KÜHLMITTELPUMPE MIT HYDRAULISCH VERSTELLBAREM VENTILSCHIEBER, MIT INTEGRIERTER SEKUNDÄRPUMPE UND ELEKTROMAGNETISCHEM VENTIL ZUR ERZEUGUNG UND STEUERUNG DES REGELDRUCKS
Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe für den Einsatz im KFZ- Bereich zur Förderung eines Kühlmittel-Volumenstroms mit einem Gehäuse, in dem eine Pumpenwelle mit einem drehfest darauf angeordneten Laufrad drehbar gelagert ist, wobei eine Regeleinrichtung zur Regelung des Volumenstroms vorgesehen ist, die ein in einen Ausströmbereich des Laufrades verschiebbares Schieberelement aufweist, das über eine Hydrauliksteuereinrichtung antreibbar ist, wobei die Hydrauliksteuereinrichtung eine Radialkolbenpumpe, eine Stelleinrichtung, eine Steuerkanalanordnung und mindestens eine Kolbenvorrichtung aufweist, die fluidisch derart miteinander verbindbar sind, dass das Schieberelement durch die Kolbenvorrichtung betätigbar ist.
Regelbare Kühlmittelpumpen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Die Regelung dient insbesondere dazu, die Kühlleistung der Kühlmittelpumpe an die Leistung und die jeweilige Betriebsphase des Motors des Kraftfahrzeuges optimal anzupassen, um einen effizienten und emissionsarmen Betrieb bei minimiertem Kraftstoffverbrauch zu gewährleisten. So beschreibt insbesondere die DE 10 2011 081 875 AI eine Kühlmittelpumpe für den Einsatz im KFZ-Bereich, bei der eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die ein verschiebbares Schieberelement aufweist, das durch eine Hydrauliksteuereinrichtung antreibbar ist. Die hier dargestellte Kühlmittelpumpe beansprucht jedoch einen relativ großen Bauraum, der im KFZ-Bereich nicht mehr gegeben ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kühlmittelpumpe bereitzustellen, die auf einfache und kostengünstige Weise eine Regelung ermöglicht und dabei einen möglichst geringen Bauraum beansprucht. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Stelleinrichtung eine mit der Steuerkanalanordnung in Wirkverbindung stehende Ventilanordnung aufweist, bestehend aus einem Elektromagnetventil und mindestens einem Rückschlagventil. Hierdurch ist es möglich, eine wesentlich kompaktere und damit bauraumgünstigere Kühlmittelpumpe bereitzustellen. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, dass die Kolbenvorrichtung als Ringkolben ausgebildet ist. Auch ist es vorteilhaft, wenn auf der Pumpenwelle eine Exzenterscheibe drehfest angeordnet ist, die in Wirkverbindung mit der Radialkolbenpumpe steht.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich dadurch, dass die Steuerkanalanordnung einen ersten Steuerkanal zur Verbindung eines ersten Druckraumes der Radialkolbenpumpe mit einem zweiten Steuerkanal aufweist, wobei der zweite Steuerkanal einen zweiten Druckraum der Kolbenvorrichtung mit einem dritten Steuerkanal verbindet, wobei der dritte Steuerkanal den zweiten Steuerkanal mit einem vierten Steuerkanal und dem Ausströmbereich des Laufrades verbindet, wobei der vierte Steuerkanal den dritten Steuerkanal mit dem ersten Druckraum verbindet, wobei ein fünfter Steuerkanal vorgesehen ist, der den Ausströmbereich des Laufrades mit dem ersten Steuerkanal verbindet, wobei im ersten, vierten und fünften Steuerkanal Rückschlagventile angeordnet sind und im zweiten Steuerkanal ein Ventilsitz für das Elektromagnetventil angeordnet ist. Dadurch, dass in einer weiteren Ausführungsform eine Arretiervorrichtung für die Radialkolbenpumpe vorgesehen ist, mit der die Radialkolbenpumpe von einem Stand-by-Modus in einen Betriebsmodus und vice versa schaltbar ist, kann die Radiaikolbenpumpe lediglich bei Bedarf
zugeschaltet werden, wodurch Verschleiß und Reibungsverluste wesentlich verringert werden können. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Arretiervorrichtung eine mit einem Radialkolben der Radialkolbenpumpe in Wirkverbindung stehende Lochscheibe aufweist, die durch ein weiteres 5 Elektromagnetventil betätigbar ist.
Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt: o Figur 1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe mit nicht betätigtem Schieberelement,
Figur 2 eine Schnittansicht der Kühlmittelpumpe aus Figur 1 gemäß dem Schnitt II-II,
Figur 3 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Kühlmittefpumpe mit betätigtem Schieberelement,
Figur 4 einen Teilschnitt einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe mit einer Arretiervorrichtung, und
Figur 5 eine schematische Seitenansicht der Kühlmittelpumpe aus Figur 4.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe 2. Die Kühlmittelpumpe 2 ist in nicht weiter dargestellter Form elektrisch antreibbar. Die Kühlmittelpumpe 2 besitzt ein Gehäuse 4, das aus zwei Gehäuseteilen 6, 8 besteht. Im Gehäuseteil 8 ist eine Pumpenwelle 10 über eine Lagerung 12 drehbar gelagert und mittels eines Dichtorganes 14 gegenüber einem Ausström bereich 16 abgedichtet. An der Pumpenwelle 10 ist ein Laufrad 18 drehfest gelagert. Das Laufrad 18 fördert auf bekannte Weise Kühlmittel von einem Einströmbereich 20 zu dem Ausströmbereich 16. Um nun auf einfache Weise eine Volumenstromregelung der
Kühlmittelpumpe 2 bereitzustellen, die einen geringen Bauraum benötigt, ist im Gehäuseteil 8 eine Regeleinrichtung 22 vorgesehen . Diese Regeleinrichtung 22 weist ein in den Ausströmbereich 16 verschiebbares Schieberelement 24 auf, das durch ein Federorgan 29 in Offenstellung vorgespannt ist. Das Schieberelement 24 ist ringförmig ausgebildet und durch eine Hydrauliksteuereinrichtung 26 antreibbar.
Die Hydrauliksteuereinrichtung 26 besitzt eine Radialkolbenpumpe 28, eine Stelleinrichtung 30, eine Steuerkanalanordnung 32 und eine Kolbenvorrichtung 34. Die Kolbenvorrichtung 34 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Ringkolben ausgeführt und fest mit dem Schieberelement 24 verbunden. Das Federorgan 29 stützt sich dementsprechend auch am Ringkolben 34 ab. Die Radialkolbenpumpe 28 steht in Wirkverbindung mit einer Exzenterscheibe 36, die drehbar auf der Pumpenwelle 10 angeordnet ist. Die Exzenterscheibe 36 (siehe hierzu Figur 2) weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Nocken 38, 40 auf. Sie kann jedoch auch vier Nocken, die natürlich auch vielseitig ausgebildet sein können, aufweisen. Die Radialkolbenpumpe 28 besitzt auf bekannte Weise ein Kolbenorgan 42, an das sich in radialer Richtung gesehen ein erster Druckraum 44 anschließt. Die Stelleinrichtung 30 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Ventilanordnung auf, die aus einem Elektromagnetventil 46 sowie aus drei schematisch dargestellten Rückschlagventilen 48, 50 und 52 besteht. Die Steuerkanalanordnung 32 weist einen ersten Steuerkanal 54 auf, der den ersten Druckraum 44 mit einem zweiten Steuerkanal 56 verbindet. In diesem ersten Steuerkanal 54 ist das Rückschlagventil 50 angeordnet, das in Richtung des ersten Druckraumes 44 vorgespannt ist. Der erste Steuerkanal 54 hat auch noch eine Verbindung zu einem weiteren Steuerkanal, auf die jedoch später eingegangen wird. Der zweite Steuerkanal 56 verbindet einen zweiten Druckraum 58 der Kolbenvorrichtung 34 mit einem dritten Steuerkanal 60. Im zweiten Steuerkanal 56 ist zudem ein Ventilsitz 62 für ein
Ventilorgan 64 des Elektromagnetventils 46 vorgesehen. Der dritte Steuerkanal 60 verbindet den zweiten Steuerkanal 56 mit einem vierten Steuerkanal 66, in dem wiederum das Rückschlagventil 52 angeordnet ist. Das Rückschlagventil 52 ist in Richtung des ersten Druckraumes 44 vorgespannt, wobei der vierte Steuerkanal 66 den dritten Steuerkanal 60 mit dem ersten Druckraum 46 fluidisch verbindet. Des Weiteren ist ein fünfter Steuerkanal 68 vorgesehen, der den Ausströmbereich 16 des Laufrades 18 mit dem ersten Steuerkanai 54 verbindet, wobei auch im fünften Steuerkanal 68 das Rückschlagventil 48 vorgesehen ist, das gegenüber dem Ausströmbereich 16 vorgespannt ist. Das Efektromagnetventil 46 ist in der Figur 1 im Offenzustand dargestellt, wodurch der zweite Druckraum 58 nicht mit Flüssigkeit befüllt wird und dementsprechend das Schieberelement 24 in seiner Offenstellung verharrt. Durch die Ventilanordnung 30 wird sichergestellt, dass die von der Radialkolbenpumpe 28 geförderte Flüssigkeit lediglich vom Ausströmbereich 16 in einen Bereich 70 im Inneren der Pumpe, der fluidisch mit dem Ausströmbereich 16 verbunden ist, zurückgepumpt wird. Eine Betätigung des Schieberelementes 24 findet, wie bereits dargestellt, nicht statt.
Figur 2 zeigt einen Schnitt gemäß der Schnittlinie II-II der Kühlmittelpumpe 2 aus Figur 1. Deutlich zu erkennen ist hier die Exzenterscheibe 36 mit ihren Nocken 38, 40, die in Wirkverbindung mit der Radialkolbenpumpe 28 steht. Auch zu erkennen ist eine Öffnung 72, durch die eine fluidische Verbindung des fünften Steuerkanals 68 mit dem Ausströmbereich 16 ermöglicht wird.
Figur 3 zeigt eine Schnittansicht der Kühlmittelpumpe 2 aus Figur 1 mit dem Ventil 64 des Elektromagnetventils 46 in Geschlossenstellung. Durch die besondere Anordnung der Rückschlagventile 48, 50, 52 ist es nun möglich, Flüssigkeit aus dem Ausströmbereich 16 in die zweite Druckkammer 58 zu fördern, wodurch das Schieberelement 24 bzw. der Ringkolben 34 in eine Geschlossenstelfung überführbar ist. Es findet also
keine Förderung von Kühlmittel mehr durch die Kühlmittelpumpe 2 statt. Es sollte deutlich sein, dass durch eine geeignete Ansteuerung des Elektromagnetventils 46 auch jegliche definierte Zwischenstellung des
Schieberelementes 24 möglich ist.
Figur 4 zeigt eine weitere verbesserte Ausführungsform der Kühlmittelpumpe 2 aus Figur 1. Alle gleichen Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zusätzlich zu der Ausführungsform gemäß Figur 1 ist bei dieser Kühlmittelpumpe 2 noch eine Arretiervorrichtu ng 74 vorgesehen, die im Wesentlichen ein weiteres, schematisch dargestelltes Elektromagnetventil 80 aufweist, das über eine Schaltstange 76 (siehe hierzu Figur 5) eine Lochscheibe 78 betätigt. Durch diese Lochscheibe 78 ist auf einfache Weise die RadiaJkolbenpumpe 28 von einem Stand-By- Modus, in dem keine Wirkverbindung mit der Exzenterscheibe 36 vorliegt, in einen Betriebsmodus, in dem die Radialkolbenpumpe 28 durch die Exzenterscheibe 36 betätigt wird, überführbar.