EP2912317A2

EP2912317A2 - Anordnung einer kühlmittelpumpe

Info

Publication number: EP2912317A2
Application number: EP13824477.7A
Authority: EP
Inventors: Franz Pawellek; Toni Steiner
Original assignee: Nidec GPM GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2015-09-02
Also published as: DE102012020618B3; WO2014059965A2; WO2014059965A3

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Anordnung einer Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore zu entwickeln die einfach und robust aufgebaut ist, fertigungstechnisch einfach herstellbar, eine wesentlich einfachere Zugänglichkeit der Kühlmittelpumpe im Motorraum ermöglicht, und die zudem bei einheitlichen Arbeitsparametern selbst für unterschiedliche Motorplattformen einheitlich gestaltet (Universalpumpe) sein kann, dabei gleichzeitig den Verschleiß der Baugruppen, wie auch die Arbeitsgeräusche minimiert, eine Diagnosefähigkeit der Pumpenfunktionen ermöglicht, zudem das Gewicht der Kühlmittelpumpen, wie auch die Herstellungskosten der Kühlmittelpumpen wesentlich reduziert und mit minimalem Zusatzaufwand eine Elektrifizierung der Pumpenfunktionen ermöglicht. Die erfindungsgemäße Anordnung einer Kühlmittelpumpe zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass das Lagergehäuse (2) der Kühlmittelpumpe (1) innerhalb der Ölwanne (10) am Kurbelgehäuse (9) angeordnet ist, und im Lagergehäuse (2) neben der Kühlmittelpumpe (1) eine Ölpumpe (11) angeordnet ist, wobei die Antriebswelle (3) der Kühlmittelpumpe (1) zugleich auch die Antriebswelle (3) der Ölpumpe (11) ist, wobei auf der Antriebswelle (3) antriebsseitig neben den Flügelrad (7) der Kühlmittelpumpe (1) eine Pumpenwellendichtung (8) und ölpumpenseitig im Lagergehäuse (2), neben der Pumpenwellendichtung (8) der Kühlmittelpumpe (1) ein Leckagesammeiraum (12) mit einer Leckagebohrung (13) angeordnet ist, wobei Ölpumpenseitig neben dem Leckagesammelraum (12) eine Wellendichtung (14) angeordnet ist, und im Leckagesammeiraum (12) auf der Antriebswelle (3) eine Leckagepumpe (15) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft die Anordnung einer Kühlmittelpumpe (1) für Verbrennungsmotore mit einer in einem Lagergehäuse (2) drehbar gelagerten Antriebswelle (3), einem auf dem strömungsseitigen Ende der Antriebswelle (3) in einer mit einer Ansaugöffnung (4) und einer Ausströmöffnung (5) versehenen Arbeitskammer (6) angeordneten Flügelrad (7), mit einer innerhalb einer Ölwanne (10) am Kurbelgehäuse (9) angeordneten Ölpumpe (11).

Description

Anordnung einer Kühlmittelpumpe

Die Erfindung betrifft die Anordnung einer Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, wie Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen mit einer Pumpenwelle und einem drehfest auf dem freien, strömungsseitigen Enden dieser Pumpenwelle angeordneten Flügelrad.

Im Stand der Technik sind unterschiedliche Anordnungen von Kühlmittelpumpen vorbeschrieben.

Beispielsweise sind aus der DE 692 12 1 18 T2, der DE 20 2004 015 033 U1 , der DE 198 15 384 A1 und der DE 10 2008 051 129 A1 für den Einsatz in Verbindung mit Verbrennungsmotore von Kraftfahrzeugen konzipierte spezielle Pumpenbauformen bekannt geworden, bei denen jeweils zwei getrennte Pumpen axial hintereinander angeordnet sind, und beide Pumpen von einer gemeinsamen Antriebswelle angetrieben werden.

Die in der DE 692 12 1 18 T2, wie auch die in der DE 20 2004 015 033 U1 vorbeschriebene Bauform wird im Bereich des Motorblockes, außerhalb der Ölwanne angeordnet.

Bei der Bauform nach der DE 198 15 384 A1 ist die Ölpumpe in der Ölwanne angeordnet, jedoch so, dass deren, von der Kurbelwelle über ein in der Ölwanne angeordnetes Kettenrad angetriebene Antriebswelle in der Wandung der Ölwanne gelagert ist, wobei an der Antriebswelle in diesem Lagerbereich, d.h. unmittelbar an der Ölwanne ein Kupplungsflansch angeordnet ist, mit welchem ein zugeordnetes Kupplungsstück an der Pumpenwelle einer außerhalb an der Ölwanne angeordneten Kühlmittelpumpe drehfest in Wirkverbindung tritt.

Diese räumlich getrennte Anordnung der Kühlmittelpumpe außerhalb der Ölwanne gewährleistet dabei, dass keine Kühlmittelleckagen in die Ölwanne, d.h. das Schmiermittel (Öl) gelangen und dieses verunreinigen.

In der DE 10 2008 051 129 A1 wird eine schematisch dargestellte Bauform vorgestellt, bei der ebenfalls eine Ölpumpe mit einer Kühlmittelpunpe drehfest gekoppelt ist, wobei beide Pumpen gemeinsam in der Ölwanne einer Brennkraftmaschine angeordnet sind.

Um die Verunreinigung des Schmiermittels (Öl) durch Kühlmittelleckagen zu vermeiden ist zwischen beiden Pumpengehäusen das Gehäuse einer Leckagesammeivorrichtung mit einem Leckagesammelbehälter angeordnet, welcher sowohl die aus der Kühlmittelpumpe austretende Kühlmittelleckage, wie auch die aus der Ölpumpe austretende Ölleckage aufnehmen soll.

An der Leckagesammeivorrichtung ist ein Ablaufkanal und/oder ein Belüftungskanal angeordnet.

Über den Belüftungskanal werden neben dem Leckagebehälter auch die Pumpenkanäle der Kühlmittelpumpe entlüftet.

Über den Ablaufkanal, falls vorhanden, wird beim Ölwechsel der Inhalt des Leckagesammelbehälters entleert.

In den Bauformen ohne Ablaufkanal, wird der in der Leckagesammeivorrichtung angeordnete Leckagesammelbehälter mittels Unterdruck über den Belüftungskanal abgesaugt/ entleert.

Eine konkrete konstruktive/fertigungsreife Umsetzung dieser Lösung ist der DE 10 2008 051 129 A1 nicht zu entnehmen.

Eine technische Umsetzung der vorgenannten Lösungen, auch der in der DE 10 2008 051 129 A1 schematisch dargestellten Lösung, erfordert neben hohen Fertigungs- und Montagekosten auch bei den Wartungsarbeiten einen hohen Montage- und Demontageaufwand.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine neuartige Anordnung einer Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, zu entwickeln, die die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sich insbesondere durch einen sehr hohen mechanischen Wirkungsgrad auszeichnet, einfach und robust aufgebaut ist, fertigungstechnisch einfach herstellbar, und auch einfach montierbar ist, den Instandhaltungsaufwand durch eine wesentlich einfachere Zugänglichkeit der Kühlmittelpumpe im Motorraum deutlich senkt, die zudem bei einheitlichen Arbeitsparametern selbst für unterschiedliche Motorplattformen einheitlich gestaltet (Universalpumpe) sein kann, dabei gleichzeitig den Verschleiß der Baugruppen, wie auch die Arbeitsgeräusche (z.B. Quietschunterdrückung der Wasserpumpendichtung) minimiert, eine Diagnosefähigkeit der Pumpenfunktionen ermöglicht, zudem das Gewicht der Kühlmittelpumpen, wie auch die Herstellungskosten der Kühlmittelpumpen wesentlich reduziert eine hohe Zuverlässigkeit, bei hoher Lebensdauer und geringer Schmutzanfälligkeit gewährleistet, und mit minimalem Zusatzaufwand eine Elektrifizierung der Pumpenfunktionen zur Gewährleistung einer optimalen Kühlung im Start-Stop- Modus, wie aber auch im Rahmen einer Hybridisierung (ob micro, mild oder auch füll hybrid) des Antriebskonzeptes ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die erfindungsgemäße Anordnung einer Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore nach den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wie auch aus der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen drei Ausführungsbeispiele in Verbindung mit sieben Zeichnungen zu den unterschiedlichen Bauformen der erfindungsgemäßen Lösung.

Nachfolgend wird nun die Erfindung an Hand von drei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit sieben zugeordneten Figuren näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt das Lagergehäuse 2 mit der erfindungsgemäßen Anordnung einer Kühlmittelpumpe 1 für Verbrennungsmotore innerhalb der Ölwanne 10 in einem Horizontalschnitt in der Montageebene am Kurbelgehäuse 9 mit einem außen an der Ölwanne 10 angeordneten Elektromotor 26, dessen Rotorwelle 27 durch einen Wellendurchbruch 24 in der Ölwanne 10 über eine Wellenkupplung 25 mit der Antriebswelle 3 der Kühlmittelpumpe 1 in Wirkverbindung treten kann.

In der Figur 2 ist nun die in der Figur 1 dargestellt erfindungsgemäß innerhalb der Ölwanne 10 angeordnete Kühlmittelpumpe 1 für Verbrennungsmotore im Schnitt bei A-A (gemäß Figur 1) im am Kurbelgehäuse 9 befestigten Zustand dargestellt. In dieser, in der Figur 1 dargestellten, Bauform ist die Antriebswelle 3 der Kühlmittelpumpe 1 auch die Antriebswelle 3 der Ölpumpe 11 , wie zugleich auch die Antriebswelle 3 einer Vakuumpumpe 16. Bei der in diesem Ausführungsbeispiel eingesetzten Kühlmittelpumpe 1 handelt es sich um eine regelbare Kühlmittelpumpe, deren Volumenstrom mittels eines Regelschiebers 41 , wie in den unterschiedlichsten Schutzrechten der Anmelderin im Stand der Technik vorbeschrieben, bedarfsabhängig variiert werden kann. Selbstverständlich können in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung auch nicht regelbare oder mit anderen Systemen regelbare Kühlmittelpumpen Einsatz finden.

Die Figur 3 zeigt nun die Einzelheit X gemäß der Darstellung in der Figur 2 mit der erfindungsgemäß zwischen der Kühlmittelpumpe 1 und der Ölpumpe 11 auf der Antriebswelle 3 angeordneten Leckagepumpe 15. Der Schnitt durch die erfindungsgemäße Leckagepumpe 15, d.h. der Schnitt B-B nach Figur 3, ist in der Figur 4 dargestellt, und zeigt die erfindungsgemäße Leckagepumpe 15 in der Seitenansicht in Teilschnitt.

Die Figur 5 zeigt die Einzelheit Y aus der Figur 2 mit der an der Antriebswelle 3 angeordneten formschlüssigen Wellenkupplung 25 in der Bauform einer Bogenzahnkupplung.

Die in den Figuren 1 bis 5 dargestellte Anordnung einer Kühlmittelpumpe 1 für Verbrennungsmotore mit einer in einem Lagergehäuse 2 drehbar gelagerten Antriebswelle 3, einem auf dem strömungsseitigen Ende der Antriebswelle 3 in einer mit einer Ansaugöffnung 4 und einer Ausströmöffnung 5 versehenen Arbeitskammer 6 angeordneten Flügelrad 7, einer dem Flügelrad 7 antriebsseitig auf der Antriebswelle 3 benachbart im Lagergehäuse 2 angeordneten Pumpenwellendichtung 8, mit einer am Kurbelgehäuse 9 angeordneten Ölwanne 10 und einer innerhalb dieser Ölwanne 10 am Kurbelgehäuse 9 angeordneten, von der Kurbelwelle angetriebenen Welle einer Ölpumpe 1 1 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Lagergehäuse 2 der Kühlmittelpumpe 1 innerhalb der Ölwanne 10 am Kurbelgehäuse 9 angeordnet ist, und dass im Lagergehäuse 2 neben der Kühlmittelpumpe 1 eine Ölpumpe 1 1 angeordnet ist, wobei die Antriebswelle 3 der Kühlmittelpumpe 1 zugleich auch die Antriebswelle 3 der Ölpumpe 1 1 ist, und dass auf der Antriebswelle 3 antriebsseitig im Lagergehäuse 2, neben dem Flügelrad 7 der Kühlmittelpumpe 1 eine Pumpenwellendichtung 8 angeordnet ist, wobei ölpumpenseitig im Lagergehäuse 2, neben der Pumpenwellendichtung 8 der Kühlmittelpumpe 1 ein Leckagesammeiraum 12 mit einer Leckagebohrung 13 angeordnet ist, und ölpumpenseitig neben dem Leckagesammeiraum 12 eine Wellendichtung 14 angeordnet ist, und auf der Antriebswelle 3 im Leckagesammeiraum 12 eine Leckagepumpe 15 angeordnet ist.

Durch diese Leckagepumpe 15 wird überhaupt erst die erfindungsgemäße Anordnung einer Kühlmittelpumpe 1 innerhalb der Ölwanne 10 möglich. Die erfindungsgemäß angeordnete Leckagepumpe 15 erzeugt dabei sowohl unmittelbar neben der Pumpenwellendichtung 8 der Kühlmittelpumpe 1 , wie auch unmittelbar neben der ölpumpenseitig angeordneten Wellendichtung 14 in einem speziellen Leckagesammeiraum 12 ständig einen Unterdruck und gewährleistet gleichzeitig, dass alle in den Leckagesammeiraum 12 eintretenden Leckagen, ob Kühlmittel 44 oder Öl 43, schnellstens über eine Leckagebohrung 13 aus dem Bereich der Ölwanne 10 herausgefördert werden. Diese erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch einen sehr hohen mechanischen Wirkungsgrad aus, ist einfach und robust aufgebaut, dabei fertigungstechnisch einfach herstellbar, und auch einfach montierbar ist.

Durch die wesentlich einfachere Zugänglichkeit der Kühlmittelpumpe 1 im Motorraum, die nach dem Entfernen der Ölablassschraube 48, dem Ablassen des Öls 43 über die Olablassbohrung 47 und durch einfaches Abnehmen der Ölwanne 10 frei zugänglich wird, wird der Wartungsaufwand reduziert.

Dabei ist erfindungswesentlich, dass im tiefstgelegenen Bereich der Kühlmittelpumpe 1 eine Kühlmittelablassbohrung 45 mit einer diese Kühlmittelablassbohrung 45 abdichtend verschließenden

Kühlmittelablassschraube 46 angeordnet ist.

Nach dem Entfernen der Ölwanne 10 kann daher nun die Kühlwasserablassschraube 46 geöffnet werden. Das Kühlmittel 44 kann dann, da die Kühlmittelablassschraube 46 an der tiefsten Stelle positioniert ist, über Kühlmittelablassbohrung 45 vollständig abgelassen werden.

Nach dieser vollständigen Entlehrung kann die Kühlmittelpumpe 1 dann problemlos„trocken" demontiert werden.

Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpenanordnung bietet somit den Vorteil einer einfachen und gleichzeitig sehr komfortablen Montage und Demontage die den Instandhaltungsaufwand sehr deutlich senkt.

Bei einheitlichen Arbeitsparametern (Fördervolumen Förderdruck, ...) können über definierte Anschlussraster (Bohrungsbilder) an dem Kurbelgehäuse 9 mittels der erfindungsgemäßen Lösung erstmals selbst für unterschiedliche Motorplattformen einheitlich gestaltete (Universalpumpen) Pumpenbaugruppen eingesetzt werden. Gleichzeitig bewirkt die erfindungsgemäße Anordnung in ihrer Gesamtheit, dass der Verschleiß der Baugruppen, wie aber auch die Arbeitsgeräusche (z.B. Quietschunterdrückung der Wasserpumpendichtung) minimiert werden, so dass stets eine hohe Zuverlässigkeit, bei hoher Lebensdauer und geringer Schmutzanfälligkeit gewährleistet werden kann.

Über die, über die Leckagebohrung 13 abtransportierten, Leckagen wird aber auch gleichzeitig eine einfache Diagnosefähigkeit der Pumpenfunktionen ermöglicht. Daneben bewirkt die erfindungsgemäße Anordnung, dass das Gewicht der Kühlmittelpumpen reduziert, aber auch die Herstellungskosten der Kühlmittelpumpen, einerseits durch den Verzicht auf eine separate Antriebswelle 3, aber zudem auch noch einmal durch den Einsatz von „Universalpumpen" wesentlich reduziert werden kann, wobei dadurch gleichzeitig auch der logistische Aufwand von der Herstellung der Montage bis hin zur Instandhaltung in den Werkstätten deutlich reduziert werden kann. Durch die Anordnung von mehren Pumpen auf einer Antriebswelle 3 kann die Elektrifizierung aller Pumpenfunktionen, d.h. auch die Gewährleistung einer optimalen Kühlung im Start-Stop-Modus, aber auch eine Elektrifizierung aller Pumpenfunktionen im Rahmen einer Hybridisierung (ob micro, mild oder auch füll hybrid) des Antriebskonzeptes mit minimalem Zusatzaufwand optimal gewährleistet werden.

Erfindungswesentlich ist in diesem Zusammenhang aber auch, dass, wie in der Figur 2 dargestellt, auf der Antriebswelle 3 der Kühlmittelpumpe 1 neben der Ölpumpe 1 1 auch eine Vakuumpumpe 16 angeordnet ist.

Die Anordnung einer Ölpumpe 1 1 zusammen mit einer Vakuumpumpe 16 in der Ölwanne 10 eines Verbrennungsmotors ist bekannt, doch die gemeinsame Anordnung aller drei Pumpen auf einer gemeinsamen Antriebswelle 3 bewirkt, zudem noch einmal eine deutliche Erhöhung des Wirkungsgrades des Gesamtmoduls.

Erfindungswesentlich ist dabei, dass das Lagergehäuse 2 mittels in Befestigungsbohrungen 17 angeordneten Befestigungsschrauben am Kurbelgehäuse 9 befestigt wird, und dass das Lagergehäuse 2 wie auch das jeweils gegenüberliegend angeordnete Kurbelgehäuse 9 mit Einlasskanälen 18 und Auslasskanälen 19 für die im Lagergehäuse 2 angeordneten Pumpen, wie die Ölpumpe 11 , die Vakuumpumpe 16 und/oder die Kühlmittelpumpe 1 , sowie die Leckagebohrung 13 für die Leckagepumpe 15 versehen ist, wobei zwischen dem Lagergehäuse 2 und dem Kurbelgehäuse 9 eine Lagergehäusedichtung 20, analog einer Zylinderkopfdichtung, gemeinsam für alle Einlasskanäle 18, alle Auslasskanälen 19, wie auch die Leckagebohrung 13, angeordnet ist.

Erfindungsgemäß ist aber auch, wie ebenfalls in der Figur 2 dargestellt, dass der Einlasskanal 18 der Kühlmittelpumpe 1 von einem laufradseitig am Lagergehäuse 2 angeordneten Zulaufstutzen 21 , welcher separat neben dem Lagergehäuse 2 am Kurbelgehäuse 9 angeordnet ist, gebildet wird.

Dies vereinfacht wesentlich die Fertigung des Lagergehäuses 2 und senkt neben den Herstellungskosten gleichzeitig auch die Montage- und Instandhaltungskosten und ermöglicht zudem gleichzeitig bei Reduzierung der Fertigungstoleranzen auch einen einfachen und kostengünstigen Toleranzausgleich im Bereich des Sauganschlusses 42 des Zulaufstutzens 21 der Kühlmittelpumpe 1.

Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch, dass, wie ebenfalls in der Figur 2 dargestellt, zur drehbaren Lagerung der Antriebswelle 3 im Lagergehäuse 2 Gleitlager 22 angeordnet sind.

Gegenüber Wälzlagern sind diese Gleitlager deutlich kostengünstiger in der Herstellung aber auch wesentlich robuster, langlebiger, schwingungsdämpfender, reibungsärmer, und zuverlässiger im Betriebseinsatz. Erfindungsgemäß ist an der Antriebswelle 3, innerhalb der Ölwanne 10, dem Flügelrad 7 gegenüberliegend ein Antriebsrad 23, in der Bauform eines Zahnoder Kettenrades angeordnet. Dieser Antrieb der Kühlmittelpumpe hat gegenüber dem im Stand der Technik üblichen Antrieb von Kühlmittelpumpen mit Poly-V-Riementriebe wesentliche Vorteile, da die bei diesen Keilriemenantrieben nicht zu vermeidende Walkarbeit nicht auftritt, und allein dadurch der Gesamtwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Bauform gegenüber den im Stand der Technik bekannten Lösungen steigt. Erfindungswesentlich ist aber auch, dass mit minimalem Zusatzaufwand die Elektrifizierung aller Pumpenfunktionen, d.h. auch die Gewährleistung einer optimalen Kühlung im Start-Stop-Modus, aber auch eine Elektrifizierung aller Pumpenfunktionen im Rahmen einer Hybridisierung (ob micro, mild oder auch füll hybrid) des Antriebskonzeptes optimal dadurch, wie auch in der Figur 2 dargestellt, gewährleistet werden kann, dass in der Ölwanne 10, neben dem Antriebsrad 23, im Bereich der Antriebswelle 3, ein Wellendurchbruch 24 angeordnet ist, und dass im Bereich des Antriebsrades 23 an der Antriebswelle 3 eine formschlüssige Wellenkupplung 25 angeordnet ist, und dass außen an der Ölwanne 10 im Bereich des Wellendurchbruches 24 ein Elektromotor 26 angeordnet ist, dessen Rotorwelle 27 über die Wellenkupplung 25 mit der Antriebswelle 3 in Wirkverbindung tritt, und dass das Antriebsrad 23 mit der Antriebswelle 3 über einen in Richtung einer höheren Drehzahl der Antriebswelle 3„freilaufenden" Überholfreilauf 28 verbunden ist, und dass auch der Rotor 29 des Elektromotor 26 mittels eines weiteren, in Richtung einer höheren Drehzahl der Rotorwelle 27„freilaufenden" Überholfreilaufes 28 mit der Rotorwelle 27 verbunden ist.

Die in diesem Zusammenhang dargestellte Anordnung der beiden Überholfreiläufe gewährleistet einfach und sehr kostengünstig, dass der jeweils schnellere Antrieb, d.h. entweder mechanisch über das Antriebsrad 23, oder elektrisch mittels des Elektromotors 26 stets den Antrieb der Antriebswelle 3 übernimmt.

Erfindungswesentlich ist in diesem Zusammenhang aber auch, dass, wie in der Figur 2 dargestellt, die formschlüssige Wellenkupplung 25 eine Steckkupplung in der Bauform einer Bogenzahnkupplung ist.

Derartige Bogenzahnkupplungen gewährleisten in gewissen Grenzen, d.h. selbst bei nicht exakt fluchtenden Wellen, einen Toleranzausgleich und ermöglichen trotz der Reduzierung des Fertigungsaufwandes (durch größere Toleranzfelder) ein exaktes und zuverlässiges „Aufschwimmen" der Antriebswelle 3 in den Gleitlagerstellen, wodurch eine kostengünstige Fertigung bei hoher Zuverlässigkeit und langer Lebensdauer mit minimalen Reibungsverlusten gewährleistet werden kann.

Erfindungswesentlich ist dabei auch, dass sowohl zwischen der Pumpenwellendichtung 8 der Kühlmittelpumpe 1 und dem Leckagesammeiraum 12 mit der Leckagepumpe 15, wie auch zwischen der ölpumpenseitig angeordneten Wellendichtung 14 und dem Leckagesammeiraum 12 jeweils eine Anlaufscheibe 30 angeordnet ist, wobei zwischen diesen beiden Anlaufscheiben 30 eine drehfest auf der Antriebswelle 3 angeordnete Drehschieberpumpe 31 als Leckagepumpe 15 umläuft, die mittels eines umlaufenden, federbelasteten Schiebers 32 Leckageflüssigkeit 33 aus einem sichelförmigen Saugbereich 34 über den Druckbereich 35 der Drehschieberpumpe 31 in die Leckagebohrung 13 fördert.

Kennzeichnend ist dabei, dass an dem der Leckagepumpe 15 gegenüberliegenden freien Ende der Leckagebohrung 13 eine Diagnoseeinheit 36 angeordnet ist.

Erfindungsgemäß sind in der Diagnoseeinheit 36 ein Leckagebehälter 37 mit Aktivkohlefilter, ein Druckmesssensor 38, eine Blende 39 und ein Rückschlagventil 40 angeordnet.

Somit kann beim Auftreten von„erhöhten" Leckagemengen, welche auf eine Fehlfunktion der Wellendichtungen hinweisen, ein ansteigender Staudruck vor der Blende 39 erfasst, und von der Diagnoseeinheit 36 ausgewertet werden. Die unvermeidbaren Leckagen hingegen werden von einem erfindungsgemäß im Leckagebehälter 37 angeordneten Aktivkohlefilter gereinigt und führen nicht zu einem Druckanstieg vor der Blende 39.

Zudem liegt durch den erfindungsgemäßen geodätischen Höhenunterschied zwischen Kühlmittelpumpe 1 und dem Ausgleichsbehälter, an der Sensorik der Kühlmittelpumpe 1 , ein positiver Vordruck an, der sich auf das Kavitationsverhalten der Kühlmittelpumpe 1 günstig auswirkt.

In der Figur 6 ist eine abgewandelte Bauform der soeben beschriebenen erfindungsgemäßen Lösung, ohne Vakuumpumpe und mit einer Kühlmittelpumpe in einer nicht regelbaren Bauform dargestellt. Selbstverständlich können bei den Bauformen „ohne Vakuumpumpe" bei erfindungsgemäßer Anordnung der Kühlmittelpumpe 1 innerhalb der Ölwanne 10 der Verbrennungsmotore auch regelbare Kühlmittelpumpen 1 , wie beispielsweise mittels eines Regelschiebers regelbare Kühlmittelpumpen 1 , Einsatz finden.

Doch auch alle in diesem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellten erfindungsgemäßen Baugruppen und deren erfindungsgemäße Anordnung haben die in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Merkmale des ersten Ausführungsbeispiels (d.h. die Verbindung mit den vorgenannten Figuren) erläuterten erfindungsgemäßen Wirkungen zur Folge.

Die Figur 7 zeigt nun eine weitere Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels (siehe Figuren 1 bis 5). Gegenüber diesem ersten Ausführungsbeispiel wurde bei der in Figur 7 dargestellten Bauform der erfindungsgemäßen Lösung auf den zusätzlichen Antrieb mittels eines außerhalb der Ölwanne 10 angeordneten Elektromotors 26 verzichtet, dessen Rotorwelle 27 im ersten Ausführungsbeispiel über die Wellenkupplung 25 mit der Antriebswelle 3 in Wirkverbindung treten konnte.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel wurde eine mittels eines Regelschiebers 41 regelbare Kühlmittelpumpe 1 eingesetzt. Selbstverständlich können in allen Ausführungsbeispielen sowohl regelbare wie auch nicht regelbare Kühlmittelpumpen erfindungsgemäß innerhalb der Ölwanne 10 angeordnet werden.

Zudem ist festzustellen, dass durch die erfindungsgemäße Lösung nur zwei Lagerstellen erforderlich werden, und allein dadurch die Gesamtlösung sehr reibungsarm arbeitet, wobei im speziellen die Ölschmierung der beiden ölgeschmierten Gleitlagerstellen durch die erfindungsgemäß „anliegende" Ölpumpe optimal gewährleistet ist. Die Gleitlager sind zudem um ein vielfaches robuster als die bei Kühlmittelpumpen eingesetzten Wälzlagerungen.

Auch das gemeinsame Lagergehäuse 2 (alle Pumpen sind in nur einem Pumpengehäuse angeordnet) führt neben der Bauraumeinsparung gleichzeitig auch zu einer deutlichen Gewichtsreduzierung, wie zudem auch zu einer damit verbundenen Einsparung von Bauteilen, wie z.B. Gehäusebauteilen, Befestigungsflansche, Wellen, Lagerungen und dergleichen mehr.

Nicht zuletzt führt auch die Tatsache, dass infolge der erfindungsgemäßen Lösung bei Nutzung eines Elektromotors 26 sowie bei „rein" elektrischem Betrieb (d.h. nur mittels des Elektromotors) für alle Pumpen zusammen nur ein Elektromotor erforderlich wird, neben Platz-, Gewichts- und Kostenersparnis, zudem auch zu einer deutlichen Verringerung des Fertigungs-, Montage- und Instandhaltungsaufwandes, ermöglicht die Kühl-/Heizfunktion bei Motorstillstand, und die Verminderung des Lagerverschleißes, da im Motor vor dem Motorstart elektrisch der Schmieröldruck bereit gestellt werden kann, auch kann mittels des Elektroantriebes bei häufigem Start/Stop Betrieb durch Vermeidung der Mischreibung eine optimale Versorgung der Lagerstellen gewährleistet und so deren Lebensdauer erhöht werden.

Dabei gewährleistet die erfindungsgemäße Lösung in Verbindung mit dem Einsatz eines Elektromotors gleichzeitig einen Sicherheitsgewinn bei der Versorgung des Bremskraftverstärkers, aber auch bei Motorstillstand eine Nachlauffunktion der Pumpen zum Schutz des Turboladers und der AGR- Komponenten.

Die Kombination von Elektromotor und „mechanischem" Antrieb bietet dabei auch noch eine zusätzliche Sicherheitsredundanz.

Bei allen Bauformen der erfindungsgemäßen Lösung gelingt es, die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile zu beseitigen, und durch die erfindungsgemäße Lösung eine Anordnung für Kühlmittelpumpen 1 bereit zu stellen, die sich durch einen sehr hohen mechanischen Wirkungsgrad auszeichnet, einfach und robust aufgebaut ist, fertigungstechnisch einfach herstellbar, und auch einfach montierbar ist, den Instandhaltungsaufwand durch eine wesentlich einfachere Zugänglichkeit der Kühlmittelpumpe im Motorraum deutlich senkt, die zudem bei einheitlichen Arbeitsparametern selbst für unterschiedliche Motorplattformen einheitlich gestaltet (Universalpumpe) sein kann, dabei gleichzeitig den Verschleiß der Baugruppen, wie auch die Arbeitsgeräusche (z.B. Quietschunterdrückung der Wasserpumpendichtung) minimiert, eine Diagnosefähigkeit der Pumpenfunktionen ermöglicht, das Gewicht der Kühlmittelpumpen, wie auch die Herstellungskosten der Kühlmittelpumpen wesentlich senkt, eine hohe Zuverlässigkeit, bei hoher Lebensdauer und geringer Schmutzanfälligkeit gewährleistet, und mit minimalem Zusatzaufwand eine Elektrifizierung der Pumpenfunktionen zur Gewährleistung einer optimalen Kühlung im Start-Stop-Modus, wie aber auch im Rahmen einer Hybridisierung ( ob micro, mild oder auch füll hybrid) des Antriebskonzeptes ermöglicht.

Bezugszeichenzusammenstellung

1 Kühlmittelpumpe

2 Lagergehäuse

3 Antriebswelle

4 Ansaugöffnung

5 Ausströmöffnung

6 Arbeitskammer

7 Flügelrad

8 Pumpenwellendichtung

9 Kurbelgehäuse

10 Ölwanne

1 1 Ölpumpe

12 Leckagesammeiraum

13 Leckagebohrung

14 Wellendichtung

15 Leckagepumpe

16 Vakuumpumpe

17 Befestigungsbohrung Einlasskanal

Auslasskanal

Lagergehäusedichtung Zulaufstutzen

Gleitlager

Antriebsrad

Wellendurchbruch Wellenkupplung

Elektromotor

Rotorwelle

Überholfreilauf

Rotor

Anlaufscheibe

Drehschieberpumpe Schieber

Leckageflüssigkeit Saugbereich

Druckbereich

Diagnoseeinheit

Leckagebehälter

Druckmesssensor Blende

Rückschlagventil

Regelschieber

Sauganschluss

Öl

Kühlmittel

Kühlmittelablassbohrung Kühlmittelablassschraube Ölablassbohrung

Ölablassschraube

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung einer Kühlmittelpumpe (1) für Verbrennungsmotore mit einer in einem Lagergehäuse (2) drehbar gelagerten Antriebswelle (3), einem auf dem strömungsseitigen Ende der Antriebswelle (3) in einer mit einer Ansaugöffnung (4) und einer Ausströmöffnung (5) versehenen Arbeitskammer (6) angeordneten Flügelrad (7), einer dem Flügelrad (7) antriebsseitig auf der Antriebswelle (3) benachbart im Lagergehäuse (2) angeordneten Pumpenwellendichtung (8), mit einer an einem Kurbelgehäuse (9) angeordneten Ölwanne (10) und einem innerhalb dieser Ölwanne (10) am Kurbelgehäuse (9) angeordneten Lagergehäuse (2) mit einer im Lagergehäuse (2) drehbar gelagerten, von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebswelle (3) einer Olpumpe (11 ), wobei im Lagergehäuse neben der Ölpumpe (11 ) auch die Kühlmittelpumpe (1 ) angeordnet ist, und die Antriebswelle (3) der Ölpumpe (1 1 ) zugleich auch die Antriebswelle (3) der Kühlmittelpumpe (1) ist, mit einem zwischen der Kühlmittelpumpe (1 ) und der Ölpumpe (1 1 ) angeordneten, mit einem Ablaufkanal versehenen Leckagesammeiraum (12), wobei beidseitig des Leckagesammeiraumes (12) auf der Antriebswelle (3) Wellendichtungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Antriebswelle (3) im Leckagesammeiraum (12) eine Leckagepumpe (15) angeordnet ist.

2. Anordnung einer Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der Antriebswelle (3) der Kühlmittelpumpe (1 ) neben der Ölpumpe (1 1) auch eine Vakuumpumpe (16) angeordnet ist.

3. Anordnung einer Kühlmittelpumpe (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (2) mittels in Befestigungsbohrungen (17) angeordneten Befestigungsschrauben am Kurbelgehäuse (9) befestigt ist, und

dass das Lagergehäuse (2) wie auch jeweils gegenüberliegend das Kurbelgehäuse (9) mit Einlasskanälen (18) und Auslasskanälen (19) für die im Lagergehäuse (2) angeordneten Pumpen, wie die Ölpumpe (1 1 ), die Vakuumpumpe (16) und/oder die Kühlmittelpumpe (1 ), und einer Leckagebohrung (13) für die Leckagepumpe (15) versehen ist, und dass zwischen dem Lagergehäuse (2) und dem Kurbelgehäuse (9) für alle Einlasskanäle (18), Auslasskanäle (19) wie auch den Ablaufkanal, die Leckagebohrung (13), eine gemeinsame Lagergehäusedichtung (20) angeordnet ist.

4. Anordnung einer Kühlmittelpumpe (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (18) der Kühlmittelpumpe (1) über einem laufradseitig am Lagergehäuse (2) angeordneten Zulaufstutzen (21 ) separat neben dem Lagergehäuse (2) am Kurbelgehäuse (9) angeordnet ist.

5. Anordnung einer Kühlmittelpumpe (1 ) nach Anspruch 1 , oder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur drehbaren Lagerung der Antriebswelle (3) Gleitlager (22) im Lagergehäuse (2) angeordnet sind.

6. Anordnung einer Kühlmittelpumpe (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Antriebswelle (3), innerhalb der Ölwanne (10), dem Flügelrad (7) gegenüberliegend ein Antriebsrad (23), in der Bauform eines Zahnriemenrades, eines Zahn- oder Kettenrades angeordnet ist.

7. Anordnung einer Kühlmittelpumpe (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ölwanne (10), neben dem Antriebsrad (23), im Bereich der

Antriebswelle (3), ein Wellendurchbruch (24) angeordnet ist, und dass im Bereich des Antriebsrades (23) an der Antriebswelle (3) eine formschlüssige Wellenkupplung (25) angeordnet ist, und

dass außen an der Ölwanne (10) im Bereich des Wellendurchbruches

(24) ein Elektromotor (26) angeordnet ist, dessen Rotorwelle (27) über die Wellenkupplung (25) mit der Antriebswelle (3) in Wirkverbindung tritt, und

dass das Antriebsrad (23) mit der Antriebswelle (3) über einen in Richtung einer höheren Drehzahl der Antriebswelle (3) „freilaufenden" Überholfreilauf (28) verbunden ist, und

dass auch ein Rotor (29) des Elektromotor (26) mittels eines weiteren, in Richtung einer höheren Drehzahl der Rotorwelle (27) „freilaufenden" Überholfreilaufes (28) mit der Rotorwelle (27) verbunden ist.

8. Anordnung einer Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

dass die formschlüssige Wellenkupplung (25) eine Steckkupplung in der Bauform einer Bogenzahnkupplung ist.

9. Anordnung einer Kühlmittelpumpe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,

dass sowohl zwischen der Pumpenwellendichtung (8) der Kühlmittelpumpe (1 ) und dem Leckagesammeiraum (12) mit der Leckagepumpe (15), wie auch zwischen der ölpumpenseitig angeordneten Wellendichtung (14) und dem Leckagesammeiraum (12), mit der Leckagepumpe (15), jeweils eine Anlaufscheibe (30) angeordnet ist, und dass zwischen diesen beiden Anlaufscheiben (30) eine drehfest auf der Antriebswelle (3) angeordnete Drehschieberpumpe (31) als Leckagepumpe (15) umläuft, und die mittels eines umlaufenden, federbelasteten Schiebers (32) Leckageflüssigkeit (33) aus einem sichelförmigen Saugbereich (34) über den Druckbereich (35) der Drehschieberpumpe (31 ) in die Leckagebohrung (13) fördert.

10. Anordnung einer Kühlmittelpumpe (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

dass an dem der Leckagepumpe (15) gegenüberliegenden freien Ende der Leckagebohrung (13) eine Diagnoseeinheit (36) angeordnet ist.

1 1. Anordnung einer Kühlmittelpumpe (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

dass in der Diagnoseeinheit (36) ein Leckagebehälter (37) mit Aktivkohlefilter, ein Druckmesssensor (38), eine Blende (39) und ein Rückschlagventil (40) angeordnet sind.

12. Anordnung einer Kühlmittelpumpe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,

dass in einem tiefstgelegenen Bereich der Kühlmittelpumpe (1 ) eine Kühlmittelablassbohrung (45) mit einer diese abdichtend verschließenden Kühlmittelablassschraube (46) angeordnet ist.