DE3611708A1 - Kuehlmittelpumpe fuer eine fahrzeug-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlmittelpumpe für eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Bei einer bekannten Kühlmittelpumpe dieser Art (DE-PS 33 29 002) erfolgt die Verschiebung des Laufrades in Ab­ hängigkeit von der Kühlmitteltemperatur durch ein von dem Kühlmittel beaufschlagtes Bimetall- oder Dehnstoffelement. Bei niedriger Kühlmitteltemperatur befindet sich das Lauf­ rad in einer Endstellung, in welcher die Breite des Spaltes zwischen den Radialschaufeln und dem Pumpengehäuse seine größte Breite besitzt und die Kühlmittelförderung unter­ brochen ist. Dadurch wird die Warmlaufphase der Brenn­ kraftmaschine verkürzt. Bei ansteigender Kühlmittel­ temperatur wird das Laufrad zunehmend verschoben, so daß die Spaltbreite verringert und eine ansteigende Kühlmittelmenge entsprechend dem erhöhten Kühlungsbe­ darf der Brennkraftmaschine gefördert wird.

Es sind auch Kühlmittelpumpen bekannt, deren Förderung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Antriebswelle, die in aller Regel von der Brennkraftmaschine ange­ trieben wird, veränderbar ist. Dadurch wird erreicht, daß einerseits bei niedrigen Drehzahlen bis hinab zum Leerlauf der Brennkraftmaschine eine ausreichende Förder­ menge für die Heizung des Fahrzeuginnenraumes bereit­ gestellt und andererseits bei hohen Drehzahlen die Fördermenge auf einen Wert begrenzt wird, bei dem zwar eine ausreichende Kühlung der Brennkraftmaschine gewähr­ leistet, jedoch die bei großen Fördermengen vorhandene Kavitationsgefahr beseitigt ist. Die drehzahlabhängige Regelung der Fördermenge erfolgt beispielsweise da­ durch, daß die Pumpenantriebswelle von der Brennkraft­ maschine über ein Keilriemengetriebe angetrieben wird, dessen Verstellmechanismus aus Fliehgewichten besteht, durch die bei niedriger Kurbelwellendrehzahl eine Über­ setzung ins Schnelle und mit steigender Kurbelwellendreh­ zahl fliehkraftabhängig eine Übersetzung ins Langsame vorgenommen wird (DE-OS 20 27 654, DE-OS 15 76 358). Diese Art der Fördermengenregelung ist konstruktiv aufwendig und benötigt viel Platz, der bei den be­ engten Raumverhältnissen im Motorraum eines Kraftfahr­ zeuges meist nicht zur Verfügung steht. Es ist auch be­ kannt (DE-OS 25 58 319), zur drehzahlabhängigen Ver­ änderung der Fördermenge die Schaufeln des Pumpenlauf­ rades veränderlich auszubilden, derart, daß die Pumpe bei höherer Drehzahl spezifisch weniger fördert als bei niedrigerer Drehzahl. Die Schaufeln können aus einem elastisch nachgiebigen Material bestehen oder gegen die Kraft einer Feder wegschwenken, um auf diese Weise bei höheren Drehzahlen eine relativ geringere Kühl­ mittelmenge zu fördern. Derartige Pumpen sind jedoch konstruktiv sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühl­ mittelpumpe entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, deren Fördermenge sich mit einfachen Mitteln den unterschiedlichen Anforderungen bei verschiedenen Drehzahlen anpaßt, die also im Leerlauf die Anforderungen der Heizung abdeckt, jedoch bei hohen Drehzahlen die Fördermenge beschneidet, um Kavitationsschäden zu ver­ meiden.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß eine Vorrichtung zur Verschiebung des Lauf­ rades in Abhängigkeit von der Drehzahl der Antriebswelle vorgesehen ist, und zwar derart, daß mit steigender Dreh­ zahl die Größe des Spaltes zwischen den Radialschaufeln und dem Pumpengehäuse zunimmt.

Die erfindungsgemäße Pumpe wird so ausgelegt, daß sie in der Stellung des Laufrades, in der der Spalt zwischen den Radialschaufeln und dem Pumpengehäuse seine geringste Breite hat, bei Leerlaufdrehzahl eine zur Heizung des Fahrzeuginnenraumes ausreichende Flüssigkeitsmenge fördert. Mit steigender Drehzahl und damit steigendem Kühlmittel­ bedarf der Brennkraftmaschine steigt die Fördermenge zwar an, jedoch aufgrund der nun einsetzenden Verschiebung des Laufrades und der damit verbundenen Vergrößerung der Breite des genannten Spaltes nicht in dem Maße, wie dies ohne Laufradverschiebung der Fall wäre, bis bei Höchstdrehzahl eine Laufradstellung erreicht ist, bei der gerade die zur ausreichenden Kühlung der Brennkraftmaschine erforder­ liche Kühlmittelmenge gefördert wird.

Die drehzahlabhängige Axialverschiebung des Laufrades könnte durch eine Fliehkrafteinrichtung bewirkt werden. Eine konstruktiv einfachere Lösung besteht jedoch darin, daß das Laufrad über ein Gewinde relativ drehbar und dadurch relativ verschiebbar mit der Antriebswelle ver­ bunden ist und daß zwischen dem Laufrad und der Antriebs­ welle eine Torsionsfeder vorgesehen ist, die der Drehung des Laufrades relativ zur Antriebswelle entgegenwirkt.

Diese Ausführung macht sich den Umstand zunutze, daß die Antriebsleistung einer Wasserpumpe etwa mit der dritten Potenz ihrer Antriebsdrehzahl und das Antriebsmoment etwa mit der zweiten Potenz der Antriebsdrehzahl an­ steigt. Diese Verknüpfung des Antriebsmoments mit der Antriebsdrehzahl wird dazu benutzt, mit Hilfe der ent­ sprechend ausgelegten Torsionsfeder, die der Umfangskraft am Pumpenlaufrad entgegenwirkt, eine eindeutig drehzahl­ abhängige Verschiebung des Laufrades und damit drehzahl­ abhängig verschiedene Pumpenkennlinien zu erreichen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels er­ läutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Kühlmittelpumpe, wobei das Pumpenlaufrad in der unteren Hälfte der Zeichnung in seiner rechten Endstellung und in der oberen Hälfte der Zeichnung in seiner linken Endstellung dargestellt ist, und

Fig. 2 ein Diagramm, in dem die Fördermenge in Ab­ hängigkeit von der Antriebsdrehzahl bei ver­ schiedenen Spaltbreiten dargestellt ist.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Pumpengehäuse 1 dargestellt ist, das durch einen Deckel 2 verschlossen ist und in dem ein Pumpenlaufrad 3 ange­ geordnet ist. Im Deckel 2 ist eine Antriebswelle 4 ge­ lagert, die durch die nicht dargestellte Brennkraft­ maschine mit Motordrehzahl angetrieben wird und auf deren Wellenstummel 5 drehfest eine Hülse 6 angebracht ist, die ein Außengewinde 7 trägt, welches mit einem in der Nabe des Laufrades 3 vorgesehenen Innengewinde 8 in Eingriff steht. Bei einer Drehung des Laufrades 3 relativ zur Antriebswelle 4 wird somit das Laufrad 3 axial verschoben. Dieser Relativdrehung wirkt eine Torsionsfeder 9 entgegen, deren eines Ende 10 in einen Bund 11 der Hülse 6 und deren anderes Ende 12 im Laufrad 3 festgelegt ist. Zur Verringerung des Raumbedarfes ist die Torsionsfeder 9 in einer ring­ förmigen Aussparung 13 des Laufrades 3 angeordnet.

Das mit Radialschaufeln 15 versehene Laufrad 3 saugt das Kühlmittel durch einen Kanal 14 im Pumpengehäuse an und fördert es durch einen radialen Kanal 16 zum Verbraucher. Die Abdichtung des das Pumpenlaufrad 3 aufnehmenden Pumpen­ innenraumes erfolgt mittels einer Gleitringdichtung 17 zwischen dem Pumpengehäusedeckel 2 und dem Bund 11 der Hülse 6.

Bei niedrigen Drehzahlen der Antriebswelle 4 befindet sich das Laufrad 3 in der Stellung, die in der unteren Hälfte der Fig. 1 dargestellt ist und in welcher der Spalt S zwischen den Schaufeln 15 und der diesen gegenüber­ liegenden Wand 18 des Pumpengehäuses 1 am kleinsten ist. Dadurch kommt die volle Breite der Schaufeln 15 zur Wirkung und es wird die größtmögliche Fördermenge bei der betreffenden Antriebsdrehzahl erreicht. Mit steigen­ der Antriebsdrehzahl steigt auch das Antriebsmoment und damit auch die Umfangskraft am Laufrad 3. Diese Umfangs­ kraft bewirkt eine Verdrehung des Laufrades 3 relativ zur Antriebswelle 4 entgegen der Kraft der Torsions­ feder 9, wodurch aufgrund des Gewindes 7, 8 eine axiale Verschiebung des Laufrades 3 nach links erfolgt und der Spalt zwischen den Radialschaufeln 15 und der Pumpen­ wand 18 vergrößert wird. Dadurch kommt nicht mehr die volle Breite der Radialschaufeln 15 zur Wirkung und die Fördermenge wird gegenüber der in der unteren Hälfte in Fig. 1 gezeigten Stellung des Laufrades 3 verringert. Bei Höchstdrehzahl liegt das Laufrad 3 an den Bund 11 der Hülse 6 an und der Spalt zwischen den Radialschaufeln 15 und der Pumpenwand 18 erreicht seinen Größtwert S ₁. In dieser Stellung fördert das Laufrad 3 die Kühlmittel­ menge, die bei Höchstdrehzahl für eine ausreichende Küh­ lung der Brennkraftmaschine erforderlich ist.

In Fig. 2 ist die Abhängigkeit der Fördermenge von der Pumpendrehzahl bei verschiedenen Spaltbreiten darge­ stellt. Hierbei ist mit S die Fördermengencharakteristik bei kleinster Spaltbreite und mit S ₁ die Förder­ charakteristik bei größter Spaltbereite dargestellt. Durch die drehzahlabhängige Veränderung der Spaltbreite ergibt sich eine Fördermengencharakteristik, die auf der Kenn­ linie S bis zum Punkt A, dann vom Punkt A über den ge­ strichelt eingezeichneten Abschnitt a zum Punkt B auf der Kennlinie S ₁ und von da an auf der Kennlinie S ₁ verläuft. Bis zum Punkt A wird das Laufrad 3 von der Torsionsfeder 9 ohne Verdrehung mitgenommen, d.h. das An­ triebsdrehmoment ist nicht größer als die Vorspannung der Torsionsfeder 9. Steigt nun des Antriebsdrehmoment entsprechend der ansteigenden Drehzahl über diesen Wert, so kann sich das Laufrad gegenüber der Antriebswelle entgegen der Wirkung der Feder 9 drehen und es wird dadurch axial verschoben, wodurch sich der Spalt all­ mählich vergrößert, bis er in Punkt B seine größte Breite erreicht hat und das Laufrad 3 gemäß Fig. 1 in seiner linken Endstellung ist. Steigt nun die Antriebs­ drehzahl weiter, so erhöht sich die Fördermenge linear entsprechend der Linie S ₁. Bei absinkender Antriebs­ drehzahl tritt der umgekehrte Vorgang ein, wobei auf­ grund der Hysterese die Förderkennlinie den strich­ punktiert angezeichneten Verlauf a′ hat.

Claims (4)

1. Kühlmittelpumpe für eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine, mit einem in einem Gehäuse angeordneten, mit Radial­ schaufeln versehenen Laufrad, das zwecks Veränderung des Spaltes zwischen den Radialschaufeln und der gegenüberliegenden Wand des Pumpengehäuses axial verschiebbar auf einer Antriebswelle angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (7, 8) zur Verschiebung des Laufrades (3) in Abhängigkeit von der Drehzahl der Antriebswelle (4) vorgesehen ist, derart, daß mit steigender Drehzahl die Größe des Spaltes (S bzw. S 1) zwischen den Radialschaufeln (15) und der Wand (18) des Pumpengehäuses (1) zunimmt.

2. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Laufrad (3) über ein Gewinde (7, 8) relativ drehbar mit der Antriebswelle (4) verbunden ist und daß zwischen dem Laufrad (3) und der An­ triebswelle (4) eine Torsionsfeder (9) vorgesehen ist, die einer Drehung des Laufrades (3) relativ zur Antriebswelle (4) entgegenwirkt.

3. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Anschlag (Bund 11) zur Begrenzung der Axialverschiebung des Laufrades (3).

4. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Torsionsfeder (9) so ausgelegt ist, daß sie bis zu einer vorbestimmten Drehzahl der Antriebswelle (4) eine Mitnahme des Laufrades (3) ohne relative Drehung bewirkt.