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DE102006041687A1 - Coolant pump for cooling circuit of internal combustion engine, has planetary gear arranged between pump shaft and belt drive, where planetary gear has internal gear which is connected with drive wheel of belt drive in fixed manner - Google Patents

Coolant pump for cooling circuit of internal combustion engine, has planetary gear arranged between pump shaft and belt drive, where planetary gear has internal gear which is connected with drive wheel of belt drive in fixed manner Download PDF

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Publication number
DE102006041687A1
DE102006041687A1 DE102006041687A DE102006041687A DE102006041687A1 DE 102006041687 A1 DE102006041687 A1 DE 102006041687A1 DE 102006041687 A DE102006041687 A DE 102006041687A DE 102006041687 A DE102006041687 A DE 102006041687A DE 102006041687 A1 DE102006041687 A1 DE 102006041687A1
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DE
Germany
Prior art keywords
planetary gear
coolant pump
pump according
gear
drive motor
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Withdrawn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
DE102006041687A
Other languages
German (de)
Inventor
Franz Lukas
Hendrik Schramm
Dirk Schöneberg
Markus STÖRMER
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.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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 Audi AG filed Critical Audi AG
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Publication of DE102006041687A1 publication Critical patent/DE102006041687A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The pump (1) has a pump shaft (4) connected with an impeller in a fixed manner, where the shaft is connected with a crankshaft of an internal combustion engine by using a continuous belt drive. A planetary gear (5) is arranged between the shaft and the drive. The planetary gear has an internal gear (7) which is connected with a drive wheel of the drive in a fixed manner. The planetary gear is coupled with an electrical driving motor (11). The motor drives a sun wheel (8) or a planet wheel carrier (9) of the planetary gear. A self-locking transmission is arranged between the motor and the gear.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a coolant pump for a Cooling circuit an internal combustion engine according to the preamble of the claim 1.

Die meisten mechanischen Kühlmittelpumpen für Kühlkreisläufe von Kraftfahrzeug-Verbrennungskraftmaschinen werden heute über einen Umschlingungstrieb von der Kurbelwelle angetrieben. Die direkte Kopplung der Drehzahl des Pumpenrades an die Drehzahl der Kurbelwelle bedeutet, dass diese Kühlmittelpumpen eine lineare Kennlinie besitzen. Mit anderen Worten nimmt die Fördermenge dieser Kühlmittelpumpen proportional zur Drehzahl der Kurbelwelle zu bzw. ab.The most mechanical coolant pumps for cooling circuits of Automotive internal combustion engines will be over today a belt drive driven by the crankshaft. The direct Coupling of the speed of the impeller to the speed of the crankshaft means that these coolant pumps have a linear characteristic. In other words, the flow rate decreases Coolant pumps proportional to the speed of the crankshaft to or from.

Zur Verbesserung des Thermomanagements des Kühlkreislaufs einer Kraftfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine wäre es allerdings von Vorteil, die direkte Kopplung zwischen der Fördermenge der Kühlmittelpumpe und der Drehzahl der Kurbelwelle aufzuheben. Auf diese Weise wäre es beispielsweise möglich, bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine den Durchfluss des Kühlmittels durch dieselbe vorübergehend zu unterbrechen, um die Warmlaufphase zu verkürzen. Außerdem wäre es in einigen Betriebszuständen möglich, die Fördermenge der Kühlmittelpumpe ohne die Gefahr einer Überhitzung der Verbrennungskraftmaschine zu verringern, wodurch sich infolge einer Reduzierung der von der Kühlmittelpumpe aufgenommenen Leistung eine Kraftstoffeinsparung erzielen lässt.to Improvement of the thermal management of the cooling circuit of a motor vehicle internal combustion engine would it be However, an advantage, the direct coupling between the flow rate of Coolant pump and cancel the speed of the crankshaft. That way it would be, for example possible, at a cold start of the internal combustion engine, the flow of the coolant the same temporarily to interrupt, to shorten the warm-up phase. In addition, it would be possible in some operating conditions, the output the coolant pump without the risk of overheating reduce the internal combustion engine, resulting in a reduction of the coolant pump absorbed power can achieve fuel savings.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kühlmittelpumpe der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sich verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Drehzahl der Kurbelwelle und der Drehzahl der Pumpenwelle einstellen lassen.outgoing This is the object of the invention, a coolant pump of the type mentioned above to improve that different ratios between Adjust the speed of the crankshaft and the speed of the pump shaft to let.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Planetengetriebe zwischen dem Umschlingungstrieb und einer das Pumpenrad treibenden Pumpenwelle angeordnet wird.These Task is inventively characterized solved, that a planetary gear between the belt drive and a the impeller driving pump shaft is arranged.

Die erfindungsgemäße Kühlwasserpumpe hat den Vorteil, dass sie mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine variable Regelung der Pumpendrehzahl ermöglicht, ohne dass auf einen Antrieb der Kühlmittelpumpe durch die Verbrennungskraftmaschine verzichtet werden muss. Durch eine geeignete Verschaltung des Planetengetriebes gelingt es, die Kennlinie der Kühlmittelpumpe an die jeweilige Lastsituation der Verbrennungskraftmaschine anzupassen. Durch die Anordnung des Planetengetriebes zwischen der Pumpenwelle und dem Umschlingungstrieb kann darüber hinaus vorhandener Bauraum gut ausgenutzt und eine konstruktive Veränderung vorhandener Komponenten weitgehend vermieden werden.The inventive cooling water pump has the advantage that they are relatively low Effort allows a variable control of the pump speed, without relying on a drive of the coolant pump by the internal combustion engine must be waived. By a suitable interconnection of the planetary gear manages the characteristic curve of the coolant pump adapt to the respective load situation of the internal combustion engine. By the arrangement of the planetary gear between the pump shaft and the belt drive can also be available space well utilized and a constructive change of existing components be largely avoided.

Obwohl es bereits mit einem ausschließlich von der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Planetengetriebe möglich ist, zwischen zwei verschiedenen Übersetzungen umzuschalten und darüber hinaus die Kühlmittelpumpe bei laufender Verbrennungskraftmaschine vollständig abzuschalten, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Planetengetriebe mit einem elektrischen Antriebsmotor koppelbar ist, wodurch sich die Anzahl der Übertragungsfunktionen, d.h. der Übersetzungsverhältnisse zwischen der Drehzahl der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und der Drehzahl der Pumpenwelle bzw. des Pumpenrades der Kühlmittelpumpe weiter steigern lässt und sich insbesondere auch bei abgestellter Verbrennungskraftmaschine ein Kühlmittelstrom durch die Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt.Even though it already with an exclusively of the internal combustion engine driven planetary gear is possible between two different translations switch over and over In addition, the coolant pump completely shut down when the internal combustion engine is running, sees one preferred embodiment of the invention that the planetary gear can be coupled with an electric drive motor, resulting in the number of transfer functions, i.e. the gear ratios between the rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine and the speed of the pump shaft and the impeller of the coolant pump further increase and in particular even when turned off internal combustion engine a coolant flow can be realized by the internal combustion engine.

Eine besonders große Variabilität der Übersetzungsverhältnisse ist möglich, wenn es sich bei dem elektrischen Antriebsmotor um einen Motor mit regelbarer Betriebsdrehzahl handelt. In diesem Fall kann zum einen bei abgestellter Verbrennungskraftmaschine die Drehzahl der Kühlmittelpumpe variiert werden und zum anderen im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine innerhalb einer gewissen Bandbreite bedarfsabhängig eine beliebige erhöhte oder reduzierte Drehzahl der Kühlmittelpumpe eingestellt werden.A especially big variability the gear ratios is possible, if the electric drive motor is a controllable motor Operating speed is. In this case, on the one hand off Internal combustion engine, the speed of the coolant pump can be varied and second, in the operation of the internal combustion engine within a certain bandwidth depending on demand any increased or reduced Speed of the coolant pump be set.

Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe ermöglicht damit trotz des mechanischen Antriebs eine stufenlose Regelung der Drehzahl des Pumpenrades, d.h. bei jeder Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ist grundsätzlich nahezu jede Drehzahl des Pumpenrades der Kühlmittelpumpe möglich.The Coolant pump according to the invention allows Thus, despite the mechanical drive a stepless control of Speed of the impeller, i. at any speed of the internal combustion engine is basically Almost every speed of the impeller of the coolant pump possible.

Da sich das Übersetzungsverhältnis eines Planetengetriebes in einfacher Weise durch Blockierung von einem der rotierenden Teile verändern lässt, wobei zweckmäßig das vom elektrischen Antriebsmotor getriebene Teil blockiert wird, sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, als elektrischen Antriebsmotor einen Motor mit Haltefunktion im Stillstand, d.h. einem hohen Gegendrehmoment im Stillstand, zu verwenden, dessen Abtriebswelle drehfest oder über ein Getriebe mit dem zu blockierenden Teil des Planetengetriebes verbunden ist. Als Alternative kann jedoch auch ein selbst hemmendes Getriebe zwischen der Abtriebswelle des elektrischen Antriebsmotors und dem zu blockierenden Teil des Planetengetriebes angeordnet werden. Als weitere Alternative kann das Planetengetriebe eine schaltbare Kupplung oder eine andere Blockiereinrichtung umfassen, mit der sich der gewünschte Teil des Planetengetriebes blockieren lässt. Diese schaltbare Kupplung oder Blockiereinrichtung ist vorzugsweise elektrisch betätigbar, wobei sie bei einer Unterbrechung der Stromzufuhr vorteilhaft einen Kupplungszustand einnimmt, in dem die Pumpenwelle vom Umschlingungstrieb angetrieben wird.Since the transmission ratio of a planetary gear can be changed in a simple manner by blocking one of the rotating parts, wherein suitably the driven by the electric drive motor part is blocked, provides a further preferred embodiment of the invention, as an electric drive motor, a motor with holding function at a standstill, ie a high counter torque at standstill, to use, the output shaft is rotationally fixed or connected via a gear with the part to be blocked of the planetary gear. As an alternative, however, a self-locking gear between the output shaft of the electric drive motor and the part to be blocked of the planetary gear can be arranged. As a further alternative, the planetary gear may comprise a switchable clutch or other blocking device with which the desired part of the planetary gear can be blocked. This switchable coupling or blocking device is preferably electrically actuated, wherein it advantageously assumes a coupling state in an interruption of the power supply, in which the pump shaft is driven by the belt drive.

Vorteilhaft treibt der elektrische Antriebsmotor entweder das Sonnenrad oder den Planetenträger des Planetengetriebes, während das Hohlrad des Planetengetriebes zweckmäßig drehfest mit einem Antriebsrad des Umschlingungstriebs verbunden ist und vorzugsweise auf seinem äußeren Umfang mit Mitteln für den Eingriff eines Zugmittels des Umschlingungstriebs versehen ist. Durch die Integration des Hohlrades und des Antriebsrades des Umschlingungstriebs zu einem Bauteil lässt sich der Aufbau des Planetengetriebes vereinfachen und die Anzahl der benötigten Teile reduzieren.Advantageous drives the electric drive motor either the sun or the planet carrier of the planetary gear while the ring gear of the planetary gear suitably rotatably with a drive wheel the belt drive is connected and preferably on its outer periphery with funds for the engagement of a traction means of the belt drive is provided. Through the integration of the ring gear and the drive wheel of the belt drive to a component leaves To simplify the structure of the planetary gear and the number of required Reduce parts.

Eine erste alternative Ausgestaltung sieht dabei vor, dass der elektrische Antriebsmotor das Sonnenrad des Planetengetriebes treibt, dessen Planetenträger in diesem Fall zweckmäßig drehfest mit der Pumpenwelle verbunden ist. Bei einer zweiten alternativen Ausgestaltung kann der elektrische Antriebsmotor jedoch auch den Planetenträger des Planetengetriebes treiben, dessen Sonnenrad in diesem Fall zweckmäßig drehfest mit der Pumpenwelle verbunden ist.A first alternative embodiment provides that the electric Drive motor drives the sun gear of the planetary gear, whose planet carrier in this case appropriate rotation connected to the pump shaft. In a second alternative Design, however, the electric drive motor and the planet carrier to drive the planetary gear, the sun gear in this case appropriate rotation connected to the pump shaft.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:in the The following is the invention with reference to an illustrated in the drawing embodiment explained in more detail. It demonstrate:

1: eine schematische Darstellung eines der Kühlmittelpumpe einer Kraftfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine vorgeschalteten Planetengetriebes; 1 : a schematic representation of a coolant pump of a motor vehicle internal combustion engine upstream planetary gear;

2: eine graphische Darstellung der Drehzahl eines Pumpenrades der Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit von der Kurbelwellendrehzahl der Verbrennungskraftmaschine; 2 a graph of the rotational speed of a pump impeller of the coolant pump in dependence on the crankshaft speed of the internal combustion engine;

3: eine schematische Darstellung einer Abwandlung des Planetengetriebes; 3 : a schematic representation of a modification of the planetary gear;

4: eine schematische Darstellung einer anderen Abwandlung des Planetengetriebes; 4 a schematic representation of another modification of the planetary gear;

5: eine schematische Darstellung einer weiteren Abwandlung des Planetengetriebes; 5 : a schematic representation of a further modification of the planetary gear;

6: eine perspektivische Ansicht einer an einer Kraftfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine angebauten Kühlmittelpumpe mit einer noch anderen Abwandlung des Planetengetriebes; 6 a perspective view of a mounted on a motor vehicle internal combustion engine coolant pump with still another modification of the planetary gear;

7: eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Planetengetriebes aus 6. 7 : An enlarged perspective view of the planetary gear 6 ,

Die in der Zeichnung dargestellten Kühlmittelpumpen 1 für einen Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine bestehen im Wesentlichen aus einem Pumpengehäuse 2, einem innerhalb des Pumpengehäuses 2 drehbaren Pumpenrad 3, sowie einer das Pumpenrad 3 treibenden und drehfest mit dem Pumpenrad 3 verbundenen Pumpenwelle 4, die von der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine über einen Umschlingungstrieb (nicht dargestellt) und über ein außerhalb des Pumpengehäuses 2 angeordnetes Planetengetriebe 5 angetrieben wird und innerhalb des Planetengetriebes 5 in einem Drehlager 6 gelagert ist, wie am besten in den 1 und 6 dargestellt.The coolant pumps shown in the drawing 1 for a cooling circuit of an internal combustion engine essentially consist of a pump housing 2 , one inside the pump housing 2 rotatable impeller 3 , as well as the impeller 3 driving and rotationally fixed with the impeller 3 connected pump shaft 4 from the crankshaft of the internal combustion engine via a belt drive (not shown) and via an outside of the pump housing 2 arranged planetary gear 5 is driven and within the planetary gear 5 in a pivot bearing 6 is stored as best in the 1 and 6 shown.

Das Planetengetriebe 5 umfasst in bekannter Weise ein Hohlrad 7, ein Sonnenrad 8, einen Planetenträger 9 und eine Mehrzahl von Planetenrädern 10 und ist darüber hinaus noch mit einem Elektromotor 11 sowie bei den in den 1 und 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen mit einer Kupplung 12 und einem Gehäuse 13 ausgestattet. Bei diesen zuletzt genannten Ausführungsbeispielen wird das Hohlrad 7 von einem topfförmigen Antriebsrad des Umschlingungstriebs gebildet. Der Umschlingungstrieb ist hier als Keilriementrieb ausgebildet, so dass das Antriebs- bzw. Hohlrad 7 auf seinem äußeren Umfang mit umlaufenden Nuten 14 für die Keilriemen versehen ist. Auf seinem inneren Umfang weist das Antriebs- bzw. Hohlrad 7 eine Verzahnung auf, die bei 15 mit einer komplementären Verzahnung der Planetenräder 10 kämmt. Der Planetenträger 9 ist drehfest mit der Pumpenwelle 4 verbunden, so dass sich die Pumpenwelle 4 stets mit der Drehzahl des Planetenträgers 9 dreht. Der Elektromotor 11 trägt auf seiner Abtriebswelle 16 ein Ritzel 17, dessen Verzahnung bei 18 mit einer Verzahnung des Sonnenrades 8 kämmt, so dass das Sonnenrad 8 bei Bedarf mittels des Elektromotors 11 angetrieben werden kann, wenn die Kupplung 12 geöffnet und das Sonnenrad 8 in Bezug zum Gehäuse 13 des Planetengetriebes 5 frei drehbar ist. Der Elektromotor 11 kann entweder ein Elektromotor mit Vollastauslegung sein, bei dem sich bei Stromzufuhr ein definierter Betriebspunkt einstellt, oder ein Elektromotor mit regelbarer Drehzahl. Entsprechend der Auslegung des Elektromotors 11 kann das Sonnenrad 8 von diesem ent weder mit einer vorgegebenen, im Wesentlichen konstanten Drehzahl oder mit unterschiedlichen bedarfsabhängig einstellbaren Drehzahlen angetrieben werden. Die Kupplung 12 kann geschlossen werden, um das Sonnenrad 8 axial auf der Pumpenwelle 4 zu verschieben und es dadurch in Bezug zum Gehäuse 13 zu blockieren. Zur Betätigung der Kupplung 12 umfasst das Planetengetriebe 5 eine Magnetspule 19, deren Magnetanker 20 über ein Stellglied 21 auf das Sonnenrad 8 einwirkt.The planetary gear 5 comprises a ring gear in a known manner 7 , a sun wheel 8th , a planet carrier 9 and a plurality of planetary gears 10 and is also still with an electric motor 11 as well as in the in the 1 and 3 to 5 illustrated embodiments with a coupling 12 and a housing 13 fitted. In these last-mentioned embodiments, the ring gear 7 formed by a cup-shaped drive wheel of the belt drive. The belt drive is designed here as a V-belt drive, so that the drive or ring gear 7 on its outer circumference with circumferential grooves 14 is provided for the V-belt. On its inner circumference has the drive or ring gear 7 a gearing on that at 15 with a complementary toothing of the planet gears 10 combs. The planet carrier 9 is non-rotatable with the pump shaft 4 connected so that the pump shaft 4 always with the speed of the planet carrier 9 rotates. The electric motor 11 carries on its output shaft 16 a pinion 17 whose interlocking with 18 with a toothing of the sun wheel 8th combs so that the sun gear 8th if necessary by means of the electric motor 11 can be driven when the clutch 12 opened and the sun wheel 8th in relation to the housing 13 of the planetary gear 5 is freely rotatable. The electric motor 11 can either be an electric motor with full load design, which adjusts itself when power supply a defined operating point, or an electric motor with variable speed. According to the design of the electric motor 11 can the sun wheel 8th be driven by this ent neither with a predetermined, substantially constant speed or with different demand-dependent adjustable speeds. The coupling 12 can be closed to the sun gear 8th axially on the pump shaft 4 to move it and thereby in relation to the housing 13 to block. For actuating the clutch 12 includes the planetary gear 5 a magnetic coil 19 , their armature 20 via an actuator 21 on the sun wheel 8th acts.

Mit dieser Anordnung können insgesamt vier verschiedene Übertragungsfunktionen zwischen dem Antriebsrad des Riementriebs bzw. dem Hohlrad 7 und der Pumpenwelle 4 eingestellt werden:
Wenn der Magnetspule 19 Strom zugeführt wird, um die Kupplung 12 zu schließen, wird das Sonnenrad 8 in Bezug zum Gehäuse 13 des Planetengetriebes 5 blockiert. Die Planetenräder 10 werden dann vom rotierenden Antriebsrad bzw. dem drehfest mit diesem verbundenen Hohlrad 7 über den Zahneingriff bei 15 angetrieben und laufen um das feststehende Sonnenrad 8 um, wodurch sich der Planetenträger 9 und damit die Pumpenwelle 4 entsprechend dem Übersetzungsverhältnis zwischen den Verzahnungen des Hohlrades 7 und der Planetenräder 10 dreht. In diesem Zustand ist in der Darstellung in 2 die auf der Ordinate aufgetragene Drehzahl nKP der Kühlmittelpumpe 1 entsprechend der Kurve I proportional zu der auf der Abszisse aufgetragenen Drehzahl nKW der Kurbelwelle.With this arrangement, a total of four different transfer functions between the drive wheel of the belt drive or the ring gear 7 and the pump shaft 4 be set:
When the solenoid 19 Power is supplied to the clutch 12 to close, becomes the sun wheel 8th in relation to the housing 13 of the planetary gear 5 blocked. The planet wheels 10 are then from the rotating drive wheel or rotatably connected to this ring gear 7 on the tooth mesh 15 driven and run around the fixed sun gear 8th around, causing the planet carrier 9 and with it the pump shaft 4 according to the transmission ratio between the teeth of the ring gear 7 and the planet wheels 10 rotates. In this state is in the illustration in 2 the speed n KP of the coolant pump, which is plotted on the ordinate 1 according to the curve I proportional to the plotted on the abscissa speed n KW of the crankshaft.

Wenn die Stromzufuhr zur Magnetspule 19 ausgehend von diesem Zustand abgestellt und damit die Kupplung 12 geöffnet wird, kann sich das Sonnenrad 8 in Bezug zum Gehäuse 13 des Planetengetriebes 5 frei drehen. Wenn dem Elektromotor 11 in diesem Zustand kein Strom zugeführt wird, wird das bei 18 mit dem Sonnenrad 8 kämmende Ritzel 17 auf seiner Abtriebswelle 16 vom Sonnenrad 8 mitgedreht. Da sich das Sonnenrad 8 in Bezug zum Gehäuse 13 frei drehen kann, während der Drehung der Pumpenwelle 4 aufgrund des vom Kühlmittel durchströmten Pumpenrades 3 ein Widerstand entgegengesetzt wird, wird die Drehung der Planetenräder 10 in eine Drehung des Sonnerades 8 umgesetzt, während der Planetenträger 9 und die Pumpenwelle 4 stehen bleiben. Entsprechend der Kurve II in der Darstellung aus 2 ist die Drehzahl der Pumpenwelle 4 in diesem Zustand Null.When the power supply to the solenoid 19 starting from this condition and thus the clutch 12 open, the sun wheel can 8th in relation to the housing 13 of the planetary gear 5 rotate freely. When the electric motor 11 In this state, no power is supplied, this is at 18 with the sun wheel 8th combing pinions 17 on its output shaft 16 from the sun wheel 8th rotated. Because the sun wheel 8th in relation to the housing 13 can rotate freely during the rotation of the pump shaft 4 due to the pump flowed through by the coolant 3 a resistance is opposed, the rotation of the planet gears 10 in a rotation of the sunbathing wheel 8th implemented while the planet carrier 9 and the pump shaft 4 stay standing. Corresponding to the curve II in the illustration 2 is the speed of the pump shaft 4 zero in this state.

Diese Betriebsweise kann zum Beispiel nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine genutzt werden, um durch Reduzierung der hydraulischen Reibung des Kühlmit tels in der Verbrennungskraftmaschine eine Kraftstoffeinsparung zu erzielen bzw. die Warmlaufphase zur Reduzierung der Schadstoffemissionen zu verkürzen.These Operation may, for example, after a cold start of the internal combustion engine be used to reduce the hydraulic friction of the Coolants in the internal combustion engine to achieve fuel savings to shorten the warm-up phase to reduce pollutant emissions.

Wenn dem Elektromotor 11 ausgehend von diesem Zustand Strom zugeführt wird, um das Sonnenrad 8 mit gleicher Drehrichtung wie das Antriebsrad bzw. das Hohlrad 7 anzutreiben, wird die Drehgeschwindigkeit der einzelnen Planetenräder 10 reduziert, während sich die Drehzahl des Planetenträgers 9 und damit die Drehzahl der Pumpenwelle 4 erhöht. Wenn es sich bei dem Elektromotor 11 um einen Elektromotor mit Vollastauslegung handelt, dessen Abtriebswelle 16 sich mit einer definierten Drehzahl dreht, wird sich die Pumpenwelle 4 entsprechend der Kurve III in 2 mit einer zur Drehzahl der Kurbelwelle proportionalen Drehzahl drehen, die jedoch um ein konstantes Maß höher als die Drehzahl der Kurve I ist. Wenn es sich bei dem Elektromotor 11 um einen Elektromotor mit regelbarer Drehzahl handelt, kann durch Veränderung der Drehzahl des Elektromotors 11 die Kurve III innerhalb einer bestimmten Bandbreite B verändert werden.When the electric motor 11 Starting from this state, power is supplied to the sun gear 8th with the same direction of rotation as the drive wheel or the ring gear 7 To drive, the rotational speed of each planet gears 10 reduced while the speed of the planet carrier 9 and thus the speed of the pump shaft 4 elevated. If it is the electric motor 11 is an electric motor with full load design, whose output shaft 16 rotates at a defined speed, the pump shaft 4 in accordance with the curve III in 2 rotate at a speed proportional to the speed of the crankshaft speed, however, which is higher than the speed of the curve I by a constant amount. If it is the electric motor 11 is an electric motor with variable speed, can by changing the speed of the electric motor 11 the curve III can be changed within a certain bandwidth B.

Diese Betriebsweise kann zum Beispiel gewählt werden, um bei hohen Außentemperaturen und geringer Kurbelwellendrehzahl nKW die Fördermenge der Kühlmittelpumpe 1 zu erhöhen.This mode of operation can be selected, for example, in order to be able to control the flow rate of the coolant pump at high outside temperatures and low crankshaft speed n KW 1 to increase.

Wenn die Verbrennungskraftmaschine ausgehend von diesem Zustand angehalten wird und damit der Umschlingungstrieb und das Antriebsrad bzw. das Hohlrad 7 zum Stillstand kommt, wird das Sonnenrad 9 weiter vom Elektromotor 11 angetrieben. Wenn es sich bei diesem um einen Elektromotor mit Vollastauslegung handelt, dessen Abtriebswelle 16 sich im Wesentlichen mit einer definierten Drehzahl dreht, wird der Planetenträger 9 und damit die Pumpenwelle 4 über das Ritzel 17, das bei 18 mit dem Ritzel 17 gepaarte Sonnenrad 8 und die bei 22 mit dem Sonnenrad 8 gepaarten Planetenräder 10 ebenfalls mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl angetrieben, wobei das Verhältnis zwischen der Drehzahl des Elektromotors 11 und der Pumpenwelle 4 dem Übersetzungsverhältnis zwischen dem Ritzel 17 und dem Sonnenrad 8 sowie dem Übersetzungsverhältnis zwischen dem Sonnenrad 8 und den Planetenrädern 10 entspricht. Wenn es sich bei dem Elektromotor 11 hingegen um einen Elektromotor mit regelbarer Drehzahl handelt, kann die Pumpenwelle 4 entsprechend der Kurve IV in 2 mit einer zur Drehzahl des Elektromotors 11 proportionalen veränderlichen Drehzahl angetrieben werden.When the internal combustion engine is stopped from this state, and thus the belt drive and the drive wheel or the ring gear 7 comes to a standstill, the sun wheel 9 further from the electric motor 11 driven. If this is a full load electric motor, its output shaft 16 turns essentially at a defined speed, the planet carrier 9 and with it the pump shaft 4 over the pinion 17 that at 18 with the pinion 17 paired sun gear 8th and at 22 with the sun wheel 8th paired planet wheels 10 also driven at a substantially constant speed, wherein the ratio between the speed of the electric motor 11 and the pump shaft 4 the gear ratio between the pinion 17 and the sun wheel 8th as well as the gear ratio between the sun gear 8th and the planet wheels 10 equivalent. If it is the electric motor 11 however, is an electric motor with variable speed, the pump shaft 4 in accordance with the curve IV in 2 with a speed of the electric motor 11 be driven proportional variable speed.

Diese letztere Betriebsweise kann zum Beispiel nach dem Abstellen der Verbrennungskraftmaschine bei kalten Außentemperaturen gewählt werden, um ohne zusätzlichen Kraftstoffverbrauch aus der heißen Verbrennungskraftmaschine Wärme zur Beheizung der Fahrgastzelle zu gewinnen.These the latter mode of operation can, for example, after switching off the Internal combustion engine to be selected in cold outside temperatures, around without additional fuel consumption from the hot Internal combustion engine heat to win the heating of the passenger compartment.

Um sicherzustellen, dass auch bei einem Ausfall der Stromzufuhr von der Kühlmittelpumpe 1 während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine immer Kühlmittel durch die letztere hindurch gefördert wird, umfasst das in 3 dargestellte Planetengetriebe 5 zusätzlich eine Fail-Safe-Feder 23, welche bei stromloser Magnetspule 19 die Kupplung 12 geschlossen hält und das Sonnenrad 8 in Bezug zum Gehäuse 13 blockiert. Dadurch wird gewährleistet, dass die Pumpenwelle 4 mit einer zur Drehzahl nKW der Kurbelwelle proportionalen Drehzahl angetrieben wird, wie zuvor in Verbindung mit der Kurve I in 2 beschrieben.To ensure that even in case of power failure of the coolant pump 1 During operation of the internal combustion engine, coolant is always conveyed through the latter, this includes in 3 illustrated planetary gear 5 In addition, a fail-safe spring 23 , which in energized solenoid 19 the coupling 12 keeps closed and the sun gear 8th in relation to the housing 13 blocked. This will ensure that the pump shaft 4 is driven at a speed proportional to the speed n KW of the crankshaft, as previously in connection with the curve I in 2 described.

Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird an Stelle eines konventionellen Elektromotors 11 ein Elektromotor 24 mit Haltefunktion im Stillstand eingesetzt, der in abgeschaltetem Zustand ein großes Gegen- oder Haltedrehmoment aufweist, um bei stromlosem Elektromotor 24 für eine Blockierung des Sonnenrades 8 zu sorgen, wodurch bei gleicher Funktionalität die Kupplung 12 entbehrlich wird.At the in 4 illustrated embodiment is in place of a conventional electric motor 11 an electric motor 24 with hold function in Used standstill, which has a large counter or holding torque when switched off to powerless electric motor 24 for a blockage of the sun gear 8th to ensure, with the same functionality, the clutch 12 becomes unnecessary.

Entsprechendes gilt auch für das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel, bei dem der Elektromotor 11 das Sonnenrad 8 über einen selbsthemmenden Schneckentrieb 25 treibt, um bei stromlosem Elektromotor 11 ebenfalls für eine Blockierung des Sonnenrades 8 zu sorgen.The same applies to the in 5 illustrated embodiment, in which the electric motor 11 the sun wheel 8th via a self-locking worm drive 25 drives to powerless electric motor 11 also for a blockage of the sun wheel 8th to care.

Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist bei den Ausführungsbeispielen in den 6 und 7 die Abtriebswelle 16 des Elektromotors 11 nicht über eine Verzahnung oder ein Getriebe mit dem Sonnenrad 8 gekoppelt, sondern drehfest mit dem Planetenträger 9 verbunden, während umgekehrt die Pumpenwelle 4 drehfest mit dem Sonnenrad 8 statt mit dem Planetenträger 9 verbunden ist. Außerdem wird dort der Umschlingungstrieb von einem Zahnriementrieb statt von einem Keilriementrieb gebildet, so dass das Antriebsrad auf seinem äußeren Umfang statt mit Nuten mit einer Verzahnung 26 für den Eingriff eines Zahnriemens des Zahnriementriebs versehen ist. Jedoch ist das Antriebsrad wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen drehfest mit dem Hohlrad 7 des Planetengetriebes 5 verbunden und über ein als Rollenlager ausgebildetes Drehlager 6 drehbar auf der Pumpenwelle 4 gelagert. Um den Planetenträger 9 axial auf der Pumpenwelle 4 zu sichern, ist deren motorseitiges Stirnende mit einem Sicherungsring 27 versehen. Die drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträger 9 und der Abtriebswelle 16 des Elektromotors 11 wird durch einen Formschluss zwischen einem über den Planetenträger 9 überstehenden Wellenstumpf 28 und der als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 16 erzielt.In contrast to the embodiments described above is in the embodiments in the 6 and 7 the output shaft 16 of the electric motor 11 not about a gearing or a gear with the sun gear 8th coupled, but rotatably with the planet carrier 9 connected while reversed the pump shaft 4 rotatably with the sun gear 8th instead of the planet carrier 9 connected is. In addition, there is formed the Umschlingungstrieb of a toothed belt drive instead of a V-belt drive, so that the drive wheel on its outer periphery instead of grooves with a toothing 26 provided for the engagement of a toothed belt of the toothed belt drive. However, the drive wheel as in the embodiments described above is non-rotatable with the ring gear 7 of the planetary gear 5 connected and designed as a roller bearing pivot bearing 6 rotatable on the pump shaft 4 stored. To the planet carrier 9 axially on the pump shaft 4 to secure, their motor-side front end with a locking ring 27 Mistake. The non-rotatable connection between the planet carrier 9 and the output shaft 16 of the electric motor 11 is due to a positive connection between one on the planet carrier 9 protruding stub shaft 28 and the output shaft designed as a hollow shaft 16 achieved.

Wenn ein Elektromotor 11 mit Haltefunktion im Stillstand verwendet wird, der in abgeschaltetem Zustand ein großes Gegen- oder Haltedrehmoment aufweist, wie der Motor 24 aus 4, so dass sich der Planetenträger 9 durch Abschalten des Elektromotors 11 blockieren lässt, oder wenn alternativ zwischen dem Planetenträger 9 und einem Gehäuse 29 oder einer Tragkonsole 30 des Elektromotors 11 eine Blockiereinrichtung (nicht dargestellt) angeordnet ist, die sich zum Blockieren des Planetenträgers 9 gesteuert betätigen lässt, kann die Drehzahl des Planetenträgers 9 auf Null reduziert werden. in diesem Zustand ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Hohlrad 7 und der Pumpenwelle 4 maximal, so dass sich diese letztere in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle nKW maximaler Drehzahl nKP dreht.If an electric motor 11 is used with holding function at a standstill, which has a large counter or holding torque when switched off, as the engine 24 out 4 so that the planet carrier 9 by switching off the electric motor 11 block, or alternatively between the planet carrier 9 and a housing 29 or a support bracket 30 of the electric motor 11 a blocking device (not shown) is arranged, which is for blocking the planet carrier 9 can operate controlled, the speed of the planet carrier 9 be reduced to zero. In this state, in this embodiment, the transmission ratio between the ring gear 7 and the pump shaft 4 maximum, so that this latter rotates in dependence on the rotational speed of the crankshaft n KW maximum speed n KP .

Diese Betriebsweise wird bevorzugt in Volllastbetriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine eingestellt, wie zum Beispiel bei Bergfahrt oder Höchstgeschwindigkeitsfahrt, in denen die Motortemperatur belastungsbedingt sehr hoch ist und daher das Kühlmittel mit einem maximalen Volumenstrom durch die Verbrennungskraftmaschine gefördert werden soll.These Operation is preferred in full load operating conditions of Set internal combustion engine, such as when driving uphill or Speed driving, in which the engine temperature is very high due to stress and therefore the coolant with a maximum volume flow through the internal combustion engine promoted shall be.

Auf der anderen Seite kann der Elektromotor 11 und damit der Planetenträger 9 jedoch auch mit einer zur Drehrichtung des Antriebsrades bzw. Hohlrades 7 entgegengesetzten Drehrichtung und einer der Drehzahl des Antriebsrades bzw. Hohlrades 7 entsprechenden Drehzahl angetrieben werden, wodurch es ermöglich wird, die Drehzahl der Pumpenwelle 4 bei laufender Verbrennungskraftmaschine auf Null zu reduzieren. Dazu muss jedoch ein Elektromotor 11 mit Drehzahlregelung verwendet werden.On the other hand, the electric motor 11 and thus the planet carrier 9 but also with a direction of rotation of the drive wheel or ring gear 7 opposite direction of rotation and one of the rotational speed of the drive wheel or ring gear 7 corresponding rotational speed can be driven, whereby it is possible, the speed of the pump shaft 4 to reduce to zero when the internal combustion engine is running. However, this requires an electric motor 11 be used with speed control.

Diese Betriebsweise wird vor allem nach einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine eingestellt, um den Durchfluss des Kühlmittels durch die Verbrennungskraftmaschine vorübergehend zu unterbrechen, kann jedoch darüber hinaus auch im Schiebebetrieb der heißen Verbrennungskraftmaschine bei mittlerer Kurbelwellendrehzahl eingestellt werden.These Operation is mainly after a cold start of the internal combustion engine adjusted to the flow of coolant through the internal combustion engine temporarily but can interrupt it also in overrun operation of the hot combustion engine be set at medium crankshaft speed.

Mit einem drehzahlgeregelten Elektromotor 11 kann darüber hinaus zwischen den beiden oben beschriebenen Extremen eine beliebige, zwischen Null und der Drehzahl des Antriebsrades bzw. Hohlrades 7 liegende Drehzahl des Planetenträgers 9 eingestellt werden, wodurch sich zum Beispiel im normalen Fahrbetrieb die Drehzahl der Pumpen welle 4 und damit die von der Kühlmittelpumpe 1 aufgenommene hydraulische Leistung bzw. der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine ohne die Gefahr einer unzureichenden Kühlung der letzteren um ein gewisses Maß verringern lässt, da die hydraulische Leistung der Kühlmittelpumpe gewöhnlich für Volllastbetriebszustände ausgelegt ist.With a speed-controlled electric motor 11 In addition, between the two extremes described above any, between zero and the rotational speed of the drive wheel or ring gear 7 lying speed of the planet carrier 9 be set, which, for example, in normal driving the speed of the pump shaft 4 and thus the of the coolant pump 1 absorbed hydraulic power or the fuel consumption of the internal combustion engine without the risk of insufficient cooling of the latter can be reduced by a certain extent, since the hydraulic power of the coolant pump is usually designed for full load operating conditions.

11
KühlmittelpumpeCoolant pump
22
Pumpengehäusepump housing
33
Pumpenradimpeller
44
Pumpenwellepump shaft
55
Planetengetriebeplanetary gear
66
Drehlagerpivot bearing
77
Hohlradring gear
88th
Sonnenradsun
99
Planetenträgerplanet carrier
1010
Planetenradplanet
1111
elektrischer Antriebsmotorelectrical drive motor
1212
schaltbare Kupplungswitchable clutch
1313
Getriebegehäusegearbox
1414
KeilriemennutenV-belt grooves
1515
Zahneingriffmeshing
1616
Abtriebswelle Antriebsmotoroutput shaft drive motor
1717
Ritzelpinion
1818
Zahneingriffmeshing
1919
Magnetspulesolenoid
2020
Magnetankerarmature
2121
Stellgliedactuator
2222
Zahneingriffmeshing
2323
Fail-Safe-FederFail-safe spring
2424
Torque-MotorTorque motor
2525
selbsthemmendes Getriebeself-locking transmission
2626
Verzahnunggearing
2727
Sicherungsringcirclip
2828
Wellenstumpfstub shaft
2929
Gehäuse AntriebsmotorHousing drive motor
3030
Tragkonsole Antriebsmotorsupport bracket drive motor

Claims (17)

Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Pumpenrad und einer drehfest mit dem Pumpenrad verbundenen Pumpenwelle, die über einen Umschlingungstrieb mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine verbindbar ist, gekennzeichnet durch ein zwischen der Pumpenwelle (4) und dem Umschlingungstrieb angeordnetes Planetengetriebe (5).Coolant pump for a cooling circuit of an internal combustion engine, having an impeller and a rotatably connected to the impeller pump shaft, which is connectable via a belt drive with the crankshaft of the internal combustion engine, characterized by a between the pump shaft ( 4 ) and the belt drive arranged planetary gear ( 5 ). Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (5) ein Hohlrad (7) aufweist, das drehfest mit einem Antriebsrad des Umschlingungstriebs verbunden ist.Coolant pump according to claim 1, characterized in that the planetary gear ( 5 ) a ring gear ( 7 ), which is non-rotatably connected to a drive wheel of the belt drive. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (7) auf seinem äußeren Umfang mit Mitteln (14, 26) für den Eingriff eines Zugmittels des Umschlingungstriebs versehen ist.Coolant pump according to claim 2, characterized in that the ring gear ( 7 ) on its outer periphery with means ( 14 . 26 ) is provided for the engagement of a traction means of the belt drive. Kühlmittelpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (5) mit einem elektrischen Antriebsmotor (11, 24) koppelbar ist.Coolant pump according to one of the preceding claims, characterized in that the planetary gear ( 5 ) with an electric drive motor ( 11 . 24 ) can be coupled. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (11) ein Motor mit im Wesentlichen konstanter Betriebsdrehzahl ist.Coolant pump according to claim 4, characterized in that the electric drive motor ( 11 ) is an engine at a substantially constant operating speed. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (11) ein Motor mit regelbarer Betriebsdrehzahl ist.Coolant pump according to claim 4, characterized in that the electric drive motor ( 11 ) is an engine with adjustable operating speed. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (24) ein Motor mit Haltefunktion im Stillstand ist.Coolant pump according to one of claims 4 to 6, characterized in that the electric drive motor ( 24 ) is a motor with holding function at a standstill. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (11) ein Sonnenrad (8) oder einen Planetenträger (9) des Planetengetriebes (5) treibt.Coolant pump according to one of claims 4 to 7, characterized in that the electric drive motor ( 11 ) a sun wheel ( 8th ) or a planet carrier ( 9 ) of the planetary gear ( 5 ) drives. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Mittel (12, 19) zum Blockieren des Sonnenrades (8) bzw. des Planetenträgers (9).Coolant pump according to claim 8, characterized by means ( 12 . 19 ) for blocking the sun gear ( 8th ) or the planet carrier ( 9 ). Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem elektrischen Antriebsmotor (11) und dem Planetengetriebe (5) ein selbsthemmendes Getriebe (25) angeordnet ist.Coolant pump according to one of claims 4 to 9, characterized in that between the electric drive motor ( 11 ) and the planetary gear ( 5 ) a self-locking transmission ( 25 ) is arranged. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (11) das Sonnenrad (8) des Planetengetriebes (5) treibt, dessen Planetenträger (9) drehfest mit der Pumpenwelle (4) verbunden ist.Coolant pump according to one of claims 4 to 10, characterized in that the electric drive motor ( 11 ) the sun wheel ( 8th ) of the planetary gear ( 5 ) whose planet carrier ( 9 ) rotatably with the pump shaft ( 4 ) connected is. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtriebswelle (16) des elektrischen Antriebsmotors (11) ein Ritzel (17) trägt, das mit einer Verzahnung des Sonnenrades (8) des Planetengetriebes (5) gepaart ist.Coolant pump according to claim 11, characterized in that an output shaft ( 16 ) of the electric drive motor ( 11 ) a pinion ( 17 ), which with a toothing of the sun gear ( 8th ) of the planetary gear ( 5 ) is paired. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (11) den Planetenträger (9) des Planetengetriebes (5) treibt, dessen Sonnenrad (8) drehfest mit der Pumpenwelle (4) verbunden ist.Coolant pump according to one of claims 4 to 10, characterized in that the electric drive motor ( 11 ) the planet carrier ( 9 ) of the planetary gear ( 5 ) whose sun wheel ( 8th ) rotatably with the pump shaft ( 4 ) connected is. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtriebswelle (16) des elektrischen Antriebsmotors (11) formschlüssig mit einem Wellenstumpf (28) des Planetenträgers (9) verbunden ist.Coolant pump according to claim 13, characterized in that an output shaft ( 16 ) of the electric drive motor ( 11 ) with a stub shaft ( 28 ) of the planet carrier ( 9 ) connected is. Kühlmittelpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (5) eine schaltbare Kupplung (12) umfasst, mit der sich ein Teil (8) des Planetengetriebes (5) blockieren lässt.Coolant pump according to one of the preceding claims, characterized in that the planetary gear ( 5 ) a switchable coupling ( 12 ), with which a part ( 8th ) of the planetary gear ( 5 ) block. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplung (12) elektrisch betätigbar ist.Coolant pump according to claim 15, characterized in that the switchable coupling ( 12 ) is electrically actuated. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplung (12) bei einer Unterbrechung der Stromzufuhr einen Kupplungszustand einnimmt, in dem die Pumpenwelle (4) vom Umschlingungstrieb angetrieben wird.Coolant pump according to claim 16, characterized in that the switchable coupling ( 12 ) at a power interruption assumes a coupling state in which the pump shaft ( 4 ) is driven by the belt drive.
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