WO2013087236A2

WO2013087236A2 - Regelbare kühlmittelpumpe mit einem fluidischen aktuator

Info

Publication number: WO2013087236A2
Application number: PCT/EP2012/065578
Authority: WO
Inventors: Michael Weiss; Klaus Hahn; Andreas Strauss
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2013-06-20
Also published as: CN104066998A; WO2013087236A3; DE102011088674A1; US20140271267A1

Abstract

Regelbare Kühlmittelpumpe (10) für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (12) mit einer Innenbohrung (14), in welcher eine über ein Riemenrad antreibbare Welle (20) mit einem ersten Lager (16) und einem zweiten Lager (18) drehbar gelagert ist, wobei die Welle (20) zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet ist und eine Längsachse aufweist, wobei an dem einen Ende der Welle (20) ein Laufrad befestigt ist, welches in einen Saugraum hineinragende Flügel und eine Leitscheibe aufweist, wobei durch die Rotation des Laufrades Wasser über einen Saugstutzen des Pumpengehäuses (12) in den Saugraum saugbar und über die Flügel in einen Ringkanal des Pumpengehäuses (12) beförderbar ist, wobei die Leitscheibe über eine mit einem Aktuator verbundene Schubstange (34) axial verschiebbar ist. Erfindungsgemäß bildet der Aktuator einen fluidischer Aktuator, wobei der fluidische Aktuator einen durch ein Fluid mit Druck beaufschlagbaren ersten Druckraum (28) und einen durch ein Fluid mit Druck beaufschlagbaren zweiten Druckraum (30) aufweist. Durch die Verwendung eines fluidischen Aktuators kann das Gewicht sowie der Bauraumbedarf der regelbaren Kühlmittelpumpe (10) verringert werden. Darüber hinaus kann der Energiebedarf der regelbaren Kühlmittelpumpe (10) gesenkt werden.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Regelbare Kühlmittelpumpe mit einem fluidischen Aktuator Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einem fluidischen Aktuator.

Brennkraftmaschinen sind üblicherweise wassergekühlte Motoren, wobei Kühlwasser mit Hilfe einer Kühlmittelpumpe in einem geschlossenen Kreislauf durch Kühlkanäle im Bereich der Zylinder zum Kühlen der Brennkraftmaschine ge- pumpt und anschließend zu einem Luft-Wasser-Kühler befördert wird, wo das erwärmte Wasser mittels des Fahrtwindes wieder abgekühlt wird. Die zum zirkulieren des Wassers nötige Kühlmittelpumpe ist hierbei üblicherweise über ein Antriebsmittel mit einer Antriebsscheibe der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden. Die direkte Koppelung zwischen Kühlmittelpumpe und Kurbel- welle sorgt dabei für eine Abhängigkeit der Drehzahl der Pumpe von der Drehzahl der Brennkraftmaschine, so dass bei modernen Brennkraftmaschinen häufig regelbare Kühlmittelpumpen eingesetzt werden, deren geförderter Volumenstrom entsprechend dem Bedarf an Kühlmittel abgestimmt werden kann

Aus der DE 10 2008 046 424 A1 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse bekannt, in welchem eine über ein Riemenrad antreibbare Hohlwelle gelagert ist, an deren einem Ende ein Laufrad befestigt ist, welches in einen Saugraum hineinragende Flügel aufweist und über Axialstege mit einer Deckscheibe fest verbunden ist, wobei durch die Rotation des Laufrades gemeinsam mit der Deckscheibe Was- ser über einen Saugstutzen des Pumpengehäuses in den Saugraum saugbar und über die Flügel in einen Ringkanal des Pumpengehäuses beförderbar ist, wobei ferner zwischen Laufrad und Deckscheibe eine Leitscheibe mit einer zum Laufrad korrespondierendem Kontur angeordnet ist, welche über die Axialstege geführt und mittels eines inner-halb der Hohlwelle platzierten Kolbens über eine Stelleinheit axial verschiebbar ist.

Nachteilig an einer derartigen Anordnung ist, dass die Regelung des Kühlmittelstromes mittels des Kolbens und der Stelleinheit ein hohes Gewicht und einen hohen Bauraumbedarf aufweist. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welcher ein verringertes Gewicht und einen verringerten Bauraumbedarf aufweist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des An- Spruchs 1 . Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse mit einer Innenbohrung, in welcher eine über ein Antriebsrad antreibbare Welle mit einem ersten Lager und einem zweiten Lager drehbar gelagert ist, wobei die Welle zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet ist und eine Längsachse aufweist, wobei an dem einen Ende der Welle ein Laufrad befestigt ist, welches in einen Saugraum hineinragende Flügel und eine Leitscheibe aufweist, wobei durch die Rotation des Laufrades Wasser über einen Saugstutzen des Pumpengehäuses in den Saugraum saugbar und über die Flügel in einen Ringkanal des Pumpengehäuses beförderbar ist, wobei die Leitscheibe über eine mit einem Aktuator verbundene Schubstange axial verschiebbar ist. Erfindungsgemäß bildet der Aktuator einen fluidischen Aktuator, wobei der fluidische Aktuator einen durch ein Fluid mit Druck beaufschlagbaren ersten Druckraum und einen durch ein Fluid mit Druck beaufschlagbaren zweiten Druckraum aufweist.

Die regelbare Kühlmittelpumpe ist über ein Antriebsrad antreibbar, welches mit der Welle an einem dem Antriebsrad gegenüberliegenden Ende verbunden sein kann. Das Flügelrad kann in einen Saugraum hineinragende Flügel aufweisen, wobei durch die Rotation des Flügelrades Kühlwasser über einen Saugstutzen des Pumpengehäuses in den Saugraum saugbar und über die Flügel in einen Ringkanal des Pumpengehäuses förderbar ist. Die Leitscheibe ist mittels einer Schubstange, welche koaxial und zum Teil innerhalb der Welle, insbesondere der Hohlwelle angeordnet sein kann, axial verschiebbar, wodurch das Fördervolumen des Saugraumes der Kühlmittelpumpe variierbar ist. In einer ersten Posi- tion der Schubstange kann das Fördervolumen und der Kühlmittelstrom der Kühlwasserpumpe ein Maximum erreichen, während in einer zweiten Position der Schubstange das Fördervolumen und der Kühlmittelstrom der Kühlwasserpumpe ein Minimum erreichen kann. Das Pumpengehäuse der Kühlmittel- pumpe weist eine Innenbohrung auf, in welcher ein erstes Lager und ein zweites Lager, beispielsweise ein erstes Kugellager und ein zweites Kugellager, axial zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei die antreibbare Welle in dem ersten Lager und in dem zweiten Lager drehbar gelagert ist. Die Welle kann zumindest teilweise in Form einer Hohlwelle ausgebildet sein, wobei der als Hohlwelle ausgebildete Teil der Welle in Form einer Bohrung oder eines Sackloches ausgebildet sein. Die Welle kann auch in Form einer Hohlwelle ausgebildet sein, wobei die Hohlwelle Bereiche mit unterschiedlichen Innendurchmessern aufweisen kann, beispielsweise zur Aufnahme einer Schubstan- ge, insbesondere einer Schubstange mit unterschiedlichen Durchmessern. Die Leitscheibe ist mit der Schubstange verbunden, über welche die Leitscheibe durch eine axiale Bewegung der Schubstange in axialer Richtung verschiebbar ist. Die Schubstange kann koaxial zu der Welle angeordnet sein, wobei die Schubstange zumindest teilweise innerhalb der Welle, insbesondere der Hohl- welle, angeordnet sein kann. Die Schubstange ist durch einen fluidischen Aktuator in axialer Richtung verlagerbar, welcher beispielsweise durch eine Flüssigkeit oder ein Gas betätigbar ist. Der fluidische Aktuator weist einen ersten Druckraum und einen zweiten Druckraum auf, wobei der erste Druckraum und der zweite Druckraum jeweils durch ein Fluid mit Druck beaufschlagbar sind. Der Druck kann dabei einen Unterdruck oder einen Überdruck gegenüber einem Umgebungsdruck sein. Der erste Druckraum und der zweite Druckraum können koaxial zu der Längsachse der Welle angeordnet sein, insbesondere innerhalb des Pumpengehäuses, insbesondere innerhalb der Innenbohrung des Pumpengehäuses. Der Druck der auf den ersten und den zweiten Druckraum wirkt, kann beispielsweise durch ein Vier-Zwei-Wegeventil regelbar sein. Durch den fluidischen Aktuator ist eine stufenlose, insbesondere hydraulische oder pneumatische Regelung der Wasserpumpe für den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine möglich. Insbesondere kann die Regelung der Kühlmittelpumpe stufenlos erfolgen. Darüber hinaus kann insbesondere durch die Verwendung eines fluidischen Aktuators das Gewicht sowie der Bauraumbedarf der regelbaren Kühlmittelpumpe verringert werden. Darüber hinaus kann der Energiebedarf der regelbaren Kühlmittelpumpe gesenkt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist in der Innenbohrung eine ringförmige erste Dichtung, eine dazu axial beabstandete ringförmige zweite Dichtung, und ein zwischen der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung angeordneter, bewegbarer Dichtring vorgesehen, wobei zwischen der ersten Dichtung und dem Dichtring ein erster Druckraum, und zwischen dem Dichtring und der zweiten Dichtung ein zweiter Dichtraum ausgebildet ist. Die ringförmige erste Dichtung kann beispielsweise an dem ersten Lager angeordnet und abgestützt sein, die ringförmige zweite Dichtung kann beispielsweise an dem zweiten Lager, der ersten Dichtung gegenüberliegend, angeordnet und abgestützt sein. Zwischen der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung ist ein Dichtring angeordnet, welcher in axialer Richtung zwischen der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung verschiebbar angeordnet und ausgebildet ist. Zwischen der ersten Dichtung und dem Dichtring ist ein ringförmiger erster Druckraum ausgebildet, wobei der erste Druckraum ein variables Volumen aufweist und wobei zwischen der zweiten Dichtung und dem Dichtring ein ringförmiger zweiter Druckraum ausgebildet ist, welcher ebenfalls variabel in der Größe seines Volumens ist. Das Gesamtvolumen des ersten Druckraumes und des zweiten Druckraumes bleibt im Wesentlichen konstant, wobei eine Vergrößerung des ersten Druckraumes im Wesentlichen der Verkleinerung des zweiten Druckraumes entsprechen kann. Der ers- te Druckraum und der zweite Druckraum weisen eine im Wesentlichen ringförmige Form auf, wobei der erste und der zweite Druckraum in radialer Richtung zwischen dem Pumpengehäuse und der Welle ausgebildet sein können. Der erste und der zweite Druckraum weisen im Wesentlichen gleich große Druckflächen, insbesondere an dem Dichtring, auf. Durch eine Druckänderung in dem ersten und/oder zweiten Druckraum, mit entsprechender Volumenänderung, ist der Dichtring in axialer Richtung bewegbar. Die axiale Bewegung des Dichtringes ist auf die Schubstange übertragbar, wodurch eine Veränderung der Position, insbesondere in axialer Richtung der Leitscheibe erreichbar ist. Der Dichtring kann dabei kolbenartig in der Innenbohrung in axialer Richtung verschoben werden, wodurch eine stufenlose, insbesondere hydraulische oder pneumatische Regelung der Kühlmittelpumpe, insbesondere der Leitscheibe der Kühlmittelpumpe, ermöglicht werden kann. Vorzugsweise weist die in der Welle angeordnete Schubstange ein Übertragungselement aufweist, welches durch mindestens eine in der Welle ausgebildete Öffnung den Dichtring kontaktiert. Die innerhalb der Welle angeordnete Schubstange kann ein Übertragungselement aufweisen, durch welches die Schubstange mit dem Dichtring verbunden sein kann, wobei die Bewegung des Dichtringes, zumindest die Bewegung des Dichtringes in eine axiale Richtung, auf die Schubstange übertragbar ist. Das Übertragungselement kann in Form eines Querstiftes ausgebildet sein, welcher im Wesentlichen rechtwinkelig durch die Schubstange hindurch ragen oder an dieser angeordnet sein kann, und zumindest einseitig an dem Dichtring anliegt. Das Übertragungselement kann fest mit dem Dichtring verbunden sein, wodurch eine axiale Bewegung des Dichtringes in zwei axiale Richtungen auf die Schubstange übertragbar sein kann. Zur Durchführung des Übertragungselementes durch die Welle, insbesondere Hohlwelle, kann die Welle mindestens eine Öffnung, beispielsweise in Form eines Langloches, aufweisen. Der Dichtring kann in axialer Richtung eine Erstreckung aufweisen, welche ein Abdecken der Öffnung in der Welle und ermöglicht, sowie ein fluiddichtes Abdichten der mindestens einen Öffnung gegenüber dem ersten und dem zweiten Druckraum ermöglicht. Durch das Übertragungselement kann eine konstruktiv einfache Übertragung einer axialen Be- wegung des Dichtringes auf die Schubstange gewährleistet werden.

Bevorzugt ist, dass die Schubstange an einem ersten innerhalb der Welle angeordneten Ende einen Schubstangenabsatz aufweist, und das innerhalb der Welle ein erster Wellenabsatz ausgebildet ist, durch welchen die Schubstange hindurch ragt, wobei zwischen dem Schubstangenabsatz, dem ersten Wellen- absatz, der Schubstange und der Welle ein ringförmiger, variabler erster Druckraum ausgebildet ist. Der Schubstangenabsatz der Schubstange kann beispielsweise ringförmig oder scheibenförmig innerhalb der Hohlwelle ausgebildet sein, wobei der Durchmesser der Schubstange deutlich kleiner sein kann als der Durchmesser des Schubstangenabsatzes, welcher im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Hohlwelle entsprechen kann. Der erste Wellenabsatz ist axial beabstandet zu dem Schubstangenabsatz ausgebildet, und kann eine ringförmige oder scheibenförmige Form aufweisen, insbesondere mit einer Schubstangendurchführung zur axialen Durchführung der Schubstange. Zwi- sehen dem Schubstangenabsatz und dem ersten Wellenabsatz ist in axialer Richtung ein erster Druckraum ausgebildet, welcher in radialer Richtung durch die Innenwandung der Hohlwelle und die Schubstange begrenzt ist. Auf einer dem ersten Wellenabsatz abgewandten Seite des Schubstangenabsatzes kann innerhalb der Welle, insbesondere der Hohlwelle, ein zweiter Wellenabsatz ausgebildet sein. Der zweite Wellenabsatz kann beispielsweise in Form einer massiven Fortführung der Welle ausgebildet sein oder in Form eines Einsatzes innerhalb der Hohlwelle. Zwischen dem Schubstangenabsatz und dem zweiten Wellenabsatz kann in axialer Richtung ein zweiter Druckraum ausgebildet sein, welcher in radialer Richtung durch die Innenwandung der Hohlwelle und die Schubstange ausgebildet ist. Der zweite Wellenabsatz, insbesondere in Form einer Vollwelle, kann eine Schubstangendurchführung zum Hindurchführen der Schubstange aufweisen, beispielsweise zur Kontaktierung der Schubstange mit der Leitscheibe. Insbesondere kann durch die Schubstangendurchführungen gewährleistet werden, dass die Druckflächen des ersten Druckraumes und des zweiten Druckraumes, insbesondere an dem Schubstangenabsatz im Wesentlichen gleich groß sind. Der Schubstangenabsatz kann innerhalb der Hohlwelle zwischen dem ersten Wellenabsatz und dem zweiten Wellenabsatz kolbenartige, ventilartig, oder schiebeventilartig in axialer Richtung bewegbar angeordnet sein. Insbesondere kann der Schubstangenabsatz kolbenartig in einer im Wesentlichen wie ein Zylinder wirkenden Hohlwelle in axialer Richtung verschiebbar angeordnet sein. Innerhalb der Hohlwelle kann ein erster Druckraum und/oder ein zweiter Druckraum zur axialen Verschiebung der Schubstange, insbesondere des Schubstangenabsatzes, vorgesehen sein. Eine axiale Bewe- gung des Schubstangenabsatzes kann durch eine Druckveränderung in dem ersten Druckraum und/oder in dem zweiten Druckraum erreichbar sein, wobei der erste Druckraum und der zweite Druckraum innerhalb der Hohlwelle ausgebildet sein können, und koaxial zueinander angeordnet sein können.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Aktuatorgehäuse mit einer Ausnehmung und einem Deckel zur mindestens teilweisen Aufnahme der Schubstange in der Ausnehmung vorgesehen, wobei das Aktuatorgehäuse auf der dem Pumpengehäuse abgewandten Seite des Antriebsrades angeordnet ist, wobei in dem Aktuatorgehäuse mit der Schubstange ein erster Druckraum und mit der Schubstange und dem Deckel ein zweiter Druckraum ausgebildet ist. Die Ausnehmung des Aktuatorgehäuses kann beispielsweise in Form einer Sacklochbohrung ausgebildet sein, welche durch einen Deckel abdeckbar ist, wobei der Deckel eine Schubstangendurchführung aufweisen kann. Die Schubstange kann einen ersten Schubstangenabsatz aufweisen, welche innerhalb der Ausnehmung des Aktuatorgehäuses angeordnet sein kann, wobei der Durchmesser des Schubstangenabsatzes im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Ausnehmung des Aktuatorgehäuses entsprechen kann, wobei der Durchmesser der Schubstange deutlich kleiner sein kann als der Durchmesser des ersten, beispielsweise scheibenförmigen Schubstangenabsatzes. Zwischen dem ersten Schubstangenabsatz und dem Aktuatorgehäuse ist ein erster Druckraum ausgebildet, welcher in radialer Richtung durch die Schubstange und die Innenwandung und die Ausnehmung des Aktuatorgehäuses begrenzt ist und wobei zwischen dem ersten Schubstangenabsatz und dem Deckel in axialer Richtung ein zweiter Druckraum begrenzt ist, welcher in radialer Richtung durch die Innenwandung der Ausnehmung des Aktuatorgehäuses und der Schubstange begrenzt ist. Innerhalb der Ausnehmung des Aktuatorgehäuses ist die Schubstange, insbesondere der Schubstangenabsatz, kolbenartig durch eine Druckveränderung in dem ersten Druckraum und in dem zweiten Druck- räum bewegbar angeordnet und ausgebildet. Durch die axiale Bewegung des Schubstangenabsatzes kann die Bewegung über die Schubstange auf die Leitscheibe übertragen werden und wodurch das Vordervolumen und somit der Kühlmittelstrom der Kühlmittelpumpe regelbar ist. Durch die Ausbildung des fluidischen Aktuators in dem Aktuatorgehäuse, welches auf der dem Pumpen- gehäuse abgewandten Seite des Antriebsrades angeordnet ist, kann der Aktua- tor aus dem Pumpengehäuse heraus verlegt werden, wodurch der Bauraum des Pumpengehäuses der Kühlmittelpumpe, insbesondere in axialer Richtung, optimiert werden kann.

Insbesondere ist an der Welle und/oder dem Aktuatorgehäuse mindestens ein erster Endanschlag zur Begrenzung der axialen Bewegung der Schubstange vorgesehen. Der erste Endanschlag kann an der Hohlwelle und/oder dem Aktuatorgehäuse ausgebildet sein, wobei der erste Endanschlag die Bewegung, insbesondere in axialer Richtung der Schubstange, insbesondere des Schub- Stangenabsatzes, begrenzen kann. Neben dem ersten Endanschlag kann ein axial zu dem ersten Endabschlag beabstandet angeordneter zweiter Endanschlag vorgesehen sein. Der erste Endanschlag und der zweite Endanschlag können beispielsweise ringförmig oder scheibenförmig ausgebildet sein, oder die Form eines Absatzes aufweisen, welcher innerhalb der Hohlwelle nach radial innen gerichtet ausgebildet ist. Ein ringförmiger erster und/oder zweiter Endanschlag, beispielsweise in Form eines Sprengringes, kann in einer Nut innerhalb der Innenwandung der Hohlwelle aufgenommen sein. Der erste und der zweite Endanschlag können derart angeordnet sein, dass die Schubstange, insbesondere der erste und/oder zweite Schubstangenabsatz, in axialer Richtung zwischen dem ersten Endanschlag und dem zweiten Endanschlag verlagerbar angeordnet ist. Durch die Ausbildung des ersten und/oder zweiten Endanschlages kann die Bewegung der Schubstange in axialer Richtung begrenzt werden. Zudem kann gewährleistet werden, dass der erste und/oder zweite Druckraum ein Mindestvolumen aufweist.

Vorzugsweise weist das Pumpengehäuse, das Aktuatorgehäuse und/oder die Hohlwelle mindestens eine fluiddurchlässige erste Bohrung zum ersten Druckraum und eine zweite Bohrung zum zweiten Druckraum zur Zuleitung und/oder Ableitung des Fluides auf. Die erste Bohrung und/oder die zweite Bohrung er- möglicht die Druckbeaufschlagung des ersten und/oder des zweiten Druckraumes durch ein Fluid. Die erste und/oder zweite Druckbohrung kann sich durch das Pumpengehäuse und die Welle, insbesondere eine Wandung der Hohlwelle, bis zu dem ersten und/oder zweiten Druckraum erstrecken. Das Pumpengehäuse kann einen Gehäuseabsatz aufweisen, welcher innerhalb der Innenboh- rung, insbesondere in axialer Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Lager angeordnet sein kann, wobei der Gehäuseabsatz nach radial innenseitig ausgebildet sein kann, und die Welle, insbesondere die Hohlwelle, radial außenseitig kontaktiert. Durch den sich nach radial innenseitig die Welle kontaktierend erstreckenden Gehäuseabsatz ist es möglich, die erste und/oder die zwei- te Bohrung durch das Pumpengehäuse bis an die Welle, insbesondere die Hohlwelle zu führen, und die erste und/oder zweite Bohrung fluiddurchlässig an den ersten und/oder den zweiten Druckraum heranzuführen. Dadurch kann der erste und der zweite Druckraum durch eine einfache Konstruktion mit Druck beaufschlagt werden.

Besonders bevorzugt ist ein Federelement zur Betätigung der Schubstange vorgesehen, wobei das Federelement zwischen der Schubstange und der Welle oder dem Aktuatorgehäuse oder dem Deckel angeordnet ist. Das Federelement kann in Form einer Zugfeder oder Druckfeder ausgebildet sein. Das Federelement kann derart angeordnet sein, dass eine axiale Verschiebung der Schubstange, insbesondere des Schubstangenabsatzes, beispielsweise zur Verringerung des Volumenstromes der Kühlmittelpumpe, entgegen der Kraft- richtung des Federelementes gerichtet sein kann, wodurch bei einem Ausfall des fluidischen Aktuators ein Zurückführen der Schubstange, insbesondere des Schubstangenabsatzes, beispielsweise in eine erste Position mit einem maximalen Kühlmittelförderstrom gewährleistet werden kann. Zudem kann bei Verwendung eines einzelnen ersten Druckraumes, welcher entgegen der Kraft des Fehlerelementes wirkt, der konstruktive Aufwand des fluidischen Aktuators weiter verringert werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Sensorelement zur Erfassung der Position der Schubstange vorgesehen. Das Sensorelement kann in Form eines mechanischen, optoelektronischen oder elektromagnetischen Sensors ausgebildet sein. Das Sensorelement kann an dem Dichtring, der Schubstange und/oder dem Schubstangenabsatzes angeordnet sein, beispielsweise in dem Pumpengehäuse und/oder dem Aktuatorgehäuse. Das Sensorelement kann eine axiale Verschiebung und/oder Position in axialer Richtung des Dichtringes, der Schubstange und/oder des Schubstangenabsatzes erfas- sen. Insbesondere kann das Sensorelement die absolute Position in axialer Richtung des Dichtringes der Schubstange und/oder des Schubstangenabsatzes erfassen. Durch das Sensorelement kann die tatsächliche Position des Dichtringes, der Schubstange und/oder des Schubstangenabsatzes, insbesondere in axialer Richtung, erfasst werden, wodurch die Position der Leitscheibe ermittelbar ist.

Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe in einer Brennkraftmaschine, kann das Gewicht sowie der benötigte Bauraum der regelbaren Kühlmittelpumpe, und insbesondere der Brennkraftmaschine, verringert werden.

Kurze Beschreibung der Figuren

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 : eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe;

Fig. 2: eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe mit einem ersten und einem zweiten Druckraum innerhalb einer Hohlwelle;

Fig. 3: eine Schnittansicht einer Hohlwelle mit einer Schubstange und einem und einem zweiten Druckraum; Fig. 4a: eine schematische Ansicht bzw. Schnittansicht einer Schubstange in einer ersten Position an einem ersten Endanschlag;

Fig. 4b: eine schematische Schnittansicht einer Schubstange zwischen einem ersten und einem zweiten Endanschlag;

Fig. 4c: eine schematische Ansicht einer regelbaren Kühlmittelpumpe mit einem druckbeaufschlagten zweiten Druckraum;

Fig. 5: eine schematische Schnittansicht eines Aktuatorgehäuses mit einem Sensorelement.

In Fig. 1 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe 10 dargestellt, welche ein Pumpengehäuse 12 aufweist, mit einer Innenbohrung 14. Innerhalb der Innenbohrung 14 ist ein erstes Lager 16 und axial beabstandet dazu ein zweites Lager 18 angeordnet. Eine Welle 20 ist drehbar in dem ersten Lager 16 und dem zweiten Lager 18 innerhalb der Innenbohrung 14 des Pumpengehäuses 12 angeordnet. Zwischen dem ersten Lager 16 und dem zweiten Lager 1 8 ist an dem ersten Lager 16 eine ringförmige erste Dichtung 22, und an dem zweiten Lager 18 eine ringförmige zweite Dichtung 24 angeordnet. Die erste Dichtung 22 und die zweite Dichtung 24 dichten in axialer Richtung im Wesentlichen fluidundurchlässig ab. Zwischen dem ersten Lager 16 und dem zweiten Lager 18 und der ersten Dichtung 22 und der zweiten Dichtung 24 ist ein Dichtring 26 angeordnet, wel- eher in axialer Richtung zwischen der ersten Dichtung 22 und der zweiten Dichtung 24 verschiebbar gelagert ist. Zwischen der ersten Dichtung 22 und dem Dichtring 26 ist in axialer Richtung ein erster Druckraum 28 begrenzt, welcher in radialer Richtung durch die Welle 20 und das Pumpengehäuse 12 begrenzt ist. Zwischen der zweiten Dichtung 24 und dem Dichtring 26 ist in axialer Richtung ein zweiter Druckraum 30 begrenzt, welcher in radialer Richtung durch die Welle 20 und das Pumpengehäuse 12 begrenzt ist. Eine axiale Bewegung des Dichtringes 26 ist über ein Übertragungselement 32, welches mit einer innerhalb der Welle 20 angeordneten Schubstange 34 verbunden ist, übertragbar. Das Übertragungselement 32 ist im Wesentlichen rechtwinklig zu der Schubstange 34 angeordnet und mit dieser verbunden, wobei das Übertragungselement 32 durch Öffnungen 36 durch die Welle 20 hindurchragt und den Dichtring 26 einseitig kontaktiert. Das Übertragungselement 32 kann fest mit dem Dichtring 26 verbunden sein. Der erste Druckraum 28 ist über eine erste Bohrung 38 in dem Pumpengehäuse 12 durch ein Fluid mit einem Druck beaufschlagbar, und der zweite Druckraum 30 ist über eine zweite Bohrung 40 in dem Pumpengehäuse 12 mit einem Fluid mit Druck beaufschlagbar. Durch eine Druckveränderung in dem ersten Druckraum 28 und/oder dem zweiten Druckraum 30 kann eine axiale Bewegung des Dichtringes 26 bewirkt werden, wobei die axiale Bewegung des Dichtringes 26 über das Übertragungselement 32 auf die Schubstange 34 übertragbar ist. Die Schubstange 34 kann mit einer Leitscheibe (nicht dargestellt) der regelbaren Kühlmittelpumpe 10 verbunden sein, wodurch der Volumenstrom der Kühlmittelpumpe 10 regelbar ist. Die Schubstange 34 kann durch ein Federelement 42, welches stirnseitig an der Schubstange 34 angeordnet ist und an der Welle 20 innenseitig abgestützt ist, mit einer Federkraft beaufschlagt sein. In dem Pumpengehäuse 1 2 ist ein Sensorelement 44 angeordnet, welches die Position des Dichtringes 26 erfasst. In Fig. 2 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe 10 gezeigt, deren Pumpengehäuse 12 zwischen dem ersten Lager 16 und dem zweiten Lager 18 einen Gehäuseabsatz 46 aufweist, welcher sich nach radial innen erstreckt und die Welle 20 außenseitig kontaktiert. Die erste Bohrung 38 erstreckt sich durch das Pumpengehäuse 1 2, den Gehäuseabsatz 46, und die Wandung der zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildeten Welle 20, wodurch der erste Druckraum 28 und der zweite Druckraum 30 mit einem Fluid mit Druck beaufschlagbar sind. Der erste Druckraum 28 ist zwischen einem Schubstangenabsatz 48 und einem Wellenabsatz 50, welcher axial beabstandet zu dem Schubstangenabsatz 48 angeordnet ist, in axialer Richtung begrenzt. Der Schubstangenabsatz 48 ist in Form einer Scheibe, welche an der Schubstange 34 ausgebildet ist, ausge- formt. Der Durchmesser des Schubstangenabsatzes 48 entspricht im Wesentlichen dem Innendurchmesser der zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildeten Welle 20. Der Wellenabsatz 50 ist in Form eines scheibenförmigen Einsatzes in dem als Hohlwelle ausgebildeten Bereich der Welle 20 ausgebildet und weist eine Schubstangendurchführung auf. Der zweite Druckraum 30 ist in axia- ler Richtung zwischen dem Schubstangenabsatz 48 und einem auf der dem ersten Wellenabsatz 50 abgewandten Seite des Schubstangenabsatzes 48 angeordneten zweiten Wellenabsatzes 52 ausgebildet, und wird in radialer Richtung durch die Welle 20 und die Schubstange 34 begrenzt. Innerhalb des zweiten Druckraumes 30 ist ein Federelement 42 angeordnet, wodurch die Schubstange 34, insbesondere der Schubstangenabsatz 48, bei einem Druckabfall in eine definierte Position, beispielsweis eine erste Position mit maximalem Fördervolumen, in axialer Richtung verschiebbar sein kann. An dem Pumpengehäuse 12 ist das Sensorelement 44 derart angeordnet, dass das Sensorelement 44 die Schubstange 43 kontaktieren kann, wodurch die Position der Schubstange 34 in axialer Richtung erfasst werden kann.

In Fig. 3 ist eine zumindest teilweise in Form einer Sacklockbohrung als Hohlwelle ausgebildete Welle 20 dargestellt, in welcher die Schubstange 34 mit einem ersten Schubstangenabsatz 48 angeordnet ist, wobei die Schubstange 34 durch einen ersten Wellenabsatz 50 und einen zweiten Wellenabsatz 52 hindurchgeführt ist. Zwischen dem ersten Wellenabsatz 50 und dem Schubstangenabsatz 48 ist der erste Druckraum 28 ausgebildet, welcher durch eine erste Bohrung 38 durch ein Fluid mit Druck beaufschlagbar ist. Der zweite Druckraum 30 ist zwischen dem Schubstangenabsatz 48 und dem zweiten Wellenabsatz 52 in Form der massiv fortgeführten Welle ausgebildet und kann durch die zweite Bohrung 40 durch ein Fluid mit Druck beaufschlagt werden. In dem zweiten Druckraum 30 ist das Federelement 42 angeordnet, welches an dem Schubstangenabsatz 48 und dem zweiten Wellenabsatz 52 anliegt und angeordnet ist. Die Welle 20 weist radial innenseitig einen ersten Endanschlag 54 und einen zweiten Endanschlag 56 auf, wobei der Schubstangenabsatz 48 zwischen dem ersten Endanschlag 54 und dem zweiten Endanschlag 56 in axialer Richtung verlagerbar ist, wobei die axiale Bewegung des Schubstangenabsatzes 48 und damit der Schubstange durch den ersten und zweiten Endabschlag 54, 56 be- grenzt ist.

In Fig. 4a ist eine Schubstange 34 mit einem Schubstangenabsatz 48 innerhalb einer Welle 20 dargestellt, wobei der erste Druckraum 28 über die erste Bohrung 38 mit einem Druck beaufschlagt wird, wobei die zweite Öffnung bzw. zweite Bohrung 40 des zweiten Druckraumes 30 drucklos geschaltet ist, bei- spielsweise einem Tank zugeschaltet ist. Die Schubstange 34 ist in einer ersten Position, in welcher die regelbare Kühlmittelpumpe 10 ihre maximale Fördermenge aufweist, dargestellt. Die Schubstange 34, insbesondere der Schubstangenabschnitt 48 liegt an dem ersten Endanschlag 54 an. Durch die Druckbeaufschlagung des ersten Druck-raumes 28 kann die Schubstange 34 nach rechts in Richtung des zweiten Endanschlages 56 in axialer Richtung verlagert werden, wodurch die Stellung der Leitscheibe (nicht dargestellt) veränderbar ist, wodurch die Fördermenge der Kühlmittelpumpe 10 veränderbar ist. In Fig. 4b ist eine Schubstange 34 dargestellt, deren Schubstangenabschnitt 48 in einer Position in etwa zwischen dem ersten Endabschnitt 54 und dem zweiten End- abschnitt 56 dargestellt ist. Das Federelement 42 ist gegenüber der Darstellung in Fig. 4a komprimiert worden. Der erste Druckraum 28 und der zweite Druckraum 30 sind durch ein Fluid durch die erste Bohrung 38 und die zweite Bohrung 40 mit einem Druck beaufschlagt, wobei der Druck in dem ersten Druck- räum 28 dem Druck in dem zweiten Druckraum 30 im Wesentlichen entspricht. Unter Berücksichtigung der Kraft des Federelementes 42 kann ein Kräftegleichgewicht zwischen dem ersten und dem zweiten Druckraum 28,30 eingestellt werden, wodurch die Schubstange 34 stationär in der jeweiligen Position halt- bar ist. In Fig. 4c ist der erste Druckraum 28 über die erste Bohrung 38 drucklos geschaltet, beispielsweise durch Aufschaltung auf einen Tank. Der zweite Druckraum 30 ist durch die zweite Bohrung 40 durch ein Fluid mit einem Druck beaufschlagt, welcher größer ist als der in dem ersten Druckraum 28 wirkenden Druck, beispielsweise ein Umgebungsdruck, wodurch die Schubstange 34 mit dem Schubstangenabsatz 48 in axialer Richtung in Richtung des ersten Endanschlages 54 bewegt wurde, ausgehend von der in Fig. 4b dargestellten Position der Schubstange 34. Die Kraft des Federelementes 42 kann in Richtung oder entgegen der Richtung der Bewegung der Schubstange 34 wirken.

In den Fig. 4a bis Fig. 4c ist beispielhaft eine Schaltungsfolge für den erfin- dungsgemäßen fluidischen Aktuator dargestellt, beispielsweise unter Verwendung eines 4-2-Wege-Ventils. Der erste und der zweite Druckraum 28,30 sind mit einem Fluid gefüllt. Zum Verlassen einer Grundposition, beispielsweise der ersten Position, der Schubstange, kann über die erste Bohrung 38 ein Fluid dem ersten Druckraum 28 zugeführt werden, wobei die zweite Bohrung 40 des zweiten Druckraumes 30 auf einen Tank (nicht dargestellt) oder Ablauf geschaltet werden kann. Das druckbeaufschlagte Fluid wirkt auf den Schubstangenabsatz 48 und verschiebt diesen kolbenartig entgegen der Kraft des Federelementes 42. Ist die gewünschte Position erreicht, können beide Bohrungen, die erste und die zweite Bohrung 38,40, mit der Druckleitung verbunden werden. Der fluidische Aktuator hält seine eingestellte Position, wobei eine Regelung lediglich Leckagen ausgleichen kann. Soll die Schubstange 34 in Richtung der Grundposition verstellt werden, kann die erste Bohrung 28 dem Tank zugeschaltet werden, wobei die zweite Bohrung 40 mit Druck beaufschlagt bleibt. Fällt die Druckversorgung aus, kann durch das Federelement 42 eine Rückstel- lung der Schubstange 34 in die Grundposition erfolgen.

In Fig. 5 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe 10 mit einem Aktuatorgehäuse 58 dargestellt. Das Aktuatorgehäuse 58 weist eine Ausnehmung auf, in welcher die Schubstange 34 mit einem Schubstangenabschnitt 48 kolbenartig angeordnet ist. Die Ausnehmung des Aktuatorgehäuses 58 ist durch einen Deckel 60 verschlossen. Das Aktuatorgehäuse 58 und der Deckel 60 weisen eine Durchführung für die Schubstange 34 auf. Zwischen dem Aktuatorgehäuse 58 und dem Schubstangenabsatz 48 ist der erste Druckraum 28 ausgebildet, zwischen dem Schubstangenabsatz 48 und dem Deckel 60 ist der zweite Druckraum 30 ausgebildet. In dem zweiten Druckraum 30 ist ein Federelement 42 angeordnet. Der erste Druckraum 28 ist über die erste Bohrung 38 durch ein Fluid mit einem Druck beaufschlagbar und der zweite Druckraum 30 ist über die zweite Bohrung 40 durch ein Fluid mit Druck beaufschlagbar. Durch eine Änderung des Druckes in dem ersten und/oder zweiten Druckraum 28,30 kann eine Verschiebung des Schubstangenabsatzes 48 und der Schubstange 34 in axialer Richtung bewirkt wer-den, wodurch die mit dem Leitbleich verbundene Schubstange 34 eine Veränderung des Volumenstromes der Kühlmittelpumpe 10 bewirken kann. An dem Aktuatorgehäuse 58 ist ein Sensorelement 44 angeordnet, welches die axiale Position und/oder Bewegung der Schubstange 34 erfassen kann.

Bezugszeichenliste

10 Kühlmittelpumpe

12 Pumpengehäuse

14 Innenbohrung

16 erstes Lager

18 zweites Lager

20 Welle

22 erste Dichtung

24 zweite Dichtung

26 Dichtring

28 erster Druckraum

30 zweiter Druckraum

32 Übertragungselement

34 Schubstange

36 Öffnung

38 erste Bohrung

40 zweite Bohrung

42 Federelement

44 Sensorelement

46 Gehäuseabsatz

48 Schubstangenabsatz

50 erster Wellenabsatz

52 zweiter Wellenabsatz

54 erste Endanschlag

56 zweiter Endanschlag

58 Aktuatorgehäuse

60 Deckel

Claims

Patentansprüche

1 . Regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (12) mit einer Innenbohrung (14), in welcher eine über ein Antriebsrad antreibbare Welle (20) mit einem ersten Lager (16) und einem zweiten Lager (18) drehbar gelagert ist, wobei die Welle (20) zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet ist und eine Längsachse aufweist, wobei an dem einen Ende der Welle (20) ein Laufrad befestigt ist, welches in einen Saugraum hineinragende Flügel und eine Leitscheibe aufweist, wobei durch die Rotation des Laufrades Wasser über einen Saugstutzen des Pumpengehäuses (12) in den Saugraum saugbar und über die Flügel in einen Ringkanal des Pumpengehäuses (12) beförderbar ist, wobei die Leitscheibe über eine mit einem Aktuator verbundene Schubstange (34) axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator einen fluidischen Aktuator bildet, wobei der fluidische Aktuator einen durch ein Fluid mit Druck beaufschlagbaren ersten Druckraum (28) und einen durch ein Fluid mit Druck beaufschlagbaren zweiten Druckraum (30) aufweist.

2. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeich- net, dass in der Innenbohrung (14) eine ringförmige erste Dichtung (22), eine dazu axial beabstandete ringförmige zweite Dichtung (24), und ein zwischen der ersten Dichtung (22) und der zweiten Dichtung (24) angeordneter, bewegbarer Dichtring (26) vorgesehen sind, wobei zwischen der ersten Dichtung (24) und dem Dichtring (26) ein erster Druckraum (28), und zwischen dem Dichtring (26) und der zweiten Dichtung (24) ein zweiter Dichtraum (30) ausgebildet ist.

3. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Welle (20) angeordnete Schubstange (34) ein Übertragungselement (32) aufweist, welches durch mindestens eine in der Welle (20) ausgebildete Öffnung (36) den Dichtring (26) kontaktiert.

4. Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (34) an einem ersten innerhalb der Welle (20) angeordneten Ende einen Schubstangenabsatz (48) aufweist, und das innerhalb der Welle (20) ein erster Wellenabsatz (50) ausgebildet ist, durch welchen die Schubstange (34) hindurch ragt, wobei zwischen dem Schubstangenabsatz (48), dem ersten Wellenabsatz (50), der Schubstange (34) und der Welle (20) ein ringförmiger, variabler erster Druckraum (28) ausgebildet ist.

5. Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass ein Aktuatorgehäuse (58) mit einer Ausnehmung und einem Deckel (60) zur mindestens teilweisen Aufnahme der Schubstange (34) in der Ausnehmung vorgesehen ist, wobei das Aktuatorgehäuse (58) auf der dem Pumpengehäuse (12) abgewandten Seite des Antriebsrades angeordnet ist, wobei in dem Aktuatorgehäuse (58) mit der Schubstange (34) ein erster Druckraum (28) und mit der Schubstange (34) und dem Deckel (60) ein zweiter Druckraum (30) ausgebildet ist.

6. Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Welle (20) und/oder dem Aktuatorgehäu- se (58) mindestens ein erster Endanschlag (54) zur Begrenzung der axialen Bewegung der Schubstange (34) vorgesehen ist.

7. Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (12), das Aktuatorgehäuse (58) und/oder die Hohlwelle (20) mindestens eine fluiddurchlässige erste Bohrung (38) zum ersten Druckraum (28) und eine zweite Bohrung (40) zum zweiten Druckraum (30) zur Zuleitung und/oder Ableitung des Fluides aufweist.

8. Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass ein Federelement (42) zur Betätigung der

Schubstange (34) vorgesehen ist, wobei das Federelement (42) zwischen der Schubstange (34) und der Welle (20) oder dem Aktuatorgehäuse (58) oder dem Deckel (60) angeordnet ist.

9. Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass ein Sensorelement (44) zur Erfassung der Position der Schubstange (34) vorgesehen ist.