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Die Erfindung betrifft eine geregelte Kühlmittelpumpe für eine Brennkraftmaschine mit einem Aufbau gemäß den Merkmalen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bei flüssigkeitsgekühlten, insbesondere wassergekühlten Brennkraftmaschinen wird das Kühlwasser in einem geschlossenen Kreislauf durch Kühlkanäle des Kurbelgehäuses und des Zylinderkopfes geleitet und anschließend in einen Luft-Wasser-Wärmetauscher bzw. Kühler zurückgekühlt. Zur Unterstützung der Zirkulation des Kühlmittels wird eine insbesondere über einen Riementrieb direkt angetriebene Kühlmittelpumpe eingesetzt. Durch die unmittelbare Koppelung zwischen der Kühlmittelpumpe und der Kurbelwelle stellt sich eine Abhängigkeit der Pumpendrehzahl von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ein. Daraus folgt, dass bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine das Kühlmittel zirkuliert, wodurch sich eine gewünschte schnelle Erwärmung der Brennkraftmaschine und eine damit verbundene optimale Betriebstemperatur verzögert. Zur Optimierung von Brennkraftmaschinen im Hinblick auf Emission und Kraftstoffverbrauch ist es sinnvoll, die Brennkraftmaschine nach dem Kaltstart möglichst schnell auf die Betriebstemperatur zu bringen. Dadurch werden sowohl die Reibungsverluste und folglich der Kraftstoffverbrauch und zugleich die Emissionswerte reduziert. Um diesen Effekt zu erzielen, werden regelbare Kühlmittelpumpen eingesetzt, deren geförderter Volumenstrom auf den Kühlungsbedarf der Brennkraftmaschine abgestimmt werden kann. Für Brennkraftmaschinen, die für Fahrzeuge bestimmt sind, wird in der Kaltlaufphase ein auch als „Null-Leckagestrom” bezeichneter Kühlmittelstrom von ≤ 0,1 l/h angestrebt.
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Aus der
DE 199 01 123 A1 ist als Maßnahme, um das Fördervolumen einer Kühlmittelpumpe zu beeinflussen, bekannt, dem Flügelrad einen äußeren übergreifenden Schieber zuzuordnen. Damit kann die wirksame Flügelbreite des Flügelrades in axialer Richtung stufenlos verändert und eingestellt werden. Die Verstellung des Schiebers erfolgt dabei durch das Verdrehen einer gewindeartigen Führung. Die
DE 10 2005 062 200 A1 offenbart eine regelbare Kühlmittelpumpe, bei der zur Einflussnahme auf die Fördermenge innerhalb des Pumpengehäuses ein in Richtung der Pumpenwellenachse verschiebbarer Ventilschieber eingebracht ist. Der ringförmig ausgebildete Schieber bildet einen den Ausströmbereich des Flügelrades variabel überdeckenden Außenzylinder. Gemäß der
DE 10 2005 004 315 A1 wird der auch als Leitscheibe zu bezeichnende Ventilschieber elektromagnetisch mit einer im Pumpengehäuse angeordneten Magnetspule verstellt. Alternativ dazu ist zur Verstellung des Ventilschiebers nach der
DE 10 2005 062 200 A1 ein pneumatisch oder hydraulisch betätigter Aktuator vorgesehen, der zur Verstellung des Ventilschiebers im Pumpengehäuse geführte Kolbenstangen einschließt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für eine regelbare Kühlmittelpumpe eine bauraum- und kostenoptimierte sowie funktionssichere Aktuatorik zu schaffen, die eine bedarfsgerechte Verstellung des Leitblechs sicherstellt.
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Diese Problemstellung wird durch eine regelbare Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte und erfindungswesentliche Ausgestaltungen sowie Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 angegeben.
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Gemäß der Erfindung bietet die innerhalb der Kühlmittelpumpe integrierte Aktuatorik den Vorteil, den Bauraum sowie die Erstellungskosten zur Realisierung einer effektiven und funktionssicheren regelbaren Kühlmittelpumpe zu verringern. Der erfindungsgemäße Aufbau umfasst zur Druckerzeugung eine Aktuatorik mit einer innerhalb der Kühlmittelpumpe integrierten Radialkolbenpumpe, die zwei in einer Durchgangsbohrung der Pumpenwelle geführte und gegenüberliegend eingesetzte Kolben, einen Hauptkolben und einen Gegenkolben, einschließt. Die einen Druckraum begrenzenden Kolben sind außenseitig von einem einen Exzenter bildenden, auch als Schlitten zu bezeichnenden Steuerelement umschlossen, mit dem eine oszillierende Bewegung der Kolben ausgelöst werden kann. Eine Volumenstromänderung der Kühlmittelpumpe über eine Leitblechverschiebung wird durch ein Verstellen des Steuerelements in Richtung einer größeren Exzentrizität ausgelöst. Das in dem Pumpengehäuse in einer Aussparung geführte, radial bzw. linear verschiebbare Steuerelement ist in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Pumpenwelle über eine Aktoreinheit einstellbar, die ein elektrisch betätigtes Stellelement sowie einen Linearfreilauf einschließt. Die erforderliche Stellkraft zur Verstellung des Steuerelements wird von dem elektrischen Stellelement erzeugt, wobei die benötigte Stellkraft erfindungsgemäß durch den Linearfreilauf reduzierbar ist. Vorteilhaft kann in Verbindung mit dem Linearfreilauf eine Verstellung des Steuerelements auf Drehwinkelphasen der Wasserpumpenwelle beschränkt werden, in denen sich ein reduzierter Druck im Druckraum der Radialkolbenpumpe einstellt. Bei einem Druckanstieg wird die Verstellung bis zum Erreichen einer nächsten Drehwinkelphase mit verringertem Druck durch den Linearfreilauf kurzzeitig blockiert. Folglich kann mit einem relativ geringen Stellkraftniveau der Aktoreinheit die Steuerelementverstellung erfolgen.
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Aufgrund der ausschließlich mit reduzierten Stellkräften durchgeführten getakteten Verstellung des Steuerelementes ist vorteilhaft ein kleines, bauraumoptimiertes und kostengünstiges elektrisches Stellelement einsetzbar. Ein Zurückstellen des Leitblechs in eine Ausgangs- oder Neutralstellung zur Erreichung eines großen Volumenstroms erfolgt selbsttätig bei stromlosem Stellelement durch auf den Linearfreilauf wirkende Fliehkräfte und/oder mittels einer unterstützenden Federkraft. Mittels der Radialkolbenpumpe wird das Kühlmedium aus dem Kühlkreislauf bzw. der Kühlmittelpumpe angesaugt und an einen in der Kühlmittelpumpenwelle liegenden Druckraum übertragen. Mit der Radialkolbenpumpe in Verbindung mit einer variablen Exzentrizität ist ein Steuerdruck generierbar, um den Kolben zwischen einem Null- oder Leerlauf und einem variablen Hub zu verstellen. Weiterhin kann die Geschwindigkeit des Druckaufbaus und damit die Position des Leitblechs gegenüber dem Flügelrad stufenlos gesteuert werden, um nach einem Kaltstart eine schnelle Erwärmung der Brennkraftmaschine zu erreichen oder die Motortemperatur gezielt zu beeinflussen. Gegenüber bisherigen, beispielsweise elektromotorischen, komplexen und kostenintensiven Ausführungen zur Realisierung einer regelbaren Kühlmittelpumpe bietet die Erfindung vorteilhaft ein bauraumneutrales, montagefreundliches und kostengünstiges Konzept. Der montagefreundliche Aufbau der erfindungsgemäßen Aktuatorik beeinträchtigt weiterhin nicht den Bauraum im Bereich der Antriebs- oder Riemenebene der Kühlmittelpumpe. Die Aktuatorik kann somit innerhalb der Packaging-Grenzen einer herkömmlichen Kühlmittelpumpe, bestehend aus Riemenscheibe, Lagerung, Gleitringdichtung, Flügelrad realisiert werden. Das erfindungsgemäße, eine gute Ansteuerbarkeit des Leitblechs sicherstellende und alle Kriterien aus Kundensicht erfüllende Konzept kann außerdem mit standardisierten Bauteilen realisiert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Linearfreilauf der Aktoreinheit zumindest zwei Klemmkörper, die in Abhängigkeit von definierten Größen eine Selbsthemmung ermöglichen und einen Klemmverband bilden. Die Klemmkörper sind dazu in einer Führungshülse eingesetzt und außenseitig an der Aussparung der Pumpenwelle und innenseitig an einem Klemmkegel geführt. Der sich in Richtung der Führungshülse verjüngende, mit dem Steuerelement verbundene Klemmkegel ist weiterhin von einer Druckfeder umschlossen, die zwischen dem Steuerelement und der Führungshülse eingesetzt ist. Die Axialkraft der Druckfeder löst bei stromlosen oder bei einer relativ geringen Stellkraft des Stellelements die Klemmkörper und damit den Klemmverband und verschiebt die Führungshülse und das Stellelement in eine Ausgangs- oder Neutralstellung. Als elektrisches Stellelement eignet sich insbesondere ein Elektromagnet, dessen Stellkraft den Linearfreilauf und das damit in Verbindung stehende Steuerelement sowie die zugehörigen Kolben verstellt. Aufgrund der erfindungsgemäß auf Drehwinkelphasen der Wasserpumpenwelle beschränkten und mit dem Linearfreilauf zusammenwirkenden Verstellung kann vorteilhaft ein bauraumoptimierter, kostengünstiger Elektromagnet verwendet werden.
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Ferner ist erfindungsgemäß für die Aktoreinheit vorteilhaft eine Auslegung vorgesehen, die für das elektrische Stellelement einen Kräftebereich von ≥ 10 N sowie für die zwischen dem Linearfreilauf und dem Stellelement eingesetzte Druckfeder einen Kräftebereich von ≥ 1,2 N bis ≤ 3 N vorsieht. Der Klemmkegel des Linearfreilaufs weist zur Erreichung einer Selbsthemmung einen Keilwinkel α von ≤ 5,7° auf, wobei eine Reibzahl μ von 0,1 berücksichtigt wird.
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Als Maßnahme, um die Funktionssicherheit der Aktuatorik zu gewährleisten, ist das stufenlos radial verschiebbare, die Exzentrizität und damit den Hub der Kolben der Radialkolbenpumpe beeinflussende Steuerelement abgedichtet in dem Pumpengehäuse eingesetzt. An der Innenkontur des weiterhin drehfixierten Steuerelements sind die um 180° zueinander versetzten Kolben, der Haupt- und der Gegenkolben, gleitgelagert oder wälzgelagert geführt. Ein zwischen den Kolben eingesetztes Federelement bewirkt eine unterstützende kraftschlüssige Abstützung der Kolben an dem Steuerelement. Der als Hohlkörper ausgebildete Hauptkolben schließt ein Ansaugventil ein, das mit einem Ansaug- oder Zuströmkanal des Pumpengehäuses zusammenwirkt, über die in einer Ansaugphase das Hydraulikfluid bzw. Kühlmittel der Kühlmittelpumpe in den Hauptkolben eintritt. Außerdem ist in dem Hauptkolben ein Rückschlag- oder Einwegventil integriert, über das das Hydraulikfluid in den von dem Haupt- und dem Gegenkolben begrenzten Druckraum der Pumpenwelle einströmt. Ein weiteres, auch als Schließventil zu bezeichnendes Einwegventil ist zwischen dem Druckraum und einem Zuströmkanal eines Hochdruckraums der Pumpenwelle vorgesehen, in dem ein die Schubstange des Leitblechs beaufschlagender Stell- oder Arbeitskolben verschiebbar geführt ist.
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Ein definierter Leckspalt zwischen dem Arbeitskolben und der Bohrungswandung der Pumpenwelle gewährleistet ein selbsttätiges Entweichen von Hydraulikfluid aus dem Hochdruckraum in die Kühlmittelpumpe. Dies erfolgt, sobald das elektrische Stellelement der Aktoreinheit stromlos geschaltet ist und der Arbeitskolben und gleichzeitig das damit verbundene Leitblech sich in Richtung einer Endlage verschieben, wodurch sich der Volumenstrom der Kühlmittelpumpe vergrößert.
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Ferner bietet es sich erfindungsgemäß an, die Aktuatorik mit einer Ausfallsicherung oder Failsafe-Einrichtung zu kombinieren. Dazu ist der Schubstange ein Federelement, insbesondere eine Druckfeder, zugeordnet, die bei einer Störung, beispielsweise einem Stromausfall der Aktoreinheit, die Schubstange einschließlich des zugehörigen Leitblechs in die Neutralstellung verschiebt, bei der sich der maximale Förder- oder Volumenstrom der Kühlmittelpumpe einstellt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
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1 in einer schematischen Darstellung den Aufbau einer Kühlmittelpumpe mit einer integrierten, erfindungsgemäß aufgebauten Aktuatorik;
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2 eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe in einem Längsschnitt;
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3 ein Funktionsprinzip der Radialkolbenpumpe der Aktuatorik;
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4 in einem Diagramm den Kraftverlauf zur Verstellung des Steuerelements der Radialkolbenpumpe;
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5 eine schematische Darstellung von dem Klemmverband des Linearfreilaufs.
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In 1 sind schematisch alle Komponenten einer erfindungsgemäß geregelten Kühlmittelpumpe 1 dargestellt. Die zur Kühlung einer Brennkraftmaschine 2 bestimmte Kühlmittelpumpe 1 wird über einen Zugmitteltrieb 3 angetrieben. Das Zugmittel 4 des als Riementrieb ausgeführten Zugmitteltriebs 3 verbindet eine erste Riemenscheibe 5, die mit einer nicht abgebildeten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 2 verbunden ist, mit einer zweiten, der Kühlmittelpumpe 1 zugeordneten Riemenscheibe 6. Das Fördervolumen bzw. der Volumenstrom der mit einem Kühlkreislauf 7 in Verbindung stehenden Kühlmittelpumpe 1 ist über eine hydraulisch wirkende, einem Hydraulikkreislauf 8 zugeordnete, in der Kühlmittelpumpe 1 integrierte Aktuatorik 10 einstellbar bzw. regelbar. Der Aufbau der Aktuatorik 10 umfasst eine exzentrisch verstellbare Radialkolbenpumpe 11, die mit einer einen Linearfreilauf 12 sowie ein ansteuerbares Stellelement 13 einschließenden Aktoreinheit 15 zusammenwirkt.
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2 zeigt die regelbare Kühlmittelpumpe 1 im Längsschnitt und verdeutlicht insbesondere den Aufbau der Aktuatorik 10. Die Kühlmittelpumpe 1 umfasst ein Pumpengehäuse 18, in dem eine als Hohlwelle ausgebildete, drehstarr mit einem Flügelrad 19 verbundene Pumpenwelle 20 über ein Wälzlager 21 drehbar gelagert ist. Im Betriebszustand der Kühlmittelpumpe 1 bei rotierendem Flügelrad 19 strömt das Kühlmittel als Hydraulikfluid axial über einen Sauganschluss 22 zu dem Flügelrad 19 und wird radial in einen Spiralkanal 23 bzw. Druckkanal geleitet. Dabei bildet ein mit dem Flügelrad 19 verbundener Pumpendeckel 24 einen Übergang zwischen dem Sauganschluss 22 und dem Spiralkanal 23. Zur Einflussnahme auf den Volumenstrom der Kühlmittelpumpe 1 ist im Ausströmbereich 26 der Kühlmittelpumpe 1 dem Flügelrad 19 ein Leitblech 25 zugeordnet, das axial verschiebbar den Ausströmbereich 26 variabel überdeckt. Dazu ist das Leitblech 25 drehfixiert mit einer in der Pumpenwelle 20 axial verschiebbaren Schubstange 18 verbunden. Über die Aktuatorik 10 kann die Schubstange 28 und folglich das Leitblech 25 stufenlos zwischen zwei durch den Pumpendeckel 24 und einer Rückwand 27 des Flügelrades 19 definierten Endlagen positioniert werden. Gemäß der in 2 abgebildeten, an der Rückwand 27 abgestützten Position des Leitblechs 25 stellt sich ein maximaler Volumenstrom der Kühlmittelpumpe 1 ein. Die als Radialkolbenpumpe 11 ausgeführte, exzentrisch verstellbare Verdrängerpumpe der Aktuatorik 10 schließt zwei gegenüberliegende Kolben, einen Hauptkolben 29 und einen Gegenkolben 30 ein, die in einer radialen Durchgangsbohrung 31 der Pumpenwelle 20 geführt sind. Außenseitig sind die Kolben 29, 30 von einem auch als Schlitten zu bezeichnenden Steuerelement 32 umschlossen und mit einer gerundeten, als Kalotte oder konvex gestalteten Kolbenspitze im Betriebszustand fliehkraftbedingt sowie unterstützt durch ein zwischen den Kolben 29, 30 eingesetztes Federelement 37 kraftschlüssig an einer Innenkontur 33 des Steuerelementes 32 abgestützt. Über das Steuerelement 32 sind die Kolben 29, 30 in dem Pumpengehäuse 18 radial verschiebbar zur Einstellung einer Exzentrizität E zwischen einer Drehachse 35 der Kühlmittelpumpe 1 und einer Drehachse 36 des Steuerelements 32. Das Steuerelement 32 ist dazu in einer Aussparung 34 des Pumpengehäuses 18 radial bzw. linear verschiebbar und mittels einer Abdichtung 38 dichtend eingesetzt und ermöglicht eine exzentrische Verstellung des Hauptkolbens 29 und des Gegenkolbens 30. Zur Reibungs- und damit zur Verschleißminderung sind Kontaktflächen der Kolben 29, 30 sowie die Innenkontur 33 des Steuerelements 32 lokal gehärtet oder beispielsweise mit Teflon oder Molybdän und/oder mit einem Schmierstoff beschichtet. Alternativ zu einer Gleitlagerung kann eine Wälzlagerung vorgesehen werden, bei der die Kolben 29, 30 von einem außenseitig umschließenden Zwischenring umschlossen sind, der eine umlaufende Laufbahn für Wälzkörper einschließt, die mit einer weiteren, komplementär gestalteten, innenseitigen Laufbahn des Steuerelements 32 korrespondiert.
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Die Exzentrizität E und folglich ein Hub der oszillierenden Kolben 29, 30 der Radialkolbenpumpe 1 ist unmittelbar über die Aktoreinheit 15 der Aktuatorik 10 einstellbar. Von dem insbesondere elektrisch ansteuerbaren Stellelement 13 der Aktoreinheit 15 kann eine Stellkraft in Pfeilrichtung auf einen Linearfreilauf 12 und von dort auf das Steuerelement 32 übertragen werden. Dabei ist dem Stellelement 13 eine topfartig gestaltete, mit dem Linearfreilauf 12 in Verbindung stehende Führungshülse 41 zugeordnet. Der Linearfreilauf 12 bildet einen eine Selbsthemmung ermöglichenden Klemmverband 39 mit zwei gegenüberliegend positionierten Klemmkörpern 40, die in lokalen Öffnungen der topfartig gestalteten Führungshülse 41 eingesetzt sind. Außenseitig sind die Klemmkörper 40 an der Aussparung 34 des Pumpengehäuses 18 geführt und innenseitig umschließen die Klemmkörper 40 einen sich in Richtung der Führungshülse 41 verjüngenden, mit dem Steuerelement 32 in Verbindung stehenden Klemmkegel 42. Mittels der Aktoreinheit 15 kann eine sich auf die Ansaugphase des Hauptkolbens 29 der Radialkolbenpumpe 11 beschränkte, getaktete Verstellung des Steuerelements 32 bei relativ geringer Stellkraft realisiert werden. Die von dem Stellelement 13 ausgeübte Stellkraft wird aufgrund einer unmittelbaren Abstützung auf die Führungshülse 41 und von dort direkt auf das Steuerelement 32 übertragen. Nach Ende der Ansaugphase und Erreichen eines erhöhten Druckniveaus innerhalb des von den Kolben 29, 30 begrenzten Druckraums 49 wird die Position des Steuerelements 32 durch den in Gegenpfeilrichtung sperrenden Linearfreilauf 12 gehalten. Bei deaktiviertem, stromlosen Stellelement 13 löst sich der Klemmverband 39 des Linearfreilaufs 12, in dem eine den Klemmkegel 42 umschließende, zwischen dem Steuerelement 32 und der Führungshülse 41 positionierte Druckfeder 43 eine die Klemmkörper 40 lösende Axialkraft ausübt. Synchron dazu werden die Führungshülse 41 und folglich das Steuerelement 32 in Richtung einer Neutral- oder Ausgangsstellung ohne Exzentrizität verschoben.
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Im Bereich großer Exzentrizität E strömt Kühlmittel als Hydraulikfluid über ein Ansaugventil 46 des Hauptkolbens 29 in einen Kolbeninnenraum. Einer Ausschiebeöffnung 47 des Hauptkolbens 29 ist ein Einwegventil 48 zugeordnet, über das in einer Pumpphase der Radialkolbenpumpe 11 das Hydraulikfluid in den Druckraum 49 der Radialkolbenpumpe 11 einströmt. Das Ansaugventil 46 steht bevorzugt mit dem Spiralkanal 23 oder einem Druckbereich der Kühlmittelpumpe 1 in Verbindung, wodurch bei Beginn der Ansaugphase des Hauptkolbens 29 der anstehende Staudruck das Öffnen des Ansaugventils 46 unterstützt. Der weitere Gegenkolben 30 ist zum Massenausgleich bzw. zur radialen Massenverteilung gegenüber dem Ansaugkolben 29 vorgesehen. In den bei einem Drehwinkel von 180° bzw. 360° endenden Pumpphasen, die sich den Ansaugphasen der Radialkolbenpumpe 11 anschließen, verstärkt sich der Druck im Druckraum 49 bis zu einem Maximum. Über ein ebenfalls als Einwegventil wirkendes, in einer Längsbohrung 50 der Pumpenwelle 20 eingesetztes Schließventil 51 wird während der Aktuierung in der Pumpphase das Hydraulikfluid aus dem Druckraum 49 in einen Hochdruckraum 52 der Pumpenwelle 20 verdrängt. Dabei wird ein in dem Hochdruckraum 52 verschiebbar geführter Stellkolben 54 druckbeaufschlagt, der mittelbar über die Schubstange 28 mit dem Leitblech 25 verbunden ist. Das Schließventil 51 öffnet, sobald sich ein Druckgefälle einstellt und der Druck im Druckraum 49 das Druckniveau im Hochdruckraum 52 übertrifft. Über den Stellkolben 54 wird eine Stellbewegung der Schubstange 28 und des damit in Verbindung stehenden Leitblechs 25 in Richtung des Pumpendeckels 24 ausgelöst, wenn der Druck im Hochdruckraum 52 die Federkraft einer auch als Failsafe-Einrichtung 56 zu bezeichnenden Druckfeder übersteigt. Die der Stellbewegung des Stellkolbens 54 entgegenstehende Druckfeder ist zwischen einer Schulter der Pumpenwelle 20 und dem Stellkolben 54 abgestützt und umschließt dabei die Schubstange 28. Als Maßnahme, um einem unkontrollierten Druckanstieg im Hochdruckraum 52 entgegenzuwirken, kann beispielsweise in der Pumpenwelle 20 ein Überdruckventil integriert werden, das bei Überschreiten eines Grenzdrucks öffnet und ein Abströmen von Kühlmittel aus dem Hochdruckraum 52 ermöglicht. Um ein schnelles Rückstellen des Leitblechs 25 zu gewährleisten, bietet sich weiterhin an, einen definierten Leckspalt, beispielsweise in Form eines Längskanals, in der äußeren Kontur des Stellkolbens 54 einzubringen, über den Kühlmittel aus dem Hochdruckraum 52 in einen für die Druckfeder der Failsafe-Einrichtung 56 bestimmten Ringraum und von dort über eine Ausströmöffnung der Pumpenwelle 20 abgesteuert wird.
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In 3 ist ein Funktionsschema der Radialkolbenpumpe 11 und in 4 in einem Diagramm der von der Radialkolbenpumpe 11 erzeugte Kraftverlauf gezeigt. Bei einer Umdrehung des Hauptkolbens 29 ergeben sich, wie 3 verdeutlicht, zwei Ansaug- und zwei Pumpvorgänge, wobei sich die Phasen dieser Vorgänge bedingt durch die eingestellte Exzentrizität E zwischen der Drehachse 35 der Pumpenwelle und der Drehachse 36 der Radialkolbenpumpe 11 unterscheiden. Zwischen 0°–90° stellt sich eine kurze Ansaugphase und zwischen 90°–180° eine kurze Pumpphase ein. Abweichend dazu ergeben sich zwischen 180°–270° eine verlängerte Ansaugphase und zwischen 270°–360° eine verlängerte Pumpphase. In dem Diagramm gemäß 4 ist der Kraftverlauf der Radialkolbenpumpe 11 in Bezug auf den Drehwinkel der Radialkolbenpumpe 11 graphisch dargestellt, wobei auf der Abszisse der Drehwinkel der Radialkolbenpumpe 11 und die Kraft N auf der Ordinate aufgetragen ist. Wie der 4 zu entnehmen ist, stellt sich in den Ansaugphasen zwischen 0°–90° und 180°–270° ein relativ geringes Kraftniveau ein, das erfindungsgemäß zur Verstellung des Steuerelementes 32 über die Aktoreinheit 15 genutzt wird.
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5 zeigt schematisch den Klemmverband 39 der Aktoreinheit 15 sowie die zur Klemmung wirkenden Kräfte. In den Pumpphasen der Radialkolbenpumpe 11 stellt sich eine Sperrfunktion des Klemmverbandes 39 ein, in der die Klemmkörper 40 außenseitig an der Aussparung 34 des Pumpengehäuses 18 und innenseitig an dem Klemmkonus 42 des Steuerelementes 32 kraftschlüssig abgestützt sind. In den Ansaugphasen der Radialkolbenpumpe 11 ist der Klemmverband 39 von der Stelleinheit 13 der Aktoreinheit 15 durch die Federkraft Ffed der Druckfeder 43 gelöst.
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Für den Klemmverband 39 des Linearfreilaufs 12 gelten folgende Beziehungen: N – Fex/tan(α) = 0; R – Ffed – Fex = 0; N = R/μ
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Bei folgenden Annahmen: μ = 0,1; α = 5°; Fex = 8 N ist bei stromloser Stelleinheit 13 der Aktoreinheit 15 zum Lösen des Klemmverbandes 39 und Rückstellung der Aktoreinheit 15 eine Kraft Ffed der Druckfeder 43 von 1,14 N erforderlich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlmittelpumpe
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Zugmitteltrieb
- 4
- Zugmittel
- 5
- Riemenscheibe
- 6
- Riemenscheibe
- 7
- Kühlkreislauf
- 8
- Hydraulikkreislauf
- 10
- Aktuatorik
- 11
- Radialkolbenpumpe
- 12
- Linearfreilauf
- 13
- Stellelement
- 15
- Aktoreinheit
- 18
- Pumpengehäuse
- 19
- Flügelrad
- 20
- Pumpenwelle
- 21
- Wälzlager
- 22
- Sauganschluss
- 23
- Spiralkanal
- 24
- Pumpendeckel
- 25
- Leitblech
- 26
- Ausströmbereich
- 27
- Rückwand
- 28
- Schubstange
- 29
- Ansaugkolben
- 30
- Gegenkolben
- 31
- Durchgangsbohrung
- 32
- Steuerelement
- 33
- Innenkontur
- 34
- Aussparung
- 35
- Drehachse
- 36
- Drehachse
- 37
- Federelement
- 38
- Abdichtung
- 39
- Klemmverband
- 40
- Klemmkörper
- 41
- Führungshülse
- 42
- Klemmkegel
- 43
- Druckfeder
- 46
- Ansaugventil
- 47
- Ausschiebeöffnung
- 48
- Einwegventil
- 49
- Druckraum
- 50
- Längsbohrung
- 51
- Schließventil
- 52
- Hochdruckraum
- 54
- Stellkolben
- 56
- Failsafe-Einrichtung
- E
- Exzentrizität
- Ffed
- Federkraft
- Fex
- Exzenterkraft
- N
- Normalkraft
- R
- Reibkraft
- A
- Keilwinkel
- μ
- Reibwert
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19901123 A1 [0003]
- DE 102005062200 A1 [0003, 0003]
- DE 102005004315 A1 [0003]
