EP3371461B1

EP3371461B1 - Kühlmittelpumpe für eine verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: EP3371461B1
Application number: EP16782281.6A
Authority: EP
Inventors: Stephan Zielberg; Andreas Burger; Michael-Thomas Benra; Stefan Rothgang; Michael Becker
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2036-10-19
Also published as: DE102015119097A1; EP3371460A1; US20180320692A1; CN108291550B; WO2017076645A1; CN108291550A; US20180320695A1; US10508650B2; JP2018537609A; EP3371461A1; CN108350886B; CN108350886A; JP6679718B2; US10982676B2; JP2018530706A; WO2017076524A1; DE102015119097B4; EP3371460B1; JP6574311B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Antriebswelle, einem Kühlmittelpumpenlaufrad, welches zumindest drehfest auf der Antriebswelle angeordnet ist und über welches Kühlmittel in einen das Kühlmittelpumpenlaufrad umgebenden Förderkanal förderbar ist, einem verstellbaren Regelschieber, über den ein Durchströmungsquerschnitt eines Ringspalts zwischen einem Austritt des Kühlmittelpumpenlaufrades und dem Förderkanal regelbar ist, einer Seitenkanalpumpe mit einem Seitenkanalpumpenlaufrad, welches auf der Antriebswelle zumindest drehfest angeordnet ist, einem Seitenkanal der Seitenkanalpumpe, in dem durch Drehung des Seitenkanalpumpenlaufrades ein Druck erzeugbar ist, einem Druckkanal, über welchen ein Auslass des Seitenkanals mit einem ersten Druckraum des Regelschiebers fluidisch verbindbar ist, und einem Ventil, über welches ein Durchströmungsquerschnitt des Druckkanals verschließbar und freigebbar 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 Kühlmittelpumpen 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 die Verwendung eines axial verschiebbaren Regelschiebers, der über das Kühlmittelpumpenlaufrad geschoben wird, so dass zur Reduzierung des Kühlmittelstroms die Pumpe nicht in den umliegenden Förderkanal, sondern gegen den geschlossenen Schieber fördert.
Die Regelung dieser Schieber erfolgt ebenfalls in unterschiedlicher Weise. Neben einer rein elektrischen Verstellung hat sich vor allem eine hydraulische Verstellung der Schieber bewährt. Diese erfolgt zumeist über einen ringförmigen Kolbenraum, der mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt wird, und dessen Kolben mit dem Schieber verbunden ist, so dass bei Füllung des Raumes der Schieber über das Laufrad verschoben wird. 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.
Um die zum Verfahren des Schiebers benötigte Kühlmittelmenge nicht über zusätzliche Fördereinheiten, wie zusätzliche Kolben/Zylindereinheiten zur Verfügung stellen zu müssen oder andere Hydraulikflüssigkeiten zur Betätigung verdichten zu müssen, sind mechanisch regelbare Kühlmittelpumpen bekannt geworden, auf deren Antriebswelle ein zweites Förderrad angeordnet ist, über welches der Druck zur Verstellung des Schiebers zur Verfügung gestellt wird. Diese Pumpen werden beispielsweise als Seitenkanalpumpen oder Servopumpen ausgeführt.
Eine derartige Kühlmitteleinrichtung mit einer als Sekundärpumpe wirkenden Seitenkanalpumpe ist aus der DE 10 2012 207 387 A1 bekannt. Bei dieser Pumpe befindet sich an der Rückseite der Pumpe ein Schieber, welcher über einen Druck in einer Ringkammer verschiebbar ist und über eine Feder zurückgestellt werden kann. Diese Ringkammer ist in einem Gehäuse ausgebildet, welches wiederum an der Rückseite des Schiebers angeordnet ist und in dem auch ein erster Seitenkanal der Seitenkanalpumpe angeordnet ist, der entsprechend gegenüberliegend zum auf der Welle angeordneten Seitenkanalpumpenlaufrad angeordnet ist. An der zum Seitenkanalpumpenlaufrad gegenüberliegenden Seite ist ein zweiter Seitenkanal in einem weiteren Gehäuseteil ausgebildet. Über ein 3/2-Wegeventil wird bei dieser Pumpe in einer ersten Stellung eine Druckseite der Seitenkanalpumpe verschlossen und eine Saugseite der Pumpe mit dem Kühlkreislauf und dem Schieber verbunden und in einer zweiten Stellung die Druckseite mit der Ringkammer des Schiebers und die Saugseite mit dem Kühlkreislauf verbunden. Eine detaillierte Kanal- und Strömungsführung wird nicht offenbart. Die schematisch dargestellten Strömungsführungen sind in modernen Verbrennungsmotoren technisch nur mit erhöhtem Aufwand realisierbar. Zusätzlich bestehen ein erhöhter Montageaufwand und vor allem ein erhöhter Bauraumbedarf sowohl für die schematisch dargestellten Strömungsführungen als auch aufgrund der gewählten Anordnungen und Gehäuseteilungen, so dass eine derartige Pumpe nicht in einer entsprechende Anordnung eines Zylinderkurbelgehäuse angeordnet und montiert werden könnte.
Zusätzlich ist aus der US 2014/050562 A1 eine mechanisch regelbare Kühlmittelpumpe bekannt, auf deren Welle zusätzlich zum Pumpenlaufrad ein Seitenkanallaufrad angeordnet ist, über welches ein Druck zur Verstellung des Regelschiebers erzeugt wird. Dieser Druck ist über ein Ventil entweder abführbar oder einer Rückseite eines Kolbens zuführbar, der mit dem Regelschieber verbunden ist, so dass dieser den Regelschieber über das Laufrad der Kühlmittelpumpe schiebt.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, bei der der Montageaufwand und der benötigte Bauraum deutlich reduziert werden. Insbesondere soll die axiale Baulänge verkürzt werden und möglichst keine zusätzlichen Leitungsmontagen erforderlich sein, so dass ein Einbau als Steckpumpe in eine entsprechende axial kurze Ausnehmung eines Kurbelgehäuse ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass das Kühlmittelpumpenlaufrad einstückig mit dem Seitenkanalpumpenlaufrad ausgebildet ist und der Seitenkanal in einem ersten Gehäuseteil ausgebildet ist, auf dem der Regelschieber gleitend geführt ist, wird die axial benötigte Baulänge erheblich verkürzt. Zusätzlich entfallen Montageschritte zur Befestigung des Laufrades auf der Welle. Auch entfällt die Herstellung eines Bauteils. Das erste Gehäuseteil übernimmt sowohl die Funktion als Strömungsgehäuse als auch als Lagerung für den Schieber, so dass kurze Druckkanäle realisierbar sind.
Vorzugsweise sind die Schaufeln des Seitenkanalpumpenlaufrades auf einer Rückseite des als Radialpumpenlaufrad ausgebildeten Kühlmittelpumpenlaufrades ausgebildet und sind einem Seitenkanal axial gegenüberliegend angeordnet. Die rein axiale Ausrichtung des Seitenkanals zur Beschaufelung verringert den benötigten radialen Bauraum, da kein radial äußerer Überströmungskanal benötigt wird. Entsprechend kann zum vorhandenen Bauraum ein maximaler Druck erzeugt werden.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung erstreckt sich eine radial äußere Begrenzungswand des Seitenkanals axial in Richtung des Kühlmittelpumpenlaufrades, umgibt das Seitenkanalpumpenlaufrad radial und ist radial von einer radial äußeren Umfangswand des Regelschiebers umgeben. Diese Wand füllt entsprechend den Spalt zwischen dem Schieber und dem sich drehenden Seitenkanalpumpenlaufrad und somit zwischen dem Druck erzeugenden Kühlmittelstrom und dem Förderstrom der Hauptpumpe. Zusätzlich kann diese Wand als Führung für den Regelschieber genutzt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Regelschieber auf einer Außenfläche eines ringförmigen, sich axial erstreckenden Vorsprungs des ersten Gehäuseteils gleitend geführt ist. Dieser Vorsprung ist entsprechend im radial inneren Bereich des ersten Gehäuseteils ausgebildet und ermöglicht entsprechend eine innere Lagerung des Regelschiebers auf der vorteilhafterweise maschinell bearbeiteten Außenfläche. Diese innere Lagerung des Regelschiebers vereinfacht den Einbau in eine Aufnahmeöffnung eines Zylinderkurbelgehäuses, deren Innenflächen dann nicht bearbeitet werden müssen. Des Weiteren bewirkt eine solche innere Führung eine sehr exakte axiale Bewegung, ohne dass ein Verkanten oder Kippen des Regelschiebers zu befürchten ist, da immer eine ausreichend lange Führungsfläche trotz des geringen verwendeten Bauraums zur Verfügung steht.
Vorzugsweise ist der erste Druckraum an der vom Kühlmittelpumpenlaufrad abgewandten axialen Seite des Regelschiebers ausgebildet und das erste Gehäuseteil begrenzt einen zweiten Druckraum zu einer ersten axialen Seite und der Regelschieber zur entgegengesetzten axialen Seite. Die Verstellung des Regelschiebers kann entsprechend vollständig über hydraulische Kräfte erfolgen, die lediglich den entsprechenden Druckräumen zugeführt werden. Zusätzliche Ringräume oder Kolbenräume müssen nicht ausgebildet werden. Die fluidische Verbindung zu den Druckräumen kann aufgrund der Begrenzung durch das erste Gehäuseteil über eine einfache Bohrung in diesem Gehäuseteil hergestellt werden, so dass zusätzliche Leitungen nicht erforderlich sind.
In bevorzugter Weise begrenzt der ringförmige Vorsprung des ersten Gehäuseteils die beiden Druckräume nach radial innen. Zusätzliche Abdichtungen in diesem Bereich sind entsprechend nicht erforderlich. Des Weiteren ergibt sich eine glatte spaltfreie Gleitfläche.
In einer bevorzugten Ausführung erstreckt sich der Druckkanal durch den ringförmigen Vorsprung des ersten Gehäuseteils, so dass auch hier keine weiteren Leitungen zu montieren sind, sondern auch der erste Druckraum direkt über die Bohrungen im Gehäuse fluidisch mit dem Seitenkanal der Pumpe verbunden werden kann.
Vorteilhafterweise erstreckt sich der Druckkanal vom Auslass der Seitenkanalpumpe durch das erste Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil in den ersten Druckraum, wobei im zweiten Gehäuseteil der vom Ventil beherrschte Durchströmungsquerschnitt ausgebildet ist. Neben der vollständigen Ausbildung der Verbindungs- und Druckkanäle zur Steuerung des Regelschiebers kann entsprechend auch das Regelventil im Gehäuse angeordnet werden, so dass auch hier zusätzliche Verbindungen zum Ventil entfallen.
Vorzugsweise weist der ringförmige Vorsprung des ersten Gehäuseteils an seinem axialen Ende einen Absatz auf, von dem aus sich ein ringförmiger Vorsprung mit verringertem Durchmesser weiter axial in eine entsprechende Aufnahmeöffnung des zweiten Gehäuseteils erstreckt, an dem das erste Gehäuseteil befestigt ist. Es besteht entsprechend über den inneren Vorsprung eine unmittelbare Zentrierung der beiden Gehäuseteile zueinander, wodurch die Aufnahme und Führung des Regelschiebers verbessert wird. Dieser kann mit geringen Toleranzen gefertigt werden, so dass eine hohe Dichtigkeit entlang des Schiebers bei guter beidseitiger Führung erreichbar ist.
Eine besonders einfache und lösbare Befestigung ergibt sich, wenn das erste Gehäuseteil mittels Schrauben am zweiten Gehäuseteil befestigt ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist im ersten Gehäuseteil ein Verbindungskanal ausgebildet, der sich vom Seitenkanal durch das erste Gehäuseteil in den zweiten Druckraum erstreckt. Dieser kann durch eine kurze Bohrung oder direkt beim Gießen hergestellt werden. Jegliche zusätzliche Leitungen entfallen und die Montage wird entsprechend erleichtert.
Es wird somit eine Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, bei der aufgrund der axialen Anordnung der Einzelteile zueinander ein deutlich reduzierter axialer Bauraum benötigt wird. Die Pumpe ist einfach zu montieren, da zusätzliche Leitungen entfallen und weniger Bauteile verwendet werden müssen. Die Pumpe weist eine hohe Zuverlässigkeit auf, da der Schieber eine zuverlässige Führung und Lagerung aufweist. Entsprechend ist die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe einfach und kostengünstig herstellbar und montierbar.
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 den 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 insbesondere durch ein Zylinderkurbelgehäuse gebildet sein, welches eine Ausnehmung zur Aufnahme der übrigen Kühlmittelpumpe aufweist.
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.
Der Antrieb des Kühlmittelpumpenlaufrades 20 erfolgt über einen Riemen 22, der ein Riemenrad 24 antriebt, welches am zum Kühlmittelpumpenlaufrad 20 entgegengesetzten axialen Ende der Antriebswelle 18 befestigt ist. Das Riemenrad 24 wird über ein zweireihiges Kugellager 26 gelagert. Ein Antrieb über einen Kettentrieb wäre ebenfalls möglich.
Um den von der Kühlmittelpumpe geförderten Volumenstrom ändern zu können, wird ein Regelschieber 28 verwendet, der in einen Ringspalt 30 zwischen einem Austritt 32 des Kühlmittelpumpenlaufrades 20 und dem umgebenden Förderkanal 12 verschiebbar ist und entsprechend den zur Verfügung stehenden Durchströmungsquerschnitt regelt.
Der Regelschieber 28 ist über eine innere, hohlzylindrische Umfangswand 34 auf einer mechanisch bearbeiteten Außenfläche 36 eines ringförmigen, sich axial erstreckenden Vorsprungs 38 eines ersten inneren Gehäuseteils 40 gleitend gelagert. Diese innere Umfangswand 34 erstreckt sich von einem Boden 42 des Regelschiebers 28 konzentrisch zu einer radial äußeren Umfangswand 44, welche sich in gleicher Richtung ebenfalls vom Boden 42 erstreckt und in den Ringspalt 30 zur Volumenstromregelung verschoben wird.
Um diesen Regelschieber 28 betätigen zu können, ist erfindungsgemäß an der zum Pumpeneinlass 14 entgegengesetzten axialen Seite des Kühlmittelpumpenlaufrades 20 einteilig mit dem Kühlmittelpumpenlaufrad 20 ein Seitenkanalpumpenlaufrad 46 ausgebildet, welches entsprechend mit dem Kühlmittelpumpenlaufrad 20 angetrieben wird. Dieses Seitenkanalpumpenlaufrad 46 weist Schaufeln 48 auf, die axial gegenüberliegend zu einem als Seitenkanal 50 angeordnet sind, der in dem ersten inneren Gehäuseteil 40 ausgebildet ist, von dem aus sich auch im radial innenliegenden Bereich der ringförmige Vorsprung 38 zur Lagerung des Regelschiebers 28 zur vom Kühlmittelpumpenlaufrad 20 abgewandten Seite axial erstreckt. In diesem ersten Gehäuseteil 40 sind ein Einlass 52 und ein Auslass 54 ausgebildet, so dass das Seitenkanalpumpenlaufrad 46 mit dem axial gegenüberliegenden Seitenkanal 50 eine Seitenkanalpumpe 56 bildet, über welche der Druck des Kühlmittels vom Einlass 52 zum Auslass 54 der Seitenkanalpumpe 56 erhöht wird.
Der durch die Seitenkanalpumpe 56 zur Verfügung gestellte hydraulische Druck kann nun entweder einem ersten Druckraum 58 zugeführt werden, der an der vom Kühlmittelpumpenlaufrad 20 abgewandten Seite des Regelschiebers 28 zwischen dem Boden 42 des Regelschiebers 28 und einer Anschlussfläche 60 eines zweiten Gehäuseteils 62 ausgebildet ist oder einem zweiten Druckraum 64 zugeführt werden, der zwischen dem Boden 42 des Regelschiebers 28 und dem ersten Gehäuseteil 40 angeordnet ist. Um den Druck der Seitenkanalpumpe 56 diesen Druckräumen 58, 64 gezielt zuführen zu können, ist im zweiten Gehäuseteil 62 eine Aufnahme 65 für ein Ventil 66 angeordnet, welches als 3/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist und eine Verbindung zu den Druckräumen 58, 64 aufweist, so dass je nach Position seines Schließkörpers 68 ein Durchströmungsquerschnitt 70 eines Druckkanals 72 geregelt wird.
Dieser Druckkanal 72 erstreckt sich vom Auslass 54 des Seitenkanals 50 der Seitenkanalpumpe 56 zunächst in einen radial inneren Bereich des ersten Gehäuseteils 40, der den ringförmigen Vorsprung 38 bildet und von dort axial in das zweite Gehäuseteil 62, in dem der regelbare Durchströmungsquerschnitt 70 des Druckkanals 72 ausgebildet ist, der durch den Schließkörper 68 des Magnetventils 66 verschließbar und freigebbar ist. Von diesem regelbaren Durchströmungsquerschnitt 70 erstreckt sich der Druckkanal 72 weiter bis in den ersten Druckraum 58. Der zweite Druckraum 64 ist über einen Verbindungskanal 74, welcher im ersten Gehäuseteil 40 ausgebildet ist, mit dem Seitenkanal 50 verbunden, wobei dieser Verbindungskanal 74 durch eine Bohrung gebildet ist, die sich von einem Bereich des Einlasses 52 aus dem Seitenkanal 50 direkt in den zweiten Druckraum 64 erstreckt. Ein dritter, nicht dargestellter Strömungsanschluss des Magnetventils 66 führt zur Saugseite der Kühlmittelpumpe.
Soll die Kühlmittelpumpe im Betrieb eine maximale Kühlmittelmenge fördern, wird der Ringspalt 30 am Austritt 32 des Kühlmittelpumpenlaufrades 20 vollständig freigegeben, indem das Magnetventil 66 nicht bestromt wird, wodurch der Schließkörper 68 aufgrund einer Federkraft in seine den Durchströmungsquerschnitt 70 des Druckkanals 72 verschließende Stellung verschoben wird. Dies hat zur Folge, dass im ersten Druckraum 58 kein Druck durch das Kühlmittel aufgebaut wird, sondern das im Druckraum 58 vorhandene Kühlmittel über den nicht dargestellten anderen Strömungsanschluss des Magnetventils 66, der in diesem Zustand freigegeben ist, zum Pumpeneinlass 14 der Kühlmittelpumpe abströmen kann. Stattdessen fördert in diesem Zustand die Seitenkanalpumpe 56 gegen den geschlossenen Durchströmungsquerschnitt 70 des Druckkanals 72, wodurch sich im gesamten Seitenkanal 50 ein erhöhter Druck aufbaut, der auch im Bereich des Einlasses 52 der Seitenkanalpumpe 56 wirkt und sich entsprechend über den Verbindungskanal 74 auch im zweiten Druckraum 64 aufbaut. Dieser erhöhte Druck im zweiten Druckraum 64 hat zur Folge, dass am Boden 42 des Regelschiebers 28 eine Druckdifferenz entsteht, die dazu führt, dass der Regelschieber 28 in seine den Ringspalt 30 freigebende Position verschoben wird und somit eine Maximalförderung der Kühlmittelpumpe sichergestellt wird. Bei einem Ausfall der elektrischen Versorgung des Magnetventils 66 nimmt der Regelschieber 28 entsprechend die gleiche Position ein, so dass auch in diesem Notlaufbetriebszustand eine Maximalförderung der Kühlmittelpumpe sichergestellt wird, ohne dass hierzu eine Rückstellfeder oder eine andere, nicht hydraulische Kraft notwendig wäre.
Eine zu starke Erhöhung des Drucks im zweiten Druckraum 64 wird unter anderem durch eine Leckage über einen Spalt 76 zwischen einer den Seitenkanal 50 radial nach außen begrenzenden Begrenzungswand 78 des ersten Gehäuseteils 40, welche das Seitenkanalpumpenlaufrad 46 unmittelbar umgibt, und der radial äußeren Umfangswand 44 des Regelschiebers 28 vermieden, so dass das zusätzlich durch die Seitenkanalpumpe 56 geförderte Kühlmittel ebenfalls zur Förderung in den Kühlkreislauf genutzt wird. Das Kühlmittel aus dem ersten Druckraum 58 kann über einen nicht dargestellten Rückführkanal abfließen, der sich vom Magnetventil 66 durch das zweite Gehäuseteil 62 und anschließend entlang der Antriebswelle 18 im Innern des ersten Gehäuseteils 40 erstreckt und über eine Bohrung im Kühlmittelpumpenlaufrad 20 zum Pumpeneinlass 14 der Kühlmittelpumpe führt.
Wird ein reduzierter Kühlmittelstrom zum Kühlkreislauf von der Motorsteuerung gefordert, wie dies beispielsweise während der Kaltlaufphase der Fall ist, wird das Magnetventil 66 bestromt, wodurch der Schließkörper 68 den Durchströmungsquerschnitt 70 des Druckkanals 72 freigibt und den Durchströmungsquerschnitt zwischen dem ersten Druckraum 58 und dem nicht dargestellten Rückführkanal reduziert beziehungsweise verschließt. Entsprechend wird der am Auslass 54 der Seitenkanalpumpe 56 entstehende Druck auch durch den Druckkanal 72 dem ersten Druckraum 58 zugeführt, während gleichzeitig der Druck im zweiten Druckraum 64 sinkt, da im Bereich des Einlasses 52 durch das Ansaugen des Kühlmittels ein verringerter Druck entsteht. Dabei wird zunächst auch das im zweiten Druckraum 64 vorhandene Kühlmittel abgesaugt. In diesem Zustand liegt entsprechend eine im Vergleich zur anderen Stellung des Magnetventils 66 entgegengesetzte Druckdifferenz am Boden 42 des Regelschiebers 28 an, die dazu führt, dass der Regelschieber 28 in den Ringspalt 30 verschoben wird und somit der Kühlmittelstrom im Kühlkreislauf unterbrochen wird. Bei erhöhtem Druckaufbau im ersten Druckraum 58 steigt nach einiger Zeit auch der Druck im Seitenkanal 50 und im zweiten Druckraum 64, was jedoch nicht zu einer Rückstellung führt, da die Leckage aus dem zweiten Druckraum 64 größer ist als aus dem ersten Druckraum 58 und zur Verstellung zusätzlich eine Reibungskraft zu überwinden wäre. Des Weiteren ist in diesem Zustand der Druck am Auslass 54 des Seitenkanals 50 immer größer als im Bereich des Verbindungskanals 74. Entsprechend verbleibt der Regelschieber 28 in der gewünschten Position, ohne dass eine zu starke Druckerhöhung entsteht.
Wird ein regelbares Magnetventil 66 verwendet, ist es auch möglich, das Ventil 66 in Zwischenstellungen zu fahren, wodurch für jede Position des Regelschiebers 28 ein Kräftegleichgewicht erzielbar ist, so dass eine vollständige Regelung des Durchströmungsquerschnitts des Ringspaltes 30 ermöglicht wird.
Um die kompakte Bauweise durch die einteilige Ausführung des Kühlmittelpumpenlaufrades 20 mit dem Seitenkanalpumpenlaufrad 46 und eine dichte Verbindung der im ersten Gehäuseteil 40 und im zweiten Gehäuseteil 62 ausgebildeten Kanalabschnitte des Druckkanals 72 oder des Rückführkanals gewährleisten zu können und die geringe Leckagen über den Regelschieber 28 zu gewährleisten und so eine vollständige Regelbarkeit sicher zu stellen, wird das erste Gehäuseteil 40 direkt am zweiten Gehäuseteil 62 befestigt. Dies erfolgt, indem das erste Gehäuseteil 40 mit einem ringförmigen Vorsprung 80, der sich mit verringertem Durchmesser vom ringförmigen Vorsprung 38 weiter in vom Kühlmittelpumpenlaufrad abgewandten Ende erstreckt, in eine radial innere Aufnahmeöffnung 82 des zweiten Gehäuseteils 62 geschoben wird, bis das erste Gehäuseteil 40 mit seinem zwischen den Vorsprüngen 38, 80 ausgebildeten Absatz 84 gegen die Anschlussfläche 60 des zweiten Gehäuseteils 62 anliegt. In dieser Position wird das erste Gehäuseteil 40 mittels Schrauben 86 am zweiten Gehäuseteil befestigt. Hierzu sind im ersten Gehäuseteil mehrere Durchgangsbohrungen 88 und im zweiten Gehäuseteil gegenüberliegende Gewindesacklöcher 90 ausgebildet.
Zur Befestigung der beiden Gehäuseteile 40, 62 am Außengehäuse 10 und daraus folgende zur Anordnung des Regelschiebers 28 im Außengehäuse 10 weist das Außengehäuse 10 an seinem zum Pumpeneinlass 14 entgegengesetzten axialen Ende eine Öffnung 92 auf, in die ein ringförmiger Vorsprung 94 des zweiten Gehäuseteils 62 derart ragt, dass der Vorsprung 94 gegen die Innenwand der Öffnung 92 anliegt. Radial außerhalb dieses hohlzylindrischen Vorsprungs 94 ist eine Axialnut 96 ausgebildet, in der ein Dichtring 98 angeordnet ist, der bei der Befestigung des zweiten Gehäuseteils 62 am Außengehäuse 10 entsprechend verpresst wird, wobei das zweite Gehäuseteil 62 mit seiner Anschlussfläche 60 gegen eine Außenwand 100 des Außengehäuses 10 anliegt.
Dieser Vorsprung 94 dient gleichzeitig als rückwärtiger Anschlag 102 für den Regelschieber 28, dessen äußere Umfangswand 44 sich mit ihrem zum Kühlmittelpumpenlaufrad 44 weisenden Ende mit etwas vergrößertem Durchmesser fortsetzt. Am inneren Umfang und am äußeren Umfang des Bodens 42 ist jeweils eine Radialnut 104, 106 ausgebildet, in der jeweils ein Kolbenring 108, 110 angeordnet ist, über die der Regelschieber 28 im radial inneren Bereich auf dem Vorsprung 38 des ersten Gehäuseteils 26 und im radial äußeren Bereich an einer Innenwand des in die Öffnung 92 des Außengehäuses 10 ragenden hohlzylindrischen Vorsprungs 94 des zweiten Gehäuseteils 62 gleitend gelagert und entsprechend dichtend geführt ist.
Aus der Öffnung 92 des Außengehäuses 10 ragt somit nach dem Einbau lediglich das hintere Stück der Antriebswelle 18 sowie der hintere Teil des zweiten Gehäuseteils 62, in dem das Magnetventil 66 aufgenommen ist und auf dem das Kugellager 26 aufgepresst ist, welches das Riemenrad 24 trägt. Die Antriebswelle 18 erstreckt sich unter Zwischenlage einer Dichtung 112 zentral durch die beiden Gehäuseteile 40, 62.
Die beschriebene Kühlmittelpumpe ist äußerst kompakt aufgebaut, jedoch einfach und kostengünstig herstellbar und montierbar, da eine geringe Teileanzahl vorliegt. Auf zusätzliche Leitungen zur hydraulischen Verbindung der Seitenkanalpumpe mit den Druckräumen des Regelschiebers kann verzichtet werden, da diese über sehr kurze Wege als einfache Bohrungen in den beiden inneren Gehäuseteilen ausgebildet werden können. Dadurch, dass der Regelschieber im inneren Bereich auf dem Gehäuseteil geführt wird, welches gleichzeitig den Seitenkanal ausbildet und radial begrenzt, kann der Regelschieber entlang dieser Begrenzungswand mit eindeutig definiertem Spiel und daraus folgend definierter Leckage geführt werden. Durch den axial sehr kurzen Aufbau aufgrund des einstückigen Laufrades für die Seitenkanalpumpe und die eigentliche Kühlmittelförderpumpe eignet sich diese besonderes zur Anordnung direkt in einer Öffnung des Kurbelgehäuses.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist, sondern verschiedene Modifikationen innerhalb des Schutzbereiches denkbar sind. So könnte auch lediglich ein Druckraum verwendet werden und eine Rückstellung des Regelschiebers über eine Feder erfolgen.

Claims

Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Antriebswelle (18),
einem Kühlmittelpumpenlaufrad (20), welches zumindest drehfest auf der Antriebswelle (18) angeordnet ist und über welches Kühlmittel in einen das Kühlmittelpumpenlaufrad (20) umgebenden Förderkanal (12) förderbar ist,
einem verstellbaren Regelschieber (28), über den ein Durchströmungsquerschnitt eines Ringspalts (30) zwischen einem Austritt (32) des Kühlmittelpumpenlaufrades (20) und dem Förderkanal (12) regelbar ist,
einer Seitenkanalpumpe (56) mit einem Seitenkanalpumpenlaufrad (46), welches auf der Antriebswelle (18) zumindest drehfest angeordnet ist,
einem Seitenkanal (50) der Seitenkanalpumpe (56), in dem durch Drehung des Seitenkanalpumpenlaufrades (46) ein Druck erzeugbar ist,
einem Druckkanal (72), über welchen ein Auslass (54) des Seitenkanals (50) mit einem ersten Druckraum (58) des Regelschiebers (28) fluidisch verbindbar ist,
einem Ventil (66), über welches ein Durchströmungsquerschnitt (70) des Druckkanals (72) verschließbar und freiggebbar ist, wobei das Kühlmittelpumpenlaufrad (20) einstückig mit dem Seitenkanalpumpenlaufrad (46) ausgebildet ist und der Seitenkanal (50) in einem ersten Gehäuseteil (40) ausgebildet ist, auf dem der Regelschieber (28) gleitend geführt ist.
Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schaufeln (48) des Seitenkanalpumpenlaufrades (46) auf einer Rückseite des als Radialpumpenlaufrad ausgebildeten Kühlmittelpumpenlaufrades (20) ausgebildet sind und einem Seitenkanal (50) axial gegenüberliegend angeordnet sind.
Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich eine radial äußere Begrenzungswand (78) des Seitenkanals (50) axial in Richtung des Kühlmittelpumpenlaufrades (20) erstreckt, das Seitenkanalpumpenlaufrad (46) radial umgibt und von einer äußeren Umfangswand (44) des Regelschiebers (28) radial umgeben ist.
Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Regelschieber (28) auf einer Außenfläche (36) eines ringförmigen, sich axial erstreckenden Vorsprungs (38) des ersten Gehäuseteils (40) gleitend geführt ist.
Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Druckraum (58) an der vom Kühlmittelpumpenlaufrad (20) abgewandten axialen Seite des Regelschiebers (28) ausgebildet ist und das erste Gehäuseteil (40) einen zweiten Druckraum (64) zu einer ersten axialen Seite und der Regelschieber (28) zur entgegengesetzten axialen Seite begrenzt.
Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach Ansprüchen 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der ringförmige Vorsprung (38) des ersten Gehäuseteils (40) die beiden Druckräume (58, 64) nach radial innen begrenzt.
Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Druckkanal (72) sich durch den ringförmigen Vorsprung (38) des ersten Gehäuseteils (40) erstreckt.
Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der Druckkanal (72) vom Auslass (54) der Seitenkanalpumpe (56) durch das erste Gehäuseteil (40) und ein zweites Gehäuseteil (62) in den ersten Druckraum (58) erstreckt, wobei im zweiten Gehäuseteil (62) der vom Ventil (66) beherrschte Durchströmungsquerschnitt (70) ausgebildet ist.
Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach Ansprüchen 4 und 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der ringförmige Vorsprung (38) des ersten Gehäuseteils (40) an seinem axialen Ende einen Absatz (84) aufweist, von dem aus sich ein ringförmiger Vorsprung (80) mit verringertem Durchmesser weiter axial in eine entsprechende Aufnahmeöffnung (82) des zweiten Gehäuseteils (62) erstreckt, an dem das erste Gehäuseteil (40) befestigt ist.
Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Gehäuseteil (40) mittels Schrauben (86) am zweiten Gehäuseteil (62) befestigt ist.
Kühlmittelpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
im ersten Gehäuseteil (40) ein Verbindungskanal (74) ausgebildet ist, der sich vom Seitenkanal (50) durch das erste Gehäuseteil (40) in den zweiten Druckraum (64) erstreckt.