DE102013212491A1 - Regelbare Kühlmittelpumpe einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Sebastian Hurst
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0027Varying behaviour or the very pump
    • F04D15/0038Varying behaviour or the very pump by varying the effective cross-sectional area of flow through the rotor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/60Control system actuates means
    • F05D2270/64Hydraulic actuators

Abstract

Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe (1) einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (2), in dem eine als Hohlwelle ausgebildete Pumpenwelle (3) drehbar gelagert ist, deren zugehöriges Flügelrad ein Kühlmittel als Volumenstrom von einem Kühlmitteleinlass in einen Kühlmittelauslass fördert. Zum Einstellen des Volumenstroms ist ein konzentrisch zu einer Rotationsachse der Pumpenwelle (3) angeordnetes, in Achsrichtung des Flügelrades axial verstellbares Leitblech (5) vorgesehen, das eine zum Flügelrad korrespondierende Kontur aufweist. Das Leitblech (5) ist über einen innerhalb der Pumpenwelle (3) in einer Längsbohrung (8) geführten, mit einem Druckraum (19) verbundenen Pumpkolben (10) in Verbindung mit einer Axialkolbenaktuatorik verschiebbar. Der Pumpkolben (10) sieht für einen Ansaugbereich und für einen Austrittsbereich des Kühlmittels eine Schlitzsteuerung (12) vor, der dazu von einer in der Pumpenwelle (3) lagefixiert eingesetzten Schlitzhülse (11) umschlossen ist. Der Pumpkolben (10) umfasst zwei axial beabstandete Steueröffnungen (16a, 16b), wobei in Abhängigkeit von einer Stellung des Pumpkolbens (10) eine erste Steueröffnung (16a) mit einem Radialschlitz (17a) der Pumpenwelle (3) und die zweite Steueröffnung (16b) mit einem Radialschlitz (17b) der Schlitzhülse (11) zusammenwirkt und eine Zentralbohrung (18) die Steueröffnungen (16a, 16b) mit einem Druckraum (19) verbindet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe von den Ansprüchen 1 und 2.
  • Bei flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen wird bevorzugt Kühlwasser als Kühlmittel eingesetzt, das mittels einer Kühlmittelpumpe in einem vorzugsweise geschlossenen Kreislauf durch Kühlkanäle im Bereich der Zylinder und des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine zirkuliert. Das sich dabei erwärmende Medium wird anschließend in einem Luft-Wasser-Wärmetauscher mittels eines Ventilators und/oder vom Fahrtwind des Fahrzeugs zurückgekühlt. Die Kühlmittelpumpe wird bevorzugt über einen Zugmitteltrieb angetrieben, dessen Zugmittel eine mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelte Riemenscheibe mit einer Riemenscheibe der Kühlmittelpumpe verbindet. Aufgrund der direkten Antriebskoppelung ist die Drehzahl der Kühlmittelpumpe abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Folglich stellt sich im hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine ein entsprechend großer, vielfach nicht zur Kühlung benötigter Volumenstrom der Kühlmittelpumpe ein. Beim Kaltstart der Brennkraftmaschine tritt dagegen das Problem auf, dass unmittelbar nach erfolgtem Start bereits Kühlmittel durch die Kühlkanäle zirkuliert, was die Erwärmung der Brennräume behindert und somit das Erreichen einer optimalen 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 jeweiligen Kühlungsbedarf der Brennkraftmaschine abgestimmt werden kann.
  • Aus der DE 10 2005 004 315 B4 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe bekannt, bei der auf einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Hohlwelle ein Flügelrad angeordnet ist, das Kühlmittel als Volumenstrom von einem Kühlmitteleinlass in einen Kühlmittelauslass fördert. Bern Flügelrad ist ein auf der Hohlwelle platziertes Schiebeelement zugeordnet, das über einen Elektromagneten und entgegen einer Feder axial zu dem Flügelrad verschiebbar ist und dabei einen Außenbereich des Flügelrades übergreift. In einer Endstellung kann mit Hilfe des Schiebeelements der Ringkanal des Pumpengehäuses verschlossen werden, wodurch eine Kühlwasserförderung der Kühlmittelpumpe unterbleibt. 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. Aus der DE 197 27 249 A1 ist eine Radialkolbenpumpe mit radial angeordneten Hochdruckkolben bekannt, denen jeweils eine Führungshülse mit zugehöriger Schlitzsteuerungseinrichtung und einem Rückschlagventil zugeordnet ist. Die DE 10 2011 084 861 A1 zeigt einen hülsenförmig ausgebildeten Kolben mit einer Mantelfläche, die mindestens einen Steuerschlitz aufweist, über den Kühlmittel in den Kolben einströmt und anschließend durch einen Kolbenhub verdichtet wird. Weiterhin kann der Kolben einen zweiten Steuerschlitz aufweisen, über den eine gezielte aktive Entlüftung des Druckraums erfolgen kann.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für den Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine eine regelbare Kühlmittelpumpe mit einem vereinfachten, bauraum- und kostenoptimierten Aufbau zur Verstellung des Leitblechs zu schaffen.
  • Diese Problemstellung wird durch eine regelbare Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
  • Gemäß dem Anspruch 1 umfasst die Kühlmittelpumpe einen Pumpkolben, der für einen Ansaugbereich sowie für einen Austrittsbereich des Kühlmittels eine Schlitzsteuerung einschließt. Der in einer Längsbohrung der Pumpenwelle geführte Pumpkolben ist dazu von einer in der Pumpenwelle lagefixiert eingesetzten Schlitzhülse umschlossen. Weiterhin schließt der Pumpkolben zwei axial beabstandete Steueröffnungen ein, wobei eine erste Steueröffnung mit einem Radialschlitz der Pumpenwelle und die zweite Steueröffnung mit einem Radialschlitz der Schlitzhülse zusammenwirkt. Mittels einer Zentralbohrung des Pumpkolbens können die Steueröffnungen mit einem dem Pumpkolben vorgelagerten Druckraum verbunden werden.
  • Die erfindungsgemäße Lösung nach dem Anspruch 2 umfasst ebenfalls einen Pumpkolben mit einer Schlitzsteuerung für den Ansaugbereich und den Austrittsbereich des Kühlmittels. Der rohr- oder hülsenförmig ausgebildete, von einer in der Pumpenwelle lagefixiert eingesetzten Schlitzhülse umschlossene Pumpkolben schließt in einer Mantelfläche zumindest einen eine Steueröffnung bildenden Längsschlitz ein, der mit einem Radialschlitz der Schlitzhülse oder einem Radialschlitz der Pumpenwelle zusammenwirkt und gleichzeitig mit einem dem Pumpkolben vorgelagerten Druckraum in Verbindung gebracht werden kann.
  • Übereinstimmend stellt sich vorteilhaft mit beiden erfindungsgemäßen, eine Schlitzsteuerung einschließenden Lösungen eine zeitliche und örtliche Trennung zwischen einem Ansaugbereich und einem Austrittsbereich des Kühlmittels ein. Somit wird nach einem den Ansaugbereich schließenden Hub des Pumpkolbens der Austrittsbereich freigegeben. Die inkompressible Flüssigkeit, das Kühlmittel, das auch unter Druckwirkung weitestgehend keine Volumenänderung aufzeigt, berücksichtigend ist eine Auslegung der Schlitzsteuerung vorgesehen, bei der nach Ende der Ansaugphase bereits unmittelbar oder nach einem geringen weiteren Hub des Pumpkolbens ein Überschiebebereich oder Austrittsbereich öffnet. Mittels der Schlitzsteuerung kann ein exakter Kühlmittelwechsel von dem oszillierenden, abwechselnd Ansaugtakte und Verdichtungstakte ausübenden Pumpkolben zwischen dem Ansaugbereich und dem Austritts- bzw. Überschiebebereich erzielt werden. Die erfindungsgemäße Schlitzsteuerung zur Einlasssteuerung und Steuerung eines Überschiebebereichs ist vorteilhaft optimal mit einer magnetgetriebenen Axialkolbenaktuatorik zur Aktuierung einer schaltbaren bzw. regelbaren Kühlmittelpumpe kombinierbar. Zwischen dem Verschließen der ersten Steueröffnung und der Freigabe der zweiten Steueröffnung des Pumpkolbens ist vorteilhaft nur ein geringer Hub vorgesehen. Im Idealfall schließt sich unmittelbar an den Schließvorgang ein öffnen des Austrittsbereichs an. Durch diese Maßnahme bedarf es keiner höheren Stellkraft der Axialkolbenaktuatorik zur Aktuierung des Leitblechs, da ein Komprimieren des Arbeitsmittels vorteilhaft vermieden wird.
  • Ein Ansaugen von Kühlmittel aus dem Nassraum, der unmittelbaren Umgebung hinter dem Flügelrad der Kühlmittelpumpe erfolgt, wenn die erste Steueröffnung des Pumpkolbens mit dem Radialschlitz der Pumpenwelle übereinstimmt. Vorteilhaft kann die Pumpleistung bzw. die Pumpcharakteristik des Pumpkolbens durch die Anordnung der Steueröffnungen und/oder die Radialschlitze sowie durch die mit dem Pumpkolben in Verbindung stehende Axialkolbenaktuatorik eingestellt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit den Überschiebebereich zu verändern, der den Hub des mit dem Flügelrad in Verbindung stehenden Leitblechs beeinflusst. Mittels der erfindungsgemäßen, mit einer Axialkolbenaktuatorik zusammenwirkenden Schlitzsteuerung, bei der die Schlitzhülse den Pumpkolben bauraumoptimiert umschließt, stellt sich vorteilhaft eine bauraumoptimierte Leitblechverstellung ein, die außerdem kostengünstig realisierbar ist.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung zur Realisierung einer optimal funktionalen Schlitzsteuerung ist gemäß einer ersten konstruktiven Auslegung vorgesehen, dass ein axialer Abstand zwischen den Radialschlitzen in der Pumpenwelle und der Schlitzhülse einem axialen Abstand zwischen den Außenkonturen der Steueröffnungen des Pumpkolbens entspricht oder geringfügig übertrifft. Nach einer alternativen Auslegung ist ein axialer Abstand zwischen den Radialschlitzen der Pumpenwelle und der Schlitzhülse entsprechend einer Länge des Längsschlitzes im Pumpkolben ausgelegt oder geringfügig übertreffend. Für beide Pumpkolbenvarianten ist das Ansaugen des auch als Arbeitsmedium zu bezeichnenden Kühlmittels beendet, wenn bedingt durch einen Kolbenhub in Richtung des Leitblechs der mit dem Radialschlitz der Pumpenwelle in Verbindung stehende Ansaugbereich, die erste Steueröffnung oder der Längsschlitz des Pumpkolbens geschlossen ist. Unmittelbar danach oder nach einem geringfügigen weiteren Hub beginnt ein Überschieben des Arbeitsmediums im Austrittsbereich, der sich aus der zweiten Steueröffnung oder dem Längsschlitz des Pumpkolbens mit dem Radialschlitz in der Schlitzhülse einstellt, wobei ein Strömungsquerschnitt freigegeben wird. Durch eine weitere Kompressionsbewegung wird das Arbeitsmedium aus dem inneren bzw. zentralen Druckraum über den Austrittsbereich in den die Schlitzhülse umschließenden, kreisringförmigen äußeren Druckraum verdrängt, wobei gleichzeitig eine mit dem Leitblech gekoppelte Druckscheibe beaufschlagt wird zur Aktuierung des Leitblechs.
  • Als weitere die Wirksamkeit einer exakten Schlitzsteuerung unterstützende Maßnahme ist sowohl für den Schiebesitz des Pumpkolbens in der Schlitzhülse als auch für die Geometrie bzw. die Lagetoleranz der Radialschlitze gegenüber den Steueröffnungen oder dem Längsschlitz eine eng tolerierte Auslegung vorgesehen. Damit ist sichergestellt, dass unmittelbar an den Ansaugbereich bei einem weiteren Hub des Pumpkolbens der Austrittsbereich freigegeben wird.
  • Die topfartig gestaltete Schlitzhülse bildet unabhängig von der Ausführung des Pumpkolbens außenseitig aufgrund des endseitig gestuften Abschnitts, ausgehend von dem Radialschlitz der Schlitzhülse, eine Ausnehmung, über die Kühlmittel in den Druckraum strömen kann. Die im Betriebszustand mit Kühlmittel gefüllte Ausnehmung ist somit Teil des Druckraums, der axial von einer dem Leitblech zugeordneten Druckscheibe und der Schlitzhülse begrenzt ist. Die topfartige Schlitzhülse schließt weiterhin eine Kolbenfeder ein, die zwischen einem Boden der Schlitzhülse und dem Pumpkolben eingesetzt ist. Der Boden der Schlitzhülse steht gegenseitig zur Kolbenfeder außerdem mit der Druckscheibe des Leitblechs in einer Wirkverbindung, die in einer Endlage des Leitblechs an dem Boden abgestützt ist. Die bevorzugt mittels einer Presspassung in der Pumpenwelle lagefixierte Schlitzhülse ist in einer Endlage axial an einem gestuften Abschnitt der Längsbohrung abgestützt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung schließt die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe eine auch als Ausfallsicherung zu bezeichnende Failsafe-Einrichtung ein. Dazu ist eine die Führungswelle des Leitblechs umschließende Druckfeder zwischen einem in der Längsbohrung der Pumpenwelle eingesetzten Lagerelement und der Druckscheibe des Leitblechs eingebaut. Bei einer Störung oder einem Schadensfall, beispielsweise einem Stromausfall der Aktuatorik, wird mittels der Druckfeder, die Druckscheibe sowie das über die Führungswelle damit verbundene Leitblech in eine Endstellung bzw. Neutralstellung verschoben. Dadurch stellt sich ein maximaler Förder- oder Volumenstrom der Kühlmittelpumpe ein.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Die dargestellten Ausführungsformen zeigen Beispiele von erfindungsgemäßen Lösungen. Sie stellen jedoch keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar. Dabei zeigt:
  • 1 einen Ausschnitt einer regelbaren Kühlmittelpumpe, die eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Schlitzsteuerung einschließt;
  • 2 einen Ausschnitt einer regelbaren Kühlmittelpumpe, die eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Schlitzsteuerung einschließt;
  • 3 bis 5 die regelbare Kühlmittelpumpe gemäß 1 mit unterschiedlichen Positionen des Pumpkolbens; und
  • 6 bis 8 die regelbare Kühlmittelpumpe gemäß 2 mit unterschiedlichen Positionen des Pumpkolbens.
  • In der 1 ist ein Ausschnitt einer regelbaren, einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) zugeordneten Kühlmittelpumpe 1 mit einem weitestgehend bekannten Aufbau im Längsschnitt abgebildet. Die 1 beschränkt sich im Wesentlichen auf die mit der Erfindung im Zusammenhang stehenden Bauteile der Kühlmittelpumpe 1. In einem Pumpengehäuse 2 der Kühlmittelpumpe 1 ist eine als Hohlwelle ausgebildete Pumpenwelle 3 über eine Pumpenlagerung 4 drehbar gelagert, die endseitig drehstarr mit einem Flügelrad (nicht gezeigt) verbunden ist. Im Betriebszustand der Kühlmittelpumpe 1 bei rotierendem Flügelrad strömt Kühlmittel axial über einen auch als Sauganschluss zu bezeichnenden Kühlmitteleinlass (nicht gezeigt) zu dem Flügelrad und wird anschließend radial in einen Kühlmittelauslass bzw. Druck- oder Spiralkanal geleitet. Zur Einflussnahme auf einen Förder- bzw. Volumenstrom der Kühlmittelpumpe 1 ist ein axial verschiebbares Leitblech 5 vorgesehen, das einen Ausströmbereich des Flügelrades variabel überdeckt. Eine mit dem Leitblech 5 verbundene Führungswelle 6 ist in einem in einer Längsbohrung 8 der Pumpenwelle 3 fixierten Führungselement 7 axial verschiebbar geführt. Eine stufenlose Verstellung bzw. Einstellung des Leitblechs 5 erfolgt über eine als Axialkolbenaktuatorik ausgeführte, insbesondere magnetgetriebene Aktuatorik (nicht gezeigt) in einer bekannten Ausführung, die an dem vom Leitblech 5 abgewandten Ende der Pumpenwelle 3 positioniert ist. Die an dem vom Leitblech 5 abgewandten Ende der Pumpenwelle 3 positionierte Aktuatorik steht über eine in der Pumpenwelle 3 eingesetzte Schubstange 9 mit einem Pumpkolben 14 in Verbindung.
  • Mittels der Axialkolbenaktuatorik kann so das Leitblech 5 stufenlos zwischen zwei Endlagen verstellt werden, wobei sich in einem geschlossen Zustand eine O-Förderung und im geöffneten Zustand eine maximale Förderung bzw. ein Volumenstrom der Kühlmittelpumpe 1 einstellt. Der von der Aktuatorik aktuierte, in der Pumpenwelle 3 sowie in einer endseitig gestuft ausgebildeten Schlitzhülse 11 über einen Schiebesitz 13 geführte, im Betriebszustand oszillierende Pumpkolben 14 übt im Wechsel einen Verdichtungs- sowie einen Ansaugtakt aus. Die Schlitzhülse 11 ist insbesondere mittels einer Presspassung in der als Stufenbohrung ausgelegten Längsbohrung 8 der Pumpenwelle 3 an einer Schulter 15 abgestützt. Die 1 zeigt das Leitblech 5 in einer der O-Förderung entsprechenden Position, das dazu über eine endseitig der Führungswelle 6 angebrachte Druckscheibe 14 an einem Boden 29 der Schlitzhülse 11 abgestützt ist. Zur Verstellung des Leitblechs 5 ist ein Austausch der Flüssigkeit, d. h. des Kühlmittels, erforderlich, wozu zwischen dem Pumpkolben 10 und der Pumpenwelle 3 oder der Schlitzhülse 11 eine Schlitzsteuerung 12 vorgesehen ist. Dazu weist der Pumpkolben 10 zwei axial versetzte Steueröffnungen 16a, 16b auf, die als radiale Durchgangsbohrungen ausgeführt sind. Die Steueröffnung 16a steht in Wirkverbindung mit einem Radialschlitz 17a der Pumpenwelle 3 und die Steueröffnung 16b mit dem Radialschlitz 17b der Schlitzhülse 11. Die in 1 gezeigte Pumpkolbenposition entspricht einem Ansaugbereich, in dem sich eine Lageübereinstimmung zwischen der Steueröffnung 16a und dem Radialschlitz 17a einstellt. Dadurch kann Kühlmittel aus dem Pumpenraum hinter dem Leitblech 5 ungehindert über die Radialschlitze 17a in die Steueröffnung 16a und von dort über eine Zentralbohrung 18 in einen dem Pumpkolben 10 vorgelagerten, von der topfförmigen Schlitzhülse 11 umschlossenen inneren Druckraum 19 füllen.
  • Ein Hub des Pumpkolbens 10 in Richtung des Leitblechs 5 entgegen der Kraft einer im inneren Druckraum 19 eingesetzten Kolbenfeder 21 führt zu einer die Kühlmittelansaugung beendenden Verdichtung. Nahezu unmittelbar danach stellt sich eine Position ein, in der sich ein Austrittsbereich öffnet und Kühlmittel aus dem inneren Druckraum 19 über die Steueröffnung 16b des Pumpkolbens 10 und dem Radialschlitz 17b der Schlitzhülse 11b sowie die Ausnehmung 27, die sich aufgrund der gestuft ausgeführten Schlitzhülse 11 bildet, in den äußeren Druckraum 24 strömt. Bei einem Druckanstieg im äußeren Druckraum 24, der die Kraft eines insbesondere als Druckfeder ausgeführten Federelements 22 übersteigt, wird die Druckscheibe 14 sowie das damit mittelbar verbundene Leitblech 5 in Pfeilrichtung verstellt. Zur Sicherstellung eines nahezu direkten Übergangs zwischen dem Ansaugbereich und dem Austrittsbereich sind die Steueröffnungen 16a, 16b gegenüber den Radialschlitzen 17a, 17b in einer definierten Lage positioniert. Diese ergibt sich, indem ein axialer Abstand S1 zwischen den Radialschlitzen 17a, 17b einem axialen Abstand S2 zwischen den Außenkonturen der Steueröffnungen 16a, 16b entspricht oder dieses Maß nur geringfügig übertrifft. Durch diese Maßnahme stellt sich eine gewollte zeitliche und örtliche Trennung zwischen dem Ansaug- und dem Austrittsbereich ein. Ein zwischen dem Führungselement 7 und der Druckscheibe 14 eingesetztes Federelement 22 übt weiterhin die Funktion einer Failsafe-Einrichtung 23 aus, mit der das Leitblech 5 beispielsweise bei einer Stromunterbrechung selbsttätig in eine Neutralstellung verschoben wird, in der die Kühlmittelpumpe 1 einen maximalen Volumenstrom fördert.
  • Die 2 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der Erfindung, wobei ähnliche oder gleiche Bauteile übereinstimmende Bezugszeichen aufweisen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich daher weitestgehend auf Ausgestaltungen, die sich von der 1 unterscheiden. Die 2 zeigt einen hülsen- oder rohrförmig ausgeführten Pumpkolben 20, der in Verbindung mit der Umgebungskonstruktion eine Schlitzsteuerung 25 bildet. Anstelle von zwei axial versetzten Steueröffnungen schließt der Pumpkolben 20 in einer Mantelfläche 28 vorzugsweise zwei gegenüberliegende Längsschlitze 26a, 26b ein, die jeweils über einen Verbindungskanal 30 mit dem Druckraum 19 in Verbindung stehen. In Abhängigkeit von einer Stellung des Pumpkolbens 20 stehen die Längsschlitze 26a, 26b mit dem Radialschlitz 17a der Pumpenwelle 3 oder dem Radialschlitz 17b der Schlitzhülse 11 in Wirkverbindung. In 2 ist der Pumpkolben 20 in einer dem Ansaugtakt entsprechenden Position abgebildet. Der Ansaugbereich wird dabei durch eine Lageübereinstimmung zwischen dem Radialschlitz 17a und einer Endzone der Längsschlitze 26a, 26b gebildet, so dass Kühlmittel ungehindert über die Längsschlitze 26a, 26b in den inneren Druckraum 19 einströmen kann. Der Ansaugtakt endet, sobald der Pumpkolben 20 in Richtung des Leitblechs 5 entgegen der Kraft einer im inneren Druckraum 19 eingesetzten Druckfeder 21 verschoben wird, wobei sich der Radialschlitz 17a schließt. Der sich anschließend öffnende, aus der Endzone der Längsschlitze 26a, 26b und dem Radialschlitz 17b der Schlitzhülse 11 gebildete Austrittsbereich ermöglicht, dass Kühlmittel aus dem inneren Druckraum 19 in den äußeren Druckraum 24 verdrängt wird, wobei die Druckscheibe 14 beaufschlagt und sich das Leitblech 5 in Pfeilrichtung verstellt. Zur Erreichung eines kurzzeitigen Übergangs zwischen dem Ansaugbereich und dem Austrittsbereich sind die Längsschlitze 26a, 26b gegenüber den Radialschlitzen 17a, 17b in einer definierten Lage positioniert. Diese ergibt sich durch einen axialen Abstand S zwischen den Radialschlitzen 17a, 17b, der einer axialen Länge L der Längsschlitze 26a, 26b entspricht oder dieses Maß nur geringfügig übertrifft.
  • Die 3 bis 5 zeigen die regelbare Kühlmittelpumpe 1, wobei der Pumpkolben 10 gemäß 1 in unterschiedlichen Positionen dargestellt ist. In 3 ist der Pumpkolben 10 in einer dem Ansaugtakt entsprechenden Stellung gezeigt. Dabei kann das Kühlmittel über den Radialschlitz 17a der Pumpenwelle 3, der korrespondierenden Steueröffnung 16a sowie der Zentralbohrung 18 des Pumpkolbens 10 in den Druckraum 19 einströmen. Gemäß 4 befindet sich der Pumpkolben 10 in einer Position nach Ende des Ansaugens und kurz vor einem Überschieben des Kühlmittels in den Druckraum 24. Die 5 zeigt den Pumpkolben 10, bei dem die Steueröffnung 16b in Übereinstimmung mit dem Radialschlitz 17b der Pumpenwelle 3 gebracht ist, wodurch sich eine Kühlmittelbeaufschlagung des Druckraums 24 einstellt und sich das Leitblech 5 in Pfeilrichtung verstellt.
  • Die 6 bis 8 zeigen die regelbare Kühlmittelpumpe 1 gemäß 2, wobei der Pumpkolben 20 in unterschiedlichen Positionen dargestellt ist. In 6 ist der Pumpkolben 20 in einer Stellung gezeigt, die einem Ansaugtakt entspricht, bei dem das Kühlmittel über den Radialschlitz 17a der Pumpenwelle 3 in den Längsschlitz 26a, 26b des Pumpkolbens 20 und anschließend über Verbindungskanäle 30 in den Druckraum 19 einströmt. Gemäß 7 befindet sich der Pumpkolben 20 in einer Position nach Ende des Ansaugens und kurz vor einem Überschieben des Kühlmittels in den Druckraum 24. Die 8 zeigt den Pumpkolben 20, bei dem ein Endbereich des Längsschlitzes 26a, 26b in Übereinstimmung mit dem Radialschlitz 17b der Pumpenwelle 3 gebracht ist und das Kühlmittel den Druckraum 24 beaufschlagt, wodurch sich das Leitblech 5 in Pfeilrichtung verschiebt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kühlmittelpumpe
    2
    Pumpengehäuse
    3
    Pumpenwelle
    4
    Pumpenlagerung
    5
    Leitblech
    6
    Führungswelle
    7
    Führungselement
    8
    Längsbohrung
    9
    Schubstange
    10
    Pumpkolben
    11
    Schlitzhülse
    12
    Schlitzsteuerung
    13
    Schiebesitz
    14
    Druckscheibe
    15
    Schulter
    16a
    Steueröffnung
    16b
    Steueröffnung
    17a
    Radialschlitz
    17b
    Radialschlitz
    18
    Zentralbohrung
    19
    Druckraum (innen)
    20
    Pumpkolben
    21
    Kolbenfeder
    22
    Federelement
    23
    Failsafe-Einrichtung
    24
    Druckraum (außen)
    25
    Schlitzsteuerung
    26a
    Längsschlitz
    26b
    Längsschlitz
    27
    Ausnehmung
    28
    Mantelfläche
    29
    Boden
    30
    Verbindungsbohrung
    S1
    Abstand Radialschlitze (1)
    S2
    Abstand Steueröffnungen (1)
    S
    Abstand Radialschlitze (2)
    L
    Länge Längsschlitz (2)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102005004315 B4 [0003]
    • DE 102005062200 A1 [0003]
    • DE 19727249 A1 [0003]
    • DE 102011084861 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Regelbare Kühlmittelpumpe (1) einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (2), in dem eine als Hohlwelle ausgebildete Pumpenwelle (3) drehbar gelagert ist, deren zugehöriges Flügelrad ein Kühlmittel als Volumenstrom von einem Kühlmitteleinlass in einen Kühlmittelauslass fördert und zum Einstellen des Volumenstroms ein konzentrisch zu einer Rotationsachse der Pumpenwelle (3) angeordnetes, in Achsrichtung des Flügelrades axial verstellbares Leitblech (5) mit einer zum Flügelrad korrespondierenden Kontur vorgesehen ist, wobei das Leitblech (5) über einen innerhalb der Pumpenwelle (3) in einer Längsbohrung (8) geführten, mit einem Druckraum (19) verbundenen Pumpkolben (10) in Verbindung mit einer Axialkolbenaktuatorik verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpkolben (10) für einen Ansaugbereich und für einen Austrittsbereich des Kühlmittels eine Schlitzsteuerung (12) vorsieht, der dazu von einer in der Pumpenwelle (3) lagefixiert eingesetzten Schlitzhülse (11) umschlossen ist und der Pumpkolben (10) zwei axial beabstandete Steueröffnungen (16a, 16b) umfasst, wobei in Abhängigkeit von einer Stellung des Pumpkolbens (10) eine erste Steueröffnung (16a) mit einem Radialschlitz (17a) der Pumpenwelle (3) und eine zweite Steueröffnung (16b) mit einem Radialschlitz (17b) der Schlitzhülse (11) zusammenwirkt und eine Zentralbohrung (18) des Pumpkolbens (10) die Steueröffnungen (16a, 16b) mit einem Druckraum (19) verbinden.
  2. Regelbare Kühlmittelpumpe (1) einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpkolben (20) für einen Ansaugbereich und für einen Austrittsbereich des Kühlmittels eine Schlitzsteuerung (25) vorsieht, der dazu von einer in der Pumpenwelle (3) lagefixiert eingesetzten Schlitzhülse (11) umschlossen ist, wobei der rohrförmig ausgebildete Pumpkolben (20) in einer Mantelfläche (28) zumindest einen eine Steueröffnung bildenden Längsschlitz (26a, 26b) einschließt, der in Abhängigkeit von einer Stellung des Pumpkolbens (20) mit einem Radialschlitz (17a) der Pumpenwelle (3) oder einem Radialschlitz (17b) der Schlitzhülse (11) in Wirkverbindung steht und über eine Ausnehmung (27) der Radialschlitz (17b) der Schlitzhülse (11) mit einem Druckraum (24) verbunden ist.
  3. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Abstand (S1) zwischen dem Radialschlitz (17a) der Pumpenwelle (3) und dem Radialschlitz (17b) der Schlitzhülse (11) einem axialen Abstand (S2) zwischen den Außenkonturen der Steueröffnungen (16a, 16b) des Pumpkolbens (10) entspricht oder den Abstand (S2) geringfügig übertrifft.
  4. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Abstand (S) zwischen dem Radialschlitz (17a) der Pumpenwelle (3) und dem Radialschlitz (17b) der Schlitzhülse (11) einer Länge (L) des Längsschlitzes (26a, 26b) im Pumpkolben (20) entspricht oder die Länge (L) geringfügig übertrifft.
  5. Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl ein Schiebesitz (13) für den Pumpkolben (10, 20) in der Schlitzhülse (11) als auch die Geometrie bzw. die Abstandsmaße (S, S1, S2) zwischen den Radialschlitzen (17a, 17b) gegenüber den Steueröffnungen (S2) oder der Länge (L) des Längsschlitzes (26a, 26b) im Pumpkolben (20) eng toleriert sind.
  6. Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzhülse (11) gemeinsam mit einer dem Leitblech (5) zugeordneten Druckscheibe (14) einen mit Kühlmittel gefüllten Druckraum (24) innerhalb der Pumpenwelle (3) axial begrenzen.
  7. Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzhülse (11) unabhängig von der Ausführung des Pumpkolbens (10, 20) außenseitig aufgrund der endseitig stufenförmigen Gestaltung eine Ausnehmung (27) bildet, über die von dem Radialschlitz (17a, 17b) ausgehend Kühlmittel in den Druckraum (24) strömt.
  8. Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Boden (29) der topfartig gestalteten Schlitzhülse (11) und dem Pumpkolben (10, 20) eine Kolbenfeder (21) eingesetzt ist und gegenseitig an dem Boden (29) das Leitblech (5) in einer Endstellung über die Druckscheibe (14) abgestützt ist.
  9. Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzhülse (11) in der Pumpenwelle (3) an einer als Stufenbohrung ausgeführten Längsbohrung (8) an einer Schulter (15) axial abgestützt ist.
  10. Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Failsafe-Einrichtung (23) ein Federelement (22) zwischen einem endseitig in der Längsbohrung (8) der Pumpenwelle (3) eingesetzten Führungselement (7) und der Druckscheibe (14) des Leitblechs (5) eingesetzt ist.
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