DE102011079311A1

DE102011079311A1 - Kühlmittelpumpe für einen Kühlmittelkreiskreislauf einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011079311A1
Application number: DE201110079311
Authority: DE
Inventors: Markus POPP; Sebastian Hurst; Thomas Traudt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-07-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2013-01-24
Also published as: FR2978207A1

Abstract

Eine Kühlmittelpumpe (5) für einen Kühlmittelkreiskreis (6) einer Brennkraftmaschine (1) weist eine vorzugsweise über einen Riementrieb angetriebene, in einem Pumpengehäuse (10) drehbar gelagerte Antriebswelle (11) auf. Diese ist mit einem das Kühlmittel radial nach außen fördernden Flügelrad (18) verbunden, wobei radial zum Flügelrad (18) zumindest ein Kühlmittelauslass (27) vorgesehen ist. An einem Sperrelement (23), über welches ein Querschnitt des Kühlmittelauslasses (27) veränderbar bzw. absperrbar ist, greift ein hydraulisch betätigter Aktuator an, wobei eine in die Kühlmittelpumpe (5) integrierte Steuerpumpe (7) ein unter Druck stehendes Hydraulikmedium für die Verstellung des Sperrelements (23) über den Aktuator liefert. Dabei soll die Steuerpumpe (7) unanfällig gegenüber der im Hydraulikmedium auftretenden Schmutzpartikel sein und ist erfindungsgemäß als Rotationskolbenpumpe ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlmittelkreiskreislauf einer Brennkraftmaschine mit einer vorzugsweise über einen Riementrieb angetriebenen, in einem Pumpengehäuse drehbar gelagerten Antriebswelle, welche mit einem das Kühlmittel radial nach außen fördernden Flügelrad verbunden ist, wobei radial zum Flügelrad zumindest ein Kühlmittelauslass vorgesehen, mit einem Sperrelement, über welches ein Querschnitt des Kühlmittelauslasses veränderbar bzw. absperrbar ist, und mit einem hydraulisch betätigten Aktuator, der am Sperrelement angreift, wobei eine in die Kühlmittelpumpe integrierte Steuerpumpe ein unter Druck stehendes Hydraulikmedium für die Verstellung des Sperrelements liefert.
Gebiet der Erfindung
Kühlmittelpumpen dieser Art sind zumeist als Kreiselpumpen ausgebildet und fördern ein aus Wasser und einem Frostschutzmittel bestehendes Kühlmittel durch Kühlräume im Zylinderkopf und im Zylindergehäuse der Brennkraftmaschine. Dabei wird die Kühlmittelpumpe, die stirnseitig der Brennkraftmaschine angeordnet ist, von einem der dort vorgesehenen Riementrieben angetrieben. Das Verdrängungsvolumen der Kühlmittelpumpe, das von deren Antriebsdrehzahl abhängig ist, steht wegen des Antriebs mit nicht veränderbarer Übersetzung in einem konstanten Verhältnis zur Drehzahl der Brennkraftmaschine. Dabei ist die Kühlmittelpumpe derart ausgelegt, dass auch bei Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine eine ausreichende Kühlleistung im Kühlmittelkreislauf erzielt werden kann. Bestandteil dieses Kühlmittelkreislaufes einer für Kraftfahrzeuge vorgesehenen Brennkraftmaschine sind dabei ein von einem Kühlluftstrom durchströmter Wärmetauscher, Kühlmittelräume im Zylinderkopf und im Zylinderblock der Brennkraftmaschine sowie ein Wärmetauscher der Heizungsanlage für einen Innenraum des Kraftfahrzeugs.
Im Anschluss an einen Startvorgang der Brennkraftmaschine soll diese nach Möglichkeit innerhalb kürzester Zeit ihre vorgesehene Betriebstemperatur erreicht haben, da während der Warmlaufphase ein erhöhter Verschleiß an den Bauteilen sowie ungünstigere Emissionswerte der Brennkraftmaschine auftreten. Aus diesem Grund ist innerhalb des Kühlmittelkreislaufes eine parallel zum Wärmetauscher verlaufende Bypass-Leitung vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur über einen Thermostaten gesteuert wird. Im Anschluss an einen Startvorgang strömt die gesamte Kühlmittelmenge unter Umgehung des Wärmetauschers durch diese Bypass-Leitung, so dass eine schnellere Erwärmung des Kühlmittels und somit ein schnellerer Anstieg der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine erreicht wird. Mit steigender Kühlmitteltemperatur wird der in die Bypass-Leitung führende Querschnitt verringert und der zum Wärmetauscher führende Querschnitt vergrößert bis schließlich die gesamte Kühlmittelmenge durch den Wärmetauscher strömt.
Darüber hinaus wurden in der Vergangenheit bereits Lösungen gesucht, um die vorstehend beschriebene Warmlaufphase nochmals deutlich zu verkürzen, so dass sich auch die in der Warmlaufphase auftretenden Reibungsverluste, erhöhte Emissionswerte und die diesen zugrunde liegenden höheren Kraftstoffverbräuche reduzieren lassen. Dabei gab es Lösungen, bei denen die Antriebsdrehzahl der Kühlmittelpumpe gegenüber der Drehzahl der Brennkraftmaschine variiert oder der Antrieb der Kühlmittelpumpe mittels einer Kupplung zu- bzw. abgeschaltet wurde. Unterschiedliche Antriebsdrehzahlen der Kühlmittelpumpe wurden unter anderem durch einen elektrischen Antrieb oder ein stufenlos veränderbares Getriebe erreicht.
Andere bekannte Lösungen sehen vor, dass an der als Kreiselpumpe ausgebildeten Kühlmittelpumpe Verstellelemente vorgesehen sind, über die der Querschnitt eines Kühlmittelaustritts verändert bzw. völlig abgesperrt werden kann.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine derartige Ausgestaltung einer Kühlmittelpumpe mit einem in Querschnitt zumindest eines Kühlmittelauslasses verändernden Sperrelement.
Eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Gattung ist aus der DE 10 2008 026 218 A1 bekannt. Danach ist im Gehäuse einer regelbaren Kühlmittelpumpe eine als Axialkolbenpumpe ausgebildete Steuerpumpe angeordnet. Bestandteil dieser Axialkolbenpumpe sind dabei eine Schrägscheibe, die unmittelbar am Flügelrad ausgebildet ist, und ein in einer Zylinderhülse angeordneter Arbeitskolben. Die in einer Bohrung des Gehäuses befestigte Zylinderhülse steht axial über das Gehäuse vor und ist durch einen scheibenförmigen Mitnehmer des Ventilschiebers, der axial zwischen einer Stirnseite des Gehäuses und dem in axialer Richtung zu dieser beabstandeten Flügelrad bewegt werden kann, hindurchgeführt. Der in der Zylinderhülse verschiebbar geführte und mittels eines Kolbenringes abgedichtete Arbeitskolben liegt dabei an seinem einen Ende über einen Gleitschuh an der Schrägscheibe des Flügelrades an. Eine axiale Verstellung des Ventilschiebers über dessen scheibenförmigen Mitnehmer wird mittels eines Ringkolbens herbeigeführt, der auf einer im Gehäuse befestigten Hülse verschiebbar geführt ist, wobei durch diese Hülse die Antriebswelle hindurchgeführt ist. Eine Steuerung der Hubbewegung dieses Ringkolbens erfolgt dabei mittels eines radial über das Gehäuse vorstehenden Magnetventils.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine, die mit einer Steuerpumpe für die Verstellung eines Sperrringes versehen ist, derart weiterzubilden, dass Funktionsstörungen der Aktuatorik dieses Sperrringes vermieden werden können. Dabei sollen die baulichen Abmessungen der Kühlmittelpumpe sowohl in radialer als auch in axialer Richtung im Wesentlichen denen einer Kühlmittelpumpe ohne eine Regelung des aus der Kühlmittelaustrittsöffnung austretenden Kühlmittelstromes entsprechen, damit sie als Ersatz für eine ungeregelte Kühlmittelpumpe vorgesehen werden kann.
Diese Aufgabe wird, ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1, in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 soll die Steuerpumpe als Rotationskolbenpumpe ausgebildet sein. Bei Rotationskolbenpumpen wird das Hydraulikmedium mittels eines rotierenden Verdrängers gefördert. Diese Bauart der Steuerpumpe weist für die vorliegende Anwendung den erheblichen Vorteil auf, dass die Rotationskolbenpumpe geeignet ist, um einerseits hohe Drücke aufzubauen und andererseits treten auch bei einer Anreicherung des Hydraulikmediums mit Schmutzpartikeln keine Funktionsstörungen an der Rotationskolbenpumpe auf. Entsprechende Partikel können nämlich in dem Hydraulikmedium vorhanden sein, wenn hierfür das Kühlwasser der Brennkraftmaschine verwendet wird, was vorzugsweise der Fall sein soll. Bei diesen Partikeln kann es sich um solche handeln, die beispielsweise in Form von Sand bereits Bestandteil des in das Kühlsystem eingefüllten Kühlmittels sind. Es kann sich aber auch um Metallpartikel, die sich aus den vom Kühlmittel durchströmten Bauteile lösen, handeln. Wie bereits dargelegt, sind die rotativ bewegten Verdrängerbauteile dieser Rotationskolbenpumpen absolut unanfällig vor Beschädigungen durch diese Partikel.
Demgegenüber ist die Steuerpumpe nach der DE 10 2008 026 218 A1 als Kolbenpumpe mit einem in einer Zylinderhülse axial bewegten Arbeitskolben ausgebildet, wobei die Hubbewegung dieses Arbeitskolben durch eine Schrägscheibe herbeigeführt wird. Eine derartige Axialkolbenpumpe wie auch eine bezüglich ihrer Bauart verwandte Radialkolbenpumpe reagieren innerhalb kürzester Betriebszeit mit Funktionsstörungen auf Partikelverschmutzungen des verdrängten flüssigen Mediums. Diese Partikel gelangen nämlich auf die Zylinderlaufbahn der Zylinderhülse oder auf die Außenmantelfläche des auf dem Arbeitskolben vorgesehenen Kolbenrings und graben sich dort ein bzw. erzeugen an diesen Flächen erhebliche Riefen, so dass die Funktion der Steuerpumpe bereits nach kurzer Betriebszeit gestört ist. Dem wird zwar versucht, dadurch entgegenzuwirken, wie der Druckschrift zu entnehmen ist, dass die in die Schrägscheibe eingearbeitete Saugnut in Verbindung mit dem Gleitschuh als Spaltfilter wirken soll. Ein entsprechender Spaltfilter kann aber auch nicht verhindern, dass relativ feine Schmutzpartikel in das Innere der Kolbenpumpe gelangen und somit zu besagten Funktionsstörungen führen.
In vorteilhafter Weise kann ein Verdränger der Rotationskolbenpumpe mit der Antriebswelle verbunden sein. Durch diese Kopplung des Verdrängers mit der Antriebswelle, bei der dieser vorzugsweise unmittelbar auf der Antriebswelle angeordnet ist, kann eine sehr kompakte Bauweise erzielt werden. Dadurch ergeben sich auch Möglichkeiten, das als Hydraulikmedium vorgesehene Kühlmittel durch zumindest eine Längsbohrung der Rotationskolbenpumpe zuzuführen bzw. das unter Druck stehende Kühlmittel ebenfalls über zumindest eine Längsbohrung in der Antriebswelle dem Aktuator zuzuleiten. Soweit erforderlich, stehen diese Längsbohrungen mit ebenfalls in der Antriebswelle ausgebildeten Querbohrungen in Verbindung.
In vorteilhafter Weise kann die Rotationskolbenpumpe als Außenzahnradpumpen ausgeführt sein. In der Außenzahnradpumpe kämmen zwei außenverzahnte Zahnräder miteinander, wobei eines dieser Zahnräder in der erfindungsgemäßen Anwendung auf der Antriebswelle angeordnet sein kann und das in einer Ebene mit diesem liegende zweite Zahnrad mit entgegengesetzter Drehrichtung antreibt. Die Flüssigkeit wird dabei in den Zahnzwischenräumen der beiden Zahnräder, also in ihrem dem Gehäuse zugewandten Bereich, mitgenommen, während im Eingriffsbereich der Zähne der beiden Zahnräder eine Abdichtung erfolgt. Die beiden Zahnräder können dabei in einem aus Kunststoff oder tiefgezogenem Blech hergestellten Steuerpumpengehäuse angeordnet sein.
Wahlweise kann dieses Steuerpumpengehäuse von der Seite des Flügelrades her in das Gehäuse der Kühlmittelpumpe eingesetzt sein oder die Außenzahnradpumpe ist in einem separaten Steuerpumpengehäuse angeordnet, das als Flanschteil zwischen zwei Teilabschnitten des Pumpengehäuses der Kühlmittelpumpe angeordnet wird. Somit bestehen vorteilhafte Möglichkeiten, die als Außenzahnradpumpe ausgebildete Steuerpumpe in das Pumpengehäuse der Kühlmittelpumpe zu integrieren, ohne dabei die baulichen Abmessungen des Pumpengehäuses wesentlich zu verändern.
Alternativ dazu ist vorgesehen, die Rotationskolbenpumpe als Innenzahnradpumpe auszubilden. Eine derartige Rotationskolbenpumpe besteht aus einem ersten Zahnrad, das eine Innenverzahnung aufweist und an seinem Außenumfang drehbar in einem Gehäuse geführt ist. Dabei ist innerhalb dieses ersten Zahnrades ein zweites Zahnrad mit einer Außenverzahnung angeordnet, wobei das zweite Zahnrad gegenüber dem ersten Zahnrad eine geringere Zähnezahl aufweist und außerdem gegenüber ersterem exzentrisch gelagert ist. In dem durch die Exzentrizität der beiden Zahnräder gebildeten Raum ist ein Sichelkörper angeordnet.
Für die erfindungsgemäße Verwendung dieser Innenzahnradpumpe als Steuerpumpe in einer regelbaren Kühlmittelpumpe bietet sich an, das erste mit der Innenverzahnung versehene Zahnrad drehfest mit der Rückseite des Flügelrades zu verbinden. Ferner ist dann die Antriebswelle der Kühlmittelpumpe durch einen exzentrisch ausgebildeten Innenring hindurchgeführt, auf dem das zweite Zahnrad gelagert ist. Auch diese als Innenzahnradpumpe ausgebildete Steuerpumpe lässt sich von der Seite des Flügelrades her in das Pumpengehäuse der Kühlmittelpumpe einsetzen, oder es kann eine Lösung vorgesehen werden, bei der das Pumpengehäuse zweiteilig ausgebildet ist, wobei zwischen diesen beiden Hälften des Pumpengehäuses ein Flanschteil eingesetzt ist, das die Innenzahnradpumpe aufnimmt. Somit lässt sich unter Verwendung einer Innenzahnradpumpe als Steuerpumpe ebenfalls eine funktionssichere Anordnung mit baulich günstigen Abmessungen der gesamten Kühlmittelpumpe schaffen.
Weiterhin ist eine Alternative zu den vorgenannten Pumpenausbildungen vorgesehen, die Rotationskolbenpumpe als Innenringpumpe auszuführen. Diese auch als Zahnring- oder Gerotorpumpe bezeichnete Einheit ähnelt bezüglich ihres Aufbaus und ihrer Funktion denen einer Innenzahnradpumpe, wobei ebenfalls ein mit einer Innenverzahnung versehenes erstes Zahnrad an seinem Außenumfang in einem Steuerpumpengehäuse gelagert sein soll, wobei aber das zweite mit einer Außenverzahnung versehene Zahnrad gegenüber der Innenverzahnung vorzugsweise nur einen Zahn weniger aufweist. Die Verzahnung der beiden Zahnräder kann dabei insbesondere als Trochoidenverzahnung ausgebildet sein. Außerdem kann das erste mit der Innenverzahnung versehene Zahnrad ebenfalls auf der Rückseite des Flügelrades angeordnet sein, während das zweite Zahnrad auf einem Exzenterring gelagert und über diesen auf der Antriebswelle geführt ist.
Schließlich besteht noch eine alternative Möglichkeit für eine Ausbildung der Steuerpumpe als Rotationskolbenpumpe darin, diese als Drehschieberpumpe zu gestalten. Diese auch als Flügelzellenpumpe bezeichnete Bauart weist einen gegenüber einem Steuerpumpengehäuse exzentrisch angeordneten Rotor auf, welcher mehrere radial verlaufende Führungen aufweist. In diesen radial verlaufenden Führungen sind Drehschieber radial verschiebbar geführt, die über Federn oder den Systemdruck sowie durch die Fliehkraft nach außen gedrückt werden und mit ihren Enden dichtend an einer Innenwand des ringförmigen Steuerpumpengehäuses anliegen. Es besteht für die erfindungsgemäße Verwendung dieser Drehschieberpumpe als Steuerpumpe innerhalb einer regelbaren Kühlmittelpumpe die Möglichkeit, den exzentrischen Rotor unmittelbar über die Antriebswelle anzutreiben. Auch eine entsprechende Bauart einer Steuerpumpe lässt sich mit geringem Aufwand in das Pumpengehäuse der Kühlmittelpumpe integrieren, wobei diese Pumpe ebenfalls wie sämtliche vorstehend erläuterten anderen Pumpentypen den Vorteil aufweist, dass sie relativ unanfällig gegenüber Verschmutzungen des Hydraulikmediums ist.
in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Hydraulikmedium dem Aktuator aus der Außenzahnradpumpe oder der Drehschieberpumpe über zumindest eine innerhalb der Antriebswelle verlaufende Druckmittelbohrung zugeführt wird. Dabei kann, wie weiterhin vorgeschlagen wird, der Aktuator als innerhalb der Antriebswelle, in einem in dieser ausgebildeten Zylinder angeordneter Zentralkolben gestaltet sein, der über eine Kolbenstange an einem mit dem Sperrring verbundenen Leitblech angreift. In diesem Fall ist am Auslass der Steuerpumpe, vorzugsweise in deren Gehäuse ein Steuerventil angeordnet, wobei ein Arbeitsanschluss dieses Steuerventils unmittelbar mit der vorgesehenen axial verlaufenden Druckmittelbohrung verbunden ist.
Durch die zentrale Anordnung des als Zentralkolben ausgebildeten Aktuators innerhalb des flügelradseitigen Endes der Antriebswelle lässt sich insgesamt eine sehr kompakte Bauweise erzielen, bei welcher mit baulich geringem Aufwand eine funktionssichere Betätigung des Sperrrings der Kühlmittelpumpe erreicht werden kann. Natürlich kann im Falle einer Verbindung des Rotors, beispielsweise der Innenzahnradpumpe oder der Innenringpumpe mit der Rückseite des Flügelrades auch eine Anordnung vorgesehen sein, bei der das Druckmittel aus der Auslassöffnung der entsprechenden Steuerpumpe zunächst einem im Pumpengehäuse der Kühlmittelpumpe angeordneten Steuerventil und von dort aus dem unmittelbar neben dem Flügelrad angeordneten Aktuator zugeleitet werden. Für die Ausbildung eines entsprechenden Aktuators sind alle Bauformen möglich, die über einen Druck des Hydraulikmediums eine Verstellung des Sperrringes herbeiführen. Selbstverständlich kann in diesem Fall auch das Steuerventil in dem zuvor erläuterten flanschartigen Gehäuse der Steuerpumpe angeordnet sein, das zwischen entsprechenden Hälften des Pumpengehäuses eingespannt wird.
Schließlich ist vorgesehen, dass das ringförmige Sperrelement einteilig mit einem Leitbleich ausgebildet ist, dass das Flügelrad im Wesentlichen aus einem hinteren, mit der Antriebswelle verbundenen Flügelradboden und einem zu diesem in axialer Richtung beabstandeten vorderen Flügelradboden besteht, wobei das Leitrad zwischen den Flügelradböden verschiebbar angeordnet ist. Zwischen diesen Flügelradböden befinden sich Schaufeln, die durch Ausnehmungen im Leitblech hindurchgeführt sind. Das Leitblech weist dabei vorzugsweise eine mit dem hinteren Flügelradboden identische Kontur auf und ist somit für die Leitung des Kühlmittels nach außen strömungsgünstig gestaltet.
Der Vorteil dieser Anordnung des Leitbleiches zwischen den Flügelradböden besteht darin, dass kein zusätzlicher Raum für die Verschiebung eines den Sperrring aufnehmenden Mitnehmers vorzusehen ist. Es reicht aus, einen entsprechenden Ringraum im Pumpengehäuse vorzusehen, in den der Sperrring bei geöffnetem Kühlmittelaustritt schoben werden kann. Daher führt auch diese Anordnung des Leitbleches zu einer insgesamt kompakten Bauweise der regelbaren Kühlmittelpumpe.
Darüber hinaus besteht natürlich auch die Möglichkeit, den Aktuator, beispielsweise den in der Antriebswelle angeordneten Zentralkolben, in entgegengesetzter Richtung zu betätigen, wobei sich dann der Sperrring, ausgehend von dem als Flansch ausgebildeten Mitnehmer in Richtung des Laufrades erstrecken würde. Der Mitnehmer liegt in diesem Fall nicht innerhalb der Erstreckung des Laufrades und dient somit nicht als Leitblech.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Patentanspruchs 1 und der abhängigen Patentansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus der Zeichnung ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Zeichnung durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen drei Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines einer Brennkraftmaschine zugeordneten Kühlmittelkreislaufes, in welchem eine von einer Brennkraftmaschine angetriebene Kühlmittelpumpe und eine Steuerpumpe vorgesehen sind,
2 eine schematische Darstellung einer Anordnung einer als Außenzahnradpumpe ausgebildeten Steuerpumpe innerhalb eines Pumpengehäuses einer regelbaren Kühlmittelpumpe,
3 eine perspektivische Darstellung im Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe, in der eine als Außenzahnradpumpe ausgebildete Steuerpumpe angeordnet ist,
4 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe, die innerhalb eines flanschartig ausgebildeten Teiles des Pumpengehäuses angeordnet ist,
5 eine schematische Darstellung einer in einem Pumpengehäuse angeordneten Innenringpumpe,
6 eine perspektivische Darstellung einer innerhalb eines flanschartigen Teiles eines Pumpengehäuses angeordneten Innenringpumpe,
7 eine schematische Darstellung einer innerhalb eines Pumpengehäuses angeordneten Steuerpumpe, die als Drehschieberpumpe ausgebildet ist.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist mit 1 eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die über ein Abtriebsrad 2, einen Treibriemen 3 und ein Antriebsrad 4 eine Kühlmittelpumpe 5 antreibt. Diese Kühlmittelpumpe 5 fördert Kühlmittel, bei dem es sich um ein Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel handelt, über einen Kühlmittelkreislauf 6 durch nicht näher gestellte Kühlmittelräume, die im Zylinderkopf und im Zylindergehäuse der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen sind. Im Übrigen sind, wie in dieser 1 ebenfalls nicht dargestellt, innerhalb dieses Kühlmittelkreises ein Wärmetauscher zur Kühlung des Kühlmittels über den Fahrtwind und ein Heizungswärmetauscher zur Ableitung der Wärme für die Beheizung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Wie der 1 weiterhin entnommen werden kann, ist die Kühlmittelpumpe 5 regelbar, was die durch den Kühlmittelkreis 6 geförderte Kühlmittelmenge anbelangt. Für die entsprechende Verstellung der Kühlmittelpumpe 5 ist eine Steuerpumpe 7 vorgesehen, die gemeinsam mit der Kühlmittelpumpe 5 angetrieben werden soll, wobei eine Fließrichtung des von der Steuerpumpe 7 gelieferten Hydraulikmediums und ein entsprechender Druckaufbau an einer Aktuatorik einer Verstellvorrichtung der Kühlmittelpumpe 5 durch ein Steuerventil 8 geregelt werden.
Die über den Treibriemen 3 angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe 5 wird folglich mittels der Steuerpumpe 7 und des Steuerventils 8 derart verstellt, dass in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur oder bestimmten Bauteiltemperaturen der Brennkraftmaschine die Fördermenge der Kühlmittelpumpe 5 verändert wird. Der Fluidstrom, der von der Steuerpumpe 7 einer entsprechenden Verstellung der Kühlmittelpumpe 5 zugeführt wird, kann in diesem Fall dem Kühlmittelkreis entnommen werden, so dass kein weiteres Arbeitsmedium benötigt wird. Solange keine Verstellung der regelbaren Kühlmittelpumpe 5 erfolgt, d. h., dass deren Verstellung in einer bestimmten Position gehalten wird oder dass die Kühlmittelpumpe 5 ihre maximale Fördermenge liefert, wird der Fluidstrom der Steuerpumpe drucklos in den Kühlmittelkreis 6 zurückgefördert, so dass der Antrieb der Steuerpumpe insgesamt eine geringe Antriebsleistung beansprucht.
In der 2 ist eine Ausbildung der Steuerpumpe 7 als Rotationskolbenpumpe schematisch dargestellt. Die Bauart dieser Rotationskolbenpumpe ist die einer Außenzahnradpumpe 9, wobei sie innerhalb eines Pumpengehäuses 10 der Kühlmittelpumpe 5 angeordnet ist. Diese Außenzahnradpumpe 9 besteht aus einem ersten von einer Antriebswelle 11 der Kühlmittelpumpe 5 angetriebenen Zahnrad 12, einem mit diesem kämmenden zweiten Zahnrad 13 sowie einem Steuerpumpengehäuse 14. Die beiden Zahnräder 12 und 13, die gegenläufig angetrieben werden, fördern das Hydraulikmedium dabei in einem außerhalb ihres Eingriffsbereichs liegenden, dem Steuerpumpengehäuse zugewandten Bereich in eine Druckleitung 15, die zu dem Steuerventil 8 führt. Von diesem Steuerventil 8, das vorliegend als 4/3-Wegeventil ausgebildet ist, wird in einer Arbeitsstellung der Druckmittelstrom aus der Druckleitung 15 in eine Arbeitsleitung 16 geleitet, die wiederum zu einem Aktuator 17, welcher an einem Flügelrad 18 der Kühlmittelpumpe 5 vorgesehen ist, führt.
Dabei besteht der Aktuator 17 aus einem Hydraulikzylinder 19 und einem darin verschiebbar geführten Hydraulikkolben 20, wobei es sich um einen einfach wirkenden Hydraulikzylinder 19 handelt, bei dem der Hydraulikkolben 20 einseitig mit Druckmittel beaufschlagt wird und an seiner gegenüberliegenden Stirnfläche durch die Kraft einer Druckfeder 21 beaufschlagt ist. Der Hydraulikkolben 20 greift dabei an einem Leitblech 22 an, welches in seinem äußeren Umfangsbereich in einen axial verlaufenden Sperrring 23 übergeht. Auf die Funktion des Aktuators 17 sowie des gemeinsam mit dem Sperrring 23 verstellbaren Leitblechs 22 wird nachfolgend noch im Zusammenhang mit der 3 eingegangen werden. Schließlich ist in der 2 noch eine Rücklaufleitung 24 vorgesehen, mittels welcher in einer entsprechenden Stellung des Steuerventils 8 der von der Außenzahnradpumpe 9 gelieferte Druckmittelstrom drucklos in den Tank, also in den Kühlmittelkreislauf gefördert werden kann. In diese Rücklaufleitung 24 gelangt auch Druckmittel aus dem Hydraulikzylinder 19, wenn eine Sperrstellung des Sperrrings 23 aufgehoben werden soll.
Der 3 ist im Längsschnitt durch die Kühlmittelpumpe 5 ein Beispiel für die Anordnung der zuvor anhand der 2 erläuterten, als Außenzahnradpumpe 9 ausgebildeten Steuerpumpe 7 dargestellt. Da es sich um das bereits in den 1 und 2 erläuterte Prinzip handelt, werden die entsprechenden Bauelemente, die zuvor bereits erwähnt wurden, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der 3 kann entnommen werden, dass im Pumpengehäuse 10 der Kühlmittelpumpe 5 die vom Antriebsrad 4 angetriebene Antriebswelle 11 gelagert ist. Gemäß der vereinfachten Darstellung nach 3 kann es sich dabei um eine Gleitlagerung handeln, die aber auch durch eine Wälzlagerung ersetzbar ist. Dabei nimmt die Antriebswelle 11 an ihrem vom Antriebsrad 4 abgewandten Ende das Flügelrad 18 auf. Weiterhin ist die Antriebswelle 11 durch das erste Zahnrad 12 der Außenzahnradpumpe 9 hindurchgeführt. Sowohl dieses erste Zahnrad 12 als auch das mit ihm kämmende Zahnrad 13 sind in dem brillenartig gestalteten Steuerpumpengehäuse 14, welches im Pumpengehäuse 10 fixiert ist, angeordnet.
Außerdem ist die Antriebswelle 11 an ihrem sich über die Außenzahnradpumpe 9 hinaus erstreckenden Ende als Hohlwelle 25 ausgebildet. Auf diese Weise wird der zuvor gemäß 2 erwähnte Hydraulikzylinder 19 geschaffen, in welchem der Hydraulikkolben 20 längsverschiebbar geführt ist. Dieser Hydraulikkolben 20 greift dabei über eine Kolbenstange an dem Leitblech 22 an. Da dieses Leitblech 22 topfförmig ausgebildet ist, nimmt es an seinem Umfang den Sperrring 23 auf, der in der 3 in seiner Sperrstellung gezeigt ist, in der er einen Kühlmittelaustritt aus dem Flügelrad 18 sperrt. In dieser Position liegt das Leitblech an einem vorderen Flügelradboden 28 des Flügelrades 18 an.
Wenn das Leitblech 22 und somit der Sperrring 23 über den Hydraulikkolben 20 unter der Kraft der in 2 dargestellten Druckfeder 21 in ihre Öffnungsstellung verschoben werden, so wird das Leitblech 22 gegen einen hinteren Flügelradboden 29 bewegt, über welchen das Flügelrad 18 auf der Antriebswelle 11 fixiert ist. Dabei bewegt sich der Sperrring 23 abschnittsweise in einen Ringraum 10a des Pumpengehäuses 10. Zwischen dem vorderen Flügelradboden 28 und dem hinteren Flügelradboden sind Schaufeln 30 angeordnet, über die das über eine Ansaugöffnung 31 in axialer Richtung angesaugte Kühlmittel radial nach außen in Richtung des Kühlmittelaustritts 27 gefördert wird. Damit das Leitblech 22 seine zuvor beschriebene axiale Bewegung zwischen dem vorderen Flügelradboden 28 und dem hinteren Flügelradboden 29 ausführen kann, ist es mit Ausnehmungen 32 versehen, durch die die Schaufeln 30 hindurchgeführt sind.
Der 3 ist folglich eine sehr kompakte Anordnung der Steuerpumpe 7 mit einem geringen Abstand derselben zu dem Aktuator 17 für die Regelung der Kühlmittelpumpe 5 zu entnehmen. Die verwendete Bauart der Steuerpumpe 7 als Außenzahnradpumpe 9 weist den erheblichen Vorteil auf, dass Schmutzpartikel in dem als Hydraulikmedium verwendeten Kühlmittel keine Störungen an der Steuerpumpe 7 hervorrufen können. Im Übrigen soll das in den 1 und 2 dargestellte Steuerventil 8 innerhalb des Pumpengehäuses 10 der Kühlmittelpumpe 5 angeordnet sein. Das soll vorzugsweise in unmittelbarer Nähe der Steuerpumpe 7 sein. Neben dieser funktionssicheren Ausbildung der Steuerpumpe 7 und deren raumsparender Anordnung im Pumpengehäuse 10 treten durch die zentrale Anordnung des Aktuators 17 in der Antriebswelle 11 erhebliche Vorteile auf. Die kompakte Ausbildung der gesamten regelbaren Kühlmittelpumpe 5 wird auch dadurch erreicht, dass das Leitblech 22 innerhalb des Flügelrads 18 angeordnet ist und somit keinen zusätzlichen Raum außerhalb des Flügelrads 18 beansprucht.
Weiterhin sei noch darauf hingewiesen, dass das erste Zahnrad 12 auf die Antriebswelle 11 aufgepresst sein kann. Darüber hinaus kann das Steuerpumpengehäuse 14 der Außenzahnradpumpe 9 vorzugsweise aus Kunststoff oder aus tiefgezogenem Blech hergestellt sein und zur Lagerung des zweiten Zahnrades 13 dienen. Diese Lagerung kann an die vorherrschenden äußeren Bedingungen angepasst und folglich als Gleitlagerung oder Wälzlagerung ausgebildet sein. Eine der Gehäusehälften des vorzugsweise zweiteilig ausgebildeten Steuerpumpengehäuses 14 soll dabei verdrehfest mit dem Pumpengehäuse 10 der Kühlmittelpumpe 5 verbunden sein. Die beiden entsprechenden Gehäusehälften müssen sowohl radial als auch axial derart ausgeführt sein, dass auch unter steigendem Innendruck der Außenzahnradpumpe die Spaltmaße zu den beiden Zahnrädern im vorgesehenen Maß bleiben, da anderenfalls die inneren Rückflüsse den Wirkungsgrad und somit den erzielbaren Ausgangsdruck deutlich verringern würden. Eingangsseitig der Außenzahnradpumpe 9 ist weiterhin eine Öffnung zu dem hinter dem Flügelrad 18 liegenden Nassbereich vorzusehen, durch welche die Außenzahnradpumpe das Arbeitsmedium ansaugen kann. Gleichachsig, jedoch gegenüber dem Eingangsbereich gegenüberliegend, befindet sich ein Ausgang der Außenzahnradpumpe 9, durch welchen das druckbeaufschlagte Hydraulikmedium von der Außenzahnradpumpe 9 weg zu dem Steuerventil 8 geführt wird. Das Steuerventil 8, das beispielsweise schematisch in 2 dargestellt ist, kann vorzugsweise elektromagnetisch vorgesteuert sein.
Weiterhin geht aus der 4 eine Ausbildung der Steuerpumpe 7 als Innenzahnradpumpe 33 hervor. Diese Innenzahnradpumpe ist in einem als flanschartiges Gehäuseteil 34 ausgebildeten Steuerpumpengehäuse 14 angeordnet, welches zwischen nicht dargestellten Hälften des Pumpengehäuses 10 einspannbar ist. In seinem Inneren nimmt dieses flanschartige Gehäuseteil 34 ein mit einer Innenverzahnung 35 versehenes Außenrad 36 auf, das im flanschartigen Gehäuseteil 34 drehbar geführt ist. In diese Innenverzahnung 35 greift eine Außenverzahnung 37 eines Innenrades 38 ein. Dabei ist das Innenrad 38 mittels eines Exzenterrings 39 exzentrisch gegenüber der Längsachse der nicht dargestellten Antriebswelle 11 gelagert. Dieser Exzenterring 39 verfügt dabei über eine Bohrung 40, durch welche die Antriebswelle 11 hindurchgeführt werden soll. In dem Bereich, in welchem die Verzahnungen 35 und 37 nicht im Eingriff befinden und in welchem ein Freiraum gebildet wird, ist ein Sichelkörper 41 angeordnet. Es besteht dabei die Möglichkeit, entweder das Außenrad 36 oder das Innenrad 38 anzutreiben. Dabei wird zweckmäßigerweise bei einer ersten Variante das Außenrad mit einer Rückseite des Flügelrades 18 verbunden und folglich von diesem angetrieben sein. In der zweiten Variante erfolgt hingegen der Antrieb des Innenrades 38 unmittelbar über die Antriebswelle 11. Für das jeweils frei drehbare Element dieser Innenzahnradpumpe 33 ist eine entsprechende Lagerung mittels eines Gleitlagers oder eines Wälzlagers vorzusehen. Der Sichelkörper 41 schmiegt sich dabei an die Innenverzahnung 38 sowie an die Außenverzahnung 37 und dichtet dadurch die das Hydraulikmedium fördernden Zahnzwischenräume ab. Ein Pumpeneingang ist derart zu gestalten, dass dieser sich axial oder radial am in Drehrichtung endseitigen Bereich des Zahneingriffs befindet, während sich in Drehrichtung im endseitigen Bereich des Sichelkörpers 41 ein entsprechender Druckausgang befindet. Des Weiteren ist der axiale Spalt zwischen dem jeweils drehenden Zahnrad 36 oder 38 und der gehäuseseitigen Kontur so gering wie möglich zu halten, um die nach außen auftretenden Druckverluste zu minimieren, während die Spalte zwischen gehäuseseitiger Sichelkontur und Verzahnung die inneren Druckverluste maßgebend bestimmen.
Eine Anordnung dieser Innenzahnradpumpe kann dabei entsprechend dem Vorschlag gemäß 3 ausgebildet sein, wobei das von der Innenzahnradpumpe 33 gelieferte Druckmittel ebenfalls über das zuvor erläuterte Steuerventil 8 einem entsprechend 3 ausgebildeten Aktuator, bestehend aus einem Hydraulikzylinder 19, einem Hydraulikkolben 20, einem Leitblech 22 sowie einem Sperrring 23 zuleitet. Dabei kann ebenfalls eine entsprechende Anordnung des Leitbleches 22 innerhalb des Flügelrades 18 vorgesehen sein.
Weiterhin ist der 4 zu entnehmen, dass das flanschartige Gehäuseteil 34 einen radial vorstehenden Ansatz 42 aufweist, innerhalb dessen das nicht näher dargestellte Steuerventil 8 angeordnet sein kann. Aus der Darstellung nach 4 geht weiterhin hervor, dass mittels einer sehr kompakten Anordnung der rotierenden bzw. mit diesen in Eingriff befindlichen feststehenden Bauelemente der Innenzahnradpumpe 33 eine sehr kompakte Bauweise erzielt werden kann. Diese Innenzahnradpumpe 33 ist ebenfalls in besonderer Weise dafür geeignet, ein Hydraulikmedium zu fördern, das Schmutzpartikel enthält, ohne dass dadurch die Bauelemente dieser Innenzahnradpumpe beschädigt werden könnten.
Aus den 5 und 6, in denen, soweit Übereinstimmung besteht, ebenfalls die bereits in den 1 bis 4 verwendeten Bezugszeichen aufgeführt sind, geht eine Bauweise der Steuerpumpe 7 als Innenringpumpe 43 hervor. Die Bauweise dieser Innenringpumpe 43 ähnelt der der Innenzahnradpumpe, weil ebenfalls ein mit einer Innenverzahnung 44 versehenes Außenrad 45 mit einer Außenverzahnung 46 eines Innenrades 47 im Eingriff steht. Dabei sind die Verzahnungen vorzugsweise als Trochoidenverzahnung ausgebildet. Außerdem weist das Innenrad 47 vorzugsweise einen Zahn weniger auf als das Außenrad 45, und es ist gegenüber diesem exzentrisch angeordnet. Daraus ergibt sich eine im Vergleich zur Innenzahnradpumpe geringere Exzentrizität. In dem Bereich, in welchem die Zähne nicht im Eingriff sind, wird durch deren Zahnzwischenräume das Hydraulikmedium gefördert.
Ähnlich der Ausbildung nach der 4 kann auch in diesem Fall das mit der Innenverzahnung 44 versehene Außenrad drehfest mit der Rückseite des Flügelrades 18 verbunden sein. Dabei ist dann ebenfalls die Antriebswelle 11 durch die Bohrung 40 des Exzenterringes 39 hindurchgeführt. Auch diese Anordnung eignet sich in besonderer Weise dafür, entweder von der Stirnseite des Pumpengehäuses 10 her in dieses eingesetzt zu werden oder in der in der 6 dargestellten Form mittels des flanschartigen Gehäuseteils 34 zwischen zwei Gehäusehälften des Pumpengehäuses 10 angeordnet zu werden. Die somit geschaffene Einheit weist eine sehr kompakte Bauweise auf, und die entsprechende Innenringpumpe 43 ist dazu in der Lage, ohne Betriebsstörungen Flüssigkeiten mit einer relativ großen Verschmutzung zu fördern.
Schließlich ist in der 7 schematisch eine Drehschieberpumpe 48, auch Flügelzellenpumpe genannt, dargestellt. Bei dieser ist ein Rotor 49, der von einer Aufnahmebohrung 50 des Steuerpumpengehäuses 14 aufgenommen wird und eine Vielzahl von über seinen Umfang verteilten Schlitzen 51 aufweist, exzentrisch gegenüber der Aufnahmebohrung 50 gelagert. In diese Schlitze 51 sind verschiebbare Flügel 52 angeordnet, die durch die Fliehkraft nach außen gedrückt und gleitend an der Oberfläche der Aufnahmebohrung 50 geführt sind. Dabei können die Flügel 52 durch in den Schlitzen 51 angeordneten Federn oder durch einen in den Schlitzen 51 auf die Enden der Flügel 52 wirkenden Systemdruck zusätzlich nach außen gedrängt werden, so dass sie mit ihren einer Mantelfläche der Aufnahmebohrung 50 gegenüberliegenden Enden dichtend an dieser Mantelfläche geführt sind.
Bei der Drehschieberpumpe 48 handelt es sich ebenfalls um eine Rotationskolbenpumpe, die zur Verwendung als Steuerpumpe für die Verstellung einer geregelten Kühlmittelpumpe 5 in besonderer Weise geeignet ist. Auch diese Flügelzellenpumpe lässt sich ähnlich den vorgenannten Pumpentypen im Pumpengehäuse 10 anordnen, wobei der Rotor 49 direkt auf der Antriebswelle 11 der Kühlmittelpumpe 5 angeordnet wird. Mittels dieser Drehschieberpumpe 48 können ebenfalls verschmutzte Flüssigkeiten gefördert werden, ohne dass aufgrund der Verschmutzung ein Defekt an dieser Pumpe auftritt.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Abtriebsrad
3: Treibriemen
4: Antriebsrad
5: Kühlmittelpumpe
6: Kühlmittelkreis
7: Steuerpumpe
8: Steuerventil
9: Außenzahnradpumpe
10: Pumpengehäuse
10a: Ringraum
11: Antriebswelle
12: erstes Zahnrad
13: zweites Zahnrad
14: Steuerpumpengehäuse
15: Druckleitung
16: Arbeitsleitung
17: Aktuator
18: Flügelrad
19: Hydraulikzylinder
20: Hydraulikkolben
21: Druckfeder
22: Leitblech
23: Sperrring
24: Rücklaufleitung
25: Hohlwelle
26: Kolbenstange
27: Kühlmittelaustritt
28: vorderer Flügelradboden
29: hinterer Flügelradboden
30: Schaufeln
31: Ansaugöffnung
32: Ausnehmungen
33: Innenzahnradpumpe
34: flanschartiges Gehäuseteil
35: Innenverzahnung
36: Außenrad
37: Außenverzahnung
38: Innenrad
39: Exzenterring
40: Bohrung
41: Sichelkörper
42: Ansatz
43: Innenringpumpe
44: Innenverzahnung
45: Außenrad
46: Außenverzahnung
47: Innenrad
48: Drehschieberpumpe
49: Rotor
50: Aufnahmebohrung
51: Schlitze
52: Flügel

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 102008026218 A1 [0007, 0010]

Claims

Kühlmittelpumpe (5) für einen Kühlmittelkreiskreis (6) einer Brennkraftmaschine (1) mit einer vorzugsweise über einen Riementrieb angetriebenen, in einem Pumpengehäuse (10) drehbar gelagerten Antriebswelle (11), welche mit einem das Kühlmittel radial nach außen fördernden Flügelrad (18) verbunden ist, wobei radial zum Flügelrad (18) zumindest ein Kühlmittelauslass (27) vorgesehen, mit einem Sperrelement (23), über welches ein Querschnitt des Kühlmittelauslasses (27) veränderbar bzw. absperrbar ist, und mit einem hydraulisch betätigten Aktuator, der am Sperrelement (23) angreift, wobei eine in die Kühlmittelpumpe (5) integrierte Steuerpumpe (7) ein unter Druck stehendes Hydraulikmedium für die Verstellung des Sperrelements (23) liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerpumpe (7) als Rotationskolbenpumpe ausgebildet ist.
Kühlmittelpumpe (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdränger (12, 38, 45, 49) der Rotationskolbenpumpe mit der Antriebswelle (11) verbunden ist.
Kühlmittelpumpe (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Rotationskolbenpumpe eine Außenzahnradpumpe (9) vorgesehen ist.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Rotationskolbenpumpe eine Innenzahnradpumpe (33) vorgesehen ist.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Rotationskolbenpumpe eine Innenringpumpe (43) vorgesehen ist.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationskolbenpumpe als Drehschieberpumpe (48) ausgebildet ist.
Kühlmittelpumpe (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikmedium dem Aktuator aus der Rotationskolbenpumpe (9, 33, 43, 48) über zumindest eine innerhalb der Antriebswelle (11) verlaufende Druckmittelbohrung zugeführt wird
Kühlmittelpumpe (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator als innerhalb der Antriebswelle (11), in einem in dieser ausgebildeten Hydraulikzylinder (19) angeordneten Zentralkolben (20) gestaltet ist, der über eine Kolbenstange (26) an einem Leitblech (22) angreift.
Kühlmittelpumpe (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Druckmittelausgang (15) der Rotationskolbenpumpe (9, 33, 43, 48) und einem Druckmitteleingang (16) des Aktuators ein Steuerventil (8) angeordnet ist.
Kühlmittelpumpe (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Sperrelement (23) einteilig mit einem Leitblech (22) ausgebildet ist, dass das Flügelrad (18) im Wesentlichen aus einem hinteren, mit der Antriebswelle (11) verbundenen Flügelradboden (29) und einem zu diesem in axialer Richtung beabstandeten vorderen Flügelradboden (28) besteht, wobei das Leitblech (22) zwischen den Flügelradböden (28 und 29) verschiebbar ist.