EP2406498A1 - Regelbare kühlmittelpumpe - Google Patents

Regelbare kühlmittelpumpe

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EP2406498A1
EP2406498A1 EP10712884A EP10712884A EP2406498A1 EP 2406498 A1 EP2406498 A1 EP 2406498A1 EP 10712884 A EP10712884 A EP 10712884A EP 10712884 A EP10712884 A EP 10712884A EP 2406498 A1 EP2406498 A1 EP 2406498A1
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EP
European Patent Office
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pump
pump housing
controllable
coolant
bearing
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EP10712884A
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English (en)
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EP2406498B1 (de
Inventor
Eugen Schmidt
Toni Steiner
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Nidec GPM GmbH
Original Assignee
Gerate- und Pumpenbau GmbH
Geraete und Pumpenbau GmbH
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Publication date
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Publication of EP2406498B1 publication Critical patent/EP2406498B1/de
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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
    • F04D3/00—Axial-flow pumps
    • 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
    • F04D15/0005—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by using valves
    • F04D15/0022—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by using valves throttling valves or valves varying the pump inlet opening or the outlet opening
    • 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
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/586—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps

Definitions

  • the invention relates to a controlled via a pulley controllable coolant pump for internal combustion engines in the design of a controllable axial pump.
  • centrifugal pumps designed as radial pumps are used, in which the coolant flowing axially into an impeller is deflected in the radial direction.
  • Controllable coolant pumps in the design of controllable radial pumps are described, for example, in DE 10 2007 022 189 A1 as well as in US Pat
  • Coolant pump after failure of the control are guaranteed.
  • the axial pumps with suction-side throttling (such as, for example, the design presented in DE 102 07 653 C1) have shown that they are in need of improvement in terms of flow technology, since they are reinforced
  • the coolant pump designed as a controllable axial pump has a driven by a toothed belt pulley
  • Hollow shaft on which rotatably a plurality of rotor blades are arranged such that their angle of attack arranged over a within the hollow shaft
  • Mechanism of action can be adjusted mechanically.
  • Control element which can be controlled electrically, electronically, hydraulically or pneumatically.
  • Timing pulley driven controllable axial pump which can be
  • Coolants are flowed through to bring the exhaust gas temperature as fast as possible to the desired level.
  • the invention is therefore based on the object to develop a driven via a pulley controllable coolant pump in the design of a controllable axial pump for internal combustion engines, which avoids the aforementioned disadvantages of the prior art and allows active control of the coolant flow on the one hand by "zero leakage"
  • the novel design transmit a high torque with minimum volume, ensure continued functioning of the coolant pump (fail-safe) in case of failure of the control, and also on the maximum temperature load for the electrical components or the electronic component nts be independent and thereby by a very compact, manufacturing and assembly technology Distinguish simple, cost-effective and robust design, as well as avoid cavitation phenomena and turbulence of the flow rate, have high efficiency and ensure high reliability and reliability with very long service life even with loaded with dirty cargo
  • this object is achieved by a controllable coolant pump driven by a pulley in the design of a 'controllable axial pump for internal combustion engines according to the features of the independent claim 1 of the invention.
  • Figure 1 the inventive driven via a pulley variable coolant pump in the design of an axial flow pump with a pneumatic actuator 33, in the side view, in section;
  • Figure 2 the inventive driven via a pulley controllable coolant pump in the design an axial pump with a linear motor 30 used as an actuator 21, in the side view, in section.
  • FIG. 1 shows a possible variant of the invention, driven via a pulley controllable coolant pump in the design of an axial flow pump with a used for controlling the flow rate as actuator 21 Pneumatikaktuator 33 (in side view, in section).
  • a pulley 5 is rotatably supported by a pump bearing 4 on a pump housing 1 with a flow inlet opening 2 and a flow outlet opening 3.
  • a pump shaft 6 is connected to an axial blade 7 is also arranged rotationally fixed.
  • a stator 8 is rotatably arranged according to the invention, in which a bearing receptacle 9 for a second bearing 10 of the pump shaft 6 is located.
  • this bearing 10 is a sliding bearing in which the pump shaft 6 is mounted with its pulley 5 opposite pump shaft end.
  • this arrangement causes an optimal, uniform, turbulence-free "flow around" the (provided on the stator 8) cylinder jacket Abströmleitkegels 14 at maximum throughput and minimal pressure loss is ensured in the pump interior, which is an essential condition for optimal control of the flow represents the coolant pump according to the invention.
  • a valve working chamber 16 is arranged, in which the provided with a ring land 15 Abströmleitkegel 14 of the stator 8 protrudes, wherein on the pump housing 1, the bearing point of the pump bearing 4 in the flow direction opposite, a piston rod guide 17 with an actuator mounting flange 18th is arranged.
  • a piston rod 19 projecting into the pump housing 1 is displaceably mounted in this piston rod guide 17, wherein an actuator 21, which effects a linear displacement of the piston rod 19 and is provided with a return device 20, acts on the end region of the piston rod 19 located outside the pump housing 1 arranged on the pump housing 1 Aktuatorbefest Trentsflansch 18 is arranged.
  • the pump housing 1 is designed in such a multi-part, that a versor with the Aktuatorbefest Trentsflansch 18 rear area of the pump housing 1 is flanged to a "still" provided with the valve working space 16 front portion of the pump housing 1.
  • a sliding work chamber 16 is displaceably arranged linearly with an outflow guide 23, an outflow opening 24 and sealingly engaged in operative connection with the annular web 15 on the outflow guide cone 14 of the guide wheel 8 Ring groove 25 provided axial slide 22 is attached.
  • an active control of the coolant flow rate is enabled by means of this arrangement, which on the one hand by "zero leakage", ie ensured on the annular web 15 of the stator 8 sealingly applied annular groove 25 of the axial slide 22, optimum heating of the engine, and on the other hand Heating of the engine, by a defined displacement of the axial slide 22 in the valve working chamber 16 of the pump housing 1, the engine temperature in continuous operation is able to influence exactly so that in the entire working range of the engine, both the pollutant emission as well as the friction losses and fuel consumption can be significantly reduced.
  • the spring element arranged in the actuator 21 in the form of a compression spring as the return device 20 ensures that the coolant pump (fail-safe) continues to function if the control fails.
  • this solution according to the invention is independent of the maximum temperature load for the electrical components or the electronic components, since no electrical components or electronic components that come into contact with the delivery volume flow are used inside the pump.
  • the flow defined influencing assemblies (such as the Vorleitrad 12 with the inflow cone 13, the Axialschaufelrad 7, the stator 8 with Abströmleitkegel 14 and the axial slide 22 with the Ausströmleitkontur 23 and the outflow opening 24) their entirety, that in the coolant pump according to the invention cavitation phenomena as well as turbulence of the delivery volume flow are avoided, and that the coolant pump according to the invention has a high efficiency.
  • the proposed arrangement according to the invention due to its robust construction, ensures that even with a load of coolant laden with coolant, a high level of operational safety and reliability is ensured over a very long service life.
  • this spacer bar 36 ensures, with the guide wheel 12 resting against the outer jacket 35 of the guide wheel 8, a free run of the axial blade wheel 7.
  • the preliminary guide wheel 12 (for example made of plastic) is pushed into the front region of the pump housing 1 until it engages with the guide wheel installation web 34, so that after assembly of the axial blade wheel 7 the guide wheel 12 is pushed in by the pressing in of the outer jacket 35 of the stator 8 in the pump housing 1 (by the arranged on the outer casing 35 of the stator 8 distance web 36) is secured axially in position.
  • the radial securing is taken over by latching lugs which come into operative connection with one another and which are arranged on the components to be joined together.
  • a feed flange 26 and a drain flange 27 are arranged on the pump housing 1, which are arranged "angled" with respect to the valve working chamber 16 arranged in the pump housing 1.
  • seals 31 and leakage outlet openings 32 are arranged to ensure high reliability.
  • Pulley driven controllable coolant pump in the design of an axial pump in the side view shown in section.
  • Axial slider 22, a linear motor 30 is used.
  • inventive controllable coolant pump is used in particular when in the respective vehicle type (in which the coolant pump according to the invention is to be used) no
  • Vacuum is present, or if the existing negative pressure is insufficient to move the axial slide 22 functionally reliable.
  • Linear motor 30 is a further functioning of the coolant pump in case of failure of the control (fail-safe) thereby ensures that the spindle pitch as
  • Resetting device in the linear motor 30 acts.

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  • Thermal Sciences (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore in der Bauform einer regelbaren Axialpumpe. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe in der Bauform einer regelbaren Axialpumpe für Verbrennungsmotore zu entwickeln, welche eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge ermöglicht um einerseits durch "Null-Leckage" eine optimale Erwärmung des Motors zu gewährleisten und um andererseits nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb exakt so zu beeinflussen, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können, dabei soll die neuartige Bauform bei minimalem Bauvolumen ein hohes Drehmoment übertragen, sich durch eine sehr kompakte, fertigungs- und montagetechnisch einfache, kostengünstige und robuste Bauform auszeichnen, wie auch Kavitationserscheinungen und Verwirbelungen des Förderyolumenstromes vermeiden, sowie selbst bei mit Schmutzfracht beladenem Kühlmittel eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei sehr langer Lebensdauer gewährleisten. Die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass drehfest im Pumpengehäuse (1) ein Leitrad (8) angeordnet ist, an dem in Richtung der Strömungsaustrittsöffnung (3) ein Abströmleitkegel (14) mit einem Ringsteg (15) angeordnet ist, wobei im Pumpengehäuse (1) ein Schieberarbeitsraum (16) angeordnet ist in den der Abströmleitkegel (14) des Leitrades (8) hineinragt, wobei in diesem Schieberarbeitsraum (16) ein linear verschiebbar angeordneter, mit einer Ausströmleitkonur (23), einer Ausströmöffnung (24) sowie einer mit dem Ringsteg (15) abdichtend in Wirkverbindung tretenden Ringnut (25) versehener Axialschieber (22) angeordnet ist.

Description

Regelbare Kühlmittelpumpe
Die Erfindung betrifft eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore in der Bauform einer regelbaren Axialpumpe.
Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von regelbaren Kühlmittelpumpen für
Verbrennungsmotore vorbeschrieben, welche über Riemenscheiben von der
Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben werden.
Zumeist werden kleine als Radialpumpen ausgebildete Kreiselpumpen eingesetzt, bei denen das axial in ein Pumpenrad einströmende Kühlmittel in radialer Richtung umgelenkt wird.
Regelbare Kühlmittelpumpen in der Bauform von regelbaren Radialpumpen werden beispielsweise in der DE 10 2007 022 189 A1 wie auch in der
DE 10 2005 056 199 A1 vorbeschrieben.
Infolge der Umlenkung des axial einströmenden Kühlmittels treten bei diesen
Kühlmittelpumpen zwangsläufig Strömungsverluste auf.
Von der Anmelderin wurde in der DE 100 47 387 A1 eine in der Praxis bereits bewährte, elektrisch angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für
Verbrennungsmotore in der Bauform einer regelbaren Axialpumpe vorgestellt. Weitere ebenfalls bereits in der Praxis bewährte, regelbare Kühlmittelpumpen für Verbrennungsmotore in der Bauform von regelbaren Axialpumpen wurden von der Anmelderin zudem in der DE 102 07 653 C1 wie auch in der
DE 103 14 526 B4 vorgestellt.
Die Nachteile dieser elektromotorisch angetriebenen Kühlmittelpumpen mit innerhalb des Kühlmittelstromes angeordneten Elektromotoren resultieren nicht zuletzt aus dem erhöhten Bauraumbedarf dieser Kühlmittelpumpen.
Bauraumbedingt können daher die jeweils eingesetzten Elektromotoren stets nur begrenzte Drehmomente übertragen.
Zudem hat auch die zwangsläufig erforderliche, wasserdichte Kapselung der
Elektromotoren höhere Fertigungskosten zur Folge.
Darüber hinaus sind bei diesen Lösungen, infolge der eingesetzten elektrischen
Bauteile bzw. der elektronischen Komponenten, stets obere Grenzwerte der
Temperaturbelastung einzuhalten um ein Versagen dieser Bauteile zu vermeiden.
Zudem kann mittels dieser elektromotorisch angetriebenen Kühlmittelpumpen nach einem „Stromausfall" auch kein „Fail-safe" (Weiterfunktionieren der
Kühlmittelpumpe nach Ausfall der Regelung) gewährleistet werden.
Auch haben die Axialpumpen mit saugseitiger Drosselung (wie beispielsweise die in der DE 102 07 653 C1 vorgestellte Bauform) gezeigt, dass sie strömungstechnisch verbesserungsbedürftig sind, da verstärkt
Kavitationserscheinungen und Verwirbelungen auftraten, welche dann einen erhöhten Verschleiß und auch Leistungsverluste zur Folge hatten.
Aus der DE 10 2006 034 952 B4 ist weiterhin eine als regelbare Axialpumpe ausgebildete Kühlmittelpumpe für den Kühlkreislauf einer
Verbrennungskraftmaschine bekannt geworden, bei der die Durchflussmenge des Kühlmittels durch die Pumpe ohne elektrische oder elektronische
Drehzahlregelung realisiert wird. Dabei weist die als regelbare Axialpumpe ausgebildete Kühlmittelpumpe eine von einer Zahnriemenscheibe angetriebene
Hohlwelle auf, auf der drehfest mehrere Rotorschaufeln derart angeordnet sind, dass deren Anstellwinkel über einen innerhalb der Hohlwelle angeordneten
Wirkmechanismus mechanisch verstellt werden kann.
Die Betätigung des mechanischen Verstellmechanismus erfolgt dabei über ein
Stellelement, welches elektrisch, elektronisch, hydraulisch oder auch pneumatisch angesteuert werden kann.
In Abhängigkeit vom Anstellwinkel der Rotorschaufeln wird das durch das
Pumpengehäuse strömende Kühlmittel mehr oder weniger stark beschleunigt.
Mittels der vorgenannten Kühlmittelpumpen, in der Bauform einer von einer
Zahnriemenscheibe angetriebenen regelbaren Axialpumpe, kann die
Kühlleistung wie auch die Antriebsleistung der Kühlmittelpumpen in bestimmten
Grenzen variiert werden, wobei das übertragbare Drehmoment stets von der
„Belastbarkeit/Haltbarkeit" der verstellbar gelagerten Rotorschaufeln begrenzt wird.
Dabei kann bei mit Schmutzfracht (beispielsweise Sandpartikel o.a.) beladenem Kühlmittel diese den Verstellmechanismus beeinträchtigen und die
Zuverlässigkeit der Regelung stark einschränken.
Zudem kann mit der in der DE 10 2006 034 952 B4 vorbeschriebenen Bauform auch keine „Null-Leckage" realisiert werden.
Im Zuge der stetigen Optimierung von Verbrennungsmotoren, insbesondere im
Hinblick auf Emission und Kraftstoffverbrauch, ist es jedoch zunehmend wichtiger den Motor nach dem Kaltstart möglichst schnell auf
Betriebstemperatur zu bringen, um einerseits die Reibungsverluste zu minimieren (mit zunehmender Öltemperatur sinkt dessen Viskosität und damit die Reibung an allen ölgeschmierten Bauteilen) und die Emissionswerte zu reduzieren (da erst nach der sogenannten „Anspringtemperatur" die
Katalysatoren wirksam arbeiten, beeinflusst der Zeitraum bis zum Erreichen dieser Temperatur die Abgasemission wesentlich) um dadurch den
Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
Versuchsreihen in der Motorentwicklung haben gezeigt, dass eine sehr wirksame Maßnahme zur Motorerwärmung das „stehende Wasser" oder die
„Null-Leckage" während der Kaltstartphase ist. Dabei sollte während der Kaltstartphase der Zylinderkopf keinesfalls von
Kühlmittel durchströmt werden, um die Abgastemperatur so schnell wie möglich auf das gewünschte Niveau zu bringen.
Von den Fahrzeugherstellern werden Leckageströme von weniger als 0,5 l/h
(„Null-Leckage") gewünscht.
Auch haben Untersuchungen zum Kraftstoffverbrauch von
Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen gezeigt, dass durch ein konsequentes Thermomanagement, also jene Maßnahmen, welche zu einem energetisch und thermomechanisch optimalen Betrieb eines
Verbrennungsmotors führen, etwa 3% bis 5% Kraftstoff eingespart werden können.
Daher wird unter Beachtung dieser Gesichtspunkte eine immer präzisere
Regelung des Kühlmitteldurchsatzes in Abhängigkeit von der Temperatur des durchgesetzten Kühlmittels zwingend erforderlich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe in der Bauform einer regelbaren Axialpumpe für Verbrennungsmotore zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge ermöglicht um einerseits durch „Null-Leckage" eine optimale Erwärmung des Motors zu gewährleisten und um andererseits nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb exakt so zu beeinflussen, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können, zudem soll die neuartige Bauform bei minimalem Bauvolumen ein hohes Drehmoment übertragen, bei Ausfall der Regelung ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe (Fail-safe) gewährleisten, zudem von der maximalen Temperaturbelastung für die elektrischen Bauteile bzw. die elektronischen Komponenten unabhängig sein und sich dabei durch eine sehr kompakte, fertigungs- und montagetechnisch einfache, kostengünstige und robuste Bauform auszeichnen, wie auch Kavitationserscheinungen und Verwirbelungen des Fördervolumenstromes vermeiden, einen hohen Wirkungsgrad aufweisen und selbst bei mit Schmutzfracht beladenem Kühlmittel eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei sehr langer Lebensdauer gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe in der Bauform einer 'regelbaren Axialpumpe für Verbrennungsmotore nach den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 der Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung in Verbindung mit den Zeichnungen zur erfindungsgemäßen Lösung.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit zwei dem jeweiligen Ausführungsbeispiel zugeordneten Figuren näher erläutert .
Es zeigen dabei:
Figur 1 : die erfindungsgemäße über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe in der Bauform einer Axialpumpe mit einem Pneumatikaktuator 33, in der Seitenansicht, im Schnitt; und
Figur 2 : die erfindungsgemäße über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe in der Bauform einer Axialpumpe mit einem als Aktuator 21 eingesetzten Linearmotor 30, in der Seitenansicht, im Schnitt.
In der Figur 1 ist eine mögliche Variante der erfindungsgemäßen, über eine Riemenscheibe angetriebenen regelbaren Kühlmittelpumpe in der Bauform einer Axialpumpe mit einem zur Volumenstromregelung als Aktuator 21 eingesetzten Pneumatikaktuator 33 (in der Seitenansicht, im Schnitt) dargestellt.
Diese Bauform wird in Verbindung mit einer Unterdruckregelung eingesetzt. Dabei ist an einem Pumpengehäuse 1 mit einer Strömungseintrittsöffnung 2 und einer Strömungsaustrittsöffnung 3 eine Riemenscheibe 5 mittels eines Pumpenlagers 4 drehbar gelagert.
Drehfest mit dieser Riemenscheibe 5 ist eine Pumpenwelle 6 verbunden auf der ein Axialschaufelrad 7 ebenfalls drehfest angeordnet ist.
Im Pumpengehäuse 1 ist erfindungsgemäß drehfest ein Leitrad 8 angeordnet, in welchem sich eine Lageraufnahme 9 für ein zweites Lager 10 der Pumpenwelle 6 befindet.
Kennzeichnend ist auch, dass dieses Lager 10 ein Gleitlager ist, in dem die Pumpenwelle 6 mit ihrem der Riemenscheibe 5 gegenüberliegenden Pumpenwellende gelagert ist.
Wesentlich ist weiterhin, dass diesem Lager 10 beabstandet, in Richtung der Strömungseintrittsöffnung 2 benachbart, drehfest auf der Pumpenwelle 6 das mit der Pumpenwelle 6 umlaufende Axialschaufelrad 7 angeordnet ist, wobei diesem Axialschaufelrad 7 in Richtung der Strömungseintrittsöffnung 2 benachbart beabstandet ein mit einer Pumpenwellendurchtrittsöffnung 11 versehenes, drehfest im Pumpengehäuse 1 angeordnetes Vorleitrad 12 mit einem Zuströmleitkegel 13 angeordnet ist, wobei zudem am Leitrad 8 in Richtung der Strömungsaustrittsöffnung 3, d.h. der Lageraufnahme 9 gegenüberliegend, ein Abströmleitkegel 14 angeordnet ist. In Ihrer Gesamtheit bewirkt diese erfindungsgemäße Anordnung, dass im Pumpeninnenraum eine optimale, gleichmäßige, turbulenzfreie „Umströmung" des (am Leitrad 8 angeordneten) Zylindermantels des Abströmleitkegels 14 bei maximalem Durchsatz und minimalem Druckverlust gewährleistet ist, was eine wesentliche Voraussetzung für eine optimale Regelung des Volumenstromes der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe darstellt.
Erfindungsgemäß ist weiterhin, dass im Pumpengehäuse 1 ein Schieberarbeitsraum 16 angeordnet ist, in welchem der mit einem Ringsteg 15 versehene Abströmleitkegel 14 des Leitrades 8 hineinragt, wobei am Pumpengehäuse 1 , der Lagerstelle des Pumpenlagers 4 in Strömungsrichtung gegenüberliegend, eine Kolbenstangenführung 17 mit einem Aktuatorbefestigungsflansch 18 angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist in dieser Kolbenstangenführung 17 eine in das Pumpengehäuse 1 hineinragende Kolbenstange 19 verschiebbar gelagert, wobei auf den außerhalb des Pumpengehäuses 1 befindlichen Endbereich der Kolbenstange 19 ein, eine lineare Verschiebung der Kolbenstange 19 bewirkender, mit einer Rückstelleinrichtung 20 versehener Aktuator 21 einwirkt, welcher an dem am Pumpengehäuse 1 angeordneten Aktuatorbefestigungsflansch 18 angeordnet ist.
Aus fertigungs- und montagetechnischen Gründen ist es vorteilhaft, wenn das Pumpengehäuse 1 derart mehrteilig ausgebildet ist, dass ein mit dem Aktuatorbefestigungsflansch 18 versehner hinterer Bereich des Pumpengehäuses 1 an einen „noch" mit dem Schieberarbeitsraum 16 versehenen vorderen Bereich des Pumpengehäuses 1 angeflanscht wird.
Erfindungswesentlich ist weiterhin, dass an dem innerhalb des Pumpengehäuses 1 befindlichen Ende der Kolbenstange 19 ein im Schieberarbeitsraum 16 linear verschiebbar angeordneter, mit einer Ausströmleitkonur 23, einer Ausströmöffnung 24 sowie einer mit dem Ringsteg 15 am Abströmleitkegel 14, des Leitrades 8, abdichtend in Wirkverbindung tretenden Ringnut 25 versehener Axialschieber 22 befestigt ist. Erfindungsgemäß wird mittels dieser Anordnung eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge ermöglicht, welche einerseits durch „Null-Leckage", d.h. bei auf dem Ringsteg 15 des Leitrades 8 dichtend angelegter Ringnut 25 des Axialschiebers 22, eine optimale Erwärmung des Motors gewährleistet, und die andererseits nach der Erwärmung des Motors, durch eine definierte Verschiebung des Axialschiebers 22 im Schieberarbeitsraum 16 des Pumpengehäuses 1 , die Motortemperatur im Dauerbetrieb exakt so zu beeinflussen vermag, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können.
Mittels der vorliegenden erfindungsgemäßen Lösung kann infolge des direkten Antriebes des Axialschaufelrades 7 mittels der Riemenscheibe 5 ein hohes Drehmoment übertragen werden.
Darüber hinaus gewährleistet das (gemäß Figur 1) im Aktuator 21 angeordnete Federelement in Form einer Druckfeder als Rückstelleinrichtung 20 bei Ausfall der Regelung ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe (Fail-safe).
Gleichzeitig ist diese erfindungsgemäße Lösung von der maximalen Temperaturbelastung für die elektrischen Bauteile bzw. die elektronischen Komponenten unabhängig, da im Pumpeninnern keine mit dem Fördervolumenstrom in Kontakt tretenden elektrischen Bauteile bzw. elektronischen Komponenten Einsatz finden.
Die im Rahmen der vorliegenden Lösung erfindungsgemäß angeordneten, die Strömung definiert beeinflussenden Baugruppen (wie das Vorleitrad 12 mit dem Zuströmleitkegel 13, das Axialschaufelrad 7, das Leitrad 8 mit dem Abströmleitkegel 14 und der Axialschieber 22 mit der Ausströmleitkontur 23 und der Ausströmöffnung 24) bewirken in ihrer Gesamtheit, dass in der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe Kavitationserscheinungen wie auch Verwirbelungen des Fördervolumenstromes vermieden werden, und dass die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Zudem bewirkt die vorgestellte, erfindungsgemäße Anordnung infolge ihrer robusten Bauform, dass selbst bei mit Schmutzfracht beladenem Kühlmittel eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei sehr langer Lebensdauer gewährleistet ist.
Kennzeichnend ist auch, dass im vorderen Bereich des Pumpengehäuses 1 ein Vorleitradanlagesteg 34 und am Leitrad 8 ein Außenmantel 35 mit einem Distanzsteg 36 angeordnet ist.
Erfindungsgemäß gewährleistet dieser Distanzsteg 36, bei am Außenmantel 35 des Leitrades 8 anliegendem Vorleitrad 12 einen „freien Lauf des Axialschaufelrades 7.
Dadurch wird es fertigungstechnisch möglich, dass zunächst das (beispielsweise aus Kunststoff bestehende) Vorleitrad 12 bis zur Anlage an den Vorleitradanlagesteg 34 in den vorderen Bereich des Pumpengehäuses 1 eingeschoben wird, so dass nach Montage des Axialschaufelrades 7 das Vorleitrad 12 durch das Einpressen des Außenmantels 35 des Leitrades 8 in das Pumpengehäuses 1 (durch den am Außenmantel 35 des Leitrades 8 angeordneten Distanzsteg 36) in seiner Lage axial gesichert ist. Die radiale Sicherung wird von miteinander in Wirkverbindung tretenden Rastnasen übernommen die an den jeweils miteinander zu fügenden Bauteilen angeordnet sind.
Erfindungsgemäß ist auch, dass am Pumpengehäuse 1 ein Zulaufflansch 26 und ein Ablaufflansch 27 angeordnet sind, welche gegenüber des im Pumpengehäuse 1 angeordneten Schieberarbeitsraumes 16 „abgewinkelt" angeordnet sind.
Durch all diese speziellen, erfindungsgemäßen Merkmale kann eine sehr kompakte, fertigungs- und montagetechnisch einfache, kostengünstige Bauform bei minimalem Bauvolumen gewährleistet werden.
Wesentlich ist auch, dass am Pumpengehäuse 1 Befestigungsdome 28 angeordnet sind, welche eine Befestigung durch Verschrauben der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe am Kurbelgehäuse ermöglichen.
Erfindungsgemäß ist auch, dass im Pumpengehäuse 1 , nahe der Lagersitze, Dichtungen 31 und Leckageaustrittsöffnungen 32 angeordnet sind um eine hohe Funktionssicherheit zu gewährleisten.
In der Figur 2 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen, über eine
Riemenscheibe angetriebenen regelbaren Kühlmittelpumpe in der Bauform einer Axialpumpe in der Seitenansicht im Schnitt dargestellt.
In dieser Bauform wird als Aktuator 21 zur definierten Betätigung des
Axialschieber 22 ein Linearmotor 30 eingesetzt.
Diese bis auf den „neuen" Aktuator 21, d.h. den Linearmotor 30, analog zu
Figur 1 aufgebaute, in ihren Wirkungen bereits in Verbindung mit der Figur 1 beschriebene, erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe wird insbesondere dann eingesetzt, wenn bei dem jeweiligen Fahrzeugtyp (in dem die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe eingesetzt werden soll) kein
Unterdruck vorhanden ist, oder wenn der vorhandene Unterdruck nicht ausreicht um den Axialschieber 22 funktionssicher zu verfahren.
Da der in der Lösung nach Figur 2 zur Betätigung des Axialschiebers 22 eingesetzte Linearmotor 30 sehr klein baut, kann diese in Figur 2 vorgestellte
Lösung auch dann eingesetzt werden, wenn beispielsweise der im Motorraum des jeweiligen Fahrzeuges vorhandene „Freiraum" nicht ausreicht um die in der
Figur 1 vorgestellte Lösung einzusetzen.
Bei dieser Bauform der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe (mit einem
Linearmotor 30) wird ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe bei Ausfall der Regelung (Fail-safe) dadurch gewährleistet, dass die Spindelsteigung als
Rückstelleinrichtung im Linearmotor 30 fungiert.
Infolge dieser (bei der Lösung nach Figur 2) eingesetzten Spindelsteigung kann der Axialschieber 22 (allein) auf Grund seiner Druckbeaufschlagung eine
„Rückstellung" (der Spindelstange) bewirken, so dass bei Ausfall der Regelung stets der Axialschieber 22 in seine hintere Endlage („geöffnet") zurückfährt. Bezugszeichenzusammenstellung
1 Pumpengehäuse
2 Ström u ngsei ntrittsöff nu ng
3 Strömungsaustrittsöffnung
4 Pumpenlager
5 Riemenscheibe
6 Pumpenwelle
7 Axialschaufelrad
8 Leitrad
9 Lageraufnahme
10 Lager
11 Pumpenwellendurchtrittsöffnung
12 Vorleitrad
13 Zuströmleitkegel
14 Abströmleitkegel
15 Ringsteg
16 Schieberarbeitsraum
17 Kolbenstangenführung
18 Aktuatorbefestigungsflansch
19 Kolbenstange
20 Rückstellelement
21 Aktuator
22 Axialschieber
23 Ausströmleitkontur
24 Ausströmöffnung
25 Ringnut
26 Zulaufflansch
27 Ablaufflansch Befestigungsdom
Arbeitskolben
Linearmotor
Dichtung
Leckageaustrittsöffnung
Pneumatikaktuator
Vorleitradanlagesteg
Außenmantel
Distanzsteg

Claims

Patentansprüche
1. Regelbare Kühlmittelpumpe in der Bauform einer regelbaren Axialpumpe mit einem Pumpengehäuse (1) mit einer Strömungseintrittsöffnung (2) und einer Strömungsaustrittsöffnung (3), einer im/am Pumpengehäuse (1) mittels eines Pumpenlagers (4) drehbar gelagerten, mit einer Riemenscheibe (5) drehfest verbundenen Pumpenwelle (6) und einem auf dieser Pumpenwelle (6) angeordneten Axialschaufelrad (7), dadurch gekennzeichnet,
- dass drehfest im Pumpengehäuse (1) ein Leitrad (8) angeordnet ist, in dem sich eine Lageraufnahme (9) befindet in der ein Lager (10) angeordnet ist in welchem die Pumpenwelle (6) mit ihrem, der Riemenscheibe (5) gegenüberliegenden Pumpenwellende gelagert ist, diesem Lager (10) beabstandet ist in Richtung der Strömungseintrittsöffnung (2) benachbart, drehfest auf der Pumpenwelle (6) das Axialschaufelrad (7) angeordnet, diesem umlaufenden Axialschaufelrad (7) beabstandet ist in Richtung der Strömungseintrittsöffnung (2) benachbart ein mit einer Pumpenwellendurchtrittsöffnung (11) versehenes, drehfest im Pumpengehäuse (1) angeordnetes Vorleitrad (12) mit einem Zuström leitkegel (13) angeordnet, am Leitrad (8) ist in Richtung der Strömungsaustrittsöffnung (3), der Lageraufnahme (9) gegenüberliegend, ein Abström leitkegel (14) mit einem Ringsteg (15) angeordnet, und
- dass im Pumpengehäuse (1) ein Schieberarbeitsraum (16) angeordnet ist, in den der Abströmleitkegel (14) des Leitrades (8) hineinragt, wobei am Pumpengehäuse (1), der Lagerstelle des Pumpenlagers (4) in Strömungsrichtung gegenüberliegend eine Kolbenstangenführung (17) mit einem Aktuatorbefestigungsflansch (18) angeordnet ist, in dieser Kolbenstangenführung (17) ist verschiebbar eine in das Pumpengehäuse (1) hineinragende Kolbenstange (19) gelagert, auf den außerhalb des Pumpengehäuses (1) befindlichen Endbereich der Kolbenstange (19) wirkt ein, eine lineare Verschiebung der Kolbenstange (19) bewirkender, mit einer Rückstelleinrichtung (20) auch bei Ausfall der Regelung versehener Aktuator (21) ein, welcher am Aktuatorbefestigungsflansch (18) des Pumpengehäuses (1) angeordnet ist, an dem innerhalb des Pumpengehäuses (1) befindlichen Ende der Kolbenstange (19) ist ein im Schieberarbeitsraum (16) linear verschiebbar angeordneter, mit einer Ausströmleitkontur (23), einer Ausströmöffnung (24) sowie einer mit dem Ringsteg (15) abdichtend in Wirkverbindung tretenden Ringnut (25) versehener Axialschieber (22) befestigt, welcher bis zur „Null-Leckage" die Kühlmittelförderung aktiv steuert, und
dass am Pumpengehäuse (1) ein Zulaufflansch (26) und ein
Ablaufflansch (27) angeordnet sind die gegenüber des im
Pumpengehäuse (1) angeordneten Schieberarbeitsraumes (16) „abgewinkelt" angeordnet sind.
2. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (1) mehrteilig ausgebildet ist, wobei ein mit dem Aktuatorbefestigungsflansch (18) versehner hinterer Bereich des Pumpengehäuses (1) an den mit dem Schieberarbeitsraum (16) versehenen vorderen Bereich des Pumpengehäuses (1) angeflanscht wird.
3. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am Pumpengehäuse (1) ein oder mehrere Befestigungsdom/e (28) angeordnet sind.
4. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuator (21) ein Hydraulik- oder Pneumatikaktuator mit einem endseitig an der Kolbenstange (19) angeordneten Arbeitskolben (29) eingesetzt wird.
5. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuator (21) ein Linearmotor (30) eingesetzt wird.
6. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstelleinrichtung (20) ein Federelement ist.
7. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Rückstelleinrichtung die Spindelsteigung im Linearmotor (30) fungiert.
8. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nahe der Lagersitze im Pumpengehäuse (1) Dichtungen (31) und Leckageaustrittsöffnungen (32) angeordnet sind.
9. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im vorderen Bereich des Pumpengehäuses (1) ein Vorleitradanlagesteg (34), sowie am Leitrad (8) ein Außenmantel (35) mit einem Distanzsteg (36) angeordnet ist, wobei der Distanzsteg (36) bei am Außenmantel (35) des Leitrades (8) anliegendem Vorleitrad (12) einen „freien Lauf des Axialschaufelrades (7) gewährleistet.
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