EP2392828A2 - Abdichtung für eine regelbare Kühlmittelpumpe - Google Patents

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EP2392828A2
EP2392828A2 EP11163109A EP11163109A EP2392828A2 EP 2392828 A2 EP2392828 A2 EP 2392828A2 EP 11163109 A EP11163109 A EP 11163109A EP 11163109 A EP11163109 A EP 11163109A EP 2392828 A2 EP2392828 A2 EP 2392828A2
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EP
European Patent Office
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sealing element
coolant pump
impeller
pump according
controllable coolant
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EP11163109A
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English (en)
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Markus Popp
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0027—Varying behaviour or the very pump
    • F04D15/0038—Varying behaviour or the very pump by varying the effective cross-sectional area of flow through the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/16—Sealings between pressure and suction sides
    • F04D29/165—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/167—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for liquid pumps of a centrifugal flow wheel

Definitions

  • the invention relates to a controllable coolant pump for a cooling circuit of an internal combustion engine, which comprises a pump housing in which a roller-mounted hollow shaft is inserted, which connects a drive wheel with an impeller.
  • the impeller associated with a suction chamber includes an axially displaceable guide plate, with which a delivery volume of the coolant pump can be influenced.
  • the guide plate is connected via a guided in the hollow shaft push rod with an adjustment.
  • Radial centrifugal pumps are preferably used as coolant pumps for internal combustion engines. After a start of the internal combustion engine, it is advantageous to avoid a forced circulation of the coolant in order to reach the operating temperature as quickly as possible.
  • To influence the delivery volume of coolant pumps it is known to vary the input speed of the impellers or to use a control or regulating valve in the coolant circuit in front of or behind the coolant pump. By regulating the delivery volume, the warm-up phase of the internal combustion engine can be shortened and at the same time friction losses and emission values can be reduced.
  • a radial pump in which by means of a vane arranged on the axially displaceable slide the delivery volume can be controlled.
  • the control of the slide between an open position and closed position by turning a thread-like guide that moves the slide axially.
  • the DE 10 2004 054 637 A1 discloses a controllable coolant pump in which a valve with associated valve slide within the pump housing by a magnetic coil between two end positions is displaceable.
  • a controllable coolant pump comprises a magnetic coil, which cooperates with an armature disc which is rotationally fixed, but is arranged displaceably on the drive shaft in a spring-loaded manner. Due to friction linings, via which the impeller is connected to the armature disk, there is a drive of the impeller when the magnet is de-energized.
  • the invention has for its object to arrange a baffle for a controllable coolant pump so that the coolant pump promotes no coolant, a zero promotion is feasible.
  • the invention provides that between the cover plate and the baffle a sealing element is provided.
  • the sealing element is arranged so that an effective seal between the components, the cover plate and the baffle adjusts and further forms an annular gap between these components by an elastic deformation of the sealing element.
  • Deviating from previous solutions - adjustment of the volume flow via the gap dimensions between the cover plate and the guide plate in the closed state - this measure can advantageously achieve a specific zero volume flow in all operating ranges of the internal combustion engine.
  • the elastic sealing element advantageously compensates for production-related or thermal expansion occurring tolerances of the mutually supported components.
  • the inventively completely sealed annular gap avoids the circulation of the not yet operational coolant after a start of the internal combustion engine.
  • the shortened cold-running phase and faster achievement of the operating temperature reduces the period for heating the passenger compartment, reduces friction and thus results in energy savings.
  • the elastic sealing element is arranged in the largest diameter range of the cover plate.
  • the sealing element is sealingly supported on the guide plate.
  • the sealing element can be arranged, for example, in an end-side groove or an outer stepped region of the conically widened section of the cover disk.
  • the sealing element encloses the conical portion of the cover plate on the outside. Furthermore, it makes sense to use the sealing element in an aligned to the cover plate outer gradation of the conically expanded portion.
  • the sealing element or the seal is preferably designed as a multi-component injection molded part.
  • a material for the sealing element a highly elastic, wear-resistant plastic is preferably provided.
  • the invention includes a reinforced sealing element, in which the reinforcement, for example, is pressed into a groove of the cover plate and vulcanized onto a sealing material.
  • a coolant pump 1 shown in a longitudinal section, shows the FIG. 1 ,
  • the structure comprises a pump housing 2, in which a hollow shaft 3 is roller-mounted and the impeller 4 with a in FIG. 1 not shown drive wheel connects.
  • the coolant flows axially via a suction chamber 5 to the impeller 4 and is directed radially via the wings 6 in an annular channel 7.
  • a cover plate 8 of the coolant pump 1 forms a transition region to the suction chamber 5.
  • the impeller 4 is associated with an axially displaceable guide plate 9.
  • the guide plate 9 is fixed in position on a guided in the hollow shaft 3 push rod 10, which at the end facing away from the impeller 4 with an in Fig.
  • FIG. 1 not shown adjusting, in particular an electromagnet is in operative connection.
  • the adjusting the baffle 9 is adjustable between the end positions or any intermediate positions.
  • the guide plate 9 supported in an end position directly on the impeller 4.
  • the baffle 9 blocks an inlet 11 and thus a coolant inlet into the annular channel 7.
  • a sealing element 14 provided.
  • the preferably designed as an elastic seal sealing element 14 is disposed in a largest peripheral region of the cover plate 8 and supported directly on the guide plate 9.
  • Another end position which simultaneously allows a maximum delivery volume of the coolant pump 1, adjusts itself when the guide plate 9 abuts the rear wall 12 of the impeller 4.
  • FIGS. 2 and 3 make clear the installation position and effect of the sealing element 14.
  • Die FIG. 2 shows the sealing element 14, which is almost line-touched over an outer portion without elastic deformation on the cover plate 8 is supported.
  • This illustration illustrates a matching aligned position between the course of an inner wall 16 of the conical widened portion 15 of the cover plate 8 and the sealing element 14, which advantageously takes no negative influence on the flow of coolant when the coolant pump 1 is open.
  • the sealing element 14 is inserted in an end-side outside gradation 17 of the portion 15 of the cover plate 8 and thereby fixed positively and / or cohesively.
  • FIG. 3 shows the radially outwardly elastically deformed sealing element 14 in the operating position, to realize a zero promotion of the coolant pump 1.
  • the adaptability to the surrounding construction as well as the possibility of compensation for manufacturing and / or temperature tolerances of the sealing element 14 is clear, at least according to Radial deformation allows a length compensation according to the dimension S.
  • the shows Fig. 3 that due to the elastic deformation of the sealing element 14 at the same time a gap 18 sealed between the housing 2 and the cover plate 8.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe (1) für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (2), in dem eine wälzgelagerte Hohlwelle (3) eingebracht ist, die ein Antriebsrad mit einem Flügelrad (4) verbindet. Mittels einer Rotation des Flügelrades (4) wird Kühlmittel über einen Saugraum (5), der der Deckscheibe (8) vorgelagert ist angesaugt und über Flügel (6) des Flügelrades (4) in einen Ringkanal (7) des Pumpengehäuses (2) gefördert. Über ein axial verschiebbares, dem Flügelrad (4) zugeordnetes Leitblech (9) ist das Fördervolumen beeinflussbar. Das Leitblech (9) ist drehstarr mit einer in der Hohlwelle (3) geführten, mit einer Verstelleinheit zusammenwirkenden Schubstange (10) verbunden. Zur Abdichtung eines sich zwischen dem Leitblech (9) und der Deckscheibe (8) bildenden Ringspaltes (13) ist ein Dichtelement (14) vorgesehen.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Gegenstand der Erfindung ist eine regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, die ein Pumpengehäuse umfasst, in dem eine wälzgelagerte Hohlwelle eingebracht ist, die ein Antriebsrad mit einem Flügelrad verbindet. Das mit einem Saugraum in Verbindung stehende Flügelrad schließt ein axial verschiebbares Leitblech ein, mit dem ein Fördervolumen der Kühlmittelpumpe beeinflusst werden kann. Dazu ist das Leitblech über eine in der Hohlwelle geführte Schubstange mit einer Verstelleinheit verbunden.
  • Bevorzugt werden Radial-Kreiselpumpen als Kühlmittelpumpen für Brennkraftmaschinen eingesetzt. Nach einem Start der Brennkraftmaschine ist es von Vorteil, eine zwangsweise Zirkulation des Kühlmittels zu vermeiden, um möglichst kurzfristig die Betriebstemperatur zu erreichen. Zur Einflussnahme auf das Fördervolumen von Kühlmittelpumpen ist es bekannt, die Antriebsdrehzahl der Flügelräder zu variieren oder im Kühlmittelkreislauf vor oder hinter der Kühlmittelpumpe ein Steuer- oder Regelventil einzusetzen. Durch die Regelung des Fördervolumens kann die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine verkürzt und gleichzeitig können Reibungsverluste sowie Emissionswerte reduziert werden.
  • Aus der US 1 813 747 A ist eine Radialpumpe bekannt, bei der mittels eines am Flügelrad angeordneten, in axialer Richtung verschiebbaren Schiebers das Fördervolumen geregelt werden kann. Die Regelung des Schiebers zwischen einer Öffnungsstellung und Schließstellung erfolgt durch Verdrehen einer gewindeartigen Führung, die den Schieber axial verstellt.
  • Die DE 10 2004 054 637 A1 offenbart eine regelbare Kühlmittelpumpe, bei der ein Ventil mit zugehörigem Ventilschieber innerhalb des Pumpengehäuses durch eine Magnetspule zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist.
  • Gemäß der DE 100 57 098 C1 umfasst eine regelbare Kühlmittelpumpe eine Magnetspule, welche mit einer Ankerscheibe zusammenwirkt, die drehfixiert, jedoch federbelastet verschiebbar auf der Antriebswelle angeordnet ist. Bedingt durch Reibbeläge, über die das Flügelrad mit der Ankerscheibe verbunden ist, erfolgt bei stromlosem Magnet ein Antrieb des Flügelrades.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine regelbare Kühlmittelpumpe ein Leitblech so anzuordnen, dass die Kühlmittelpumpe kein Kühlmittel fördert, eine Nullförderung realisierbar ist.
  • Zur Sicherstellung einer Nullförderung im geschlossenen Zustand des Leitblechs ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen der Deckscheibe und dem Leitblech ein Dichtelement vorgesehen ist. Das Dichtelement ist dabei so angeordnet, dass sich eine wirksame Abdichtung zwischen den Bauteilen, der Deckscheibe und dem Leitblech einstellt und weiterhin durch eine elastische Verformung des Dichtelementes sich kein Ringspalt zwischen diesen Bauteilen bildet. Mit dieser Maßnahme kann abweichend zu bisherigen Lösungen - Einstellung des Volumenstroms über die Spaltmaße zwischen der Deckscheibe und dem Leitblech im geschlossenen Zustand - vorteilhaft ein konkreter Null-Volumenstrom in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine erreicht werden. Das elastische Dichtelement kompensiert vorteilhaft fertigungsbedingte oder durch Wärmedehnung auftretende Toleranzen der gegeneinander abgestützten Bauteile. Der erfindungsgemäß vollständig abgedichtete Ringspalt vermeidet nach einem Start der Brennkraftmaschine die Zirkulation des noch nicht betriebswarmen Kühlmittels. Die damit verkürzte Kaltlaufphase und schnellere Erreichung der Betriebstemperatur verringert den Zeitraum zur Beheizung des Fahrgastraums, reduziert die Reibung und bewirkt folglich eine Energieeinsparung.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 7.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Abdichtung des sich einstellenden Ringspaltes das elastische Dichtelement im größten Durchmesserbereich der Deckscheibe angeordnet ist. Bei geschlossener Kühlmittelpumpe ist das Dichtelement dichtend an dem Leitblech abgestützt.
  • Das Dichtelement kann dazu bspw. in einer stirnseitigen Nut oder einem äußeren gestuften Bereich des konisch aufgeweiteten Abschnitts der Deckscheibe angeordnet werden. Gemäß einer alternativen Anordnung umschließt das Dichtelement den konischen Abschnitt der Deckscheibe außenseitig. Weiterhin bietet es sich an, das Dichtelement in einer zur Deckscheibe ausgerichteten äußeren Abstufung des konisch aufgeweiteten Abschnitts einzusetzen.
  • Unabhängig von der Einbaulage und der Befestigung des Dichtelementes ist dieses bei geöffneter Kühlmittelpumpe, fluchtend zu einer inneren Wandung der Deckscheibe angeordnet. Folglich stellt sich durch das Dichtelement weder eine nachteiliger Strömungswiderstand noch eine Strömungsbeeinflussung ein.
  • Das Dichtelement bzw. die Dichtung ist bevorzugt als ein Mehrkomponenten-Spritzgussteil ausgeführt. Als Werkstoff für das Dichtelement ist vorzugsweise ein hochelastischer, verschleißfester Kunststoff vorgesehen. Alternativ zu einem einteiligen Aufbau schließt die Erfindung ein armiertes Dichtelement ein, bei dem die Armierung bspw. in einer Nut der Deckscheibe eingepresst und an einem Dichtwerkstoff anvulkanisiert ist.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    in einer Schnittansicht den Aufbau einer erfindungsgemäß gestalteten Kühlmittelpumpe;
    Fig. 2
    in einer vergrößerten Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 1, der die Einbaulage der Abdichtung verdeutlicht;
    Fig. 3
    eine der Figur 2 entsprechende Darstellung, bei der die Abdichtung elastisch verformt ist.
    Detailierte Beschreibung der Zeichnungen
  • Eine Kühlmittelpumpe 1, dargestellt in einem Längsschnitt, zeigt die Figur 1. Der Aufbau umfasst ein Pumpengehäuse 2, in dem eine Hohlwelle 3 wälzgelagert ist und die ein Flügelrad 4 mit einem in Figur 1 nicht abgebildeten Antriebsrad verbindet. Im Betriebszustand der Kühlmittelpumpe 1 strömt das Kühlmittel axial über einen Saugraum 5 zu dem Flügelrad 4 und wird radial über die Flügel 6 in einen Ringkanal 7 geleitet. Eine Deckscheibe 8 der Kühlmittelpumpe 1 bildet einen Übergangsbereich zu dem Saugraum 5. Zur Beeinflussung des Fördervolumens der Kühlmittelpumpe 1 ist dem Flügelrad 4 ein axial verschiebbares Leitblech 9 zugeordnet. Das Leitblech 9 ist an einer in der Hohlwelle 3 geführten Schubstange 10 lagefixiert, die an dem vom Flügelrad 4 abgewandten Ende mit einer in Fig. 1 nicht abgebildeten Verstelleinheit, insbesondere einem Elektromagnet in Wirkverbindung steht. Über die Verstelleinheit ist das Leitblech 9 zwischen den Endstellungen bzw. beliebigen Zwischenstellungen einstellbar. Gemäß Figur 1 ist des Leitblechs 9 in einer Endstellung unmittelbar an dem Flügelrad 4 abgestützt. In dieser Position sperrt das Leitblech 9 einen Eintritt 11 und damit einen Kühlmitteleintritt in den Ringkanal 7. Zur Erreichung einer Nullförderung der Kühlmittelpumpe 1 in dieser Position des Leitblechs 9 ist zur Abdichtung eines sich zwischen der Deckscheibe 8 und dem Leitblech 9 bildenden Ringspaltes 13 ein Dichtelement 14 vorgesehen. Das bevorzugt als eine elastische Dichtung ausgeführte Dichtelement 14 ist in einem größten Umfangsbereich der Deckscheibe 8 angeordnet und unmittelbar an dem Leitblech 9 abgestützt. Eine weitere Endstellung, die gleichzeitig ein maximales Fördervolumen der Kühlmittelpumpe 1 ermöglicht, stellt sich ein bei Anlage des Leitblechs 9 an der Rückwand 12 des Flügelrades 4.
  • Die Figuren 2 und 3 verdeutlichen die Einbaulage und Wirkung des Dichtelementes 14. Die Figur 2 zeigt das Dichtelement 14, das über einen äußeren Abschnitt nahezu linienberührt ohne eine elastische Verformung an der Deckscheibe 8 abgestützt ist. Diese Darstellung verdeutlicht eine übereinstimmende fluchtende Lage zwischen dem Verlauf einer inneren Wandung 16 des konisch aufgeweiteten Abschnitts 15 der Deckscheibe 8 und des Dichtelementes 14, die vorteilhaft keinen negativen Einfluss auf die Kühlmittelströmung bei geöffneter Kühlmittelpumpe 1 nimmt. Das Dichtelement 14 ist dabei in einer stirnseitigen außenseitigen Abstufung 17 von dem Abschnitt 15 der Deckscheibe 8 eingesetzt und dabei formschlüssig und / oder stoffschlüssig fixiert.
  • Die Figur 3 zeigt das radial nach außen elastisch verformte Dichtelement 14 in der Betriebsstellung, zur Realisierung einer Nullförderung der Kühlmittelpumpe 1. Dabei wird die Anpassungsfähigkeit an die Umgebungskonstruktion sowie die Möglichkeit einer Kompensation von fertigungs- und / oder temperaturbedingten Toleranzen des Dichtelementes 14 deutlich, das zumindest entsprechend der radialen Verformung einen Längenausgleich entsprechend dem Maß S ermöglicht. Weiterhin zeigt die Fig. 3 dass bedingt durch die elastische Verformung des Dichtelementes 14 gleichzeitig ein Spaltmaß 18 zwischen dem Gehäuse 2 und der Deckscheibe 8 abgedichtet.
    • Bezugsziffern
    • 1
    Kühlmittelpumpe
    2
    Pumpengehäuse
    3
    Hohlwelle
    4
    Flügelrad
    5
    Saugraum
    6
    Flügel
    7
    Ringkanal
    8
    Deckscheibe
    9
    Leitblech
    10
    Schubstange
    11
    Eintritt
    12
    Rückwand
    13
    Ringspalt
    14
    Dichtelement 15 Abschnitt 16 Wandung
    17
    Abstufung 18 Spaltmaß

Claims (7)

  1. Regelbare Kühlmittelpumpe (1) für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (2), in dem eine wälzgelagerte Hohlwelle (3) eingebracht ist, die ein Antriebsrad mit einem Flügelrad (4) verbindet, welches einem Saugraum (5) zugeordnet ist und eine Rotation des Flügelrades (4) das Kühlmittel über eine dem Saugraum (5) vorgelagerte Deckscheibe (8) ansaugt und über Flügel (6) des Flügelrades (4) in einen Ringkanal (7) des Pumpengehäuses (2) fördert, wobei ein axial verschiebbares, dem Flügelrad (4) zugeordnetes Leitblech (9) das Fördervolumen beeinflusst, wobei das drehstarr mit einer in der Hohlwelle (3) geführten Schubstange (10) verbundene Leitblech (9) mit einer Verstelleinheit zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung eines sich zwischen dem Leitblech (9) und der Deckscheibe (8) bildenden Ringspaltes (13) ein Dichtelement (14) vorgesehen ist.
  2. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im größten Durchmesserbereich der Deckscheibe (8) das elastische Dichtelement (14) integriert ist, dass bei geschlossener Kühlmittelpumpe dichtend an dem Leitblech (9) abgestützt ist.
  3. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (14) einen konisch aufgeweiteten Abschnitts (15) der Deckscheibe (8) außenseitig umschließt.
  4. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (14) in einer zur Deckscheibe (8) ausgerichteten äußeren Abstufung (17) des konisch aufgeweiteten Abschnitt (15) der Deckscheibe (8) eingesetzt ist.
  5. Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Zustand der geöffneten Kühlmittelpumpe (1), bei dem das Leitblech (9) zumindest versetzt zur Deckscheibe (8) positioniert ist, das Dichtelement (14) mit einer inneren Wandung (16) der Deckscheibe (8) fluchtend angeordnet ist.
  6. Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Dichtelement (14) eine als Mehrkomponenten- Spritzgussteil ausgeführte Dichtung vorgesehen ist.
  7. Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für das Dichtelement (14) ein Elastomer vorgesehen ist.
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