WO2012123165A1 - Regelbare kühlmittelpumpe - Google Patents

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WO2012123165A1
WO2012123165A1 PCT/EP2012/051547 EP2012051547W WO2012123165A1 WO 2012123165 A1 WO2012123165 A1 WO 2012123165A1 EP 2012051547 W EP2012051547 W EP 2012051547W WO 2012123165 A1 WO2012123165 A1 WO 2012123165A1
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drive wheel
coolant pump
impeller
bearing shaft
pump according
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Inventor
Michael Weiss
Klaus Hahn
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/12—Drives characterised by use of couplings or clutches therein
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/162—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control by cutting in and out of pumps
    • 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
    • F04D13/021—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling
    • 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
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/143—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using restrictions

Definitions

  • the present invention relates to a controllable coolant pump for a cooling circuit of an internal combustion engine having a hollow bearing shaft which carries at one end a drive wheel and is fixedly connected at its opposite end with an impeller, wherein the impeller frontally has a stop surface and the space between impeller and Stop surface is designed as a conveyor cross-section.
  • cooling water is pumped by means of a coolant pump in a closed circuit through cooling channels in the region of the cylinder for cooling the internal combustion engine and then transported to an air-water cooler, where the heated water is cooled down again by means of the airstream.
  • the necessary for circulating the water pump is usually connected via a belt with a pulley of the crankshaft of the internal combustion engine.
  • the direct coupling between the coolant pump and crankshaft ensures a dependency of the rotational speed of the pump on the rotational speed of the internal combustion engine. This has the consequence that in the high speed range of the internal combustion engine, a correspondingly large volume flow is provided by the pump, which is not needed in this dimension for cooling.
  • An adjustable coolant pump according to the aforementioned type is known from the publication DE 10 2008 046 424.
  • a guide disc is arranged with a contour corresponding to the impeller, which is guided over the impeller and the cover plate connecting axial webs and axially displaceable by means of a, placed within the hollow shaft piston via an actuating unit.
  • the guide disc has at its outer edge over an oriented in the direction of the impeller projection, with which it covers the annular channel of the pump housing depending on the position between the impeller and cover plate.
  • the actuating unit is designed in the manner of an armature fixedly connected to the piston, which armature can be displaced axially in a targeted manner via a proportional magnet.
  • the object of the invention is to provide a cost-effective, construction-space-optimized, controllable water pump.
  • the drive wheel can be decoupled from the bearing shaft by means of a pulling wedge.
  • the drive wheel By decoupling the drive wheel is still driven by the rotating crankshaft, but the bearing shaft is decoupled and stands still and with it the impeller. This procedure is necessary both for reducing unnecessary power expenditure and for faster heating of the internal combustion engine during a cold start, since the pump is not already pumping water through the system.
  • the bearing shaft is hollow and the drawing wedge is arranged to be linearly movable therein.
  • This space-saving design is particularly advantageous, since thus the space which is taken for the bearing shaft in use, can be used twice.
  • the pulling wedge be linearly adjustable by means of an actuator.
  • the actuator can be operated mechanically, hydraulically, pneumatically, electrically, magnetically or in any other way.
  • a cylinder which is open on one side is arranged to be linearly movable in the hollow bearing shaft, on the side of the impeller, in which in turn one side of the drawing wedge is linearly guided.
  • the guide disk has on its outer edge via a projection oriented in the direction of the impeller, with which it partially or completely closes the conveying cross section as a function of the axial position of the cylinder.
  • the draw key is pressurized axially by a first and a second spring. This safety measure ensures that in case of failure of the actuator, the drive wheel is rotatably connected to the bearing shaft, and the conveyor cross section is opened again, in which the spring pressure-loaded puller wedge is urged in the required position.
  • a coupling in the bearing point of the pivot point of the drive wheel, wherein the pull key, the bearing shaft, the drive wheel and arranged between the pull key and drive wheel coupling body form the coupling. Placing the coupling in the pivot point of the drive wheel is another way to save installation space. Due to the non-positive connection between the drive wheel and the bearing shaft direct force or torque transmission of the crankshaft gear is guaranteed to the bearing shaft.
  • the bearing point of the pivot point of the drive wheel has a switching geometry, wherein the switching geometry has radially and axially extending grooves, in which engage the coupling body.
  • the coupling bodies clamp within a recess of one of the axial grooves.
  • the spaced axial grooves are embedded deeper in the bearing than the radial grooves, which are arranged between the axial grooves.
  • the drive wheel is advantageously produced in an injection molding or sintering process, so that the switching geometry formed in the pivot point of the drive wheel can be produced in a simple manner. It has proved to be advantageous to form the coupling body as Wälzköper.
  • the coupling body may be spherical, cylindrical or barrel-shaped.
  • a particular advantage of the invention is that both the uncoupling of the drive wheel and the closing of the conveyor cross section by means of a guide disk, by the actuation of a single component namely a pull-wedge takes place. With this construction, the controllable water pump can be produced in a particularly space-saving manner.
  • FIG. 1 a is a schematic representation of a controllable water pump in a coupled state with a maximum volume flow rate
  • Firgur 1 b a detailed representation of the switching geometry in the bearing of the
  • Figure 2 is a schematic representation of a controllable water pump in the engaged state with zero volume flow and flow
  • FIG. 3 is a schematic representation of a controllable water pump in the disengaged state with zero flow rate flow
  • Figures 1 to 3 show a controllable water pump, with a hollow bearing shaft 1, which has at its one end a drive wheel 2 and at its opposite end an impeller 18.
  • the impeller 18 has frontally a stop surface 19, while the impeller is integrally connected to the stop surface.
  • the space between impeller 18 and impact surface 19 is formed as a conveyor cross-section 22 for the water to be transported.
  • the conveyor cross-section 22 sits so to speak between a suction and a pressure chamber.
  • a pulling wedge 3 is linearly displaced by means of an actuator 21.
  • the pull-wedge 3 has different diameters.
  • the end of the wedge 16 which faces the impeller 18 is enclosed by a cylinder 1 1 open on one side, which is also arranged linearly movable in the bearing shaft 1.
  • a guide disk 17 is mounted on the front side of the cylinder bottom 14 of the cylinder 1 1 which is open on one side.
  • the guide disk 17 On its outer edge, the guide disk 17 has a projection oriented in the direction of the impeller 18, with which it can partially or completely close the conveyor cross-section 22 as a function of the axial position of the cylinder 11.
  • the movement of the cylinder 1 1 open on one side is limited on the one hand by the stop surface 19, on the other hand by a introduced into the hollow bearing shaft 1 stop 20, which may be designed as an annular disc.
  • the cylinder 1 1 has at its open end a taper 25.
  • a first spring 12 is arranged between the arranged in the cylinder 1 1 Ziehkeilende 16 and the cylinder bottom 14, a first spring 12 is arranged.
  • the first spring 12 is supported with its one end against the cylinder bottom 14 and with its other end against the pulling wedge end 16. Due to its different diameters, the drawing wedge 3 has a first radial shoulder 23 in the region enclosed by the cylinder 11.
  • the linear movement of the pulling wedge 3 within the cylinder 1 1 is limited by the fact that it abuts with its first shoulder 23 to the taper 25 of the cylinder 1 1.
  • the draw key 3 also has a second spring 9, which surrounds the pull key 3, in a region of smaller diameter.
  • the second spring 9 is supported with its one end on the already mentioned annular shoulder 20, which is arranged in the bearing shaft 1 from.
  • a linearly movable pulling wedge 3 is arranged, wherein the pulling wedge 3 has different diameters.
  • the bearing shaft 1 has circumferentially in the region of the coupling 10 a plurality of openings 13, in which coupling body 5 are arranged.
  • the coupling body 5 are rotatably mounted in the openings 13.
  • the mobility of the coupling body 5 is bounded on one side by an adjacent bearing point 4 of the drive wheel 2 and on the opposite side of the drawing wedge 3.
  • the drawing wedge 3 is displaced linearly within the bearing shaft 1 by means of an actuator 21.
  • the portion of the larger diameter wedge 3 is guided along the inner peripheral surface of the bearing shaft 1.
  • a switching geometry 6 is formed see Figure 1 b.
  • the switching geometry 6 is formed from axially extending grooves 7 and radially extending grooves 8.
  • the axial grooves 7 are uniformly spaced apart and distributed on the circumference of the bearing 4, thereby forming in the bearing 4 between the axial grooves 7 flat webs 15.
  • the radial grooves 8 are circumferentially introduced in a circular path.
  • the axial grooves 7 are deeper in the bearing 4 introduced as the radial grooves 8.
  • the coupling body 5 moves in the direction of the bearing 4 of the drive wheel 2 and in the direction of the switching geometry 6, couple the coupling body 5 in the lower axial Grooves 7, so that the adjacent to the axial grooves 7 flat webs 15 prevent radial deflection of the coupling body 5.
  • a rotationally fixed connection between the bearing shaft 1 and the drive wheel 2 is produced. If the drive wheel 2 driven by a not shown here drive means such as camshaft or belt rotates the bearing shaft 1 due to the rotationally fixed connection.
  • the bearing shaft 1 does not yet rotate with it. But since the crankshaft is in constant direct or indirect engagement with the drive wheel 2, this is always driven as soon as the crankshaft rotates. Thus, the rotationally fixed connection between the bearing shaft 1 and the drive wheel 2 can be solved, the pull key 3 must be moved.
  • the pulling wedge 3 its portion is brought with the larger diameter D from the contact region of the coupling bodies 5, so that the coupling body 5 can move back to their original position. In the original position, the coupling body 5 abut both on the pulling wedge 3 and on the bearing point 4. Since the coupling body 5 no longer protrude so far into the bearing 4 they slide into the radially extending grooves 8.
  • FIG. 2 shows how the pulling wedge 3 is pushed in the direction of the abutment surface 19 under the influence of the force of the actuator 21.
  • the second paragraph 24 of the drawing wedge 3 presses the second spring 9 together.
  • the first spring 12 In order for the driving force acting on the pulling wedge 3 to be transmitted to the cylinder 11 open on one side and the guide disk 17 connected thereto, it is also necessary for the first spring 12 to have a larger spring constant than the second spring 9.
  • the draw key 3 is further displaced until the guide disk 17 bears against the stop surface. che 19 abuts, so that the conveyor section 22 is completely closed and there is a so-called zero volume flow.
  • the pull key 3 would be pressed back in the direction of the drive disk 2 due to the second spring 9, so that the guide disk 17 releases the conveyor cross section 22 again.
  • the drive wheel 2 still connected to the bearing shaft 1 at the time ensures that coolant continues to be pumped through the system. If the actuator 21 at the time of the closed conveyor cross section 22 and a disconnected drive wheel 2 fail ( Figure 3), the first spring 12 would push the pull key 3 in the direction of the drive wheel 2 so that the coupling body 5 slip back into the bearing 4 of the drive wheel 2.
  • the second spring 9 would press the pull key 3 further in the direction of the drive wheel 2, so that the guide plate 17, the conveyor section 22 releases again.

Abstract

Regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einer hohlen Lagerwelle (1), die an ihrem einen Ende eine Antriebsrad (2) trägt und an ihrem gegenüberliegenden Ende fest mit einem Flügelrad (18) verbunden ist, wobei das Flügelrad (18) stirnseitig eine Anschlagfläche (19) aufweist und der Raum zwischen Flügelrad (18) und Anschlagfläche (19) als Förderquerschnitt (22) ausgebildet ist, wobei das Antriebsrad (2) mittels eines Ziehkeils (3) von der Lagerwelle (1) abkoppelbar ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Regelbare Kühlmittelpumpe Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einer hohlen Lagerwelle, die an ihrem einen Ende eine Antriebsrad trägt und an ihrem gegenüberliegenden Ende fest mit einem Flügelrad verbunden ist, wobei das Flügelrad stirnseitig eine Anschlagfläche aufweist und der Raum zwischen Flügelrad und Anschlagfläche als Förderquerschnitt ausgebildet ist.
Hintergrund der Erfindung
Im Bereich der Brennkraftmaschinen haben sich weitestgehend wassergekühlte Motoren durchgesetzt. Dabei wird Kühlwasser mit Hilfe einer Kühlmittelpumpe in einem geschlossenen Kreislauf durch Kühlkanäle im Bereich der Zylinder zum Kühlen der Brennkraftmaschine gepumpt und anschließend zu einem Luft- Wasser-Kühler befördert, wo das erwärmte Wasser mittels des Fahrtwindes wieder herabgekühlt wird. Die zum zirkulieren des Wassers nötige Pumpe ist hierbei üblicherweise über einen Riemen mit einer Riemenscheibe der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden. Die direkte Koppelung zwischen Kühlmittelpumpe und Kurbelwelle sorgt dabei für eine Abhängigkeit der Drehzahl der Pumpe von der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Dies hat zur Folge, dass im hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine ein entsprechend großer Volumenstrom durch die Pumpe zur Verfügung gestellt wird, welcher in diesem Ausmaße zur Kühlung nicht benötigt wird. Beim Kaltstart der Brennkraftmaschine tritt dagegen das Problem auf, das bereits Kühlmittel durch die Kühlkanäle zirkuliert, was die Erwärmung der Brennräume behindert und somit das Erreichen einer optimalen Betriebstemperatur verzögert.
Stand der Technik
Eine regelbare Kühlmittelpumpe gemäß der vorgenannten Gattung ist aus der Druckschrift DE 10 2008 046 424 bekannt. In dieser Schrift ist zwischen Flügelrad und Deckscheibe eine Leitscheibe mit einer zum Flügelrad korrespondierenden Kontur angeordnet, welche über die das Flügelrad und die Deckscheibe verbindenden Axialstege geführt und mittels eines, innerhalb der Hohlwelle platzierten Kolbens über eine Stelleinheit axial verschiebbar ist. Durch die Platzierung einer Leitscheibe zwischen Flügelrad und Deckscheibe, sowie deren axiale Verschiebung über einen in der Hohlwelle geführten Kolben. Die Leitscheibe verfügt an ihrem Außenrand über eine in Richtung des Flügelrades orientierte Auskragung, mit welcher sie in Abhängigkeit der Stellung zwischen Flügelrad und Deckscheibe den Ringkanal des Pumpengehäuses verdeckt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln eine Verdeckung des Ringkanals erfolgen kann. Die Stelleinheit ist nach Art eines mit dem Kolben fest verbundenen Ankers ausgebildet, welcher über einen Proportionalmagneten gezielt axial verschiebbar ist. Mittels einer derartigen Anordnung können auch Zwischenstellungen der Leitscheibe realisiert werden.
Bei der im Stand der Technik gezeigte Wasserpumpe müsste der Proportional- magnet Kraft von ca. 200 N aufbringen. Dies hätte zur Folge, das der Magnet überproportional groß zur eigentlichen Wasserpumpe dimensioniert werden müsste. Der ausschlaggebende Nachteil besteht jedoch darin, dass das Flügelrad immer dann mitrotiert, wenn auch das Antriebsrad angetrieben wird, da dieses direkt mit der Kurbelwelle verbunden ist, selbst wenn noch keine Küh- lung des Motors erwünscht ist. Aufgabe der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige, bau räum optimierte, regelbare Wasserpumpe bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Antriebsrad mittels eines Ziehkeils von der Lagerwelle abkoppelbar ist. Durch die Abkupplung wird das Antriebsrad zwar noch durch das sich drehende Kurbelwellenrad weiter angetrieben, die Lagerwelle jedoch ist entkoppelt und steht still und mit ihr auch das Flügelrad. Diese Vorgehensweise ist sowohl zur Reduzierung unnöti- gen Leistungsaufwandes als auch zur schnelleren Erwärmung der Brennkraftmaschine bei einem Kaltstart nötig, da die Pumpe nicht bereits Wasser durch das System pumpt.
In Konkretisierung der Erfindung ist es vorgeschlagen, dass die Lagerwelle hohl ausgeführt ist und der Ziehkeil darin linear beweglich angeordnet ist. Diese platzsparende Konstruktion ist besonders Vorteilhaft, da somit der Bauraum welcher für die Lagerwelle in Anspruch genommen wird, zweifach genutzt werden kann. Nach einer Weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, dass der Ziehkeil mittels eines Aktuators linear verstellbar ist. Der Aktuator kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektrisch, magnetisch oder in sonstiger Weise betrieben werden. Nach einer Weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist in der hohlen Lagerwelle, flügelradseitig ein einseitig geöffneter Zylinder linear beweglich angeordnet, in welchem wiederum eine Seite des Ziehkeils linear geführt ist. Um die Menge des Wasserdurchsatzes innerhalb der Pumpe an die Kühlungserfor- dernisse des Motors anzupassen, ist stirnseitig an dem Zylinderboden des einseitig geöffneten Zylinders eine Leitscheibe angebracht. Die Leitscheibe verfügt an ihrem Außenrand über eine in Richtung des Flügelrads orientierte Auskragung, mit welcher sie in Abhängigkeit der axialen Stellung des Zylinders den Förderquerschnitt teilweise oder komplett verschließt.
Im Weiteren ist der Ziehkeil axial durch eine erste und eine zweite Feder druckbeaufschlagt. Diese Sicherheitsmaßnahme gewährleistet, dass beim Ausfall des Aktuators das Antriebsrad mit der Lagerwelle drehfest verbunden ist, und der Förderquerschnitt wieder geöffnet wird, in dem der federdruckbeaufschlagte Ziehkeil in die dafür benötigte Position gedrängt wird.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, in der Lagerstelle des Drehpunkts des Antriebsrades eine Kupplung anzuordnen, wobei der Ziehkeil, die Lagerwelle, das Antriebsrad und zwischen Ziehkeil und Antriebsrad angeordnete Kupplungskörper die Kupplung ausbilden. Die Kupplung in den Drehpunkt des Antriebsrades zu legen, ist eine weitere Möglichkeit Bauraum zu sparen. Auf Grund der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Antriebsrad und der Lagerwelle ist die direkte Kraft- bzw. Drehmomentenübertragung des Kurbelwellenrades auf die Lagerwelle gewährleistet.
Nach einer Weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Lagerstelle des Drehpunktes des Antriebsrades eine Schaltgeometrie aufweist, wobei die Schaltgeometrie radial und axial verlaufende Nuten aufweist, in welche die Kupplungskörper eingreifen. In eingekoppeltem Zustand klemmen die Kupplungskörper innerhalb einer Vertiefung einer der axialen Nuten. Die beabstandeten axialen Nuten sind tiefer in die Lagerstelle eingebettet, als die radialen Nuten, welche zwischen den axialen Nuten angeordnet sind. Das Antriebsrad ist vorteilhafterweise in einem Spritzgieß- oder Sinterverfahren hergestellt, so dass sich die im Drehpunkt des Antriebsrades ausgebildete Schaltgeometrie in einfacher Weise herstellen lässt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Kupplungskörper als Wälzköper aus zu bilden. D.h. die Kupplungskörper können kugelig, zylinderförmig oder tonnen- förmig ausgebildet sein. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sowohl die Abkupp- lung des Antriebsrades als auch das Verschließen des Förderquerschnitts mittels einer Leitscheibe, durch die Aktuierung eines einzigen Bauteils nämlich eines Ziehkeils erfolgt. Durch diese Konstruktion lässt sich die regelbare Wasserpumpe besonders bauraumsparend herstellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 1 bis 3 dargestellt, die nachfolgend detailliert beschrieben sind.
Es zeigen:
Figur 1 a eine schematische Darstellung einer regelbaren Wasserpumpe in eingekuppeltem Zustand mit maximalem Volumenstrom Durchfluß,
Firgur 1 b eine Detaildarstellung der Schaltgeometrie in der Lagerstelle des
Antriebsrades,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer regelbaren Wasserpumpe in eingekuppeltem Zustand mit Null Volumenstrom Durchfluß und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer regelbaren Wasserpumpe in ausgekuppeltem Zustand mit Null Volumenstrom Durchfluß,
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine regelbare Wasserpumpe, mit einer hohl ausgeführten Lagerwelle 1 , welche an ihrem einen Ende ein Antriebsrad 2 und an ihrem gegenüberliegenden Ende ein Flügelrad 18 aufweist. Das Flügelrad 18 weist stirnseitig eine Anschlagfläche 19 auf, dabei ist das Flügelrad einstückig mit der Anschlagfläche verbunden. Der Raum zwischen Flügelrad 18 und An- schlagfläche 19 ist als Förderquerschnitt 22 für das zu befördernde Wasser ausgebildet. Der Förderquerschnitt 22 sitzt so zu sagen zwischen einem Ansaugraum und einem Druckraum. In der hohlen Lagerwelle 1 wird ein Ziehkeil 3 mittels eines Aktuators 21 linear verschoben. Der Ziehkeil 3 weist unterschiedliche Durchmesser auf. Das Ende des Ziehkeils 16 welches dem Flügelrad 18 zugewandt ist, ist von einem einseitig geöffneten Zylinder 1 1 umschlossen, welcher ebenfalls linearbeweglich in der Lagerwelle 1 angeordnet ist. Um die Menge des Wasserdurchsatzes inner- halb der Pumpe an die Kühlungserfordernisse anzupassen ist stirnseitig an dem Zylinderboden 14 des einseitig geöffneten Zylinders 1 1 eine Leitscheibe 17 angebracht. Die Leitscheibe 17 verfügt an ihrem Außenrand über eine in Richtung des Flügelrads 18 orientierte Auskragung, mit welcher sie in Abhängigkeit der axialen Stellung des Zylinders 1 1 den Förderquerschnitt 22 teilweise oder kom- plett verschließen kann. Die Bewegung des einseitig geöffneten Zylinders 1 1 wird zum einen durch die Anschlagfläche 19 begrenzt, zum anderen durch einen in die hohle Lagerwelle 1 eingebrachten Anschlag 20, welcher als ringförmige Scheibe ausgeführt sein kann. Der Zylinder 1 1 weist an seinem geöffneten Ende eine Verjüngung 25 auf. Zwischen dem im Zylinder 1 1 angeordneten Ziehkeilende 16 und dem Zylinderboden 14 ist eine erste Feder 12 angeordnet. Die erste Feder 12 stützt sich mit ihrem einen Ende gegen den Zylinderboden 14 und mit ihrem anderen Ende gegen das Ziehkeilende 16 ab. Der Ziehkeil 3 weist auf Grund seiner unterschiedlichen Durchmesser einen ersten radialen Absatz 23, in dem vom Zylinder 1 1 umschlossenen Bereich, auf. Die lineare Bewegung des Ziehkeils 3 innerhalb des Zylinders 1 1 wird dadurch begrenzt, dass er mit seinem ersten Absatz 23 an die Verjüngung 25 des Zylinders 1 1 anstößt. Der Ziehkeil 3 weist ferner noch eine zweite Feder 9 auf, welche den Ziehkeil 3, in einem Bereich mit geringerem Durchmesser, umschließt. Die zweite Feder 9 stützt sich mit ihrem einem Ende an den bereits erwähnten ring- förmigen Absatz 20, welcher in der Lagerwelle 1 angeordnet ist, ab. Mit ihrem anderen Ende stützt sie die zweite Feder 9 an einem weiteren zweiten Absatz 24 des Ziehkeils 3 ab. In der Ausgangposition des Ziehkeils (Figur 1 a) sind beide Federn 9,12 entspannt, der Ziehkeil 3 befindet sich in seiner maximal ausfahrbaren Position und die Leitscheibe 17 gibt den Förderquerschnitt 22 komplett frei. Zwischen der Lagerwelle 1 und dem Antriebsrad 2 ist eine Kupplung 10 angeordnet. Im Weiteren wir die Funktion der Kupplung näher erläutert (Figur 1 b).
In der hohlen Lagerwelle 1 ist ein linearbeweglicher Ziehkeil 3 angeordnet, wobei der Ziehkeil 3 unterschiedliche Durchmesser aufweist. Die Lagerwelle 1 weist umfangseitig im Bereich der Kupplung 10 mehrere Öffnungen 13 auf, in welche Kupplungskörper 5 angeordnet sind. Die Kupplungskörper 5 sind drehbeweglich in den Öffnungen 13 gelagert. In radialer Lagerwellenrichtung, wird die Beweglichkeit der Kupplungskörper 5 auf der einen Seite durch eine angrenzende Lagerstelle 4 des Antriebsrad 2 begrenzt und auf der gegenüberlie- genden Seite vom Ziehkeil 3. Der Ziehkeil 3 wird mittels eines Aktuators 21 linear innerhalb der Lagerwelle 1 verschoben. Der Teilbereich des Ziehkeils 3 mit dem größeren Durchmesser wird an der inneren Umfangsfläche der Lagerwelle 1 entlang geführt. Trifft beim verschieben des Ziehkeiles 3 der Teilbereich mit dem größeren Durchmesser D auf die Kupplungskörper 5, so werden diese aus ihrer ursprünglichen Lage in Richtung der Lagerstelle 4 des Antriebsrades 2 gedrückt und formschlüssig eingeklemmt. Innerhalb der Lagerstelle 4 des Antriebsrades 2 ist eine Schaltgeometrie 6 ausgebildet siehe dazu Figur 1 b. Die Schaltgeometrie 6 wird aus axial verlaufenden Nuten 7 und aus radial verlaufenden Nuten 8 gebildet. Die axialen Nuten 7 sind gleichmäßig voneinander beabstandet und am Umfang der Lagerstelle 4 verteilt, dadurch entstehen in der Lagerstelle 4 zwischen den axialen Nuten 7 flache Stege 15. Innerhalb dieser flachen Stege 15 sind die radialen Nuten 8 umlaufend auf einer Art Kreisbahn eingebracht. Die axialen Nuten 7 sind tiefer in die Lagerstelle 4 eingebracht als die radialen Nuten 8. Wenn der Ziehkeil 3 die Kupplungskörper 5 in Richtung der Lagerstelle 4 des Antriebsrades 2 bzw. in Richtung der Schaltgeometrie 6 verschiebt, kuppeln die Kupplungskörper 5 in die tiefer gelegenen axialen Nuten 7 ein, so dass die an den axialen Nuten 7 angrenzenden flachen Stege 15 ein radiales Ausweichen der Kupplungskörper 5 verhindern. Dadurch wird eine drehfeste Verbindung zwischen der Lagerwelle 1 und dem Antriebsrad 2 hergestellt. Wird das Antriebsrad 2 durch ein hier nicht gezeigtes Antriebsmittel wie z.B. Nockenwellenrad oder Riemen angetrieben dreht sich die Lagerwelle 1 auf Grund der drehfesten Verbindung mit.
Aus den bereits vorher erläuterten Gründen kann es in manchen Betriebszu- ständen z.B. beim Anlaufen des Motors von Vorteil sein, dass sich die Lagerwelle 1 noch nicht mitdreht. Da das Kurbelwellenrad aber in ständigem direkten oder indirekten Eingriff mit dem Antriebsrad 2 steht, wird dieses immer mit angetrieben, sobald sich das Kurbelwellenrad dreht. Damit die drehfeste Verbin- dung zwischen der Lagerwelle 1 und dem Antriebsrad 2 gelöst werden kann, muss der Ziehkeil 3 verschoben werden. Beim Verschieben des Ziehkeils 3 wird sein Teilbereich mit dem größeren Durchmesser D aus dem Kontaktbereich der Kupplungskörpern 5 gebracht, so dass die Kupplungskörper 5 wieder zurück in ihre ursprünglich Position rücken können. In der ursprünglichen Position liegen die Kupplungskörper 5 sowohl an dem Ziehkeil 3 als auch an der Lagerstelle 4 an. Da die Kupplungskörper 5 nicht mehr so weit in die Lagerstelle 4 hineinragen rutschen sie in die radial verlaufenden Nuten 8. In diesem ausgekuppelten Zustand wälzen sich die Kupplungskörper 5 lediglich an den als Laufbahn fungierenden radialen Nuten 8 ab. Das Antriebsrad 2 befindet sich somit im Leer- lauf. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß ausgeführten Schaltgeometrie 6 besteht darin, dass durch die radialen, weniger tief in die Lagerstelle 4 eingebetteten Nuten 8, in welche die Kupplungskörper 5 eingreifen, das Antriebsrad 2 axial gesichert wird. In Figur 2 wird dargestellt, wie der Ziehkeil 3 unter dem Krafteinfluss des Aktua- tors 21 in Richtung der Anschlagfläche 19 geschoben wird. Der zweite Absatz 24 des Ziehkeils 3 presst dabei die zweite Feder 9 zusammen. Damit die auf den Ziehkeil 3 wirkende Antriebskraft auf den einseitig geöffneten Zylinder 1 1 und die damit verbundene Leitscheibe 17 übertragen werden kann und diese ebenfalls mitverschoben werden, ist es erforderlich, dass die erste Feder 12 eine größere Federkonstante als die zweite Feder 9 aufweist. Der Ziehkeil 3 wird solange weiterverschoben, bis die Leitscheibe 17 gegen die Anschlagflä- che 19 stößt, damit ist der Förderquerschnitt 22 vollständig verschlossen und es herrscht ein sogenannter Null-Volumenstrom.
Bei weiterer Krafteinwirkung des Aktuators auf den Ziehkeil 3 wird dieser, wie in Figur 3 gezeigt, weiter entgegen der Federkraft der ersten Feder 12 verschoben. Wenn durch den Schiebevorgang der Bereich des Ziehkeils 3 mit dem größeren Durchmesser D aus dem Kontaktbereich der Kupplungskörper 5 gebracht wird, fallen die Kupplungskörper 5 auf den kleineren Durchmesser d des Ziehkeils 3 zurück und das Antriebsrad 2 wird entkoppelt . Somit hört die La- gerwelle 1 und das damit verbundene Flügelrad 18 im verschlossenen Förderquerschnitt 22 auf zu rotieren.
Würde der Aktuator 21 zum Zeitpunkt des geschlossenen Förderquerschnitts 22 ausfallen (Figur 2), würde auf Grund der zweiten Feder 9 der Ziehkeil 3 wie- der zurück in Richtung der Antriebscheibe 2 gedrückt werden, so dass die Leitscheibe 17 den Förderquerschnitt 22 wieder freigibt. Das zu dem Zeitpunkt mit der Lagerwelle 1 noch verbundene Antriebsrad 2 sorgt dafür, dass weiterhin Kühlmittel durchs System gepumpt wird. Würde der Aktuator 21 zum Zeitpunkt des verschlossenen Förderquerschnitts 22 und einem abgekuppeltem Antriebsrad 2 ausfallen (Figur 3), würde die erste Feder 12 den Ziehkeil 3 in Richtung des Antriebsrades 2 drücken so dass die Kupplungskörper 5 wieder in die Lagerstelle 4 des Antriebsrades 2 rutschen. Die zweite Feder 9 würde den Ziehkeil 3 weiter in Richtung des Antriebsrades 2 drücken, so dass die Leitscheibe 17 den Förderquerschnitt 22 wieder freigibt.
Durch die beiden Federn 9,12 wird die geforderte Fail-Safe Lösung umgesetzt, die selbst bei Ausfall des Aktuators 21 eine Kühlung des Systems gewährleisten. Bezugszahlenliste
1 Lagerwelle
2 Antriebsrad
3 Ziehkeil
4 Lagerstelle
5 Kupplungskörper
6 Schaltgeometrie
7 axiale Nut
8 radiale Nut
9 zweite Feder
10 Kupplung
1 1 einseitig geöffneter Zylinder
12 erste Feder
13 Öffnungen
14 Zylinderboden
15 flacher Steg
16 Ziehkeilende
17 Leitscheibe
18 Flügelrad
19 Anschlagfläche
20 Anschlag
21 Aktuator
22 Förderquerschnitt
23 erster Absatz am Ziehkeil
24 zweiter Absatz am Ziehkeil
25 Verjüngung

Claims

Patentansprüche
1 . Regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einer hohlen Lagerwelle (1 ), die an ihrem einen Ende eine Antriebsrad (2) trägt und an ihrem gegenüberliegenden Ende fest mit einem Flügelrad (18) verbunden ist, wobei das Flügelrad (18) stirnseitig eine Anschlagfläche (19) aufweist und der Raum zwischen Flügelrad (18) und der Anschlagfläche (19) als Förderquerschnitt (22) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (2) mittels eines Ziehkeils (3) von der Lagerwelle (1 ) abkoppelbar ist.
2. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der hohlen Lagerwelle (1 ) der Ziehkeil (3) linear beweglich angeordnet ist und mittels eines Aktuators (21 ) linear verstellbar ist.
3. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in der hohlen Lagerwelle (1 ), flügelradseitig ein einseitig geöffneter Zylinder (1 1 ) linear beweglich angeordnet ist, in welchem wiederum eine Seite des Ziehkeils (3) linear geführt ist.
4. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass stirnseitig an dem Zylinderboden (14) des einseitig geöffneten Zylinders (1 1 ) eine Leitscheibe (17) angeordnet ist, welche an ihrem Außenrand über eine in Richtung des Flügelrads (18) orientierte Auskragung verfügt, mit welcher sie in Abhängigkeit der axialen Stellung des Zylinders (1 1 ) den Förderquerschnitt (22) teilweise oder komplett verschließt.
5. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehkeil (3) durch eine erste Feder (9) und eine zweite Feder (12) axial druckbeaufschlagt ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in einer Lagerstelle (4) des Drehpunkts des Antriebsrades (2) eine Kupplung (10) angeordnet ist, wobei der Ziehkeil (3), die Lagerwelle (1 ), das Antriebsrad (2) und die zwischen Ziehkeil (3) und Antriebsrad (2) angeordneten Kupplungskörper (5) die Kupplung (10) ausbilden.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle (4) des Drehpunktes des Antriebsrades (2) eine Schaltgeometrie (6) aufweist, wobei die Schaltgeometrie (6) radial und axial verlaufende Nuten (7, 8) aufweist, in welche die Kupplungskörper (5) eingreifen können.
8. Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungskörper (5) als Wälzköper ausgebildet sind.
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