EP2574793A2 - Regelbare Kühlmittelpumpe mit integriertem Druckraum - Google Patents

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Publication number
EP2574793A2
EP2574793A2 EP12159561A EP12159561A EP2574793A2 EP 2574793 A2 EP2574793 A2 EP 2574793A2 EP 12159561 A EP12159561 A EP 12159561A EP 12159561 A EP12159561 A EP 12159561A EP 2574793 A2 EP2574793 A2 EP 2574793A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
impeller
coolant pump
guide plate
pressure chamber
insert
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12159561A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Weiss
Klaus Hahn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP2574793A2 publication Critical patent/EP2574793A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0027Varying behaviour or the very pump
    • F04D15/0038Varying behaviour or the very pump by varying the effective cross-sectional area of flow through the rotor

Definitions

  • the invention relates to a controllable coolant pump of an internal combustion engine with a pump housing, in which a pump shaft with associated impeller is rotatably mounted.
  • the impeller conveys a coolant via a suction connection into a pressure channel of the coolant pump, wherein a volume flow of the coolant pump can be influenced by means of a guide plate.
  • the baffle encloses the impeller at least in regions on the outside and is rotationally rigidly displaceable hydraulically between two end positions by means of a pressure medium.
  • Coolant pump in a closed circuit through cooling channels of the crankcase and the cylinder head of the internal combustion engine and the heated cooling medium then cooled back in an air-water heat exchanger.
  • a coolant pump in particular directly driven via a belt drive, is used.
  • controllable coolant pumps are used whose delivered volume flow can be matched to the cooling requirement of the internal combustion engine. After a cold start, a zero delivery of the coolant pump is initially sought, before then, depending on the self-adjusting temperature level for cooling the internal combustion engine certain volume flow increases continuously.
  • a regulated coolant pump is known in which, as a measure to influence the flow, the impeller is associated with an outer cross-sliding element. With the infinitely variable by rotating a thread-like guide axially adjustable sliding element, the effective blade width of the impeller can be changed.
  • the DE 10 2008 046 424 A1 discloses a controllable coolant pump for a cooling circuit of an internal combustion engine, which is driven by a traction drive.
  • the impeller is associated with an axially displaceable guide disk, which is axially displaceable by means of a push rod placed inside the hollow shaft of the impeller in conjunction with an actuator.
  • the actuator comprises a fixedly connected to the push rod anchor, which is selectively axially displaceable via a proportional solenoid.
  • the electrically operable actuator or the actuator is frontally preceded by the pulley and affects the axial length of the coolant pump.
  • the regulated coolant pump according to DE 10 2005 062 200 A1 shows a mounted in the pump housing, driven shaft with associated impeller and a pneumatically or hydraulically adjustable valve spool, which covers a Ausström Schlauer Schlauer Schlauer Schlauer Instruments, Inc.
  • a plurality of circumferentially distributed piston rods are arranged, which extend parallel to the pump shaft in the pump housing and which are guided in annular grooves or bores and sealed by rod seals in the pump housing.
  • the piston rods are ringnutkay with an annular piston in operative connection, which is used in a pressure chamber. A shift of the acted upon by compression springs annular piston and the associated valve spool takes place via a pressurization of the pressure chamber, which has a pressure port hole for this purpose.
  • the object of the present invention is to realize a simplified and component-optimized hydraulic adjustment of the baffle within a controllable coolant pump.
  • the invention is based on the general idea that the guide plate is acted upon directly by the pressure medium for hydraulic adjustment.
  • the baffle limited together with a front side of the pump shaft and the impeller a pressure chamber.
  • the pressure chamber boundary defined by the pump shaft and the impeller can include an insert formed as an intermediate element, which is pressed onto the end of the pump shaft and is enclosed on the outside by the impeller.
  • the baffle engages with a sleeve designed as a circular sleeve sleeve form fit in a one-sided open annular groove of the insert or the impeller.
  • the socket is sealed inserted in the annular groove.
  • a preferred design of the baffle provides to insert an insert with a relatively large diameter, which sets due to the geometric dependence of a large pressure surface for actuating the baffle.
  • a ring groove depth exceeds the length of the bushing.
  • the invention has the advantage over known solutions that with simple means, small size, reduced component size and high reliability not only a reduction of the volume flow, but a desired zero delivery of the coolant pump in the closed state of the baffle can be achieved.
  • the structural complexity for the realization of the measure according to the invention is advantageously low, since neither Special measures on the pump drive are still required on the pump housing. Furthermore, there is a cost advantage due to a simplified mounting of the baffle.
  • the impeller comprises a one-piece or multi-part constructed insert.
  • a shaft end of the pump shaft is preferably pressed non-positively into a central receptacle or bore of the insert.
  • the function of an intermediate element performing insert can be made of different materials, preferably made of plastic, metal or a steel material.
  • the impeller is preferably cohesively connected, for example by a plastic extrusion with the insert, which serves as an insert. Alternatively, it is advisable to press the insert into the impeller.
  • a sealing in the annular groove of the stationary insert or the impeller positionally positioned sealing element is provided for sealing the pressure chamber and for guiding the baffle, which is sealingly supported on the inside of the bush of the baffle.
  • a sealing element an O-ring or a made of a highly elastic and wear-resistant plastic sealing element, the sealing lip is non-positively guided on the socket.
  • the elastic sealing element advantageously compensates for production-related or thermal expansion occurring tolerances of the mutually supported components.
  • a reinforced sealing element is suitable in which the reinforcement is pressed in, for example, in the annular groove and the sealing material is vulcanised.
  • the sealing element is preferably wholly or partially made of a thermoplastic material, preferably made of polyvinylidene fluoride (PVDF) or polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the structure according to the invention further provides that for the axial adjustment of the guide plate, the pressure medium via a longitudinal bore within the pump shaft flows into the pressure chamber.
  • the pressure medium from a pressure medium source starting out via a control or regulating unit, act directly on the baffle.
  • At least one radial passage is introduced in the socket.
  • a position of the opening is provided which allows a zero flow of the coolant pump corresponding end position of the baffle a flow of a portion of the coolant from the pressure chamber in a non-pressurized area or in an intake zone of the coolant pump.
  • the baffle according to the invention with an outer, right-angled board game surrounds an outer contour of a rear wall of the impeller.
  • the sealing of an annular gap formed thereby takes place by means of a seal which is inserted in a radially oriented groove of the outer contour of the impeller rear wall, the seal rests against the inside of the board of the guide plate.
  • a failsafe device is provided according to the invention. This is formed by a arranged in the annular groove of the insert spring element which acts against the bushing of the guide plate against the direction of force of the pressure medium. In the event of damage, the spring element automatically shifts the baffle into a position corresponding to a maximum opening of the vane wheel and thus the largest flow rate of the coolant pump.
  • a controllable coolant pump 1 shown in a longitudinal section, which includes a pump housing 2, in which a pump shaft 3 is rotatably mounted and the end of an impeller 4 is associated.
  • an insert 5 is pressed onto a stub shaft of the pump shaft 3, which is surrounded on the outside by a rear wall 6 of the impeller 4.
  • Curved, blade-like shaped, emanating from the rear wall 6 wings 7 of the impeller 4 extend to a frontal pump cover 8, the opening cross-section defines a suction port 9 through which the coolant enters the coolant pump 1 axially and radially into a in Fig. 1 not shown pressure or spiral channel emerges.
  • a delivery or volume flow of the coolant pump 1 can be influenced by an axially displaceable baffle 10 with which an outflow region of the impeller 4 can be covered variably.
  • the adjustment of the baffle 10 takes place hydraulically in conjunction with an adjusting unit, which can also be referred to as an actuator or actuator and which includes a pressure medium source, a hydraulic pump and a control or regulating unit.
  • An example, electronically controlled control unit is preferably in communication with an engine management of the internal combustion engine, which flows directly depending on the coolant or operating temperature or taking into account other parameters of the respective required coolant flow of the internal combustion engine via a corresponding adjustment of the baffle 10.
  • the Fig. 1 is limited to the representation of a pressure medium supply 11 of the adjustment, which is designed as a longitudinal bore within the pump shaft 3 and which is guided to a pressure chamber 12 which is bounded by the guide plate 10 and the pump shaft 3 and the insert part 5.
  • the guide plate 10 is acted upon directly by the pressure medium.
  • Rear side of the baffle 10 is integrally connected to a cylindrically shaped, concentric with a longitudinal axis of the coolant pump 1 aligned bush 13 which is fitted with play in an annular groove 14.
  • a sealing element 15 positioned in a circumferential groove 16 of the insert 5 is supported on the inside of the bush 13, which avoids a loss of pressure medium and thus a pressure loss.
  • the baffle 10 is supported on the rear wall 6, whereby the largest opening of the impeller 4 is set, in which the coolant pump 1 promotes a maximum flow.
  • the guide plate 10 forms a right angle in the direction of the pump housing 2 aligned board 17, which surrounds an outer contour of the impeller rear wall 6 spaced and thereby has a width of the rear wall 6 excelling length.
  • An adjusting annular gap 18 is sealed by means of a seal 19, which is inserted in a groove 20 of the rear wall 6 and rests on the inside of the board 17.
  • Fig. 2 shows details of the impeller 4 and illustrates further details of the baffle 10, in particular its design and arrangement.
  • a depth of the annular groove 14 within the insert 5 is designed so that the actuating movements of the guide plate 10 and the associated socket 13 are not impaired.
  • a subset of the hydraulic fluid can be deactivated.
  • a passage 22 for a hydraulic fluid outlet is introduced in an end region of the bushing 13. In the previously described end position of the guide plate 10, the passage is preceded by the sealing element 15, whereby an outlet of the hydraulic fluid, connected to a pressure level reduction within the pressure chamber 12 sets.
  • the in a receptacle 27 of the rear wall 6 of the impeller 4 pressed-in insert 5 may differ from the illustration according to Fig. 2 also be constructed in several parts, in particular two parts.
  • a tubular inner part can be combined with an annular part 14 enclosing the outer part.
  • a failsafe device 23 is provided in order to ensure the function of the coolant pump 1 in case of failure of the actuator or the pressure medium supply for actuating the guide plate 10.
  • a failsafe device 23 is provided in order to ensure the function of the coolant pump 1 in case of failure of the actuator or the pressure medium supply for actuating the guide plate 10.
  • a failsafe device 23 is provided in order to ensure the function of the coolant pump 1 in case of failure of the actuator or the pressure medium supply for actuating the guide plate 10.
  • a failsafe device 23 is provided in order to ensure the function of the coolant pump 1 in case of failure of the actuator or the pressure medium supply for actuating the guide plate 10.
  • a spring means 26 in particular a compression

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe (1) einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (2), in dem eine Pumpenwelle (3) mit zugehörigem Flügelrad (4) drehbar gelagert ist. Das Flügelrad (4) fördert ein Kühlmittel über einen Sauganschluss (9) in einen Druckkanal der Kühlmittelpumpe (1), wobei ein Volumenstrom der Kühlmittelpumpe (1) mittels eines das Flügelrad (4) zumindest bereichsweise außenseitig umschließenden und mittels eines Druckmittels verstellbaren Leitblechs (10) beeinflusst werden kann. Das Leitblech (10) ist dazu drehstarr mit dem Flügelrad (4) verbunden und zwischen zwei Endstellungen stufenlos axial verschiebbar und mit einer zylindrischen Buchse (13) beidseitig spielbehaftet in einer Ringnut (14) des Flügelrades (4) oder eines von dem Flügelrad (4) umschlossenen Einlegeteils (5) abgedichtet geführt. Gemeinsam mit der Pumpenwelle (3) und dem Einlegeteil (5) und/oder dem Flügelrad (4) begrenzt das Leitblech (10) einen Druckraum (12), der zur Verstellung des Leitblechs (10) von dem Druckmittel beaufschlagt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse, in dem eine Pumpenwelle mit zugehörigem Flügelrad drehbar gelagert ist. Das Flügelrad fördert ein Kühlmittel über einen Sauganschluss in einen Druckkanal der Kühlmittelpumpe, wobei ein Volumenstrom der Kühlmittelpumpe mittels eines Leitblechs beeinflusst werden kann. Dazu umschließt das Leitblech zumindest bereichsweise außenseitig das Flügelrad und ist drehstarr zwischen zwei Endstellungen mittels eines Druckmittels hydraulisch verschiebbar.
  • Fahrzeuge werden überwiegend durch wassergekühlte Brennkraftmaschinen angetrieben. Dabei wird Kühlmedium mit Hilfe einer Kühlmittelpumpe in einem geschlossenen Kreislauf durch Kühlkanäle des Kurbelgehäuses und des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine gepumpt und das erwärmte Kühlmedium anschließend in einem Luft-Wasser-Wärmetauscher zurückgekühlt. Zur Unterstützung der Zirkulation des Kühlmittels wird eine insbesondere über einen Riementrieb direkt angetriebene Kühlmittelpumpe eingesetzt. Durch eine unmittelbare Koppelung zwischen der Kühlmittelpumpe und der Kurbelwelle stellt sich eine Abhängigkeit der Pumpendrehzahl von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ein. Daraus folgt, dass bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine das Kühlmittel zirkuliert, wodurch sich eine gewünschte schnelle Erwärmung der Brennkraftmaschine verzögert. Zur Optimierung des Betriebs von Brennkraftmaschinen ist es notwendig, nach dem Kaltstart möglichst schnell die Betriebstemperatur zu erreichen. Dadurch werden die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch und damit gleichzeitig die Emissionswerte reduziert. Um diesen Effekt zu erzielen, werden regelbare Kühlmittelpumpen eingesetzt, deren geförderter Volumenstrom auf den Kühlungsbedarf der Brennkraftmaschine abgestimmt werden kann. Nach einem Kaltstart wird zunächst eine Nullförderung der Kühlmittelpumpe angestrebt, bevor anschließend in Abhängigkeit von dem sich einstellenden Temperaturniveau der zur Kühlung der Brennkraftmaschine bestimmte Volumenstrom kontinuierlich ansteigt. Durch Versuchsreihen zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs von Brennkraftmaschinen konnte mittels konsequenter Maßnahmen des Thermomanagements u.a. in Verbindung mit geregelten Kühlmittelpumpen eine Verbrauchsenkung von ≥ 3 % Kraftstoff erzielt werden.
  • Aus der DE 199 01 128 A1 ist eine geregelte Kühlmittelpumpe bekannt, bei der als Maßnahme, um den Volumenstrom zu beeinflussen, dem Flügelrad ein äußeres übergreifendes Schiebeelement zugeordnet ist. Mit dem stufenlos durch Verdrehen einer gewindeartigen Führung axial verstellbaren Schiebeelement kann die wirksame Flügelbreite des Flügelrades verändert werden.
  • Die DE 10 2008 046 424 A1 offenbart eine regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, die über einen Zugmitteltrieb angetrieben wird. Zur Beeinflussung einer Fördermenge ist dem Flügelrad eine axial verschiebbare Leitscheibe zugeordnet, welche mittels einer innerhalb der als Hohlwelle des Flügelrades platzierten Schubstange in Verbindung mit einem Stellorgan axial verschiebbar ist. Das Stellorgan umfasst einen mit der Schubstange fest verbundenen Anker, welcher über einen Proportionalmagneten gezielt axial verschiebbar ist. Das elektrisch betätigbare Stellorgan bzw. der Aktor ist dazu der Riemenscheibe stirnseitig vorgelagert und beeinflusst die axiale Baulänge der Kühlmittelpumpe.
  • Die geregelte Kühlmittelpumpe gemäß DE 10 2005 062 200 A1 zeigt eine im Pumpengehäuse gelagerte, angetriebene Welle mit zugehörigem Flügelrad und einem pneumatisch oder hydraulisch verstellbaren Ventilschieber, der einen Ausströmbereich des Flügelrades variabel überdeckt. An dem Ventilschieber sind mehrere über den Umfang verteilte Kolbenstangen angeordnet, die im Pumpengehäuse parallel zur Pumpenwelle verlaufen und die in Ringnuten bzw. Bohrungen geführt und mittels Stangendichtungen im Pumpengehäuse abgedichtet sind. Die Kolbenstangen stehen ringnutseitig mit einem Ringkolben in Wirkverbindung, der in einem Druckraum eingesetzt ist. Eine Verschiebung des von Druckfedern beaufschlagten Ringkolbens und des damit verbundenen Ventilschiebers erfolgt über eine Druckbeaufschlagung des Druckraums, der dazu eine Druckanschlussbohrung aufweist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine vereinfachte und bauteiloptimierte hydraulische Verstellung des Leitblechs innerhalb einer regelbaren Kühlmittelpumpe zu realisieren.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauffolgenden abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dass zur hydraulischen Verstellung das Leitblech unmittelbar von dem Druckmittel beaufschlagt wird. Dazu begrenzt das Leitblech gemeinsam mit einer Stirnseite der Pumpenwelle und dem Flügelrad einen Druckraum. Alternativ dazu kann die von der Pumpenwelle und dem Flügelrad bestimmte Druckraumbegrenzung ein als Zwischenelement ausgebildetes Einlegeteil einschließen, das endseitig auf der Pumpenwelle aufgepresst und außenseitig von dem Flügelrad umschlossen ist. Das Leitblech greift mit einer als Kreiszylinderhülse ausgebildeten Buchse formschlüssig in eine einseitig offene Ringnut des Einlegeteils oder des Flügelrades. Zur Vermeidung eines Druckverlustes und/oder eines Druckmittelverlustes ist die Buchse abgedichtet in der Ringnut eingesetzt. Eine bevorzugte Gestaltung des Leitblechs sieht vor, ein Einlegeteil mit einem relativ großen Durchmesser einzusetzen, wodurch sich aufgrund der geometrischen Abhängigkeit eine große Druckfläche zur Betätigung des Leitblechs einstellt. Zwecks ungehinderter Stellbewegung des Leitblechs übertrifft eine Ringnuttiefe die Länge der Buchse. Die Erfindung hat gegenüber bekannten Lösungen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln, geringer Baugröße, reduziertem Bauteileumfang und großer Betriebssicherheit nicht nur eine Reduzierung des Volumenstroms, sondern eine gewünschte Null-Förderung der Kühlmittelpumpe im geschlossenen Zustand des Leitblechs erreichbar ist. Dabei ist der bauliche Aufwand zur Realisierung der erfindungsgemäßen Maßnahme vorteilhaft gering, da weder spezielle Maßnahmen am Pumpenantrieb noch am Pumpengehäuse erforderlich sind. Weiterhin stellt sich ein Kostenvorteil aufgrund einer vereinfachten Montage des Leitblechs ein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, umfasst das Flügelrad ein einteilig oder mehrteilig aufgebautes Einlegeteil. Zur Drehfixierung ist ein Wellenende der Pumpenwelle bevorzugt kraftschlüssig in eine zentrische Aufnahme bzw. Bohrung des Einlegeteils gepresst. Das die Funktion eines Zwischenelements ausübende Einlegeteil kann aus unterschiedlichen Werkstoffen, bevorzugt aus Kunststoff, Metall oder einem Stahlwerkstoff hergestellt werden. Das Flügelrad ist bevorzugt stoffschlüssig, beispielsweise durch eine Kunststoffumspritzung mit dem Einlegeteil verbunden, das dabei als Einlegeteil dient. Alternativ dazu bietet es sich an, das Einlegeteil in das Flügelrad einzupressen.
  • Ferner ist zur Abdichtung des Druckraums und zur Führung des Leitblechs ein in der Ringnut des ortsfesten Einlegeteils oder des Flügelrads ortsfest positioniertes Dichtelement vorgesehen, das dichtend innenseitig an der Buchse des Leitblechs abgestützt ist. Als Dichtelement eignet sich ein O-Ring oder ein aus einem hochelastischen und verschleißfesten Kunststoff hergestelltes Dichtelement, dessen Dichtlippe kraftschlüssig an der Buchse geführt ist. Das elastische Dichtelement kompensiert vorteilhaft fertigungsbedingte oder durch Wärmedehnung auftretende Toleranzen der gegeneinander abgestützten Bauteile. Alternativ zu einem einteiligen Aufbau eignet sich ein armiertes Dichtelement, bei dem die Armierung beispielsweise in der Ringnut eingepresst und der Dichtwerkstoff anvulkanisiert ist. Das Dichtelement ist bevorzugt ganz oder teilweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt. PTFE eignet sich als Werkstoff aufgrund seines niedrigen Reibungskoeffizienten, einer guten Verschleißbeständigkeit und der hohen Beständigkeit gegenüber dem im Kühlmittel eingesetzten Wasser-Glykol-Gemisch.
  • Der erfindungsgemäße Aufbau sieht weiterhin vor, dass zur axialen Verstellung des Leitblechs das Druckmittel über eine Längsbohrung innerhalb der Pumpenwelle in den Druckraum einströmt. Damit kann beispielsweise das Druckmittel von einer Druckmittelquelle, ausgehend über eine Steuer- oder Regeleinheit geführt, das Leitblech unmittelbar beaufschlagen.
  • Als Maßnahme, um ein unzulässiges hohes Druckniveau innerhalb des Druckraums zu vermeiden bzw. den Druck zu reduzieren, ist in der Buchse zumindest ein radialer Durchtritt eingebracht. Dazu ist eine Lage der Öffnung vorgesehen, die in einer der Nullförderung der Kühlmittelpumpe entsprechenden Endlage des Leitblechs ein Abströmen einer Teilmenge des Kühlmittels aus dem Druckraum in einen drucklosen Bereich bzw. in eine Ansaugzone der Kühlmittelpumpe ermöglicht.
  • Weiterhin umgreift das erfindungsgemäße Leitblech mit einem äußeren, rechtwinkelig ausgerichteten Bord spielbehaftet eine Außenkontur einer Rückwand des Flügelrades. Die Abdichtung eines sich dabei bildenden Ringspalts erfolgt mittels einer Dichtung, die in einer radial ausgerichteten Nut der Außenkontur von der Flügelrad-Rückwand eingesetzt ist, die Dichtung kraftschlüssig innenseitig an dem Bord des Leitblechs anliegt. Dieser Aufbau unterstützt die Maßnahme, um in einer Endstellung des Leitblechs eine Nullfördermenge der Kühlmittelpumpe zu realisieren.
  • Als Maßnahme, um bei einem Ausfall des Aktors oder der Druckmittelversorgung zur Verstellung des Leitblechs die Kühlung der Brennkraftmaschine zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß eine Failsafe-Einrichtung vorgesehen. Diese wird durch ein in der Ringnut des Einlegeteils angeordneten Federelement gebildet, das die Buchse des Leitblechs entgegen der Kraftrichtung des Druckmittels beaufschlagt. Das Federelement verschiebt im Schadensfall das Leitblech selbsttätig in eine Position, die einer maximalen Öffnung des Flügelrades und damit der größten Fördermenge der Kühlmittelpumpe entspricht.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu den Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigen:
    • Fig. 1 in einer Schnittdarstellung den Aufbau einer geregelten Kühlmittelpumpe mit einem erfindungsgemäßen Leitblech;
    • Fig. 2 in einer vergrößerten Darstellung einen Ausschnitt der Kühlmittelpumpe gemäß Fig. 1, der den Aufbau des Leitblechs verdeutlicht.
  • In der Fig. 1 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe 1 in einem Längsschnitt abgebildet, die ein Pumpengehäuse 2 umfasst, in dem eine Pumpenwelle 3 drehbar gelagert ist und der endseitig ein Flügelrad 4 zugeordnet ist. Dabei ist auf einem Wellenstumpf der Pumpenwelle 3 ein Einlegeteil 5 aufgepresst, das von einer Rückwand 6 des Flügelrades 4 außenseitig umschlossen ist. Gekrümmte, schaufelartig geformte, von der Rückwand 6 ausgehende Flügel 7 des Flügelrades 4 erstrecken sich bis zu einem stirnseitigen Pumpendeckel 8, dessen Öffnungsquerschnitt einen Sauganschluss 9 definiert, über den das Kühlmittel axial in die Kühlmittelpumpe 1 eintritt und das radial in einen in Fig. 1 nicht abgebildeten Druck- oder Spiralkanal austritt. Ein Förder- oder Volumenstrom der Kühlmittelpumpe 1 ist mit einem axial verschiebbaren Leitblech 10 beeinflussbar, mit dem ein Ausströmbereich des Flügelrades 4 variabel überdeckt werden kann. Die Verstellung des Leitblechs 10 erfolgt hydraulisch in Verbindung mit einer Verstelleinheit, die auch als Aktuatorik oder Aktor bezeichnet werden kann und die eine Druckmittelquelle, eine Hydraulikpumpe sowie eine Steuer- oder Regeleinheit umfasst. Eine beispielsweise elektronisch angesteuerte Steuer- oder Regeleinheit steht bevorzugt mit einem Motormanagement der Brennkraftmaschine in Verbindung, wodurch unmittelbar in Abhängigkeit von der Kühlmittel- oder der Betriebstemperatur oder unter Berücksichtigung weiterer Parameter der jeweils benötigte Kühlmittelstrom der Brennkraftmaschine über eine entsprechende Einstellung des Leitblechs 10 zuströmt. Die Fig. 1 beschränkt sich auf die Darstellung einer Druckmittelzuführung 11 der Verstelleinheit, die als eine Längsbohrung innerhalb der Pumpenwelle 3 ausgeführt ist und die bis zu einem Druckraum 12 geführt ist, der von dem Leitblech 10 sowie der Pumpenwelle 3 und dem Einlegeteil 5 begrenzt ist.
  • Zur stufenlosen Verstellung des Leitblechs 10 zwischen zwei Endlagen, die von dem Pumpendeckel 8 und der Rückwand 6 des Flügelrades 4 definiert sind, wird das Leitblech 10 unmittelbar von dem Druckmittel beaufschlagt. Rückwandseitig ist das Leitblech 10 einstückig mit einer zylindrisch gestalteten, konzentrisch zu einer Längsachse der Kühlmittelpumpe 1 ausgerichteten Buchse 13 verbunden, die spielbehaftet in eine Ringnut 14 eingepasst ist. Zur Abdichtung des Druckraums 12 ist innenseitig an der Buchse 13 ein in einer Umlaufnut 16 des Einlegeteils 5 positioniertes Dichtelement 15 abgestützt, das einen Druckmittelverlust und damit einen Druckverlust vermeidet. In Fig. 1 ist das Leitblech 10 an der Rückwand 6 abgestützt, wodurch sich die größte Öffnung des Flügelrads 4 einstellt, in der die Kühlmittelpumpe 1 einen maximalen Volumenstrom fördert. Radial versetzt zu dem Druckraum 12 sind in dem Leitblech 10 entsprechend dem Profil der Flügel 7 angepasste Öffnungen 21 eingebracht, die eine axiale Verstellung des Leitblechs 10 gegenüber dem Flügelrad 4 ermöglichen. Außenseitig bildet das Leitblech 10 einen rechtwinkelig in Richtung des Pumpengehäuses 2 ausgerichteten Bord 17, der eine äußere Kontur der Flügelrad-Rückwand 6 beabstandet umgreift und dabei eine die Breite der Rückwand 6 übertreffende Länge aufweist. Ein sich dabei einstellender Ringspalt 18 wird mittels einer Dichtung 19 abgedichtet, die in einer Nut 20 der Rückwand 6 eingesetzt ist und innenseitig an dem Bord 17 anliegt.
  • Fig. 2 zeigt Einzelheiten des Flügelrades 4 und verdeutlicht weitere Details des Leitblechs 10, insbesondere dessen Gestaltung und Anordnung. Eine Tiefe der Ringnut 14 innerhalb des Einlegeteils 5 ist so ausgelegt, dass die Stellbewegungen des Leitblechs 10 und der damit verbundenen Buchse 13 nicht beeinträchtigt sind. Zur Vermeidung eines unzulässig hohen Druckanstiegs innerhalb des Druckraums 12 bei einer Anlage des Leitblechs 10 an dem Pumpendeckel 8, kann eine Teilmenge des Hydraulikfluids abgesteuert werden. Dazu ist in einem Endbereich der Buchse 13 ein Durchtritt 22 für einen Hydraulikfluidaustritt eingebracht. Bei der zuvor beschriebenen Endlage des Leitblechs 10 ist der Durchtritt dem Dichtelement 15 vorgelagert, wodurch sich ein Austritt des Hydraulikfluids, verbunden mit einer Druckniveausenkung innerhalb des Druckraums 12 einstellt. Das in eine Aufnahme 27 der Rückwand 6 des Flügelrades 4 eingepresste Einlegeteil 5 kann abweichend zu der Darstellung gemäß Fig. 2 auch mehrteilig, insbesondere zweiteilig aufgebaut sein. Ein rohrförmiges Innenteil kann dazu mit einem die Ringnut 14 einschließenden Außenteil kombiniert werden. Um bei einem Ausfall des Aktors oder der Druckmittelversorgung zur Betätigung des Leitblechs 10 die Funktion der Kühlmittelpumpe 1 zu gewährleisten, ist eine Failsafe-Einrichtung 23 vorgesehen. Dazu ist ein Federmittel 26, insbesondere eine Druckfeder, zwischen einem endseitigen Kragen 24 der Buchse 13 und einem Anschlag 25 des Einlegeteils 5 innerhalb der Ringnut 14 eingesetzt, die das Leitblech 10 in Richtung der Rückwand 6 und damit dem Druckmittelstrom entgegen kraftbeaufschlagt. Die Failsafe-Einrichtung 23 bewirkt, dass sich bei einem Druckabfall innerhalb des Druckraums 12 das Leitblech 10 selbsttätig in Pfeilrichtung bis zu einer Anlage an der Rückwand 12 verschiebt, wodurch sich eine maximale Öffnung des Flügelrades 4 einstellt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kühlmittelpumpe
    2
    Pumpengehäuse
    3
    Pumpenwelle
    4
    Flügelrad
    5
    Einlegeteil
    6
    Rückwand
    7
    Flügel
    8
    Pumpendeckel
    9
    Sauganschluss
    10
    Leitblech
    11
    Druckmittelzuführung
    12
    Druckraum
    13
    Buchse
    14
    Ringnut
    15
    Dichtelement
    16
    Umlaufnut
    17
    Bord
    18
    Ringspalt
    19
    Dichtung
    20
    Nut
    21
    Öffnung
    22
    Durchtritt
    23
    Failsafe-Einrichtung
    24
    Kragen
    25
    Anschlag
    26
    Federmittel
    27
    Aufnahme

Claims (9)

  1. Regelbare Kühlmittelpumpe (1) einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (2), in dem eine Pumpenwelle (3) mit zugehörigem Flügelrad (4) drehbar gelagert ist, das ein Kühlmittel über einen Sauganschluss (9) in einen Druck- oder Spiralkanal der Kühlmittelpumpe (1) fördert, wobei ein Volumenstrom der Kühlmittelpumpe (1) mittels eines das Flügelrad (4) zumindest bereichsweise außenseitig umschließenden und hydraulisch verstellbaren Leitblechs (10) beeinflusst werden kann, wobei das Leitblech (10) drehstarr mit dem Flügelrad (4) verbunden zwischen zwei Endstellungen stufenlos axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitblech (10) mit einer zylindrischen Buchse (13) beidseitig spielbehaftet in eine Ringnut (14) des Flügelrades (4) oder eines von dem Flügelrad (4) umschlossenen Einlegeteils (5) abgedichtet geführt ist und das Leitblech (10) gemeinsam mit der Pumpenwelle (3) und dem Einlegeteil (5) einen Druckraum (12) begrenzen, der zur Verstellung des Leitblechs (10) von dem Druckmittel beaufschlagt wird.
  2. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum, abhängig von der Stellung des Leitbleches (10), durch das Leitblech (10) gemeinsam mit der Pumpenwelle (3), dem Einlegeteil (5) und dem Flügelrad (4) begrenzt wird.
  3. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein einteilig oder mehrteilig aufgebautes Einlegeteil (5) aus Kunststoff, Metall oder einem Stahlwerkstoff stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig in einer Aufnahme (27) des Flügelrades (4) eingesetzt ist.
  4. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung des Druckraums (12) ein in der Ringnut (14) des ortsfesten Einlegeteils (5) oder des Flügelrades (4) lagefixiertes Dichtelement (15) vorgesehen ist, das kraftschlüssig innenseitig an der Buchse (13) des Leitblechs (10) abgestützt ist.
  5. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur axialen Verstellung des Leitblechs (10) das Druckmittel über eine als Längsbohrung der Pumpenwelle (3) ausgeführte Druckmittelzuführung (11) in den Druckraum (12) einströmt.
  6. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Endlage des Leitblechs (10) über zumindest einen radialen Durchtritt (22) in der Buchse (13) ein Druckniveau innerhalb des Druckraums (12) reduziert werden kann.
  7. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer abgewinkelter Bord (17) des Leitblechs (10) eine Außenkontur einer Rückwand (6) des Flügelrades (4) unter Einhaltung eines Ringspaltes (18) spielbehaftet umgreift.
  8. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einer radial ausgerichteten Nut (20) der Außenkontur von der Flügelrad-Rückwand (6) eingesetzte Dichtung (19) kraftschlüssig an dem Bord (17) des Leitblechs (10) abgestützt ist.
  9. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausfallsicherung die Buchse (13) des Leitblechs (10) mit einer als Federmittel (26) ausgebildeten, in der Ringnut (14) des Einlegeteils (5) oder des Flügelrades (4) eingesetzten Failsafe-Einrichtung (23) zusammenwirkt.
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