DE10235721A1

DE10235721A1 - Regelbare Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: DE10235721A1
Application number: DE2002135721
Authority: DE
Inventors: Eugen Dr. Schmidt; Franz Dipl.-Ing. Pawellek
Original assignee: Geraete und Pumpenbau GmbH Dr Eugen Schmidt
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2002-08-03
Filing date: 2002-08-03
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-08-04
Also published as: DE10235721B4

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine fertigungstechnisch einfach herstellbare, über eine Riemenscheibe angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore, bei der das Flügelrad schaltbar in Verbindung mit einer Reibpaarung von der Pumpenwelle angetrieben werden kann, zu entwickeln, die insbesondere einen problemlosen "Austausch" gegen eine bisher eingesetzte, nicht regelbare Kühlmittelpumpe mit Keilriemenscheibe auch bei sehr geringem magnetischen Bauraum ermöglicht, wobei das von der zu entwickelnden Kühlmittelpumpe erzeugte Antriebsmoment gegenüber den im Stand der Technik vorbeschriebenen Bauformen deutlich erhöht werden soll. DOLLAR A Die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass auf dem Mitnahmebereich (10) der Welle, in ihren Wellenbohrungen mit den jeweils dem Mitnahmebereich zugeordneten Mitnehmerflächen versehen, einerseits eine Stützbuchse (11) und andererseits eine Gleitbuchse (12) mit einer starr mit der Gleitbuchse (12) verbundenen Reibscheibe (13) angeordnet sind, und auf der Gleitbuchse (12) im Magnetfeld einer Magnetspule (8) ein mit einer Federkammer (15) versehener Tauchanker (14) angeordnet ist, wobei in der Federkammer (15) des Tauchankers (14) eine Druckfeder (16) angeordnet ist, welche sich gegen die Stützbuchse (11) abstützt. DOLLAR A Die Erfindung betrifft eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore, bei welcher das Flügelrad schaltbar in Verbindung mit ...

Description

Die Erfindung betrifft eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore, bei welcher das Flügelrad schaltbar in Verbindung mit einer Reibpaarung von der Pumpenwelle angetrieben werden kann.
Im Stand der Technik sind Kühlmittelpumpen für Verbrennungsmotore vorbeschrieben, die über eine Riemenscheibe von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben werden und bei denen das Flügelrad schaltbar in Verbindung mit einer Reibpaarung von der Pumpenwelle angetrieben wird.
Durch die mit solchen Kühlmittelpumpen realisierbare Zweipunktregelung kann die Kühlleistung wie auch die Antriebsleistung der Kühlmittelpumpe optimiert werden.
Diese Regelung von Kühlmittelpumpen für Kraftfahrzeuge ermöglicht unter anderem auch, daß eine sofort beim Starten des Motors einsetzende Zwangskühlung vermieden werden kann, wodurch die Warmlaufphase des Motors mit all den in dieser Phase auftretenden Nachteilen wie beispielsweise erhöhten Reibungsverlusten, erhöhten Emissionswerten und einem erhöhten Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden kann.

So beschreibt beispielsweise die DE 197 52 372 A1 eine direkt von der Kurbelwelle angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe bei der das Flügelrad frei drehbar auf der Welle angeordnet ist und bei Erreichen der Betriebstemperatur durch die Anpresskraft eines Thermoelementes von der Antriebswelle mitgenommen wird. Da jedoch die für die Drehzahlregelung eingesetzten Thermoelemente stets eine von der jeweiligen Kühlmitteltemperatur abhängige Reibkraft erzeugen, tritt zwischen der Pumpenwelle und dem Laufrad ein nicht nur kurzzeitiger Schlupf auf, welcher dann zwangsläufig zu einem erhöhten Verschleiß der Drehmomentübertragungsflächen beiträgt.

Um unter anderem auch diesen Nachteil zu beseitigen wurde in der DE 100 57 098 C1 eine regelbare Kühlmittelpumpe vorgestellt, bei der stationär im Pumpengehäuse eine Magnetspule angeordnet ist, welche mit einer drehfest, jedoch federbelastet verschiebbar auf der Antriebswelle angeordneten, flügelradseitig mit einem Reibbelag versehenen Ankerscheibe derart in Wirkverbindung treten kann, daß bei ausgeschaltetem Magnetfeld infolge der Federanpresskraft das drehbar auf der Antriebswelle angeordnete Flügelrad von der Ankerscheibe mitgenommen wird.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Bauform besteht darin, daß das Mitnahmereibmoment durch den zur Verfügung stehenden magnetischen Bauraum stark begrenzt ist.

Das heißt, daß bei geringem zur Verfügung stehenden Bauraum, vom jeweils eingesetzten Magneten abhängig, auch nur relativ kleine Anpressfederkräfte zum Entkoppeln des Flügelrades von der Antriebswelle überwunden werden können.

Daher sind all diese im Stand der Technik vorbeschriebenen Lösungen keinesfalls für eine optimale Nachrüstung von bereits existierenden Motorfamilien mit einer bisher von einer Riemenscheibe angetriebenen nicht regelbaren Kühlmittelpumpe durch eine ebenfalls von der Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige und fertigungstechnisch einfache herstellbare, über eine Riemenscheibe angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore bei der das Flügelrad schaltbar in Verbindung mit einer Reibpaarung von der Pumpenwelle angetrieben werden kann zu entwickeln, die die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, insbesondere einen problemlosen „Austausch" gegen eine bisher eingesetzte, nicht regelbare Kühlmittelpumpe mit Keilriemenscheibe auch bei sehr geringem magnetischen Bauraum ermöglicht, wobei das von der zu entwickelnden Kühlmittelpumpe erzeugte Antriebsmoment gegenüber den im Stand der Technik vorbeschriebenen Bauformen deutlich erhöht werden soll, so daß mit der zu entwickelnden regelbaren Kühlmittelpumpe selbst bei motorseitig vorgegebenen geringem Bauraum eine solch hohe Förderleistung erzielt werden kann, daß mittels der erfindungsgemäßen Lösung auch bei diesen Motoren sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich gesenkt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine regelbare Kühlmittelpumpe mit einer Riemenscheibe (4) und einer diese Riemenscheibe (4) in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur des Kühlmittels schaltbar, in Verbindung mit einer Reibpaarung, mit einem Flügelrad (27) verbindenden Magnetkupplung mit den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.

Erfindungsgemäß ist am freien Ende des Laufbereiches (5) einer in einem Pumpengehäuse (1) angeordneten Welle eine in einem Lagersitz (2) am Pumpengehäuse (1) mittels eines Kugellagers (3) gelagerte Riemenscheibe (4) angeordnet. Die Riemenscheibe kann dabei auf dem Laufbereich der Welle aufgepresst sein.

Vorteilhaft ist es auch, daß im Laufbereich (2) der Welle, dem Lagersitz (4) benachbart, ein Radial-Wellendichtring (6) angeordnet ist, welcher gehäuseseitig in einem Dichtungssitz des Pumpengehäuses (1) befestigt ist. Auf Grund des Einsatzes dieses Radial-Wellendichtringes werden die Fertigungskosten gesenkt und gleichzeitig Dampfleckagen vermieden. Erfindungswesentlich ist auch, daß im Pumpengehäuse (1) eine Spulenaufnahme (7) mit einer Magnetspule (8) angeordnet ist, und der Laufbereich (2) der Welle zudem in einem dem Radial-Wellendichtring (8) benachbarten, im Bereich der Spulenaufnahme (7) angeordneten Gleitlager (9) gelagert ist.

Diese erfindungsgemäße Bauform ermöglicht eine einfache und kostengünstige Fertigung.

Kennzeichnend ist weiterhin, daß auf dem dem Laufbereich (5) im Strömungsraum flügelradseitig benachbarten, beispielsweise mit einem Zweiflach oder einem Keil- bzw. Zahnprofil versehenen Mitnahmebereich (10) der Welle, in ihren Wellenbohrungen mit den jeweils dem Mitnahmebereich zugeordneten Mitnehmerflächen versehen, einerseits eine Stützbuchse (11) und andererseits eine Gleitbuchse (12) mit einer starr mit der Gleitbuchse (12) verbundenen Reibscheibe (13) angeordnet sind.

Auf Grund dieser erfindungsgemäßen Lösung sind beide Baugruppen axial verschiebbar und gleichzeitig drehfest mit der Welle verbunden und können zudem fertigungstechnisch einfach montiert werden.

Erfindungswesentlich ist auch, daß auf der Gleitbuchse (12) im Magnetfeld der Magnetspule (8) ein mit einer Federkammer (15) versehener Tauchanker (14) angeordnet ist, wobei in der Federkammer (15) eine Druckfeder (16) angeordnet ist welche sich gegen die Stützbuchse (11) abstützt.

Auf Grund dieser erfindungsgemäßen Anordnung kann der Tauchanker (14) im Magnetfeld der Magnetspule (8) auf dem Außenmantel der Gleitbuchse (12) entgegnen der Federkraft der Druckfeder (16) translatorisch verschoben werden.

Kennzeichnend ist dabei, daß sich am Außenmantel der Gleitbuchse (12) im Arbeitsbereich der Druckfeder (16) ein Sicherungsring (17) befindet welcher mit einem am inneren Ende der Federkammer (15) angeordneten Anschlagbund (18) in Wirkverbindung treten kann.

Durch das Zusammenwirken von Anschlagbund (18) und Sicherungsring (17) wird der Hub des Tauchankers im Rückholweg begrenzt.

Im Arbeitsweg wird der maximalen Hub des Tauchankers durch den Anschlag der Stirnfläche (19) des Tauchankers (14) an die starr mit der Gleitbuchse (12) verbundene Reibscheibe (13) begrenzt.

Die vorteilhafterweise flügelradseitig mit einem vorzugsweise ringförmigen Reibbelag (25) versehene Reibscheibe (13) ist im Berührungsbereich mit der Stirnfläche (19) des Tauchankers (14) mit Überströmöffnungen (20) versehen welche tauchankerseitig vorzugsweise miteinander mittels einer Ringnut (21) verbunden sind.

Diese erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht, daß alle Überströmöffnungen (20) wie auch die Ringnut (21) mittels der bei ausgeschaltetem Magnetfeld unter der Federkraft der Druckfeder (16) angepressten Stirnfläche (19) des Tauchankers (14) dicht verschlossen werden.

Erfindungsgemäß ist am Pumpengehäuse (1) ein die Reibscheibe (13) überragendes, im pumpengehäusenahen Bereich mit Langlöchern (23) versehenes Außenrohr (22) angeordnet, welches von einem ebenfalls am Pumpengehäuse (1) angeordneten Filtersieb (24) überdeckt wird.

Über die Langlöcher (23) ermöglicht diese erfindungsgemäße Anordnung das Ein- oder Ausströmen von Kühlflüssigkeit aus dem Druckraum in den Kupplungsraum.

Das am Umfang des Außenrohres (22) angeordnete Filtersieb (24) verhindert dabei den Eintritt von Partikeln aus dem Druckraum in den Kupplungsraum. Erfindungswesentlich ist dabei, daß auf dem dem Mitnahmebereich (10) strömungsraumseitig benachbarten, mit einer Aussparung (34) versehenen Laufbereich (26) der Welle ein mit seinem Rand (33) im Außenrohr (22) laufendes Flügelrad (27) angeordnet ist.

Die Aussparung (34) im Laufbereich (26) der Welle dient der Reduzierung des Reibmomentes bei auf dem Laufbereich (26) rotierendem Flügelrad (27).

Die Spaltweite zwischen dem Rand (33) des Flügelrades (27) und dem diesem benachbarten Ringrand des Außenrohres (22) ist erfindungsgemäß so eng bemessen, daß aufgrund der dort vorhandenen sehr geringen Spaltweite in Verbindung mit dem sich bei rotierendem Flügelrad (27) aufbauenden zusätzlichen Spaltwiderstand der gesamte Austausch von Kühlflüssigkeit aus dem Druckraum in den Kupplungsraum über die Langlöcher (23) stattfindet. Kennzeichnend ist auch, daß am Flügelrad (27) reibscheibenseitig und/oder an der Reibscheibe (13) flügelradseitig innen ein Zuströmring (28), mittig ein Ausströmring (29) und außen ein mit oder ohne Reibbelag versehener Reibring (30) angeordnet ist.

Der am Außenrand liegende Reibring (30) gewährleistet dabei, daß die infolge der Anpresskraft über den Reibbelag (25) erzeugte Reibkraft stets ein maximales Antriebsmoment auf das Flügelrad (27) überträgt.

Der Zuströmring (28) und der Ausströmring (29) haben eine spezielle Aufgabe beim Aufbau eines hydrostatischen Unterdruckes zwischen dem Flügelrad (27) und der Reibscheibe (13) bei von den Stirnflächen (19) des Tauchankers (14) geschlossenen Überströmöffnungen (20).

In diesem Betriebszustand der dann eintritt wenn das Magnetfeld der Magnetspule (8) abgeschaltet wird, verschließt die Stirnfläche (19) des Tauchankers (14) zunächst die Überströmöffnungen (20). Gleichzeitig drückt die Druckfeder (16) die rotierende Reibscheibe (13) gegen die Rückwand des Flügelrades (27).

Dabei wird das zwischen den beiden Kreisscheiben befindliche Kühlmedium zentrifugal beschleunigt und nach außen geschleudert. In Verbindung mit der nach außen sich vom Zuströmring (28) über Ausströmring (29) bis hin zum Reibring stets verjüngenden Spaltweite zwischen der Reibscheibe (13) und dem Flügelrad (27) wird zwischen der Reibscheibe (13) und dem Flügelrad (27) ein Unterdruck aufgebaut, welcher zusätzlich zur Federanpresskraft der Druckfeder (16) am Außenrand eine Reibkraft erzeugt und so zur Erzeugung des Antriebsreibmomentes am Flügelrad (27) beiträgt.

Diesen beiden auf die Reibscheibe (13) einwirkenden eine Reibkraft erzeugenden Kräften wird bei Aufbau des Förderdruckes im Druckraum, durch den dann über die Langlöcher (23) auch im Kupplungsraum an der Reibscheibe (13) anliegenden Förderdruck, eine weitere ebenfalls eine Reibkraft erzeugende Anpresskraft überlagert, so daß bei eingekoppeltem Flügelrad (27) diese drei Kräfte gemeinsam ein hohes Antriebsreibmoment definiert am Außenrand des Flügelrades erzeugen.

Infolge dieses von der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe erzeugten, gegenüber den im Stand der Technik vorbeschriebenen Bauformen deutlich erhöhten Antriebsreibmomentes kann selbst bei motorseitig vorgegebenen bei sehr geringem magnetischen Bauraum eine solch hohe Förderleistung erzielt werden, daß eine problemloser „Austausch" der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe gegen eine bisher eingesetzte nicht regelbare Kühlmittelpumpe möglich wird, um sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und den Kraftstoffverbrauch deutlich zu senken.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß am Außenrand sowohl flügelradseitig an der Reibscheibe (13) wie auch reibscheibenseitig am Flügelrad (27) jeweils ein Reibring mit einer beispielsweise nach 180° am Umfang wiederkehrenden, zum Beispiel statistischen Verteilung von unterschiedlich großen Reibflächen mit dazwischen liegenden Zahntaschen derart angeordnet ist, daß die Verteilung der Reibflächen (31) und der Zahntaschen (32) an der Reibscheibe (13) und am Flügelrad (27) zueinander komplementär sind.

Diese erfindungsgemäße Anordnung bewirkt, daß im „Anlaufzustand" das Kühlmedium aus den Kammern zwischen der Reibscheibe (13) und dem Flügelrad (27) ausströmen kann, und dabei gleichzeitig ein hohes Mitnahmereibmoment erzeugt wird.

Nachdem das Flügelrad (27) die Drehzahl der Reibscheibe (13) nahezu erreicht hat, treten dann die einander komplementären Reibflächen (31) und Zahntaschen (32) von Flügelrad (27) und Reibscheibe (13) miteinander in Eingriff, so daß die im Anlaufzustand reibschlüssige Kraftübertragung von der Reibscheibe (13) auf das Flügelrad (27) nun in eine formschlüssige Kraftübertragung zwischen diesen beiden Baugruppen übergeht.

Durch diese erfindungsgemäße Lösung wird einen problemloser „Austausch" der erfindungsgemäß regelbaren Kühlmittelpumpen gegen nahezu jede bisher eingesetzte nicht regelbare Kühlmittelpumpe mit Keilriemenscheibe selbst bei sehr geringem magnetischen Bauraum möglich.

Das von der erfindungsgemäßen, regelbaren Kühlmittelpumpe erzeugte Antriebsmoment ist gegenüber den im Stand der Technik vorbeschriebenen Bauformen deutlich erhöht, so daß mit der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe selbst bei minimalem Bauraum eine solch hohe Förderleistung erzielt werden kann, daß mit dieser Lösung auch bei Motoren mit einem geringen Bauraum für die Kühlmittelpumpe die Schadstoffemissionen wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich gesenkt werden können.

Axial wird das Flügelrad (27) mittels eines auf dem freien Ende des Laufbereiches (26) axial fixierten Stützringes (35) lagebegrenzt.

Beim Einschalten des Magnetfeldes wird dann der Tauchanker (14) zunächst entgegen der Federkraft der Druckfeder (16) bis zum Anschlag seines Anschlagbundes (18) an den auf der Gleitbuchse (12) angeordneten Sicherungsring (17) zurückgezogen.

Dabei saugt der in den zwischen dem Flügelrad (27) und der Reibscheibe (13) angeordneten Kammern vorhandene Unterdruck Kühlmedium über die Überströmöffnungen aus dem Kupplungsraum an.

Durch das Vorhandensein der erfindungsgemäßen Ringnut (21) wird die Adhäsion im Berührungsbereich von Reibscheibe (13) und Tauchanker (14) deutlich vermindert.

Das in die Kammern einströmende Kühlmedium wird zwischen den beiden Kreisscheiben beschleunigt und baut beim Überströmen zwischen Reibscheibe (13) und dem eventuell in diesem Bereich für diesen Zweck speziell gestalteten Außenrohr (22) einen Staudruck zwischen dem Flügelrad (27) und der Reibscheibe (13) auf.

Infolge dieses Staudruckes wird die Gleitbuchse (12) entgegen der in Endlagenposition auf den Tauchanker (14) einwirkenden Federkraft der Druckfeder (16) bis zum Anschlag an die Stützbuchse (11) herangefahren.

Das im Außenrohr (22) umlaufende Flügelrad (27) wird durch den Spaltwiderstand im engen Ringspalt zwischen dem Rand (33) des Flügelrades (27) und dem diesem benachbarten Ringrand des Außenrohres (22) abgebremst und kommt so zum Stillstand.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Zeichnungen zur erfindungsgemäßen Lösung.
Nachfolgend soll daher die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiele in Verbindung mit drei Figuren näher erläutert werden.
Dabei zeigen
1 die erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe im Schnitt in der Seitenansicht bei eingekoppeltem Flügelrad;
2 den Schnitt bei A-A gemäß der 1;
3 die erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe im Schnitt in der Seitenansicht bei entkoppeltem Flügelrad.
In der 1 ist die erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe im Schnitt in der Seitenansicht bei eingekoppeltem Flügelrad 27 dargestellt.
Am freien Ende des Laufbereiches 5 einer in einem Pumpengehäuse 1 angeordneten Welle ist in einem Lagersitz 2 am Pumpengehäuse 1 eine mittels eines Kugellagers 3 gelagerte Riemenscheibe 4 auf dem Laufbereich der Welle aufgepresst.
Dem Lagersitz 4 benachbart ist im Laufbereich 2 der Welle ein Radial-Wellendichtring 6 angeordnet. Dieser ist gehäuseseitig in einem Dichtungssitz des Pumpengehäuses 1 befestigt. Durch den Einsatz dieses Radial-Wellendichtringes werden einerseits die Fertigungskosten gesenkt und gleichzeitig Dampfleckagen vermieden.
Im Pumpengehäuse 1 ist eine Spulenaufnahme 7 mit einer Magnetspule 8 angeordnet.
Der Laufbereich 2 der Welle ist in einem dem Radial-Wellendichtring 8 benachbarten, im Bereich der Spulenaufnahme 7 angeordneten Gleitlager 9 gelagert, wodurch eine einfache und kostengünstige Fertigung gewährleistet ist.
Der dem Laufbereich 5 im Strömungsraum flügelradseitig benachbarten Mitnahmebereich 10 der Welle ist beispielsweise mit einem Zweiflach oder einem Keil- bzw. Zahnprofil versehenen.
Auf diesem Mitnahmebereich 10 sind in ihren Wellenbohrungen mit den jeweils dem Mitnahmebereich zugeordneten Mitnehmerflächen versehen, einerseits eine Stützbuchse 11 und andererseits eine Gleitbuchse 12 angeordnet.
An der Gleitbuchse 12 ist eine starr mit dieser verbundene Reibscheibe 13 angeordnet.
Die Stützbuchse 11 und auch die Gleitbuchse 12 sind daher sowohl axial verschiebbar aber gleichzeitig drehfest mit der Welle verbunden.
Zudem ermöglicht die gewählte Bauform gleichzeitig eine fertigungstechnisch einfache Montage Auf der Gleitbuchse 12 ist im Magnetfeld der Magnetspule 8 ein mit einer Federkammer 15 versehener Tauchanker 14 angeordnet.
In der Federkammer 15 des Tauchankers 14 ist eine Druckfeder 16 angeordnet welche sich gegen die Stützbuchse 11 abstützt.
Auf Grund dieser Anordnung kann der Tauchanker 14 im Magnetfeld der Magnetspule 8 auf dem Außenmantel der Gleitbuchse 12 entgegnen der Federkraft der Druckfeder 16 in Längsrichtung verschoben werden.
Am Außenmantel der Gleitbuchse 12 befindet sich im Arbeitsbereich der Druckfeder 16 ein Sicherungsring 17 welcher mit einem am inneren Ende der Federkammer 15 angeordneten Anschlagbund 18 in Wirkverbindung treten kann.
Im Rückholweg wird der Hub des Tauchankers 14 durch das Zusammenwirken von Anschlagbund 18 und Sicherungsring 17 begrenzt.
In seinem maximalen Arbeitsweg ist der Hub des Tauchankers 14 durch den Anschlag der Stirnfläche des Tauchankers an die starr mit der Gleitbuchse 12 verbundene Reibscheibe 13 begrenzt.
Die flügelradseitig mit einem als Reibring ausgebildeten und einem speziellen ringförmigen Reibbelag 25 versehene Reibscheibe 13 ist im Berührungsbereich mit der Stirnfläche 19 des Tauchankers 14, wie aus 1 in Verbindung mit dem in der 2 dargestellten Schnitt durch die 1 bei A-A ersichtlich, mit Überströmöffnungen 20 versehen, welche wie in der 1 dargestellt, tauchankerseitig miteinander mittels einer Ringnut 21 verbunden sind.
Diese Anordnung ermöglicht, daß alle Überströmöffnungen 20 wie auch die Ringnut 21 mittels der bei ausgeschaltetem Magnetfeld unter der Federkraft der Druckfeder 16 angepressten Stirnfläche 19 des Tauchankers 14 an die Reibscheibe 13 dicht verschlossen werden können.
Am Pumpengehäuse 1 ist ein die Reibscheibe 13 überragendes, im pumpengehäusenahen Bereich mit Langlöchern 23 versehenes Außenrohr 22 angeordnet, welches von einem ebenfalls am Pumpengehäuse 1 angeordneten Filtersieb 24 überdeckt wird.
Diese Bauform ermöglicht das Ein- oder Ausströmen von Kühlflüssigkeit aus dem Druckraum in den Kupplungsraum über die Langlöcher 23.
Das am Umfang des Außenrohres 22 angeordnete Filtersieb 24 verhindert den Eintritt von Partikeln aus dem Druckraum in den Kupplungsraum.
Auf dem dem Mitnahmebereich 10 strömungsraumseitig benachbarten, mit einer Aussparung 34 versehenen Laufbereich 26 der Welle ist ein mit seinem Rand 33 im Außenrohr 22 laufendes Flügelrad 27 angeordnet ist.
Die Aussparung 34 im Laufbereich 26 der Welle dient insbesondere der Reduzierung des Reibmomentes bei auf dem Laufbereich 26 rotierendem Flügelrad 27.
Die Spaltweite zwischen dem Rand 33 des Flügelrades 27 und dem diesem benachbarten Ringrand des Außenrohres 22 ist dabei so gering bemessen, daß bei rotierendem Flügelrad 27 in Verbindung mit dem sich bei Rotation aufbauenden zusätzlichen Spaltwiderstand der Austausch von Kühlflüssigkeit aus dem Druckraum in den Kupplungsraum über die Langlöcher 23 erfolgt.
Am Flügelrad 27 ist reibscheibenseitig, wie in den 1 und 2 dargestellt, innen ein Zuströmring 28, mittig ein Ausströmring 29 und außen ein Reibring 30 angeordnet.
Der innen angeordnete etwas tiefere Zuströmring 28 und der zwischen dem Zuströmring 28 und dem Reibring 30 angeordnete wesentlich flachere Ausströmring 29 dienen dem Aufbau eines hydrostatischen Unterdruckes bei von den Stirnflächen 19 des Tauchankers 14 geschlossenen Überströmöffnungen 20.
In diesem in der 1 dargestellten Betriebszustand, bei dem das Magnetfeld der Magnetspule 8 abgeschaltet ist, verschließt die Stirnfläche 19 des Tauchankers 14 die Überströmöffnungen 20.
Gleichzeitig drückt die Druckfeder 16 die rotierende Reibscheibe 13 gegen die Rückwand des Flügelrades 27.
Wie aus der 1 in Verbindung mit dem in der 2 dargestellten Schnitt durch die 1 bei A-A ersichtlich ist, sind am Außenrand sowohl flügelradseitig an der Reibscheibe 13 wie auch reibscheibenseitig am Flügelrad 27 jeweils ein als Reibring ausgebildeter, mit einer speziellen, nach 180° am Umfang widerkehrenden Verteilung von Reibflächen 31 mit dazwischen liegenden Zahntaschen 32 angeordnet.
Die Verteilung der Reibflächen 31 und der Zahntaschen 32 sind an Reibscheibe 13 und Flügelrad 27 zueinander komplementär, so daß diese einander gegenüberliegenden Flächenelemente sogar miteinander in Eingriff treten können.
Die erfindungsgemäße Anordnung bewirkt, daß im „Anlaufzustand" das Kühlmedium zwischen der Reibscheibe und dem Flügelrad optimal ausströmen kann, wobei gleichzeitig gewährleistet ist, daß stets ein hohes Mitnahmereibmoment erzeugt wird.
In der Anlaufphase wird das zwischen den beiden Kreisscheiben befindliche Kühlmedium zunächst zwischen den beiden Scheiben zusammengepresst und nach außen verdrängt.
Das beim Anlauf zunächst zwischen den beiden Kreisscheiben verbleibende Kühlmedium wird dann zentrifugal beschleunigt und dabei nach außen geschleudert. Infolge der nach außen sich zwischen der Reibscheibe 13 und der reibscheibenseitigen Stirnfläche des Flügelrades 27 vom Zuströmring 28 über Ausströmring 29 bis hin zum Reibring stets verjüngenden Spaltweite wird beim Schließvorgang in der Anlaufphase ein Unterdruck aufgebaut, welcher zusätzlich zur Federanpresskraft der Druckfeder 16 der Erzeugung des Antriebsreibmomentes am Flügelrad 27 dient.
Diesen beiden auf die Reibscheibe 13 einwirkenden, die Reibkraft erzeugenden Kräften wird bei Aufbau des Förderdruckes im Druckraum dann noch die, über die Langlöcher 23 auch im Kupplungsraum an der Reibscheibe 13 anliegende, Druckkraft des Förderdruck aus dem Druckraum überlagert. Nachdem sich in der Anlaufphase der Anlaufschlupf reduziert hat, und das Flügelrad 27 dann nahezu die Drehzahl der Reibscheibe 13 erreicht hat, treten auf Grund der vorbeschriebenen, gemeinsam auf die Reibscheibe einwirkenden Kräfte, in Verbindung mit der in der 2 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung von einander komplementären Reibflächen 31 und Zahntaschen 32 sowohl am Flügelrad 27 wie auch an der Reibscheibe 13, diese beiden „Flächenverzahnungen" miteinander in Eingriff.
Dadurch geht die im Anlaufzustand zunächst reibschlüssige Drehmomentübertragung von der Reibscheibe 13 auf das Flügelrad 27 dann in eine formschlüssige Drehmomentübertragung über.
Der am Außenrand des Flügelrades 27 angeordnete Reibring 30 gewährleistet dabei stets, daß die am Außenrand angreifende radiale Antriebskraft infolge ihres großen Hebelarmes auch stets ein maximales Antriebsmoment auf das Flügelrad 27 überträgt.
Axial wird das Flügelrad 27 mittels eines auf dem freien Ende des Laufbereiches 26 angeordneten Stützringes 35 lagebegrenzt.
In der 3 ist die erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe in der Seitenansicht im Schnitt nun bei entkoppeltem Flügelrad dargestellt.
Für den Übergang aus dem in der 1 dargestellten Betriebszustand in den Betriebszustand gemäß 3 wird das Magnetfeld der Magnetspule eingeschaltet.
Beim Einschalten des Magnetfeldes wird zunächst der Tauchanker 14 entgegen der Federkraft der Druckfeder 16 bis zum Anschlag seines Anschlagbundes 18 an den auf der Gleitbuchse 12 angeordneten Sicherungsring 17 zurückgezogen.
Der in den zwischen dem Flügelrad 27 und der Reibscheibe 13 angeordneten Kammern zunächst vorhandene Unterdruck saugt Kühlmedium über die Überströmöffnungen aus dem Kupplungsraum an.
Durch das Vorhandensein der erfindungsgemäßen Ringnut 21 wird die Adhäsion in diesem Bereich vermindert.
Das in die Kammern zwischen der Reibscheibe und dem Flügelrad einströmende Kühlmedium wird zwischen diesen beiden einander benachbarten Kreisscheiben wiederum radial beschleunigt und baut beim Überströmen zwischen der Reibscheibe 13 und dem Außenrohr 22 einen Staudruck zwischen dem Flügelrad 27 und der Reibscheibe 13 auf, der durch eine in diesem Bereich am Innenrand des Außenrohres angeordnete Ringwulst verstärkt wird.
Infolge dieses Staudruckes wird die Gleitbuchse 12 entgegen der auch in Endlagenposition auf den Tauchanker 14 einwirkenden Federkraft der Druckfeder 16 bis zum Anschlag an die Stützbuchse 11 herangefahren.
Das im Außenrohr 22 umlaufende Flügelrad 27 wird durch den Spaltwiderstand im engen Ringspalt zwischen dem Rand 33 des Flügelrades 27 und dem diesem benachbarten Ringrand des Außenrohres 22 abgebremst und kommt zum Stillstand.

1: Pumpengehäuse
2: Lagersitz
3: Kugellager
4: Riemenscheibe
5: Laufbereich
6: Radial-Wellendichtring
7: Spulenaufnahme
8: Magnetspule
9: Gleitlager
10: Mitnahmebereich
11: Stützbuchse
12: Gleitbuchse
13: Reibscheibe
14: Tauchanker
15: Federkammer
16: Druckfeder
17: Sicherungsring
18: Anschlagbund
19: Stirnfläche
20: Überströmöffnung
21: Ringnut
22: Außenrohr
23: Langloch
24: Filtersieb
25: Reibbelag
26: Laufbereich
27: Flügelrad
28: Zuströmring
29: Ausströmring
30: Reibring
31: Reibfläche
32: Zahntasche
33: Rand
34: Aussparung
35: Stützring

Claims

Regelbare Kühlmittelpumpe mit einer Riemenscheibe (4) und einer diese Riemenscheibe (4) in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur des Kühlmittels schaltbar, in Verbindung mit einer Reibpaarung, mit einem Flügelrad (27) verbindenden Magnetkupplung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: am freien Ende des Laufbereiches (5) einer in einem Pumpengehäuse (1) angeordneten Welle ist eine in einem Lagersitz (2) am Pumpengehäuse (1) mittels eines Kugellagers (3) gelagerte Riemenscheibe (4) angeordnet; dem Lagersitz (4) benachbart ist im Laufbereich (2) der Welle ein Radial-Wellendichtring (6) angeordnet, welcher gehäuseseitig in einem Dichtungssitz des Pumpengehäuses (1) befestigt ist; im Pumpengehäuse (1) ist weiterhin eine Spulenaufnahme (7) mit einer Magnetspule (8) angeordnet; der Laufbereich (2) der Welle ist zudem in einem dem Radial-Wellendichtring (8) benachbarten, im Bereich der Spulenaufnahme (7) angeordneten Gleitlager (9) gelagert; ist der Mitnahmebereich (10) der Welle angeordnet; auf dem dem Laufbereich (5) im Strömungsraum flügelradseitig benachbarten, beispielsweise mit einem Zweiflach oder einem Keil- bzw. Zahnprofil versehenen Mitnahmebereich (10) der Welle sind, in ihren Wellenbohrungen mit den jeweils dem Mitnahmebereich zugeordneten Mitnehmerflächen versehen, einerseits eine Stützbuchse (11) und andererseits eine Gleitbuchse (12) mit einer starr mit der Gleitbuchse (12) verbundenen Reibscheibe (13) angeordnet; auf der Gleitbuchse (12) ist im Magnetfeld der Magnetspule (8) ein mit einer Federkammer (15) versehener Tauchanker (14) angeordnet; in der Federkammer (15) des Tauchankers (14) ist eine Druckfeder (16) angeordnet welche sich gegen die Stützbuchse (11) abstützt; am Außenmantel der Gleitbuchse (12) befindet sich im Arbeitsbereich der Druckfeder (16) ein Sicherungsring (17) welcher mit einem am inneren Ende der Federkammer (15) angeordneten Anschlagbund (18) in Wirkverbindung treten kann; die Reibscheibe (13) ist im Berührungsbereich mit der Stirnfläche (19) des Tauchankers (14) mit Überströmöffnungen (20) versehen; am Pumpengehäuse (1) ist ein die Reibscheibe (13) überragendes, im pumpengehäusenahen Bereich mit Langlöchern (23) versehenes Außenrohr (22) angeordnet, welches von einem ebenfalls am Pumpengehäuse (1) angeordneten Filtersieb (24) überdeckt wird; auf dem dem Mitnahmebereich (10) strömungsraumseitig benachbarten Laufbereich (26) der Welle ist ein mit seinem Rand (33) im Außenrohr laufendes Flügelrad (27) angeordnet; am Flügelrad (27) sind reibscheibenseitig und/oder an der Reibscheibe (13) flügelradseitig innen ein Zuströmring (28), mittig ein Ausströmring (29) und außen ein mit oder ohne Reibbelag (25) versehener Reibring (30) angeordnet; axial wird das Flügelrad (27) mittels eines auf dem freien Ende des Laufbereiches (26) angeordneten Stützringes (35) lagebegrenzt.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Form eines Reibringes (30) einander gegenüberliegend sowohl flügelradseitig an der Reibscheibe (13) wie auch reibscheibenseitig am Flügelrad (27) Flächenelemente, mit einer nach 30°, 60°, 90°, 120° oder auch nach 180° am Umfang wiederkehrenden, beliebigen Verteilung von unterschiedlich großen Reibflächen mit dazwischen liegenden Zahntaschen, derart angeordnet sind, daß die Verteilung der Reibflächen (31) und der Zahntaschen (32) an der Reibscheibe (13) und am Flügelrad (27) zueinander komplementär sind.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmöffnungen (20) tauchankerseitig miteinander über eine Ringnut (21) verbunden sind.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufbereich (26) der Welle mit einer oder mehreren Aussparungen (34) versehenen ist.