WO2012167953A1 - Regelbare kühlmittelpumpe - Google Patents

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WO2012167953A1
WO2012167953A1 PCT/EP2012/051543 EP2012051543W WO2012167953A1 WO 2012167953 A1 WO2012167953 A1 WO 2012167953A1 EP 2012051543 W EP2012051543 W EP 2012051543W WO 2012167953 A1 WO2012167953 A1 WO 2012167953A1
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WO
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impeller
coolant pump
guide
closure
pump according
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/051543
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Popp
Sebastian Hurst
Michael Weiss
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Filing date
Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D7/00—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a coolant pump, for a cooling circuit of an internal combustion engine, with a pump housing.
  • a drivable shaft is mounted, at one end of an impeller is mounted, which has in a suction chamber protruding wings and is connected to a cover plate. Due to the rotation of the cover plate and the impeller having impeller fluid is sucked through a suction nozzle of the pump housing in the suction chamber and transported via the wings further into the pump housing.
  • a guide disc which can be displaced axially via an actuating unit is arranged.
  • the guide disk has a contour corresponding to the impeller and a projection oriented in the direction of the impeller.
  • the coolant pump In order to achieve rapid heating of the internal combustion engine and to adjust the engine temperature, the coolant pump should be switchable and, at best, controllable. This is achieved in a targeted manner by adjusting the delivery flow.
  • the guide disk In order to adjust the delivery or the volume flow, the guide disk is displaced axially in the pump within the impeller. This must be done via an actuator, which is as compact as possible, preferably in the axial direction, installed.
  • a coolant pump according to the aforementioned type is known from the document DE 10 2008 046 424 A1.
  • the object of the invention is to provide a switchable or controllable coolant pump whose actuator does not require any additional costs or installation space in order to apply the forces for adjusting the guide disk.
  • the guide disk has at least one opening.
  • the existing opening reduces the effective pressure difference between the front face plate and the rear face plate, which in turn reduces the axial force needed to move the face plate.
  • the flow exchange between Leitusionnvorder- and Leitusionn Wegseite is facilitated.
  • the fluid conveyed radially behind the guide disk has a centrifugal pressure which is typical of the wing impeller. Together with a certain amount of accumulation, which arises after entering through the holes in the axial impingement on the impeller rear wall, a mean pressure is generated behind the guide disk.
  • the fluid under pressure thus has a force component which leads in the direction of "closing the guide disk.”
  • the direction “closing the guide disk” describes the axial displacement of the guide disk in the direction of the cover disk. This results in a reduction of the resulting force in the direction of "opening the guide disc.”
  • the direction “opening the guide disc” describes the axial displacement of the guide disc in the direction of the impeller.
  • the actuator is relieved in terms of the force applied in its traversing function. It has proved to be advantageous to introduce more than one opening in the guide disk.
  • the openings may have different shapes, eg flow-optimized shapes for utilizing flow effects or radial openings running on the guide disk or production-optimized forms for more favorable production.
  • the most effective arrangement of the openings is in the region near the disc rotation axis.
  • the diagram representation in FIG. 4 shows how the fluid forces behave in dependence on the degree of opening of the guide disk.
  • the fluid force is zero, thereby the actuator could move the guide disc axially without additional effort.
  • achieving a fluid force of zero is not possible.
  • the diagram also shows that the force level assumes a negative sign above a certain opening degree of the guide disk and a certain number of openings.
  • a negative force level or negative fluid forces mean that the guide disk moves in the direction of the cover disk and thus prevents the fluid flow within the water pump. This should be avoided. So that the actuator can apply sufficient force against the negative fluid forces, it would have to be dimensioned larger or larger, which in turn would cause additional costs.
  • the actuator may optionally have a spring.
  • the spring causes the guide plate to be indirectly pressurized via the shaft in the direction of "open the guide disk.”
  • This embodiment represents a fail-safe solution. If the actuator fails and the guide plate closes in the direction of the guide disk due to a negative fluid force is pulled, resulting in a reduction of the coolant flow, the spring generates a back pressure to prevent the guide disc from closing. In this embodiment, however, one would have the entire forces curves around the Increase the preload of the spring. As a result, the previously obtained loss of energy would be partially canceled.
  • closure contour is designed like a pin, wherein the closure contour has more than one pin-like closure element and the individual closure elements differ in their dimensions (length and / or diameter) from each other.
  • the axially stepped closure contour can be arranged in the overmolded impeller or in its insert part.
  • the pins have different lengths, so that when moving the guide disk in the direction of the closure contour first an opening is closed by a longer, pin-like closure element and the further process of the guide disk in the direction of the closure contour a further opening of a shorter, pin-like closure element is closed.
  • closure elements with different diameters and the corresponding openings in the guide disc would be conceivable.
  • at least one closure element is designed stepped, thereby it is possible to partially close the opening.
  • the actuating unit comprises an actuator which actuates independently of the rotational speed of the impeller.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a controllable coolant pump with a closed guide disk and openings introduced into the guide disk
  • FIG. 2a shows a schematic representation of the guide disk whose openings are closed by means of closure elements
  • Figure 2b is a schematic representation of the diffuser with only one
  • Opening is closed by a closure element
  • FIG. 2c shows a schematic illustration of the guide disk with unsealed openings
  • Figure 3 is a detail view of the diffuser with a stepped closure element
  • FIG. 1 shows a coolant pump for a cooling circuit of an internal combustion engine with a pump housing 1.
  • a drivable shaft 2a is mounted, at one end of an impeller 4 is attached.
  • the impeller 4 has in the suction chamber 7 protruding wings 6.
  • the impeller 4 and the cover plate 9 are connected together.
  • fluid is conveyed via a suction nozzle 10 of the pump housing 1 into the suction chamber 7.
  • an actuator 3 axially displaceable guide disc 12 is arranged.
  • the guide disk 12 has a contour corresponding to the impeller 4 and a projection 13 oriented in the direction of the impeller 4.
  • the coolant pump In order to achieve rapid heating of the internal combustion engine and to set the engine temperature specifically, the coolant pump must be controllable or switchable. For this purpose, a volume flow is adjusted as needed.
  • the guide disk 12 In order to adjust the volume flow, the guide disk 12 is displaced axially in the pump housing 1.
  • the guide disc 12 displaced within the impeller 4 and the cover disk 9 changes the degree of opening and thus controls the passage of the volume flow.
  • the adjusting unit 3 comprises both the shaft 2a and an axially displaceable in the shaft 2a push rod 2b, and a push rod 2b aktuie- rende actuator 14.
  • the push rod 2b is in direct communication with the guide plate 12.
  • the displacement of the guide plate 12 is through the Actuator 14 controlled.
  • the actuator 14 should be integrated into the coolant pump in as little space as possible. For this reason, it is necessary to keep the forces resulting from the volume flow on the guide disk 12 as low as possible in order to be able to select the actuator 14 in a space-saving manner.
  • the force level can be reduced to the guide plate 12 and thus to the actuator 14, openings 1 1 are introduced into the guide plate 12 according to the invention.
  • the effective pressure difference between Leitusionnvorderseite (surface facing the cover plate) and Leitusionngurseite (surface facing the impeller is reduced). This in turn results in a reduction of the fluid forces of the volume flow acting on the guide disk 12.
  • the flow exchange between Leitusionnvorder- and Leitusionn Wegseite is thus facilitated.
  • the radially conveyed fluid generates a pressure pad on the back of the disc.
  • This pressure leads to a force component in the direction of "closing the guide disk", which in turn reduces the resulting force in the direction of "open the guide disk” and thereby relieves the actuator 14 in its traversing function.
  • the guide plate 12 is closed when the Leitusionnvorderseite abuts the cover plate 9 and no flow can flow.
  • the degree of opening of the guide disk 12 is an indication of the amount of the coolant flow flowing through the volume flow. In the diagram of Figure 4, the relationship between the number of introduced into the guide plate 12 openings 1 1, the opening degree of the guide plate 12 and the forces acting on the guide plate 12 fluid forces can be seen.
  • the spring is introduced within the setting unit 3 and acts on the push rod 2b, this spring 8 must have a bias, so that even in case of failure of the actuator 14, the guide plate 12 via the push rod 2b In order to cancel these negative forces by a so-called "failsafe spring", one would have to increase the total force curves by the bias of this spring 8. In turn, this would mean that the reduction in the forces achieved through the openings 11 would be partially lost again. As a result, a powerful actuator 14, which occupies a larger space, would have to be used. As a further development of the invention therefore a variable switching on and off of the openings 1 1 of the guide plate 12 is proposed depending on the degree of opening. This is realized by a closure contour 5, which is introduced into the impeller 4 provided with wing 6.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf, einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (7), in welchem eine antreibbare Welle (2a) gelagert ist, an deren einem Ende ein Laufrad (4) befestigt ist, welches in einen Saugraum (7) hineinragende Flügel (6) aufweist und mit einer Deckscheibe (9) verbunden ist, wobei durch die Rotation des Laufrades (4) gemeinsam mit der Deckscheibe (9) Fluid über einen Saugstutzen ( 70) des Pumpengehäuses (7) in den Saugraum (7) saugbar und über die Flügel (6) in das Pumpengehäuses (7) beförderbar ist, wobei zwischen Laufrad (4) und Deckscheibe (9) eine über eine Stelleinheit (3) axial verschiebbar Leitscheibe (72) angeordnet ist, welche eine zum Laufrad (4) korrespondierenden Kontur und eine in Richtung des Laufrads (4) orientierte Auskragung (73) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitscheibe (12) mindestens eine Öffnung (11) aufweist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Regelbare Kühlmittelpumpe Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe, für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse. In welchem eine antreibbare Welle gelagert ist, an deren einem Ende ein Laufrad befestigt ist, welches in einen Saugraum hineinragende Flügel aufweist und mit einer Deckscheibe verbunden ist. Auf Grund der Rotation der Deckscheibe und des Flügel aufweisenden Laufrades wird Fluid über einen Saugstutzen des Pumpengehäuses in den Saugraum gesaugt und über die Flügel weiter in das Pumpengehäuse befördert. Zwischen Laufrad und Deckscheibe ist eine über eine Stelleinheit axial verschiebbar Leitscheibe angeordnet. Die Leitscheibe weist eine zum Laufrad korrespondierende Kontur und eine in Richtung des Laufrads orientierte Auskragung auf.
Hintergrund der Erfindung
Um eine schnelle Erwärmung des Verbrennungsmotors zu erreichen und die Motortemperatur gezielt einzustellen, sollte die Kühlmittelpumpe schaltbar und im besten Fall regelbar sein. Dies wird gezielt durch die Einstellung des Förder- Stroms erreicht. Um den Förder- bzw. den Volumenstrom einzustellen, wird die Leitscheibe innerhalb des Flügelrades axial in der Pumpe verschoben. Dies muss über einen Aktuator geschehen, welcher möglichst bauraumneutral, vorzugsweise in Axialrichtung, verbaut ist. Ein Kühlmittelpumpe gemäß der vorgenannten Gattung ist aus der Druckschrift DE 10 2008 046 424 A1 bekannt.
Versuche haben gezeigt, dass die resultierenden hydraulischen Kräfte auf die Leitscheibe über 150N je nach Drehzahl, Stellposition und Pumpenausführung annehmen können. Dieser Kraftbedarf muss von einem Aktuator aufgebracht werden, welcher bei sämtlichen Drehzahlen, Temperaturen und Wiederholhäufigkeiten die Verstellung der Leitscheibe garantieren muss. Dieser Umstand bedingt eine gewisse Größe bzw. ein gewisses Grundprinzip an Aktuatorik. Aus diesem Grund wird meist ein teurer Aktuator mit hohem Bauraumbedarf verwendet.
Aufgabe der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schalt- bzw. regelbare Kühlmittelpumpe zur Verfügung zu stellen, deren Aktuator keine zusätzlichen Kosten oder Bauraum benötigt, um die Kräfte zur Verstellung der Leitscheibe aufzubringen. Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Leitscheibe mindestens eine Öffnung aufweist. Durch die vorhandene Öffnung wird der effektive Druckunterschied zwischen Leitscheibenvorder- und Leitscheibenrückseite reduziert, was wiederum die zur Verschiebung der Leitscheibe benötigte Axialkraft reduziert. Der Strömungsaustausch zwischen Leitscheibenvorder- und Leitscheibenrückseite wird erleichtert. Das hinter der Leitscheibe radial geförderte Fluid weist einen flügelradtypischen Fliehdruck auf. Zusammen mit einem gewissen Stauanteil, welcher nach Eintritt durch die Bohrungen beim axialen Auftreffen auf die Flügelradrückwand entsteht, wird ein mittlerer Druck hinter der Leitscheibe generiert. Das unter Druck stehende Fluid weist somit eine Kraftkomponente auf, welche in Richtung „Leitscheibe schließen" führt. Die Richtung„Leitscheibe schließen" beschreibt die axiale Verschiebung der Leitscheibe in Richtung Deckscheibe. Dies hat eine Reduzierung der resultierende Kraft in Richtung„Leitscheibe öffnen" zu Folge. Die Richtung„Leitscheibe öffnen" beschreibt die axiale Verschiebung der Leitscheibe in Richtung Laufrad. Dadurch wird der Aktuator, in seiner Verfahrfunktion, bezüglich der aufzubringenden Kraft entlastet. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, mehr als eine Öffnung in die Leitscheibe einzubringen. Dabei können die Öffnungen unterschiedliche Formen aufweisen, z.B. strömungsoptimierte Formen zur Ausnutzung von Strömungseffekten oder radiale, auf der Leitscheibe verlaufende Öffnungen oder fertigungsoptimierte Formen zur günstigeren Herstellung. Unabhängig von der Ausführungsform, ist die wirkungsvollste Anordnung der Öffnungen im Bereich nahe der Leitscheibendrehachse. Des Weiteren ist in der Diagrammdarstellung in Figur 4 gezeigt, wie sich die Fluidkräfte in Abhängigkeit des Öffnungsgrades der Leitscheibe verhalten. Im Idealfall beträgt die Fluidkraft Null, dadurch könnte der Aktuator die Leitscheibe ohne zusätzlichen Kraftaufwand axial verfahren. Bei einer Leitscheibe ohne Öffnungen ist das erreichen einer Fluidkraft von Null, wie dem Diagramm zu entnehmen ist, nicht möglich. Je höher die Anzahl der Öffnungen umso schneller sinkt das Kräfteniveau. Allerdings zeigt das Diagramm auch, dass das Kräfteniveau ab einem bestimmten Öffnungsgrad der Leitscheibe und einer bestimmten Anzahl an Öffnungen, ein negatives Vorzeichen annimmt. Ein negatives Kräfteniveau bzw. negative Fluidkräfte bedeuten, dass die Leitscheibe in Richtung der Deckscheibe verfährt und somit den Fluiddurchfluß innerhalb der Wasserpumpe unterbindet. Dies gilt es zu vermeiden. Damit der Aktuator ausreichend Kraft gegen die negativen Fluidkräfte aufbringen kann, müsste er stärker bzw. größer dimensioniert werden, was wiederum zusätzliche Kosten verursachen würde.
Um dies zu verhindern, kann die Stelleinheit optional eine Feder aufweisen. Die Feder bewirkt dabei, dass die Leitscheibe indirekt über die Welle in Richtung „Leitscheibe öffnen" druckbeaufschlagt wird. Diese Ausführungsform stellt eine Fail-Safe-Lösung dar. Wenn der Aktuator ausfällt und die Leitscheibe auf Grund von einer negativen Fluidkraft in Richtung„Leitscheibe schließen" gezogen wird, was eine Verringerung des Kühlmittelflusses zur Folge hat, erzeugt die Feder einen Gegendruck, um die Leitscheibe am Schließen zu hindern. Bei dieser Ausführungsform müsste man allerdings die gesamten Kräftekurven um die Vorspannung der Feder erhöhen. Dadurch würde die zuvor gewonnene Kräftereduzierung teilweise wieder aufgehoben.
Um einen gebräuchlichen und kostengünstigen Aktuator verwenden zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Öffnungsrad der Leitscheibe und die Anzahl der Öffnungen innerhalb der Leitscheibe so abzustimmen. Dadurch stellt sich eine auf die Leitscheibe einwirkende Fluidkraft von 20 - 50 N einstellt, welche die Leitscheibe in Richtung Laufrad drückt und somit die Kühlmittelpumpe öffnet. Damit sollen negative Fluidkräfte verhindert werden, was wiederum den Einsatz eine Fail-Safe-Feder überflüssig macht. In Konkretisierung der Erfindung ist es deshalb vorgeschlagen, dass das Laufrad eine zusätzliche Verschlusskontur aufweist, welche in Richtung der Leitscheibe zeigt und das die Verschlusskontur mit der zumindest einen Öffnung der Leitscheibe in Eingriff bringbar ist und diese teilweise oder ganz verschließt.
Im Weiteren ist es vorgesehen, dass die Verschlusskontur stiftartig ausgeführt ist, wobei die Verschlusskontur mehr als ein stiftartiges Verschlusselement aufweist und die einzelnen Verschlusselemente sich in ihren Abmaßen (Länge und/oder Durchmesser) voneinander unterscheiden.
Die axial gestufte Verschlusskontur kann im umspritzten Laufrad oder in dessen Einlegeteil angeordnet sein. Erfindungsgemäß weisen die Stifte verschiedene Längen auf, so dass beim Verschieben der Leitscheibe in Richtung der Verschlusskontur zuerst eine Öffnung durch ein längeres, stiftartiges Verschluss- element verschlossen wird und beim weiteren Verfahren der Leitscheibe in Richtung der Verschlusskontur eine weitere Öffnung von einem kürzeren, stiftartigen Verschlusselement verschlossen wird. Ebenso denkbar wären auch Verschlusselemente mit unterschiedlichen Durchmessern und den dazu korrespondierenden Öffnungen in der Leitscheibe. Eine weitere Möglichkeit der Erfindung besteht darin, dass zumindest ein Verschlusselement gestuft ausgeführt ist, dadurch ist es möglich, die Öffnung partiell zu verschließen. Nach einer Weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Stelleinheit einen Aktuator umfasst, welcher unabhängig von der Drehzahl des Laufrades aktuiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 1 bis 4 dargestellt, die nachfolgend detailliert beschrieben sind, wobei sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittdarstellung einer regelbaren Kühlmittelpumpe mit geschlossener Leitscheibe und in die Leitscheibe eingebrachte Öffnungen,
Figur 2a eine schematische Darstellung der Leitscheibe deren Offnungen mittels Verschlusselementen verschlossen sind,
Figur 2b eine schematische Darstellung der Leitscheibe wobei nur eine
Öffnung durch ein Verschlusselement verschlossen ist,
Figur 2c eine schematische Darstellung der Leitscheibe mit unverschlossenen Öffnungen,
Figur 3 eine Detailansicht der Leitscheibe mit einem gestuften Verschlusselement und
Figur 4 ein Diagramm mit unterschiedlichen Fluidkraftkurven in Abhängigkeit der Öffnungsanzahlen und dem Öffnungsgrad der Leitscheibe. Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftma- schine mit einem Pumpengehäuse 1 . In welchem eine antreibbare Welle 2a gelagert ist, an deren einem Ende ein Laufrad 4 befestigt ist. Das Laufrad 4 weist in den Saugraum 7 hineinragende Flügel 6 auf. Das Laufrad 4 und die Deckscheibe 9 sind miteinander verbunden. Bei der Rotation des Laufrades 4 wird Fluid über einen Saugstutzen 10 des Pumpengehäuses 1 in den Saug- räum 7 befördert. Zwischen dem Laufrad 4 und der Deckscheibe 9 ist eine über eine Stelleinheit 3 axial verschiebbare Leitscheibe 12 angeordnet. Die Leitscheibe 12 weist eine zum Laufrad 4 korrespondierende Kontur und eine in Richtung des Laufrads 4 orientierte Auskragung 13 auf. Um eine schnelle Erwärmung des Verbrennungsmotors zu erreichen und die Motortemperatur ge- zielt einzustellen, muss die Kühlmittelpumpe regelbar bzw. schaltbar sein. Hierzu wird ein Volumenstrom bedarfsgerecht eingestellt. Um den Volumenstrom einzustellen wird die Leitscheibe 12 axial im Pumpengehäuse 1 verschoben. Die innerhalb zwischen Laufrad 4 und Deckscheibe 9 verschoben Leitscheibe 12 verändert den Öffnungsgrad und steuert somit den Durchlass des Volumen- Stroms. Die Stelleinheit 3 umfasst sowohl die Welle 2a und eine in der Welle 2a axial verschiebbare Schubstange 2b, sowie einen die Schubstange 2b aktuie- renden Aktuator 14. Die Schubstange 2b steht in direkter Verbindung mit der Leitscheibe 12. Die Verschiebung der Leitscheibe 12 wird durch den Aktuator 14 gesteuert. Der Aktuator 14 soll möglichst bauraumneutral in die Kühlmittel- pumpe integriert sein. Aus diesem Grund gilt es, die auf die Leitscheibe 12 aus dem Volumenstrom resultierenden Kräfte so gering wie möglich zu halten, um auch den Aktuator 14 bauraumgünstig auswählen zu können. Damit nun das Kräfteniveau auf die Leitscheibe 12 und somit auf den Aktuator 14 verringert werden kann, werden erfindungsgemäß Öffnungen 1 1 in die Leitscheibe 12 eingebracht. Durch das Einbringen der Öffnungen 1 1 wird der effektive Druckunterschied zwischen Leitscheibenvorderseite (Fläche die der Deckscheibe zugewandt ist) und Leitscheibenrückseite (Fläche die dem Laufrad zugewandt ist) reduziert. Dies hat wiederum eine Reduzierung der auf die Leitscheibe 12 wirkenden Fluidkräfte des Volumenstroms zur Folge. Der Strömungsaustausch zwischen Leitscheibenvorder- und Leitscheibenrückseite wird somit erleichtert. Im Weiteren generiert das radial geförderte Fluid an der Leitscheibenrückseite ein Druckpolster. Dieser Druck führt zu einer Kraftkomponente in Richtung „Leitscheibe schließen", was wiederum die resultierende Kraft in Richtung „Leitbscheibe öffnen" reduziert und dadurch den Aktuator 14 in seiner Verfahrfunktion entlastet. Die Leitscheibe 12 ist geschlossen, wenn die Leitscheibenvorderseite an der Deckscheibe 9 anliegt und kein Volumenstrom mehr fließen kann. Der Öffnungsgrad der Leitscheibe 12 ist ein Indiz für die Menge des die Kühlmittelpumpe durchfließenden Volumenstroms. Im Diagramm aus Figur 4 wird der Zusammenhangen zwischen der Anzahl der in die Leitscheibe 12 eingebrachten Öffnungen 1 1 , dem Öffnungsgrad der Leitscheibe 12 und die auf die Leitscheibe 12 einwirkenden Fluidkräfte ersichtlich. Mit steigender Anzahl an Öffnungen 1 1 , bei gleichem Öffnungsrad der Leitscheibe 12, nehmen die Kräftekurven ab. Ab einem bestimmten Öffnungsgrad kehren sich die Kräftekurven jedoch teilweise ins Negative um. Dies hat eine Krafteinwirkung auf die Leitscheibe 12 in Richtung„Leitscheibe schließen" zur Folge, somit wird eine Fail- Safe-Lösung benötigt. Dies bedeutet, dass die Leitscheibe 12 nicht ungewollt geschlossen werden darf, solange eine Kühlung des Motors noch erforderlich ist. Eine Lösung dafür wäre, der Einsatz einer zusätzlichen Feder 8. Die Feder ist innerhalb der Stelleinheit 3 eingebracht und wirkt auf die Schubstange 2b ein. Diese Feder 8 muss eine Vorspannung aufweisen, so dass selbst bei Ausfall des Aktuators 14 die Leitscheibe 12 über die Schubstange 2b in Richtung des Laufrades 4 in eine Grundstellung zurück verschoben wird. Um diese negativen Kräfte durch eine sogenannte„Failsafe-Feder" wieder aufzuheben, müsste man die gesamten Kräftekurven um die Vorspannung dieser Feder 8 erhöhen müssen. Dies hätte wiederum zur Folge, dass die durch die Öffnungen 1 1 erreichte Kräftereduzierung teilweise wieder eingebüßt werden würde. Was dazu führt, dass ein leistungsstarker und somit ein einen größeren Bauraum einnehmender Aktuator 14 zum Einsatz kommen müsste. Als erfindungsgemäße Weiterbildung wird deshalb ein variables zu- und abschalten der Öffnungen 1 1 der Leitscheibe 12 in Abhängigkeit des Öffnungsgrades vorgeschlagen. Dies wird durch eine Verschlusskontur 5 realisiert, welche in das mit Flügel 6 versehene Laufrad 4 eingebracht ist. Dies kann in das Stahleinlegeteil des Laufrades 4 oder in dessen Umspritzung selbst eingebracht sein, wie in den Figuren 2 bis 3 dargestellt. Durch das axiale Verfahren der Leitscheibe 12, in Richtung des Laufrades 4 greifen die stiftartig ausgebildeten Verschlusselemente 5a in eine oder in mehrere Öffnungen 1 1 ein und verschließen diese. In dem in Figur 4 gezeigten Diagrammen ist eine idealisierte Kräftekurve 20 dargestellt. Die idealisierte Kräftekurve 20 zeigt eine nahezu gleichbleibende Krafteinwirkung auf die Leitscheibe 12 auf, unabhängig von deren Öffnungsgrad. Diese idealisierte Kräftekurve 20 kann nur umgesetzt werden, wenn nach Erreichung des jeweiligen markierten Arbeitspunktes Sx auf einen der nächst gelegenen Arbeitspunkte„gesprungen" wird. Dies wird durch eine Veränderung der Anzahl der Öffnungen 1 1 der Leitscheibe 12, sowie dem Öffnungsgrad der Leitscheibe 12 erreicht. Umgesetzt wird dies, durch eine axial gestufte Verschlusskontur 5, welche stiftartige Verschlusselemente 5a aufweist. Die Verschlusselemente 5a greifen in die Öffnungen 1 1 der sich axial zwischen Laufrad 4 und Deckscheibe 9 verschiebenden Leitscheibe 12 ein. Auf Grund der sich verschiebenden Leitscheibe 12 ändert sich der Öffnungsgrad und auf Grund der Verschlusskontur 5, werden zudem unterschiedliche Anzahlen von Öffnungen 1 1 entweder freigegeben oder verschlossen. Figur 2a zeigt die Leitscheibe 12 in einer geöffneten Position mit verschlossenen Öffnungen. Dies entspricht im Diagramm einem Arbeitsbereich von 100% Öffnungsgrad bis zum Arbeitspunkt S1 . Figur 3 zeigt eine gestuftes, stiftartiges Verschlusselement 5a, durch welche auch halb verschlossene Öffnungen 1 1 realisiert werden können. Dies entspricht im Diagramm dem Arbeitsbereich zwischen den Arbeitspunkten S1 bis S2. Figur 2b in welcher die Leitscheibe 12 in Richtung„Schließen" verschoben wurde, zeigt eine geschlossene Öffnung 1 1 . Dies entspricht im Dia- gramm dem Arbeitsbereich zwischen den Arbeitspunkten S2 bis S3. Figur 2c zeigt die Leitscheibe 12 in geschlossenem Zustand mit zwei unverschlossenen Öffnungen. Dies entspricht im Diagramm, je nach Öffnungsgrad, dem Arbeitsbereich zwischen den Arbeitspunkten S3 bis S4 bzw. 0% Öffnungsgrad.
Bezugszahlenliste
1 Pumpengehäuse
2a Welle
2b Schubstange
3 Stelleinheit
4 Laufrad
5 Verschlusskontur
5a Verschlusselement
6 Flügel
7 Saugraum
8 Feder
9 Deckscheibe
10 Saugstutzen
1 1 Öffnung
12 Leitscheibe
13 Auskragung
14 Aktuator
20 idealisierte Kräftekurve
S1 Arbeitspunkt 1
S2 Arbeitspunkt 2
S3 Arbeitspunkt 3
S4 Arbeitspunkt 4

Claims

Patentansprüche
Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf, einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse ( 7), in welchem eine antreibbare Welle (2a) gelagert ist, an deren einem Ende ein Laufrad (4) befestigt ist, welches in einen Saugraum (7) hineinragende Flügel (6) aufweist und mit einer Deckscheibe (9) verbunden ist, wobei durch die Rotation des Laufrades (4) gemeinsam mit der Deckscheibe (9) Fluid über einen Saugstutzen ( 70) des Pumpengehäuses ( 7) in den Saugraum (7) saugbar und über die Flügel (6) in das Pumpengehäuses ( 7) beförderbar ist, wobei zwischen Laufrad (4) und Deckscheibe (9) eine über eine Stelleinheit (3) a- xial verschiebbar Leitscheibe ( 72) angeordnet ist, welche eine zum Laufrad (4) korrespondierenden Kontur und eine in Richtung des Laufrads (4) orientierte Auskragung ( 73) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitscheibe (12) mindestens eine Öffnung (1 1 ) aufweist.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (4) eine Verschlusskontur (5) aufweist, welche in Richtung der Leitscheibe (12) zeigt.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusskontur (5) mit der zumindest einen Öffnung (1 1 ) der Leitscheibe (12) in Eingriff bringbar ist und diese teilweise oder ganz verschließt.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusskontur (5) stiftartig ausgeführt ist.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusskontur (5) mehr als ein stiftartiges Verschlusselement (5a) aufweist, wobei die einzelnen Verschlusselemente (5a) sich in ihren Maßen voneinander unterscheiden.
6. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verschlusselement (5a) gestuft ausgeführt ist.
7. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (3) einen Aktuator (14) umfasst, welcher unabhängig von einer Drehzahl des Laufrades (4) aktuiert.
8. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (3) eine Feder (8) aufweist, durch welche die Leitscheibe (12) in eine Grundstellung zurückgestellt wird.
PCT/EP2012/051543 2011-06-07 2012-01-31 Regelbare kühlmittelpumpe WO2012167953A1 (de)

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US14/004,811 US20140037432A1 (en) 2011-06-07 2012-01-31 Controllable coolant pump
CN201280018779.9A CN103688061A (zh) 2011-06-07 2012-01-31 可调节的冷却介质泵

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