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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe mit einer ein Pumpenrad tragenden Welle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Gattungsgemäße Pumpen sind hinlänglich bekannt und vielseitig, insbesondere auch im Automobilbereich, zum Beispiel zur Förderung von Kühlmittel, eingesetzt. Die Förderleistung derartiger Pumpen wird dabei üblicherweise über die Drehzahl des Pumpenrades, kurz auch Schaufelrad genannt, geregelt. Für die Drehzahl und damit auch die Förderleistung der Pumpe ist üblicherweise ein Elektromotor verantwortlich, der je nach Bestromung hinsichtlich seiner Antriebsleistung gesteuert wird.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Pumpe der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche sich insbesondere durch eine andere Steuerung der Förderleistung auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Förderleistung einer an sich bekannten Pumpe mit einer ein Pumpenrad tragenden Welle nicht mehr über eine Leistung einer die Pumpe antreibenden Antriebseinrichtung, wie beispielsweise einem Elektromotor, zu steuern, sondern über eine Axialverstellung des Pumpenrades. Hierzu ist das Pumpenrad, kurz auch Schaufelrad genannt, axial verschiebbar auf einer mit der Antriebseinrichtung, beispielsweise dem Elektromotor, verbundenen Welle gelagert und kann zwischen zwei Endstellungen verschoben werden. In einer ersten Endstellung erfolgt dabei vorzugsweise keinerlei Förderung, wogegen in einer zweiten Endstellung eine maximal mögliche Förderleistung gegeben ist. Durch das axiale Verschieben des Pumpenrades wird lediglich ein Querschnitt eines Einlass- oder eines Auslasskanals verändert und darüber die Leistung der Pumpe gesteuert bzw. geregelt. Eine Steuerung der Antriebsleistung der das Pumpenrad antreibenden Antriebseinrichtung ist somit nicht erforderlich.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist ein Ringkolben zum axialen Verstellen des Pumpenrades vorgesehen, wobei der Ringkolben mittels Druck, insbesondere mittels Unterdruck oder mittels eines Temperaturdehnelementes, beispielsweise mittels eines Wachsdehnelementes, verstellbar ist. Insbesondere ein Wachsdehnelement kann dabei eine technisch äußerst einfache temperaturabhängige Steuerung der Förderleistung der Pumpe übernehmen, wobei mit zunehmender Temperatur das Pumpenrad beispielsweise in seine zunehmend fluidfördernde Stellung verschoben wird. Eine derartige Anwendung ist beispielsweise bei Kühlmittelpumpen von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen denkbar, bei welchen beim Kaltstart des Verbrennungsmotors zunächst keine Kühlung erwünscht ist, wogegen mit ansteigender Temperatur eine zunehmende Kühlung erforderlich ist. Beim Kaltstart ist dabei das Temperaturdehnelement, insbesondere das Wachsdehnelement, in seiner zusammengezogenen Stellung, in welchem das damit gekoppelte Pumpenrad in seiner nicht fördernden Stellung steht. Durch die nicht fördernde Pumpe wird somit ein Kühlmittel zum Verbrennungsmotor befördert, so dass sich dieser schneller aufheizen kann und dadurch schneller einen Zustand geringeren Kraftstoffverbrauchs und geringerer Stickoxidemissionen erreichen kann. Mit steigender Temperatur benötigt der Verbrennungsmotor eine ansteigende Kühlleistung, welche dann vom sich langsam ausdehnenden Wachsdehnelement und dem damit gekoppelten Pumpenrad bewirkt wird. Durch das Ausdehnen des Wachsdehnelementes wird das damit gekoppelte Pumpenrad in seine fördernde Stellung verschoben, wodurch es Kühlmittel vom Kühler zum Verbrennungsmotor und zurück fördert und dadurch den Verbrennungsmotor kühlt. Im einfachsten Fall könnte das Temperaturdehnelement hierbei auch als Bimetall ausgebildet sein, welches in seiner ersten Endstellung das Pumpenrad in eine nicht fördernde Stellung zwängt, wogegen es in seiner zweiten Endstellung das Pumpenrad in seine vollfördernde Stellung verstellt. Über Wachsdehnelemente sind dagegen jedoch auch beliebige Zwischenstellungen, mit beispielsweise halber Förderleistung einnehmbar, wodurch eine exakt temperaturbezogene Einstellung der Förderleistung der Pumpe ermöglicht wird. Selbstverständlich kann dabei anstelle des Temperaturdehnelementes der Ringkolben auch mittels Druck, beispielsweise mittels Unterdruck, verstellt werden, wofür dann beispielsweise eine Vakuumpumpe zum Evakuieren und zum Anziehen des Ringkolbens vorgesehen ist. Eine Rückstellung kann dabei beispielsweise über eine entsprechende Feder erfolgen. In umgekehrter Weise kann der Kolben auch mittels Überdruck verstellt werden, wobei die Rückstellung in diesem Fall ebenfalls von einer, diesmal anders gerichteten, Feder übernommen werden kann. Die Rückstellung kann selbstverständlich auch durch eine Druckumkehr bewirkt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, weist ein ringartiger Anschlag der Pumpe eine stirnseitige Führungskontur auf, wogegen das Pumpenrad eine dieser Ringkontur zugewandte Ringnut besitzt. Befindet sich die Pumpe, das heißt das Pumpenrad in seiner nicht fördernden Stellung, greift die Ringkontur in die Ringnut ein und verschließt dadurch den Ein- oder Auslasskanal des Pumpenrades. Durch die in die Ringnut eingreifende Ringkontur kann eine Nullförderleitung trotz sich drehendem Pumpenrad erreicht werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die einzige 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Pumpe, wobei sich ein Pumpenrad der Pumpe in der oberen Bildhälfte in seiner nicht fördernden und in der unteren Bildhälfte in der vollfördernden Stellung befindet.
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Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Pumpe 1 eine ein Pumpenrad 2 tragende Welle 3 auf. Das Pumpenrad 2 wird dabei landläufig auch als Schaufelrad bezeichnet. Erfindungsgemäß ist nun das Pumpenrad 2 zur Steuerung einer Förderleistung der Pumpe 1 axial, das heißt im vorliegenden Fall horizontal, verstellbar. Zwischen dem Pumpenrad 2 und der Welle 3 ist dabei eine Wellenhülse 4 angeordnet, die drehfest mit dem Pumpenrad 2 verbunden ist. Zum Verstellen des Pumpenrades 2 in horizontaler Richtung, das heißt in axialer Richtung, ist ein Ringkolben 5 vorgesehen, wobei der Ringkolben 5 beispielsweise mittels Druck, insbesondere mittels Unterdruck 6 verstellbar ist. Hierzu kann der Ringkolben 5 drucktechnisch mit einer nicht gezeigten Vakuumpumpe verbunden sein, welche selbstverständlich zum Aufbauen eines Unterdrucks aber auch zum Aufbauen eines Überdrucks und damit zu einem Hin- und Herverstellen des Ringkolbens 5 ausgebildet ist. Denkbar ist hierbei auch, dass die Vakuumpumpe lediglich zum Aufbauen eines Unterdrucks 6 ausgebildet ist, wobei in diesem Fall eine Rückstellung des Ringkolbens 5 von einer nicht gezeigten Feder bewirkt wird. Alternativ ist auch vorstellbar, dass der Ringkolben mittels eines nicht gezeigten Temperaturdehnelementes, beispielsweise mittels eines Wachsdehnelementes, verstellt wird und dadurch eine einerseits einfache, autarke und andererseits temperaturabhängige Steuerung der Förderleistung der Pumpe 1 ermöglicht wird. Darüber hinaus ist ein fest mit der Wellenhülse 4 verbundener Führungsring 7 vorgesehen, der über die Wellenhülse 4 auch drehfest mit dem Pumpenrad 2 verbunden ist.
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Die 1 zeigt in der oberen Bildhälfte die Stellung des Pumpenrades 2 in einer ersten, nicht fördernden Stellung, wogegen das Pumpenrad 2 in der unteren Bildhälfte in seiner vollfördernden Stellung gezeigt ist.
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Der Ringkolben 5 weist einen radial nach innen ragenden Kragen 8 auf, der axial zwischen dem Pumpenrad 2 und dem Führungsring 7 liegt. Darüber hinaus ist ein ringartig ausgebildeter Anschlag 9 vorgesehen, der den Ringkolben 5 in seiner vollfördernden Stellung, das heißt in seiner in der unteren Bildhälfte gezeichneten Stellung, in Axialrichtung begrenzt. Der Anschlag 9 besitzt dabei eine stirnseitig dem Pumpenrad 2 zugewandte Ringkontur 10, wogegen das Pumpenrad 2 eine dieser Ringkontur 10 zugewandte Ringnut 11 besitzt. Befindet sich das Pumpenrad 2 in seiner nicht fördernden Stellung (vgl. obere Bildhälfte), so greift die Ringkontur 10 in die pumpenradseitige Ringnut 11 ein und verschließt somit einen Auslass 12 des Pumpenrades 2. Durch das Eingreifen der Ringkontur 10 in die pumpenradseitige Ringnut 11 kann somit trotz eines sich drehenden Pumpenrades 2 eine Nullförderleistung der Pumpe 1 erreicht werden. Dabei kann der Auslass 12 generell auch als Einlass ausgebildet sein, sofern das Pumpenrad 2 in entgegengesetzter Drehrichtung dreht.
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Des Weiteren ist zumindest ein Mitnehmer 13 vorgesehen, der eine Drehmomentübertragung von der Welle 3 auf das Pumpenrad 2, ebenso wie eine axiale Führung der Wellenhülse 4 auf der Welle 3 ermöglicht. Der Mitnehmer 13 kann dabei als axial verstellbare Nut- und Federverbindung zwischen der Wellenhülse 4 und damit zwischen dem Pumpenrad 2 und der Welle 3 gesehen werden. Generell kann die Pumpe 1 als Kühlmittelpumpe im nicht gezeigten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges ausgebildet sein. In diesem Fall ist eine temperaturabhängige Steuerung der Förderleistung der Pumpe 1 durch ein temperaturabhängiges Verstellen des Ringkolbens 5 mittels eines nicht gezeigten Temperaturdehnelementes, beispielsweise mittels eines Wachsdehnelementes, als besonders vorteilhaft anzusehen.
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Ist die Pumpe 1 beispielsweise als Kühlmittelpumpe für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges ausgebildet, so soll diese in der Kaltstartphase möglichst kein Kühlmittel zum Verbrennungsmotor fördern, so dass dieser schneller seine optimale Betriebstemperatur erreicht und dadurch schneller einen geringeren Kraftstoffverbrauch und eine geringere Stickoxidemission erreicht. Nähert sich die im Verbrennungsmotor herrschende Temperatur der optimalen Betriebstemperatur, verstellt sich das Pumpenrad 2 von seiner in der oberen Bildhälfte gezeigten Nullförderstellung in die in der unteren Bildhälfte der 1 gezeigte vollfördernde Stellung, in welcher ein maximaler Kühlmittelstrom dem Verbrennungsmotor zugeführt und dadurch eine maximal mögliche Kühlung des Verbrennungsmotors erreicht wird. Selbstverständlich sind auch temperaturabhängige Zwischenstellungen, bei welcher lediglich beispielsweise die Hälfte der maximal möglichen Förderleistung erzielt wird, denkbar. Wie der 1 zu entnehmen ist, ist der Ringkolben über entsprechende Dichtungen 14 abgedichtet, wobei die Dichtungen ähnlich von Kolbendichtringen wirken. Die Dichtungen 14 sind selbstverständlich üblicherweise nur dann erforderlich, sofern der Ringkolben 5 mittels Druck bzw. Unterdruck 6 von einem zugehörigen Zylinder 15 bewegt wird. Bei der Bewegung über ein nicht gezeigtes Temperaturdehnelement können derartige Dichtungen 14 entfallen.
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Mit dem erfindungsgemäß axial verschiebbar gelagerten Pumpenrad 2 lässt sich eine Förderleistung der Pumpe 1 einfach und zugleich effektiv steuern bzw. regeln, ohne dass hierzu explizit Einfluss beispielsweise auf die Drehzahl des Pumpenrades 2 genommen werden muss.
