieber 40 gekoppelt, der koaxial zu dem Schaufelrad 30 drehbar und in axialer Richtung bewegbar an dem Pumpengehäuse 20 im Einlass in die Druckschnecke 32 angebracht ist.
Die Verstelleinrichtungskammer 26 ist über einen von einem Bereich strömungsabwärts der Pumpenkammer 24 ausgehenden Einlasskanal 28a und über einen von einem Bereich strömungsaufwärts der Pumpenkammer 24 ausgehenden Auslasskanal 28b mit dem Pumpeninneren verbunden. Auf diese Weise wird die Temperatur des temperatursensitiven Ausdehnelements 51 an die Temperatur des durch die Pumpe 10 strömenden Kühlmittels angeglichen. Bei einer Erhöhung der Temperatur des Kühlmittels dehnt sich das temperatursensitive Element 51 aus und bewirkt eine lineare Verstellbewegung des Stellgliedes 52, wie in 1 durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Wie aus 1 ersichtlich ist, bewirkt die lineare Verstellbewegung des Stellglieds 52 eine Drehung des Ringschiebers 40 um die gemeinsame Achse des Ringschiebers und des Schaufelrads.
Der Ringschieber 40 weist an seiner Außenseite wenigstens eine Spiralnut auf, in die wenigstens ein gehäusefester Führungsstift einragt. Auf diese Weise bewirkt die Drehung des Ringschiebers 40 eine Verschiebung des Ringschiebers 40 in axialer Richtung.
Die in 2 dargestellte Ausführungsform zeigt eine Verstelleinrichtung 50, die zusätzlich ein Heizelement 53 zum Erhöhen der Temperatur des Ausdehnelements 51 aufweist. Das Heizelement 53 ist mit einer nicht gezeigten externen Steuerung verbunden, die eine Heizleistung abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine steuert.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die Verstelleinrichtungskammer 26 über einen Durchlass 27 mit dem Pumpeninneren, beispielsweise der Druckschnecke 32, verbunden. Die gestrichelte Linie L in 2 deutet eine Kontur der Druckschnecke 32 an, die in an sich bekannter Weise die Verbindung zwischen der Pumpenkammer 24 und der Auslassöffnung 22 herstellt.
3A und 3B zeigen eine vergrößerte Darstellung der Verstelleinrichtung von 2. Die Versteileinrichtung 50 weist einen bewegbaren Hohlzylinder 54 mit einem geschlossenen Ende, von dem das Stellglied 52 in Form einer starr mit dem Stirnende des Hohlzylinders 54 verbundenen Stange vorsteht, und einem offenen Ende 54a auf. In das offene Ende 54a des Hohlzylinders 54 ist eine Führungsbuchse 56 mit einer axialen Bohrung 56a eingesetzt, durch die eine an einer Stirnwand der Verstelleinrichtungskammer 26 befestigte Stange 58 dichtend hindurchgeführt ist. Ein zwischen der Innenwand des Hohlzylinders 54, der Führungsbuchse 56 und der Stange 58 ausgebildeter Hohlraum ist vorzugsweise vollständig mit dem Ausdehnelement 51, das beispielsweise ein Thermowachs ist, gefüllt.
Das offene Ende des Hohlzylinders 54 und die Führungsbuchse 56 werden von einem an dem Hohlzylinder befestigten Federhalter 57 übergriffen, der von der Stange 58 durchragt wird und der einen Ringflansch 57a zum Abstützen einer den Hohlzylinder 54 umgebenden Schraubenfeder 55 aufweist.
Das andere Ende der Schraubenfeder 55 stützt sich an einer gehäusefesten Federhalteeinrichtung 59 ab, die den Hohlzylinder 54 umgibt. Die Schraubenfeder 55 spannt den Hohlzylinder 54 in Richtung zur Stirnwand der Verstelleinrichtungskammer 26 vor.
Das Heizelement 53 ist an dem die Stirnwand der Verstelleinrichtungskammer durchragenden Ende der Stange 58 angeordnet und kann mittels Wärmeleitung der Stange 58 die Temperatur des Ausdehnelements 51 erhöhen.
An dem freien Ende des Stellglieds 52 ist ein sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckender Führungsabschnitt ausgebildet, der einen Führungskanal 60 aufweist. Durch den Führungskanal 60 ist eine mit dem Ringschieber 40 verbundene Führungsstange 62 hindurchgeführt, so dass er bei seiner Verdrehung eine axiale Bewegung ausführen kann.
Wie in 3B gezeigt, nimmt bei einer Temperaturerhöhung das Volumen des Ausdehnelements 51 zu, und der Hohlzylinder 54 wird durch die Ausdehnung des Ausdehnelements 51 in Richtung weg von der Stirnwand der Verstelleinrichtungskammer 26 gedrückt. Durch die Bewegung des Hohlzylinders 54 weg von der Stirnwand der Verstelleinrichtungskammer 26 wird die Schraubenfeder 55 zusammengedrückt, so dass bei einer Abkühlung, d. h. einer Verringerung des Volumens des Ausdehnelements 51, der Hohlzylinder 54 in Richtung zur Stirnwand der Verstelleinrichtungskammer 26 bewegt wird. In 3B ist der maximale Arbeitsweg d der Verstellbewegung gezeigt.
Die 4A und 4B zeigen die Verstellung des Schiebers 40 in Richtung einer Zunahme des Durchströmquerschnitts der Pumpe bei einer Ausdehnung des Ausdehnelements 51.
4A zeigt den Zustand niedriger Temperatur des Kühlmittels. In diesem Fall umgibt der Schieber 40 das Schaufelrad 30 in axialer Richtung fast vollständig oder vollständig und verschließt so einen Durchgang 23 zwischen der Pumpenkammer 24 und der Druckschnecke 32. Daher wird bei einer Drehung des Schaufelrads 30 nur wenig oder überhaupt kein Kühlmittel aus der Pumpenkammer 24 in die Druckschnecke 32 gefördert.
Bei einer Erhöhung der Temperatur des Kühlmittels oder einem Beheizen mittels des Heizelements 53 dehnt sich das Ausdehnelement 51 aus und bewirkt die vorstehend beschriebene, mit einer Drehung verbundene axiale Verschiebung des Ringschiebers 40 in einen in dem Pumpengehäuse 20 vorgesehenen Aufnahmeraum in Form einer Ringnut hinein. Dadurch wird der Durchgang zwischen der Pumpenkammer 24 und der Druckschnecke 32 zunehmend freigegeben, was den Durchströmquerschnitt der Pumpe 10 erhöht. Nun wird bei einer Drehung des Schaufelrads 30 das gesamte Kühlmittelvolumen in der Pumpe 10 erfasst, was in 4B dargestellt ist, und Kühlmittel von der (nicht gezeigten) Einlassöffnung 21 zu der Auslassöffnung 22 gefordert.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ohne das Heizelement 53 wird die Verstelleinrichtung 50 dadurch betätigt, dass sich die Temperatur des Ausdehnelements 51 an die Temperatur des Kühlmittels in der Verstelleinrichtungskammer 26 angleicht. Damit dies gewährleistet ist, und auch, um Heißstellen in der Brennkraftmaschine zu vermeiden, muss eine minimale Förderleistung aufrechterhalten werden. Zu diesem Zweck ist bei der in 4A gezeigten Stellung des Ringschiebers 40 eine Öffnung (z. B. ein Spalt) zwischen dem gemäß 4 rechten Rand des Ringschiebers 40 und der gegenüberliegenden Wand des Pumpengehäuses vorgesehen, so dass etwas Kühlmittel durch die Pumpe hindurch strömt und damit in der über die Kanäle 28a, 28b (1) oder den Durchlass 27 (2) mit dem Pumpeninneren verbundenen Verstelleinrichtungskammer 26 zirkuliert. Wahlweise kann auch, wie später beschrieben, der Ringschieber 40 mit Spiel in der Ringnut geführt sein, so dass ein Flüssigkeitsbypasspfad um den geschlossenen Ringschieber 40 (4A) herum von der Pumpenkammer 24 zu der Druckschnecke 32 führt.
Alternativ kann der Durchgang zwischen der Pumpenkammer 24 und der Druckschnecke 32 bei der in 4A gezeigten Stellung des Ringschiebers 40 vollständig verschlossen sein. In diesem Fall muss die Zirkulation des Kühlmittels durch die Verstelleinrichtungskammer 26 auf andere Weise gewährleistet werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass bei der Ausführungsform gemäß 1 der Auslasskanal 28b, die Verstelleinrichtungskammer 26 und der Einlasskanal 28a in einem Kühlmittelkreis (Motoraustrittstemperatur) liegen, in dem von einer elektrisch oder anderweitig angetriebenen Zusatzkühlmittelpumpe eine Kühlmittelströmung aufrechterhalten wird. Eine solche Zusatzkühlmittelpumpe kann beispielsweise auch dazu dienen, einen Turbolader bei abgestellter Brennkraftmaschine nachzukühlen.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform, die das Heizelement 53 aufweist, ist es nicht notwendig, dass das Kühlmittel in der Verstelleinrichtungskammer 26 zirkuliert, da die Ausdehnung des Ausdehnelements 51 und damit der Beginn der Öffnung des Durchgangs über das Heizelement 53 gesteuert werden kann. In diesem Fall kann der Ringschieber 40 den Durchgang 23 in dem in 4A gezeigten Zustand auch vollständig verschließen.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen wird die Durchströmmenge der Pumpe, sofern kein zusätzliches Heizelement vorgesehen ist, ausschließlich über die Temperatur bzw. das Volumen des Ausdehnelements gesteuert. Wenn die Brennkraftmaschine in diesem Fall im noch weitgehend kalten Zustand plötzlich mit hoher Drehzahl betrieben wird, wird wegen des noch kühlen Ausdehnelements nur wenig Kühlmittel gefördert, was bei Vollast zu Kühlproblemen führen kann. Unter Bezugnahme auf die 5 bis 7 wird nun eine weitere Ausführungsform der Pumpe beschrieben, die in solch einem Fall sofort einen hohen Durchströmquerschnitt einstellen kann.
Bei der in den 5 bis 7 gezeigten Pumpe ist eine Verstelleinrichtung 150 so aufgebaut, dass sie eine Bewegung des Ringschiebers 40 in Öffnungsrichtung erlaubt, wenn sich das Ausdehnelement 51 nicht aufgrund der Temperatur ausgedehnt hat. Dies wird, wie aus 5B ersichtlich, dadurch erreicht, dass ein in den Ringschieber 40 eingreifendes Stellglied 152 nicht an dem Hohlzylinder 54 ausgebildet ist, sondern an einem auf dem Hohlzylinder 54 geführten Zylinderring 160, der längs des Hohlzylinders gegen die Kraft einer Gegenfeder 162 axial bewegbar ist. Die Gegenfeder 162 drückt den Zylinderring 160 in Richtung auf einen Anschlag 164, der auf der Seite des Zylinderrings 160, die in die Schließrichtungsbewegung des Hahlzylinders 54 zeigt, an einem ein Ende des Hohlzylinders 54 übergreifenden Verschlussdeckel 157 ausgebildet ist. Das andere Ende der Gegenfeder 162 ist an einem die Verstelleinrichtungskammer 26 verschließenden, gehäusefest angebrachten Bauteil 156 abgestützt. Zwischen diesem Bauteil 156 und einer Stirnfläche des Hohlzylinders 54 ist eine den Hohlzylinder 54 in Schließrichtung vorspannende Rückstellfeder 155 abgestützt, die in dem Bauteil 156 geführt ist.
Die Verstelleinrichtungskammer 26, die die Verstelleinrichtung 150 enthält, ist, wie in den 5A und 5B gezeigt, über einen Einlasskanal 172 mit dem Pumpeninneren und über einen Auslass 174 mit der Druckschnecke 32 verbunden. Die 5A zeigt einen Schnitt entlang der Linie I-I in 5B. Damit auch bei im Wesentlichen vollständig geschlossenem Schieber ein Mindestdurchströmquerschnitt der Pumpe beibehalten wird und die Verstelleinrichtungskammer 26 von der geförderten Flüssigkeit durchströmt wird, ist der Ringschieber 40 mit Spiel in einer Ringnut 166 des Pumpengehäuses 20 geführt, so dass ein Flüssigkeitsbeipasspfad von einem das Schaufelrad 30 umgebenden Ringraum 168, vorbei an einer Bodenfläche 40A des topfförmig ausgebildeten Ringschiebers 40, in einen Bodenringraum 170 der Ringnut 166 und von dort vorbei an der Außenseite des Ringschiebers 40 zu der Druckschnecke 32 und über den Einlasskanal 172 zu der Verstelleinrichtungskammer 26 führt.
In 5 ist der Zustand gezeigt, in dem die Temperatur der Pumpe relativ niedrig ist, so dass das Ausdehnelement 51 eine relativ geringe Ausdehnung aufweist, und das Schaufelrad 30 der Pumpe nicht mit hoher Drehzahl dreht. Demzufolge ist der Ringschieber 40, wie in 5A gezeigt, im Wesentlichen geschlossen.
6 zeigt den Zustand, in dem eine relativ höhere Temperatur der Pumpe vorliegt. Wie aus der 6B ersichtlich ist, führt dies zu einer Ausdehnung des Ausdehnelements 51 und damit, wie aus 6A ersichtlich, zu einer Bewegung des Hohlzylinders weg von der Stirnfläche der Verstelleinrichtungskammer und damit zu einer Verschiebung des Ringschiebers 40 in Richtung seiner Offenstellung. Die geförderte Flüssigkeit strömt nun von dem Ringraum 168 direkt in die Druckschnecke 32, sowie weiter über den Einlasskanal 172 in die Verstelleinrichtungskammer 26.
Erhöht sich nun die Drehzahl der Brennkraftmaschine und damit des Schaufelrads 30 der Pumpe, nimmt der Druck der geförderten Flüssigkeit, der auf die Stirnfläche und die Bodenfläche 40A des Ringschiebers 40 wirkt, zu. Sobald die daraus resultierende Kraft die durch die Gegenfeder 162 ausgeübte Gegenkraft überschreitet, wird der Ringschieber in seine Öffnungsrichtung bewegt. Dies führt zu einer Drehung des Ringschiebers 40 entgegen des Uhrzeigersinns in 6B und folglich zu einer Bewegung des Zylinderring 160 weg von dem Anschlag 164. Dies führt zu dem in 7 gezeigten Zustand.
In 7 ist der Ringschieber 40 aufgrund der Erhöhung der Drehzahl des Schaufelrads vollständig geöffnet, wobei die Temperaturgegenüber der 6 unverändert geblieben ist. Wie aus 7B ersichtlich, ist der Zylinderring 160 von dem Anschlag 164 entfernt. Ferner ist der Ringschieber 40, wie aus 7A ersichtlich, vollständig in dem Bodenringraum 170 aufgenommen, so dass der maximale Durchströmquerschnitt der Pumpe eingestellt ist. Nimmt mm die Drehzahl der Brennkraftmaschine bzw. des Schaufelrads erneut ab, so kehrt der Zylinderring 160 aufgrund der Gegenkraft durch die Gegenfeder 162 in die der Temperatur des Ausdehnelements 51 entsprechende Stellung zurück.
Die Erhöhung des Durchströmquerschnitts aufgrund der Erhöhung der Drehzahl des Schaufelrads kann auch dann erzielt werden, wenn der Ringschieber zunächst, wie in 5 gezeigt, vollständig geschlossen ist. Dazu muss die durch den Flüssigkeitsdruck auf die Bodenfläche 40A des Ringschiebers 40 bzw. die Seitenfläche eines an dem Ringschieber ausgebildeten, radial nach innen gerichteten Flansches ausgeübte Kraft größer als die Gegenkraft der Gegenfeder 162 sein, so dass die Bewegung des Ringschiebers 40 in seine Offenstellung eingeleitet wird. Somit kann auch im kalten Zustand ein erhöhter Durchströmquerschnitt bei erhöhter Motordrehzahl gewährleistet werden. Der Schwellwert der Motordrehzahl, bei dem dies erfolgt, kann beispielsweise durch geeignete Wahl der Gegenfeder 162, die Dimensionierung der Ringnut 166 und/oder des Ringschiebers 40 etc. eingestellt werden.
Bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen ist der Schieber zum Verstellen des Durchströmquerschnitts der Pumpe als ein das Schaufelrad umgebender Ringschieber ausgebildet. Der Schieber könnte jedoch als ein beliebiger anderer Schieber ausgebildet sein, solange er durch die Verstellbewegung der Verstelleinrichtung aufgrund der Ausdehnung des Ausdehnelements den Durchströmquerschnitt der Pumpe vergrößern kann und, im Falle der unter Bezugnahme auf die 5 bis 8 beschriebenen Ausführungsform, von einem erhöhten Flüssigkeitsdruck in seine Öffnungsrichtung bewegt werden kann. Vorteilhafterweise ist der Schieber auf der Druckseite der Pumpenkammer angeordnet.
Statt an dem Ringschieber 40 kann die wenigstens eine Spiralnut zum axialen Verschieben des Schiebers auch in dem Pumpengehäuse 20 ausgebildet sein, wobei dann der wenigstens eine Führungsstift an dem Ringschieber 40 ausgebildet ist. Die wenigstens eine Spiralnut oder der wenigstens eine Führungsstift kann sowohl auf der Außen- als auch der Innenseite des Ringschiebers ausgebildet sein. Alternativ können zum axialen Verschieben des Schiebers auch Gewinde an dem Ringschieber 40 und dem Pumpengehäuse 20 vorgesehen sein.
Sofern der Durchgang zwischen Pumpenkammer und Auslassöffnung nicht über dem gesamten Umfang des Schaufelrads 30 ausgebildet ist, kann der Ringschieber 40 als ein Zylinder mit einem zur Umfangsrichtung schräg verlaufenden Rand ausgebildet sein, so dass der Durchströmquerschnitt der Pumpe alleine durch eine Drehung des Ringschiebers 40 verstellt werden kann. Alternativ könnte an dem Außenumfang des Ringschiebers 40 eine Öffnung vorgesehen sein. Der Schieber könnte alternativ auch derart ausgebildet sein, dass er einen irgendwo zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung angeordneten Durchgang verschließt.
Das Ausdehnelement kann beispielsweise als eine Thermowachskapsel ausgebildet sein, die einen Beginn der Öffnung durch Verschieben des Schiebers bei 70°C bewirkt und eine axiale Verstellbewegung über einen Arbeitsweg von beispielsweise 8 bis 10 mm durchführt.
Sofern vorhanden, kann die Steuerung des Heizelements 53 kennfeldabhängig durchgeführt werden. Dabei können beispielsweise vier Betriebsweisen der Pumpe vorgesehen sein, zum Beispiel Nullförderung bei einem Warmlaufen zur Vermeidung mechanischer Antriebsverluste, 10–50% Förderleistung, 50–75% Förderleistung (Teillast mit Kühlung) und 100% Förderleistung (Volllast).
Bezugszeichenliste

10: Pumpe
20: Pumpengehäuse
21: Einlassöffnung
22: Auslassöffnung
23: Durchgang
24: Pumpenkammer
26: Verstelleinrichtungskammer
27: Durchlass
28a: Einlasskanal
28b: Auslasskanal
30: Schaufelrad
32: Druckschnecke
34: Gehäuseansatz
40: Schieber
40A: Bodenfläche
50: Verstelleinrichtung
51: Ausdehnelement
52: Stellglied
53: Heizelement
54: Hohlzylinder
54a: offenes Ende
55: Schraubenfeder
56: Führungsbuchse
56a: axiale Bohrung
57: Federhalter
57a: Ringflansch
58: Stange
59: Federhalteeinrichtung
60: Führungskanal
62: Führungsstange
150: Verstelleinrichtung
152: Stellglied
155: Rückstellfeder
156: Bauteil
157: Verschlussdeckel
160: Zylinderring
162: Gegenfeder
164: Anschlag
166: Ringnut
168: Ringraum
170: Bodenringraum
172: Einlasskanal
174: Auslass

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 19901123 A1 [0003]
DE 102005056199 A1 [0004]
DE 102008015707 A1 [0005]
DE 102006034960 B4 [0006]
DE 102008006451 A1 [0007]
DE 10344309 A1 [0008]
DE 102008059462 A1 [0009]

Claims

Pumpe (10), insbesondere zum Fördern eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, enthaltend ein Pumpengehäuse (20) mit einer Einlassöffnung (21), einer Auslassöffnung (22) und einer Pumpenkammer (24), ein in der Pumpenkammer (24) aufgenommenes, drehantreibbares Schaufelrad (30), einen relativ zu dem Pumpengehäuse (20) bewegbar an diesem angebrachten Schieber (40) zum Verstellen eines Durchströmquerschnitts zwischen der Einlassöffnung (21) und der Auslassöffnung (22), und eine mit dem Schieber verbundene Verstelleinrichtung (50; 150) zum Verstellen des Schiebers, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (50; 150) in einer mit dem Pumpeninneren verbundenen Verstelleinrichtungskammer (26) des Pumpengehäuses (20) aufgenommen ist und ein temperatursensitives Ausdehnelement (51) enthält, das mit einer zunehmenden Temperatur eine Verstellung des Schiebers (40) in Richtung einer Zunahme des Durchströmquerschnitts bewirkt.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausdehnelement (51) ein Thermowachsmodul ist.
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteileinrichtung (50; 150) enthält: einen axial beweglich geführten Hohlzylinder (54), in dem das temperatursensitive Ausdehnelement (51) aufgenommen ist und der mit dem Schieber (40) über ein Stellglied (52; 152) verbunden ist; eine am Pumpengehäuse befestigte Stange (58), die eine Stirnseite des Hohlzylinders (54) durchragt; und eine sich zwischen dem Hohlzylinder (54) und dem Pumpengehäuse abstützende Rückstellfeder (55; 155), wobei der Hohlzylinder sich bei Volumenzunahme des Ausdehnelements (51) unter Verdrängung des in ihn einragenden Teils der Stange (58) aus seinem Innenraum relativ zu der Stange gegen die Kraft der Rückstellfeder bewegt.
Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (54) einseitig offen ist und in das offene Ende (54a) des Hohlzylinders eine Führungsbuchse (56) mit einer axialen Bohrung (56a) eingesetzt ist, durch die die Stange (58) hindurchgeführt ist, die an einer Stirnwand der Verstelleinrichtungskammer (26) befestigt ist, so dass zwischen der Innenwand des Hohlzylinders (54), der Führungsbuchse (56) und der Stange (58) ein Hohlraum zum Aufnehmen des Ausdehnelements (51) ausgebildet ist.
Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (55) als eine den Hohlzylinder (54) umgebende Schraubenfeder ausgebildet ist, die zwischen einem an dem Hohlzylinder befestigten Federhalter (57) und einer gehäusefesten Federhalteeinrichtung (59) gehalten ist und den Hohlzylinder (54) in Richtung zur Stirnwand der Verstelleinrichtungskammer (26) vorspannt, wobei der Hohlzylinder (54) bei einer Ausdehnung des Ausdehnelements (51) gegen die Vorspannkraft der Schraubenfeder (55) von der Stirnwand der Verstelleinrichtungskammer (26) wegbewegt wird.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (40), wenn der Flüssigkeitsdruck strömungsabwärts des Schaufelrades (30) einen Schwellwert übersteigt, vom Flüssigkeitsdruck in Richtung seiner Offenstellung bewegt wird.
Pumpe nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenseite des Hohlzylinders (54) axial beweglich ein Zylinderring (160) geführt ist, der das Stellglied (152) zur Verstellung des Schiebers (40) aufweist und von einer Gegenfeder (162 in Richtung auf einen Anschlag (164) gedrückt wird, der hohlzylinderfest auf der Seite des Zylinderrings (160) angeordnet ist, die in die Schließrichtungsbewegung des Hohlzylinders (54) zeigt.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (40) als ein das Schaufelrad (30) umgebender Ringschieber ausgebildet ist, der in einem Durchgang (23) zwischen der das Schaufelrad (30) aufnehmenden Pumpenkammer (24) und einer die Pumpenkammer zumindest teilweise umgebenden und mit der Auslassöffnung (22) verbindenden Druckschnecke (32) angeordnet ist und in axialer Richtung des Schaufelrads (30) derart bewegbar ist, dass er mit zunehmender Temperatur den Durchgang (23) zunehmend freigibt und mit abnehmender Temperatur den Durchgang (23) zunehmend verschließt.
Pumpe nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringschieber (40) derart in dem Pumpengehäuse (20) geführt ist, dass zumindest in seiner nicht vollständig geschlossenen Stellung eine Stirnfläche des Ringschiebers mit dem strömungsabwärts des Schaufelrads (30) herrschenden Druck beaufschlagt und dadurch der Ringschieber (40) in Richtung seiner Offenstellung bewegt wird, wenn der Druck einen Schwellwert übersteigt.
Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ringschieber (40) ein radial nach innen gerichteter, Flansch ausgebildet ist, der eine Seitenfläche (40A) aufweist, die mit dem strömungsabwärts des Schaufelrads (30) herrschenden Druck beaufschlagt wird.
Pumpe nach Anspruch einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringschieber (40) mit Spiel in einer Ringnut (166) des Pumpengehäuses (20) geführt ist, so dass ein Flüssigkeitsbypasspfad von einem das Schaufelrad (30) umgebenden Ringraum (168) in einen Bodenringraum (170) der Ringnut (166) und von dort in die Druckschnecke (32) führt.
Pumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Außenseite des Ringschiebers (40) oder in dem Pumpengehäuse (20) wenigstens eine Spiralnut vorgesehen ist, in die wenigstens ein gehäusefester oder an dem Ringschieber befestigter Führungsstift einragt, so dass eine Drehung des Ringschiebers (40) um seine Längsachse die axiale Bewegung des Ringschiebers bewirkt.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versstelleinrichtung (50; 150) ein Heizelement (53) zum Beheizen des Ausdehnelements (51) enthält.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (40) derart an dem Pumpengehäuse (20) angebracht ist, dass der Durchströmquerschnitt bei minimaler Ausdehnung des Ausdehnelements (51) einen Mindestdurchströmquerschnitt aufweist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtungskammer (26) über einen von einem Bereich strömungsabwärts der Pumpenkammer (24) ausgehenden Einlasskanal (28a; 172) mit dem Pumpeninneren in Verbindung steht.
Pumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtungskammer (26) und der Einlasskanal (28a) in einem Kühlmittelkreis liegen, der eine Zusatzkühlmittelpumpe zum Aufrechterhalten einer Kühlmittelströmung in dem Kühlmittelkreis enthält.