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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.
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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.
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Durch die mit solchen Kühlmittelpumpen
realisierbare Zweipunktregelung kann die Kühlleistung wie auch die Antriebsleistung
der Kühlmittelpumpe optimiert
werden.
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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.
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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.
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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.
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Ein wesentlicher Nachteil dieser
Bauform besteht darin, daß das
Mitnahmereibmoment durch den zur Verfügung stehenden magnetischen
Bauraum stark begrenzt ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese erfindungsgemäße Bauform
ermöglicht
eine einfache und kostengünstige
Fertigung.
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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.
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Auf Grund dieser erfindungsgemäßen Lösung sind
beide Baugruppen axial verschiebbar und gleichzeitig drehfest mit
der Welle verbunden und können
zudem fertigungstechnisch einfach montiert werden.
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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.
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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.
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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.
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Durch das Zusammenwirken von Anschlagbund
(18) und Sicherungsring (17) wird der Hub des Tauchankers
im Rückholweg
begrenzt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Über
die Langlöcher
(23) ermöglicht
diese erfindungsgemäße Anordnung
das Ein- oder Ausströmen
von Kühlflüssigkeit
aus dem Druckraum in den Kupplungsraum.
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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.
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Die Aussparung (34) im Laufbereich
(26) der Welle dient der Reduzierung des Reibmomentes bei auf
dem Laufbereich (26) rotierendem Flügelrad (27).
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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.
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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.
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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).
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Axial wird das Flügelrad (27) mittels
eines auf dem freien Ende des Laufbereiches (26) axial
fixierten Stützringes
(35) lagebegrenzt.
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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.
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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.
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Durch das Vorhandensein der erfindungsgemäßen Ringnut
(21) wird die Adhäsion
im Berührungsbereich
von Reibscheibe (13) und Tauchanker (14) deutlich
vermindert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nachfolgend soll daher die Erfindung
an Hand eines Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit drei Figuren näher
erläutert
werden.
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Dabei zeigen
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1 die
erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe
im Schnitt in der Seitenansicht bei eingekoppeltem Flügelrad;
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2 den
Schnitt bei A-A gemäß der 1;
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3 die
erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe
im Schnitt in der Seitenansicht bei entkoppeltem Flügelrad.
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In der 1 ist
die erfindungsgemäße, regelbare
Kühlmittelpumpe
im Schnitt in der Seitenansicht bei eingekoppeltem Flügelrad 27 dargestellt.
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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.
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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.
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Im Pumpengehäuse 1 ist eine Spulenaufnahme 7 mit
einer Magnetspule 8 angeordnet.
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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.
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Der dem Laufbereich 5 im
Strömungsraum flügelradseitig
benachbarten Mitnahmebereich 10 der Welle ist beispielsweise
mit einem Zweiflach oder einem Keil- bzw. Zahnprofil versehenen.
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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.
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An der Gleitbuchse 12 ist
eine starr mit dieser verbundene Reibscheibe 13 angeordnet.
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Die Stützbuchse 11 und auch
die Gleitbuchse 12 sind daher sowohl axial verschiebbar
aber gleichzeitig drehfest mit der Welle verbunden.
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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.
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In der Federkammer 15 des
Tauchankers 14 ist eine Druckfeder 16 angeordnet
welche sich gegen die Stützbuchse 11 abstützt.
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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.
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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.
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Im Rückholweg wird der Hub des Tauchankers 14 durch
das Zusammenwirken von Anschlagbund 18 und Sicherungsring 17 begrenzt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese Bauform ermöglicht das Ein- oder Ausströmen von
Kühlflüssigkeit
aus dem Druckraum in den Kupplungsraum über die Langlöcher 23.
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Das am Umfang des Außenrohres 22 angeordnete
Filtersieb 24 verhindert den Eintritt von Partikeln aus
dem Druckraum in den Kupplungsraum.
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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.
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Die Aussparung 34 im Laufbereich 26 der Welle
dient insbesondere der Reduzierung des Reibmomentes bei auf dem
Laufbereich 26 rotierendem Flügelrad 27.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gleichzeitig drückt die Druckfeder 16 die
rotierende Reibscheibe 13 gegen die Rückwand des Flügelrades 27.
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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.
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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.
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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.
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In der Anlaufphase wird das zwischen
den beiden Kreisscheiben befindliche Kühlmedium zunächst zwischen
den beiden Scheiben zusammengepresst und nach außen verdrängt.
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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.
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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.
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Dadurch geht die im Anlaufzustand
zunächst reibschlüssige Drehmomentübertragung
von der Reibscheibe 13 auf das Flügelrad 27 dann in
eine formschlüssige
Drehmomentübertragung über.
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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.
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Axial wird das Flügelrad 27 mittels
eines auf dem freien Ende des Laufbereiches 26 angeordneten Stützringes 35 lagebegrenzt.
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In der 3 ist
die erfindungsgemäße, regelbare
Kühlmittelpumpe
in der Seitenansicht im Schnitt nun bei entkoppeltem Flügelrad dargestellt.
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Für
den Übergang
aus dem in der 1 dargestellten
Betriebszustand in den Betriebszustand gemäß 3 wird das Magnetfeld der Magnetspule eingeschaltet.
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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.
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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.
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Durch das Vorhandensein der erfindungsgemäßen Ringnut 21 wird
die Adhäsion
in diesem Bereich vermindert.
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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.
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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.
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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.
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- 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