DE1476365A1

DE1476365A1 - Temperaturgesteuerte Pumpe

Info

Publication number: DE1476365A1
Application number: DE19651476365
Authority: DE
Inventors: Stefan John P
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1964-11-13
Filing date: 1965-11-04
Publication date: 1969-09-25
Also published as: US3228380A

Description

AKTIENGESELLSCHAFT

KÖLN-NIEHL-H ENRY-FOR D -STRASSE

TELEFON SAMMEL-NR. KÖLN 77011 ■ BEI NEBENSTELLENDURCHWAHL 7701 UNO HAUSRUFNUMMER TELEGRAMME FORDMOTOR · FERNSCHREIBER 08661491

Dr. Expl.

IHR ZEICHEN; UNSER ZEICHEN:

HAUSRUF:

25. Oktober 1965

PS-2 Bo Ba 5K-1332 4464

Patentanmeldung

lEMPEMTORGESTEUERTE POMPE

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine temperaturgesteuerte Pumpe zur Förderung einer als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit, vorzugsweise auf eine Kühlmittelpumpe für eine flüssigkeitsgekühlte Verbrennungskraftmaschine.

Es ist oft erforderlich, eine Flüssigkeit über eine temperaturgesteuerte Pumpe oder eine sonstige temperaturabhängige Umlaufeinrichtung zu steuern· Die Pumpe oder Flüssigkeitsumlaufvorrichtung kann in Abhängigkeit der Temperatur der gesteuerten Flüssigkeit oder in Abhängigkeit einer anderen Temperatur arbeiten. Bisher war es üblich, für die Steuerung der Flüssigkeitsumlaufeinrichtung ein temperaturabhängiges Element zu verwenden. Die dafür verwandten Elemente sind: Bimetallfedern, Metalle mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und Wachskügelchen. Werden solche temperaturabhängigen Elemente verwandt, müssen sie in Berührung mit dem Teil, dessen Temperatur erfaßt werden soll, stehen· Räumliche Begrenzungen und andere Faktoren erschweren entweder diesen BerUhrungskontakt oder machen Ihn unmöglich.

909839/0400

VorsHnr dM AuMdiftrat·*: Erhard VHgtr Vontand: Robert G. Layton, VonHnr

Hem Grew» - Jod« L. Ηοονβι» ■ Anti)· R, Ma CtadaH. Horn Schmidt. Toni SdimOdtw · Men Utbtr StaffvtrtraMndi Otto H.HodM*fti · ianM»l.Tooh*y ir.

In flüssigkeitsgekühlten Verbrennungskraftmaschinen ist eine Kühlmittelpumpe für den Umlauf der Kühlflüssigkeit durch den Kühlmantel der Maschine und durch einen Kühler, der die von der Maschine erzeugte Wärme ableitet, vorgesehen. Die Kühlmittelpumpe muß genügend groß sein, um die maximalen Kühlanforderungen der Maschine erfüllen zu können. Wenn die Pumpe für die maximalen Kühlanforderungen der Maschine ausgelegt ist, ist ein beträchtlicher Kraftaufwand nötig, um die Pumpe bei Teil- und Voll-Last zu betreiben. Daher verbraucht die Kühlraittelpumpe auch während der Zeit, in der ihre volle Kapazität nicht benötigt wird, eine P beträchtliche Antriebskraft.

Die erfindungsgemäße temperaturgesteuerte Pumpe paßt sieh selbsttätig unterschiedlichen Belastungen an. Sie umfaßt zwei axial fluchtende Pumpenräder, deren erstes mit der Antriebswelle der Pumpe fest verbunden ist und deren zweites mit dem ersten über eine druckgesteuerte Kupplung verbindbar ist, wobei der Steuerdruck von der Temperatur der geförderten Flüssigkeit abhängt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem\om Wärmeträger zur Pumpe führenden Kanal ein Venturikanal angeordnet, an dessen engster Stelle ein mit einer die Kupplung steuernden Druckkammer verbundener Kanal, der als DruekfUhler dient, mündet. In einer weiteren P vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung" wird die Druckkammer auf der der Kupplung abgewandten Seite von einer Deckelplatte und auf der anderen Seite von einer Membran begrenzt, in deren Mitte eine Scheibe befestigt ist, die unter Vorspannung einer Tellerfeder über eine Kugel gegen das zweite Pumpenrad anliegt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Figurenbeschreibung deutlich. Es zeigern

Pig. 1 eine teilweise perspektivische Ansicht einer flüssigkeits-

gekühlten Verbrennungskraftmaschine, die die erfindungsgemäße

Anordnung J^ghal^** ^{Es 3inci} einzelne Teile weggelassen.

₂₅. lo. 1965

Pig. 2 einen Schnitt senkrecht der Mittellinie der in Fig. 1 gezeigten Kühlmittelpumpe,

In Fig. 1 ist eine flüssigkeitsgekühlte Verbrennungskraftmaschine mit der Bezugsziffer 11 bezeichnet. Der Zylinderblock und die Zylinderköpfe der Verbrennungskraftmaschine 11 sind mit einem Kühlmantel versehen. Eine Kühlmittelpumpe 12, die in Einzelheiten in Fig. 2 gezeigt ist, treibt das Kühlmittel durch den Kühlmantel» Die von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Wärme wird über einen flüssigkeitsdurchflossenen Kühler 13 an die Luft abgeleitet. Der Kühler 13 hat einen Kühlblock Ik M

und Flüssigkeitsbehälter 15 und 16, die seitlich des Kühlblocks 14 liegen.

Die Kühlmittelpumpe 12 weist ein Außengehäuse 17 auf, welches in seitlichen Verzweigungen l8 und 19 endet, die am Vorderteil der Verbrennungskraftmaschine 11 angebracht sind. Die Verzweigungen sehen Auslässe vor, über die das Kühlmittel zum Kühlmantel der Verbrennungskraftmaschine 11 über die Kühlraittelpumpe 12 geliefert wird. Das Außengehäuse 17 hat weiterhin einen Einlaßteil 21, der mit einem Kühlmitteleinlaßkanal versehen ist. Der Einlaßteil 21 ist mit einem Ende an ein flexibles Rohr

22 angeschlossen, welches seinerseits am unteren Ende des Flüssigkeitsbehälters 16 derart angeschlossen ist, daß das durch den Kühler 13 geflossene Kühlmittel von der Kühlmittelpumpe 12 aufgenommen werden kann.

Nachdem das Kühlmittel durch den Kühlmantel der Maschine geflossen ist, kann es über einen Auslaßteil 23# welcher an der Vorderseite der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, ausströmen. Der Auslaßteil

23 steht mit der unteren Seite eines AusjEleichsbehälters 24 in Verbindung. Ein flexibles Rohr 25 verbindet den Ausgleichsbehälter 24 mit dem oberen Ende des Fltissigkeitsbehälters 15. Zum Füllen des Kühlsystems ist auf der Oberseite des AusgleichsbehUlters 24 ein Füllstutzen 26 vorgesehen. Ein temperaturabhängiges Ventil (nicht dargestellt), kann zur Steuerung des Kühlmittelflusses durch den Kühler 13 in Abhängigkeit der Kühltemperatur im Auslaßteil 23 oder an anderer passender Stalle abbracht sate. _fl09e»9./040Q

Eine Antriebswelle 27 fur die Kühlmittelpumpe 12 ist an der Vorderseite

K76365

des Gehäuses 17 in Lagern 28 gelagert (Pig. 2). Am vorderen Ende der Antriebswelle 27 und am vorderen Ende der Kurbelwelle 32 der Verbrennungskraftmaschine ist eine Riemenscheibe 29 bzw. eine Riemenscheibe 3I angebracht. Die beiden Riemenscheiben sind über einen Treibriemen 33 verbunden.

Innerhalb des Außengehäuses I7 der Kühlmittelpumpe befindet sich ein ringförmiger Hohlraum 34 zum Einlassen des Kühlmittels, der mit einem rückwärtigen Pumpenraum 35 verbunden ist* Der Pumpenraum 35 wird durch eine Deckelplatte 36 abgeschlossen, die mit Schrauben 37 am Außengehäuse befestigt ist. Ein inneres Pumpenrad 38 ist mittels einer Feder 39 am inneren Ende der Antriebswelle 27 befestigt. Eine an einer Seite des Hohlraumes 34 rings um die Antriebswelle 27 liegende Dichtung 4l verhindert das Auslaufen des Kühlmittels aus der Kühlmittelpumpe 12. Ein äußeres Pumpenrad 42 ist mit einem Pührungsteil 43 versehen, das in einer Bohrung im inneren Pumpenrad 38 liegt. Die Pumpenräder 38 und 42 sind gleichachsig angeordnet und fluchten axial im Pumpenraum 35»

Wenn eines oder beide der Pumpenräder 38 und 42 über die Kurbelwelle angetrieben werden, wird das Kühlmittel über die Verzweigungen 18 und 19 in den Kühlmantel der Verbrennungskraftmaschine geliefert, Ist das temperaturabhängige Ventil geöffnet, wird das Kühlmittel von dem Kühlmantel der Verbrennungskraftmaschine In den Kühler 13 geleitet und über das Einlaßteil 21 zur Einlaßseite der Kühlfflittelpurnpe 12 zurttckgeleitet. Ist das temperaturabhängige Ventil geschlossen, wird das Kühlmittel ebenfalls durch den Kühlmantel der Verbrennungslcraftmaachine geleitet. In diesem Fall wird das Kühlmittel über einen an der Vorderseite der Verbrennungskraftmaschine befindlichen NebenauBlaß 45 sum Einlaß der Kühlmittelpumpe 12 zurückgeleitet. Der Nebenauslaß 45 liegt axial in einer Richtung mit einem Venturikanal 4,6, der sich innerhalb eines in einer Bohrung 47 im Außengehäuse der Kühlmittelpumpe befindlichen Rohres befindet,. Die Bohrung 47 stellt einen Einlaß zum Hohlraum 34 dar. Der Venturikanal 46 ist mit dem Hebenauslaß 45 über ein flexibles Rohr 48 verbunden.

909839/0400

BADORiGfNAL

U76365

Ist die Verbrennungskraftmaschine in Tätigkeit, so wird das innere Pumpenrad 38 ständig angetrieben. Unter normalen Betriebsbedingungen läuft das äußere Pumpenrad 42 leer, da es in bezug auf das innere Pumpenrad 38 und die Antriebswelle 27 frei gelagert ist. Das innere Pumpenrad 38 ist genügend groß dimensioniert, so daß es die normalen Kühlanforderungen der Verbrennungskraftmaschine 11 erfüllen kann. Sollte eine außergewöhnliche hohe Kühllast zu bewältigen sein, sind Mittel zur Inbetriebnahme des äußeren Pumpenrades 42 vorgesehen, so daß dieses zusammen mit dem inneren Pumpenrad 38 läuft. Die dazu verwandte wärmeabhängige Kupplung wird im folgenden besehrieben.

Am Endteil des inneren Pumpenrades 38 befindet sich eine Reibungskupplungsfläche 49, die einer entsprechenden Reibungskupplungsfläche 51 auf dem äußeren Pumpenrad 42 gegenüberliegt» Unter normalen Betriebsbedingungen befindet sieh zwischen den Kupplungsflächen 49 und 51 ein schmaler axialer Spalt. Das FUhrungstell 43 kann in der Bohrung 44 derart "axial gleiten, daß die Kupplungsflächen 49 und 51 ein- und ausrasten können.

Eine Membran 52 befindet sich auf der hinteren Seite des Hohlraumes 35 und bildet eine Druckkammer 53 zwischen der hinteren Fläche der Membran 52 und der vorderen Fläche der Deckelplatte 36. Eine relativ steife Scheibe 54 1st in der Mitte der Membran 52 befestigt und liegt axial zu den Pumpenrädern 38 und 42. Eine Stahlkugel 55 wird von einer In der rückwärtigen Seite des äußeren Pumpenrades 42 befindlichen Vertiefung 56 und von einer auf der Vorderseite der Scheibe 54 befindlichen Vertiefung 57 aufgenommen. Eine Tellerfeder 58 liegt zwischen der Deckelplatte 36 und der Scheibe 54 und übt über die Stahlkugel 55 in axialer Rlohtung eine Kraft auf das äußere Pumpenrad 42 aus. Diese Kraft wirkt auf ein Anliegen der Kupplungsflächen 49 und 51 hin.

Der Druck Innerhalb der Druckkammer 53 ändert sich in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels der Verbrennungskraftmas ohine, so daß das Einrücken der Kupplungsflächen 49 und 51 von der Temperatur dee Kühlmittels abhängig iat. Dies wird durch einen in der Mitte der Deckel-

909839/0400

BAD ORIGINAL .

platte 36 angebrachten Rohrstutzen 59 erreicht, wodurch eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Druckkammer 53 und der engsten Stelle 6l des Venturlkanals 46 erzielt wird. Zwischen dem BohrstHtzen 59 und einem aus einem Teil mit dem Venturlkanal 46 bestehenden Ansatz 63 liegt ein flexibles Rohr 62. Ein an der engsten Stelle 6l des Venturikanals endender Flüssigkeitskanal 64 erstreckt sich durch den Ansatz 63·

Die temperaturabhängige Kühlmittelpumpe arbeitet in der folgenden Weise: Arbeitet die Verbrennungskraftmaschine und. die Temperatur des Kühlmittels ist niedrig, wird das Pumpenrad 38 über die Antriebswelle 27 angetrieben, und das Kühlmittel zirkuliert durch den Kühlmantel der Verbrennungskraftmaschine 11. Das durch den Venturikanal 46 zum Einlaß der Kühlmittelpumpe zurückströmende Kühlmittel fließt dann mit einer relativ hohen Geschwindigkeit durch die engste Stelle 6l. Diese hohe Durchflußgeschwindigkeit hat an. der engsten Stelle 6l einen Druckabfall zur Folge, der sich über den Kanal 64, das Rohr 62 und den Rohrstutzen 59 auf die Druckkammer 53 überträgt. Der daraus resultierende Druckunterschied auf den gegenüberliegenden Seiten der Membran 52 ist größer als die Kraft der Tellerfeder 58· Somit bewegen sich die Kupplungsflächen 49 und 51 axial auseinander· Relativ zum Inneren Pumpenrad 38 läuft dann das äußere Pumpenradi 42 leer.

Bei Ansteigen der Kühlmitteltemperatur erreicht sie einen Punkt, in dem sie an der engsten Stelle 6l verdampft oder Blasen bildet. Verdampft das Kühlmittel an der engsten Stelle 61, so nimmt der Druck zu baw» das Vakuum nimmt ab. Der auf den Hohlraum 53 übertragende Niedrigdruck genügt nun Ment mehr um der Kraft der Tellerfeder 58 standzuhalten« und über die Stahlkugel 55 wird ein axialer Druck auf das äußere Pumpenradi 42 ausgeübt. Dieser axiale Druck läßt die Kupplungsflächen 49 und 51 gegeneinander rücken, was zur Folge hat« da3 die Pampenräder 38 und 42 mit gleicher Geschwindigkeit umlaufen. Laufen die Pumpenräder 38 und 42 mit gleicher Geschwindigkeit um, so wird die Fördermenge

909839/040Q

BAD ORfGiNAL — 7 —

der Kühlmittelpumpe 12 größer naäad zusätzliches Kühlmittel wird durch den Kühlmantel der ¥®rbrennungskraftmasehine 11 und den Kühler 13 gedrückt, falls das temperaturabhängige Ventil geöffnet ist.

Dieser erhöhte Kühlmittelf IuS halt so lange an, bis die Temperatur des Kühlmittels unter ihren Terdampfungspurikfe an der engsten Stelle 6l des Venturikanales 46 fällt» Bi diesem Pail lösen sich die beiden Kupplungsscheiben wieder voneinander, was zur Ijblge hat, daß nur noch · μ das innere Pumpenrad 38 arbeitet. ^!

Obgleich es wünschenswert ist, die Verbrennungskraftmaschine bei einer sehr hohen Temperatur zu betreiben, hängt die Arbeitstemperatur vom Verdampfungspunkt des benutzten Kühlmittels ab. In gleicher Weise hängt die Temperatur bei der es wünschenswert ist, auch das äußere Pumpenrad 42 anzutreiben« v<m Verdampfungspunkt ab. Die Temperatur, , bei der die KujiplixngsfläGiaen 4® und 51 einrücken, hängt natürlich von der Ausbildung des Veafeiriteoaals 46 und.4en Eigenschaften des Kühlmittels ab* Xs* Her Y©nturi3sanal. 46 für ein bestimmtes Kühlmittel ausgelegt und wird ein Kühlmittel mit einem liöfaeren öder niedrigeren Verdampfungspunkt verwendet, ändert sich das wärmeabhängige Eingreifen des äußeren Pumpenrades 42 autoanatiach mit dem veränderten Verdampfiings* έ punkt des Kühlmittels. Wird ein Kühlmittel Mt einem niedrigeren Verdampfungspunkt verwandt, se verdampft es bei einer niedrigeren Temperatur an der engsten Stelle des Vmturifcanals 46, was zur E3Lge hat, daß das äußere Pumpenrad 42 schon bei einer niedrigeren Temperatur in Betrieb gesetzt wird» In ähnliieher Weise verdampft ein Kühlmittel mit einem höheren Verdaapfiangspunkt erst bei einer höhasn Temperatur an der engsten Stelle 61, und das äußere Pumpenrad läuft erst bei einer höheren TeBroeratur alt*

' 1- f.'

PaterfansprÜehe · .

BAD ORIGINAL

Claims

147636S 8 Patentansprüche

1. Temperaturgesteuerte Pumpe zur Förderung einer als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit, vorzugsweise Kühlmittelpumpe für eine flUssigkeitsgekühlte Verbrennungskraftmaschine* wobei ein Flüssigkeitskreislauf von der Pumpe über eine». Wärmequelle zur Pumpe zurückführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (12) zwei axial fluchtende Pumpenräder (38, 42) enthält, deren erstes Pumpenrad (38) mit einer Antriebswelle (27) der Pumpe (12) fest verbunden ist und deren zweites Pumpenrad (42) mit dem ersten über eine druckgesteuerte Kupplung (49* 51) verbindbar ist, wobei der Steuerdruck von der Temperatur der Flüssigkeit abhängt.

2. Temperaturgesteuerte Pumpe nach Anspruch 1* dadurch gekennzeichnet, daß in dem vom Wärmeträger zur Pumpe führenden Kanal (45, 48, 47) ein Venturifcanal (46) angeordnet ist, an dessen engster Stelle (6l) ein mit einer die Kupplung (49* 51) steuernden Druckkammer (53) verbundener Kanal (64) mündet.

3. Temperaturgesteuerte Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (53) auf der der Kupplung (49, 51) abgewandten Seite von einer Deckelplatte (36) und auf der anderen Seite von einer Membran (52) begrenzt wird, in deren Mitte eine Scheibe (54) befestigt ist, die unter Vorspannung einer Tellerfeder (58) über eine Kugel (55) gegen das zweite Pumpenrad anliegt.

EK-1332 / 25. lo. 1965

909839/0400

BADORiOiNAL

Leerseite