-
Der Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe insbesondere für den Einsatz im Kühlkreislauf von Verbrennungsmotoren.
-
Bei Verbrennungsmotoren werden zur Motorkühlung Kühlmittelpumpen eingesetzt, die das Kühlmittel durch einen geschlossenen Kühlkreislauf fördern. Vielfach werden diese Kühlmittelpumpen zumeist direkt über eine Riemenscheibe von der Kurbelwelle angetrieben, so dass dann die Förderleistung der jeweiligen Kühlmittelpumpe allein von der Motordrehzahl abhängt. Bei diesen nicht regelbaren Bauformen von Kühlmittelpumpen kann die Umwälzung der Flüssigkeit im Kühlsystem nicht an die Last bzw. Betriebszustände des Motors angepasst werden.
-
Daher fördern nicht regelbare Kühlmittelpumpe das Kühlmittel auch während der Warmlaufphase, obwohl gerade in der Warmlaufphase die Kühlung des Motors möglichst unterbunden werden sollte, um schnell die optimale Betriebstemperatur des Motors zu erreichen, um so die Reibungsverluste zu minimieren, die Emissionswerte zu reduzieren und auch den Kraftstoffverbrauch deutlich zu verringern.
-
Daher werden als Kühlmittelpumpen heute zumeist regelbare Pumpen, vielfach in der Bauform von regelbaren Radialpumpen, eingesetzt.
-
Eine solche regelbare Radialpumpe ist beispielsweise in der
DE 21 10 776 A vorgeschrieben, und besitzt eine im Pumpengehäuse gelagerte, als Hohlwelle ausgebildete Pumpenwelle.
-
Auf dieser Pumpenwelle ist das Radialflügelrad angeordnet. Zur Beeinflussung der Fördermenge ist ein entlang der Flügel des Flügelrades linear verschiebbarer Schieber, in der Bauform eines Schiebertopfes mit Flügelführungsschlitzen angeordnet, welcher mittels einer, starr am Schiebertopf angeordneten und in der Hohlwelle verschiebbar gelagerten, Schubstange entlang der Flügelhöhe so verschoben werden kann, dass die wirksame Breite der Flügel und damit die ”Arbeitsbreite” des Flügelrades dem jeweils zu fördernden Volumenstrom stufenlos angepasst werden kann.
-
Spezielle Lösungen zur Verschiebung des mit Flügelführungsschlitzen versehenen Schiebertopfes entlang der Flügel des Flügelrades sind beispielsweise auch in der
DE 10 2011 076 138 A1 , wie auch in der
DE 10 2011 005 476 A1 vorgeschrieben.
-
In der
DE 10 2011 076 138 A1 wird eine gegenüber der Lösung nach der
DE 21 10 776 A bauraumoptimierte Lösung vorgestellt, bei der eine im Pumpengehäuse integrierte Zahnradpumpe/Verdrängerpumpe über ein Regelungssystem die, in einem in der Pumpenwelle eingebrachten Druckraum, verschiebbar angeordnete Schubstange linear verschiebt.
-
Die Lösung nach der
DE 10 2011 005 476 A1 schlägt vor, durch den Einsatz einer bei Linearverschiebung der Schubstange auf die Schubstange einwirkende Verdreheinrichtung, den Verschleiß und den Abrieb der Flügel, infolge der Führung der Flügelschlitze entlang der Flügel zu vermeiden.
-
In der
US 4 828 455 A und der
DE 199 01 123 A1 werden Modifikationen dieses Prinzips zur Regelung des Fördervolumenstromes mittels spezieller, auf den Einsatz als regelbare Kühlmittelpumpen abgestimmter, die wirksame Flügelradbreite, durch Verschiebung eines Schiebertopfes mittels thermischer Verstellteinrichtungen variierende, Bauformen vorgestellt.
-
In anderen Bauformen von als Kühlmittelpumpen eingesetzten, regelbaren Radialpumpen werden zur Abdichtung des Flügelrades gegenüber den Schiebertopf am Umfang des Flügelrades, d. h. im Ringsspalt zwischen dem Flügelrad und der Zylinderwandung des Schiebertopfes, elastische Dichtringe angeordnet.
-
-
Alle vorgenannten Bauformen haben jedoch stets den Nachteil, dass zwischen Flügelrad und Schiebertopf, aufgrund der, bei von der Kurbelwelle angetriebenen Kühlmittelpumpen, über die Kurbelwelle eingetragenen Drehschwingungen, Relativschwingungen im funktionsbedingten Arbeitsspalt der Flügelführungsschlitze in der Deckscheibe des Schiebertopfes, d. h. zwischen dem Flügelrad und dem Schiebertopf, auftreten, wodurch sowohl an den Flügeln des Flügelrades wie auch im Bereich der Flügelführungsschlitze am Schiebertopf Schädigungen auftreten, die dann eine stufenlose, ruckfreie Verstellung beeinträchtigen, dabei zudem Wirkungsgradverluste der Pumpe u. a. durch Arbeitsspaltaufweitungen bewirken, und im Dauerbetrieb nach längerer Laufzeit sogar zum Totalausfall der jeweiligen regelbaren Pumpenbauform führen können.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine vom Motor angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe mit einem entlang der Flügel des Flügelrades längsverschiebbaren Schiebertopf mit in der Abdeckfläche des Schiebertopfes angeordneten Flügelführungsschlitzen für den Einsatz in Kühlmittelpumpen zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, dabei keinen zusätzlichen Bauraum erfordert, über die gesamte Lebensdauer der Kühlmittelpumpe eine hohe Zuverlässigkeit bei hoher Betriebssicherheit gewährleistet, dadurch stets eine optimale Erwärmung des Motors bewirkt und auch nach der Erwärmung des Motors sehr zuverlässig über sehr lange Einsatzzeiten die Motortemperatur im Dauerbetrieb stufenlos, so exakt zu beeinflussen vermag, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden, wobei sich die zu entwickelnde Lösung zugleich durch einen robusten Aufbau und einen minimalen Fertigungs- und Montageaufwand auszeichnen soll.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine regelbare Kühlmittelpumpe mit einem Kühlmittelpumpengehäuse, einer im Kühlmittelpumpengehäuse gelagerten, angetriebene Pumpenwelle, mit einem drehfest an der Pumpenwelle angeordneten Flügelrad, mit starr am Flügelrad angeordneten Flügeln, einem entlang der Flügelhöhe der Flügel des Flügelrades längsverschiebbaren Schiebertopf mit einer Abdeckfläche und in der Abdeckfläche angeordneten Flügelführungsschlitzen, welche sich dadurch auszeichnet, dass zwischen dem Flügelrad und dem Schiebertopf ein oder mehrere eine radiale Vorspannkraft erzeugende/s und dadurch Drehschwingungen unterbindende/s Federelement/e angeordnet ist/sind, gelöst.
-
Infolge der von dem/den Federelement/en in das System eingetragenen Federvorspannkraft ist gewährleistet, dass der Schiebertopf im Bereich der Flügelführungschlitze über den gesamten Verschiebeweg stets definiert an den Flügeln des Flügelrades anliegt, so dass ohne zusätzlichen Bauraum bei geringem Fertigung- und Montageaufwand die durch Relativschwingungen zwischen dem Schiebertopf und dem Flügelrad verursachten Schädigungen an den Flügeln und/oder dem Schiebertopf im Bereich der Flügelführungschlitze ausgeschlossen werden, und über die gesamte Lebensdauer der Kühlmittelpumpe eine optimale stufenlose Variation der Lage des Schiebertopfes gegenüber den Flügeln des Flügelrades mit hoher Zuverlässigkeit und bei hoher Betriebssicherheit gewährleistet ist.
-
Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung in Verbindung mit zwei der möglichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung in Verbindung mit acht zeichnerischen Darstellungen.
-
Es zeigen:
-
1: eine mögliche Bauform der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe in einer Schnittdarstellung in der Seitenansicht;
-
2: das Flügelrad 2 der in der 1 dargestellten Bauform der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe, mit den unmittelbar mit dem Flügelrad 2 in Wirkverbindung tretenden Bauteilen in einer räumlichen Explosivdarstellung;
-
3: das in der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe gemäß der 1 und 2 eingesetzte Federelement 19 mit den dem Federelement 19 benachbarten Bauteilen in einer räumlichen Darstellung;
-
4: das Flügelrad 2 einer weiteren möglichen Bauform der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe mit den unmittelbar mit dem Flügelrad in Verbindung tretenden Bauteilen in einer räumlichen Explosivdarstellung;
-
5: Draufsicht auf den am Flügelrad 2 montierten Schiebertopf 5 (ohne Deckscheibe 11) gemäß der Darstellung nach 4;
-
6: die Einzelheit Z aus 5;
-
7: der Schnitt bei A-A gemäß 6;
-
8: der Schnitt bei B-B gemäß 7.
-
Die erfindungsgemäßen Bauformen der in den Ausführungsbeispielen vorgestellten regelbaren Kühlmittelpumpen besitzen stets ein Kühlmittelpumpengehäuse 23, eine im Kühlmittelpumpengehäuse 23 gelagerte, vom Verbrennungsmotor angetriebene Pumpenwelle 1, mit einem drehfest an der Pumpenwelle 1 angeordneten Flügelrad 2, mit starr an diesem Flügelrad 2 angeordneten Flügeln 3, einem entlang der Flügelhöhe der Flügel 3 des Flügelrades 2 längsverschiebbaren Schiebertopf 5 mit einer Abdeckfläche 7 und in der Abdeckfläche 7 angeordneten Flügelführungsschlitzen 8.
-
Die erfindungsgemäßen Bauformen zeichnen sich dadurch aus, dass jeweils zwischen dem Flügelrad 2 und dem Schiebertopf 5 ein oder mehrere radiale Federelement/e 19 angeordnet ist/sind.
-
Bei der in den 1, 2 und 3 dargestellten ersten möglichen Bauform der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe handelt es sich bei dem in dieser Bauform eingesetzten Federelement 19 um eine Drehfeder 20.
-
Die 1 zeigt diese Bauform der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe mit einer als Federelement 19 eingesetzten Drehfeder 20 in einer Schnittdarstellung in der Seitenansicht.
-
Dabei ist in einem Kühlmittelpumpengehäuse 23 drehbar eine als Hohlwelle ausgebildete Pumpenwelle 1 gelagert, an dieser Pumpenwelle 1 ist ein Flügelrad 2 mit Flügeln 3 drehfest angeordnet, dem Flügelrad 2 gegenüberliegend ist am Pumpengehäuse 23 das Spiralgehäuse 24 mit dem Strömungseintritt 25 und dem Spiralkanal 27 angeordnet.
-
In der Hohlwelle ist axial verschiebbar eine Schubstange 4 gelagert an deren freien Ende, ein Zentrierstück 12 mit einer Schiebertopfanlage angeordnet ist, auf dem der mit einer dem Zentrierstück 12 zugeordneten Schubstangenaufnahme versehene Schiebertopf 5 angeordnet ist, welcher an der Schubstange 4, hier mittels einem in einer Ringnut 13 des Zentrierstücks 12 angeordneten Sicherungsring 14, befestigt ist.
-
Kennzeichnend ist dabei, dass auf der Schubstange 4 dem Zentrierstück 12 antriebsseitig benachbart das Federelement 19 in der Bauform einer Drehfeder 20 mit zwei axialen Federschenkeln angeordnet ist, deren einer, der antriebsseitige Federführungsschenkel 22 axial ausgerichtet, und in einer im Flügelrad 2 angeordneten Schenkelführung 28 axial verschiebbar gelagert ist, und deren zweiter, der strömingseintrittsseitig angeordnete Federklemmschenkel 21 direkt am Schiebertopf 5 befestigt ist.
-
Vorteilhaft ist, wenn wie in der in den 1 bis 3 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform, am freien Ende der Schubstange 4, antriebsseitig direkt unmittelbar neben der Befestigung des Schiebertopfes 5 an der Schubstange 4, d. h. dem Zentrierstück 12 antriebsseitig benachbart an der Schubstange 4, eine Führungsstückaufnahme 15 abgesetzt/angeordnet ist, auf der ein mit einem Führungszylinder 17 versehenes Federführungsstück 16 exakt lagepositioniert aufgesteckt ist.
-
Das Federführungsstück 16 weist neben einem Führungszylinder 17 zugleich ein am Führungszylinder 17 angeordnetes Federaufnahmeelement 18 auf.
-
Auf diesem Federaufnahmeelement 18 ist das, in der 2 separat dargestellte, Federelement 19 in der Bauform einer Drehfeder 20 mit zwei axialen Federschenkeln, wie in der 3 dargestellt, positioniert und zugleich exakt zentriert angeordnet.
-
Die in der 3 dargestellte Baugruppe ist, wie in der 1 dargestellt, erfindungsgemäß zwischen der Schubstange 4 und dem benachbart an der Schubstange 4 angeordneten Schiebertopf 5 bauraumoptimiert angeordnet.
-
Während der Montage wird die Drehfeder 20 vorgespannt, indem der deckelseitige axiale Federklemmschenkel 21 in die Schenkelaufnahme 29 eingesteckt wird, welche in Abhängigkeit von den jeweils auftretenden Motorschwingungen in Innenzylinderdeckel 10 des Schiebertopfes 5 positioniert ist.
-
Nachfolgend wird der Schiebertopf 5 im Rahmen der Montage so weit verdreht, dabei wird die Drehfeder 20 vorgespannt, bis die im Schiebertopf 5 angeordneten Flügelführungsschlitze 8 auf die Flügel 3 aufgesteckt, und der antriebsseitige axiale Federführungsschenkel 22 in die zugeordnete, stirnseitig im Flügelrad 2 angeordnete Schenkelführung 28 eingeführt werden kann.
-
Nachfolgend wird die Deckscheibe 11, wie in der 2 dargestellt, strömungseintrittsseitig auf das Flügelrad 2 aufgesetzt und drehfest mit dem Flügelrad 2 verbunden.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung gewährleistet, dass bei axialer Verschiebung der Schubstange 4 mit dem am vorderen Ende der Schubstange 4 angeordneten Schiebertopf 5, der Schiebertopf 5 infolge der von der Drehfeder 20 in das System eingetragenen Federvorspannkraft über den gesamten Verschiebeweg im Bereich der Flügelführungschlitze 8 stets definiert an den Flügeln 3 des Flügelrades 2 anliegt, so dass ohne zusätzlichen Bauraum bei geringem Fertigung- und Montageaufwand die durch Relativschwingungen zwischen dem Schiebertopf 5 und dem Flügelrad 2 verursachten Schädigungen an den Flügeln 3 und/oder dem Schiebertopf 5 im Bereich der Flügelführungschlitze 8 ausgeschlossen werden, so dass über die gesamte Lebensdauer der Kühlmittelpumpe eine optimale stufenlose Variation des Schiebertopfes 5 in seiner Lage am Flügelrad 2, und die damit verbundene Variation der Spaltweite des Flügelradaustrittes 26, mit hoher Zuverlässigkeit und bei hoher Betriebssicherheit gewährleistet ist.
-
Mittels der vorliegenden Lösung wird somit gewährleistet, dass die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe über die gesamte Lebensdauer stets eine hohe Zuverlässigkeit bei hoher Betriebssicherheit aufweist.
-
Vorteilhaft ist, wenn das Flügelrad 2 und der Schiebertopf 5 als Gleitpartner aus jeweils unterschiedlichen Materialien, wie einerseits Metall und andererseits Kunststoff, hergestellt sind, dadurch werden insbesondere die Verstellkräfte minimiert.
-
Die in den 4 bis 8 dargestellte Bauform der erfindungsgemäßen Schwingungsvermeidung, ist ebenso wie die in der 1 dargestellte Bauform in einen Kühlmittelpumpengehäuse 23 mit Spiralgehäuse 24 angeordnet, zeichnet sich jedoch dadurch aus, dass bei dieser in den 4 bis 8 dargestellten Bauform die zwischen dem Flügelrad 2 und dem Schiebertopf 5 angeordneten radialen Federelemente 19 Blattfedern 30 sind, die im Bereich der Flügelführungsschlitze 8 am Schiebertopf 5 angeordnet sind, und direkt auf die Flügel 3 einwirken.
-
Die in den 4 bis 8 dargestellte Lösung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die im Bereich der Flügelführungsschlitze 8 angeordneten Blattfedern 30 über mittels im Schiebertopf 5 angeordnete Federnuten 31 ausgebildet werden. Auch diese Bauform gewährleistet, dass wiederum ohne zusätzlichen Bauraum, bei geringem Fertigung- und Montageaufwand die durch Relativschwingungen zwischen dem Schiebertopf 5 und dem Flügelrad 2 verursachten Schädigungen an den Flügeln 3 und/oder dem Schiebertopf 5 im Bereich der Flügelführungschlitze 8 ausgeschlossen werden.
-
Auch bei dieser Bauform ist es wiederum vorteilhaft wenn das Flügelrad 2 und der Schiebertopf 5, als Gleitpartner, aus jeweils unterschiedlichen Materialien, wie einerseits Metall und andererseits Kunststoff, hergestellt werden. Um die jeweiligen Gleiteigenschaften weiter zu verbessern können gleitoptimierte Werkstoffe verwendet werden.
-
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch, dass die Blattfedern 30 gratfrei sind, so dass eine leichtgängige Betätigung des Schiebertopfes 5 gewährleistet ist.
-
Bei einer Schieberausführung aus Kunststoff können die im Schiebertopf 5 anzuordnenden Federnuten 31 entweder im gängigen Kunststoffspritz- bzw. Prägeverfahren, oder auch mit Hilfe von einfachen Auf/Zu-Werkzeugen hergestellt werden.
-
Bei einer Schieberausführung aus Metall können die im Schiebertopf 5 anzuordnenden den maximalen Federweg x definierenden Federnuten 31 entweder über einen Stanzumformprozess direkt hergestellt, oder auch nach dem Umformprozess in einem Laserschneidprozess (in der entsprechenden Geometrie) hergestellt werden.
-
Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es gelungen, eine regelbare Kühlmittelpumpe mit einem entlang der Flügel 3 des Flügelrades 2 längsverschiebbaren Schiebertopf 5 mit in der Abdeckfläche des Schiebertopfes 5 angeordneten Flügelführungsschlitzen 8 für den Einsatz in Kühlmittelpumpen zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, keinen zusätzlichen Bauraum erfordert, über die gesamte Lebensdauer der regelbaren Kühlmittelpumpe stets eine hohe Zuverlässigkeit bei hoher Betriebssicherheit aufweist, dadurch stets eine optimale Erwärmung des Motors gewährleistet und auch nach der Erwärmung des Motors sehr zuverlässig über sehr lange Einsatzzeiten die Motortemperatur im Dauerbetrieb stufenlos, so exakt zu beeinflussen vermag, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden, wobei sich die erfindungsgemäße Lösung durch einen minimalen Fertigungs- und Montageaufwand auszeichnet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Pumpenwelle
- 2
- Flügelrad
- 3
- Flügel
- 4
- Schubstange
- 5
- Schiebertopf
- 6
- Schieberaußenzylinder
- 7
- Abdeckfläche
- 8
- Flügelführungsschlitz
- 9
- Innenzylinder
- 10
- Innenzylinderdeckel
- 11
- Deckscheibe
- 12
- Zentrierstück
- 13
- Ringnut
- 14
- Sicherungsring
- 15
- Führungsstückaufnahme
- 16
- Federführungsstück
- 17
- Führungszylinder
- 18
- Federaufnahmestück
- 19
- Federelement
- 20
- Drehfeder
- 21
- Federklemmschenkel
- 22
- Federführungsschenkel
- 23
- Kühlmittelpumpengehäuse
- 24
- Spiralgehäuse
- 25
- Strömungseintritt
- 26
- Flügelradaustritt
- 27
- Spiralkanal
- 28
- Schenkelführung
- 29
- Schenkelaufnahme
- 30
- Blattfeder
- 31
- Federnut
- x
- Federweg
