WO2011041998A2

WO2011041998A2 - Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: WO2011041998A2
Application number: PCT/DE2010/001096
Authority: WO
Inventors: Eugen Schmidt; Franz Pawellek; Silvio Bischoff
Original assignee: Geräte- und Pumpenbau GmbH Dr. Eugen Schmidt
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2011-04-14
Also published as: DE102009048349B3; WO2011041998A3; EP2486282A2; EP2486282B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore von größeren Kraftfahrzeugen, beispielsweise Lastkraftwagen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Kühlmittelpumpe mit einem Ventilschieber zu entwickeln, die u.a. die Nachteile einer hydraulischen oder pneumatischen Betätigung vermeidet und gegenüber einem elektromagnetisch betätigten Ventilschieber einen wesentlich reduzierten Bauraum mit minimiertem Eigengewicht aufweist, kostengünstig herstellbar ist, zudem unter allen Einsatzbedingungen stets robust, zuverlässig und störunanfällig arbeitet und gleichzeitig einen hohen Gesamtwirkungsgrad gewährleistet. Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), einer in diesem angeordneten Magnetspule (3), einer drehbar in einem Lager (5) gelagerten, über eine Riemenscheibe (6) angetriebenen Welle (7), einem drehfest auf einem freien, strömungsseitigen Enden dieser Welle (7) angeordneten Flügelrad (8) mit einer am Flügelrad (8) zwischen dem Boden (9) und der Deckscheibe (11) angeordneten Trennscheibe (12) und einem entlang der Achsrichtung der Welle (7) verschiebbar angeordnete Ventilschieber (14) mit einer Rückwand (15) und einem den Ausströmbereich des Flügelrades (8) variabel überdeckenden Außenzylinder (16), zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass am Außenradius der Rückwand (15) Drosselspalte (31) angeordnet sind, und die rotierende Rückwand (15) des Ventilschiebers (14) als Scheibe einer Scheibenpumpe fungiert, wobei drehfest auf der Welle (7) eine Ventilbuchse (20) mit einem Ankerhülsenanschlag (24) und Durchlassbohrung/en (23) angeordnet ist, und in der Ventilbuchse (20) eine mit Durchströmbohrungen (25) versehene Ankerhülse (26) längsverschiebbar gleitend so gelagert ist, dass diese von einer Arbeitsfeder (28) in die vordere Endlage an den Ankerhülsenanschlag (24) gepresst wird und gegen diese Arbeitsfeder (28) mittels des Magnetfeldes der Magnetspule (3) zurückgefahren werden kann und dadurch den Arbeitsraum (41) der Scheibenpumpe gegenüber einströmendem Kühlmittel verschließt bzw. wieder öffnet.

Description

Kühlmittelpumpe

Die Erfindung betrifft eine über eine Riemenscheibe angetriebene Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore von größeren Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Lastkraftwagen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei größeren Kraftfahrzeugen, beispielsweise bei Lastkraftwagen, ist ein völliges Abschalten des Kühlmittelkreislaufes bei laufendem Motor nicht zulässig, da hierdurch Wärmenester im Kühlmittelkreislauf entstehen können. Auch die zur Reduzierung der Stickoxide eingesetzten Kühler zur Kühlung des rückgeführten Abgases müssen ständig von Kühlmittel durchströmt werden. Eine auch nur kurzzeitige Überhitzung dieses Wärmetauschers führt zwangsläufig zu irreparablen Schäden.

Für einen effektiven Wärmetransport ist es daher erforderlich, dass das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf ständig in Bewegung gehalten wird.

Hierzu wird das Flügelrad der Kühlmittelpumpe im allgemeinen direkt mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt.

Diese direkte Kopplung der Kühlmittelpumpe mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors hat zur Folge, dass der von der Kühlmittelpumpe geförderte Kühlmittelvolumenstrom stets von der Drehzahl des Motors bestimmt wird. Für die Auslegung des Flügelrades der Kühlmittelpumpe ist daher der für die jeweilige Motordrehzahl extremste Bedarfsfall maßgebend, d.h. die Kühlmittelpumpe ist stets so ausgelegt, dass selbst bei niedriger Drehzahl und hoher Motorbelastung eine ausreichende Kühlleistung erzielt werden kann. Im täglichen Fahrbetrieb werden jedoch nur während bis zu maximal 50 % der Betriebszeit des Verbrennungsmotors diese hohen Kühlleistungen benötigt. In den kälteren Jahreszeiten ist dieser Prozentsatz sogar noch deutlich geringer. Während der verbleibenden Betriebszeit wäre somit für eine ausreichende Kühlleistung eine wesentlich geringere Flügelraddrehzahl völlig ausreichend, um beispielsweise mit 50 % der maximalen Fördermenge im Teilastbetrieb die AGR-Kühlung zu gewährleisten.

Dieser Umstand führt nun dazu, dass alle nicht regelbaren Kühlmittelpumpen im durchschnittlichen Fahrbetrieb in einem sehr wirkungsgradungünstigen Betriebspunkt arbeiten und dadurch „unnötig" Kraftstoff zum Antrieb des Flügelrades, d.h. zur Umwälzung des Kühlmittelvolumenstromes verbrauchen. Um nun die Nachteile der direkt von der Kurbelwelle angetriebenen Kühlmittelpumpe zu reduzieren, werden im Stand der Technik auch für größere Verbrennungsmotore über eine Riemenscheibe von der Kurbelwelle angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpen (beispielsweise für Lastkraftwagen) vorbeschrieben.

Bei diesen Bauformen wird die von der Kurbelwelle über eine Riemenscheibe auf eine Pumpenwelle übertragene Drehzahl mit unterschiedlichen technischen

Mitteln reduziert und als Antriebsdrehzahl auf das Flügelrad übertragen.

So beschreibt beispielsweise die DE 101 58 732 A1 ein Antriebsorgan für das

Flügelrad einer Kühlmittelpumpe zur Übertragung des Antriebsdrehmomentes von einer über eine Riemenscheibe direkt von der Kurbelwelle angetriebenen

Welle auf das Flügelrad mittels einer zweistufig arbeitenden Kupplung.

In der ersten Stufe arbeitet bei dieser Bauform eine Wirbelstromkupplung zunächst bis zu einer Grenzdrehzahl, welche dann „abreißt" und im

Schlupfbetrieb mit konstanter Drehzahl weiter arbeitet. In der zweiten Stufe kann dann eine elektromagnetisch betätigte Reibkupplung in Eingriff gebracht werden mit deren Hilfe dann eine riemenscheibensynchrone „Maximal" - Drehzahl realisiert werden kann.

Die wesentlichen Nachteile dieser Bauform liegen neben dem sehr komplexen Aufbau und der zwangsläufig daraus resultierenden großen, und einen hohen Platzbedarf erfordernden, fertigungs- und montagekostenintensiven sowie schweren Bauform, auch in den hohen Verlustleistungen, einerseits durch die Wirbelströme und andererseits durch die Reibverluste, wie aber auch in einer bei dieser Bauform fehlenden „fail-safe" Funktion, d.h. ist diese Bauform stromlos so kann zwangsläufig nur eine verminderte Pumpenleistung erbracht werden.

Eine andere regelbare Bauform wird in der EP 1 326 028 B1 vorbeschrieben. Bei dieser Bauform wird das Antriebsdrehmoment der Kühlmittelpumpe von einer Riemenscheibe über eine regelbare, elektronisch gesteuerte Viskokupplung auf das Flügelrad übertragen.

Auch diese Bauform weist wiederum einen sehr komplexen Aufbau auf, ist groß und schwer, erfordert zudem einen hohen Platzbedarf sowie hohe Fertigungsund Montagekosten.

Darüber hinaus erfordert diese Bauform zudem zwingend stets einen Drehzahlsensor zur„Rückmeldung" der jeweiligen Kühlmittelpumpendrehzahl. Dabei kann das Potential dieser teuren Bauform für niedrige Drehzahlen beim Antrieb der Kühlmittelpumpen gar nicht ausgeschöpft werden, da, wie bereits erläuterte, Kühlmittelpumpen stets 50% der jeweils maximalen Fördermenge für die AGR-Kühlung bereit stellen müssen.

Von der Anmelderin wurde daher in der DE 10 2007 019 263 B3, eine im Praxiseinsatz ebenfalls bereits bewährte, pneumatisch betätigte Bauform einer 2-stufigen Kühlmittelpumpe für größere Kraftfahrzeuge wie beispielsweise Lastkraftwagen vorgestellt.

Bei dieser Bauform wurde ein 2-stufiges Flügelrad eingesetzt, bei dem eine der beiden Stufen des Flügelrades mittels eines pneumatisch betätigten Ventilschiebers vollständig verschlossen werden kann, so dass durch das Zu- bzw. Abschalten der zweiten Stufe des Flügelrades zwei Betriebszustände, d.h. einerseits der Betriebszustand der Volllast und andererseits der Betriebszustand der Teillast realisiert werden können.

Von der Anmelderin wurden zudem in den vergangenen Jahren auch andere, ebenfalls im Betriebseinsatz bei Personenkraftwagen sehr gut bewährte, regelbare Kühlmittelpumpen entwickelt.

Diese im Praxiseinsatz bewährten Bauformen wurden von der Anmelderin beispielsweise in der DE 2005 062 200 B3 oder auch in der DE 10 2007 042 866 A1 vorgestellt. Diese bis zu einer Schließstellung hinab, die selbst kleinste Leckagen unterbindet („Nullförderung"), regelbaren Kühlmittelpumpen sind mit über die gesamte Austrittsbreite des Flügelrades verfahrbaren Ventilschiebern ausgerüstet und zeichnen sich durch eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit aus und gewährleisten eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge, so dass einerseits eine allmähliche optimale Erwärmung des Motors gewährleistet ist, und gleichzeitig nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb so beeinflusst werden kann, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können.

Alle vorgenannten Bauformen von regelbaren Kühlmittelpumpen verfügen dabei über pneumatisch und/oder hydraulisch betätigte Ventilschieber.

Die Nachteile dieser mit hydraulisch und/oder pneumatisch betätigten Ventilschiebern ausgestatteten Kühlmittelpumpen sind einerseits die energetischen Verluste infolge der permanenten Reibung im axialen Gleitlager, ein am axialen Gleitlager stattfindender Langzeitverschleiß, ein unzureichendes Kraftniveau der Schieberverstellung bei höheren Drehzahlen, eine mit der Einleitung der Axialkraft auf den Schieber in Verbindung stehende Durchbiegung des Schiebers mit den daraus resultierenden Reibungs- und Leckageverlusten, Schließstörungen infolge von Schmutzansammlungen am Schieber, Langzeitleckagen an dynamischen Kolbendichtungen sowie ein leckagebedingter Überdruck im Kühlsystem, wie auch der Langzeitverschleiß an den Kolben und den zugehörigen Führungen, zudem die Leckagegefahr als Folge einer Vielzahl von statischen und dynamischen Gummidichtungen, wie auch eine fehlende Prozesssicherheit bei der Montage der dynamischen Kolbendichtungen.

Andererseits wurde von der Anmelderin in der DE 10 2005 004 315 B4 auch eine im Praxiseinsatz bewährte Bauform einer regelbaren Kühlmittelpumpe mit einem über die gesamte Austrittsbreite des Flügelrades verfahrbaren Ventilschieber vorgestellt, welcher elektromagnetisch bis zur Schließstellung („Nullförderung") verfahren werden kann.

Bei dieser Bauform einer über eine Riemenscheibe angetriebenen regelbaren Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore mit einer im Pumpengehäuse angeordneten Magnetspule und einem auf einer antimagnetischen Pumpenwelle verschiebbar angeordneten Magnetanker ist am Magnetanker ein antimagnetischer, federbelasteter mit dem Flügelrad rotierender Ventilschieber mit einem den Ausströmbereich des Flügelrades geringfügig überragenden, entlang des Ausströmbereiches des Flügelrades verfahrbaren Außenzylinder angeordnet.

Diese Anordnung bewirkt, dass der Hub des Ventilschiebers durch Pulsweitenmodulation der an der Magnetspule anliegenden Spannung definiert verfahren werden kann, wobei der Ventilschieber in einer Endlagenstellung den Zufluss vom Flügelrad in die Pumpenspirale frei gibt, und in der anderen Endlagenstellung des Ventilschiebers der Zufluss vom Flügelrad in die Pumpenspirale versperrt.

Ein wesentlicher Nachteile dieser Bauform mit elektromagnetisch betätigtem Ventilschieber besteht, unter anderem in dem für eine sicher Betätigung des Ventilschiebers erforderlichen großen magnetischen Bauraum und den daraus resultierenden Kosten und Einschränkungen im Hinblick auf die Pumpenbaugröße bei Einsatz einer solchen Betätigung des Ventilschiebers, beispielsweise in Verbindung mit Verbrennungsmotoren von größeren Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Lastkraftwagen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore von größeren Kraftfahrzeugen, beispielsweise Lastkraftwagen, mit einem Ventilschieber zu entwickeln, die die vorgenannten Nachteile einer hydraulischen oder pneumatischen Betätigung vermeidet, dabei gegenüber einem elektromagnetisch betätigtem Ventilschieber einen wesentlich reduzierten Bauraum mit minimiertem Eigengewicht erfordert, kostengünstig herstellbar ist, zudem unter allen Einsatzbedingungen stets robust, zuverlässig und störunanfällig arbeitet, dabei über eine „fail-safe" Funktion verfügt und gleichzeitig einen hohem Gesamtwirkungsgrad gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kühlmittelpumpe für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten wie auch weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung zur erfindungsgemäßen Lösung.

Nachfolgend soll nun die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit einer Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore von größeren Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Lastkraftwagen näher erläutert werden.

Die Schnittdarstellung zeigt die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe in der Seitenansicht im Schnitt, wobei im oberen Teil der Schnittdarstellung der Betriebszustand der„Volllast" und im unteren Teil der Schnittdarstellung der Betriebszustand der„Teillast" dargestellt ist. Diese im Schnitt in den beiden Betriebszuständen dargestellte erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe, mit einem Pumpengehäuse 1 , einer im Pumpengehäuse 1 in einem Eisenrückschlussgehäuse 2 angeordneten Magnetspule 3, einer Wellendichtung 4, einer in einem Lager 5 in/am Pumpengehäuse 1 drehbar gelagerten, über eine Riemenscheibe 6 angetriebenen Welle 7, einem drehfest auf einem freien, strömungsseitigen Enden dieser Welle 7 angeordneten Flügelrad 8 mit einem Boden 9, Schaufeln 10, einer Deckscheibe 11 , und einer am Flügelrad 8 zwischen dem Boden 9 und der Deckscheibe 11 angeordneten Trennscheibe 12, mit einem am Außenradius der Trennscheibe 12 angeordneten Dichtbund 13, einem entlang der Achsrichtung der Welle 7 verschiebbar angeordneten Ventilschieber 14 mit einer Rückwand 15 und einem den benachbarten Ausströmbereich des Flügelrades 8 variabel überdeckenden Außenzylinder 16 mit einer zwischen dem Boden 9 des Flügelrades 8 und der Rückwand 15 des Ventilschiebers 14 angeordneten Druckfeder 17, einer flügelradseitig in der Welle 7 bereichsweise angeordneten Achsbohrung 18 und einer radial in der Welle 7 angeordneten, in diese Achsbohrung 18 mündenden Radialbohrung 19, zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Raum zwischen dem Boden 9 des Flügelrades 8 und der Rückwand 15 des Ventilschiebers 14 als Arbeitsraum 41 ausgebildet ist, und drehfest auf der Welle 7 eine Ventilbuchse 20 mit einem Lagersitz 21 , einem Zuströmführungszylinder 22 mit einem Ankerhülsenanschlag 24 und mehreren Durchlassbohrungen 23 zum Arbeitsraum 41 hin derart angeordnet ist, dass die radial in der Welle 7 angeordnete Radialbohrung 19 in den Zuströmführungszylinder 22 mündet.

Wesentlich ist, dass das Pumpengehäuse 1 , die Welle 7, das Flügelrad 8, der Ventilschieber 14 und die Ventilbuchse 20 aus einem unmagnetischen Werkstoff bestehen.

Erfindungsgemäß ist in der Ventilbuchse 20 eine mit Durchströmbohrungen 25 versehene Ankerhülse 26 am Innenmantel des Zuströmführungszylinders 22 längsverschiebbar gleitend so gelagert, dass nur zwischen der Ankerhülse 26 und dem Außenmantel der Welle 7 ein Einströmraum 27 verbleibt, wobei in der vorderen Endlage der Ankerhülse 26, d.h. beim Anliegen der Ankerhülse 26 am Ankerhülsenanschlag 24 die in der Ankerhülse 26 angeordneten Durchströmbohrungen 25 in die Durchlassbohrungen 23 der Ventilbuchse 20 münden.

Kennzeichnend ist, dass die verschiebbar in der Ventilbuchse 20 angeordnete Ankerhülse 26 von einer Arbeitsfeder 28 in die vordere Endlage an den Ankerhülsenanschlag 24 gepresst wird und gegen diese Arbeitsfeder 28 mittels des Magnetfeldes der Magnetspule 3 zurückgefahren werden kann, wodurch dann die Durchlassbohrungen 23 gegenüber dem Einströmraum 27 verschlossen werden können.

Erfindungswesentlich ist in diesem Zusammenhang, dass am Außenrand der Rückwand 15 des Ventilschiebers 14 Ausnehmungen 29 angeordnet sind in die am Boden 9 des Flügelrades 8 angeordnete Mitnahmestege 30 eingreifen und entlang derer der Ventilschieber 14 bis in seine beiden Endlagen verschoben werden kann, wobei zwischen den Ausnehmungen 29 und den in diesen angeordneten Mitnahmestegen 30 Drosselspalte 31 angeordnet sind.

Wesentlich ist dabei, dass der Ventilschieber 14 entlang des Außenmantels der Ventilbuchse 20 in Achsrichtung der Welle 7 aus einer hinteren Endlage, der Anlage der Rückwand 15 des Ventilschiebers 14 an einer auf der Ventilbuchse 20 angeordneten Endlagenbegrenzung 32, durch den Arbeitsdruck in der Arbeitskammer 41 bis zu einer vorderen Endlage entgegen der Federkraft der Druckfeder 17 verschoben werden kann, in der die Stirnseite des Außenzylinders 16 des Ventilschiebers 14 am Dichtbund 13 der Trennscheibe 12 anliegt, wobei an der Rückwand 15 des Ventilschiebers 14 im Bereich zum benachbarten Außenmantel der Ventilbuchse 20 ein Dichtring 33 und am Außenumfang des Bodens 9 am Flügelrad 8 im Bereich zum benachbarten Außenzylinder 16 des Ventilschiebers 14 abdichtend ein Ringkolben 34 angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist an der Innenrückwand des Pumpengehäuses 1 dem Eisenrückschlussgehäuse 2 der Magnetspule 3 direkt benachbart eine Eisenrückschlussplatte 35 mit einer mittig angeordneten Innenbohrung 36 angeordnet, durch die die Ankerhülse 26 auch in ihrer vorderen Endlage noch hindurch ragt.

Kennzeichnend ist dabei, dass um die Innenbohrung 36 der Eisenrückschlussplatte 35 herum Austauschbohrungen 37 angeordnet sind, und dass zwischen der Rückwand 15 des Ventilschiebers 14 und den Austauschbohrungen 37 ein/mehrere Filterblech/e 38 angeordnet ist/sind, wobei auch im Eisenrückschlussgehäuse 2 der Magnetspule 3 Längsnuten 39 eingearbeitet sind.

Diese erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht das definierte Verschieben der Ankerhülse 26 mittels Stromfluss durch die Magnetspule 3.

Beim Anlassen des Motors befindet sich zunächst die Ankerhülse 26 in der vorderen Endlage und wird mit Hilfe der an den (in diesem Ausführungsbeispiel von der Ankerhülse 26 abgekanteten) Stützstegen 40 anliegenden Arbeitsfeder 28 in dieser Stellung, d.h. in den im oberen Teil der Schnittdarstellung dargestellten Betriebszustand der„Volllast" gehalten, bzw. bei Ausfall der„Magnetsteuerung" in diese„fail-safe" Stellung verfahren.

Soll nun der Kühlmittelvolumenstrom aus dem Bereich der„Volllast" abgeregelt werden, wird die Magnetspule 3 von Strom durchflössen.

Die erfindungsgemäße Anordnung bewirkt dabei, dass die Ankerhülse 26 bereits mit einer sehr geringen Magnetkraft zurück gezogen werden kann, so dass auch der zum Verfahren der Ankerhülse 26 erforderliche magnetische Bauraum bei der hier vorliegenden Anordnung wesentlich geringer gegenüber dem magnetischen Bauraum ist, der bei den herkömmlichen Lösungen zum Verschieben des Ventilschiebers erforderlich wäre.

Das Zurückziehen der Ankerhülse 26 bewirkt nun, dass die Durchlassbohrungen 23 im Zuströmführungszylinder 22 der Ventilbuchse 20 verschlossen werden. Die am Boden 9 des Flügelrades 8 angeordneten Mitnahmestege 30, welche in die am Außenrand der Rückwand 15 des Ventilschiebers 14 angeordneten Ausnehmungen 29 eingreifen, bewirken, dass der Ventilschieber 14 mit der Drehzahl des Flügelrades 8 rotiert.

Die rotierende Rückwand 15 des Ventilschiebers 14 fungiert dabei als Scheibe einer Scheibenpumpe und wirkt auf das im Bereich der Rückwand 15 des Ventilschiebers 14 befindliche Kühlmedium als Förderelement ein.

In Verbindung mit den am Außendurchmesser der Rückwand 15 angeordneten Drosselspalten 31 , welche zwischen den Ausnehmungen 29 und den in diesen angeordneten Mitnahmestegen 30 gebildet werden, arbeitet die Rückwand 15 des Ventilschiebers 14 nun als Scheibenpumpe und fördert, in dieser Arbeitsstellung der Ankerhülse 26, da kein Kühlmedium mehr in den Arbeitsraum 41 zwischen dem Boden 9 und dem Ventilschieber 14 einströmen kann (selbstverständlich in Verbindung mit einer hierfür funktionsgerecht bemessenen Druckfeder 17), das Kühlmedium aus dem Arbeitsraum 41 über die Drosselspalte 31 in die Gehäusekammer 42.

Da das Integral des Druckes über die Rückwand 15 des Ventilschiebers 14 auf der Seite des Arbeitsraumes 41 dadurch niedriger ist als auf der Seite der Gehäusekammer 42 (in die stets Kühlmittel einströmen kann) verfährt (selbstverständlich bei entsprechend bemessener Druckfeder 17) der Ventilschieber 14 (da auch kein Kühlmedium mehr in den Arbeitsraum 41 einströmen kann) nun in seine vordere Endlage, d.h. so weit bis die freie Stirnseite des Außenzylinders 16 am Dichtbund 13 der Trennscheibe 12 anliegt und dabei eine Stufe der beiden Stufen des 2-stufigen Flügelrades vollständig verschließt.

Dieser Betriebszustand der„Teillast" ist im unteren Teil der Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt.

Soll nun aus diesem Betriebszustand der „Teillast" wieder in den Betriebszustand der „Volllast" umgeschaltet werden, so wird der die Magnetspule 3 durchfließende Stromfluss wieder abgeschaltet. Die Ankerhülse 26 wird in diesem Fall (bei„abgeschalteter" Magnetspule 3) von der Federkraft der Arbeitsfeder 28 in die vordere Endlage verschoben, d.h. bis an den Ankerhülsenanschlag 24 verfahren, so dass wieder die in der Ankerhülse 26 angeordneten Durchströmbohrungen 25 in die Durchlassbohrungen 23 der Ventilbuchse 20 münden.

In den unter Unterdruck stehenden Arbeitsraum 41 strömt nun über die Durchströmbohrungen 25 in die Durchlassbohrungen 23 der Ventilbuchse 20 Kühlmedium aus dem Einströmraum 27 ein, welches teilweise über die Achsbohrung 18, zu einem wesentlich größeren Teil jedoch aus der Gehäusekammer 42 über die Austauschbohrungen 37 der Eisenrückschlussplatte 35 und über die im Eisenrückschlussgehäuse 2 der Magnetspule 3 eingearbeiteten Längsnuten 39 in den Einströmraum 27 einströmt.

Dabei baut sich in der Gehäusekammer 42, d.h. vor dem Schieber ein Unterdruck auf und zieht diesen in seine hintere Endlage wobei das strömende Kühlmittel zugleich die Wellendichtung 4 kühlt.

Zeitgleich drückt auch die Druckfeder 17 den Ventilschieber 14 in die hintere Endlage, so dass der Außenzylinder 16 des Ventilschiebers 14 bis zum Boden 9 des Flügelrades 8 zurück gefahren wird und so den gesamte Ausströmbereich des Flügelrades 8 für den Betriebszustand „Volllast" frei gibt.

Mit steigender Drehzahl des Flügelrades 8 steigt bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Druck und damit auch die Betätigungskraft beim Verfahren des Ventilschiebers 14 (sowohl beim„Schließen" wie auch beim„Öffnen").

Vorteilhaft ist, wenn zwischen der Rückwand 15 des Ventilschiebers 14 und den Austauschbohrungen 37 ein Filterblech 38 angeordnet ist, welches die vom Kühlmittel mitgeführte Feststoffpartikel zurückhält.

Bei „stehendem" (ruhendem) Ventilschieber 14 stellt sich zur Kühlung der Wellendichtung 4 ein kleiner Kühlmittelumlauf ein, welcher aus dem Pumpenraum über die Achsbohrung 18, die Radialbohrung/en 19, den Einströmraum 27 zur Wellendichtung 4 und von dort über die Längsnuten 39, die Austauschbohrungen 37 und die Gehäusekammer 42 wieder zurück in den Pumpenraum fließt.

Durch Pulsweitenmodulation der an der Magnetspule 3 anliegenden Spannung kann zudem der Hub der Ankerhülse 26 im Verschiebeweg, wie auch in der Öffnungszeit stufenlos gesteuert werden, so dass in Abhängigkeit von der jeweiligen Kühlmitteltemperatur durch das teilweises Verschließen der Durchlassbohrung 23 in der Ventilbuchse 20 mittels der Ankerhülse 26 die vorbeschriebenen Zu- bzw. Ausströmverhältnisse im Arbeitsraum 41 so überlagert werden können, dass der zwischen dem Boden 9 und der Trennscheibe 12 angeordnete Ausströmbereich des Flügelrades 8 zeitweise nur teilweise vom Außenzylinder 16 des Ventilschiebers 14 verschlossen wird, so dass mittels der vorliegenden erfindungsgemäßen Anordnung die Durchflussmenge, der Förderstrom, kontinuierlich in Abhängigkeit vom jeweiligen aktuellen Bedarf derart geregelt werden kann, dass stets eine sehr gute Regelung der Kühlmitteltemperatur gewährleistet ist.

Vorteilhaft ist auch, wenn im Arbeitsraum 41 an der Rückwand 15 des Ventilschiebers 14 im Bereich der Ventilbuchse 20 eine Winkelhülse 43 angeordnet, und zwischen dieser Winkelhülse 43 und der Rückwand 15 der Dichtring 33 befestigt ist, wobei an der Winkelhülse 43 zugleich auch die Druckfeder 17 anliegt. Diese Anordnung gewährleistet eine einfache Herstellung und Montage wie auch einen sichere und zuverlässige Abdichtung der Rückwand 15 des Ventilschiebers 14 im Bereich der Ventilbuchse 20 im Dauerbetrieb.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass am Außenumfang des Bodens 9 des Flügelrades 8 ein Winkelring 44 mit Mitnahmestegen 30 angeordnet ist, wobei zwischen dem Boden 9 des Flügelrades 8 und dem Winkelring 44 der Ringkolben 34 angeordnet ist. Diese Anordnung gewährleistet wiederum neben einer einfachen Herstellung und Montage gleichzeitig eine sichere und zuverlässige Abdichtung des Bodens 9 des Flügelrades 8 gegenüber dem Außenzylinder 16 des Ventilschiebers im Dauerbetrieb, sowie eine einfache Anordnung der Mitnahmestege 30 am Boden 9 des Flügelrades 8 und eine sichere und zuverlässige Mitnahme des Ventilschiebers 14.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es gelungen eine Kühlmittelpumpe für Verbrenn ungsmotore von größeren Kraftfahrzeugen, beispielsweise Lastkraftwagen, mit einem Ventilschieber bereit zu stellen, die die Nachteile einer hydraulischen oder pneumatischen Betätigung vermeidet, und zugleich gegenüber einem elektromagnetisch betätigtem Ventilschieber einen wesentlich reduzierten Bauraum mit minimiertem Eigengewicht benötigt, kostengünstig herstellbar ist, zudem unter allen Einsatzbedingungen stets robust, zuverlässig und störunanfällig arbeitet, dabei über eine „fail-safe" Funktion verfügt und gleichzeitig stets einen hohen Gesamtwirkungsgrad gewährleistet.

Bezugszeichenzusammenstellung

1 Pumpengehäuse

2 Eisenrückschiussgehäuse

3 Magnetspule

4 Wellendichtung

5 Lager

6 Riemenscheibe

7 Welle

8 Flügelrad

9 Boden

10 Schaufeln

11 Deckscheibe

12 Trennscheibe

13 Dichtbund

14 Ventilschieber

5 Rückwand

16 Außenzylinder

17 Druckfeder

18 Achsbohrung

19 Radialbohrung

20 Ventilbuchse

21 Lagersitz

22 Zuströmführungszylinder

23 Durchlassbohrung

24 Ankerhülsenanschlag

25 Durchströmbohrung

26 Ankerhülse Einströmraum

Arbeitsfeder

Ausnehmung

Mitnahmesteg

Drosselspalt

Endlagenbegrenzung Dichtring

Ringkolben

Eisenrückschlussplatte Innenbohrung

Austauschbohrung Filterblech

Längsnut

Stützsteg

Arbeitsraum

Gehäusekammer Winkelhülse

Winkelring

Kabel

Stecker

Claims

Patentansprüche

1. Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore von größeren Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Lastkraftwagen, mit einem Pumpengehäuse (1), einer im Pumpengehäuse (1) in einem Eisenrückschlussgehäuse (2) angeordneten Magnetspule (3), einer Wellendichtung (4), einer in einem Lager (5) in/am Pumpengehäuse (1) drehbar gelagerten, über eine Riemenscheibe (6) angetriebenen Welle (7), einem drehfest auf einem freien, strömungsseitigen Enden dieser Welle (7) angeordneten Flügelrad (8) mit einem Boden (9), Schaufeln (10), einer Deckscheibe (11), und einer am Flügelrad (8) zwischen dem Boden (9) und der Deckscheibe (11) angeordneten Trennscheibe (12) mit einem am Außenradius der Trennscheibe (12) angeordneten Dichtbund (13), einem entlang der Achsrichtung der Welle (7) verschiebbar angeordneten Ventilschieber (14) mit einer Rückwand (15) und einem den benachbarten Ausströmbereich des Flügelrades (8) variabel überdeckenden Außenzylinder (16), mit einer/mehreren zwischen dem Boden (9) des Flügelrades (8) und der Rückwand (15) des Ventilschiebers (14) angeordneter/en Druckfeder/n (17), einer flügelradseitig in der Welle (7) bereichsweise angeordneten Achsbohrung (18) und einer radial in der Welle (7) angeordneten, in diese Achsbohrung (18) mündenden Radialbohrung (19), dadurch gekennzeichnet, dass

a) zwischen dem Boden (9) des Flügelrades (8) und der Rückwand (15) des Ventilschiebers (14) ein Arbeitsraum (41) angeordnet ist, und b) drehfest auf der Welle (7) eine Ventilbuchse (20) mit einem Lagersitz (21), einem Zuströmführungszylinder (22) mit einer/mehreren Durchlassbohrung/en (23) zum Arbeitsraum (41) und einem Ankerhülsenanschlag (24), derart angeordnet ist, dass die radial in der Welle (7) angeordnete Radialbohrung (19) in den Zuströmführungszylinder (22) mündet, c) in der Ventilbuchse (20) eine mit Durchströmbohrungen (25) versehene Ankerhülse (26) am Innenmantel des Zuströmführungszylinders (22) längsverschiebbar gleitend so gelagert ist, dass nur zwischen der Ankerhülse (26) und dem Außenmantel der Welle (7) ein Einströmraum (27) verbleibt, wobei in der vorderen Endlage der Ankerhülse (26), d.h. beim Anliegen der Ankerhülse (26) am Ankerhülsenanschlag (24) die in der Ankerhülse (26) angeordneten Durchströmbohrungen (25) in die Durchlassbohrung/en (23) der Ventilbuchse (20) münden;

d) die verschiebbar in der Ventilbuchse (20) angeordnete Ankerhülse (26) von einer Arbeitsfeder (28) in die vordere Endlage an den Ankerhülsenanschlag (24) gepresst wird und gegen diese Arbeitsfeder (28) mittels des Magnetfeldes der Magnetspule (3) zurückgefahren werden kann, wodurch die Durchlassbohrungen (23) gegenüber dem Einströmraum (27) verschlossen werden können;

e) am Außenrand der Rückwand (15) des Ventilschiebers (14) Ausnehmungen (29) angeordnet sind in die am Boden (9) des Flügelrades (8) angeordnete Mitnahmestege (30) eingreifen und entlang derer der Ventilschieber (14) bis in seine beiden Endlagen verschoben werden kann, wobei zwischen den Ausnehmungen (29) und den in diesen angeordneten Mitnahmestegen (30) Drosselspalte (31) angeordnet sind;

f) der Ventilschieber (14) entlang des Außenmantels der Ventilbuchse (20) in Achsrichtung der Welle (7) aus einer hinteren Endlage, der Anlage der Rückwand (15) des Ventilschiebers (14) an einer auf der Ventilbuchse (20) angeordneten Endlagenbegrenzung (32), durch den Arbeitsdruck in der Arbeitskammer (41) bis zu einer vorderen Endlage entgegen der Federkraft der Druckfeder/n (17) verschoben werden kann, in der die Stirnseite des Außenzylinders (16) des Ventilschiebers (14) am Dichtbund (13) der Trennscheibe (12) anliegt, wobei an der Rückwand (15) des Ventilschiebers (14) im Bereich zum benachbarten Außenmantel der Ventilbuchse (20) ein Dichtring (33) und am Außenumfang des Bodens (9) am Flügelrad (8) im Bereich zum benachbarten Außenzylinder (16) des Ventilschiebers (14) abdichtend ein Ringkolben (34) angeordnet ist;

g) an der Innenrückwand des Pumpengehäuses (1) dem Eisenrückschlussgehäuse (2) der Magnetspule (3) direkt benachbart eine Eisenrückschlussplatte (35) mit einer mittig angeordneten Innenbohrung (36) angeordnet ist, durch die die Ankerhülse (26) auch in ihrer vorderen Endlage noch hindurch ragt; und

h) um die Innenbohrung (36) der Eisenrückschlussplatte (35) herum Austauschbohrungen (37) angeordnet sind, wobei auch im Eisenrückschlussgehäuse (2) der Magnetspule (3) Längsnuten (39) eingearbeitet sind.

2. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (1), die Welle (7), das Flügelrad (8), der Ventilschieber (14) und die Ventilbuchse (20) aus einem unmagnetischen Werkstoff bestehen.

3. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hub der Ankerhülse (26) durch Pulsweitenmodulation der an der Magnetspule (3) anliegenden Spannung auch stufenlos gesteuert werden kann.

4. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rückwand (15) des Ventilschiebers (14) und den Austauschbohrungen (37) ein/mehrere Filterblech/e (38) angeordnet ist/sind,

5. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Arbeitsraum (41) an der Rückwand (15) des Ventilschiebers (14) im Bereich der Ventilbuchse (20) eine Winkelhülse (43) angeordnet ist, wobei zwischen dieser und der Rückwand (15) der Dichtring (33) angeordnet ist, und an der andererseits auch die Druckfeder (17) anliegt.

6. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang des Bodens (9) des Flügelrades (8) ein Winkelring (44) mit Mitnahmestegen (30) angeordnet ist, wobei zwischen dem Boden (9) des Flügelrades (8) und dem Winkelring (44) der Ringkolben (34) angeordnet ist.