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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf, einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse, in welchem eine antreibbare Hohlwelle gelagert ist. Am anderen Ende der Welle ist ein Flügelrad befestigt, welches in einen Saugraum hineinragende Flügel aufweist und mit einer Deckscheibe verbunden ist. Durch die Rotation des Flügelrades gemeinsam mit der Deckscheibe wird Fluid über einen Saugstutzen des Pumpengehäuses in den Saugraum gesaugt und über die Flügel in das Pumpengehäuse befördert. Das Flügelrad ist über Axialstege mit der Deckscheibe verbunden, wobei zwischen Flügelrad und Deckscheibe eine mittels einer Schubstange axial verschiebbar Leitscheibe angeordnet ist, welche eine zum Flügelrad korrespondierende Kontur und eine in Richtung des Flügelrads orientierte Auskragung aufweist. Im Weiteren weist die Leitscheibe Durchgangsöffnungen auf, wodurch sie über die Axialstege verschoben und geführt werden kann.
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Hintergrund der Erfindung
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Im Bereich der Brennkraftmaschinen haben sich weitestgehend wassergekühlte Motoren durchgesetzt. Dabei wird Kühlwasser mit Hilfe einer Kühlmittelpumpe in einem geschlossenen Kreislauf durch Kühlkanäle im Bereich der Zylinder zum Kühlen der Brennkraftmaschine gepumpt und anschließend zu einem Luft-Wasser-Kühler befördert, wo das erwärmte Wasser mittels des Fahrtwindes wieder herabgekühlt wird. Die zum zirkulieren des Wassers nötige Pumpe ist hierbei üblicherweise über einen Riemen mit einer Riemenscheibe der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden.
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Die direkte Koppelung zwischen Kühlmittelpumpe und Kurbelwelle sorgt dabei für eine Abhängigkeit der Drehzahl der Pumpe von der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Dies hat zur Folge, dass im hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine ein entsprechend großer Volumenstrom durch die Pumpe zur Verfügung gestellt wird, welcher in diesem Ausmaße zur Kühlung nicht benötigt wird. Beim Kaltstart der Brennkraftmaschine tritt dagegen das Problem auf, das bereits Kühlmittel durch die Kühlkanäle zirkuliert, was die Erwärmung der Brennräume behindert und somit das Erreichen einer optimalen Betriebstemperatur verzögert.
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Aufgrund dieser Tatsachen werden bei modernen Brennkraftmaschinen häufig regelbare Kühlmittelpumpen eingesetzt, deren geförderter Volumenstrom entsprechend des Bedarfes abgestimmt werden kann.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2005 004 315 B4 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe bekannt, bei welcher auf einer in einen Pumpengehäuse gelagerten Hohlwelle ein Flügelrad und eine Deckscheibe zur Beförderung von über einen Druckstutzen angesaugten Wasser in einen Ringkanal des Pumpengehäuses vorgesehen sind. Des Weiteren ist hinter dem Flügelrad liegend eine Leitscheibe auf der Hohlwelle platziert, welches über einen Elektromagneten und entgegen einer Feder in Richtung des Flügelrades verschiebbar ist. Die Leitscheibe verfügt dabei in seinem Außenbereich über das Flügelrad hinweg greifende, axial verlaufende Auskragungen, mit welchen bei einer Verschiebung der Leitscheibe in Richtung des Flügelrades der Ringkanal des Pumpengehäuses verschlossen wird und somit eine Kühlwasserförderung der Kühlmittelpumpe unterbleibt. Je nach Bedarf kann so ein benötigter Förderstrom eingestellte werden. Um den Volumenstrom einzustellen, wird die Leitscheibe axial in der Pumpe verschoben. Damit die Leitscheibe in einem Flügelrad axial verschoben werden kann, sind in der Leitscheibe korrespondierend zur Anordnung der Flügel Öffnungen vorgesehen. Im montierten Zustand führt dies, auf Grund des Schiebesitzes zwischen Flügel und Leitscheibe zu Spaltmaßen. Als Schiebesitz bezeichnet man eine Passung die sich unter Anwendung mäßiger Kraft von Hand leicht fügen oder trennen lässt. Innerhalb dieser Spalte kann die Leitscheibe, welches sonst an keiner anderen Stelle formschlüssig zum Flügelrad in rotatorische Richtung geführt wird, um die Wasserpumpenachse relativ zum Flügelrad rotieren. Es ist bekannt, dass durch Vorgänge im Verbrennungsmotor Drehungleichförmigkeiten an der Kurbelwelle auftreten, welche diese an die mit ihr verbundenen Nebenaggregate überträgt. Das führt bei der Wasserpumpe, deren Flügelrad indirekt über die Kurbelwelle angetrieben wird, ebenfalls zu Drehungleichförmigkeiten. Das führt dazu, dass das axial verschiebbare und rotatorisch verdrehbare Leitscheibe an den Flügeln des Flügelrades, welche die rotatorische Bewegung der Leitscheibe beschränken, anschlägt. Über die Spaltweite der beiden Bauteile zu einander baut sich eine Relativgeschwindigkeit auf, die durch einen Impulsaustausch abrupt endet. Dies wird entsprechend der Motorordnung (Zylinderanzahl) mehrmals pro Kurbelwellenumdrehung geschehen, dies hat zum einen einen Verschleiß der Kontaktstellen von Leitscheibe und Flügel zur Folge und zum anderen entsteht dadurch eine ungewollte Geräuschemission.
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Aufgabe der Erfindung
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schubstange einen Pin aufweist, welcher senkrecht zur Mittelachse der Schubstange angeordnet ist. Der besondere Vorteil dabei ist, dass die rotatorische Relativbewegung und die daraus resultierenden Impulsaustausche an definierter Stelle nämlich zwischen dem Pin der Schubstange und der Hohlwelle direkt oder indirekt stattfinden.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, dass der Pin mittelbar oder unmittelbar auf der Schubstange angeordnet ist. Eine unmittelbare Anordnung wird dadurch erreicht, dass der Pin die Schubstange axial durchdringt, in dem er in eine Durchgangsöffnung eingepresst wird. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der Pin somit zwei Kontaktflächen zur Impulsaufnahme aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel mit einer mittelbaren Anordnung des Pins ist dieser umfangseitig in einen Kolben eingepresst. Der Kolben ist an einem der Leitscheibe gegenüberliegendes Ende der Schubstange angeordnet.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgeschlagen, dass bei der unmittelbaren Anordnung des Pins an die Schubstange zwischen Hohlwelle und Schubstange eine Hülse angeordnet ist, in welcher eine Gegenkontur zur Führung der Schubstange bzw. des Pins ausgebildet ist. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgeschlagen, dass bei dem mittelbar an die Schubstange angeordneten Pin, die Hohlwelle innerhalb eine Nut aufweist, welche als Führung für die Schubstange bzw. des Pins vorgesehen ist. Die Nut verläuft dabei axial entlang der Innenfläche der Hohlwelle. Beide Ausführungsformen ermöglichen es die auftretenden Impulsaustausche gezielt zwischen Pin und Hülse oder Innenfläche der Hohlwelle einzuleiten, so dass Leitscheibe und Flügelrad davon ausgenommen werden.
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Bei beiden Ausführungsformen wäre es besonders erstrebenswert, wenn sich das zwischen der Führung und dem Pin auftretende Spiel gegen Null einstellen lassen könnte, da so auch die verschleiß- und geräuschverursachenden Impulsaustausche gegen Null gehen würden. Dies ist jedoch fertigungstechnisch kaum umsetzbar. Aus diesem Grund sollte das Spiel so gering wie möglich ausfallen.
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Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zwischen dem Pin und der Führung auftretende Spiel mittels eines elastomeren Schwingungsdämpfers ausgeglichen wird. Somit verringern sich die Fertigungskosten, beim Herstellen der Führung bzw. des Einstellen des Spiels. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Geräuschentwicklung, welche durch das Aneinanderstoßen der beiden Baueile innerhalb der Führung auftreten, entgegengewirkt werden. Der Schwingungsdämpfer kann auch aus Schaumstoff oder Kautschuk hergestellt sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den 1 bis 3b dargestellt, die nachfolgend detailliert beschrieben sind, wobei sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten regelbaren Kühlmittelpumpe mit geschlossener Leitscheibe,
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2 eine schematische Schnittdarstellung der Führung in einer erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform,
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2a einen Querschnitt durch die Führung der ersten Ausführungsform, bei welchem zwischen Pin und Hülse ein Spiel auftritt,
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2b einen Querschnitt durch die Führung mit ausgleichendem elastomeren Schwingungsdämpfer, welcher zwischen Pin und Hülse angeordnet ist,
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3 eine schematische Schnittdarstellung der Führung in einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform,
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3a einen Querschnitt durch die Führung der zweiten Ausführungsform, bei welchem zwischen Pin und Nut der Hohlwelle ein Spiel auftritt und
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3b einen Querschnitt durch die Führung mit ausgleichendem elastomeren Schwingungsdämpfer, welcher zwischen Pin und Nut der Hohlwelle angeordnet ist.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse 1. In welchem eine antreibbare Hohlwelle 2b gelagert ist, an deren einem Ende ein Flügelrad 4 befestigt ist. Das Flügelrad 4 weist in den Saugraum 7 hineinragende Flügel 5 auf. Das Flügelrad 4 und die Deckscheibe 9 sind über Axialstege 14 miteinander verbunden. Bei der Rotation des Flügelrades 4 wird Fluid über einen Saugstutzen 10 des Pumpengehäuses 1 in den Saugraum 7 befördert. Zwischen dem Flügelrad 4 und der Deckscheibe 9 ist eine axial verschiebbare Leitscheibe 12 angeordnet. Die Leitscheibe 12 weist eine zum Flügelrad 4 korrespondierende Kontur und eine in Richtung des Flügelrads 4 orientierte Auskragung 13 auf. Um eine schnelle Erwärmung des Verbrennungsmotors zu erreichen und die Motortemperatur gezielt einzustellen, muss die Kühlmittelpumpe regelbar bzw. schaltbar sein. Hierzu wird ein Volumenstrom bedarfsgerecht eingestellt. Um den Volumenstrom einzustellen wird die Leitscheibe 12 axial mittels einer Schubstange 2a im Pumpengehäuse 1 verschoben. Die innerhalb zwischen Flügelrad 4 und Deckscheibe 9 verschobene Leitscheibe 12 verändert den Öffnungsgrad und steuert somit den Durchlass des Volumenstroms. Die Schubstange 2a steht in direkter Verbindung mit der Leitscheibe 12. Die Leitscheibe 12 ist geschlossen, wenn die Leitscheibe 12 an der Deckscheibe 9 anliegt und kein Volumenstrom mehr fließen kann. Der Öffnungsgrad der Leitscheibe 12 ist ein Indiz für die Menge des die Kühlmittelpumpe durchfließenden Volumenstroms. Damit die Leitscheibe 12 innerhalb des Flügelrades 4 axial verschoben werden kann, sind in der Leitscheibe 12 korrespondierend zur Anordnung der Flügel 6 Öffnungen 3 vorgesehen. Im montierten Zustand entstehen, auf Grund des Schiebesitzes zwischen Flügel 5 und Leitscheibe 12, Spalten. Innerhalb dieser Spalten kann die Leitscheibe 12, formschlüssig zum Flügelrad 4 in rotatonische Richtung eine Relativbewegung ausführen. Über die Spaltweite der beiden Bauteile zu einander baut sich eine Relativgeschwindigkeit auf, die durch einen Impulsaustausch abrupt endet. Dies wird entsprechend der Motorordnung (Zylinderanzahl) mehrmals pro Kurbelwellenumdrehung geschehen. Dies führt zu einem Verschleiß der Kontaktstellen der Leitscheibe 12 und der Flügel 6 des Flügelrades 4. Im Weiteren entsteht beim Anschlagen eine ungewollte Geräuschemission.
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2, a, b und auch 3, a, b stellen lediglich eine schematische Darstellung der Kühlmittelpumpe mit den erfindungsrelevanten Details dar. Die Bezugszeichen der Bauteile der Kühlmittelpumpe stimmen mit jenen von 1 überein und werden deshalb hier nicht nochmals komplett erwähnt. 2 zeigt die Schubstange 2a, welche von einem senkrecht zu ihrer Mittelachse M ausgerichteten Pin 16 durchdrungen wird. Innerhalb der Hohlwelle 2b ist eine Hülse 20 eingepresst, welche die Schubstange 2b und deren Pin 16 umschließt. Die Hülse 20 ist derart ausgebildet, dass sie zur Führung 21 für die axial verschiebbare Schubstange 2a mit Pin 16 dient. Mit Hilfe des Pins 16, soll der impulsaustausch an einer definierten Stelle stattfinden, nämlich zwischen den Enden des Pins 16 und der Hülse 20. Dadurch werden die verschleißfördernden Impulsaustausche zwischen Flügelrad 4 und Leitscheibe 12 unterbunden. Die Führung 21 wird in 2a in einer Schnittansicht genauer dargestellt. Aus fertigungstechnischen Gründen weist die Führung 21 ein gewisses Spiel auf. Eine optimierte Ausführungsform ist in 2b dargestellt. Dort wird zum Ausgleich des Spiels ein Schwingungsdämpfer 19 eingesetzt, welcher aus einem Elastomer oder Kautschuk hergestellt sein kann. Dadurch wird der Pin 16 zum einen geschützt und zum anderen wird dadurch die sonst auftretende Geräuschentwicklung während des Impulsaustausches unterbunden. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wie die Anbindung des Pins 116 und eine entsprechende Führung 121 ausgestaltet sein kann, um einen Impulsaustausch an definierter Stelle zu erhalten. Die Schubstange 2a weist an ihrem der Leitscheibe 12 gegenüberliegenden Ende einen Kolben 18 auf. Innerhalb des Kolbens 18 ist ein radial überstehender Pin 116 eingebracht. Damit der Pin 116 bzw. die Schubstange 2a innerhalb der Hohlwelle 2b geführt werden kann, ist eine zum Pin 116 korrespondierende Nut 17 innerhalb der Hohlwelle 2b eingebracht, welche als Führung 121 dient. Die Führung 121 wird in 3a in einer Schnittansicht genauer dargestellt. Aus fertigungstechnischen Gründen weist die Führung 121 auch hier ein gewisses Spiel auf. Eine optimierte Ausführungsform ist in 3b dargestellt.
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Dort wird zum Ausgleich des Spiels ein Schwingungsdämpfer 119 eingesetzt. Die Vorteile sind hierbei die gleichen wir bereits bei den Ausführungsbeispielen der 2a und 2b genannt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pumpengehäuse
- 2a
- Schubstange
- 2b
- Hohlwelle
- 3
- Öffnungen
- 4
- Flügelrad
- 6
- Flügel
- 7
- Saugraum
- 8
- Feder
- 9
- Deckscheibe
- 10
- Saugstutzen
- 12
- Leitscheibe
- 13
- Auskragung
- 14
- Axialsteg
- 15
- Durchgangsöffnung
- 16, 116
- Pin
- 17
- Nut
- 18
- Kolben
- 19, 119
- Schwingungsdämpfer
- 20
- Hülse
- 21, 121
- Führung
- M
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005004315 B4 [0005]
