EP1736669A2

EP1736669A2 - Regelbare Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: EP1736669A2
Application number: EP06010442A
Authority: EP
Inventors: Günther Beez
Original assignee: Lademann Sven; Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2006-05-20
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2026-05-20
Also published as: ATE491887T1; EP1736669A3; DE502006008492D1; DE102005028598B3; EP1736669B1

Abstract

Bei der Erfindung handelt es sich um eine von Drehmomentübertragungselementen angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore. Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore zu entwickeln die kühlmitteltemperaturabhängig exakt und sanft, stufenlos geregelt werden kann, dabei verschleißunanfällig und störunanfällig ist, und bei hohem Wirkungsgrad eine optimale, sehr exakt geregelte Anpassung des Kühlmittelvolumenstromes an die Wärmebilanz des Motors ermöglicht, dadurch die Warmlaufphase des Motors deutlich reduziert, die Schadstoffemissionen wie auch gleichzeitig die Reibungsverluste und den Kraftstoffverbrauch senkt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine regelbare Kühlmittelpumpe mit einer in einem Pumpenlager (1) im Lagergehäuse (2) gelagerten, angetriebenen Pumpenwelle (3), einer den Lagerraum vom Pumpenraum abdichtenden Dichtung (4), vorzugsweise einer Gleitringdichtung, und einem frei drehbar auf einem Gleitlager der Pumpenwelle (3) angeordneten Pumpenrad (5) welches durch eine auf der Pumpenwelle (3) angeordnete Kupplung in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels angetrieben wird gelöst, die sich dadurch auszeichnet, dass in dem Pumpenrad (5) ein mehrfach abgesetzter zylindrischer Innenraum mit Dichtbund/en (7) und diesem/diesen Dichtbund/en (7) benachbart, eine einer Innenverzahnung ähnliche Außenläuferkontur (8) angeordnet ist, wobei auf der Pumpenwelle (3) neben dem Gleitlager für das Pumpenrad (5) drehfest ein mit einem/zwei zylindrischen Lagerbund/en (9) und einem/zwei Dichtsteg/en (10) versehener Exzenter (11) angeordnet ist, auf dem drehbar ein mit einer Außenverzahnung versehener Innenläufer (12) angeordnet ist, der mit der Außenläuferkontur (8) im Pumpenrad (5) analog dem Wirkprinzip einer Gerotorpumpe als Kupplung zusammenzuwirken vermag.

Description

Die Erfindung betrifft eine von Drehmomentübertragungselementen angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore.
Im Stand der Technik sind Kühlmittelpumpen für Verbrennungsmotore vorbeschrieben, welche mittels Drehmomentübertragungselementen von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben werden.
Dabei hat eine direkte Kopplung der Kühlmittelpumpe beispielsweise mit der Kurbelwelle des Motors zur Folge, dass der geförderte Kühlmittelvolumenstrom stets von jeweiligen Drehzahl des Motors bestimmt wird.
Derartige mit der Kurbelwelle direkt gekoppelte Kühlmittelpumpen müssen daher stets so dimensioniert sein, daß sie selbst bei niedriger Drehzahl und hoher Motorbelastung - beispielsweise bei Bergfahrten mit Hänger - eine ausreichende Kühlleistung bewirken.
Daher muss die Kühlleistung wie auch die Antriebsleistung derartiger Kühlmittelpumpe stets für den "normalen Betrieb" zu hoch ausgelegt sein, wodurch zwangsläufig ein erhöhter Kraftstoffverbrauch zum Antrieb der Kühlmittelpumpe benötigt wird.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil derartiger von der Kurbelwelle direkt angetriebenen Kühlmittelpumpen besteht darin, daß diese bereits in der Warmlaufphase sofort mit der Wärmeabfuhr der im Motor erzeugten und eigentlich in der Warmlaufphase auch im Motor dringend benötigten Wärme beginnen.
Somit verlängert diese von der Motordrehzahl abhängige, sofort nach dem Starten des Motors einsetzende Zwangskühlung die Warmlaufphase des Motors und führt infolge der dadurch deutlich verlängerten Warmlaufphase zu hohen Schadstoffemissionen auf Grund einer unvollständigen Verbrennung des Kraftstoff - Luft - Gemisches, wie auch zu einem daraus in der Warmlaufphase resultierenden sehr hohen spezifischen Kraftstoffverbrauch.
Darüber hinaus treten zudem infolge einer zu niedrigen Motortemperatur in der Warmlaufphase erhöhte Reibungsverluste auf, welche gleichzeitig ebenfalls einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zur Folge haben.
Im Stand der Technik werden daher unterschiedliche technischen Lösungen vorbeschrieben, die eine Regelung einer von der Kurbelwelle angetriebenen Kühlmittelpumpe für Kraftfahrzeuge ermöglichen.
Eine dieser Bauformen wird von der Anmelderin in der DE 197 52 372 A1 vorbeschrieben. Bei dieser Lösung ist das Flügelrad frei drehbar auf der Welle angeordnet und wird beim Erreichen der Betriebstemperatur durch die Anpresskraft eines Thermoelementes von der Flügelradwelle mitgenommen.
Da die für diese Drehzahlregelung eingesetzten Thermoelemente eine von der jeweiligen Kühlmitteltemperatur abhängige Reibkraft erzeugen, tritt zwischen der Pumpenwelle und dem Laufrad nicht nur kurzzeitig Schlupf auf, wodurch zwangsläufig ein erhöhter Verschleiß der Drehmomentübertragungsflächen auftritt.
Andere, mittels magnetischer Schlupfkupplungen gekoppelte, mit einem Spalttopf versehene Kühlmittelpumpen mit separat gelagerter Flügelradwelle, wie beispielsweise die in der DE 197 46 359 A1 vorbeschriebene Lösung, erfordern eine sehr kostenintensive, materialaufwändige Fertigung.
Der Einsatz von den in der DE 43 25 627 A1 , der DE 43 35 340 A1 , der JP 60-22020 A wie auch der DE 199 32 359 A1 vorbeschriebenen Flüssigkeitsreibkupplungen erfordert eine separate Abdichtung der Baugruppen der Flüssigkeitsreibkupplung und ist daher kostenintensiv und störanfällig.
Aus der DE 20 31 508 A ist zudem eine hydrostatische Kupplung mit einem treibenden, innenverzahnten Hohlrad und einem exzentrisch gelagerten, mit dem Hohlrad als Zahnradpumpe zusammenwirkenden Innenrad vorbeschrieben, dessen Regelung über einen gedrosselten Bypass erfolgt.
In der DE 26 16 238 A1 wird darüber hinaus eine Kreiselpumpe mit einem speziellen aus zwei separaten Scheibenteilen bestehenden Laufrad vorgestellt.
Die beiden Scheibenteile des Laufrades sind beim Kaltstart mittels einer Kupplung verbunden. Ab einer vorbestimmten Drehzahl öffnet diese Kupplung, wodurch dann bei höherer Drehzahl die Pumpe spezifisch weniger Kühlmittel fördert.
Die bei dieser Anmeldung angewendete Lösung verlängert durch das überdimensionierte Schaufelrad, aufgrund des erhöhten Förderstromes deutlich die Warmlaufphase des Motors, so dass die beim Kaltstart auftretenden Probleme mittels dieser Lösung nicht gelöst werden können.
Zudem kann mit der im DE 26 16 238 A1 vorgestellten Lösung infolge der hohen Stör- und Verschleißanfälligkeit der Kupplungselemente kein zuverlässiger Dauerbetrieb gewährleistet werden, da bei starken Beschleunigungen die Kupplungselemente verklemmen und eine Entkopplung nicht mehr gewährleistet werden kann.
Darüber hinaus ist mittels dieser in der DE 26 16 238 A1 vorgestellten Lösung eine stufenlose, optimale Anpassung der Fördermenge an die in den verschiedenen Belastungsfällen unterschiedliche Wärmebilanz des Motors nicht möglich.
Die DE 33 29 002 A1 beschreibt hingegen eine regelbare Kühlmittelpumpe mit einer Vorrichtung zur Verschiebung des Laufrades in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur mittels eines Thermoelementes, um mit zunehmender Kühlmitteltemperatur den zwischen der Radialschaufeln des Pumpenrades und dem Pumpengehäuse befindlichen Spalt zu verringern, und dadurch den Kühlmittelförderstrom zu erhöhen.
Mittels dieser Lösung kann jedoch die Antriebsleistung der Kühlmittelpumpe bei sehr schlechtem Wirkungsgrad nur unwesentlich reduziert werde, so daß auch mittels dieser Lösung lediglich eine bedingte Anpassung des Kühlmittelvolumenstromes an die Wärmebilanz des Motors möglich ist.
In der EP 0240 777 A2 wird ebenfalls eine Kühlmittelpumpe mit einer Vorrichtung zur Verschiebung des Laufrades in Abhängigkeit von der Drehzahl der Antriebwelle vorbeschrieben, wobei mit steigender Drehzahl die Größe des Spaltes zwischen den Radialschaufeln und der Wand des Pumpengehäuses zunimmt, so dass die spezifische Fördermenge mit zunehmender Drehzahl abnimmt. Zudem hat bei dieser technischen Lösung der Pumpendruck einen sehr starken Einfluss auf das Stellverhalten, da die Druckbelastung auf die Schaufelradrückseite, d.h. entgegen der Verstellrichtung des Gewindes wirkt. Daher kann festgestellt werden, dass auch diese Lösung bei sehr schlechtem Wirkungsgrad zu einer deutlich verlängerten Warmlaufphase mit all den daraus resultierenden Nachteilen führt, und auch diese Lösung für eine Anpassung des Kühlmittelvolumenstromes an die Wärmebilanz des Motors völlig ungeeignet ist.
Die DE 41 42 120 A1 beschreibt eine regelbare Kühlwasserpumpe, bei welcher die Leistung der Kühlwasserpumpe durch die Variation des dem Laufrad benachbarten Spaltes, mittels eines axial verschiebbaren Ringes, verändert werden kann.
Auch mittels dieser Lösung kann die Antriebsleistung der Kühlmittelpumpe bei sehr schlechtem Wirkungsgrad nur unwesentlich variiert werden. Infolge der ungünstigen Gestaltung des Saugbereiches, mit den im Saugmund zwingend erforderlichen Stegen, besteht eine starke Kavitationsgefahr. Darüber hinaus benötigt die axiale Stelleinrichtung einen großen Bauraum.
In der DE 101 42 263 C1 wurde seitens der Anmelderin eine zwischenzeitlich bereits bewährte, angetriebene, regelbare Kühlmittel für Verbrennungsmotore vorgestellt, bei der sich auf der Pumpenwelle drehfest ein ein- oder beidseitig mit Pumpenschaufeln versehener Rotor befindet, dem ein drehbar auf der Pumpenwelle angeordnetes ein- oder zweiteiliges Pumpenrad benachbart angeordnet ist, an dessen den Pumpenschaufeln des Rotors benachbarten Stirnfläche/n mit den Pumpenschaufeln des Rotors in Wirkverbindung tretende Strömungskammern angeordnet sind, wobei sich im Rotor oder im Pumpenrad Zuströmöffnungen befinden. Bei Anordnung eines einteiligen Pumpenrades befinden sich zwischen den einander benachbarten Außenradien des Rotors und des einteiligen Pumpenrades eine oder mehrere Ausströmöffnung/en. Im zweiteiligen Pumpenrad sind mehrere Ausströmöffnungen radial im Bereich des Außenumfanges des Rotors angeordnet. Diese Ausströmöffnungen können mittels eines separat zu betätigenden, im Pumpengehäuse verschiebbar gelagerten Schiebers abgedeckt werden.
Infolge der Rotation der Pumpenwelle wird mechanische Arbeit durch die am Rotor befindlichen Pumpenschaufeln auf das im Pumpengehäuse angeordnete Kühlmittel übertragen, wodurch das dort befindliche Kühlmittel in Bewegung gesetzt wird. Dieses Kühlmittel strömt in die benachbarten Strömungskammern des Pumpenrades und erzeugt am frei drehbar auf der Pumpenwelle gelagerten Pumpenrad ein Antriebsdrehmoment. Dieses vom Strömungswiderstand in den Strömungskammern des Pumpenrades abhängige Antriebsdrehmoment kann durch die Variation der Größe der Austrittsöffnungen mittels des im Pumpengehäuse gelagerten Schiebers variiert werden.
Bei dieser in der Praxis bewährten Bauform kann das Mitnahmedrehmoment nur bedingt, d.h. noch nicht "fein" genug ("nur ruckartig"), geregelt werden. Darüber hinaus begrenzt der für diese Lösung erforderliche Bauraum, bei neuen Fahrzeugtypen in Verbindung mit der Reduzierung des für die Kühlmittelpumpe vorhandenen "Einbauraumes", die Einsatzbreite dieser vg. Kühlmittelpumpe, so dass diese Lösung nun konsequent weiterentwickelt werden soll.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore zu entwickeln, die die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, kühlmitteltemperaturabhängig exakt und sanft, stufenlos geregelt werden kann, dabei verschleißunanfällig und störunanfällig ist, und bei hohem Wirkungsgrad eine optimale, sehr exakt geregelte Anpassung des Kühlmittelvolumenstromes an die Wärmebilanz des Motors ermöglicht, dadurch die Warmlaufphase des Motors deutlich reduziert, die Schadstoffemissionen wie auch gleichzeitig die Reibungsverluste und den Kraftstoffverbrauch senkt, sowie bei minimiertem Bauraum eine hohe Funktions- und Betriebssicherheit über die gesamte Lebensdauer gewährleistet, und darüber hinaus auch für die Nachrüstung von bereits existierenden Motorgenerationen geeignet ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine regelbare Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.
Die erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe mit einer in einem Pumpenlager im Lagergehäuse gelagerten, angetriebenen Pumpenwelle, einer den Lagerraum vom Pumpenraum abdichtenden Dichtung, vorzugsweise einer Gleitringdichtung und einem frei drehbar auf einem Gleitlager der Pumpenwelle angeordneten Pumpenrad welches durch eine auf der Pumpenwelle angeordnete Kupplung in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels angetrieben wird, zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Pumpenrad ein mehrfach abgesetzter zylindrischer Innenraum mit Dichtbund/en und diesem/diesen Dichtbund/en benachbart, eine einer Innenverzahnung ähnliche Außenläuferkontur angeordnet ist, wobei auf der Pumpenwelle neben dem Gleitlager für das Pumpenrad drehfest ein mit einem/zwei zylindrischen Lagerbund/en und einem/zwei Dichtsteg/en versehener Exzenter angeordnet ist, auf dem drehbar ein mit einer Außenverzahnung versehener Innenläufer angeordnet ist, der mit der Außenläuferkontur im Pumpenrad analog dem Wirkprinzip einer Gerotorpumpe als Kupplung zusammenzuwirken vermag,
Erfindungswesentlich ist in diesem Zusammenhang auch, daß auf dem/den Lagerbunden ein- bzw. beidseitig des Exzenters axial verschiebbar jeweils eine vom jeweiligen Dichtbund bis zum jeweils zugeordneten Dichtsteg reichende Andruckplatte angeordnet ist, welche zwischen ihrer jeweiligen Anlage an dem Dichtsteg und dem Dichtbund und einer vom jeweiligen Dichtsteg beabstandeten, auf dem zugeordneten Lagerbund angeordneten Andrückfläche verschiebbar gelagert ist/sind, wobei an der dem Exzenter abgewandten Seite der Andruckplatte/n jeweils eine drehfest im Pumpenrad angeordnete Bimetallscheibe benachbart befestigt ist.
Kennzeichnend ist weiterhin, dass im Arbeitsbereich der Andruckplatte/n im Ringmantel des Pumpenrades Überströmnuten angeordnet sind die einen optimalen Kühlmittelaustausch gewährleisten.
Erfindungsgemäß presst/pressen diese Bimetallscheibe/en bei heißem Kühlmittel die Andruckplatte gegen den Dichtbund und den Dichtsteg, wobei diese zugleich unmittelbar am Innenläufer anliegende/n Andruckplatten nahezu jeglichen Flüssigkeitsaustausch zwischen den mit Kühlmittel gefüllten, von der Außenläuferkontur und der Außenverzahnung des Innenläufers gebildeten Verdrängungskammern unterbindet.
Daher entspricht bei heißem Kühlmittel die Drehzahl des Pumpenrades annähernd der Antriebsdrehzahl der Pumpenwelle.
Mit abnehmender Kühlmitteltemperatur entlastet/entlasten die Bimetallscheibe/n nun die Andruckplatte/n.
Dadurch wird ein Flüssigkeitsaustausch zwischen den mit Kühlmittel gefüllten Verdrängungskammern möglich. D.h., über den/die sich öffnenden Spalt/e zwischen der Andruckplatte und dem Dichtbund, dem Dichtsteg wie auch der Seitenwandung des Innenläufers wird nun Kühlmittel von der einen in die andere Verdrängungskammer gepresst. Dabei beginnt der Innenläufer in der Außenläuferkontur des Pumpenrades umzulaufen. Dadurch wird die Drehzahl des Pumpenrades gegenüber der Antriebsdrehzahl der Pumpenwelle "fein einstellbar" verringert.
Erfindungsgemäß ist auch, wenn eine der Andrückflächen an einem Gleitring angeordnet ist, welcher vom Exzenters pumpenlagerseitig beabstandet auf einem Lagerbund drehfest angeordnet ist.
Am Gleitring ist vorteilhafterweise ein an der Stirnseite des Lagerbundes anliegender Stützbund angeordnet.
An der Stützfläche des Gleitringes liegt erfindungsgemäß eine Widerlagerscheibe an die eine Relativbewegung zwischen der mit der Drehzahl des Pumpenrades umlaufenden Widerlagerscheibe und dem mit der Drehzahl der Pumpenwelle umlaufenden Gleitringes ermöglicht, so daß mittels der erfindungsgemäße Anordnung eine axiale Verschiebung des Pumpenrades auf der Pumpenwelle vermieden wird.
Darüber hinaus werden mittels der Widerlagerscheibe alle im Pumpenrad angeordneten Baugruppen gleichzeitig exakt miteinander verspannt, so dass diese funktionssicher als komplette Baugruppe fertigungstechnisch einfach, d.h. im fertig montierten Zustand auf der Pumpenwelle 3 angeordnet werden können.
In diesem Bewegungsbereich der Andruckplatte sind im Ringmantel des Pumpenrades Überströmnuten angeordnet die einem optimalen Kühlmittelaustausch dienen. Pumpenlagerseitig ist neben diesen Überströmnuten im Innenraum des Pumpenrades ein Anlagebund angeordnet an dem die drehfest im Pumpenrad angeordnete, den Gleitring nicht berührende Bimetallscheibe anliegt.
Diese ist erfindungsgemäß mit Durchströmbohrungen für das im Arbeitsbereich der Bimetallscheibe befindliche Kühlmittel versehen.
Mittels der Bimetallscheibe kann aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung über die Andruckplatte die Spaltbreite zwischen der Andruckplatte und dem Dichtsteg bzw. dem Dichtbund in Abhängigkeit von der jeweiligen Kühlmitteltemperatur variiert werden, so daß mit zunehmender Spaltbreite sich die zwischen den Verdrängungskammern umlaufende Kühlmittelmenge erhöht und dadurch das Mitnahmedrehmoment zwischen der Pumpenwelle und dem Pumpenrad sinkt.
Über die Dimensionierung des maximalen Verschiebeweges der Andruckplatte bis zu deren Anlage an der Andrückfläche des Gleitringes kann das minimale, drehzahlabhängige Mitnahmedrehmoment zwischen der Pumpenwelle und dem Pumpenrad vorgegeben werden.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit eine effektive Regelung des Antriebsdrehmomentes des Pumpenrades einer angetriebenen Kühlmittelpumpe bei hohem Wirkungsgrad und ermöglicht dadurch eine optimale Anpassung des Kühlmittelvolumenstromes an die Wärmebilanz des Motors.
Mittels dieser erfindungsgemäßen, verschleißfreien und störunanfälligen Lösung die eine sanfte, sehr exakte, stufenlos regelbare effektive Variation des Antriebsdrehmomentes des Pumpenrades einer angetriebenen Kühlmittelpumpe bei hohem Wirkungsgrad gewährleistet, kann die Warmlaufphase des Motors deutlich reduziert, und gleichzeitig die Schadstoffemission und die Reibungsverluste, wie auch der Kraftstoffverbrauch deutlich gesenkt werden.
Darüber hinaus ist mittels der erfindungsgemäßen Lösung bei minimiertem Bauraum eine hohe Funktions- und Betriebssicherheit über die gesamte Lebensdauer der Kühlmittelpumpe gewährleistet.
Zudem ist die erfindungsgemäße, optimal temperaturabhängig regelbare Lösung auch für die Nachrüstung von bereits existierenden Motorgenerationen geeignet.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen vorgestellt.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich neben dem Wortlaut der Ansprüche, auch in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, aus den nachfolgenden Erläuterungen zu den Ausführungsbeispielen.
Dabei zeigen :

Figur 1 :: eine Bauform der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe in der Vorderansicht;
Figur 2 :: die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe gemäß Figur 1 im Schnitt bei A-A;
Figur 3 :: Explosivdarstellung der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe nach Figur 1;
Figur 4 :: Schnitt durch das Pumpenrad 5 der erfindungsgemäßen, regelbaren Kühlmittelpumpe gemäß Figur 2 bei B-B;
Figur 5 :: die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe nach Figur 2 mit angepresster Andruckplatte 13;
Figur 6 :: die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe nach Figur 2 mit vollständig frei gegebener Anduckplatte 13.

In der Figur 1 ist eine Bauform der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe in der Vorderansicht, mit einem Lagergehäuse 2 und einem Pumpenrad 5, dargestellt.
Die Figur 2 zeigt nun diese erfindungsgemäß regelbare Kühlmittelpumpe nach Figur 1 im Schnitt bei A-A. Zur Verdeutlichung des Aufbaues der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe und zum besseren Verständnis der Figur 2 ist in der Figur 3 zudem eine Explosivdarstellung der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe nach Figur 1 dargestellt.
In einem Lagergehäuse 2 ist dabei ein Pumpenlager 1 angeordnet. In diesem Pumpenlager 1 ist eine angetriebenen Pumpenwelle 3 gelagert.
Zwischen dem Lagerraum und dem Pumpenraum ist eine Dichtung 4, vorzugsweise einer Gleitringdichtung angeordnet.
Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, daß das Pumpenrad 5 auf einer zwischen der Pumpenwelle 3 und dem Pumpenrad 5 angeordneten Lagerbuchse 6 frei drehbar gelagert ist.
Lagergehäuseseitig ist im Pumpenrad 5 ein mehrfach abgesetzter zylindrischer Innenraum mit einem Dichtbund 7 und einer diesem Dichtbund 7 benachbarten, einer Innenverzahnung ähnlichen, Außenläuferkontur 8 angeordnet.
Auf der Pumpenwelle 3 ist lagergehäuseseitig neben der Lagerbuchse 6 drehfest ein mit einem zylindrischen Lagerbund 9 und einen Dichtsteg 10 versehener Exzenter 11 angeordnet.
Auf diesem Exzenter 11 ist drehbar ein mit einer Außenverzahnung versehener Innenläufer 12 angeordnet der mit der Außenläuferkontur 8 im Pumpenrad 5 analog dem Wirkprinzip eines Gerotors zusammenzuwirken vermag
Auf dem Lagerbund 8 ist axial verschiebbar eine vom Dichtsteg 10 bis zum Dichtbund 7 reichende Andruckplatte 13 angeordnet.
Diese Andruckplatte 13 ist zwischen ihrer Anlage an Dichtsteg 10 und Dichtbund 7 sowie einer Andrückfläche 14 eines vom Dichtsteg 10 beabstandet auf dem Lagerbund 9 drehfest angeordneten Gleitringes 17 verschiebbar gelagert.
Am Gleitring 17 ist ein an der Stirnseite 15 des Lagerbundes 9 anliegenden Stützbundes 16 angeordnet.
Im Arbeitsbereich der Andruckplatte 13 sind im Ringmantel 18 des Pumpenrades 5 Überströmnuten 19 zum Kühlmittelaustausch angeordnet. Neben diesen Überströmnuten 19 ist lagerseitig im Innenraum des Pumpenrades 5 ein Anlagebund 20 angeordnet, an dem eine drehfest im Pumpenrad angeordnete, den Gleitring 17 nicht berührende, für das zu verdrängende Kühlmittel mit Durchströmbohrungen 21 versehene
Bimetallscheibe 22 anliegt.
Im Pumpenrad 5 ist der Bimetallscheibe 22 benachbart drehfest ein Distanzring 23 angeordnet, an dem eine mit Überströmbohrungen 24 für das Kühlmittel und einer Pumpenwellenbohrung 25 versehene Widerlagerscheibe 26 drehfest benachbart angeordnet ist.
Diese Widerlagerscheibe 26 liegt mit dem der Pumpenwellenbohrung 25 benachbarten Bereich an der der Andrückfläche 14 gegenüberliegenden Stützfläche 26 des Gleitringes 17 an, wobei sich der Widerlagerscheibe 26 benachbart, zu deren Lagesicherung im Pumpenrad 5, ein im Pumpenrad angeordneter Stützring 27 befindet.
Diese an der Stützfläche 26 des Gleitringes 17 anliegende Widerlagerscheibe 26 ermöglicht eine Relativbewegung zwischen der mit der Drehzahl des Pumpenrades 5 umlaufenden Widerlagerscheibe 26 und dem mit der Drehzahl der Pumpenwelle 3 umlaufenden Gleitring 17, so dass durch die vorgeschlagene erfindungsgemäße Anordnung eine axiale Verschiebung des Pumpenrades 5 auf der Pumpenwelle 3 vermieden wird.
Darüber hinaus werden mittels der Widerlagerscheibe 26 alle im Pumpenrad 5 angeordneten Baugruppen gleichzeitig exakt miteinander verspannt, so dass diese funktionssicher als komplette Baugruppe fertigungstechnisch einfach, d.h. im fertig montierten Zustand auf der Pumpenwelle 3 angeordnet werden können.
Die Figur 4 zeigt einen Schnitt durch das Pumpenrad 5 der erfindungsgemäßen, regelbaren Kühlmittelpumpe gemäß Figur 2 bei B-B mit der im Pumpenrad 5 angeordneten, einer Innenverzahnung ähnlichen Außenläuferkontur 8 und dem drehfest auf der Pumpenwelle 3 angeordneten Exzenter 11.
Auf diesem Exzenter 11 ist drehbar ein mit einer Außenverzahnung versehener Innenläufer 12 angeordnet der mit der Außenläuferkontur 8 analog dem Wirkprinzip eines Gerotors zusammenzuwirken vermag.
Von der Außenläuferkontur 8 und der Außenverzahnung des Innenläufers 12 werden die mit Kühlmittel gefüllten Verdrängungskammern 31 gebildet, welche erfindungsgemäß von der Andruckplatte mittels der Bimetallscheibe "variierbar abgedichtet" werden können und eine effektiven Regelung des Antriebsdrehmomentes des Pumpenrades 5 der angetriebenen Kühlmittelpumpe bei hohem Wirkungsgrad, und so eine optimale Anpassung des Kühlmittelvolumenstromes an die Wärmebilanz des Motors ermöglichen.
Die Figur 5 zeigt nun die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe nach Figur 2 mit einer bei heißem Kühlmittel von der Bimetallscheibe 22 erfindungsgemäß bis zur Anlage an Dichtbund 7 und Dichtsteg 10 angepressten Andruckplatte 13.
Diese so angepresste Andruckplatte 13 liegt aber auch gleichzeitig dicht am Innenläufer 12 an und unterbindet so den Flüssigkeitsaustausch zwischen den mit Kühlmittel gefüllten und von der Außenläuferkontur 8 und der Außenverzahnung des Innenläufers 12 gebildeten Verdrängungskammern. In diesem Betriebszustand, d.h. bei sehr heißem Kühlmittel entspricht die Drehzahl des Pumpenrades 5 annähernd der Antriebsdrehzahl der Pumpenwelle 3.
Mit abnehmender Kühlmitteltemperatur entlastet nun die Bimetallscheibe 22 die Andruckplatte 13.
In der Figur 6 ist die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe nach Figur 2 mit vollständig von der Bimetallscheibe 22 entlasteter Anduckplatte 13 dargestellt.
In diesem Betriebszustand wird ein Flüssigkeitsaustausch zwischen den mit
Kühlmittel gefüllten Verdrängungskammern möglich.
Über den sich öffnenden Spalt zwischen Dichtsteg 10, Seitenwand des Innenläufers 12 und Dichtbund 7 wird Kühlmittel von einer in die andere Verdrängungskammer gepresst, und die Andruckplatte 13 wird dabei so weit verschoben bis diese wieder an der Bimetallscheibe 22 anliegt. Dabei läuft der Innenläufer 12 in der Außenläuferkontur 8 des Pumpenrades 5 um.
Dadurch verringert sich die Drehzahl des Pumpenrades 5 gegenüber der Antriebsdrehzahl der Pumpenwelle 3.
Infolge der erfindungsgemäßen Lösung wird mittels der Bimetallscheibe 22 die Spaltbreite zwischen der Andruckplatte 13, dem Dichtsteg 10, der Seitenwand des Innenläufers 12 und dem Dichtbund 7 in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur exakt und sanft, stufenlos geregelt.
Mit zunehmender Spaltbreite erhöht sich dabei das zwischen den Verdrängungskammern umlaufende Kühlmittel, wodurch das Mitnahmedrehmoment zwischen der Pumpenwelle 3 und dem Pumpenrad 5 sinkt.
Durch die Dimensionierung des maximalen Verschiebeweg der Andruckplatte 13 bis zur Anlage an der Andrückfläche 14 des Gleitringes 17 wird das minimale, drehzahlabhängige Mitnahmedrehmoment zwischen der Pumpenwelle 3 und dem Pumpenrad 5 eingestellt.
Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet somit eine effektiven Regelung des Antriebsdrehmomentes des Pumpenrades 5 der angetriebenen Kühlmittelpumpe bei hohem Wirkungsgrad und somit eine optimale Anpassung des Kühlmittelvolumenstromes an die Wärmebilanz des Motors.
Dabei ermöglicht diese mit einer Bimetallscheibe 22 versehene Bauform aber auch das Nachrüsten von bereits existierenden Motorgenerationen mit der erfindungsgemäßen Lösung.
Wesentlich ist aber auch, dass sowohl in der Lagerbohrung 28 des Pumpenrades 5, als auch im Lagersitz 29 des Exzenters 11 eine Zirkulationsnut 30 angeordnet ist.
Dadurch wird stets eine optimale Schmierung und Kühlung der Dichtung 4, d.h. des in der Figur 6 dargestellten Dichtringes gewährleistet.
Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen eine angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore zu entwickeln, die kühlmitteltemperaturabhängig exakt und sanft, stufenlos geregelt werden kann, dabei verschleißunanfällig und störunanfällig ist, und bei hohem Wirkungsgrad eine optimale, sehr exakt geregelte Anpassung des Kühlmittelvolumenstromes an die Wärmebilanz des Motors ermöglicht, dadurch die Warmlaufphase des Motors deutlich reduziert, die Schadstoffemissionen wie auch gleichzeitig die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch gesenkt, sowie bei minimiertem Bauraum eine hohe Funktions- und Betriebssicherheit über die gesamte Lebensdauer gewährleistet, wobei die erfindungsgemäße Lösung infolge ihrer kompakten, zuverlässigen und hochfunktionalen Bauweise auch sehr gut für die Nachrüstung von bereits existierenden Motorgenerationen geeignet ist, damit auch bei diesen Motoren die vorgenannten Vorteile des Einsatzes der erfindungsgemäßen Lösung voll zum Tragen kommen.

Bezugszeichenzusammenstellung

1: Pumpenlager
2: Lagergehäuse
3: Pumpenwelle
4: Dichtung
5: Pumpenrad
6: Lagerbuchse
7: Dichtbund
8: Außenläuferkontur
9: Lagerbund
10: Dichtsteg
11: Exzenter
12: Innenläufer
13: Andruckplatte
14: Andrückfläche
15: Stirnseite
16: Stützbund
17: Gleitring
18: Ringmantel
19: Überströmnuten
20: Anlagebund
21: Durchströmbohrungen
22: Bimetallscheibe
23: Distanzring
24: Überströmbohrungen
25: Pumpenwellenbohrung
26: Widerlagerscheibe
27: Stützring
28: Lagerbohrung
29: Lagersitz
30: Zirkulationsnut
31: Verdrängungskammer

Claims

Regelbare Kühlmittelpumpe mit einer in einem Pumpenlager (1) im Lagergehäuse (2) gelagerten, angetriebenen Pumpenwelle (3), einer den Lagerraum vom Pumpenraum abdichtenden Dichtung (4), vorzugsweise einer Gleitringdichtung, und einem frei drehbar auf einem Gleitlager der Pumpenwelle (3) angeordneten Pumpenrad (5) welches durch eine auf der Pumpenwelle (3) angeordnete Kupplung in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Pumpenrad (5) ein mehrfach abgesetzter zylindrischer Innenraum mit Dichtbund/en (7) und diesem/diesen Dichtbund/en (7) benachbart, eine einer Innenverzahnung ähnliche Außenläuferkontur (8) angeordnet ist, wobei auf der Pumpenwelle (3) neben dem Gleitlager für das Pumpenrad (5) drehfest ein mit einem/zwei zylindrischen Lagerbund/en (9) und einem/zwei Dichtsteg/en (10) versehener Exzenter (11) angeordnet ist, auf dem drehbar ein mit einer Außenverzahnung versehener Innenläufer (12) angeordnet ist, der mit der Außenläuferkontur (8) im Pumpenrad (5) analog dem Wirkprinzip einer Gerotorpumpe als Kupplung zusammenzuwirken vermag, wobei auf dem/den Lagerbunden (8) ein- bzw. beidseitig des Exzenters (11) axial verschiebbar jeweils eine vom jeweiligen Dichtbund (7) bis zum jeweils zugeordneten Dichtsteg (10) reichende Andruckplatte (13) angeordnet ist, welche zwischen ihrer jeweiligen Anlage an dem Dichtsteg (10) und dem Dichtbund (7) und einer vom jeweiligen Dichtsteg (10) beabstandeten, auf dem zugeordneten Lagerbund (9) angeordneten Andrückfläche (14) verschiebbar gelagert ist/sind, wobei an der dem Exzenter (11) abgewandten Seite der Andruckplatte/n (13) jeweils eine drehfest im Pumpenrad (5) angeordnete Bimetallscheibe (22) benachbart befestigt ist, und wobei im Arbeitsbereich der Andruckplatte/n (13) im Ringmantel (18) des Pumpenrades (5) Überströmnuten (19) angeordnet sind.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Lagerbund (8) axial verschiebbar angeordnete, vom Dichtsteg (10) bis zum Dichtbund (7) reichende Andruckplatte (13) zwischen ihrer Anlage an dem Dichtsteg (10) und dem Dichtbund (7) und einer Andrückfläche (14) eines vom Dichtsteg (10) beabstandet, drehfest auf dem Lagerbund (9) angeordneten, mit einem an der Stirnseite (15) des Lagerbundes (9) anliegenden Stützbund (16) versehenen Gleitring (17) verschiebbar gelagert ist, wobei in diesem Bewegungsbereich der Andruckplatte (13) in einem Ringmantel (18) des Pumpenrades (5) Überströmnuten (19) angeordnet sind, und lagerseitig neben diesen Überströmnuten (19) im Innenraum des Pumpenrades (5) ein Anlagebund (20) angeordnet ist, an dem die drehfest im Pumpenrad (5) angeordnete, den Gleitring (17) nicht berührende, mit Durchströmbohrungen (21) versehene Bimetallscheibe (22) anliegt.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Pumpenrad (5), der Bimetallscheibe (22) benachbart ein Distanzring (23) drehfest angeordnet ist, an dem eine mit Überströmbohrungen (24) und einer Pumpenwellenbohrung (25) versehene Widerlagerscheibe (26) im Pumpenrad (5) drehfest angeordnet ist, die mit einem der Pumpenwellenbohrung (25) benachbarten Bereich an einer der Andrückfläche (14) gegenüberliegenden Stützfläche des drehfest auf dem Lagerbund (9) des Exzenters (11) angeordneten Gleitringes (17) anliegt, wobei der Widerlagerscheibe (26) im Pumpenrad (5) benachbart ein Stützring (27) angeordnet ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl in einer Lagerbohrung (28) des Pumpenrades (5), als auch in einem Lagersitz (29) des Exzenters (11) eine Zirkulationsnut (30) angeordnet ist.