EP2681452B1

EP2681452B1 - Regelbare kühlmittelpumpe

Info

Publication number: EP2681452B1
Application number: EP12714542.3A
Authority: EP
Inventors: Andreas Schmidt; Franz Pawellek
Original assignee: Nidec GPM GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: EP2681452A1; WO2012116676A1; DE102011012826B3

Description

Die Erfindung betrifft eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore.
Im Zuge der stetigen Optimierung von Verbrennungsmotoren im Hinblick auf Emission und Kraftstoffverbrauch ist es wichtig den Motor nach dem Kaltstart möglichst schnell auf die Betriebstemperatur zu bringen.
Dadurch werden sowohl die Reibungsverluste minimiert (mit zunehmender Öltemperatur sinkt Viskosität des Motoröls und damit die Reibung an allen ölgeschmierten Bauteilen), zugleich die Emissionswerte reduziert (da erst nach der sogenannten "Anspringtemperatur" die Katalysatoren wirksam werden, beeinflusst der Zeitraum bis zum Erreichen dieser Temperatur wesentlich die Abgasemission) und auch der Kraftstoffverbrauch deutlich verringert.
Eine sehr wirksame Maßnahme zur Motorerwärmung ist das "stehende Wasser" oder die "Null-Leckage" während der Kaltstartphase, in der der Zylinderkopf keinesfalls von Kühlmittel durchströmt werden darf, um dadurch die Abgastemperatur sehr schnell auf das gewünschte Niveau zu bringen.
Von Fahrzeugherstellern werden in diesem Zusammenhang Leckageströme von weniger als 0,5 l/h ("Null-Leckage") gewünscht.
Die Untersuchungen zum Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen haben zudem 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.
Im Stand der Technik wurden daher von der Anmelderin sowohl in der DE 10 2005 004 315 B4 , in der DE 10 2005 062 200 B3 wie auch in der WO 2009/143832 A2 von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors über Riemenscheiben angetriebene regelbare Kühlmittelpumpen vorbeschrieben, welche eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge ermöglichen, um einerseits durch "Null-Leckage" eine optimale Erwärmung des Motors zu gewährleisten und um andererseits nach der Erwärmung des Motors (d.h. im "Dauerbetrieb") die Motortemperatur so zu beeinflussen, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission, wie auch die Reibungsverluste und zudem gleichzeitig auch der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können.
Bei diesen Lösungen ist im Pumpengehäuse ein jeweils in Richtung der Wellenachse der Pumpenwelle verschiebbar gelagerter, ringförmig ausgebildeter Ventilschieber mit einem den Ausströmbereich des Flügelrades variabel überdeckenden Außenzylinder angeordnet, welcher entgegen der Federkraft von Rückholfedern entweder, wie in der Lösung nach der DE 10 2005 004 315 B4 vorgeschlagen, elektromagnetisch, d.h. mit Hilfe einer im Pumpengehäuse angeordneten Magnetspule, welche auf einen mit dem Ventilschieber starr verbundenen Magnetanker einwirkt, oder, wie in der DE 10 2005 062 200 B3 vorgeschlagen, mittels eines pneumatisch oder hydraulisch betätigten Aktuators (welcher hydraulisch auf am Ventilschieber starr angeordnete, im Pumpengehäuse geführte Kolbenstangen einwirkt) linear verschoben werden kann.
Diese Anordnung eines geführten, linear verschiebbaren, den Ausströmbereich des Flügelrades variabel überdeckenden Ventilschiebers ist eine sehr kompakte, einfache und robuste Lösung welche eine hohe Betriebssicherheit und eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet.
Nachteilig ist jedoch, dass die Fertigung und die Montage der in der DE 10 2005 004 315 B4 wie auch der in der DE 10 2005 062 200 B3 vorgestellten Bauformen sehr kostenintensiv ist, da die meisten Funktionsbaugruppen dieser vg. Lösungen nicht standardisierbar sind, und daher für jede Pumpenbaugröße separat angefertigt werden müssen.
Beim Einbau einer elektromagnetisch betätigten Kühlmittelpumpen wie auch der in der DE 10 2005 004 315 B4 vorbeschriebenen Bauform, beispielsweise in der Nähe des Turboladers ist zwingend eine Kühlung der Magnetspule (und damit ein relativ großer "Bauraum") erforderlich, da ansonsten bereits bei Temperaturen ab 120°C die Magnetspule zerstört würde.
Aus diesem zwingend erforderlichen relativ großen "Bauraum", entweder für die gemäß der DE 10 2005 004 315 B4 im Pumpengehäuse angeordnete Magnetspule, oder die gemäß der DE 10 2005 062 200 B3 im Pumpengehäuse angeordneten hydraulischen bzw. pneumatischen Aktuatoren und deren Anschlussleitungen resultiert ein weiterer Nachteil, welcher dem oftmals sehr stark begrenzten, im Motorraum zur Verfügung stehende "Einbauraum" für die regelbaren Kühlmittelpumpen diametral entgegensteht.
Um nun selbst bei ungünstigen thermischen Randbedingungen, wie z.B. in der Nähe des Turboladers, oder aber auch bei sehr stark begrenztem Einbauraum eine fertigungs- und montagetechnisch einfache, kostengünstige, für unterschiedliche Pumpenbaugrößen "standardisierbare", optimal den im Motorraum vorhandenen Bauraum ausnutzende zuverlässige Betätigung des Ventilschiebers bei hohem volumetrischen Wirkungsgrad zu gewährleisten, wurde von der Anmelderin die zwischenzeitlich ebenfalls praxisbewährte, in der WO 2009/143832 A2 offenbarte Lösung vorgestellt, bei welcher eine hydraulische Betätigung des Ventilschiebers über eine mit einer Rückstellfeder in Form einer Druckfeder ausgestattete Kolbenpumpe, die mechanisch von einer am Flügelrad angeordneten Taumelscheibe angetrieben wird, realisiert wird. In Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Regelung des von der Kolbenpumpe "gepumpten Volumenstromes" handelt es sich bei dieser Lösung um eine kompakte, sehr einfach und kostengünstig ins Motormanagement einzubindende, fertigungs- und montagetechnisch einfach und kostengünstig herstellbare, robuste und zuverlässige Lösung.
Ein Nachteil dieser Lösung besteht jedoch darin, dass diese Bauform auf Grund der mit einer Rückstellfeder ausgestatteten Kolbenpumpe zu träge arbeitet, und daher für Hochdrehzahlanwendungen nicht geeignet ist.
Auch erfordert die im Pumpengehäuse integrierte Kolbenpumpe unter heutigen Gesichtspunkten eine zu große Längenausdehnung des Pumpengehäuses, mit zu vielen Bauteilen und zu hohen Fertigungs- und Montagekosten.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe (mit Ventilschieber) zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, dabei einerseits durch "Null-Leckage" eine optimale Erwärmung des Motors gewährleistet und zudem andererseits nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb so exakt zu beeinflussen vermag, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können und die selbst bei ungünstigen thermischen Randbedingungen, wie z.B. in der Nähe des Turboladers, oder aber auch bei sehr stark begrenztem Einbauraum für die Kühlmittelpumpe im Motorraum mit sehr geringer Antriebsleistung eine zuverlässige Betätigung des Ventilschiebers ermöglicht, selbst bei Ausfall der Regelung ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe (Fail-safe) gewährleistet, sich durch eine fertigungs- und montagetechnisch sehr einfache, kostengünstige, für unterschiedliche Pumpenbaugrößen "standardisierbare", in ihrer Längenausdehnung sehr kurze Bauform auszeichnet, die optimal den im Motorraum vorhandenen Bauraum ausnutzt, und zudem eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei hohem volumetrischen Wirkungsgrad gewährleistet, keine werkseitige luftfreie Befüllung erfordert und zudem einfach und kostengünstig ins Motormanagement eingebunden werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore nach den Merkmalen des unabhängigen Anspruches der Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der in Verbindung mit sieben Darstellungen zur erfindungsgemäßen Lösung.
Es zeigen dabei die:

Figur 1 :: die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe im Schnitt in der Seitenansicht;
Figur 2 :: die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe gemäß Figur 1 im Teilschnitt bei A - A, am Ende der "Einströmphase" kurz vor Beginn der Verdichtungsphase durch die Exzenterbuchse 27;
Figur 3 :: die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe gemäß Figur 1 im Teilschnitt bei A-A, zu Beginn der "Einströmphase";
Figur 4 :: die Einzelheit B der erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe gemäß Figur 1;
Figur 5 :: Schnitt bei C-C in der Einzelheit B mit einer möglichen Bauform der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe gemäß Figur 4;
Figur 6 :: die Einzelheit B der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe gemäß Figur 1;
Figur 7 :: Schnitt bei D-D in der Einzelheit B mit einer weiteren möglichen Bauform der Einzelheit B der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe gemäß Figur 6.

Bei diesen in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Bauformen der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe ist in einem Pumpengehäuse 1, mit einer im/am Pumpengehäuse 1 in einem Pumpenlager 2 gelagerten, von einer Riemenscheibe 3 angetriebenen Pumpenwelle 4, einem auf einem freien, strömungsseitigen Ende dieser Pumpenwelle 4 drehfest angeordneten Flügelrad 5, einem druckbetätigten, durch eine Rückstellfeder 6 federbelasteten, Regelschieber 7 mit einem den Ausströmbereich des Flügelrades 5 variabel überdeckenden Außenzylinder 8, einem im Pumpengehäuse 1 zwischen dem Flügelrad 5 und dem Pumpenlager 2 in einer Dichtungsaufnahme 9 angeordneten Wellendichtring 10, einem am Pumpengehäuse 1 angeordneten Arbeitsgehäuse 11 in welchem ein Magnetventil 12 angeordnet ist, wobei zu dessen Einlassöffnung ein Druckkanal 13 und zu dessen Ausströmöffnung ein in den Pumpeninnenraum 14 mündender Rückströmkanal 15 führt.
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, dass im Flügelrad 5 eine Flügelradbuchse 42 angeordnet ist, welche den Fertigungs- und Montageaufwand senkt und dabei gleichzeitig die Zuverlässigkeit der Kühlmittelpumpe erhöht.
Erfindungswesentlich ist, dass im Pumpeninnenraum 14 am Pumpengehäuse 1 ein zusammen mit dem Pumpengehäuse 1 eine Druckkammer 16 ausbildender Federteller 17 angeordnet ist, an dem die Rückstellfeder 6 anliegt, und an dessen Außenradius eine Schieberinnendichtung 18 derart angeordnet ist, dass diese innen am Außenzylinder 8 des Regelschiebers 7 anliegt, wobei zugleich im Pumpengehäuse 1 eine außen am Außenzylinder 8 des Regelschieber 7 anliegende Schieberaußendichtung 19 derart angeordnet ist, dass der Außenzylinder 8 des Regelschieber 7 bei Druckaufbau in der Druckkammer 16 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 6 entlang des Ausströmbereiches des Flügelrades 5 variabel verfahren werden kann. Kennzeichnend ist dabei, dass im Pumpeninnenraum 14 zwischen dem Flügelrad 5 und dem Anlagebereich des Federtellers 17 am Pumpengehäuse 1 drehfest im Pumpengehäuse 1 ein durch den Federteller 17 hindurch ragender, mit einer zum Pumpeninnenraum 14 hin verschlossenen Sacklochbohrung 20 versehener Schwenkzylinder 21 angeordnet ist, dessen offenes Bohrungsende 22 in den Druckkanal 13 mündet, und an dessen gegenüberliegenden Ende, ein Kolbenanlagesteg 23 angeordnet ist, wobei drehbar am Schwenkzylinder 21 ein Arbeitskolben 24 mit einer Kolbendurchlassbohrung 25 angeordnet ist, wobei die Kolbendurchlassbohrung 25 über eine im Bereich der Kolbendurchlassbohrung 25 im Schwenkzylinder 21 angeordnete Durchtrittsbohrung 26 in die Sacklochbohrung 20 des Schwenkzylinders 21 mündet.
Erfindungsgemäß ist in diesem Zusammenhang weiterhin, dass im Bereich des Arbeitskolbens 24 drehfest auf der Pumpenwelle 4 eine Exzenterbuchse 27 angeordnet ist, in der pumpenwellenseitig ein über den gesamten Umfang umlaufender, dem Flügelrad 5 benachbart angeordneter Ansaugringkanal 28 angeordnet ist.
Erfindungswesentlich ist auch, dass am Außenmantel der Exzenterbuchse 27 drehbar ein Kurbelscheibenring 29 mit einer Kolbenbohrung 30 für den Arbeitskolben 24 angeordnet ist, wobei im Bereich der Kolbenbohrung 30 in der Exzenterbuchse 27 eine Ansaugniere 31 derart angeordnet ist, dass bei mit der Pumpenwelle 4 umlaufender Exzenterbuchse 27 sich im Ansaugringkanal 28 befindliches Medium in die Kolbendurchlassbohrung 25 gefördert wird. Vorteilhaft ist dabei auch, wenn am Außenumfang des in der Kolbenbohrung 30 des Kurbelscheibenringes 29 verschiebbar gelagerten Bereiches des Arbeitskolbens 24 Kolbenringe 44 angeordnet sind, die bei niedrigem Fertigungs- und Montageaufwand einen hohen Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Anordnung gewährleisten.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass das Flügelrad 5 sowohl an der Exzenterbuchse 27 wie auch am Kurbelscheibenring 29 anliegt und über mindestens einen, dem Ansaugringkanal 28 benachbart angeordneten Sammelringkanal 33 verfügt, wobei der Anlagebereich des Flügelrades 5 an der Exzenterbuchse 27 als ringförmiger Spaltfilter 32 ausgebildet ist, so dass in diesem Bereich ein Übertritt von Medium aus dem Pumpeninnenraum 14 in den Sammelringkanal 33 / die Sammelringkanäle 33 und von diesem/diesen in den Ansaugringkanal 28 möglich ist.
Wesentlich ist dabei, dass, wie in der Figur 5 dargestellt, der ringförmige Spaltfilter 32 zugleich die Funktion eines Fliehkraftabscheiders erfüllt und aus einem an der Exzenterbuchse 27 angeordneten ringförmigen Filterplato 45 besteht, in dem Filterkeilnuten 46 derart eingebracht sind, dass sich diese vom am Außenradius des Spaltfilters 32 befindlichen Filtereintritt 47 zum am Innenradius des Spaltfilters 32 befindlichen Filteraustritt 48 hin vergrößern, so dass vom Kühlmittel mitgeführte Partikel (wie z. B. Späne oder Sandkörner), nicht in den Bereich des Spaltfilters 32 eindringen können, und selbst bei eingesaugten Kleinstpartikeln eine gute Durchströmung des Filters in Folge der sich nach innen stark erweiternden Filterkeilnuten 46 gewährleistet bleibt, wobei bei umlaufendem Spaltfilter am Filter anhaftende Partikel gleichzeitig in Folge der auf diese einwirkenden Fliehkräfte ausgetragen werden.
In einer weiteren in der Figur 7 dargestellten Ausführungsform des ringförmige Spaltfilters 32 wird dieser von einer Filterscheibe 49 gebildet, wobei im Bereich der Filterscheibe in der Exzenterbuchse 27, ein die Ebene der Exzenterbuchse 27 überragender, in den Pumpeninnenraum 14 hineinragender Abstreifer 50 derart schräg zur Tangente an die Filterscheibe 49 angeordnet ist, dass im Bereich des Spaltfilters 32 "mitgenommene" Partikel (wie z. B. Späne oder Sandkörner) bei sich drehendem Flügelrad 5 zum Pumpeninnenraum 14 hin ausgetragen werden.
Kennzeichnend ist weiterhin auch, dass zwischen dem Bohrungsaustritt der Sacklochbohrung 20 und dem Druckkanal 13 ein Rückschlagventil 34, und vor dem Magnetventil 12 zwischen dem Druckkanal 13 und der Druckkammer 16 eine Durchtrittsbohrung 35 angeordnet ist, wobei das Magnetventil 12 eine definierte Druckbeaufschlagung des Regelschiebers 7 bewirkt.
Wird nun bei dieser erfindungsgemäßen, in der Figur 1 dargestellten Anordnung über die Riemenscheibe 3 das auf der Pumpenwelle 4 drehfest angeordnete Flügelrad 5 angetrieben, so wird gleichzeitig die drehfest auf der Pumpenwelle 4 angeordnete, mit dem Ansaugringkanal 28 und der Ansaugniere 31 versehene Exzenterbuchse 27 in eine Drehbewegung versetzt. Zugleich wird der am Außenmantel dieser Exzenterbuchse 27 drehbar angeordnete Kurbelscheibenring 29 mit seiner Kolbenbohrung 30 in Hubbewegungen versetzt.
Der in der Kolbenbohrung 30 angeordnete Arbeitskolben 24 mit seiner Kolbendurchlassbohrung 25 pendelt bei umlaufender Exzenterbuchse 27 leicht um den mit der Sacklochbohrung 20 versehenen Schwenkzylinder 21, in dessen Sacklochbohrung 20 über die Durchtrittsbohrung 26 die Kolbendurchlassbohrung 25 mündet.
Das in der Figur 1 im Schnitt dargestellte Flügelrad 5 liegt sowohl an der Exzenterbuchse 27 wie auch am Kurbelscheibenring 29 an und verfügt über einen äußeren dem Spaltfilter 32 benachbarten Sammelringkanal 33 und einen inneren, dem Ansaugringkanal 28 benachbarten Sammelringkanal 33.
Beide Sammelringkanäle 33 sind untereinander mittels Überströmbohrungen 43 miteinander verbunden.
Im Bereich des ringförmigen Spaltfilters 32, der wie in den Figuren 5 und 7 dargestellt, ausgebildet sein kann, ist ein Übertritt von Kühlmedium aus dem Pumpeninnenraum 14 hinter das Flügelrad 5 in den äußeren Sammelringkanal 33 und über die Überströmbohrungen 43 in den inneren Sammelringkanal 33 und von diesem/diesen in den Ansaugringkanal 28 gewährleistet.
Die erfindungsgemäße Anordnung mit der in der Exzenterbuchse 27, dem Ansaugringkanal 28 benachbart, angeordneten Ansaugniere 31 bewirkt nun bei, wie in den Figuren 2 und 3 dargestellter, rotierender Pumpenwelle 4, ein erfindungsgemäßes definiertes "Fördern" des Kühlmediums aus dem Ansaugringkanal 28 über die Ansaugniere 31 in die Kolbenbohrung 30 und von dort über die Kolbendurchlassbohrung 25 und die Durchrittsbohrung 26 in die Sacklochbohrung 20 des Schwenkzylinders 21.
Der Hub des Arbeitskolbens 24 in der Kolbenbohrung 30 des Kurbelscheibenringes 29 beträgt im vorliegenden Ausführungsspiel pro Umdrehung ca. 1 mm bis 2 mm da infolge der erfindungsgemäßen Anordnung bereits sehr geringe Fördermengen für eine exakte Betätigung/Verschiebung des Regelschiebers 7 ausreichen.
Die Betätigung des Regelschiebers erfolgt nun, indem das in die Sacklochbohrung 20 geförderte Kühlmedium über das (ein Zurückfließen verhindernde) Rückschlagventil 34 in den Druckkanal 13 gepresst wird.
Dieser Druckkanal 13 mündet einerseits über die Durchtrittsbohrung 35 in die vom Federteller 17 und dem Pumpengehäuse 1 gebildeten Druckkammer 16 mit dem druckabhängig verschiebbar in der Druckkammer 16 gelagerten Regelschieber 7, und andererseits in das Magnetventil 12, wobei am Magnetventil 12 Auslassöffnungen angeordnet sind, die in einen im Pumpengehäuse 1 angeordneten Rückstömkanal 15 münden, der direkt mit dem Pumpeninnenraum 14 verbundenen ist.
Erfindungsgemäß ist das Magnetventil 12 stromlos offen.
Bei "offenem" Magnetventil 12 fördert die erfindungsgemäße Anordnung Kühlmedium "drucklos" über die Auslassöffnungen 36 des Magnetventil 12 in einen im Arbeitsgehäuse 11 angeordneten Ringkanal 37, welcher in einen Rückstömkanal 15 mündet, über den das Kühlmedium wieder in den Pumpeninnenraum 1 zurückfließt.
Bei Bedarf wird der Druck im Druckkanal 13 mit Hilfe des Magnetventils 12 stufenlos erhöht.
Dabei wird das von der erfindungsgemäßen Anordnung geförderte Kühlmedium in die Druckkammer 16 gepresst.
Dort bewirkt das so eingepresste Kühlmedium eine definierte (über das Magnetventil 12) einstellbare Druckbeaufschlagung des von der Rückstellfeder 6 federbelasteten Regelschiebers 7.
Dabei liegt die Rückstellfeder 6 an der dem Flügelrad 5 abgewandten Seite des Außenzylinder 8 des Regelschiebers 7, an den Federnanlagen 38 an.
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch, wenn in der Mantelfläche der Druckkammer 16 im Pumpengehäuse 1 ein/mehrere Führungselement/e 39 angeordnet ist/sind, das/die eine optimale, reibungsarme und exakte Führung des Regelschiebers gewährleistet/gewährleisten.
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch, dass im Pumpengehäuse 1 der Schieberaußendichtung 19 benachbart ein Außenabstreifer 40 und der Schieberinnendichtung 18 in Richtung des Pumpeninnenraumes 14 im Federteller 17 benachbart ein Innenabstreifer 41 angeordnet ist, welche den Eintrag von vom Kühlmittel mitgeführte Partikel (wie z. B. Späne, Sandkörner usw.) in den Arbeitsbereich der benachbarten Schieberdichtungen vermeiden, und dadurch nicht nur die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer erhöhen, sondern auch die Reibungsverluste deutlich senken und dadurch die Betätigungsgenauigkeit, d.h. die Feineinstellbarkeit verbessern.
Diese definierte Druckbeaufschlagung, der Querschnittsfläche des Regelschiebers 7, ermöglicht nun ein exaktes translatorisches Verschieben des Regelschiebers 7 und damit eine exakt einstellbare Überdeckung des Ausströmbereich des Flügelrades 5 durch den Außenzylinder 8 des Regelschiebers 7.
Auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung wird über die so bewirkte, definierte Verschiebung des Regelschiebers 7 eine exakte Regelung des geförderten Kühlmittelvolumenstromes realisiert.
Nach der Erwärmungsphase des Motors (mit geschlossenem Regelschieber 7) kann so mittels des Magnetventils 12 der Druck im Druckkanal 13 exakt geregelt und damit ein definiertes Verfahren des Regelschiebers 7 entlang des Außenrandes des Flügelrades 5 realisiert werden, wodurch wiederum die Motortemperatur im Dauerbetrieb sehr exakt beeinflusst werden kann, so dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können.
Selbst bei ungünstigen thermischen Randbedingungen, wie z.B. in der Nähe des Turboladers und sehr stark begrenztem Einbauraum für die Kühlmittelpumpe im Motorraum gewährleistet die erfindungsgemäße Lösung infolge der Anordnung eines im Pumpengehäuse 1 integrierten und zugleich vom Kühlmittel im Pumpengehäuse 1 gekühlten Magnetventils 12 eine optimale Kühlung bei minimiertem Bauvolumen.
Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung eine zuverlässige Betätigung des Regelschiebers 7 mit einer sehr geringen Antriebsleistung.
Selbst bei Ausfall der Regelung ist durch die erfindungsgemäße Lösung ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe (Fail-safe) gewährleistet, da im stromlosen Zustand das Magnetventil 12 offen ist, so dass der Druck im Druckkanal 13 und in der Druckkammer 16 abfällt, so dass die Rückstellfeder 6 den Regelschieber 7 in diesem Fall in die (hintere) Arbeitsstellung "OFFEN" verfährt.
Beim federbelasteten "Zurückfahren" des Regelschiebers 7 in die "Fail-safe-Stellung" wird das von der erfindungsgemäßen Anordnung gepumpte Kühlmedium vom Druckkanal 13 über das offene Magnetventil 12 in den Rückströmkanal 15 und von dort in den Pumpeninnenraum 14 der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe zurück geleitet.
Auf Grund des erfindungsgemäßen Zwanglaufes durch den Exzenterantrieb der erfindungsgemäßen Pumpe ist die vorliegende Lösung selbst für Hochdrehzahlanwendungen geeignet.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dabei besonders durch ihre in ihrer Längenausdehnung sehr kurze Bauform aus, die auch sehr geringen im Motorraum vorhandenen Bauraum optimal ausnutzen kann.
Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe ist fertigungs- und montagetechnisch sehr einfach und kostengünstige herstellbar, ist zudem auch im Zusammenhang mit dem Bau unterschiedlicher Pumpenbaureihen und Baugrößen "standardisierbar" und bedarf keiner werkseitigen luftfreien Befüllung.
Zudem kann die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe einfach und kostengünstig ins Motormanagement eingebunden werden. Sie gewährleistet bei hohem volumetrischen Wirkungsgrad eine sehr hoher Zuverlässigkeit bei sehr hoher Betriebssicherheit.

Bezugszeichenzusammenstellung

1: Pumpengehäuse
2: Pumpenlager
3: Riemenscheibe
4: Pumpenwelle
5: Flügelrad
6: Rückstellfeder
7: Regelschieber
8: Außenzylinder
9: Dichtungsaufnahme
10: Wellendichtring
11: Arbeitsgehäuse
12: Magnetventil
13: Druckkanal
14: Pumpeninnenraum
15: Rückströmkanal
16: Druckkammer
17: Federteller
18: Schieberinnendichtung
19: Schieberaußendichtung
20: Sacklochbohrung
21: Schwenkzylinder
22: Bohrungsende
23: Kolbenanlagesteg
24: Arbeitskolben
25: Kolbendurchlassbohrung
26: Durchtrittsbohrung
27: Exzenterbuchse
28: Ansaugringkanal
29: Kurbelscheibenring
30: Kolbenbohrung
31: Ansaugniere
32: Spaltfilter
33: Sammelringkanal
34: Rückschlagventil
35: Durchtrittsbohrung
36: Auslassöffnung
37: Ringkanal
38: Federanlage
39: Führungselement
40: Außenabstreifer
41: I nnenabstreifer
42: Flügelradbuchse
43: Überströmbohrungen
44: Kolbenringe
45: Filterplato
46: Filterkeilnut
47: Filtereintritt
48: Filteraustritt
49: Filterscheibe
50: Abstreifer

Claims

Regelbare Kühlmittelpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), einer im/am Pumpengehäuse (1) in einem Pumpenlager (2) gelagerten, von einer Riemenscheibe (3) angetriebenen Pumpenwelle (4), einem auf einem freien, strömungsseitigen Ende dieser Pumpenwelle (4) drehfest angeordneten Flügelrad (5), einem druckbetätigten, durch eine Rückstellfeder (6) federbelasteten, Regelschieber (7) mit einem den Ausströmbereich des Flügelrades (5) variabel überdeckenden Außenzylinder (8), einem im Pumpengehäuse (1), zwischen dem Flügelrad (5) und dem Pumpenlager (2) in einer Dichtungsaufnahme (9) angeordneten Wellendichtring (10), mit einem am Pumpengehäuse (1) angeordneten Arbeitsgehäuse (11) in dem ein Magnetventil (12) angeordnet ist, zu dessen Einlassöffnung ein Druckkanal (13) und zu dessen Ausströmöffnung ein in den Pumpeninnenraum (14) mündender Rückströmkanal (15) führt, wobei im Pumpeninnenraum (14) am Pumpengehäuse (1) ein zusammen mit dem Pumpengehäuse (1) eine Druckkammer (16) ausbildender Federteller (17) angeordnet ist, an dem die Rückstellfeder (6) anliegt,
dadurch gekennzeichnet,
- dass an dem Außenradius des Federtellers (17) eine Schieberinnendichtung (18) derart angeordnet ist, dass diese innen am Außenzylinder (8) des Regelschiebers (7) anliegt, wobei zugleich im Pumpengehäuse (1) eine außen am Außenzylinder (8) des Regelschieber (7) anliegende Schieberaußendichtung (19) derart angeordnet ist, dass der Außenzylinder (8) des Regelschieber (7) bei Druckaufbau in der Druckkammer (16) entgegen der Federkraft der Rückstellfeder (6) entlang des Ausströmbereiches des Flügelrades (5) variabel verfahren werden kann, und

- dass im Pumpeninnenraum (14) zwischen dem Flügelrad (5) und dem Anlagebereich des Federtellers (17) am Pumpengehäuse (1) drehfest im Pumpengehäuse (1) ein durch den Federteller (17) hindurch ragender, mit einer zum Pumpeninnenraum (14) hin verschlossenen Sacklochbohrung (20) versehener Schwenkzylinder (21) angeordnet ist, dessen offenes Bohrungsende (22) in den Druckkanal (13) mündet, und an dessen gegenüberliegendem Ende, ein Kolbenanlagesteg (23) angeordnet ist, wobei drehbar am Schwenkzylinder (21) ein Arbeitskolben (24) mit einer Kolbendurchlassbohrung (25) angeordnet ist, wobei die Kolbendurchlassbohrung (25) über eine im Bereich der Kolbendurchlassbohrung (25) im Schwenkzylinder (21) angeordnete Durchtrittsbohrung (26) in die Sacklochbohrung (20) des Schwenkzylinders (21) mündet, und

- dass im Bereich des Arbeitskolbens (24) drehfest auf der Pumpenwelle (4) eine Exzenterbuchse (27) angeordnet ist, in der pumpenwellenseitig ein über den gesamten Umfang umlaufender, dem Flügelrad (5) benachbart angeordneter Ansaugringkanal (28) angeordnet ist, und

- dass am Außenmantel der Exzenterbuchse (27) drehbar ein Kurbelscheibenring (29) mit einer Kolbenbohrung (30) für den Arbeitskolben (24) angeordnet ist, wobei im Bereich der Kolbenbohrung (30) in der Exzenterbuchse (27) eine Ansaugniere (31) derart angeordnet ist, dass bei mit der Pumpenwelle (4) umlaufender Exzenterbuchse (27) sich im Ansaugringkanal (28) befindliches Medium in die Kolbendurchlassbohrung (25) gefördert wird, und

- dass das Flügelrad (5) sowohl an der Exzenterbuchse (27) wie auch am Kurbelscheibenring (29) anliegt und über mindestens einen, dem Ansaugringkanal (28) benachbart angeordneten Sammelringkanal (33) verfügt, wobei der Anlagebereich des Flügelrades (5) an der Exzenterbuchse (27) als ringförmiger Spaltfilter (32) ausgebildet ist, so dass in diesem Bereich ein Übertritt von Medium aus dem Pumpeninnenraum (14) in den Sammelringkanal (33) / die Sammelringkanäle (33) und von diesem/diesen in den Ansaugringkanal (28) möglich ist, und

- dass zwischen dem Bohrungsaustritt der Sacklochbohrung (20) und dem Druckkanal (13) ein Rückschlagventil (34), und vor dem Magnetventil (12) zwischen dem Druckkanal (13) und der Druckkammer (16) eine Durchtrittsbohrung (35) angeordnet ist, wobei das Magnetventil (12) eine definierte Druckbeaufschlagung des Regelschiebers (7) bewirkt.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Flügelrad (5) abgewandten Seite des Außenzylinder (8) des Regelschiebers (7) eine/mehrere Federnanlage/n (38) angeordnet ist/sind.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mantelfläche der Druckkammer (16) im Pumpengehäuse (1) ein/mehrere Führungselement/e (39) angeordnet ist/sind.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieberaußendichtung (19) im Pumpengehäuse (1) benachbart ein Außenabstreifer (40) und/oder der Schieberinnendichtung (18) in Richtung des Pumpeninnenraumes (14) im Federteller (17) benachbart ein Innenabstreifer (41) angeordnet ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Flügelrad (5) eine Flügelradbuchse (42) angeordnet ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anordnung von mehreren Sammelringkanälen (33) im Flügelrad (5) und/oder in der Flügelradbuchse (42) diese untereinander mittels Überströmbohrungen (43) miteinander verbunden sind.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang des in der Kolbenbohrung (30) des Kurbelscheibenringes (29) verschiebbar gelagerten Bereiches des Arbeitskolbens (24) Kolbenringe (44) angeordnet sind.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Spaltfilter (32) zugleich die Funktion eines Fliehkraftabscheiders erfüllt und aus einem an der Exzenterbuchse (27) angeordneten ringförmigen Filterplato (45), besteht in dem Filterkeilnuten (46) derart eingebracht sind, dass sich diese vom am Außenradius des Spaltfilters (32) befindlichen Filtereintritt (47) zum am Innenradius des Spaltfilters (32) befindlichen Filteraustritt (48) hin vergrößern.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Spaltfilter (32) von einer Filterscheibe (49) gebildet wird wobei in der Exzenterbuchse (27), im Bereich der Filterscheibe (49), ein/mehrere die Ebene der Exzenterbuchse (27) überragende, in den Pumpeninnenraum (14) hineinragende Abstreifer (50) derart schräg zur Tangente an die Filterscheibe (49) angeordnet sind, dass vom drehenden Flügelrad (5) im Filterspalt mitgenommene Partikel zum Pumpeninnenraum (14) hin ausgetragen werden.