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Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung einer elektromotorischen Kühlmittelpumpe mit einer Pumpenkammer sowie mit einem saugseitigen Zuströmkanal und einem druckseitigen Ablaufkanal für den einen Vorlaufkreis und einen Kühlerkreis aufweisenden Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugmotors. Unter Kühlmittelpumpe wird hierbei insbesondere eine elektrische Radial- oder Kreiselpumpe für den Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) eines Kraftfahrzeugs verstanden.
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Zur Förderung des Kühlmittels im Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine wird üblicherweise eine Kühlmittel- oder Wasserumwälzpumpe eingesetzt, deren Steuerung über ein Wegeventil erfolgen kann, wenn zusätzlich zu einem über einen Kühler führenden Kühlerkreis auch ein Bypass- oder Vorlaufkreis vorgesehen ist, der unter Umgehung des Kühlers direkt über entsprechende Kanäle der Brennkraftmaschine bzw. dessen zu kühlendem Zylinderkopf oder Motorblock führt. Der Antrieb der Kühlmittelpumpe erfolgt üblicherweise elektrisch mittels eines Elektromotors, der eine Motor- oder Pumpenachse mit einem Pumpenrad antreibt, das in einer Pumpenkammer des Pumpengehäuses, beispielsweise in Form eines Spiralkanals, angeordnet ist.
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Bei aus der
DE 10 2005 057 712 A1 und aus der
DE 198 09 123 A1 bekannten Kühlmittelpumpen mit elektromotorisch angetriebenem Pumpenrad weist das Pumpengehäuse zusätzlich zu einem Zulaufstutzen für das über den Kühler geführte Kühlmittel und einem Ablauf- oder Druckstutzen einen Bypass- oder Vorlaufstutzen für das nicht über den Kühler geführte Kühlmittel auf. Die Zu- und Ablaufstutzen dienen üblicherweise als Schnittstelle zur Anbindung von Kühlschläuchen zur Herstellung eines geschlossenen Kühler- bzw. Vorlaufkreises (Bypasskreis).
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Gemäß der
DE 102 07 653 C1 kann die Schaltfunktion eines in einem Pumpenzulauf angeordneten Wegeventils in Verbindung mit einem in zwei Stellungen umschaltbaren Drehschiebers mittels des elektrischen Pumpenmotors erfolgen. Auch kann die Steuerung der Ventilfunktion gemäß der
DE 103 14 526 B4 über einen Thermostaten mit einem temperaturabhängigen Dehnstoffelement in Form einer sogenannten Wachspatrone erfolgen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Stelleinrichtung für eine elektromotorisch angetriebene Kühlmittelpumpe anzugeben. Die Stelleinrichtung soll insbesondere konstruktiv und fertigungstechnisch besonders einfach und vorzugsweise in die Kühlmittelpumpe möglichst kompakt integrierbarsein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Hierzu weist die Stelleinrichtung einen mit einem Stellelement zum Öffnen und Schließen des Vorlaufkreises und des Kühlerkreises gekoppelten, vorzugsweise membran- und/oder kolbenartigen, Stellaktor sowie eine Aktorkammer auf. Diese ist zur hydraulischen Betätigung des Stellaktors mit der Druckseite der Kühlmittelpumpe verbunden. Bei Inbetriebnahme der Kühlmittelpumpe erfolgt die hydraulische Betätigung des Stellaktors, und zwar aus einer Ausgangsstellung mit zumindest teilweise geöffnetem Vorlaufkreis und zumindest teilweise geschlossenem Kühlerkreis in eine Betriebsstellung mit geöffnetem Kühlerkreis sowie geschlossenem Vorlaufkreis.
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Der Stellaktor ist vorzugsweise mittels eines geeigneterweise als Schraubenfeder ausgeführten Rückstellelementes in der Ausgangsstellung vorgeschaltet. In dieser ist ein erster Zulaufkanal zum vorzugsweise zentralen Zuströmkanal der Kühlmittelpumpe geöffnet, während ein zweiter Zulaufkanal zum Zuströmkanal geschlossen ist. In Folge der hydraulischen Betätigung des Stellaktors verschließt das Stellelement den zuvor offenen ersten Zulaufkanal, insbesondere dessen Zugang zum Zuströmkanal, gegen die Kraft des Rückstellelementes und gibt den zweiten Zulaufkanal frei, d. h. öffnet dessen Zugang zum Zuströmkanal.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die Stelleinrichtung ein, vorzugsweise stromlos offenes, erstes Stellventil zum gesteuerten Schließen und Öffnen einer druckseitigen Verbindung der Kühlmittelpumpe, insbesondere deren Pumpenkammer, mit der Aktorkammer. Alternativ oder bevorzugt in Weiterbildung der Stelleinrichtung umfasst diese ein, vorzugsweise stromlos geschlossenes, zweites Stellventil zum gesteuerten Öffnen und Schließen einer Verbindung des saugseitigen Zuströmkanals mit der Druckseite der Kühlmittelpumpe, insbesondere deren Pumpenkammer.
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Die Stelleinrichtung ist vorzugsweise in die Kühlmittelpumpe integriert. Hierzu umfasst die Kühlmittelpumpe ein Pumpengehäuse mit einem in der Pumpenkammer angeordneten und mittels des Elektromotors angetriebenen Pumpenrads sowie mit zwei in den saugseitigen Zuströmkanal einmündenden Zulaufkanälen und einem druckseitigen, aus der Pumpenkammer ausmündenden Ablaufkanal für das Kühlmittel. Das Pumpengehäuse setzt sich geeigneterweise zumindest im Wesentlichen aus dem Motorgehäuse, ggf. mit separatem Elektronikgehäuse für den Motorantrieb, und einem vorzugsweise als separates Gehäuseteil (Gehäusezwischenteil) ausgeführten Gehäuseabschnitt sowie einem Pumpendeckel zusammen. Die Gehäuseteile können beispielsweise miteinander verschraubt und somit lösbar verbunden sein.
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Der zentrale Zuströmkanal, in den die Zulaufkanäle einmünden, ist innerhalb des Pumpengehäuses zweckmäßigerweise im Bereich des Gehäuseabschnitts vorgesehen und dort bevorzugt von einem zylindrischen Gehäusemantel des Gehäusezwischenteils gebildet. Vorzugsweise deckelseitig münden in einen ersten der Zulaufkanäle ein Vorlaufstutzen zum Anschluss an den nachfolgend auch als kleiner Kühlkreis bezeichneten kühlerfreien Vorlaufkreis und in den zweiten Zulaufkanal ein Zulaufstutzen zum Anschluss an den auch als großer Kühlkreis bezeichneten Kühlerkreis des Kühlmittelkreislaufs des Kraftfahrzeugmotors ein.
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Innerhalb des Gehäusezwischenteils des Pumpengehäuses ist zwischen der Saugseite und der Druckseite der in Folge der Kühlmittelförderung hydraulisch betätigte Stellaktor der Stellenrichtung angeordnet, der mit dem Stellelement zum Öffnen und Schließen der Zulaufkanäle gekoppelt ist. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels zum Stellaktor hin, um diesen zu betätigen, wird durch die Druckdifferenz zwischen Druck- und Saugseite bestimmt. Somit ist für die Schaltfunktion der Kühlmittelpumpe, zumindest hinsichtlich einer wesentlichen Grundfunktion des Umschaltens von einem anfänglich offenen Zulaufkanal auf den anderen Zulaufkanal, insbesondere vom kleinen auf den großen Kühlkreis, keine zusätzliche Energiequelle und kein Thermostat oder dergleichen erforderlich.
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Der Stellaktor ist innerhalb des Pumpengehäuses mittels des Rückstellelementes in der Ausgangsstellung (Ruheposition) vorgeschaltet, in der ein erster der Zulaufkanäle, nämlich geeigneterweise der Vorlauf für den kleinen Kühlkreis geöffnet und der zweite Zulaufkanal, also der große Kühlkreis geschlossen ist. Bei Inbetriebsetzung der Kühlmittelpumpe wird in Folge der hydraulischen Betätigung des Stellaktors das Stellelement den ersten Zulaufkanal (kleiner Vorlaufkreis) gegen die Kraft des Rückstellelementes (Rückstellfeder) verschließen und den zweiten Zulaufkanal (großer Kühlerkreis) automatisch öffnen.
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Das Gehäusezwischenteil stellt die verschließbare Aktorkammer bereit, die mit der Pumpenkammer über eine (erste) Drucköffnung verbunden ist. Diese Drucköffnung ist mittels des (ersten) elektrisch ansteuerbaren Stellventils verschließbar. Die Aktorkammer steht somit zur hydraulischen Betätigung des Stellaktors über die Drucköffnung mit der Pumpenkammer und somit mit der Druckseite der Kühlmittelpumpe in Verbindung, so dass in der Aktorkammer praktisch der gleiche Kühlmitteldruck herrscht wie in der druckseitigen Pumpenkammer. Da das Stell- bzw. Magnetventil stromlos offen ist, ist gewährleistet, dass bei Inbetriebnahme der Kühlmittelpumpe der Stellaktuator stets in Richtung eines sicheren Öffnens des großen Kühlkreises betätigt wird. Wird hingegen dieses Ventil angesteuert (bestromt), so verschließt es die Drucköffnung mit der Folge, dass die hydraulisch bedingte Druckbeaufschlagung des Stellaktors unterbrochen und aufgrund der Rückstellkraft der Feder der dem kleinen Kühlkreis entsprechende Zulaufkanal geöffnet bleibt. Eine Rückführung des Stellaktuators in die Ausgangs- oder Ruhestellung mit geöffnetem (kleinem) Vorlaufkreis und geschlossenem (großem) Kühlerkreis kann in einer besonders einfachen Ausführung auch durch Abschaltung der Kühlmittelpumpe erfolgen.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Kühlmittelpumpe mit integrierter Stelleinrichtung ist die Pumpenkammer mit dem Zuströmkanal über eine (zweite) vorzugsweise grundsätzlich geschlossenen Drucköffnung verbunden, die mittels des (zweiten) elektrisch ansteuerbaren, vorzugsweise stromlos geschlossenen, Stell- bzw. Magnetventils aktivierbar ist. Hierdurch und insbesondere in Verbindung mit einer entsprechenden Ansteuerung, d. h. gesteuerten Bestromung des ersten Stellventils wird der Stellweg des Stellaktors und damit die Stellung des Stellelements beeinflusst. Dies ermöglicht das Anfahren praktisch beliebiger Zwischenstellungen des Stellelements mit unterschiedlichen Offen- bzw. Schließpositionen (Offen- oder Schließstellungen) der beiden Zulaufkanäle.
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Die in den Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs eingebundene Kühlmittelpumpe hält in Verbindung mit der vorzugsweise integrierten Stelleinrichtung in der Funktion als Kühlmittelsteller einen kleinen Kühlkreis unter Umgehung des Kühlers geöffnet. Wird die Kühlmittelpumpe in Betreib gesetzt, so erfolgt aufgrund des betriebsbedingten Druckaufbaus in der Aktorkammer eine bevorzugt axiale Verschiebung des Stellaktors und in Folge dessen Kopplung mit dem Stellelement dessen Betätigung, so dass der als Vorlauf wirksame Zulaufkanal geschlossen und der andere Zulaufkanal geöffnet wird. Hierdurch wird vom kleinen Kühlkreis auf den großen Kühlkreis umgeschaltet und das Kühlmittel durch den Kühler geführt.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 schematisch die Einbindung einer elektrischen Kühlmittelpumpe und einer Stelleinrichtung als Kühlmittelsteller in einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
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2 in perspektivischer Darstellung eine elektrische Kühlmittelpumpe mit einem Pumpengehäuse mit einem Motorgehäuses eines Elektromotors, einem Gehäusezwischenteil mit zwei Stellventilen, und einem Pumpendeckel mit einem Zulaufstutzen und einem Vorlaufstutzen,
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3 u. 4 Teilansichten der Kühlmittelpumpe gemäß 2 im Längsschnitt mit dem Stellaktor in Ruheposition bzw. in Betriebsstellung (Hubstellung) bei Inbetriebsetzung der Kühlmittelpumpe,
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5 u. 6 in perspektivischer Darstellung das Gehäusezwischenteil der Kühlmittelpumpe mit Blick in eine Pumpen- bzw. Aktorkammer, und
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7 das Gehäusezwischenteil im Querschnitt mit Blick auf die Stellventile.
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1 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung eine beispielhafte Zuordnung von Kreisläufen eines Thermomanagements eines Kraftfahrzeugmotors mit einer Kühlmittelpumpe 1 und mit einer nachfolgend auch als Kühlmittelsteller bezeichneten Stelleinrichtung KS. Die elektrische, d. h. elektromotorisch angetriebene Kühlmittelpumpe 1 ist in einen Kühlmittelkreislauf KL integriert. Dieser weist einen über einen Kühler (Wärmetauscher) C verlaufenden Kühlerkreis K als großen Kühlkreis und einen Vorlaufkreis (Bypasskreis) V als kleinen Kühlkreis auf. Der Vorlaufkreis V verläuft direkt über die Kühlmittelpumpe 1 und einen Zylinderblock Z einer Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs.
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Bei Inbetriebsetzung fördert die Kühlmittelpumpe 1 ein Kühlmittel KM, insbesondere Kühlwasser, indem dieses von der durch deren Zylinderkopf Z repräsentierten Brennkraftmaschine im großen Kühlerkreis K des Kühlmittelkreislaufs KL über den Kühler C angesaugt, zum Zylinderkopf Z zurückgeführt und somit umgewälzt wird. Die Kühlmittelpumpe 1 fördert zudem das im kleinen Vorlaufkreis V zirkulierende Kühlmittel KM unter Umgehung des Kühlers C. Dabei kann mittels eines steuerbaren Stellaktors SA vergleichsweise kühles Kühlmittel KM des großen Kühlerkreises K mit vergleichsweise heißem Kühlmittel KM des kleinen Vorlaufkreises V durch geeignete Verstellung eines mit dem Stellaktor SA gekoppelten Stellelementes SE gemischt werden.
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Veranschaulicht sind zudem Zulaufkanäle KK, GK sowie ein saugseitiger Zuströmkanal ZK und ein druckseitiger Ablaufkanal AK der Kühlmittelpumpe 1. Des Weiteren sind der Stellaktor SA inklusive einer diesen rücktreibenden Rückstellfeder RF, das Stellelement SE in einer Mischkammer MK, eine Aktorkammer AC sowie druck- und saugseitige Stellventil M1 bzw. M2 als Funktionselement veranschaulicht, welche die als Kühlmittelsteller bezeichnete Stelleinrichtung KS der oder für die Kühlmittelpumpe 1 repräsentieren. Die Zulaufkanäle KK, GK des kleinen Kreises V bzw. des großen Kreises K münden in die Mischkammer MK ein, aus welcher der Zuströmkanal ZK der oder in die Kühlmittelpumpe 1 ausmündet.
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Die Stelleinrichtung (Kühlmittelsteller) KS umfasst vorzugsweise zumindest ein erstes Stellventil M1, das in einer druckseitigen Verbindung der Kühlmittelpumpe 1 mit der Aktorkammer AC wirksam ist. Ein weiteres Stellventil M2 ist dazu vorgesehen, eine Verbindung zwischen der Saug- und Druckseite der Kühlmittelpumpe 1 herzustellen. Der Stellaktor SA ist in der Ausgangsstellung mittels der Rückstellfeder RF derart vorgeschaltet, dass der Zulaufkanal GK geschlossen und der Zulaufkanal KK geöffnet ist, Die Rückstellfeder RF ist hierbei nicht vorgespannt. Die in den Kühlmittelkreislauf KL eingebundene Kühlmittelpumpe 1 hält den kleinen Kühlkreis V unter Umgehung des Kühlers C geöffnet. Wird die Kühlmittelpumpe 1 in Betreib gesetzt, so erfolgt aufgrund des betriebsbedingten Druckaufbaus eine hydraulische Betätigung des Stellaktors SA. In Folge dessen Kopplung mit dem Stellelement SE wird der Zulaufkanal KK geschlossen und der Zulaufkanal GK geöffnet. Hierdurch wird vom kleinen Kühlkreis (Vorlaufkreis) V auf den großen Kühlkreis K umgeschaltet und das Kühlmittel KM durch den Kühler C geführt. Der hierzu erforderliche hydraulische Druck und somit die Stellenergie für den Stellaktor SA wird von der elektrischen Kühlmittelpumpe 1 erzeugt, so dass zur Betätigung des Stellaktors SA kein separater, zusätzlicher Antrieb erforderlich ist.
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Auch sind vorzugsweise Zwischenstellungen des mit dem Stellaktor SA gekoppelten Stellelementes SE, insbesondere mittels der Ventile M1, M2, einstellbar. Um die Stellung des Stellelemente SE bei Inbetriebnahme oder während des Betriebs der Kühlmittelpumpe 1 zu steuern, ist das elektromagnetische Stellventil M1 vorgesehen. Dieses ist im Normalbetrieb stromlos offen, so dass grundsätzlich mit Inbetriebsetzung der Kühlmittelpumpe 1 der große Kühlkreis K geöffnet wird. Eine Ansteuerung (Bestromung) dieses Stellventils M1 ermöglicht die Beibehaltung der Ausgangsstellung der Kühlmittelpumpe 1 mit geöffnetem kleinem Kühlkreis V, indem ein zur hydraulischen Betätigen des Stellaktors SA ausreichender Druckaufbau in der Aktorkammer AC verhindert wird.
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Eine Ansteuerung dieses Stellventils M1 ermöglicht zudem, dass während des Betriebs der Kühlmittelpumpe 1 ein Überdruck in der Aktorkammer AC abgebaut wird, so dass die Kühlmittelpumpe 1 den großen Kühlkreis K vollständig oder teilweise gesteuert schließen und den kleinen Kühlkreis V gesteuert öffnen kann. Das weitere Stellventil M2 ist zum Stellventil M1 invers angesteuert und kann analog zum Stellventil M1 zur Steuerung der Druckbeaufschlagung des Stellaktors SA und somit zum gesteuerten Öffnen und Schließen der Zulaufkanäle GK, KK angesteuert werden.
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Die hinsichtlich des Stellprinzips des Stellaktors SA veranschaulichten Funktionselemente der Stelleinrichtung (Kühlmittelsteller) KS können bevorzugt in eine entsprechende Kühlmittelpumpe integriert sein.
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Die 2 bis 4 zeigen eine Ausführung einer elektromotorisch betriebenen Kühlmittelpumpe 1 mit integrierter Stelleinrichtung (Kühlmittelsteller) KS. Hierzu ist ein Pumpengehäuse 2 der Kühlmittelpumpe 1 mehrteilig aufgebaut. Das Pumpengehäuse 2 umfasst einen Pumpendeckel 3 und ein mit diesem über eine Flanschverbindung 4 verbundenes Gehäusezwischenteil 5, das seinerseits über eine Flanschverbindung 6 mit einem Motorgehäuse 7 verbunden ist. Das Gehäusezwischenteil 5 bildet einen Gehäuseabschnitt als Bestandteil des Pumpengehäuses 2. Dem Motorgehäuse 7 ist bodenseitig ein Elektronikgehäuse 8 zugeordnet, das integraler oder separater Bestandteil des Motorgehäuses 7 sein kann. An das Motorgehäuse 7 angeformte Montagelaschen 9 dienen zur Schraubbefestigung der Kühlmittelpumpe 1 im Motorraum eines Kraftfahrzeugs. Die Axial- und Radialrichtung der Wasserpumpe 1 sind mit A bzw. R bezeichnet.
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An den Pumpendeckel 3 sind ein Zulaufstutzen 10 und ein Vorlaufstutzen 11 angeformt, während eine Ablauf- oder Druckstutzen 12 an das Gehäusezwischenteil 5 angeformt ist. Die Stutzen 10, 11 bilden die saugseitigen Zulaufkanäle GK, KK aus dem großen Kühlkreis (Kühlerkreis) K bzw. aus dem kleinen Vorlauf- oder Kühlkreis V, während der Druckstutzen 12 den druckseitigen Ablaufkanal AK bildet.
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Der Stellaktor SE ist von einer elastischen, ringförmigen Membran 16 und einem mit dieser verbundenen, ebenfalls ringförmigen Stellkolben 18 gebildet. Die Membran 16 schließt den saugseitigen, im Wesentlichen unterhalb des Pumpendeckels 3 gebildeten Druckraum der Kühlmittelpumpe 1 ab. Hierzu ist die ringförmig ausgebildete und sich in Radialrichtung R erstreckende Membran 16 außenumfangsseitig zwischen dem Gehäusedeckel 3 und dem Gehäusezwischenteil 5 in das Pumpengehäuse 2 eingesetzt und mittels der Flanschverbindung 4 klemmfixiert.
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Der aus der Membran 16 und dem Stellkolben 18 gebildete ringkolbenartige Stellaktor SE ist gehäuseintern im den Gehäuseabschnitt bildenden Gehäusezwischenteil 5 axial, also in Axialrichtung A beweglich angeordnet. Der Stellaktor SA erstreckt sich über den Querschnitt des Gehäusezwischenteils 5 und somit des Pumpengehäuses 2. Die Membran 16 und somit der Stellaktor SA trennt die Saugseite der Kühlmittelpumpe 1 von der Druckseite, indem sich die Membran 16 auf der dem Pumpendeckel 3 abgewandten Unterseite des Stellkolbens 18 erstreckt, diesen trägt und den Stellaktor SA gegen das Pumpengehäuse 2 im Bereich des Gehäuseabschnitts 5 abdichtet.
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Wie aus den Schnittdarstellungen der 3 und 4 ersichtlich ist, ist die Membran 16 einerseits gehäusezentral und andererseits im äußeren Randbereich mit dem Stellkolben 18 unter Ausbildung eines labyrinthartigen inneren und äußeren Dichtungsbereichs 19 bzw. 20 formschlüssig und erforderlichenfalls auch kraft- oder stoffschlüssig verbunden. Der Stellkolben 18 des Stellaktors SA ist an einem zentralen, zur Pumpen- oder Motorachse 21 koaxialen, zylindrischen Gehäusemantel 22 außenseitig in Axialrichtung A verschiebbar geführt. Die Abdichtung gegenüber diesem Gehäusemantel 22 erfolgt mittels des inneren Dichtungsbereichs 19 der Membran 16.
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Der Gehäusemantel 22, der ein Formteil des Gehäusezwischenteils 5 ist, bildet den zentralen Zuströmkanal ZK zu einer als Spiralkanal ausgeführten, druckseitigen Pumpenkammer 23, in der ein Pumpenrad 24 der Kühlmittelpumpe 1 angeordnet ist. Der Stellaktor SA trennt somit die Saugseite von der Druckseite der Kühlmittelpumpe 1 ab. Zwischen dem Stellaktor SA und der Pumpenkammer 23 ist innerhalb des oder vom Gehäusezwischenteil 5 die Aktorkammer AC als Arbeitsraum gebildet. Wie anhand der 5 bis 7 näher erläutert wird, steht die Aktorkammer AC mit der Pumpenkammer 23 hydraulisch in Verbindung.
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Das innerhalb des Pumpengehäuses 2 koaxial zur zentralen Pumpen- bzw. Motorachse 21 angeordnete Pumpenrad 24 wird mittels des Elektromotors rotatorisch angetrieben. Die spiralförmige Pumpenkammer 23 ist durch entsprechend geformte Gehäusekonturen des Gehäusezwischenteils 5 gebildet und gegenüber der Aktorkammer AC mittels einer Gehäusewandung 26 abgetrennt, die Bestandteil des Gehäusezwischenteils 5 und gehäuseintern in diese eingeformt ist (5 und 6). Die Pumpenkammer 23 mündet in den tangential verlaufenden Druckstutzen 12.
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Gemäß 1 sind in Umfangsrichtung des Pumpengehäuses 2 zum Druckstutzen 12 benachbart an das Gehäusezwischenteil 5 zwei Gehäuse- oder Anschlussschäfte 27, 28 zur Aufnahme der elektronisch ansteuerbaren Stellventilen (Magnetventile) M1 bzw. M2 angeformt. Die Anordnung der Ventile M1, M2 im Gehäusezwischenteil 5 und deren druck- und/oder saugseitige Einbindung ist aus den 5 bis 7 ersichtlich. Die Gehäuse- bzw. Anschlussschäfte 27, 28 zur Aufnahme der Stellventilen (Magnetventile) M1, M2 sind zum Druckstutzen 12 benachbart an das Gehäusezwischenteil 5 angeformt.
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Zur Bildung des zentralen Zuströmkanals ZK ist gehäuseintern der zylindrische Gehäusemantel 22 an das Gehäusezwischenteil 5 koaxial zur Motor- bzw. Pumpenachse 21 angeformt. Der zylindrische Gehäusemantel 22 erstreckt sich von oberhalb des Pumpenrad 24 und somit von der Druckseite über den Stellaktor SA hinaus zur Saugseite der Kühlmittelpumpe 1 hin. Das mittels des Elektromotors rotatorisch angetriebene Pumpenrad 24 ist innerhalb des Pumpengehäuses 2 koaxial zur zentralen Pumpen- bzw. Motorachse 21 angeordnete. Die spiralförmige, in den Druckstutzen 12 einmündende Pumpenkammer 23 ist mittels der Gehäusewandung 26 des Gehäusezwischenteils 5 gegenüber der Aktorkammer AC abgetrennt.
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Das Stellelement SE ist als Ringschieber in Form einer zylindrischen Stellhülse 36 ausgeführt, die axial oberhalb und dort quasi als axialer Vorsatz oder Ansatz des ebenfalls zylindrischen Gehäusemantels 22 des Gehäusezwischenteils 5 angeordnet ist und mit dem Gehäusemantel 22 fluchtet. Die einander zugewandten Zylinderenden oder -ränder der Stellhülse 36 und des Gehäusemantels 22 sind nach außen unter Bildung umlaufender Kragen oder Kragenkonturen 37 bzw. 38 abgebogen (abgekröpft). Deckelseitig ist die Stellhülse 36 mittels einer Ringdichtung oder Ringmembran 39 abgedichtet. Zwischen dieser und dem stellhülsenseitigen Kragen 37 befindet sich die Rückstellfeder 32. Die in der Kragenkontur 37 der Stellhülse 36 einliegende Rückstellfeder 32 stützt sich am Pumpendeckel 3 ab.
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Die Kopplung des Stellaktors SA mit dem Stellelement SE ist starr und durch axiale Verbindungsstege 41 zwischen dem Stellkolben 18 und der Stellhülse 36 hergestellt. Aus einem Vergleich der 3 und 4 ist erkennbar, dass der Stellaktor SA zusammen mit der starr angebundenen Stellhülse 36 als Ringschieber in der Betriebsstellung (4) einen der axialen Breite eines Strömungsspalts 40 entsprechenden Hub in Axialrichtung A vollführt hat.
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3 zeigt das als Ringschieber ausgeführte Stellelement SE in der Ruhe- oder Ausgangsposition (Ausgangsstellung), in welcher der über die Stellhülse 36 bzw. den Ringschieber fortgeführte zentrale Zuströmkanal ZK mit dem vom Vorlaufstutzen 11 gebildeten Zulaufkanal KK des kleinen Kühlkreises V in Verbindung steht, während der andere Zulaufkanal GK des großen Kühlkreises K mittels des Stellelements SE verschlossen ist.
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Demgegenüber zeigt 4 den als Ringschiebers ausgeführten Stellelements SE in der anderen Stellposition (Betriebsstellung) mit vermittels der Stellhülse 36 verschlossenem Vorlaufstutzen 11 und somit geschlossenem kleinem Zulaufkreis KK, während unter Bildung des Strömungsspalts 40 zwischen der Stellhülse 36 und dem Gehäusemantel 22 der vom Zulaufstutzen 10 gebildete oder repräsentierte Zulaufkanal GK des großen Kühlkreises K mit dem zentralen Zuströmkanal ZK in Verbindung steht. Das Umschalten vom kleinen Kreis V über den Zulaufkanal KK auf den großen Kühlkreis K über den Zulaufkanal GK erfolgt aufgrund der hydraulischen Betätigung des Stellaktors SA in Folge der Inbetriebnahme der Kühlmittelpumpe 1 und der dadurch hergestellten Druckdifferenz zwischen der Saug- und Druckseite des Stellaktors SA.
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In den 5 und 6 ist das Gehäusezwischenteil 5 separat mit Blick in die Pumpenkammer 23 bzw. in die gegenüber liegende Aktorkammer AC dargestellt, während 7 in einer Querschnittsdarstellung des Gehäusezwischenteils 5 die Anordnung der Ventile M1, M2 in den Gehäuseschaften 27 bzw. 29 zeigt.
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In 6 erkennbar ist in die ansonsten geschlossene Gehäusewandung 26 des Gehäusezwischenteils 5 eine (erste) Drucköffnung 42 eingebracht, welche die Pumpenkammer 23 mit der Aktorkammer AC verbindet und in diese einmündet (5). Über diese (erste) Drucköffnung 42, die mittels des Ventils M1 gesteuert verschließbar ist, erfolgt die hydraulische Betätigung des Stellaktors SA. Die hydraulische Betätigung des Stellaktors SA erfolgt somit über die zur Verbindung der Pumpenkammer 23 mit der Aktorkammer 25 dienende Drucköffnung 42 in der Gehäusewand 26 des Gehäusezwischenteils 5. Der Stellaktor SA trennt die durch die Pumpenkammer 23 und die Aktorkammer AC repräsentierte Druckseite von der Saugseite im Bereich der jeweiligen Einmündung der Zulaufkanäle KK und GK in den zentralen Zuströmkanal ZK.
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Wie in 5 erkennbar, ist eine weitere (zweite) Drucköffnung 43 vorgesehen, die in den zentralen Gehäusemantel 22 des Gehäusezwischenteils 5 eingebracht ist und über den Gehäuseschaft 28 des weiteren (zweiten) Stellventils M2 in die Pumpenkammer 25 mündet. Über diese zweite Drucköffnung 43 kann ein steuerbarer oder gesteuerter Druckausgleich zwischen der Saugseite und der Druckseite der Kühlmittelpumpe 1 erfolgen, indem diese zweite Drucköffnung 23 in Strömungsrichtung des Kühlmittels KM über den Zuströmkanal ZK die Zu- und Abströmseite des in der Pumpenkammer 23 rotierenden Pumpenrads 24 verbindet. Durch Öffnen der grundsätzlich, d. h. in der Ruhe- oder Ausgangsstellung geschlossenen zweiten Drucköffnung 43 verringert sich die hydraulische Druckbeaufschlagung des Stellaktors SA, so dass dieser in Folge der Rückstellkraft der Feder 32 in die in 3 gezeigte Ausgangsstellung unter Anlage des Stellzylinders 36 am zentralen Gehäusemantel 22 zurückgeführt wird oder in dieser Position bei Inbetriebnahme oder während des Betriebs der Kühlmittelpumpe 1 verbleibt.
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In 7 ist durch eine als geschlossene Kreislinie gezeigte Ventilkugel 44, deren Stellung bei angesteuertem und somit geöffnetem Stellventil M1 strichliniert dargestellt ist, veranschaulicht, dass das als ansteuerbares Stellventil wirksame Ventil M1 im stromlosen Zustand geöffnet ist. Die Ansteuerung in Folge der Bestromung des Stellventils M1 bewirkt ein Verschließen der ersten Drucköffnung 42 und damit einen Druckabbau in der Aktorkammer AC. Je nach Stellung des Stellaktors SA erfolgt dessen Axialverschiebung und in Folge dessen ein Verstellen des Stellelementes SE, oder eine solche Verstellung wird auch im Betrieb der Wasserpumpe 1 unterbunden.
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Das zweite Ventil M2, das als Rückstellventil wirksam ist, ist im unbestromten Zustand geschlossen, was in 7 durch dessen Ventilkugel 45 in der durchgezogenen Liniendarstellung veranschaulicht ist. Eine Ansteuerung dieses Rückstellventils M2 bewirkt ein Öffnen der zweiten Drucköffnung 43 (strichliniert dargestellte Ventilkugel 45) und somit einen Druckausgleich zwischen Druck- und Saugseite der Kühlmittelpumpe 1. Das Ventil M2 kann zur Notbetätigung für den Fall dienen, dass das Stellventil M1 im unbestromten Zustand nicht in dessen Schließstellung abfällt.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmals auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand zu verlassen.
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So kann die Kühlmittelpumpe 1 beispielsweise auch ohne die Stellventile M1, M2 ausgeführt sein und anstelle dessen bedarfsweise ausgeschaltet werden, um eine Umschaltung vom großen auf den kleinen Kühlkreis zu bewirken. Zudem kann der Stellkolben praktisch als Membrandeckel ausgeführt oder mittels elastischer Dichtlippen im Pumpengehäuse abgedichtet werden. Jedenfalls ist der Stellkolben des Stellaktors derart ausgelegt, dass auch bei einem Ausfall der Membran und Lenkverlusten am Stellkolben vorbei die Kühlmittelpumpe 1 das Stellelement, insbesondere bei hoher Last, zum Öffnen des großen Kühlkreises entsprechend betätigen kann.
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Zudem kann das Stellelement auch als helmvisierartige Stellklappe ausgeführt sein. Ferner kann die Kopplung des Stellelementes mit dem Stellaktor auch über ein Stellgetriebe erfolgen, das beispielsweise eine Linearbewegung in eine Drehbewegung des Stellelementes umsetzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlmittelpumpe
- 2
- Pumpengehäuse
- 3
- Pumpendeckel
- 4
- Flanschverbindung
- 5
- Gehäusezwischenteil
- 6
- Flanschverbindung
- 7
- Motorgehäuse
- 8
- Elektronikgehäuse
- 9
- Montagelasche
- 10
- Zulaufstutzen
- 11
- Vorlaufstutzen
- 12
- Ablauf-/Druckstutzen
- 16
- Membran
- 18
- Stellkolben
- 19
- Innerer Dichtungsbereich
- 20
- Äußerer Dichtungsbereich
- 21
- Pumpen-/Motorachse
- 22
- Gehäusemantel
- 23
- Pumpenkammer
- 24
- Pumpenrad
- 26
- Gehäusekontur/-wand
- 27
- Gehäuse-/Anschlussschaft
- 28
- Gehäuse-/Anschlussschaft
- 31
- Gehäuseabschnitt
- 36
- Stellhülse/Ringschieber
- 37
- hülsenseitige Kragenkontur
- 38
- mantelseitige Kragenkontur
- 39
- Ringmembran/-dichtung
- 40
- Spalt
- 41
- Verbindungssteg
- 42
- erste Drucköffnung
- 43
- zweite Drucköffnung
- 44
- Ventilkugel
- 45
- Ventilkugel
- A
- Axialrichtung
- C
- Kühler
- K
- großer Kühlkreis
- M1
- erstes Stellventil
- M2
- zweites Stellventil
- R
- Radialrichtung
- V
- Vorlauf-/kleiner Kreis
- Z
- Zylinderblock
- AC
- Aktorkammer
- AK
- Ablaufkanal
- GK
- (zweiter) Zulaufkanal
- KK
- (erster) Zulaufkanal
- KL
- Kühlmittelkreislauf
- KM
- Kühlmittel
- KS
- Kühlmittelsteller
- RF
- Rückstellelement
- SA
- Stellaktor
- SE
- Stellelement
- ZK
- Zuströmkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005057712 A1 [0003]
- DE 19809123 A1 [0003]
- DE 10207653 C1 [0004]
- DE 10314526 B4 [0004]
