WO2007071217A1 - Regelbare kühlmittelpumpe - Google Patents

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WO2007071217A1
WO2007071217A1 PCT/DE2006/001405 DE2006001405W WO2007071217A1 WO 2007071217 A1 WO2007071217 A1 WO 2007071217A1 DE 2006001405 W DE2006001405 W DE 2006001405W WO 2007071217 A1 WO2007071217 A1 WO 2007071217A1
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WO
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pump housing
annular
piston
pump
coolant pump
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PCT/DE2006/001405
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English (en)
French (fr)
Inventor
Eugen Schmidt
Franz Pawellek
Original Assignee
Geräte-und Pumpenbau GmbH Dr. Eugen Schmidt
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Priority to BRPI0612567-0A priority patent/BRPI0612567B1/pt
Priority to EP06761838A priority patent/EP1963637B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F04D15/02—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions
    • 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 controlled via a pulley controllable coolant pump for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • controllable coolant pumps for internal combustion engines which are driven by a pulley from the crankshaft of the internal combustion engine and in which the impeller is switchable, for example in connection with a friction pair, driven by the pump shaft.
  • Friction disc of the magnetic coupling to the impeller transmissible, significantly increased drive torque.
  • Pressing force causes, which results from the fact that between the friction disc and the impeller by an inflow ring and a Ausströmring for the
  • Cooling medium built up a pressure supporting the negative pressure, and at the same time the friction disc during operation by means of
  • Friction clutch with this clutch design own, functional
  • Impeller could be changed.
  • Impeller arranged, axially movable valve spool which in the
  • the guides in this design are always exposed to the operating medium with the inevitable contamination load of the cooling medium such as molding sand, metal particles, eg, from the manufacturing process or due to wear, so that dirt particles which get into the guide inevitably lead to jamming of the slide.
  • the cooling medium such as molding sand, metal particles, eg, from the manufacturing process or due to wear
  • the cylinder head should by no means flow through coolant to bring the exhaust gas temperature as fast as possible to the desired level.
  • the invention is therefore based on the object to develop a driven, controllable coolant pump for internal combustion engines, which avoids the aforementioned disadvantages of the prior art, in case of failure of the regulation further functioning of the coolant pump (fail-safe) ensures, by a high efficiency, a characterized by a very compact, simple, robust design and which ensures high reliability and reliability even in loaded with contaminated medium operating fluid, an active control of the coolant flow rate on the one hand by "zero leakage" to ensure optimum heating of the engine and on the other hand after heating of the engine to influence the engine temperature in continuous operation so accurately that throughout Work area of the engine both the pollutant emission as well as the friction losses and fuel consumption can be significantly reduced.
  • a controllable coolant pump with the features of the main claim of the invention.
  • the controllable coolant pump according to the invention with a pump housing (1), a pump housing (1) mounted, driven shaft (2), on a free, flow-side ends of this shaft (2) rotatably mounted impeller (3) and a pressure-actuated valve spool (4) with an outflow region of the impeller (3) variable overlapping outer cylinder (5), characterized in that the valve slide (4) is annular, wherein the valve spool (4) a plurality of piston rods (6) are arranged in the pump housing (1) are distributed parallel to the shaft (2) evenly over the circumference of the valve slide (4) associated with the valve spool (4) piston rods (6), a plurality of bores (7) introduced at the valve slide side end in the pump housing (1) seal receivers (8 In which rod seals (9) are arranged, wherein at the opposite end of the bores (7) in the pump housing (1) has an annular groove (10) a is arranged which connects the holes (7)
  • the piston rod (6) opposite end face of the annular piston (12) is inventively provided with a ring land (15) on which a Rollfaltbelag (16) is arranged, which by means of clamping elements (17) against the pump housing (1) clamped clamping cover ( 18) is attached.
  • This Rollfaltbelag (16) ensures a simple and reliable sealing of the annular piston (12) relative to the annular groove (10).
  • one or more pressure connection bores (20) for the pressure actuation of the valve slide (4) is / are arranged in the pump housing (1), which opens into a pressure connection piece (19) arranged on the pump housing (1).
  • valve spool side of the annular piston (12) in the region of the annular groove (10) in the pump housing (1) with the outside area in communication pressure equalization holes (21) are arranged.
  • pressure compensation bores (21) pressure compensation in the annular chamber (32) between the annular groove (10) and the annular piston (12) is ensured when the annular piston (12) is displaced.
  • an elastomeric bypass seal (23) is arranged, which can not contribute to the jamming of the valve spool during the spool stroke and in the closed position of the valve spool (4) the annular gap (25 ) between the pump housing (1) and the valve spool (4)
  • the engine temperature in continuous operation can be influenced so accurately that throughout the entire operating range of the engine both the pollutant emission, the friction losses as well as the fuel consumption is significantly reduced.
  • Figure 1 an inventive, controllable coolant pump for vacuum control in the side view in section with the position of the valve spool in its rear end position ("OPEN");
  • Figure 2 the inventive, controllable coolant pump for vacuum control according to Figure 1, in the side view in a further section with the position of the valve spool in its rear end position ("OPEN");
  • FIG 3 the inventive, controllable coolant pump for vacuum control in the side view, in section analog Figure 1, but with the position of the valve spool in its front end position ("CLOSED");
  • Figure 4 an inventive, controllable coolant pump now for pressure control in the side view in section with the position of the valve spool in its rear end position (“OPEN").
  • FIG. 1 shows one of the possible designs of the controllable coolant pump according to the invention in section, in side view, with the position of the valve slide in its rear end position (“OPEN")
  • OPEN rear end position
  • a driven shaft 2 is mounted in a pump bearing 27.
  • an impeller 3 is arranged on the free, flow-side ends of the shaft 2 rotatably an impeller 3 is arranged.
  • Adjacent to this impeller 3, a pressure-actuated annular valve spool 4 is displaceably arranged in the pump housing 1 with an outer cylinder 5 which covers the outflow region of the impeller 3 in variable manner.
  • a plurality of piston rods 6 are arranged at the valve spool 4 a plurality of piston rods 6 are arranged.
  • piston rods 6 In the pump housing 1 are distributed in parallel to the shaft 2 uniformly over the circumference of the valve slide 4, assigned to the valve slide 4 arranged piston rods 6, a plurality of holes 7 introduced at the valve slide end are located in the pump housing 1 seal receivers 8 in which rod seals 9 are arranged at the opposite end of the holes 7 in the pump housing 1, an annular groove 10 is arranged which connects the holes 7 with each other.
  • piston guides 11 In the holes 7 piston guides 11 are arranged in which the arranged on the valve spool 4 piston rods 6 are mounted axially displaceable. These arranged in the piston guides 11 piston rods 6 are connected to each other with their ringnut remedy ends by means of an annular piston 12.
  • This annular piston 12 is slidably mounted in the annular groove 10. Between the holes 7 are distributed ringnut matter in the pump housing 1 evenly over the circumference of the annular piston 12, spring chambers 13 are introduced in which against the annular piston 12 braced compression springs 14 are arranged.
  • the piston rod 6 opposite end face of the annular piston 12 is provided according to the invention with a ring land 15 on which a Rollfaltbelag 16 is arranged, which is fastened by means of a clamped with clamping elements 17 against the pump housing 1 clamp cover 18.
  • This Rollfaltbelag 16 ensures a simple and reliable sealing of the annular piston 12 relative to the annular groove 10th
  • an elastomeric bypass seal 23 is arranged which can not contribute to the jamming of the valve slide during the slide stroke.
  • FIG. 2 shows now the controllable coolant pump according to the invention from FIG. 1 for vacuum regulation in the side view, in another sectional view with the position of the valve spool in turn in its rear end position (“OPEN").
  • a pressure connection piece 19 is arranged according to the invention on the pump housing 1 with a pressure connection bore 20 for the pressure actuation of the valve slide 4.
  • the Pressure port 20 opens pressure spring side of the annular piston 12 in the annular groove 10.
  • pressure compensating bores 21 which are in communication with the outside area are arranged.
  • Pressure equalizing holes 21 12 of the pressure compensation in the sealing chamber 26 between the clamping cover 18 and the roll fold 16 is ensured upon displacement of the annular piston.
  • a leakage bore 31 is arranged on the impeller side of the bearing seat, which connects a leakage access 30, which is arranged in the pump housing 1 at the front side of the pump bearing 27, to the outside area.
  • FIG. 3 now shows the controllable coolant pump according to the invention for vacuum regulation in the side view, in section analogous to FIG. 1, but with the position of the valve slide in its front end position ("CLOSED").
  • valve slide 4 In this closed position of the valve slide 4, the valve slide 4 is located on a sealing surface 24 of the pump housing 1 and closes simultaneously with the arranged on the piston rod side outer edge 22 of the valve spool 4 elastomer bypass seal 23, the annular gap 25 between the pump housing 1 and the valve spool 4, so that itself smallest leaks in the position of the valve slide "CLOSED" can be prevented.
  • a "zero leakage" and thus optimum heating of the engine are ensured with high pump efficiency, whereby the motor temperature in continuous operation can be influenced so accurately by means of the arrangement according to the invention after the heating of the engine that both in the entire working range of the engine the pollutant emission as well as the friction losses and fuel consumption are significantly reduced.
  • a vent hole 28 is arranged which connects a pump housing 1 in the front end of the pump bearing 27 arranged vent inlet 29 to the outside.
  • FIG. 4 Another design of the controllable coolant pump according to the invention is shown in Figure 4 in the side view, in section, with the position of the valve spool in its rear end position "OPEN”.
  • This design can be used in conjunction with a hydraulic or pneumatic overpressure control.
  • a pressure connection piece 19 is arranged according to the invention on the pump housing 1.
  • the pressure connection bore 20 now opens the clamping lid side of the arranged on the annular piston 12 Rollfaltbelages 16 in the sealing cover 26 formed by the clamping cover 18 and arranged on the annular piston 12 Roll fold 16.
  • pressure equalization holes 21 arranged.
  • the pressure equalization in the annular chamber 32 between the annular groove 10 and the annular piston 12 is ensured upon displacement of the annular piston 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine von Drehmomentübertragungselementen angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore. Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore zu entwickeln, welche bei Ausfall der Regelung ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe (Fail-safe) gewährleistet und die sich durch einen hohen Wirkungsgrad, sowie eine sehr kompakte, einfache, robuste Bauform auszeichnet, und die selbst bei mit Schmutzfracht beladenem Betriebsmedium eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge ermöglicht um einerseits durch „Null-Leckage' eine optimale Erwärmung des Motors zu gewährleisten und um andererseits nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb so exakt zu beeinflussen, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine regelbare Kühlmittelpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), einer im Pumpengehäuse (1) gelagerten, angetriebenen Welle (2), einem auf einem freien, strömungsseitigen Enden dieser Welle (2) drehfest angeordneten Flügelrad (3) und einem druckbetätigten Ventilschieber (4) mit einem den Ausströmbereich des Flügelrades (3) variabel überdeckenden Außenzyiinder (5) gelöst, die sich dadurch auszeichnet, dass der Ventilschieber (4) ringförmig ausgebildet, und an mehreren Kolbenstangen (6) angeordnet ist, die im Pumpengehäuse (1) verschiebbar gelagert sind, wobei dem Ventilschieber (4) gegenüberliegend an den Kolbenstangen (6) ein in einer Ringnut (10) im Pumpengehäuse (1 ) gelagerter Ringkolben (12) angeordnet ist welcher mittels Überbzw. Unterdruck in der Ringnut (10) definiert verfahren werden kann.

Description

Regelbare Kühlmittelpumpe
Die Erfindung betrifft eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Stand der Technik sind regelbare Kühlmittelpumpen für Verbrennungsmotore vorbeschrieben, die über eine Riemenscheibe von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben werden und bei denen das Flügelrad schaltbar, beispielsweise in Verbindung mit einer Reibpaarung, von der Pumpenwelle angetrieben wird.
Von der Anmelderin wurde im Patent DE 100 57 098 C1 eine bewährte regelbare Kühlmittelpumpe vorgestellt, bei der stationär im Pumpengehäuse eine Magnetspule angeordnet ist welche mit einer drehfest, jedoch federbelastet verschiebbar auf der Antriebswelle angeordneten, flügelradseitig mit einem Reibbelag versehenen Ankerscheibe derart in Wirkverbindung treten kann, dass bei ausgeschaltetem Magnetfeld infolge der Federanpresskraft das drehbar auf der Antriebswelle angeordnete Flügelrad von der Ankerscheibe mitgenommen wird.
Da bei dieser Bauform das Mitnahmereibmoment durch den zur Verfügung stehenden magnetischen Bauraum stark begrenzt wird, wurde diese Lösung konsequent weiterentwickelt. Die auf dieser Lösung aufbauende Anmeldung DE 102 35 721 A1 beschreibt eine bauraumoptimierte regelbare Kühlmittelpumpe, mit einem von der
Reibscheibe der Magnetkupplung auf das Flügelrad übertragbaren, deutlich erhöhten Antriebsdrehmoment.
Dieses erhöhte Antriebsdrehmoment wird durch eine Erhöhung der
Anpresskraft bewirkt, welche daraus resultiert, dass zwischen der Reibscheibe und dem Flügelrad durch einen Zuströmring und einen Ausströmring für das
Kühlmedium ein die Anpresskraft unterstützender Unterdruck aufgebaut, und gleichzeitig die Reibscheibe während des Betriebes mittels
Überströmöffnungen kupplungsseitig mit dem Druck des Kühlmediums beaufschlagt.
Mittels der mit solchen Kühlmittelpumpen realisierbaren Zweipunktregelung kann die Kühlleistung wie auch die Antriebsleistung der Kühlmittelpumpen variiert werden.
Eine optimale Regelung der Antriebs- bzw. Kühlleistung von Kühlmittelpumpen für Kraftfahrzeuge sollte jedoch ermöglichen, dass eine sofort beim Starten des
Motors einsetzende Zwangskühlung vermieden wird, wodurch die
Warmlaufphase des Motors mit all den in dieser Phase auftretenden
Nachteilen, wie beispielsweise erhöhte Reibungsverluste, erhöhte
Emissionswerte und einem erhöhten Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden.
Um nun eine solche kurzfristigere Motorerwärmung mit den daraus resultierenden Vorteilen zu ermöglichen, wurde mit den vorgenannten
Bauformen der Antrieb der Kühlmittelpumpen beim Kaltstart des Motors ausgekuppelt.
Hatte nun der Motor seine Betriebstemperatur erreicht, wurde die jeweilige
Reibkupplung, mit den dieser Kupplungsbauform eigenen, funktionsbedingten
Verschleißproblemen, aktiviert und der Antrieb der Kühlmittelpumpe eingeschaltet. Dabei wurden nun große Menge kalten Kühlmittels in den auf die
Betriebstemperatur erwärmten Motor gepumpt, so dass sich dieser sofort stark abgekühlte.
Dabei wurden die erwünschten Vorzüge einer schnellen Erwärmung des Motors jedoch teilweise wieder kompensiert.
Beim Wiedereinschalten von größeren Kühlmittelpumpen waren infolge der erforderlichen Massenbeschleunigung zudem sehr hohe Drehmomente zu überwinden, welche zwangsläufig eine hohe Bauteilbelastung zur Folge hatten.
In der US 48 28 455 wurde nun eine Lösung vorbeschrieben, bei der mittels einer geschlitzten, axial beweglichen Scheibe die wirksame Flügelbreite des
Flügelrades verändert werden konnte.
Aus der DE 199 01 123 A1 ist ebenfalls eine regelbare Kühlmittelpumpe mit einem offenen Flügelrad und einem verstellbaren Schieber mit geschlitzten axial beweglichen Boden bekannt, bei dem mittels elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigter Verschiebung des Schiebers, die wirksame Flügelbreite des Flügelrades variiert werden kann.
Einer der wesentlichen Nachteile beider vorgenannten Bauformen besteht jedoch darin, dass geschlitzte Schieber nur in Verbindung mit einfach gekrümmten, offenen Schaufelrädern angewendet werden können.
Derart einfach gekrümmte Schaufelräder verfügen jedoch zwangsläufig über einen niedrigeren Wirkungsgrad.
Eine andere Bauform eines Schiebers wurde von der Anmelderin in der
DE 103 14 526 A1 vorgestellt. Hierbei handelt es sich um einen elektromagnetisch betätigten, im Saugbereich einer Kühlmittelpumpe arbeitender Ventilschiebers.
Bei großen Pumpeneinheiten in der Anlagen- und Energietechnik werden andere Bauform von Ventilschiebern (vergl. „Die Kreiselpumpen" von C.
Pfleiderer, Springer- Verlag, 4. Auflage (1955), S. 422) eingesetzt.
Diese als Spaltschieber bezeichneten Bauformen sind konzentrisch zum
Laufrad angeordnete, axial verschiebbare Ventilschieber welche in der
Schließstellung den Austritt der Flüssigkeit aus dem Flügelrad in die Druckspirale unterbinden sollen und zum Absperren des Volumenstromes eingesetzt werden.
In der DE 881 306 C wird beispielsweise ein solcher axial beweglicher, federbelasteter, hydraulisch verstellbarer, im Druckbereich arbeitenden Spaltschieber vorbeschrieben, welcher unter Federwirkung bei Nutzung des Differenzdruckes des Radseitenraumes den Fördervolumenstrom stark einzuschränken vermag.
Diese Lösungen der Kreiselpumpentechnik sind jedoch für den Einsatz als Kühlmittelpumpe in der Kraftfahrzeugtechnik ungeeignet, da u.a. beispielsweise der Schieber infolge der Federwirkung schließt, so dass ein Ausfall der Regelung zwangsläufig auch einen Ausfall der Kühlmittelpumpe bedeutet und ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe nach Ausfall der Regelung (Fail- safe) nicht gewährleistet werden kann.
Darüber hinaus sind die Führungen bei dieser Bauform stets dem Betriebsmedium mit der unvermeidlichen Schmutzfracht des Kühlmediums wie z.B. Formsand, Metallpartikel u.a., z.B. aus dem Herstellungsprozess oder aufgrund des Verschleißes ausgesetzt, so dass Schmutzpartikel welche in die Führung gelangen zwangsläufig zum Verklemmen des Schiebers führen. Darüber hinaus kann mit den im Stand der Technik vorbeschriebenen Schiebern im geschlossenen Zustand keine „Null-Leckage" realisiert werden. Im Zuge der stetigen Optimierung von Verbrennungsmotoren im Hinblick auf Emission und Kraftstoffverbrauch ist es jedoch zunehmend wichtiger den Motor nach dem Kaltstart möglichst schnell auf Betriebstemperatur zu bringen, um einerseits die Reibungsverluste zu minimieren (mit zunehmender Öltemperatur sinkt dessen Viskosität und damit die Reibung an allen ölgeschmierten Bauteilen) die Emissionswerte zu reduzieren (da erst nach der sogenannten „Anspringtemperatur" die Katalysatoren wirksam werden, beeinflusst der Zeitraum bis zum Erreichen dieser Temperatur die Abgasemission wesentlich) um dadurch gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Versuchsreihen in der Motorentwicklung haben gezeigt, dass eine sehr wirksame Maßnahme zur Motorerwärmung das „stehende Wasser" oder die „Null-Leckage" während der Kaltstartphase ist.
Dabei sollte während der Kaltstartphase der Zylinderkopf keinesfalls von Kühlmittel durchströmt werden, um die Abgastemperatur so schnell wie möglich auf das gewünschte Niveau zu bringen.
Von Fahrzeugherstellern werden Leckageströme von weniger als 0,5 l/h („Null- Leckage") gewünscht.
Auch die Untersuchungen zum Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen haben gezeigt, dass durch ein konsequentes Thermomanagement, also jene Maßnahmen welche zu einem energetisch und thermomechanisch optimalen Betrieb eines Verbrennungsmotors führen, etwa 3 bis 5% Kraftstoff eingespart werden können.
Daher wird unter Beachtung dieser Gesichtspunkte eine immer präzisere Regelung des Kühlmitteldurchsatzes in Abhängigkeit von der Temperatur des durchgesetzten Kühlmittels zwingend erforderlich.
Diese Zielstellung sollte zudem mit möglichst geringstem Material- und Kostenaufwand realisiert werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet, bei Ausfall der Regelung ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe (Fail-safe) gewährleistet, sich durch einen hohen Wirkungsgrad, eine sehr kompakte, einfache, robuste Bauform auszeichnet und die selbst bei mit Schmutzfracht beladenem Betriebsmedium eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet, eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge ermöglicht um einerseits durch „Null-Leckage" eine optimale Erwärmung des Motors zu gewährleisten und um andererseits nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb so exakt zu beeinflussen, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine regelbare Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst. Die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), einer im Pumpengehäuse (1) gelagerten, angetriebenen Welle (2), einem auf einem freien, strömungsseitigen Enden dieser Welle (2) drehfest angeordneten Flügelrad (3) und einem druckbetätigten Ventilschieber (4) mit einem den Ausströmbereich des Flügelrades (3) variabel überdeckenden Außenzylinder (5), zeichnet sich dadurch aus, dass der Ventilschieber (4) ringförmig ausgebildet ist, wobei am Ventilschieber (4) mehrere Kolbenstangen (6) angeordnet sind, im Pumpengehäuse (1) sind parallel zur Welle (2) gleichmäßig über den Umfang des Ventilschiebers (4) verteilt, den am Ventilschieber (4) angeordneten Kolbenstangen (6) zugeordnet, mehrere Bohrungen (7) eingebracht an deren ventilschieberseitigen Ende sich im Pumpengehäuse (1) Dichtungsaufnahmen (8) befinden in denen Stangendichtungen (9) angeordnet sind, wobei am gegenüberliegenden Ende der Bohrungen (7) im Pumpengehäuse (1) eine Ringnut (10) angeordnet ist welche die Bohrungen (7) miteinander verbindet, und in den Bohrungen (7) Kolbenführungen (11) angeordnet sind, in denen die am Ventilschieber (4) angeordneten Kolbenstangen (6) axial verschiebbar gelagert sind, wobei die in den Kolbenführungen (11) angeordneten Kolbenstangen (6) mit ihren ringnutseitigen Enden untereinander mittels eines Ringkolbens (12) verbunden sind, wobei dieser in der Ringnut (10) verschiebbar gelagert ist, ringnutseitig sind im Pumpengehäuse (1) zwischen den Bohrungen (7), gleichmäßig über den Umfang des Ringkolbens (12) verteilt Federkammern (13) eingebracht in denen gegen den Ringkolben (12) verspannte Druckfedern (14) angeordnet sind. Diese erfindungsgemäße Anordnung eines ringförmigen, an Kolbenstangen (6) angeordneten und in abgedichteten Kolbenführungen (11) im Pumpengehäuse (1) geführten, und über einen Ringkolben (12) betätigbaren Ventilschieber (4) ist eine sehr kompakte, einfache und robuste Bauform die selbst bei mit Schmutzfracht beladenem Betriebsmedium eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet.
Die den Kolbenstangen (6) gegenüberliegenden Stirnseite des Ringkolbens (12) ist erfindungsgemäß mit einem Ringsteg (15) versehen, auf dem ein Rollfaltbelag (16) angeordnet ist, welcher mittels eines mit Spannelementen (17) gegen das Pumpengehäuse (1) verspannten Klemmdeckels (18) befestigt ist. Dieser Rollfaltbelag (16) gewährleistet eine einfache und zuverlässige Abdichtung des Ringkolbens (12) gegenüber der Ringnut (10).
Erfindungswesentlich ist weiterhin, dass im Pumpengehäuse (1) eine oder mehrere Druckanschlussbohrung/en (20) für die Druckbetätigung des Ventilschiebers (4) angeordnet ist/sind, die in einen am Pumpengehäuse (1) angeordneten Druckanschlussstutzen (19) mündet/münden.
Kennzeichnend ist dabei einerseits, dass die Druckanschlussbohrung/en (20) druckfederseitig des Ringkolbens (12) in die von Ringnut (10) und Ringkolben (12) gebildete Ringkammer (32) mündet/münden. Somit kann mittels eines am Druckanschlussstutzen (19) anliegenden, definiert variierbaren Unterdruckes eine definierte Verschiebung des Ventilschiebers (4), und damit eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge herbei geführt werden. In Verbindung mit den erfindungsgemäß zwischen dem Pumpengehäuse (1) und dem Ringkolben (12) angeordnet Druckfedern (14) ist selbst bei Ausfall der Regelung ein Weiterfunktionieren der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe (Fail-safe) gewährleistet.
Erfindungsgemäß sind bei dieser Bauform im Klemmdeckel (18), im Arbeitsbereich des Rollfaltbelages (16), mit dem Außenbereich in Verbindung stehende Druckausgleichsbohrungen (21) angeordnet. Über diese Druckausgleichsbohrungen (21) wird bei Verschiebung des Ringkolbens (12) der Druckausgleich in der Dichtungskammer (26) zwischen dem Klemmdeckel (18) und dem auf dem Ringkolben (12) angeordneten Rollfaltbelag (16) gewährleistet.
Kennzeichnend ist andererseits aber auch, dass die Druckanschlussbohrung (20) klemmdeckelseitig des am Ringkolben (12) angeordneten Rollfaltbelages (16) in die vom Klemmdeckel (18) und dem auf dem Ringkolben (12) angeordneten Rollfaltbelag (16) gebildete Dichtungskammer (26) mündet. In dieser Bauform der erfindungsgemäßen Lösung kann mittels eines am Druckanschlussstutzen (19) anliegenden, definiert variierbaren pneumatischen oder hydraulischen Überdruckes eine definierte Verschiebung des Ventilschiebers (4), und damit eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge herbei geführt werden. In Verbindung mit den erfindungsgemäß zwischen dem Pumpengehäuse (1) und dem Ringkolben (12) angeordenet Druckfedern (14) ist auch in dieser Bauform, selbst bei Ausfall der Regelung, ein Weiterfunktionieren der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe (Fail-safe) gewährleistet.
Erfindungswesentlich ist bei dieser Bauform auch, dass ventilschieberseitig des Ringkolbens (12) im Bereich der Ringnut (10) im Pumpengehäuse (1) mit dem Außenbereich in Verbindung stehende Druckausgleichsbohrungen (21) angeordnet sind. Über diese Druckausgleichsbohrungen (21) wird bei Verschiebung des Ringkolbens (12) der Druckausgleich in der Ringkammer (32) zwischen der Ringnut (10) und dem Ringkolben (12) gewährleistet.
Erfindungsgemäß ist weiterhin, dass am kolbenstangenseitigen Außenrand (22) des Ventilschiebers (4) eine Elastomer-Bypassdichtung (23) angeordnet ist, die während des Schieberhubes nicht zum Verklemmen des Ventilschiebers beitragen kann und in der Schließstellung des Ventilschiebers (4) den Ringspalt (25) zwischen dem Pumpengehäuse (1) und dem Ventilschieber (4)
Gleichzeitig liegt in dieser Schließstellung (der Endlage bei der Stellung des Ventilschiebers „GESCHLOSSEN") der Ventilschieber (4) an einer Dichtfläche (24) des Pumpengehäuses (1) an, so dass selbst kleinste Leckagen in der Stellung des Ventilschiebers „GESCHLOSSEN" unterbunden werden.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird bei hohem Pumpenwirkungsgrad eine „Null-Leckage" und somit eine optimale Erwärmung des Motors gewährleistet. Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung kann darüber hinaus nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb so exakt beeinflusst werden, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission, die Reibungsverluste wie auch der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert wird.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung in Verbindung mit den Zeichnungen zu den Ausführungsbeispielen.
Es zeigen dabei:
Figur 1 : eine erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe zur Unterdruckregelung in der Seitenansicht im Schnitt mit der Stellung des Ventilschiebers in seiner hinteren Endlage („OFFEN");
Figur 2 : die erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe zur Unterdruckregelung gemäß Figur 1 , in der Seitenansicht in einem weiteren Schnitt mit der Stellung des Ventilschiebers in seiner hinteren Endlage („OFFEN");
Figur 3 : die erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe zur Unterdruckregelung in der Seitenansicht, im Schnitt analog Figur 1 , jedoch mit der Stellung des Ventilschiebers in seiner vorderen Endlage („GESCHLOSSEN");
Figur 4 : eine erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe nun zur Überdruckregelung in der Seitenansicht im Schnitt mit der Stellung des Ventilschiebers in seiner hinteren Endlage („OFFEN").
In der Figur 1 ist eine der möglichen Bauformen der erfindungsgemäßen, regelbaren Kühlmittelpumpe im Schnitt, in der Seitenansicht, mit der Stellung des Ventilschiebers in seiner hinteren Endlage („OFFEN") dargestellt. Diese Bauform kann in Verbindung mit einer Unterdruckregelung eingesetzt werden.
In einem Pumpengehäuse 1 ist eine angetriebene Welle 2 in einem Pumpenlager 27 gelagert. Auf dem freien, strömungsseitigen Enden der Welle ist 2 drehfest ein Flügelrad 3 angeordnet. Diesem Flügelrad 3 benachbart ist im Pumpengehäuse 1 verschiebbar ein druckbetätigter ringförmiger Ventilschieber 4 mit einem den Ausströmbereich des Flügelrades 3 variabel überdeckenden Außenzylinder 5 angeordnet. Am Ventilschieber 4 sind mehrere Kolbenstangen 6 angeordnet. Im Pumpengehäuse 1 sind parallel zur Welle 2 gleichmäßig über den Umfang des Ventilschiebers 4 verteilt, den am Ventilschieber 4 angeordneten Kolbenstangen 6 zugeordnet, mehrere Bohrungen 7 eingebracht, an deren ventilschieberseitigen Ende sich im Pumpengehäuse 1 Dichtungsaufnahmen 8 befinden in denen Stangendichtungen 9 angeordnet sind, wobei am gegenüberliegenden Ende der Bohrungen 7 im Pumpengehäuse 1 eine Ringnut 10 angeordnet ist welche die Bohrungen 7 miteinander verbindet. In den Bohrungen 7 sind Kolbenführungen 11 angeordnet in denen die am Ventilschieber 4 angeordneten Kolbenstangen 6 axial verschiebbar gelagert sind. Diese in den Kolbenführungen 11 angeordneten Kolbenstangen 6 sind mit ihren ringnutseitigen Enden untereinander mittels eines Ringkolben 12 verbunden.
Dieser Ringkolben 12 ist in der Ringnut 10 verschiebbar gelagert. Zwischen den Bohrungen 7 sind ringnutseitig im Pumpengehäuse 1 gleichmäßig über den Umfang des Ringkolbens 12 verteilt, Federkammern 13 eingebracht in denen gegen den Ringkolben 12 verspannte Druckfedern 14 angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Anordnung eines ringförmigen, an Kolbenstangen 6 angeordneten und in abgedichteten Kolbenführungen 11 im Pumpengehäuse 1 geführten, und über einen Ringkolben 12 betätigbaren Ventilschieber 4 stellt eine sehr kompakte, einfache und robuste Bauform dar die selbst bei mit Schmutzfracht beladenem Betriebsmedium eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet.
Die den Kolbenstangen 6 gegenüberliegende Stirnseite des Ringkolbens 12 ist erfindungsgemäß mit einem Ringsteg 15 versehen, auf dem ein Rollfaltbelag 16 angeordnet ist, welcher mittels eines mit Spannelementen 17 gegen das Pumpengehäuse 1 verspannten Klemmdeckels 18 befestigt ist. Dieser Rollfaltbelag 16 gewährleistet eine einfache und zuverlässige Abdichtung des Ringkolbens 12 gegenüber der Ringnut 10.
Am kolbenstangenseitigen Außenrand 22 des Ventilschiebers 4 ist eine Elastomer-Bypassdichtung 23 angeordnet die während des Schieberhubes nicht zum Verklemmen des Ventilschiebers beitragen kann.
Die Figur 2 zeigt nun die erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe aus Figur 1 zur Unterdruckregelung in der Seitenansicht, in einer anderen Schnittdarstellung mit der Stellung des Ventilschiebers wiederum in seiner hinteren Endlage („OFFEN").
In dieser Bauform ist erfindungsgemäß am Pumpengehäuse 1 ein Druckanschlussstutzen 19 mit einer Druckanschlussbohrung 20 für die Druckbetätigung des Ventilschiebers 4 angeordnet. Die Druckanschlussbohrung 20 mündet druckfederseitig des Ringkolbens 12 in die Ringnut 10. Dadurch kann mittels eines am Druckanschlussstutzen 19 anliegenden, definiert variierbaren Unterdruckes eine definierte Verschiebung des Ventilschiebers 4, und damit eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge herbei geführt werden. In Verbindung mit den in der Figur 1 dargestellten, erfindungsgemäß zwischen dem Pumpengehäuse 1 und dem Ringkolben 12 angeordneten Druckfedern 14 ist selbst bei Ausfall der Unterdruckregelung ein Weiterfunktionieren der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe (Fail-safe) durch die bei Federendlage erzwungene Schieberstellung „OFFEN" gewährleistet.
Erfindungsgemäß sind im Klemmdeckel 18, im Arbeitsbereich des Rollfaltbelages 16, mit dem Außenbereich in Verbindung stehende Druckausgleichsbohrungen 21 angeordnet. Über diese
Druckausgleichsbohrungen 21 wird bei Verschiebung des Ringkolbens 12 der Druckausgleich in der Dichtungskammer 26 zwischen dem Klemmdeckel 18 und dem Rollfaltbelag 16 gewährleistet.
Im Pumpengehäuse 1 ist darüber hinaus pumpenradseitig des Lagersitzes eine Leckagebohrung 31 angeordnet welche einen im Pumpengehäuse 1 stirnseitig des Pumpenlagers 27 angeordneten Leckagezutritt 30 mit dem Außenbereich verbindet.
Die Figur 3 zeigt nun die erfindungsgemäße, regelbare Kühlmittelpumpe zur Unterdruckregelung in der Seitenansicht, im Schnitt analog Figur 1 , jedoch mit der Stellung des Ventilschiebers in seiner vorderen Endlage („GESCHLOSSEN").
In dieser Schließstellung des Ventilschiebers 4 liegt der Ventilschieber 4 an einer Dichtfläche 24 des Pumpengehäuses 1 an und verschließt gleichzeitig mit der am kolbenstangenseitigen Außenrand 22 des Ventilschiebers 4 angeordneten Elastomer-Bypassdichtung 23 den Ringspalt 25 zwischen dem Pumpengehäuse 1 und dem Ventilschieber 4, so dass selbst kleinste Leckagen in der Stellung des Ventilschiebers „GESCHLOSSEN" unterbunden werden. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird bei hohem Pumpenwirkungsgrad eine „Null-Leckage" und somit eine optimale Erwärmung des Motors gewährleistet, wobei mittels der erfindungsgemäßen Anordnung nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb so exakt beeinflusst werden kann, daß im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden.
Pumpenradseitig des Lagersitzes ist bei dieser Bauform im Pumpengehäuse 1 eine Entlüftungsbohrung 28 angeordnet welche einen im Pumpengehäuse 1 stirnseitig des Pumpenlagers 27 angeordneten Entlüftungseinlass 29 mit dem Außenbereich verbindet.
Eine weitere Bauform der erfindungsgemäßen, regelbaren Kühlmittelpumpe ist in der Figur 4 in der Seitenansicht, im Schnitt, mit der Stellung des Ventilschiebers in seiner hinteren Endlage „OFFEN" dargestellt.
Diese Bauform kann in Verbindung mit einer hydraulischen oder pneumatischen Überdruckregelung eingesetzt werden.
Auch in dieser Bauform ist am Pumpengehäuse 1 erfindungsgemäß ein Druckanschlussstutzen 19 angeordnet. Die Druckanschlussbohrung 20 mündet jedoch nun klemmdeckelseitig des am Ringkolben 12 angeordneten Rollfaltbelages 16 in die vom Klemmdeckel 18 und dem auf dem Ringkolben 12 angeordneten Rollfaltbelag 16 gebildete Dichtungskammer 26.
In dieser Bauform der erfindungsgemäßen Lösung kann nun mittels eines am Druckanschlussstutzen 19 anliegenden, definiert variierbaren pneumatischen oder hydraulischen Überdruckes eine definierte Verschiebung des Ventilschiebers 4, und damit eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge herbei geführt werden.
In Verbindung mit den, in der Figur 1 dargestellten, erfindungsgemäß zwischen dem Pumpengehäuse 1 und dem Ringkolben 12 angeordneten Druckfedern 14 ist auch in dieser Bauform, selbst bei Ausfall der Regelung, ein Weiterfunktionieren der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe (Fail-safe) gewährleistet.
Erfindungsgemäß sind bei dieser Bauform ventilschieberseitig des Ringkolbens 12 im Bereich der Ringnut 10 im Pumpengehäuse 1 mit dem Außenbereich in Verbindung stehende Druckausgleichsbohrungen 21 angeordnet. Über diese Druckausgleichsbohrungen 21 wird bei Verschiebung des Ringkolbens 1 der Druckausgleich in der Ringkammer 32 zwischen der Ringnut 10 und dem Ringkolben 12 gewährleistet.
Bezugszeichenzusammenstellung
1 Pumpengehäuse
2 Welle
3 Flügelrad
4 Ventilschieber
5 Außenzylinder
6 Kolbenstangen
7 Bohrungen
8 Dichtungsaufnahmen
9 Stangendichtungen
10 Ringnut
11 Kolbenführungen
12 Ringkolben
13 Federkammern
14 Druckfeder
15 Ringsteg
16 Rollfaltbelag
17 Spannelementen
18 Klemmdeckels
19 Druckanschlussstutzen
20 Druckanschlussbohrung
21 Druckausgleichsbohrung
22 Außenrand
23 Elastomer-Bypassdichtung
24 Dichtfläche
25 Ringspalt
26 Dichtungskammer
27 Pumpenlager Entlüftungsbohrung Entlüftungseinlass Leckagezutritt Leckagebohrung Ringkammer

Claims

Patentansprüche
1. Regelbare Kühlmittelpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), einer im Pumpengehäuse (1) gelagerten, angetriebenen Welle (2), einem auf einem freien, strömungsseitigen Enden dieser Welle (2) drehfest angeordneten Flügelrad (3) und einem druckbetätigten Ventilschieber (4) mit einem den Ausströmbereich des Flügelrades (3) variabel überdeckenden Außenzylinder (5), dadurch gekennzeichnet, a) dass der Ventilschieber (4) ringförmig ausgebildet ist und am Ventilschieber (4) mehrere Kolbenstangen (6) angeordnet sind, wobei im Pumpengehäuse (1) parallel zur Welle (2) gleichmäßig über den Umfang des Ventilschiebers (4) verteilt, den am Ventilschieber (4) angeordneten Kolbenstangen (6) zugeordnet, mehrere Bohrungen (7) eingebracht sind an deren ventilschieberseitigen Ende sich im Pumpengehäuse (1) Dichtungsaufnahmen (8) befinden in denen Stangendichtungen (9) angeordnet sind, wobei am gegenüberliegenden Ende der Bohrungen (7) im Pumpengehäuse (1) eine Ringnut (10) angeordnet ist welche die Bohrungen (7) miteinander verbindet, und in den Bohrungen (7) Kolbenführungen (11) angeordnet sind, in denen die am Ventilschieber (4) angeordneten Kolbenstangen (6) axial verschiebbar gelagert sind, wobei die in den Kolbenführungen (1 1) angeordneten Kolbenstangen (6) mit ihren ringnutseitigen Enden untereinander mittels eines Ringkolben (12) verbunden sind und dieser Ringkolben (12) in der Ringnut (10) verschiebbar gelagert ist, wobei ringnutseitig im Pumpengehäuse (1) zwischen den Bohrungen (7), gleichmäßig über den Umfang des Ringkolbens (12) verteilt, Federkammern (13) eingebracht sind in denen gegen den Ringkolben (12) verspannte Druckfedern (14) angeordnet sind,
b) dass auf der den Kolbenstangen (6) gegenüberliegenden Stirnseite des Ringkolbens (12) ein Ringsteg (15) angeordnet ist auf dem ein Rollfaltbelag (16) angeordnet ist welcher mittels eines mit Spannelementen (17) gegen das Pumpengehäuse (1) verspannten Klemmdeckels (18) befestigt ist, c) dass im Pumpengehäuse (1) eine oder mehrere Druckanschlussbohrung/en (20) für die Druckbetätigung des Ventilschiebers (4) angeordnet ist/sind, die in einen am Pumpengehäuse (1) angeordneten Druckanschlussstutzen (19) mündet/münden, d) und dass am kolbenstangenseitigen Außenrand (22) des Ventilschiebers (4) eine Elastomer-Bypassdichtung (23) angeordnet ist, die in der Schließstellung, beim Anliegen des Ventilschiebers (4) an einer Dichtfläche (24) des Pumpengehäuses (1), den Ringspalt (25) zwischen dem Pumpengehäuse (1) und dem Ventilschieber (4) verschließt.
2. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Druckanschlussbohrung/en (20) druckfederseitig des Ringkolbens (12) in die von Ringnut (10) und Ringkolben (12) gebildete Ringkammer (32) mündet/münden.
3. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Druckanschlussbohrung/en (20) klemmdeckelseitig des am Ringkolben (12) angeordneten Rollfaltbelages (16) in die vom Klemmdeckel (18) und dem auf dem Ringkolben (12) angeordneten Rollfaltbelag (16) gebildete Dichtungskammer (26) mündet/münden.
4. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Pumpengehäuse (1) pumpenradseitig des Lagersitzes eine Entlüftungsbohrung (28) angeordnet ist, welche einen im Pumpengehäuse (1) stimseitig des Pumpenlagers (27) angeordneten Entlüftungseinlass (29) mit dem Außenbereich verbindet.
5. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Pumpengehäuse (1) pumpenradseitig des Lagersitzes eine Leckagebohrung (31) angeordnet ist, welche einen im Pumpengehäuse (1) stirnseitig des Pumpenlagers (27) angeordneten Leckagezutritt (30) mit dem Außenbereich verbindet.
6. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Klemmdeckel (18), im Arbeitsbereich des Rollfaltbelages (16), mit dem Außenbereich in Verbindung stehende Druckausgleichsbohrungen (21) angeordnet sind.
7. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ventilschieberseitig des Arbeitsbereiches des Ringkolbens (12) im Bereich der Ringnut (10) im Pumpengehäuse (1) mit dem Außenbereich in Verbindung stehende Druckausgleichsbohrungen (21) angeordnet sind.
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