DE102009036602A1

DE102009036602A1 - Regelbare Pumpe

Info

Publication number: DE102009036602A1
Application number: DE102009036602A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Reustle; Daniel Leonhardt
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine regelbare Pumpe mit einem, in einem Pumpengehäuse drehbar gelagerten Pumpenrad und einem topfartigen Ventilschieber, der in Axialrichtung variabel über den Außenumfang des Pumpenrades schiebbar ausgebildet ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass die Pumpe zumindest einen Einlasskanal und zumindest drei spiralförmig, das heißt in der Art von in Umfangsrichtung gekrümmten Radialstrahlen, vom Pumpenrad abgehende Auslasskanäle aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine regelbare Pumpe mit einem, in einem Pumpengehäuse drehbar gelagerten Pumpenrad und einem topfartigen Ventilschieber gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2005 004 315 B4 ist eine gattungsgemäße regelbare Pumpe bekannt, die als Kühlmittelpumpe ausgebildet ist und einen Ventilschieber besitzt, der aus einer auf einer Welle geführten Gleithülse, einer an dieser Gleithülse angeordneten, mit einer/mehreren Durchgangsöffnungen versehenen Ringplatte und einem an dieser Ringplatte angeordneten Außenzylinder besteht. Zum Zurückstellen des Ventilschiebers in seine Ausgangslage sind eine oder mehrere Druckfedern vorgesehen, ebenso wie eine magnetisch arbeitende Verstelleinrichtung.
Aus der WO 86/03809 ist eine weitere regelbare Pumpe bekannt, bei welcher mittels eines Aktuators ein Ringschieber verstellt und somit Auslasskanäle der Pumpe einzeln geöffnet bzw. geschlossen werden können.
Weitere regelbare Pumpen, insbesondere Kühlmittelpumpen, mit axial verstellbaren Ventilschiebern sind bspw. aus der DE 199 01 123 A1 , aus der DE 10 2005 062 200 B3 , aus der DE 10 2007 019 263 B2 sowie aus der US 5,169,286 bekannt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine gattungsgemäße regelbare Pumpe eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, wodurch insbesondere ein Zusatznutzen erreicht werden kann.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer an sich bekannten, regelbaren Pumpe mit einem, in einem Pumpengehäuse drehbar gelagerten Pumpenrad und einem topfartigen Ventilschieber, der in Axialrichtung variabel über den Außenumfang des Pumpenrades schiebbar ausgebildet ist, zumindest drei spiralförmig, d. h. in der Art von in Umfangsrichtung gekrümmten Radialstrahlen vom Pumpenrad abgehende Auslasskanäle vorzusehen, ebenso wie zumindest einen, vorzugsweise axial zum Pumpenrad verlaufenden Einlasskanal, sodass mit der erfindungsgemäßen Pumpe nicht nur ein Kühlmittelzufluss zu einem Verbrennungsmotor, sondern zusätzlich auch ein Kühlmittelzufluss zu einem Öl-Wasser-Wärmetauscher geregelt werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Pumpe wird zur Regelung der Pumpenförderleistung somit der topfförmig ausgebildete Ventilschieber über den Außenumfang des Pumpenrades verschoben, wobei sich der Ventilschieber in einem radialen Zwischenraum zwischen dem Pumpenrad und den jeweiligen Eingängen der zumindest drei Auslasskanälen verstellt. Die Regelung des Kühlmittelzuflusses nicht nur zum Verbrennungsmotor, sondern zusätzlich bspw. auch zum Öl-Wasser-Wärmetauscher kann dazu beitragen, die Kaltstartphase des Verbrennungsmotors zu reduzieren und dadurch den Schadstoffausstoß des Verbrennungsmotors in dieser Kaltstartphase zu verkleinern.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, sind die drei Auslasskanäle auf gleicher axialer Höhe der Pumpe angeordnet. Eine derartige Anordnung zumindest drei Auslasskanäle auf gleicher axialer Höhe der Pumpe verringert einen erforderlichen Verstellweg des Ventilschiebers zwischen seinen zwei Endstellungen und trägt darüber hinaus dazu bei, die erfindungsgemäße Pumpe äußerst kompakt bauen zu können. Von weiterem Vorteil hierbei ist, dass bei einer Verstellbewegung des Ventilschiebers in allen Auslasskanälen ein freier Querschnitt gleichförmig reduziert bzw. vergrößert wird, was bei einer axial benachbarten Anordnung der einzelnen Auslasskanäle zueinander nicht möglich wäre, da in diesem Fall der Ventilschieber zuerst die näher zu diesem liegenden Auslasskanäle öffnen bzw. verschließen würde und anschließend die axial dazu entfernteren.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine erfindungsgemäße regelbare Pumpe in geöffnetem Zustand,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit hervorgehobenem, topfartigem Ventilschieber,
3 eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße regelbare Pumpe im Bereich des Pumpenrades bei vollständig geöffnetem Ventilschieber,
4 eine Darstellung wie in 3, jedoch bei vollständig geschlossenem Ventilschieber,
5 eine Ansicht auf die zumindest drei spiralförmig abgehenden Auslasskanäle, und
6 eine weitere Ansicht auf die drei spiralförmig abgehenden Auslasskanäle gemäß einer geänderten Spiralführung.
Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße, regelbare Pumpe 1 ein Pumpengehäuse 2 auf, in welchem ein Pumpenrad 3 drehbar gelagert ist. Über einen Außenumfang dieses Pumpenrades 3 ist zur Regulierung der Förderleiste der Pumpe 1 ein topfartig ausgebildeter Ventilschieber 4 (vgl. auch die 2 bis 5) vorgesehen. Erfindungsgemäß weist nun die Pumpe 1 zumindest einen, vorzugsweise axial zum Pumpenrad 3 angeordneten Einlasskanal 8 (vgl. insbesondere die 3 und 4) und zumindest drei spiralförmig, d. h. in der Art von in Umfangsrichtung gekrümmten Radialstrahlen vom Pumpenrad 3 abgehende Auslasskanäle 5,6 und 7 auf. Der Ventilschieber 4, welcher mittels einer nicht gezeigten Verstelleinrichtung in Axialrichtung variabel über den Außenumfang des Pumpenrades 3 verschiebbar ist, greift dabei mit seiner ringförmigen Mantelfläche in einen Zwischenraum zwischen dem Außenumfang des Pumpenrades 3 und einem jeweiligen Einlass des zugehörigen Auslasskanals 5, 6, 7 ein.
Generell kann die erfindungsgemäße Pumpe 1 beliebige Medien fördern, wobei die gemäß den Figuren dargestellte Pumpe 1 als Kühlmittelpumpe ausgebildet und im Bereich eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Aus diesem Grund führt der erste Auslasskanal 5 zu einer ersten Zylinderbank, während der zweite Auslasskanal 6 zu einer zweiten Zylinderbank des Verbrennungsmotors führt. Bei einem Verbrennungsmotor mit insgesamt sechs Zylindern würde somit der erste Auslasskanal 5 zur ersten Zylinderbank mit den Zylindern eins bis drei und der zweite Auslasskanal 6 zur zweiten Zylinderbank mit den Zylindern vier bis sechs führen. Der dritte Auslasskanal 7 führt zu einem nicht dargestellten Öl-Wasser-Wärmetauscher.
Betrachtet man die 3 und 4, so kann man erkennen, dass der Ventilschieber 4 zwischen zwei Endstellungen verstellbar ist, wobei gemäß der 3 die erste Endstellung und gemäß der 4 die zweite Endstellung gezeichnet ist. In der ersten Endstellung sind dabei alle drei Auslasskanäle 5, 6 und 7 vollständig geöffnet, während diese in der zweiten Endstellung gemäß der 4 vollständig verschlossen sind. Dabei ist selbstverständlich denkbar, dass der Ventilschieber 4 mittels der nicht gezeigten Stelleinrichtung auch beliebige, zwischen den beiden Endstellungen gelegene Zwischenstellungen einnehmen und in diesen entsprechend geregelt positioniert gehalten werden kann.
Betrachtet man die 3 und 4 näher, so kann man erkennen, dass die drei Auslasskanäle 5, 6, 7 auf gleicher axialer Höhe der Pumpe 1 angeordnet sind, sodass eine Verstellbewegung des Ventilschiebers 4 bei allen drei Auslasskanälen 5, 6 und 7 eine gleiche Reduzierung bzw. Erweiterung des Einlassquerschnitts zur Folge hat. Die Stelleinrichtung kann dabei hydraulisch, pneumatisch, elektrisch, mechanisch und/oder in jeweiliger Kombination arbeiten, wobei auch denkbar ist, dass der Verstellschieber 4 mittels Magnetkräften verschoben wird.
Betrachtet man die 5, so kann man erkennen, dass die Auslasskanäle 5, 6 und 7 jeweils unterschiedliche Einlassquerschnitte aufweisen, wobei der erste und der zweite Auslasskanal 5 und 6 vorzugsweise gleich große Einlassquerschnitte aufweisen, während im Vergleich zu diesen der Einlassquerschnitt des dritten Auslasskanals 7 reduziert ist. Über die individuelle Größe der Einlassquerschnitte der jeweiligen Auslasskanäle 5, 6 und 7 kann auch eine Förderleistung in diese individuell bestimmt werden. Generell ist dabei selbstverständlich auch vorstellbar, dass mehr als drei Auslasskanäle 5, 6 und 7 spiralförmig vom Pumpenrad 3 ausgehend dem Pumpengehäuse 2 angeordnet sind.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß 6 ist eine Einlasszunge 9 des Auslasskanals 7 bis auf eine gleiche Höhe wie beim Auslasskanal 5 zurückversetzt, so dass beide Auslasskanäle 5 und 7 nahezu gleichgroße Öffnungsquerschnitte bzw. Einlaufbereiche 10 aufweisen und gleichzeitig beaufschlagt werden können. Dementsprechend wird auch der Öffnungsquerschnitt bzw. Einlaufbereich 11 des Auslasskanals 6 vergrößert bzw. zurückversetzt. Über die unterschiedlichen Einlaufbereiche 10 und 11 kann optional die Förderleistung des jeweiligen Kanals eingestellt bzw. verändert werden.
Mit der erfindungsgemäßen regelbaren Pumpe 1 lässt sich insbesondere ein Kühlmittelfluss innerhalb eines Verbrennungsmotors besonders exakt regeln, wodurch insbesondere die Kaltstartphasen verkürzt und dadurch die Schadstoffemission gesenkt werden kann. Der Ventilschieber 4 kann dabei bspw. aus Metall oder aus Kunststoff oder aus einer Kombination aus beiden Materialien ausgebildet sein, wobei ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Ventilschiebers 4 in etwa demjenigen des Pumpenrades 3 entsprechen sollte, um bei den in der Pumpe 1 auftretenden, unterschiedlichen Temperaturen, die gewünschte Sperrwirkung beim Aufschieben des Ventilschiebers 4 auf das Pumpenrad 3 jederzeit erzielen zu können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005004315 B4 [0002]
- WO 86/03809 [0003]
- DE 19901123 A1 [0004]
- DE 102005062200 B3 [0004]
- DE 102007019263 B2 [0004]
- US 5169286 [0004]

Claims

Regelbare Pumpe (1) mit einem, in einem Pumpengehäuse (2) drehbar gelagerten Pumpenrad (3) und einem topfartigen Ventilschieber (4), der in Axialrichtung variabel über den Außenumfang des Pumpenrades (3) schiebbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) zumindest einen Einlasskanal (8) und zumindest drei spiralförmig, das heißt in der Art von in Umfangrichtung gekrümmten Radialstrahlen, vom Pumpenrad (3) abgehende Auslasskanäle (5, 6, 7) aufweist.
Regelbare Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Auslasskanal (5) zu einer ersten Zylinderbank und ein zweiter Auslasskanal (6) zu einer zweiten Zylinderbank eines Verbrennungsmotors führt.
Regelbare Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Auslasskanal (7) zu einem Öl-Wasser-Wärmetauscher führt.
Regelbare Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stelleinrichtung vorgesehen ist, die den Ventilschieber (4) in Axialrichtung verstellt und fixiert.
Regelbare Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (4) zwischen zwei Endstellung verstellbar ist, wobei in der ersten Endstellung alle drei Auslasskanäle (5, 6, 7) geöffnet und in der zweiten Endstellung alle drei Auslasskanäle (5, 6, 7) verschlossen sind.
Regelbare Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Auslasskanäle (5, 6, 7) auf gleicher axialer Höhe der Pumpe (1) angeordnet sind.
Regelbare Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) als regelbare Kühlmittelpumpe in einem Kraftfahrzeug ausgebildet ist.
Regelbare Pumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung hydraulisch, magnetisch, pneumatisch oder elektrisch arbeitet.
Regelbare Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslasskanäle (5, 6, 7) unterschiedliche Einlassquerschnitte aufweisen.
Verwendung einer regelbaren Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Kraftfahrzeug.