DE8805218U1 - Temperaturabhängige, elektromagnetisch gesteuerte Membranwasserpumpe für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

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DeUtäciie Patentamt
Zweibrückenstr* 12
8000 München 2

Neuanmeldung; Preetz, den 15.4.88

WoIfgang Meinhard
Wakendorfer Straße 68, 2308 Preetz

Temperaturabhängige, elektromagnetisch gesteuerte Membranwasserpumpe für Kraftfahrzeuge.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die es ermöglicht, den Kühlwasserumlauf in. Motor und Kühler eines Kraftfahrzeuges ohne den die übliche Keilriemenangetriebene Wasserpumpe zu erreichen.

Das Heue an der Erfindung ist, daß gegenüber herkömm liehen Wasserpumpen an Kraftfahrzeugen, die Membran wasserpumpe nur bei Erreichen einer bestimmten Kühlwassertemperatur in Funktion tritt.

Für die Funktionsstellung der Membranwasserpumpe ist kein Keilriemen oder Zahnriemen erforderlich.

Die Steuerung der M.-Pumpe ist Temperaturabhängig und erfolgt über einen Elektromagneten ( Magnetschalter) .

Das Material der Membranpumpe (Pümpengehäüse) ist Vorzugsweise aus Alu-Spritzguß.. Die Form ist zweckmäßigerweise rund»

Die Membrane ist eine Gummi-Kunst st of £ membrane ,, die • ihre erforderliche Elastizität in. einem Temperätur*- bereich von. 70 - 80° G hat.

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Es ist bekannt, daß herkömmliehe Wasserpumpen., die in Kraftfahrzeugen zur Anwendung kommen äußerst reparaturanfällig sind, zu einem wegen der ungünstigen Lagerung der Pumpenwelle und zum anderen wegen der problematischen Abdichtung der Welle.

Ferner ist bekannt, daß der Keilriemenantrieb der Pumpe äußerst unbefriedigend ist, Bei zu geringer . Keilriemenspannung ist der Schlupf zu groß. Die Folge, ungenügende Fördermenge. Ist die Keilriemenspannung zu groß, geht das Zuviel an Spannung auf die Lagerung und Abdichtung der Wasserpumpe, was die Lebensdauer der Pmpe erheblich verkürzt.

Die eben genannten Nachteile führen dazu, daß ein, gleichmäßiger Wasserumlauf über einen, längeren Betriebszustand nicht gegenben ist. Die günstigste und vom Kfz. - Hersteller gewünschte Betriebstemperatur de3 Motors wird oft nicht erreicht, weil die Wasserpumpen so groß ausgelegt sind, daß diese über - und Unterschreitungen der Keilriemenspannung mit berücksichtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vor stehenden Nachteile zu beseitigen, was sie auch wirksam kann.

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Erfindungsgemäß wird dieses dadurch gelöst, daß ein zweiteiliges Pumpengehäuse gefertigt wird. Zwischen den "beiden, Gehäusehälften wird eine Gummi Kunststoff membrane, die über den. gesamten Umfang des Pumpengehäuse ( Durchmesser) eingeklemmt wird und mittels Schrauben in der Lage gehalten und befestigt wird.

Die Membrane besitzt gleichzeitig eine Abdichtfunktion des Wasserkreislaufes nach außen hin.

Die vordere Pumpengehäusehalfte besitzt Kühlwasserein und Austrittsöffnungen. In diesen aind je ein Magnetventil eingeschraubt. Im Anschluß an den Ventilen befinden sich die Ein - and Austrittstutzen, die zur Anbringung der Kühlwasserschläuche dienen. Die Magnetventile arbeiten mit einer 12V Spannung. In der Mitte des vorderen Pumpengehäusedeckel ist ein zusätzlicher Raum in dem sich ständig Kühlwasser befindet. Nach außen hin ist der Raum durch das Pumpengehäuse abgedichtet. Nach innen erfolgt die Abdichtung durch die Membrane. Dieses im Raum befindliche Kühlwasser wird zwar ständig boirn Betrieb erneuert, kann aber niemals durch die Membrane rausgedrückt werden.

In diesem Raum ist ein Heizstab eingelassen, der das im Raum befindliche Kühlwasser bis zur gewünschten aufheizen kann.

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Ist die gewünschte Temperatur vorhanden, so wird mittels Thermoschalter, der sich auch in diesem Raum befindet, abgeschaltet.

Diese Heizeinrichtung ist erforderlich um eine bestimmte Wassertemperatur zu erreichen., damit die Membrane der Pumpe, welche nur bei einer Temperatur von 70 - 80° C arbeiten soll, die erforderliche E-lastizität hat.

Müßte die Membrane bei niedrigen· Temperaturen, arbeiten, so würde die Membrane bei höheren Temperaturen erschlaffen und keine Leistung bringen, aus diesem G-rrnde wird das Wasser unmittelbar an der Membrane aufgeheizt, damit die Membrane nur im Heißbereich arbeiten muß.

Die Pumpenmembrane ist an einem Membranstößel angebracht . Zwischen der Membrane und dem hinteren Pumpengehäuseteil ist eine Rückholfeder installiert.

Das hintere Gehäuseteil hat ein zylindrisches End stück, aus dem der Membranatößel herausragt. Das Ende des Pumpenstößel weist ein Gewindeloch auf. In diesem wird der Stößel des Magnetschalter eingeschraubt.

Etwa im Bereich der Mitte des zylindrischen Teiles des hinteren GehUusedeckels ist ein Raum gelassen worden um Schmiermittel einzulassen.

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j· Es handelt sich hier um eine wartungsfrei Dauer-

schmiereinrichtung»

Nach vorne und hinten hin sind Dichtringe eingelassen* damit das Schmiermittel nicht entweichen kann. Am Ende wird die hintere Dichtung mittels eines runden Paßstückes gegen herausfallen gesichert. E3 ist

" eine Presspassung»

&bull; Damit die Dichtringe nicht während des Betriebes zusammengeschoben werden ist zwischen ihnen eine Distanzbuchse angebracht.

Ein am Membranstößel angeschraubter Magnetschalter sorgt , für den Antrieb der Membrane.

Der elektrische Kontakt wird von der Zündspule des Kraftfahrzeuges und zwar der Klemme 1 hergestellt. Dieses geschieht aber nur_v wenn die erforderliche Kühlwasertemperatur im Zylinderkopf:des Motors erreicht ist, ca. 80 - 90° C.

Ein Temperaturmessfühler, gleichzeitig als Schalter ausgebildet mißt die Zylinderkopfkühlwassertemperatur. Ist die Temperatur erreicht vird der ölsktriche Kontakt zum Magnetschalter durchgeschaltet, der wiederum bewirkt, daß der Membranstößel bewegt wird. Pie Membrane zieht an und saugt Kühlwasser an, die Rückholfeder¹ der Membrane sorgt anschließend für die

Rückstellung de£ Membrane in die Ausgangsstellung,

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Da die Klemme 1 der Zündspule bei einem Vierzylinder= j motör pro MotorUmdrehung viermal Stromführend ist» äo zieht die Membrane 4 3c an»

Gleichzeitig, wertn der Magnetschalter Spannung erhält j wird auch an den beiden Magnetventilen Spannung

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Und schließen.

Die Heizleistung des Heizstabes im Wassergefüllten Raum des Pümpengehäüse ist so besessen, daß der 1/4 Liter Wasser der sich darin befindet in ca. 3 Minuten auf auf 7O⁰C aufgeheizt wird.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Figurenzeichnungen erläutert.

Die Membranwasserpumpe besteht aus folgenden Bauteilen:

Der vordere Gehäusedeckel (5Ö). In diesem integriert der Aufheizraum (4), der Wasseraüstrittkanal (19), dei' Wassereintrittkanal (20). Diese eben genannten Teile sind zweckmäßiger Weise aus einem Alu - Gußteil gefertigt.

Über den gesamtea Durchmesser verteilt befinden sich Bohrungen für die Befestigungsschrauben (29). Die Aazahl der Schrauben wird durch den Durchmesser der Membranpumpe bestimmt.

Die Baugröße der Membranpumpe richtet sich nach den Kühlerfordernissen des verwendeten Motors des Kraftfahrzeuges.

Die Membranpumpe kann an jedem X- beliegigen Ort am Kraftfahrzeug angebracht werden, da die Verbindung zwischen Motor und Kühler Uhex die Anschlußstücke (14,15) mittels Gummischläuche hergestellt werden kann. Die Membranpumpe muß nicht mehr wie die herkömmliche Wasserpumpe direkt am Motorblock angebracht werden, da sie von den Drehteilen dös Motors unabhängig ist. Da wo sie abhängig ist ( Verteiler; Zündspule) wird mittels Kabelverbindung die Verbindung hergestellt.

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Zwiächen dem. Anschlußstück (13) Und defri Wässereintritt skariäl (2Ö) ist ein Magnetventil (12) eingeschraubt Dieses Ventil arbeitet * d* hu es Öffnet; Wenn Spannung angelegt wird*

Zwischen dem Anschluiastück (I4) und dem Wässeraustrittskanal (19) ist das Magnetventil (11) eingeschraubte Dieses arbeitet * d. h* es schließt, Wenn Spannung angelegt wird.

Der in der Mitte des vorderen Teiles des Pürnpengehäuse(3O) befindliche Wasserraum (4), der seitlich und nach vorn vom Gehäuse nach außen hin abgeschlossen wird, wird nach hinten hin von der Membrane abgeschlossen* nimmt die Heizvorrichtung (3) und den T.-Schalter (2)

Die Membrane (15) dient gleichzeitig zur Abdichtung nach Außen zum hinteren Gehäuseteil hin.(18),Außerdem wird der Raum (16) hinter der Menbrane (15) abgedichtet.

Die Stromversorgung des Heizstabes erfolgt über Klemme 15 ( Zündung) . Weiter geleitet wird der Strom über Leitung (1) zum T,- Schalter (2) zum Heizstab (3) über die Leitung (5).

Die hintere Gehäusehälfte (18) ist zylindrisch geformt und ebenfalls aus Alu- Guß? Die Form ist so, daß innen ein Hohlraum (16) entsteht, der zur Aufnahme des größten Teiles der Membrane dient und deren. Bewegung

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nach hinten ermöglicht, &idigr;&idigr;&igr; diesem Raum (16) bfefindet sich die Rückholfeder (lö), der MembränteÜer (17). Nach vorn hin wird dei* RaUm₁ (16) von der Membrane (15) abgedichtet.

Die Membrane besteht aus folgenden Teilen: Membrane(i5), vorderen Membranteller(32), hinteren Membranteller (17)_f Befestigungspaßstifft(28) Und dem Membranstößel(9)«

Im zylindrischen Endteil des hinteren Gehäusedeckels (33) sind die Dichtringe (21,24) untergebrächt( eingepresst.

Damit die Dichtringe(21,24) nicht durch die Hubbewegung des Membranstößel (9) zusammengeschoben werden, ist zwischen beiden eine Distanzbuchse (23) angebracht. Der Raum (22) zwischen. Membranstößel(9) und Buchse (23) ist mit einem Schmiermittel gefüllt. Am Ende des Membranstößel ist ein Gewinde, welches zur Aufnahme des Bolzens des Magnetschalters dient, angebracht.

Der Magnetschalter(27) bekommt Spannung über die Leitung(7) vom Temperaturschalter (31). Der T.-Schalter (31 )"bekommt Spannung von. Klemmei über Leitung (6). Wenn die Leitung (7) Spannung führt, so führt ai ■· ~- die Leitung (8), die zu den Magnetventilen (11,12) führt Spannung .

Die Teile(9,10,17,28 u. 32) sind vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl. Die f%-mbrane ist vorzugsweise aus Lagig miteinaneffjvÜlSLtn^neiDigämmi-Eunststoff.

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Beim Anlassen des Kfz,- Motors bekommt der Temperaturschalter (2 ) Spannung von Klemme 15 (Zündung). Im Temperaturbereich unter 80° C ist der E.-Kontakt des Temperaturschalter (2) überbrückt und leitet den Strom direkt zum Heizstab (3)- Der T,-Schalter bekommt Spannung über Leitung(1). Der Heizstab über Leitung(5)» j Der Heizstab (3) heizt das im Raum (4) befindliche f

Wasser auf. Das Aufheizen des Wassers hat zur Folge, § daß die Membrane (15) miterwärmt wird, das erhitzte Wasser direkt die Membrane (15) berührt. Ist die Wassertemperatur im Raum(4) aux 80⁰C angestiegen, schaltet der Temperaturschalter (2) die Stromzufuhr ab» Dieser Vorgang dauert ca. 3 Minuten. Er wiederholt sich solange bis das eigentliche Kühlwasser des Motors die gewünschte Temperatut von 8O⁰C erreicht hat und die Pumpe arbeitet, denn dann wird die Membrane vom Kühlwasser ständig weiter erwärmt.

In der"Zwischenzeit läuft der Motor sich warm. Hat das Kühlwasser seine Temperatur von 80⁰C erreicht, schließt der E.-Kontakt des Temperaturschalter (31)·

Dieser leitet den Strom über die Leitung (7) zum |

Magnetschalter (27) und über Leitung (8) zu den Mag- > netventilen (11,12). Der Temperaturschalter (31) bezieht seine Spannung über Leitung (6), die an Klemme ] 1 der Zündspule angesahlosden igt* Des Inteiiwall del? angelegten Spannung, bedingt durch die Kliimme 1 der Zündspule,, bewirkt zum einen* daß gleichzeitig fletf Magnetschalter S₁Zi) und das Magnet«

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ventil (11) und das Magnetventil (12) Spannung führen. Ist das Magnetventil (12) Spannungsführend., öffnet die si*' Das spannungsführende Ventil (11) hingegen schließt. Der Magnetschalter(27), der verbunden ist mit dem Membranstößeljbewegt diesen nach hinten. Die am Membranstößel befestigte Membrane (15) macht die gleicht Bewegung mit. Der Merabranstößel hat die (9). , Beim zurückziehen der Membrane entsteht vor der Membrane, also zwischen dem vorderen Gehäuseteil und der Membrane ein Saugraum. Dieser ist nach hinten hin halbrund und in der Mitte der Membrane ca. 10-12 ram hoch. Die entstandene Sogwirkung zieht das Kühlwasser durch das geöffnete Ventil (12) in den Saugraum. Das Ventil(11) ist wie erwähnt bei Spannung geschlossen. Das Wasser verbleibt im Saugraum. Die Membrane ist in dem Raum (16) hineingezogen. Wird die Spannung unterbrochen, was mittels der Anschlußklemme 1 der Zündspute automatisch geht, schließt das Ventil (12) und das Ventil (11) öffnet, die Rückholfeder (10) drückt die Membrane(15) in die Ausgaagslage zurück. Das Kühlwasser wird hiebei durch das Ventil (11) zum Kühler, oder falls das Thermostat noch nicht geöffnet hat in den Motor zurück. Dieser Vorgang wiederholt sich 4 &khgr; pro Motorumdrehung bei einem Vierzylinder. Kühlt das Kühlwasser¹ unter 80⁰C ab, setzt die Pumpe aus, bis das Kühlwasser¹ die Betriebstemperatur erreicht hat.

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Die Erfindung hat gegenüber herkömmlicher Wasserpumpen eine ganze Reihe von Vorteilen. So z. B. fällt der übliche durch Keilriemen oder Zahnriemen weg. Damit kommt ein Wartungsteil znm Wegfall.

Die temperaturabhängige E.-Schaltung sorgt für eine günstigere Betriebstemperatur des Ottomotors. Dieses ' tritt besonders in Augenschein bei langen Wartezeiten an Ampeln. Nach längere Fahrzeit i3t der Motor und somit das Kühlwasser sehr heiß, an der Ampel im Stand fehlt der kühlende Fahrtwind. Die Temperatur geht hoch, der Motor wird so oft bis eine gefährliche thermische Belastunghöhe belastet, dies hat oft zur Folge, daß Zylinderkopfdichtungen durchbrennen. Da die Membranwasserpumpe konstruktiv größer als die herkömmlichen Wasserpumpen ausgelegt werden kann, so treten diese thermischen Belastungsspitzen nicht mekfc auf. Die Membranpumpe kann daher größer ausgelegt sein als herkömmliche Wasserpumpen, da sie sich bei unterschreiten der Betriebstemperatur ausschalten kann«

Ein weiterer Vorteil ist, daß die kostspielige Motorenblock Bearbeitung wegfällt. Weiterhin vorteilhaft ist, daß die Pumpe durch Wartungsarbeiten (zu fest eingestelltem Keilriemen) e nicht zerstört werden

Vorteilhaft erweist sich auch die nicht Motörgebundene

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Claims (9)

Il · ■ ft 6 · · · &bull; StI · · ·#··! Ansprüche . '

1. Temperaturabhängige, elektromagnetisch gesteuerte Membranwasserpumpe für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus zwei Gehäusehälften, vorzugsweise aus AIu-Spritzguß hergestellt, gefertigt ist.

2. Temperaturabhängige, elektromagnetisch gesteuerte Membranwasserpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den GehüuseLälften eine Gummi-Kunst stoff membrane angebracht ist.

3. Temperaturabhängige, elektromagnetisch gesteuerte Membranwasserpumpe nach Anspruch 1+ 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung des Magnetschalters (27), der am Membranstössel (9) angeschraubt ist über Klemme 1 der Zündspule und des Temperaturschalters (31), der im Zylinderkopf* des Motors eingeschraubt ist, erfolgt.Die Länge des unteren Teiles des Temperaturschalters (Meßfühler) ist so gewählt, daß er standig vorn Zylinderkühlwasaer umspült wird.

- 50 mm). Der obere Teil deö T.-Schalters ist Feingewinde « HöhlSchtfabe ausgebildet mit nahffli der¹ Si-Kontakte im isolierten Innern» Dei* Meßfühler" hat eine zylindrische Form Von ca. 10

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mm Durchmesser. Das Gewinde ist vorzugsweise M14.

4. Temperaturabhängige, elektromag. gesteuerte Membranwasserpumpe nach Anspruch 1-3, wonach die Rückholfeder (10) und der Membranstössel (9) aus nichtrostendem Stahl ist.

5. 30 Temperaturabhängige, elektromag. gesteuerte Mem-

branwasserpumpe nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Pumpemstössel eine wartungsfreie Dauerschmierung vorhanden ist.

6. 35 Temperaturabhängige, elektromag. gesteuerte Mem

branwasserpumpe nach Anspruch 1->5", wonach im Gehäusedeckel (30) ein Kühlwasserraum (4) vorhanden ist. Der Raum befindet sich in der Pumpenmitte und wird nach hinten hin durch die Membrane(15) abgeschlossen.

7. Temperaturabhängige, eleKtromag. gesteuerte flembranwasserpumpe nach uen Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das im Raum (O befindliche Wasser mittels Heizstab (2) auf ca. 80° C gebracht

wird. De^ Heiastab ist außermittig im Öehäusedecköl

(30) auf waagerechter Linie eingeschraubt und ragt

in dem hinterm öehäusedeckel befindlichen Kühlwääpsrraum (4),.

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Der Heizstab hat eiiie Zylinder"* örm (Heigteil) und einen Durchmesser Von ca* 10 mm_ä Die Länge ist ca 30 ■<■ 50 mm* Der obere Teil des Heiastabes ist als GewindehoBilschraübe (MH) ausgebildet* Im Innern des Gewindeteiles sind die isolierten E.- Anschlüsse untergebracht*

8. 35 Temperaturabhängige, elektromagnetisch gesteuerte

Membranwasserpumpe nach Anspruch 1-7» dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstrom mittels Magnetventilen (11 * 12) gesteuert wir&. Die Magnetventile sind zwischen den Saug- und Druckleitungen (H/19) und (13,20) eingeschraubt. Die Form ist vorzugsweiae zylindrisch mit einem Durchmesser von ca. 30 - 50 mm und etwa mittig aufgesetzten Steuerungselementen versehen. Die Betriebsspannung ist vorzugsweise 12 Volt.

9. 65 Temperaturabhängige, elektromagnetisch gp ;^+o'i-

&ogr;&tgr;&eegr;-&ohgr; iviüiabranwasoeEpumpe nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranpumpe vorzugsweise eine runde Bauform hat.

10* Temperätüi'tibhängige, elektromagnetisch gesteuerte Membranwasserpumpe nach Anspruch 1-9, Wonach die Aufheifcung über Tempeiaturschalter (2) gesteuert wird. Dieser ist außermittig auf Waagerechter Linie des Pumpeiideckel (j50) gegenüber, des Heizstabes(3) mittels Feingewinde M12 eingeschrabt und ragt mit dem FUhlerteil in den Wasserraum (4) hinein. Der außerhalb verbleibende Teil des Temperaturschalters (2) dient der Aufnahme der E.- Kontaktei