DE19914440A1

DE19914440A1 - Vorrichtung zur temperaturabhängigen Verbindung von Bauteilen

Info

Publication number: DE19914440A1
Application number: DE1999114440
Authority: DE
Inventors: Norbert Ermisch; Werner Aberle
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-05
Also published as: WO2000060240A1

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, mit der bei geringem Bauaufwand eine temperaturabhängige Regelung eines Flüssigkeitsstroms einer Wasserpumpe herbeigeführt werden kann, indem in zwei relativ zueinander verdrehbaren Bauteilen, insbesondere in Wellen- und Laufräder von Kraftfahrzeug-Kühlwasserpumpen, im Laufrad (5) und/oder in der Welle (6) als einem ersten Bauteil ein temperaturabhängiges Dehnungselement (1, 2, 3, 4) dem anderen Bauteil unmittelbar benachbart angeordnet ist und das Dehnungselement (1, 2, 3, 4) in einem unteren Temperaturbereich kraft- und/oder formschlußfrei zum benachbarten Bauteil im ersten Bauteil gehalten ist und das benachbarte Bauteil in einem oberen Temperaturbereich durch das verformte Dehnungselement kraft- und/oder formschlüssig mit dem ersten Bauteil verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Es ist eine Antriebseinheit mit thermisch geregelter Wasserpumpe bekannt, DE 196 41 559 A1, deren Wasserpumpe in Abhängigkeit von der Motortemperatur über eine komplizierte Regelungsvorrichtung mit Temperaturaufnehmern in ihrer Drehzahl veränderbar ist, so daß der Kühlwasserstrom gesteuert werden kann. Nachteilig hieran ist insbesondere der dazu erforderliche mechanische und regelungstechnische Bauaufwand, da zum Betrieb der Wasserpumpe nicht nur ein separater Elektromotor sondern auch eine elektrische oder elektronische Regelung vorgesehen werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der bei geringem Bauaufwand eine temperaturabhängige Regelung eines Flüssigkeitsstroms einer Wasserpumpe herbeigeführt werden kann.

Diese Lösung dieser Aufgabe wird von einer Vorrichtung geschaffen, die in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches aufweist. Dadurch, daß ein temperaturabhängiges Dehnungselement im Laufrad und/oder in der Welle, dem anderen Bauteil jeweils unmittelbar benachbart angeordnet ist, das Dehnungselement in einem unteren Temperaturbereich kraft- und formschlußfrei in einem ersten Bauteil gehalten ist und in einem oberen Temperaturbereich das benachbarte Bauteil durch die Wärmedehnung des Dehnungselementes kraft- und/oder formschlüssig mit dem ersten Bauteil verbunden ist, wird eine extrem einfache temperaturabhängige An- und Abkoppelung eines Laufrades auf einer Welle zur Verfügung gestellt, wobei das Laufrad dem Pumpenrad einer Wasserpumpe und die Welle der motordrehzahlabhängigen Antriebswelle einer Wasserpumpe entsprechen kann.

Eine solche Vorrichtung ist jedoch nicht auf eine Verwendung für Kühlwasserpumpen von Kraftfahrzeugen beschränkt.

Ein weiterer Vorteil der erfinderischen Vorrichtung besteht darin, daß sie nur geringe Änderungen der bekannten Bauformen herkömmlicher Wasserpumpen erfordert. Weiterhin kann gänzlich auf eine elektrische oder elektronische Regelung verzichtet werden, so daß die Wartungsfreundlichkeit weiter verbessert wird.

Das Kühlwasser des inneren Kühlkreislaufes wird dabei so lange nicht umgewälzt, bis es eine Mindestbetriebstemperatur erreicht hat, bis zu der sich das Dehnungselement so weit ausgedehnt hat, daß es eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Laufrad und Welle herstellt. So kann sich das im Motorblock befindliche kalte Kühlwasser sehr viel schneller erwärmen, wobei eine örtliche Dampfblasenbildung die Erwärmung des Kühlwassers bzw. des Motors weiter fördert. In einer solchen Warmlaufphase muß also vom Motor keine Antriebsleistung für die Wasserpumpe zur Verfügung gestellt werden, so daß als weiterer Vorteil ein geringerer Kraftstoffverbrauch in der Kaltlaufphase erzielt werden kann.

Durch das schnellere Aufheizen des Motors erreicht auch der Katalysator sehr viel früher seine Betriebstemperatur, so daß ebenfalls der Schadstoffausstoß weiter minimiert wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus und in Kombination mit den weiteren Unteransprüchen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfinderischen Vorrichtung ist das Dehnungselement zylindrisch ausgebildet und in einer Ausnehmung des Laufrades form-, kraft- und/oder stoffschlüssig eingesetzt und weist eine zentrale kreiszylindrische Ausnehmung auf, mit der das Laufrad auf einen kreiszylindrischen Wellenstumpf der Welle aufgesetzt ist, wobei der Innendurchmesser der Ausnehmung des Dehnungselementes in einem unteren Temperaturbereich geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Wellenstumpfes, so daß zwischen beiden Bauteilen ein radialer Spielsitz vorhanden ist. Dies ermöglicht ein freies lastfreies Drehen des Laufrades auf der Welle bzw. der Antriebswelle innerhalb des Laufrades.

Durch eine Erhöhung der Umgebungstemperatur dehnt sich das Dehnungselement vorzugsweise in radialer Richtung derart aus, daß es am benachbarten Bauteil anliegt und eine Spannung erzeugt, die beide Bauteile kraftschlüssig miteinander verbindet. Bei einer entsprechenden z. B. rauhen oder kerbzahnartigen Oberflächengestaltung des Wellenstumpfes kann auch gleichzeitig oder alternativ nur ein Formschluß erreicht werden.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können auch Dehnungselemente in Ausnehmungen im Wellenstumpf angeordnet sein, die im unteren Temperaturbereich hinter die Kontur der Welle zurückgetreten sind und im wärmeren Temperaturbereich über deren Kontur hervorstehen und dadurch ebenfalls einen Kraft- oder Formschluß mit dem Laufrad herstellen. Als weitere vorteilhafte Variante wäre es denkbar, statt einem, den Wellenstumpf vollständig umgehenden Dehnungselement mehrere einzelne Dehnungselemente in radialen Ausnehmungen im Laufrad anzuordnen, die dann ebenfalls einen Kraft- oder Formschluß mit der Welle herstellen können, wobei hier vorteilhaft auch Kombinationen mit in beiden beteiligten Bauteilen angeordneten Dehnungselementen denkbar sind.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfinderischen Vorrichtung können auch ein- oder mehrere Dehnelemente in axialen Ausnehmungen im Laufrad angeordnet sein, die in einem oberen Temperaturbereich seitlich über die Kontur des Laufrades nach außen hervortreten und sich an einem stirnseitigen Wellenabsatz oder einer anderen drehfest mit der Welle verbundenen radialen Fläche abstützen und eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung herstellen. Bei einem als Pumpenrad ausgeführten Laufrad und einer als von der Motordrehzahl abhängigen Antriebswelle ausgebildete Welle kann die Vorrichtung vorteilhaft in einem Pumpengehäuse angeordnet sein, welches einen Zuströmkanal und einem Abströmkanal für das Kühlwasser aufweist.

Insbesondere bei einer solchen Kühlwasserpumpe kann als zu bevorzugende Weiterbildung der erfinderischen Vorrichtung vor oder hinter dem im unteren Temperaturbereich spielbehaftet gelagerten Laufrad ein weiteres, fest auf der Welle gelagertes Laufrad angeordnet sein, welches eine sehr viel geringere Pumpleistung erzeugt, so daß im unteren Temperaturbereich während des Kaltstartes eines Motors, wenigstens ein minimaler Kühlwasserstrom erzeugt wird. Als Besonderheit können dann auch Dehnungselemente zwischen den auf der Welle fliegend oder fest gelagerten Laufrädern angeordnet werden.

Nachfolgend sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Wasserpumpe im Schnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Wasserpumpe gemäß Fig. 1 in Teilschnitt,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Wellen-Nabenverbindung mit drei verschiedenen Dehnungselementen und

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Verbindung gemäß Fig. 3 im Teilschnitt.

Die Vorrichtung zum temperaturabhängigen form- und/oder kraftschlüssigen Verbinden von relativ zueinander verdrehbaren Bauteilen ist beispielhaft an einer Kraftfahrzeug- Kühlwasserpumpe dargestellt. Diese besteht aus einem Pumpengehäuse 9, in das sich eine Welle 6 erstreckt, auf deren Wellenstumpf 8 ein Laufrad 5 der Wasserpumpe angeordnet ist.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, deren Laufrad 5 eine zylindrische Ausnehmung 13 für ein zylindrisches Dehnungselement 1 besitzt, welches seinerseits eine kreiszylindrische Ausnehmung 7 für den Wellenstumpf 8 der Welle 6 aufweist. Diese kreiszylindrische Ausnehmung 7 ist mit einem Innendurchmesser versehen, der gleich oder geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Wellenstumpfes 8, so daß das Laufrad 5 in einem unteren Temperaturbereich, beispielsweise bis zu einer Temperatur von 80°C frei auf dem Wellenstumpf 8 verdrehbar gelagert ist. Bis zu einer vorherbestimmbaren oberen Temperaturbereich dehnt sich das Dehnelement 1 so stark radial nach innen aus, daß zwischen Wellenstumpf 8 und Laufrad 5 eine kraftschlüssige Verbindung erzeugt wird. Bei einer entsprechend ausgebildeten Oberfläche des Wellenstumpfes 8, die beispielsweise mit einer Kerbverzahnung versehen sein könnte, läßt sich auch eine formschlüssige Verbindung herstellen.

Der Form- und/oder Kraftschluß läßt sich bei einer solchen Ausführungsform weiterhin dadurch verstärken, daß sich das Dehnungselement auch axial ausdehnt und zwischen zwei drehfesten Flächen der Welle, beispielsweise an einem Wellenabsatz des Wellenstumpfes 8 und einer Scheibe 12 am Ende des Wellenstumpfes 8 im erwärmten Zustand eine drehfeste Verbindung erzeugt.

Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, können die Dehnungselemente 2, 3,4 alternativ oder gemeinsam an einer Wellen-Naben-Verbindung eingesetzt werden, beispielsweise kann ein Dehnungselement 2 in einer radialen Ausnehmung im Wellenstumpf 8 angeordnet sein, welches in einem unteren Temperaturbereich hinter die Kontur der Welle 6 zurückgetreten ist, in einem oberen Temperaturbereich über die Welle 6 hervorsteht und einen Kraftschluß mit der Nabe des Laufrades herstellt. Ein anderes Dehnungselement 3 kann im Laufrad 5 angeordnet sein und sich radial nach innen in Richtung auf die Oberfläche des Wellenstumpfes 8 erstrecken und ebenfalls im oberen Temperaturbereich eine Klemmkraft ausüben.

Ein weiteres Dehnungselement 4 ist in einer zur Längsachse der Welle 6 koaxialen Ausnehmung angeordnet und kann sich radial nach innen oder auch axial nach außen unter Temperatureinfluß verformen und dabei einen Kraftschluß erzeugen.

Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform kann unmittelbar benachbart dem im unteren Temperaturbereich frei auf der Welle 6 drehenden Laufrad 5 ein mit der Welle 6 drehfest angeordnetes Laufrad mit verminderter Pumpleistung aufgebracht sein, welches seinerseits Dehnungselemente aufweisen könnte, die sich in Richtung des frei drehenden Laufrades 5 erstrecken und im oberen Temperaturbereich das freie Laufrad 5 form- und/ oder kraftschlüssig ankuppeln.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Dehnelement

2

Dehnelement

3

Dehnelement

4

Dehnelement

5

Laufrad

6

Welle

7

kreiszylindrische Ausnehmung

8

Wellenstumpf

9

Pumpengehäuse

10

Zuströmkanal

11

Abströmkanal

12

Scheibe

13

Zyl. Ausnehmung in

5

Claims

1. Vorrichtung zur temperaturabhängigen Verbindung von relativ zueinander verdrehbaren Bauteilen, insbesondere von Wellen- und Laufrädern von Kraftfahrzeug- Kühlwasserpumpen, dadurch gekennzeichnet, daß im Laufrad (5) und/oder in der Welle (6) als einem erstem Bauteil ein temperaturabhängiges Dehnungselement (1, 2, 3, 4) dem anderen Bauteil unmittelbar benachbart angeordnet ist und daß das Dehnungselement (1, 2, 3, 4) in einem unteren Temperaturbereich kraft- und/oder formschlußfrei zum benachbarten Bauteil im ersten Bauteil gehalten ist und daß das benachbarte Bauteil in einem oberen Temperaturbereich durch das verformte Dehnungselement (1, 2, 3, 4) kraft- und/oder formschlüssig mit dem ersten Bauteil verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnungselement (1) zylindrisch ausgebildet ist und in eine Ausnehmung (13) des Laufrades (5) form-, kraft- und/oder stoffschlüssig eingesetzt ist und eine zentrale kreiszylindrische Ausnehmung (7) aufweist, die auf einem Wellenteil, vorzugsweise einem kreiszylindrischen Wellenstumpf (8) der Welle (6) aufgesetzt ist, wobei der Innendurchmesser der Ausnehmung (7) des Dehnungselementes (1) im unteren Temperaturbereich gleich oder geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Wellenstumpfes (8), so daß zwischen beiden Bauteilen ein radialer Spielsitz vorhanden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dehnungselemente (2) in Ausnehmungen der Welle, vorzugsweise im Wellenstumpf (8) angeordnet sind und in einem unteren Temperaturbereich hinter die Kontur der Welle (6) zurückgetreten sind und in einem oberen Temperaturbereich über die Kontur der Welle (6) hervorstehen und dabei einen Kraft- und/oder Formschluß mit dem Laufrad (5) herstellen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Dehnungselemente (3) in radialen Ausnehmungen im Laufrad (5) angeordnet sind und im unteren Temperaturbereich hinter die Kontur des Laufrades (5) zurückgetreten sind und in einem oberen Temperaturbereich über die Kontur des Laufrades (5) nach innen über dessen Kontur hervorgetreten sind und dabei einen Kraft- und/oder Formschluß mit der Welle (6) herstellen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Dehnelemente (4) in axialen Ausnehmungen im Laufrad (5) angeordnet sind und im unteren Temperaturbereich hinter die Kontur des Laufrades (5) zurückgetreten sind und in einem oberen Temperaturbereich seitlich über die Kontur des Laufrades (5) nach außen hervorgetreten sind und sich an mit der Welle (6) drehfesten Bauteilen kraft- und/oder formschlüssig abstützen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (5) als Pumpenrad und die Welle (6) als motordrehzahlabhängige Antriebswelle einer Kraftfahrzeug-Wasserpumpe ausgebildet sind und die Vorrichtung in einem Pumpengehäuse (8) angeordnet ist, welches einen Zuströmkanal (10) und einen Abströmkanal (11) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder hinter dem im unteren Temperaturbereich spielbehaftet gelagerten Laufrad (5) ein weiteres Laufrad fest auf der Welle (6) angeordnet ist.