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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Verbrennungsmotor mit einer solchen Kühlmittelpumpe.
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Aus der
DE 10 2011 006 127 A1 ist eine gattungsgemäße Kühlmittelpumpe eines Verbrennungsmotors mit einem Ketten-/Riemenrad bekannt, über das die Kühlmittelpumpe vom Verbrennungsmotor angetrieben ist. Ebenfalls vorgesehen ist eine Visco-Kupplung, die zwischen dem Ketten-/Riemenrad und einem Laufrad angeordnet ist. Über eine Bremse kann das Laufrad bedarfsabhängig abgebremst und dadurch dessen Drehzahl unabhängig von der Drehzahl des Ketten-/Riemenrades gesteuert werden. So soll insbesondere eine schnellere Motoraufwärmphase beim Kaltstart durch stehendes Kühlmittel erreicht werden, sowie der Schutz der Bauteile im Kühlkreislauf vor zu hohen Systemdrücken. Ebenso kann bei hohen Drehzahlen eine Verringerung der Antriebsleistung erreicht werden. Es ist somit möglich, bei Betriebsbeginn die Kühlmittelpumpe abzubremsen, um das Kühlmittel erst im Verbrennungsmotor aufzuwärmen, bevor es den Kühler durchläuft. Bei hohen Drehzahlen des Verbrennungsmotors kann die Kühlmittelpumpe ebenfalls etwas abgebremst werden, um Leistung zu sparen und/oder die einzelnen Komponenten zu schützen. Um diese Effekte zu erzielen ist die Bremse als Magnetbremse ausgebildet und benötigt deshalb nicht nur einen Stromanschluss in einem ansonsten stromlosen bzw. mechanisch angetriebenen Bauteil, sondern ist darüber hinaus auch vergleichsweise teuer.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Kühlmittelpumpe der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Kühlmittelpumpe hinsichtlich ihrer Förderleistung mittels einer Unterdruckbremse zu steuern und dadurch den in der Nähe der Kühlmittelpumpe üblicherweise ohnehin vorhandenen Unterdruck, der beispielsweise bei einem Bremskraftverstärker benötigt wird, zur Betätigung der Unterdruckbremse zu verwenden. Im Unterschied zu der aus dem Stand der Technik bekannten Magnetbremse kann deshalb auf einen elektrischen Anschluss gänzlich verzichtet werden, so dass lediglich ein Luftanschluss erforderlich ist. Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe besitzt dabei ein Ketten-/Riemenrad, über welche die Kühlmittelpumpe vom Verbrennungsmotor angetrieben wird. Zwischen dem Ketten-/Riemenrad und dem Laufrad der Kühlmittelpumpe ist dabei eine Visco-Kupplung angeordnet, ebenso wie eine Bremse, welche das Laufrad bedarfsabhängig abbremst und dadurch dessen Drehzahl unabhängig von der Drehzahl des Ketten-/Riemenrades steuert. Durch ein Abbremsen des Laufrades im Vergleich zum Ketten-/Riemenrad kann somit bedarfsgerecht Einfluss auf die jeweilige Förderleistung der Kühlmittelpumpe genommen werden. Die Visco-Kupplung ermöglicht dabei den hierfür erforderlich Drehzahlunterschied. Durch die erfindungsgemäß als Unterdruckbremse ausgebildete Bremse kann die erforderliche Bremsleistung mittels Unterdruck bereitgestellt werden, für beispielsweise lediglich eine Unterdruckleitung über ein Schaltventil zu einem Bremskraftverstärker geführt werden muss, an welchem ein entsprechender Unterdruck ohnehin vorhanden ist und anliegt. Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Bremsen, beispielsweise Magnetbremsen, kann somit auf elektrische Kabel und insbesondere auch eine Stromversorgung gänzlich verzichtet werden, was einen nicht zu unterschätzenden Kostenvorteil darstellt. Mit der erfindungsgemäß als Unterdruckbremse ausgebildeten Bremse kann eine ohnehin an dieser Stelle bereits vorhandene Energiequelle, nämlich der Unterdruck im Bereich des Bremskraftverstärkers, gleichfalls für die Betätigung der Bremse genutzt werden, so dass keine zusätzlich Energiequelle bereitgestellt werden muss.
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Zweckmäßig weist die Visco-Kupplung zwei Lamellenscheiben auf, nämlich eine antriebsseitige Lamellenscheibe und eine abtriebsseitige Lamellenscheibe, wobei die Unterdruckbremse auf die abtriebsseitige Lamellenscheibe einwirkt. An der abtriebsseitigen Lamellenscheibe ist dabei zudem ein Bremsbelag bzw. eine Bremsscheibe angeordnet, der/die beim Betätigen der Unterdruckbremse mit einem an der Unterdruckbremse angeordneten und verstellbaren Bremsbelag zusammenwirkt. Der Bremsbelag bzw. die Bremsscheibe kann dabei mit der abtriebsseitigen Lamellenscheibe beispielsweise verklebt oder verschraubt sein. Denkbar ist selbstverständlich auch eine einfache Stahlscheibe, die in der Art einer Bremsscheibe ausgebildet und an der abtriebsseitigen Lamellenscheibe befestigt ist. Der Bremsbelag bzw. die Bremsbeläge können dabei entweder austauschbar ausgebildet oder für die gesamte Lebensdauer der Kühlmittelpumpe dimensioniert sein. Besonders die erste Lösung erhöht zwar theoretisch die Wartungskosten, reduziert aber unter Umständen das Gewicht der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe, da sowohl die Bremsscheibe als auch die Bremsbeläge kleiner dimensioniert werden können.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind zur Betätigung der Bremsscheibe wenigstens drei Bremskolben vorgesehen, wobei jedem Bremskolben eine Federeinrichtung zugeordnet ist, der den jeweiligen Bremskolben in seine die Unterdruckbremse öffnende Stellung vorspannt. Die drei Federeinrichtungen gewährleisten somit eine sogenannte Fail-Safe-Funktion, die bei einem Ausfall der Unterdruckbremse stets gewährleistet, dass die Bremse offen ist und damit die Kühlmittelpumpe die volle Förderleistung erbringt.
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Zweckmäßig sind die Bremskolben mit einem ringförmigen Bremskolbenschieber verbunden, der in einem ringförmigen Bremszylinder verstellbar gelagert ist. Dieser ringförmige Bremszylinder wiederum ist mittels einer ringförmigen Membran abgedeckt und begrenzt einen geschlossenen Unterdruckraum. Wird dabei Luft aus dem Unterdruckraum evakuiert bzw. abgesaugt, drückt die Membran auf den ringförmigen Bremskolbenschieber, der wiederum seinerseits die Bremskolben und darüber die Bremsbeläge verstellt und gegen die Bremsscheibe drückt. Durch den Umstand, dass es sich bei der vorliegenden Ausführungsform um einen ringförmigen Bremszylinder handelt, wirkt auf den Bremskolbenschieber und damit auf jeden einzelnen Bremskolben dieselbe Verstellkraft, wodurch ein besonders exaktes und gleichförmiges Verstellen des Bremsbelags gegen die Bremsscheibe ermöglicht wird.
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Bei einer alternativen Ausführungsform kann auch jeder Bremskolben in einem separaten Bremszylinder verstellbar gelagert sein. Hierbei sind wiederum drei Bremskolben vorhanden, die jedoch in drei voneinander getrennten Bremszylindern gelagert sind. Über entsprechende Leitungen wird dabei in jedem einzelnen Bremszylinder der entsprechende Unterdruck zum Betätigen der Unterdruckbremse aufgebracht. Dies bietet den großen Vorteil, dass die Unterdruckbremse selbst dann problemlos funktioniert, wenn einer der Bremszylinder eine Leckage aufweist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine erfindungsgemäße Unterdruckbremse für eine Kühlmittelpumpe in einer Explosionsdarstellung,
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2 eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe mit der Unterdruckbremse,
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3 eine Detaildarstellung der Unterdruckbremse im Bereich eines Bremskolbens.
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Entsprechend der 2 weist eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe 1 eines lediglich in 2 angedeuteten Verbrennungsmotors 2 ein Ketten-/Riemenrad 3 auf, über welches die Kühlmittelpumpe 1 vom Verbrennungsmotor 2 antreibbar ist. Zwischen dem Ketten-/Riemenrad 3 und einem Laufrad 4 der Kühlmittelpumpe 1 ist dabei eine Visco-Kupplung 5 angeordnet, wobei zusätzlich eine erfindungsgemäß als Unterdruckbremse 6 ausgebildete Bremse vorgesehen ist, die das Laufrad 4 bedarfsabhängig abbremst und dadurch dessen Drehzahl unabhängig von der Drehzahl des Ketten-/Riemenrades 3 steuert.
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Über die Unterdruckbremse 6 ist es somit möglich, eine Drehzahl des Laufrades 4 von der Drehzahl des Ketten-/Riemenrades 3, insbesondere während einer Kaltstartphase, zu entkoppeln und dadurch das Kühlmittel während der Kaltstartphase nicht zu fördern und insbesondere nicht über einen Kühler zu lenken. Hierdurch kann eine schnellere Erwärmung des Verbrennungsmotors erreicht werden und damit verbunden geringere Stickoxidemissionen, die insbesondere während der Kaltstartphase besonders hoch sind. Bei hohen Drehzahlen wiederum kann durch ein Abbremsen des Laufrades 4 eine Verringerung der Drehzahl des Laufrades 4 erreicht werden und dadurch ein Schutz der nachfolgenden Bauteile im Kühlkreislauf vor zu hohen Systemdrücken. Gerade bei hohen Drehzahlen kann mittels der Unterdruckbremse 6 die Drehzahl des Laufrades 4 verringert und dadurch Energie eingespart werden. Mittels der Unterdruckbremse 6 kann dabei jedoch nicht nur die Drehzahl und damit die Förderleistung der Kühlmittelpumpe 1 geregelt, sondern diese auch generell an- bzw. abgeschaltet werden.
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Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Bremsen, beispielsweise Magnetbremsen, kann bei der erfindungsgemäßen Unterdruckbremse 6 auf einen elektrischen Anschluss gänzlich verzichtet werden, was erhebliche Kostenvorteile bringt. Zur Betätigung der Unterdruckbremse 6 wird lediglich ein Unterdruck benötigt, der üblicherweise im Bereich der Kühlmittelpumpe 1, beispielsweise an einem Bremskraftverstärker, ohnehin vorhanden und damit abgreifbar ist. Zur Steuerung der Drehzahl des Laufrades 4 der Kühlmittelpumpe 1 ist somit lediglich ein Unterdruckleitung zum Bremskraftverstärker und ein in dieser angeordnetes Schaltventil erforderlich.
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Betrachtet man die 1, so kann man in dieser die Unterdruckbremse 6 mit ihren einzelnen Teilen gut erkennen. Die Einzelteile sind ein Gehäuse 7 mit darin angeordneten Bremszylindern 8 (vgl. 2 und 3) ein großer Dichtungsring 9 sowie ein kleiner Dichtungsring 10, eine ringförmige Membran 11, ein Bremskolbenschieber 12 mit daran angeordneten Bremskolben 13, ein ringförmiger Bremszylinder 8, Dichtungsringe 15 für die Bremskolben 13 im Gehäuse 7, ein Gehäusedeckel 16 sowie Befestigungsschrauben 17 und ein Bremsbelag 18, in welchem die Bremskolben 13 mittels Presspassung eingepresst sind. Der Bremsbelag 18 wird dann bei einem Betätigen der Unterdruckbremse 6 gegen eine Bremsscheibe 19 (vgl. 2) oder einen gegenüberliegenden anstelle der Bremsscheibe 19 gelegenen Bremsbelag 18 gepresst.
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Die Visco-Kupplung 5 besitzt zwei Lamellenscheiben 20, 21, nämlich eine antriebsseitige Lamellenscheibe 20 und eine abtriebsseitige Lamellenscheibe 20, wobei die Unterdruckbremse 6 auf die abtriebsseitige Lamellenscheibe 21 wirkt. An der abtriebsseitigen Lamellenscheibe 21 kann eine Bremsscheibe 19 oder ein Bremsbelag 18 angeordnet sein, der beim Betätigen der Unterdruckbremse 6 mit einem an der Unterdruckbremse 6 angeordneten und verstellbaren Bremsbelag 18 zusammenwirkt (vgl. insbesondere auch die 3). Zur Betätigung der Unterdruckbremse 6 sind wenigstens drei Bremskolben 13 vorgesehen, wobei jedem Bremskolben 13 eine eigene Federeinrichtung 14 zugeordnet ist, die den Bremskolben 13 eine die Unterdruckbremse 6 öffnende Stellung vorspannt. Hierdurch kann eine sogenannte Fail-Safe-Funktion erreicht werden, die durch die mechanische Federkraft sicherstellt, dass bei einem Ausfall der Unterdruckbremse 6 diese stets in geöffnetem Zustand verbleibt und die Kühlmittelpumpe 1 die maximal mögliche Förderleistung erbringt.
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Die Bremskolben 13 sind dabei mit dem ringförmigen Bremskolbenschieber 12 verbunden, der in dem ringförmigen Bremszylinder 8 verstellbar gelagert ist. Der ringförmige Bremszylinder 8 wiederum ist mittels der ringförmigen Membran 11 abgedeckt und begrenzt dadurch einen geschlossenen Unterdruckraum. Bei einem Unterdruck im Bremszylinder 8 wird somit die ringförmige Membran 11 gegen die Federkraft verstellt und drückt hierdurch den Bremskolbenschieber 12 bzw. die Bremskolben 13 mit dem Bremsbelag 18 gegen die gegenüberliegende Bremsscheibe 19 bzw. gegen den gegenüberliegenden anderen Bremsbelag 18. Der Bremszylinder 8 ist dabei mittels einer nicht gezeigten Unterdruckleitung über ein ebenfalls nicht gezeigtes Schaltventil mit einer Unterdruckquelle, beispielsweise einem Bremskraftverstärker, verbunden. Hierfür ist an der Unterdruckbremse 6 ein entsprechender Anschluss 22 vorgesehen (vgl. 1).
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Mit der erfindungsgemäßen Unterdruckpumpe 6 kann ein besonders exaktes Steuern einer Drehzahl und damit einer Förderleistung der Kühlmittelpumpe 1 erreicht werden, ohne dass hierfür separate elektrische Anschlüsse erforderlich wären. Als Energiequelle zur Betätigung der Unterdruckbremse 6 wird lediglich eine in diesem Bereich ohnehin, beispielsweise im Bereich eines Bremskraftverstärkers vorhandene Unterdruckquelle genutzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011006127 A1 [0002]
