EP3371430A1 - Kühlmittelpumpe für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Kühlmittelpumpe für eine verbrennungskraftmaschine

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EP3371430A1
EP3371430A1 EP16785430.6A EP16785430A EP3371430A1 EP 3371430 A1 EP3371430 A1 EP 3371430A1 EP 16785430 A EP16785430 A EP 16785430A EP 3371430 A1 EP3371430 A1 EP 3371430A1
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EP
European Patent Office
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coolant pump
internal combustion
combustion engine
coolant
control slide
Prior art date
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Application number
EP16785430.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3371430B1 (de
Inventor
Stephan Zielberg
Stefan Rothgang
Sebastian Cramer
Michael-Thomas Benra
Andreas Burger
Hendrik Ferner
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Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
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Publication date
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Publication of EP3371430B1 publication Critical patent/EP3371430B1/de
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/162—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by cutting in and out of pumps
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0027—Varying behaviour or the very pump
    • F04D15/0038—Varying behaviour or the very pump by varying the effective cross-sectional area of flow through the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/086—Sealings especially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/146—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/60—Control system actuates means
    • F05D2270/64—Hydraulic actuators

Definitions

  • the invention relates to a coolant pump for an internal combustion engine having a drive shaft, a coolant pump impeller, which is arranged on the drive shaft at least rotationally fixed and via which coolant is conveyed, an adjustable control slide, via which a flow cross-section of an annular gap between an outlet of the coolant pump impeller and the surrounding conveyor channel regulated is.
  • Such coolant pumps are used in internal combustion engines to control the amount of subsidized coolant in order to prevent overheating of the internal combustion engine.
  • the drive of these pumps is usually via a belt or chain drive, so that thedeffenpumpenrad is driven by the speed of the crankshaft or a fixed ratio to the speed of the crankshaft.
  • the pumped coolant quantity is to be adapted to the coolant requirement of the internal combustion engine or of the motor vehicle.
  • the cold running phase of the engine should be shortened. This is done, inter alia, by throttling or completely shutting off the coolant flow during this phase.
  • the most accurate and low-friction adjustment of the control slide is to be guaranteed in all positions, so that only small actuating forces are needed.
  • control slide an inner hollow cylindrical peripheral wall, on whose radial inner side a radial groove is formed, in which a sealing ring is arranged and has an outer hollow cylindrical peripheral wall, on the radial outer side of a radial groove is formed, in which a sealing ring is arranged, wherein the Both peripheral walls are connected to one another via a bottom, a reliable and a leakage-minimizing sealing of the slider front side is provided to the slider back.
  • the sealing rings can serve as sliding elements, so that a reliable two-sided guidance of the slide is achieved, by tilting, by which the function of the control slide would be disabled, is prevented and the friction forces occurring during the adjustment can be reduced.
  • the sealing rings are PTFE (polytetrafluoroethylene) rings. These have a low coefficient of friction and in addition have a high resistance to wear even against corrosive liquids, such as glycol-containing coolant.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the sealing rings have a slot. This facilitates the installation of the sealing rings, which can be easily bent at first, in order to mount them in the corresponding radial groove.
  • the open piston ring allows the one-piece design of the control slide, so that the production of the control slide is simplified.
  • the slot extends obliquely to the central axis of the sealing ring. Due to the oblique course of the slot, it is automatically closed when the pressure difference or during movement, since the two inclined surfaces are pressed against each other. Accordingly, a high tightness despite the existing slot and the consequent simplified assembly is achieved.
  • the sealing ring arranged on the inside of the inner hollow-cylindrical circumferential wall slides on a machined outer surface of a cylindrical section of a first housing part of the coolant pump.
  • a high coaxiality is generated, so that can be manufactured with tight tolerances, which in turn leads to low leakage.
  • the existing friction is minimized because the control slide on a simple to be machined from the outside surface which, for example, can be processed to a surface roughness with a mean roughness of less than 0.3 ⁇ m.
  • the sealing ring arranged on the outer side of the outer hollow-cylindrical circumferential wall slides on a machined inner surface of an axially extending annular projection of a second housing part of the coolant pump.
  • These coolant pumps are often used in a non-machined housing portion of the crankcase of the internal combustion engine, which can lead to leaks.
  • the arrangement of the sealing ring within the contemplatsteckenden housing can still be achieved in all positions of the control slide on its outer periphery an effective seal.
  • the outer hollow cylindrical peripheral wall has a shoulder from which extends the outer hollow cylindrical peripheral wall in the direction of the coolant pump impeller with an enlarged outer circumference, wherein the outer diameter of this enlarged diameter portion substantially to the outer diameter of the axially extending annular projection of the second housing part corresponds.
  • a pump can be used in a cylindrical recess of the crankcase. In this case, on the one hand the tightness of the slide is ensured and on the other hand to avoid large occurring gap on the slider or a necessary reduction of the coolant pump impeller avoided.
  • the shoulder in the fully retracted position of the control slide abuts axially against one end of the annular projection of the second housing part.
  • an enlarged contact surface of the slider is reliably prevented in its bottom region in its retracted position, which could lead to increased closing forces.
  • the bottom separates a first pressure chamber from a second pressure chamber, so that the control slide is displaceable as a function of a pressure difference between the two pressure chambers.
  • large force application surfaces of the control slide can be used, so that even lower pressure differences suffice for adjustment.
  • return springs can be omitted.
  • the two pressure chambers are advantageously sealed by the two sealing rings relative to the respective other pressure chamber.
  • the leaks between the two pressure chambers are significantly reduced in accordance with the precise and rapid adjustment with minimal effort compared to known designs.
  • Figure 1 shows a side view of a coolant pump according to the invention in a sectional view.
  • FIG 2 shows a rotated to Figure 1 side view of the coolant pump according to the invention in a sectional view.
  • the coolant pump according to the invention consists of an outer housing 10, in which a spiral conveying channel 12 is formed, in which a coolant is sucked in via an axial pump inlet 14 also formed in the outer housing 10, which via the conveying channel 12 to a formed in the outer housing 10 tangential pump outlet 16 and is conveyed into a cooling circuit of the internal combustion engine.
  • This outer housing 10 may for example be formed integrally with the crankcase or the cylinder head of an internal combustion engine.
  • a coolant pump impeller 20 is fixed radially inside the conveying channel 12 on a drive shaft 18, which is designed as a Radialpumpenrad, by the rotation of the promotion of the coolant takes place in the conveying channel 12.
  • a control pump impeller 22 is formed, which is rotated in accordance with the coolant pump impeller 20.
  • This control pump impeller 22 has blades 23 which are arranged axially opposite to a flow channel 24 formed as a side channel, which is formed in a first inner housing part 26.
  • control pump impeller 22 forms a control pump 28 with the flow channel 24, via which the pressure of the coolant from the inlet of the control pump 28 is increased to the outlet.
  • the pulley 30 is mounted on a double-row ball bearing 32, the outer ring 34 is pressed on the pulley 30 and the inner ring 36 on a second fixed housing part 38.
  • the second Housing part 38 has an inner axial passage opening 40 through which the drive shaft 18 protrudes with the interposition of a shaft seal 42 and into which an inner annular projection 44 of the first housing part 26 projects, via which the first housing part 26 is centered to the second housing part 38.
  • the first housing part 26 is fastened to the second housing part 38 via screws 46, which axially penetrate the first housing part 26.
  • the second housing part 38 is secured to the outer housing 10 with the interposition of a seal 48.
  • the outer housing 10 at its pump inlet 14 opposite axial end has a receiving opening 50 of constant diameter, into which an annular projection 52 of the second housing part 38 projects, at the limiting flange wall 54 which bears axially against the outer housing 10, a groove 56th is formed, in which the seal 48 is arranged.
  • This projection 52 also serves as a rear stop for a control slide 58, the radially outer hollow cylindrical peripheral wall 60 can be pushed over the coolant pump impeller 20 that a free cross section of an annular gap 62 between an outlet 64 of the coolant pump impeller 20 and the delivery channel 12 is controlled. In accordance with the position of this control slide 58, the coolant flow conveyed through the coolant circuit is thus regulated.
  • This peripheral wall 60 has correspondingly a shoulder 66, from which the peripheral wall 60 with an enlarged diameter extends further axially in the direction of the annular gap 62.
  • this portion 68 corresponds approximately to the outer diameter of the annular projection 52, so that the annular projection 52 and this portion 68 of the peripheral wall 60 are formed directly opposite to an inner wall 70 of the receiving opening 50 of the outer housing 10, whereby gaps are minimized in this area ,
  • a sealing ring 76 is arranged, which is made of PTFE.
  • the sealing ring 76 is arranged such that it abuts in each position of the control slide 58 on a machined inner surface 78 of the annular projection 52 of the second housing part 38. Due to the machining, this inner surface 78 has a very low roughness, so that it serves as a low-friction sliding and sealing surface for the sealing ring 76.
  • the control slide 58 has, in addition to the peripheral wall 60, a bottom 80 with an inner opening 82, from the outer periphery of which the peripheral wall 60 extends axially and from the inner circumference of which a shorter inner hollow cylindrical peripheral wall 84 extends in the direction of the coolant pump impeller 20.
  • a radial groove 86 is formed, in which a sealing ring 88 is also made of PTFE, which is insensitive to the coolant and has good sliding properties.
  • the peripheral wall 84 slides on a likewise machined outer surface 89 of an axially extending cylindrical portion 90 of the first housing part 26, which is formed between the annular projection 44 and the flow channel 24 forming portion of the first housing part 26.
  • the section 90 serves to support the control slide 58.
  • the two machined surfaces 78, 89 have to ensure a low-friction guidance a center roughness of about 0.3 ⁇ on. This has the consequence that when moving the control slide 58 only small actuating forces are required and a high density between the front and the back of the control slide 58 is achieved.
  • a first pressure chamber 92 is formed axially through the second housing part 38 and the bottom 80 of the control slide 58 and radially outwardly through the annular projection 52 of the second housing part 38 and radially inward through the first housing part 26 is limited and on the side facing the coolant pump impeller 20 of the bottom 80, a second pressure chamber 94 is formed axially through the bottom plate 80 and the first housing part 26, radially outwardly through the peripheral wall 60 of the control slide 58 and radially inward is limited by the portion 90 of the first housing part 26.
  • the slots 96, 98 are formed so that the sealing rings are opened at the periphery by this slot 96, 98, so that bending up for assembly is possible.
  • the slots 96, 98 do not extend in the axial direction, but are inclined to the central axis by at least 30 °.
  • the pressure difference required for this purpose is generated by the control pump 28 and supplied to the respective pressure chamber 92, 94 by means of a valve 100, which is designed as a solenoid valve.
  • a valve 100 which is designed as a solenoid valve.
  • channels are formed in the two housing parts 26, 38, can be supplied via the pressurized coolant to the respective pressure chamber or can be discharged from this, so that as a result this pressure difference of the control slide 58 is pushed to reduce the pumped coolant amount in the annular gap 62 or pushed out to maximize the funded in the cooling circuit coolant amount from this.
  • the coolant pump described has a very precise inner guide, so that only small actuating forces are required despite small gaps, which is further enhanced by the good sliding properties of the sliding surfaces opposite the sealing surfaces. Due to the used, long-lasting and good sliding sealing rings, the pressure chambers are reliably sealed against each other, so that an adjustment of the control slide with low actuating forces is possible, while a pressure equalization between the pressure chambers is strongly delayed in time.

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Abstract

Kühlmittelpumpen für Verbrennungskraftmaschinen mit einer Antriebswelle (18), einem Kühlmittelpumpenlaufrad (20), welches fest auf der Antriebswelle (18) zumindest drehfest angeordnet ist und über welches Kühlmittel förderbar ist und einem verstellbaren Regelschieber (58), über den ein Durchströmungsquerschnitt eines Ringspalts (62) zwischen einem Austritt (64) des Kühlmittelpumpenlaufrades (20) und dem umgebenden Förderkanal (12) regelbar ist, sind bekannt. Um insbesondere bei rein hydraulischer Verstellung eine sichere Abdichtung der beiden gegenüberliegenden Druckräume (92, 94) zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass der Regelschieber (58) eine innere hohlzylindrische Umfangswand (84), an deren radialen Innenseite eine Radialnut (86) ausgebildet ist, in der ein Dichtring (88) angeordnet ist und eine äußere hohlzylindrische Umfangswand (60) aufweist, an deren radialen Außenseite eine Radialnut (74) ausgebildet ist, in der ein Dichtring (76) angeordnet ist, wobei die beiden Umfangswände (60, 84) über einen Boden (80) miteinander verbunden sind.

Description

B E S C H R E I B U N G
Kühl mittel pumpe für eine Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Antriebswelle, einem Kühlmittelpumpenlaufrad, welches auf der Antriebswelle zumindest drehfest angeordnet ist und über welches Kühlmittel förderbar ist, einem verstellbaren Regelschieber, über den ein Durchströmungsquerschnitt eines Ringspalts zwischen einem Austritt des Kühlmittelpumpenlaufrades und dem umgebenden Förderkanal regelbar ist.
Derartige Kühlmittelpumpen dienen in Verbrennungsmotoren zur Mengenregelung des geförderten Kühlmittels, um ein Überhitzen des Verbrennungsmotors zu verhindern. Der Antrieb dieser Pumpen erfolgt zumeist über einen Riemen- oder Kettentrieb, so dass das Kühlmittelpumpenrad mit der Drehzahl der Kurbelwelle oder einem festen Verhältnis zur Drehzahl der Kurbelwelle angetrieben wird.
In modernen Verbrennungsmotoren ist die geförderte Kühlmittelmenge an den Kühlmittelbedarf des Verbrennungsmotors oder des Kraftfahrzeugs anzupassen. Zur Vermeidung erhöhter Schadstoffemissionen und Minderung des Kraftstoffverbrauchs sollte insbesondere die Kaltlaufphase des Motors verkürzt werden. Dies erfolgt unter anderem dadurch, dass der Kühlmittelstrom während dieser Phase gedrosselt oder vollkommen abgeschaltet wird.
Zur Regelung der Kühlmittelmenge sind verschiedene Pumpenausführungen bekannt geworden. Neben elektrisch angetriebenen Pumpen sind Pumpen bekannt, die über Kupplungen, insbesondere hydrodynamische Kupplungen an ihren Antrieb angekoppelt oder von diesem getrennt werden können. Eine besonders kostengünstige und einfach aufgebaute Möglichkeit zur Regelung des geförderten Kühlmittelstroms ist jedoch die Verwendung eines axial verschiebbaren Regelschiebers, der über das Kühlmittelpumpenlaufrad geschoben wird, so dass zur Reduzierung des Kühlmittelstroms der Durchströmungsquerschnitt des Ringspaltes, über den das Pumpenlaufrad das Kühlmittel in den umliegenden Förderkanal pumpt, verringert oder vollständig geschlossen wird.
Die Regelung dieser Schieber erfolgt ebenfalls in unterschiedlicher weise. Neben einer rein elektrischen Verstellung hat sich vor allem eine hydraulische Verstellung der Schieber bewährt. Hierzu befindet sich an der zum Pumpenlaufrad abgewandten Seite des Schiebers ein Druckraum, der mit einer unter Druck stehenden hydraulischen Flüssigkeit gefüllt wird, um eine Druckdifferenz über den Schieber zu erzeugen, die zu einer Verschiebung des Regelschiebers führt. Eine Rückstellung des Schiebers erfolgt durch Öffnen des Kolbenraums zu einem Auslass, was zumeist über ein Magnetventil erfolgt sowie unter Einwirkung einer Feder, die die Kraft zur Rückstellung des Schiebers zur Verfügung stellt. Der hydraulische Druck kann beispielsweise durch eine auf der Antriebswelle angeordnete Sekundärpumpe erzeugt werden, so dass das Kühlmittel auch zur Verstellung des Regelschiebers genutzt wird.
Problematisch bei diesen Kühlmittelpumpen mit Regelschieber ist es, dass dieser in den von Kühlmittel durchströmten Raum geschoben wird, was zur Folge hat, dass Kühlmittel entlang der Spalte in den Raum hinter den Regelschieber strömen kann. Bei rein hydraulisch aktuierten Regelschiebern muss eine Dichtheit des Druckraums gewährleistet werden, um die zur Verstellung notwendigen Drücke aufzubauen. Auch bei Regelschiebern mit gegenüberliegenden und lediglich durch den Regelschieber voneinander getrennten Druckräumen müssen diese gegeneinander abgedichtet werden, um einen schleichenden Druckausgleich zu verhindern, das Förderorgan zu entlasten und ein Verstellen des Schiebers bei geringen Drehzahlen und daraus resultierend geringen Seitenkanaldrücken und Volumenströmen zu gewährleisten.
Aus der DE 10 2004 054 637 AI ist es bekannt, am radialen Außenumfang des Regelschiebers in einer Nut einen Kolbenring anzuordnen, um zu verhindern, dass Kühlmittel zwischen dem Außengehäuse und dem Schieber in den Raum hinter dem Schieber eindringen kann. Allerdings tritt bei dieser Ausführung weiterhin Kühlmittel durch das radial Innere des Schiebers in Richtung des Elektromagneten, so dass davon auszugehen ist, dass der Kolbenring vor allem zur Führung im Außengehäuse dient.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, bei der ein Leckagestrom von einer Vorderseite des Regelschiebers zu einer Rückseite oder umgekehrt weitestgehend minimiert wird. Zusätzlich soll eine möglichst exakte und reibungsarme Verstellung des Regelschiebers in alle Positionen gewährleistet werden, so dass lediglich geringe Stellkräfte benötigt werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass der Regelschieber eine innere hohlzylindrische Umfangswand, an deren radialen Innenseite eine Radialnut ausgebildet ist, in der ein Dichtring angeordnet ist und eine äußere hohlzylindrische Umfangswand aufweist, an deren radialen Außenseite eine Radialnut ausgebildet ist, in der ein Dichtring angeordnet ist, wobei die beiden Umfangswände über einen Boden miteinander verbunden sind, wird eine zuverlässige und eine die Leckage minimierende Abdichtung der Schiebervorderseite zur Schieberrückseite geschaffen. Zusätzlich können die Dichtringe als Gleitelemente dienen, so dass eine zuverlässige beidseitige Führung des Schiebers erreicht wird, durch die ein Verkanten, durch das die Funktion des Regelschiebers außer Kraft gesetzt würde, verhindert wird und die bei der Verstellung auftretenden Reibungskräfte reduziert werden.
Vorzugsweise sind die Dichtringe PTFE (Polytetrafluorethylen)-Ringe. Diese weisen einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf und weisen zusätzliche eine hohe Verschleißbeständigkeit auch gegenüber korrosiven Flüssigkeiten, wie Glykol enthaltendes Kühlmittel auf.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weisen die Dichtringe einen Schlitz auf. Dieser erleichtert die Montage der Dichtringe, die zunächst leicht aufgebogen werden könne, um sie in der entsprechenden Radialnut zu montieren. Zudem ermöglicht der geöffnete Kolbenring die einteilige Gestaltung des Regelschiebers, so dass die Fertigung des Regelschiebers vereinfacht wird.
In einer hierzu weiterführenden bevorzugten Ausführungsform verläuft der Schlitz zur Mittelachse des Dichtrings schräg. Durch den schrägen Verlauf des Schlitzes wird dieser bei anliegender Druckdifferenz oder bei Bewegung automatisch geschlossen, da die beiden schrägen Flächen gegeneinander gedrückt werden. Entsprechend wird eine hohe Dichtigkeit trotz des vorhandenen Schlitzes und der daraus folgenden vereinfachten Montage erreicht.
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn der an der Innenseite der inneren hohlzylindrischen Umfangswand angeordnete Dichtring auf einer bearbeiteten Außenfläche eines zylindrischen Abschnitts eines ersten Gehäuseteils der Kühlmittelpumpe gleitet. Durch eine derartige innere Führung des Regelschiebers wird eine hohe Koaxialität erzeugt, so dass mit engen Toleranzen gefertigt werden kann, was wiederum zu geringen Leckagen führt. Des Weiteren wird die vorhandene Reibung minimiert, da der Regelschieber auf einer einfach von außen zu bearbeitenden Fläche bewegt wird, die beispielswiese auf eine Oberflächenrauhigkeit mit einem Mittenrauwert von unter 0,3μηη bearbeitet werden kann.
Des Weiteren ist es zusätzlich oder alternativ vorteilhaft, den an der Außenseite der äußeren hohlzylindrischen Umfangswand angeordneten Dichtring auf einer bearbeiteten Innenfläche eines sich axial erstreckenden ringförmigen Vorsprungs eines zweiten Gehäuseteils der Kühlmittelpumpe gleiten zu lassen. Diese Kühlmittelpumpen werden häufig in einen nicht bearbeiteten Gehäuseabschnitt des Kurbelgehäuses des Verbrennungsmotors eingesetzt, was zu Undichtigkeiten führen kann. Durch die Anordnung des Dichtrings innerhalb des einzusteckenden Gehäuses kann dennoch eine wirksame Abdichtung in allen Positionen des Regelschiebers auch an seinem Außenumfang erreicht werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die äußere hohlzylindrische Umfangswand einen Absatz aufweist, von dem aus sich die äußere hohlzylindrische Umfangswand mit vergrößertem Außenumfang in Richtung des Kühlmittelpumpenlaufrades erstreckt, wobei der Außendurchmesser dieses Abschnitts mit vergrößertem Durchmesser im Wesentlichen dem Außendurchmesser des sich axial erstreckenden ringförmigen Vorsprungs des zweiten Gehäuseteils entspricht. Eine derartige Pumpe kann in eine zylinderförmige Ausnehmung des Kurbelgehäuses eingesetzt werden. Dabei wird einerseits die Dichtigkeit des Schiebers sichergestellt und andererseits zu große auftretende Spalte am Schieber oder eine notwendige Verkleinerung des Kühlmittelpumpenlaufrades vermieden.
In einer weiterführenden Ausführungsform liegt der Absatz in der vollständig zurückgezogenen Position des Regelschiebers axial gegen ein Ende des ringförmigen Vorsprungs des zweiten Gehäuseteils an. Dadurch wird eine vergrößerte Anlagefläche des Schiebers in seinem Bodenbereich in seiner zurückgezogenen Position, die zu erhöhten Schließkräften führen könnte, zuverlässig vermieden. Vorzugsweise trennt der Boden einen ersten Druckraum von einem zweiten Druckraum, so dass der Regelschieber in Abhängigkeit einer Druckdifferenz zwischen den beiden Druckräumen verschiebbar ist. In einer solchen Ausführung können große Kraftangriffsflächen des Regelschiebers genutzt werden, so dass bereits geringere Druckdifferenzen zur Verstellung genügen. Bei einer Ausführung mit zwei aktiv befüllbaren Druckräumen können Rückstellfedern entfallen.
Bei einer derartigen Ausführung werden vorteilhafterweise die beiden Druckräume durch die beiden Dichtringe gegenüber dem jeweils anderen Druckraum abgedichtet. Die Leckagen zwischen den beiden Druckräumen werden entsprechend zur genauen und schnellen Verstellung mit minimiertem Kraftaufwand im Vergleich zu bekannten Ausführungen deutlich reduziert.
Es wird somit eine Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, bei der die Druckräume des Regelschiebers allseitig so abgedichtet sind, dass lediglich ein minimierter Leckagestrom entsteht. Gleichzeitig wird eine exakte Führung des Regelschiebers erreicht, so dass alle Spalte minimiert werden können. Die verwendeten Dichtringe weisen dabei eine erhöhte Lebensdauer auf.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe für einen Verbrennungsmotor ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe in geschnittener Darstellung.
Figur 2 zeigt eine zu Figur 1 gedrehte Seitenansicht der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe in geschnittener Darstellung. Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe besteht aus einem Außengehäuse 10, in dem ein spiralförmiger Förderkanal 12 ausgebildet ist, in dem über einen ebenfalls im Außengehäuse 10 ausgebildeten axialen Pumpeneinlass 14 ein Kühlmittel angesaugt wird, welches über den Förderkanal 12 zu einem im Außengehäuse 10 ausgebildeten tangentialen Pumpenauslass 16 und in einen Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine gefördert wird. Dieses Außengehäuse 10 kann beispielsweise einstückig mit dem Kurbelgehäuse oder dem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein.
Hierzu ist radial innerhalb des Förderkanals 12 auf einer Antriebswelle 18 ein Kühlmittelpumpenlaufrad 20 befestigt, welches als Radialpumpenrad ausgebildet ist, durch dessen Drehung die Förderung des Kühlmittels im Förderkanal 12 erfolgt. An der zum Pumpeneinlass 14 entgegengesetzten axialen Seite des Kühlmittelpumpenlaufrades 20 ist ein Regelpumpenlaufrad 22 ausgebildet, welches entsprechend mit dem Kühlmittelpumpenlaufrad 20 gedreht wird. Dieses Regelpumpenlaufrad 22 weist Schaufeln 23 auf, die axial gegenüberliegend zu einem als Seitenkanal ausgebildeten Strömungskanal 24 angeordnet sind, der in einem ersten inneren Gehäuseteil 26 ausgebildet ist. In diesem ersten Gehäuseteil 26 sind ein nicht dargestellter Einlass und ein ebenfalls nicht dargestellter Auslass ausgebildet, so dass das Regelpumpenlaufrad 22 mit dem Strömungskanal 24 eine Regelpumpe 28 bildet, über welche der Druck des Kühlmittels vom Einlass der Regelpumpe 28 zum Auslass erhöht wird.
Der Antrieb des Kühlmittelpumpenlaufrades 20 und des Regelpumpenlaufrades 22 erfolgt über einen Riemen, der in ein Riemenrad 30 greift, welches am zum Kühlmittelpumpenlaufrad 20 entgegengesetzten axialen Ende der Antriebswelle 18 befestigt ist. Das Riemenrad 30 ist über ein zweireihiges Kugellager 32 gelagert, dessen Außenring 34 am Riemenrad 30 und dessen Innenring 36 auf einem zweiten feststehenden Gehäuseteil 38 aufgepresst ist. Das zweite Gehäuseteil 38 weist eine innere axiale Durchgangsöffnung 40 auf, durch die die Antriebwelle 18 unter Zwischenlage einer Wellendichtung 42 ragt und in die ein innerer ringförmiger Vorsprung 44 des ersten Gehäuseteils 26 ragt, über den das erste Gehäuseteil 26 zum zweiten Gehäuseteil 38 zentriert ist. Das erste Gehäuseteil 26 wird über Schrauben 46, welche das erste Gehäuseteil 26 axial durchdringen am zweiten Gehäuseteil 38 befestigt. Das zweite Gehäuseteil 38 ist unter Zwischenlage einer Dichtung 48 am Außengehäuse 10 befestigt. Hierzu weist das Außengehäuse 10 an seinem zum Pumpeneinlass 14 entgegengesetzten axialen Ende eine Aufnahmeöffnung 50 konstanten Durchmessers auf, in die ein ringförmiger Vorsprung 52 des zweiten Gehäuseteils 38 ragt, an dessen begrenzender flanschförmiger Wand 54, die axial gegen das Außengehäuse 10 anliegt, eine Nut 56 ausgebildet ist, in der die Dichtung 48 angeordnet ist.
Dieser Vorsprung 52 dient gleichzeitig als rückwärtiger Anschlag für einen Regelschieber 58, dessen radial äußere hohlzylindrische Umfangswand 60 derart über das Kühlmittelpumpenlaufrad 20 geschoben werden kann, dass ein freier Querschnitt eines Ringspalts 62 zwischen einem Austritt 64 des Kühlmittelpumpenlaufrades 20 und dem Förderkanal 12 geregelt wird. Entsprechend der Stellung dieses Regelschiebers 58 wird somit der durch den Kühlmittelkreislauf geförderte Kühlmittelstrom geregelt. Diese Umfangswand 60 weist entsprechend einen Absatz 66 auf, von dem aus sich die Umfangswand 60 mit einem vergrößerten Durchmesser weiter axial in Richtung des Ringspaltes 62 erstreckt. Der Außendurchmesser dieses Abschnitts 68 entspricht dabei etwa dem Außendurchmesser des ringförmigen Vorsprungs 52, so dass der ringförmige Vorsprung 52 und dieser Abschnitt 68 der Umfangswand 60 unmittelbar gegenüberliegend zu einer Innenwand 70 der Aufnahmeöffnung 50 des Außengehäuses 10 ausgebildet sind, wodurch Spalte in diesem Bereich minimiert werden.
Am sich vom Absatz 66 in entgegengesetzter Richtung zum Kühlmittelpumpenlaufrad 22 erstreckenden Abschnitt 72 der äußeren Umfangswand 60 ist an der radialen Außenseite eine Radialnut 74 ausgebildet, in der ein Dichtring 76 angeordnet ist, der aus PTFE hergestellt ist. Der Dichtring 76 ist derart angeordnet, dass er in jeder Position des Regelschiebers 58 an einer bearbeiteten Innenfläche 78 des ringförmigen Vorsprungs 52 des zweiten Gehäuseteils 38 anliegt. Durch die maschinelle Bearbeitung weist diese Innenfläche 78 eine sehr geringe Rauigkeit auf, so dass sie als reibungsarme Gleit- und Dichtfläche für den Dichtring 76 dient.
Der Regelschieber 58 weist neben der Umfangswand 60 einen Boden 80 mit einer inneren Öffnung 82 auf, von dessen Außenumfang aus sich die Umfangswand 60 axial erstreckt und von dessen inneren Umfang sich eine kürzere innere hohlzylindrische Umfangswand 84 in Richtung zum Kühlmittelpumpenlaufrad 20 erstreckt. An der radialen Innenseite dieser Umfangswand 84 ist eine Radialnut 86 ausgebildet, in der ebenfalls ein Dichtring 88 aus PTFE angeordnet ist, welches gegen das Kühlmittel unempfindlich ist und gute Gleiteigenschaften aufweist. Die Umfangswand 84 gleitet auf einer ebenfalls bearbeiteten Außenfläche 89 eines sich axial erstreckenden zylindrischen Abschnitts 90 des ersten Gehäuseteils 26, der zwischen dem ringförmigen Vorsprung 44 und dem den Strömungskanal 24 bildenden Abschnitt des ersten Gehäuseteils 26 ausgebildet ist. Der Abschnitt 90 dient zur Lagerung des Regelschiebers 58. Die beiden bearbeiteten Flächen 78, 89 weisen zur Sicherstellung einer reibungsarmen Führung einen Mittenrauwert von etwa 0,3 μιτι auf. Dies hat zur Folge, dass bei Bewegung des Regelschiebers 58 lediglich geringe Stellkräfte erforderlich sind und eine hohe Dichtigkeit zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Regelschiebers 58 erreicht wird.
Dies ist wichtig, da an der vom Kühlmittelpumpenlaufrad 20 abgewandten Seite des Regelschiebers 58 ein erster Druckraum 92 ausgebildet ist, der axial durch das zweite Gehäuseteil 38 und den Boden 80 des Regelschiebers 58 und radial nach außen durch den ringförmigen Vorsprung 52 des zweiten Gehäuseteils 38 und nach radial innen durch das erste Gehäuseteil 26 begrenzt wird und an der zum Kühlmittelpumpenlaufrad 20 gewandten Seite des Bodens 80 ein zweiter Druckraum 94 ausgebildet ist, der axial durch die Bodenplatte 80 und das erste Gehäuseteil 26, nach radial außen durch die Umfangswand 60 des Regelschiebers 58 und nach radial innen durch den Abschnitt 90 des ersten Gehäuseteils 26 begrenzt wird. Je nach am Boden 80 des Regelschiebers 58 in den beiden Druckräumen 92, 94 anliegender Druckdifferenz wird die äußere Umfangswand 60 des Regelschiebers 58 entsprechend in den Ringspalt 62 hinein- oder aus dem Ringspalt 62 herausgeschoben, so dass zur Vermeidung eines Druckausgleichs zwischen den beiden Druckräumen 92, 94 eine hohe Dichtigkeit der Druckräume 92, 94 zueinander erforderlich ist, welche durch die PTFE- Dichtringe 76, 88 erreicht wird. Diese Dichtigkeit wird durch die anliegende Druckdifferenz noch verstärkt, da einerseits die Dichtringe 76, 88 gegen die jeweilige die Radialnut 74, 86 begrenzende Axialwand belastet werden und andererseits ein zur Montage der Dichtringe 76, 88 notwendiger Schlitz 96, 98 geschlossen wird. Die Schlitze 96, 98 sind so ausgebildet, dass die Dichtringe am Umfang durch diesen Schlitz 96, 98 geöffnet sind, so dass ein Aufbiegen zur Montage möglich ist. Die Schlitze 96, 98 verlaufen jedoch nicht in axialer Richtung, sondern sind zur Mittelachse um mindestens 30° geneigt ausgebildet. Dies führt dazu, dass bei anliegender Druckdifferenz die beiden gegenüberliegenden Enden der Dichtringe 76, 88 gegeneinander gepresst werden und somit eine mit einem geschlossenen Dichtring vergleichbare Dichtigkeit aufweisen.
Die hierzu notwendige Druckdifferenz wird durch die Regelpumpe 28 erzeugt und mittels eines Ventils 100, welches als Magnetventil ausgebildet ist, dem jeweiligen Druckraum 92, 94 zugeführt. Hierzu sind in den beiden Gehäuseteilen 26, 38 entsprechend angeordnete und in den Figuren nicht sichtbare Kanäle ausgebildet, über die unter Druck stehendes Kühlmittel dem jeweiligen Druckraum zugeführt werden kann beziehungsweise aus diesem abgelassen werden kann, so dass als Folge dieser Druckdifferenz der Regelschieber 58 zur Reduzierung der geförderten Kühlmittelmenge in den Ringspalt 62 geschoben oder zur Maximierung der in den Kühlkreislauf geförderten Kühlmittelmenge aus diesem herausgeschoben wird.
Die beschriebene Kühlmittelpumpe weist eine sehr exakte innere Führung auf, so dass trotz geringer Spalte lediglich kleine Stellkräfte erforderlich sind, was durch die guten Gleiteigenschaften der den Dichtringen gegenüberliegenden Gleitflächen noch verstärkt wird. Durch die verwendeten, lang haltbaren und gut gleitenden Dichtringe werden die Druckräume zuverlässig gegeneinander abgedichtet, so dass eine Verstellung des Regelschiebers mit geringen Stellkräften möglich ist und dabei ein Druckausgleich zwischen den Druckräumen zeitlich stark verzögert erfolgt.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist. Insbesondere sind andere Gehäuseteilungen oder eine andere Art der Aktuierung des Regelschiebers denkbar. Neben einer rein hydraulischen Verstellung sind auch elektrische Verstellungen oder eine Vorspannung mittels Druckfedern denkbar. Auch können gegebenenfalls andere Dichtringe mit guten Gleit- und Dichteigenschaften verwendet werden, die unempfindlich gegen Korrosion bei verwendeten Kältemitteln wie Glykol sind.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine mit
einer Antriebswelle (18),
einem Kühlmittelpumpenlaufrad (20), welches fest auf der Antriebswelle (18) zumindest drehfest angeordnet ist und über welches Kühlmittel förderbar ist,
einem verstellbaren Regelschieber (58), über den ein Durchströmungsquerschnitt eines Ringspalts (62) zwischen einem Austritt (64) des Kühlmittelpumpenlaufrades (20) und dem umgebenden Förderkanal (12) regelbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Regelschieber (58) eine innere hohlzylindrische Umfangswand (84), an deren radialen Innenseite eine Radialnut (86) ausgebildet ist, in der ein Dichtring (88) angeordnet ist und eine äußere hohlzylindrische Umfangswand (60) aufweist, an deren radialen Außenseite eine Radialnut (74) ausgebildet ist, in der ein Dichtring (76) angeordnet ist, wobei die beiden Umfangswände (60, 84) über einen Boden (80) miteinander verbunden sind. 2. Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dichtringe (76, 88) aus PTFE (Polytetrafluorethylen) sind. 3. Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dichtringe (76, 88) jeweils einen Schlitz (96, 98) aufweisen. Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schlitz (96, 98) zur Mittelachse des jeweiligen Dichtrings (76, 88) geneigt verläuft.
Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, dass
der an der Innenseite der inneren hohlzylindrischen Umfangswand (84) angeordnete Dichtring (88) auf einer bearbeiteten Außenfläche (89) eines zylindrischen Abschnitts (90) eines ersten Gehäuseteils (26) der Kühlmittelpumpe gleitet.
6. Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der an der Außenseite der äußeren hohlzylindrischen Umfangswand (60) angeordnete Dichtring (76) auf einer bearbeiteten Innenfläche (78) eines sich axial erstreckenden ringförmigen Vorsprungs (52) eines zweiten Gehäuseteils (38) der Kühlmittelpumpe gleitet.
7. Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die äußere hohlzylindrische Umfangswand (60) einen Absatz (66) aufweist, von dem aus sich die äußere hohlzylindrische Umfangswand (60) mit vergrößertem Außenumfang in Richtung des Kühlmittelpumpenlaufrades (22) erstreckt, wobei der Außendurchmesser dieses Abschnitts (68) mit vergrößertem Durchmesser im Wesentlichen dem Außendurchmesser des sich axial erstreckenden ringförmigen Vorsprungs (52) des zweiten Gehäuseteils (38) entspricht.
8. Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Absatz (66) in der vollständig zurückgezogenen Position des Regelschiebers (58) axial gegen ein Ende des ringförmigen Vorsprungs (52) des zweiten Gehäuseteils (26) anliegt.
9. Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Boden (80) einen ersten Druckraum (92) von einem zweiten Druckraum (94) trennt, so dass der Regelschieber (58) in Abhängigkeit einer Druckdifferenz zwischen den beiden Druckräumen (92, 94) verschiebbar ist.
Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Druckräume (92, 94) durch die beiden Dichtringe (76, 88) gegenüber dem jeweils anderen Druckraum (92, 94) abgedichtet sind.
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