DE102011077029A1

DE102011077029A1 - Infinitely variable coolant pump

Info

Publication number: DE102011077029A1
Application number: DE102011077029A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Hurst; Markus POPP; Carsten Lüken
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2012-12-13
Also published as: WO2012167961A1; CN103597212B; US20140003913A1; CN103597212A

Abstract

Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf, einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse (1), in welchem eine antreibbare Welle (2a) gelagert ist, an deren einem Ende ein Laufrad (4) befestigt ist, welches in einen Saugraum (7) hineinragende Flügel (6) aufweist und mit einer Deckscheibe (9) verbunden ist, wobei durch die Rotation des Laufrades (4) gemeinsam mit der Deckscheibe (9) Fluid über einen Saugstutzen (10) des Pumpengehäuses (1) in den Saugraum (7) saugbar und über die Flügel (6) in das Pumpengehäuses (1) beförderbar ist, wobei zwischen Laufrad (4) und Deckscheibe (9) eine über eine Stelleinheit (3) axial verschiebbar Leitscheibe (12) angeordnet ist, welche eine zum Laufrad (4) korrespondierenden Kontur und eine in Richtung des Laufrads (4) orientierte Auskragung (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitscheibe (12) mindestens eine Öffnung (11) aufweist.Coolant pump for a cooling circuit of an internal combustion engine with a pump housing (1) in which a drivable shaft (2a) is mounted, at one end of which an impeller (4) is attached, which has vanes (6) protruding into a suction chamber (7) and is connected to a cover disk (9), whereby the rotation of the impeller (4) together with the cover disk (9) allows fluid to be drawn into the suction chamber (7) via a suction nozzle (10) of the pump housing (1) and via the blades ( 6) can be conveyed into the pump housing (1), with a guide disk (12) which can be axially displaced via an actuating unit (3) and which has a contour corresponding to the impeller (4) and an in Has a projection (13) oriented towards the impeller (4), characterized in that the guide disc (12) has at least one opening (11).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe, für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse. In welchem eine antreibbare Welle gelagert ist, an deren einem Ende ein Laufrad befestigt ist, welches in einen Saugraum hineinragende Flügel aufweist und mit einer Deckscheibe verbunden ist. Auf Grund der Rotation der Deckscheibe und des Flügel aufweisenden Laufrades wird Fluid über einen Saugstutzen des Pumpengehäuses in den Saugraum gesaugt und über die Flügel weiter in das Pumpengehäuse befördert. Zwischen Laufrad und Deckscheibe ist eine über eine Stelleinheit axial verschiebbar Leitscheibe angeordnet. Die Leitscheibe weist eine zum Laufrad korrespondierende Kontur und eine in Richtung des Laufrads orientierte Auskragung auf. The present invention relates to a coolant pump, for a cooling circuit of an internal combustion engine, with a pump housing. In which a drivable shaft is mounted, at one end of an impeller is mounted, which has in a suction chamber protruding wings and is connected to a cover plate. Due to the rotation of the cover plate and the impeller having impeller fluid is sucked through a suction nozzle of the pump housing in the suction chamber and transported via the wings further into the pump housing. Between the impeller and the cover plate, a guide disc which can be displaced axially via an actuating unit is arranged. The guide disk has a contour corresponding to the impeller and a projection oriented in the direction of the impeller.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Um eine schnelle Erwärmung des Verbrennungsmotors zu erreichen und die Motortemperatur gezielt einzustellen, sollte die Kühlmittelpumpe schaltbar und im besten Fall regelbar sein. Dies wird gezielt durch die Einstellung des Förderstroms erreicht. Um den Förder- bzw. den Volumenstrom einzustellen, wird die Leitscheibe innerhalb des Flügelrades axial in der Pumpe verschoben. Dies muss über einen Aktuator geschehen, welcher möglichst bauraumneutral, vorzugsweise in Axialrichtung, verbaut ist. Ein Kühlmittelpumpe gemäß der vorgenannten Gattung ist aus der Druckschrift DE 10 2008 046 424 A1 bekannt.In order to achieve rapid heating of the internal combustion engine and to adjust the engine temperature, the coolant pump should be switchable and, at best, controllable. This is achieved specifically by adjusting the flow rate. In order to adjust the delivery or the volume flow, the guide disk is displaced axially in the pump within the impeller. This must be done via an actuator, which is as compact as possible, preferably in the axial direction, installed. A coolant pump according to the aforementioned type is known from the document DE 10 2008 046 424 A1 known.

Versuche haben gezeigt, dass die resultierenden hydraulischen Kräfte auf die Leitscheibe über 150N je nach Drehzahl, Stellposition und Pumpenausführung annehmen können. Dieser Kraftbedarf muss von einem Aktuator aufgebracht werden, welcher bei sämtlichen Drehzahlen, Temperaturen und Wiederholhäufigkeiten die Verstellung der Leitscheibe garantieren muss. Dieser Umstand bedingt eine gewisse Größe bzw. ein gewisses Grundprinzip an Aktuatorik. Aus diesem Grund wird meist ein teurer Aktuator mit hohem Bauraumbedarf verwendet.Experiments have shown that the resulting hydraulic forces on the diffuser can reach over 150N depending on the speed, position and pump design. This power requirement must be applied by an actuator, which must guarantee the adjustment of the guide disc at all speeds, temperatures and repetition frequencies. This circumstance requires a certain size or a certain basic principle of actuators. For this reason, usually an expensive actuator with a high space requirement is used.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schalt- bzw. regelbare Kühlmittelpumpe zur Verfügung zu stellen, deren Aktuator keine zusätzlichen Kosten oder Bauraum benötigt, um die Kräfte zur Verstellung der Leitscheibe aufzubringen.The invention has for its object to provide a switchable or controllable coolant pump available, the actuator requires no additional costs or space to apply the forces for adjusting the diffuser.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Leitscheibe mindestens eine Öffnung aufweist. Durch die vorhandene Öffnung wird der effektive Druckunterschied zwischen Leitscheibenvorder- und Leitscheibenrückseite reduziert, was wiederum die zur Verschiebung der Leitscheibe benötigte Axialkraft reduziert. Der Strömungsaustausch zwischen Leitscheibenvorder- und Leitscheibenrückseite wird erleichtert. Das hinter der Leitscheibe radial geförderte Fluid weist einen flügelradtypischen Fliehdruck auf. Zusammen mit einem gewissen Stauanteil, welcher nach Eintritt durch die Bohrungen beim axialen Auftreffen auf die Flügelradrückwand entsteht, wird ein mittlerer Druck hinter der Leitscheibe generiert. Das unter Druck stehende Fluid weist somit eine Kraftkomponente auf, welche in Richtung „Leitscheibe schließen“ führt. Die Richtung „Leitscheibe schließen“ beschreibt die axiale Verschiebung der Leitscheibe in Richtung Deckscheibe. Dies hat eine Reduzierung der resultierende Kraft in Richtung „Leitscheibe öffnen“ zu Folge. Die Richtung „Leitscheibe öffnen“ beschreibt die axiale Verschiebung der Leitscheibe in Richtung Laufrad. Dadurch wird der Aktuator, in seiner Verfahrfunktion, bezüglich der aufzubringenden Kraft entlastet.The object is achieved in that the guide disk has at least one opening. The existing opening reduces the effective pressure difference between the front face plate and the rear face plate, which in turn reduces the axial force needed to move the face plate. The flow exchange between Leitscheibenvorder- and Leitscheibenrückseite is facilitated. The fluid conveyed radially behind the guide disk has a centrifugal pressure which is typical of the wing impeller. Together with a certain amount of accumulation, which arises after entering through the holes in the axial impingement on the impeller rear wall, a mean pressure is generated behind the guide disk. The pressurized fluid thus has a force component which leads in the direction of "closing the guide disk". The direction "closing the guide disk" describes the axial displacement of the guide disk in the direction of the cover disk. This results in a reduction in the resultant force in the direction of "opening the guide disk". The direction "opening the guide disk" describes the axial displacement of the guide disk in the direction of the impeller. As a result, the actuator is relieved in terms of the force applied in its traversing function.

Als vorteilhaft hat sich erwiesen, mehr als eine Öffnung in die Leitscheibe einzubringen. Dabei können die Öffnungen unterschiedliche Formen aufweisen, z.B. strömungsoptimierte Formen zur Ausnutzung von Strömungseffekten sowie radiale oder in Umfangsrichtung liegende, auf der Leitscheibe verlaufende Öffnungen oder fertigungsoptimierte Formen zur günstigeren Herstellung. Unabhängig von der Ausführungsform, ist die wirkungsvollste Anordnung der Öffnungen im Bereich nahe der Leitscheibendrehachse.It has proved to be advantageous to introduce more than one opening in the guide disk. The openings may have different shapes, e.g. flow-optimized forms for the utilization of flow effects as well as radially or in the circumferential direction, running on the guide disc openings or production-optimized shapes for cheaper production. Regardless of the embodiment, the most effective arrangement of the openings is in the region near the disc rotation axis.

Des Weiteren ist in der Diagrammdarstellung in 4 gezeigt, wie sich die Fluidkräfte in Abhängigkeit des Öffnungsgrades der Leitscheibe verhalten. Im Idealfall beträgt die Fluidkraft Null, dadurch könnte der Aktuator die Leitscheibe ohne zusätzlichen Kraftaufwand axial verfahren. Bei einer Leitscheibe ohne Öffnungen ist das Erreichen einer Fluidkraft von Null, wie dem Diagramm zu entnehmen ist, nicht möglich. Je höher die Anzahl der Öffnungen umso schneller sinkt das Kräfteniveau. Allerdings zeigt das Diagramm auch, dass das Kräfteniveau ab einem bestimmten Öffnungsgrad der Leitscheibe und einer bestimmten Anzahl an Öffnungen, ein negatives Vorzeichen annimmt. Ein negatives Kräfteniveau bzw. negative Fluidkräfte bedeuten, dass die Leitscheibe in Richtung der Deckscheibe verfährt und somit den Fluiddurchfluß innerhalb der Wasserpumpe unterbindet. Dies gilt es zu vermeiden. Damit der Aktuator ausreichend Kraft gegen die negativen Fluidkräfte aufbringen kann, müsste er stärker bzw. größer dimensioniert werden, was wiederum zusätzliche Kosten verursachen würde.Furthermore, in the diagram in FIG 4 shown how the fluid forces behave depending on the degree of opening of the diffuser. Ideally, the fluid force is zero, thereby the actuator could move the guide disc axially without additional effort. In the case of a guide disk without openings, the achievement of a fluid force of zero, as can be seen from the diagram, is not possible. The higher the Number of openings the faster the force level drops. However, the diagram also shows that the force level assumes a negative sign above a certain opening degree of the guide disk and a certain number of openings. A negative force level or negative fluid forces mean that the guide disk moves in the direction of the cover disk and thus prevents the fluid flow within the water pump. This should be avoided. So that the actuator can apply sufficient force against the negative fluid forces, it would have to be dimensioned larger or larger, which in turn would cause additional costs.

Um dies zu verhindern, kann die Stelleinheit optional eine Feder aufweisen. Die Feder bewirkt dabei, dass die Leitscheibe indirekt über die Welle in Richtung „Leitscheibe öffnen“ druckbeaufschlagt wird. Diese Ausführungsform stellt eine Fail-Safe-Lösung dar. Wenn der Aktuator ausfällt und die Leitscheibe auf Grund von einer negativen Fluidkraft in Richtung „Leitscheibe schließen“ gezogen wird, was eine Verringerung des Kühlmittelflusses zur Folge hat, erzeugt die Feder einen Gegendruck, um die Leitscheibe am Schließen zu hindern. Bei dieser Ausführungsform müsste man allerdings die gesamten Kräftekurven um die Vorspannung der Feder erhöhen. Dadurch würde die zuvor gewonnene Kräftereduzierung teilweise wieder aufgehoben.To prevent this, the actuator may optionally have a spring. The spring causes the guide disc to be pressurized indirectly via the shaft in the direction of "opening the guide disc". This embodiment provides a fail-safe solution. If the actuator fails and the idler is pulled in the direction of "close idler" due to a negative fluid force resulting in a reduction in coolant flow, the spring creates a back pressure to cause the To prevent the guide disc from closing. In this embodiment, however, one would have to increase the total force curves by the bias of the spring. As a result, the previously obtained loss of energy would be partially canceled.

Um einen gebräuchlichen und kostengünstigen Aktuator verwenden zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Öffnungsrad der Leitscheibe und die Anzahl der Öffnungen innerhalb der Leitscheibe entsprechend abzustimmen. Dadurch stellt sich eine auf die Leitscheibe einwirkende Fluidkraft von 20–50 N einstellt, welche die Leitscheibe in Richtung Laufrad drückt und somit die Kühlmittelpumpe öffnet. Damit sollen negative Fluidkräfte verhindert werden, was wiederum den Einsatz eine Fail-Safe-Feder überflüssig macht. In Konkretisierung der Erfindung ist es deshalb vorgeschlagen, dass das Laufrad eine zusätzliche Verschlusskontur aufweist, welche in Richtung der Leitscheibe zeigt und das die Verschlusskontur mit der zumindest einen Öffnung der Leitscheibe in Eingriff bringbar ist und diese teilweise oder ganz verschließt.In order to use a conventional and inexpensive actuator, it has proven to be advantageous to match the opening wheel of the guide disk and the number of openings within the guide disk accordingly. As a result, a force acting on the guide disc fluid force of 20-50 N adjusts, which presses the guide disc in the direction of the impeller and thus opens the coolant pump. This should be negative fluid forces are prevented, which in turn makes the use of a fail-safe spring superfluous. In concretization of the invention, it is therefore proposed that the impeller has an additional closure contour, which points in the direction of the guide disc and that the closure contour with the at least one opening of the guide disc can be brought into engagement and this partially or completely closes.

Im Weiteren ist es vorgesehen, dass die Verschlusskontur mehr als ein Verschlusselement aufweist. Die einzelnen Verschlusselemente können sich in ihren Abmaßen (Länge, Krümmung, Steigung, Durchmesser) voneinander unterscheiden.Furthermore, it is provided that the closure contour has more than one closure element. The individual closure elements may differ in their dimensions (length, curvature, pitch, diameter).

Die Verschlusselemente können kegelig ausgeführt sein, d.h. die Verschlusselemente verjüngen sich vom Laufrad hin in Richtung der Deckscheibe.The closure elements may be tapered, i. the closure elements taper from the impeller towards the cover disc.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Verschlusselemente flügelartig ausgeführt sind. Zum Beispiel als in Umfangsrichtung gelegene Sichelkörper mit veränderlicher Höhe, welche am Laufrad angeordnet sind oder aber auch in radialer Richtung gelegene Finnen mit veränderlicher Höhe, diese können wiederum direkt an den Flügeln des Laufrades angeordnet sein.Another possibility is that the closure elements are designed wing-like. For example, as in the circumferential direction sickle body with variable height, which are arranged on the impeller or even in the radial direction located fins of variable height, these may in turn be arranged directly on the blades of the impeller.

Nach einer Weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Stelleinheit einen Aktuator umfasst, welcher unabhängig von der Drehzahl des Laufrades aktuiert.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the actuating unit comprises an actuator which actuates independently of the rotational speed of the impeller.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den 1 bis 4 dargestellt, die nachfolgend detailliert beschrieben sind, wobei sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Embodiments of the invention are in the 1 to 4 shown, which are described in detail below, wherein the invention is not limited to these embodiments.

Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer regelbaren Kühlmittelpumpe mit ge schlossener Leitscheibe und in die Leitscheibe eingebrachte Öff nungen, Fig. 2a eine schematische Darstellung der Leitscheibe deren Öffnungen unverschlossen sind, Fig. 2b eine schematische Darstellung der Leitscheibe, wobei die Öffnung durch Verschlusselemente (Sichelkörper) verschlossen sind, Fig. 2c eine schematische Darstellung der Leitscheibe deren Öffnungen unverschlossen sind, Fig. 2d eine schematische Darstellung der Leitscheibe, wobei die Öffnung durch Verschlusselemente (Finnen) verschlossen sind, Fig. 3 eine Detailansicht der Leitscheibe mit einem kegeligen Ver schlusselement und Fig. 4 ein Diagramm mit unterschiedlichen Fluidkraftkurven in Abhängig keit der Öffnungsanzahlen und dem Öffnungsgrad der Leitschei be. Show it: Fig. 1 a sectional view of a controllable coolant pump with ge connected guide disc and inserted into the guide disc Publ openings, Fig. 2a a schematic representation of the baffle whose openings are unlocked, Fig. 2b a schematic representation of the guide disk, wherein the opening are closed by closure elements (sickle body), Fig. 2c a schematic representation of the baffle whose openings are unlocked, Fig. 2d a schematic representation of the guide plate, wherein the opening are closed by closure elements (fins), Fig. 3 a detailed view of the guide disc with a conical Ver circuit element and Fig. 4 a diagram with different fluid force curves as a function of the number of openings and the opening degree of the Leitschei be.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

1 zeigt eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse 1. In welchem eine antreibbare Welle 2a gelagert ist, an deren einem Ende ein Laufrad 4 befestigt ist. Das Laufrad 4 weist in den Saugraum 7 hineinragende Flügel 6 auf. Das Laufrad 4 und die Deckscheibe 9 sind miteinander verbunden. Bei der Rotation des Laufrades 4 wird Fluid über einen Saugstutzen 10 des Pumpengehäuses 1 in den Saugraum 7 befördert. Zwischen dem Laufrad 4 und der Deckscheibe 9 ist eine über eine Stelleinheit 3 axial verschiebbare Leitscheibe 12 angeordnet. Die Leitscheibe 12 weist eine zum Laufrad 4 korrespondierende Kontur und eine in Richtung des Laufrads 4 orientierte Auskragung 13 auf. Um eine schnelle Erwärmung des Verbrennungsmotors zu erreichen und die Motortemperatur gezielt einzustellen, muss die Kühlmittelpumpe regelbar bzw. schaltbar sein. Hierzu wird ein Volumenstrom bedarfsgerecht eingestellt. Um den Volumenstrom einzustellen wird die Leitscheibe 12 axial im Pumpengehäuse 1 verschoben. Die innerhalb zwischen Laufrad 4 und Deckscheibe 9 verschoben Leitscheibe 12 verändert den Öffnungsgrad und steuert somit den Durchlass des Volumenstroms. Die Stelleinheit 3 umfasst sowohl die Welle 2a und eine in der Welle 2a axial verschiebbare Schubstange 2b, sowie einen die Schubstange 2b aktuierenden Aktuator 14. Die Schubstange 2b steht in direkter Verbindung mit der Leitscheibe 12. Die Verschiebung der Leitscheibe 12 wird durch den Aktuator 14 gesteuert. Der Aktuator 14 soll möglichst bauraumneutral in die Kühlmittelpumpe integriert sein. Aus diesem Grund gilt es, die auf die Leitscheibe 12 aus dem Volumenstrom resultierenden Kräfte so gering wie möglich zu halten, um auch den Aktuator 14 bauraumgünstig auswählen zu können. Damit nun das Kräfteniveau auf die Leitscheibe 12 und somit auf den Aktuator 14 verringert werden kann, werden erfindungsgemäß Öffnungen 11 in die Leitscheibe 12 eingebracht. Durch das Einbringen der Öffnungen 11 wird der effektive Druckunterschied zwischen Leitscheibenvorderseite (Fläche die der Deckscheibe zugewandt ist) und Leitscheibenrückseite (Fläche die dem Laufrad zugewandt ist) reduziert. Dies hat wiederum eine Reduzierung der auf die Leitscheibe 12 wirkenden Fluidkräfte des Volumenstroms zur Folge. Der Strömungsaustausch zwischen Leitscheibenvorder- und Leitscheibenrückseite wird somit erleichtert. Im Weiteren generiert das radial geförderte Fluid an der Leitscheibenrückseite ein Druckpolster. Dieser Druck führt zu einer Kraftkomponente in Richtung „Leitscheibe schließen“, was wiederum die resultierende Kraft in Richtung „Leitbscheibe öffnen“ reduziert und dadurch den Aktuator 14 in seiner Verfahrfunktion entlastet. Die Leitscheibe 12 ist geschlossen, wenn die Leitscheibenvorderseite an der Deckscheibe 9 anliegt und kein Volumenstrom mehr fließen kann. Der Öffnungsgrad der Leitscheibe 12 ist ein Indiz für die Menge des die Kühlmittelpumpe durchfließenden Volumenstroms. Im Diagramm aus 4 wird der Zusammenhangen zwischen der Anzahl der in die Leitscheibe 12 eingebrachten Öffnungen 11, dem Öffnungsgrad der Leitscheibe 12 und die auf die Leitscheibe 12 einwirkenden Fluidkräfte ersichtlich. Mit steigender Anzahl an Öffnungen 11, bei gleichem Öffnungsrad der Leitscheibe 12, nehmen die Kräftekurven ab. Ab einem bestimmten Öffnungsgrad kehren sich die Kräftekurven jedoch teilweise ins Negative um. Dies hat eine Krafteinwirkung auf die Leitscheibe 12 in Richtung „Leitscheibe schließen“ zur Folge, somit wird eine Fail-Safe-Lösung benötigt. Dies bedeutet, dass die Leitscheibe 12 nicht ungewollt geschlossen werden darf, solange eine Kühlung des Motors noch erforderlich ist. Eine Lösung dafür wäre, der Einsatz einer zusätzlichen Feder 8. Die Feder ist innerhalb der Stelleinheit 3 eingebracht und wirkt auf die Schubstange 2b ein. Diese Feder 8 muss eine Vorspannung aufweisen, so dass selbst bei Ausfall des Aktuators 14 die Leitscheibe 12 über die Schubstange 2b in Richtung des Laufrades 4 in eine Grundstellung zurück verschoben wird. Um diese negativen Kräfte durch eine sogenannte „Failsafe-Feder“ wieder aufzuheben, müsste man die gesamten Kräftekurven um die Vorspannung dieser Feder 8 erhöhen müssen. Dies hätte wiederum zur Folge, dass die durch die Öffnungen 11 erreichte Kräftereduzierung teilweise wieder eingebüßt werden würde. Was dazu führt, dass ein leistungsstarker und somit ein einen größeren Bauraum einnehmender Aktuator 14 zum Einsatz kommen müsste. 1 shows a coolant pump for a cooling circuit of an internal combustion engine having a pump housing 1 , In which a drivable shaft 2a is stored, at one end of an impeller 4 is attached. The impeller 4 points into the suction chamber 7 protruding wings 6 on. The impeller 4 and the cover disk 9 are connected. At the rotation of the impeller 4 Fluid is pumped through a suction port 10 of the pump housing 1 in the suction room 7 promoted. Between the wheel 4 and the cover disk 9 is one about an actuator 3 axially displaceable guide disc 12 arranged. The guiding disc 12 has one to the impeller 4 corresponding contour and one in the direction of the impeller 4 oriented overhang 13 on. In order to achieve rapid heating of the internal combustion engine and to set the engine temperature specifically, the coolant pump must be controllable or switchable. For this purpose, a volume flow is adjusted as needed. To adjust the flow rate is the guide disc 12 axially in the pump housing 1 postponed. The inside between impeller 4 and cover disc 9 shifted guide disk 12 changes the opening degree and thus controls the passage of the volume flow. The actuator 3 includes both the shaft 2a and one in the wave 2a axially displaceable push rod 2 B , as well as a push rod 2 B actuation actuator 14 , The push rod 2 B is in direct connection with the guide disk 12 , The displacement of the guide disk 12 is through the actuator 14 controlled. The actuator 14 should be integrated as possible space neutral in the coolant pump. For this reason, it applies to the guide disc 12 To keep forces resulting from the volume flow as low as possible to the actuator 14 space-favorable to be able to select. So now the power level on the Leitscheibe 12 and thus on the actuator 14 can be reduced, according to the invention openings 11 in the guide disc 12 brought in. By introducing the openings 11 is the effective pressure difference between the front face (surface facing the cover plate) and the back plate (surface facing the impeller) is reduced. This in turn has a reduction of on the Leitscheibe 12 acting fluid forces of the volume flow result. The flow exchange between Leitscheibenvorder- and Leitscheibenrückseite is thus facilitated. Furthermore, the radially conveyed fluid generates a pressure pad on the back of the disc. This pressure leads to a force component in the direction of "closing the guide disk", which in turn reduces the resulting force in the direction of "opening the guide disk" and thereby the actuator 14 relieved in its traversing function. The guiding disc 12 is closed when the front baffle on the cover plate 9 is applied and no flow can flow. The degree of opening of the guide disc 12 is an indication of the amount of the coolant pump flowing through the flow rate. In the diagram 4 is the correlation between the number of in the Leitscheibe 12 introduced openings 11 , the opening degree of the guide disk 12 and the on the Leitscheibe 12 acting fluid forces visible. With increasing number of openings 11 , with the same opening wheel of the guide disk 12 , decrease the force curves. From a certain opening degree, however, the force curves partially reverse into negative. This has a force on the diffuser 12 in the direction of "guide disc close" result, thus a fail-safe solution is needed. This means that the Leitscheibe 12 must not be closed unintentionally, as long as a cooling of the engine is still required. One solution would be to use an additional spring 8th , The spring is within the actuator 3 introduced and acts on the push rod 2 B one. This spring 8th must have a bias, so even in case of failure of the actuator 14 the guide disc 12 over the push rod 2 B in the direction of the impeller 4 is moved back to a basic position. To cancel these negative forces by a so-called "failsafe spring" again, you would have the entire force curves to the bias of this spring 8th need to increase. This, in turn, would result in that through the openings 11 reached Kräftereduzierung would be partially lost again. This leads to a powerful, and thus a larger space-consuming actuator 14 would have to be used.

Als erfindungsgemäße Weiterbildung wird deshalb ein variables zu- und abschalten der Öffnungen 11 der Leitscheibe 12 in Abhängigkeit des Öffnungsgrades vorgeschlagen. Dies wird durch eine Verschlusskontur 5 realisiert, welche in das mit Flügel 6 versehene Laufrad 4 eingebracht ist. Dies kann in das Stahleinlegeteil des Laufrades 4 oder in dessen Umspritzung oder auch in die Flügel des Laufrades selbst eingebracht sein, wie in den 2 bis 3 dargestellt ist. Durch das axiale Verfahren der Leitscheibe 12, in Richtung des Laufrades 4 greifen die flügelartig ausgebildeten Verschlusselemente 5a in eine oder in mehrere dazu korrespondierende Öffnungen 11 ein und verschließen diese. In dem in der 4 gezeigten Diagrammen, ist eine idealisierte Kräftekurve 20 dargestellt. Die idealisierte Kräftekurve 20 zeigt eine nahezu gleichbleibende Krafteinwirkung auf die Leitscheibe 12 auf, unabhängig von deren Öffnungsgrad. Diese idealisierte Kräftekurve 20 kann nur umgesetzt werden, wenn nach Erreichung des jeweiligen markierten Arbeitspunktes S_x auf einen der nächst gelegenen Arbeitspunkte „gesprungen“ wird. Dies wird durch eine Veränderung der Anzahl der Öffnungen 11 der Leitscheibe 12, sowie dem Öffnungsgrad der Leitscheibe 12 erreicht. As a further development of the invention is therefore a variable on and off the openings 11 the guide disc 12 proposed depending on the degree of opening. This is achieved by a closure contour 5 realized, which in with wings 6 provided impeller 4 is introduced. This can be done in the steel insert part of the impeller 4 or be placed in the overmolding or in the wings of the impeller itself, as in the 2 to 3 is shown. Through the axial process of the guide disk 12 , in the direction of the impeller 4 grip the wing-like closure elements 5a in one or more corresponding openings 11 and close this. In the in the 4 shown diagrams, is an idealized force curve 20 shown. The idealized power curve 20 shows a nearly constant force on the diffuser 12 regardless of their degree of opening. This idealized power curve 20 can only be implemented if after reaching the respective marked operating point S _x on one of the nearest operating points "jumped" is. This is done by changing the number of openings 11 the guide disc 12 , as well as the opening degree of the guide disk 12 reached.

Umgesetzt wird dies durch ein stufenloses Freigeben der Öffnungen 11 der Leitscheibe 12, um einen „sanftes“, stetiges, nicht ruckartiges Ändern des Kräfteniveaus zu erreichen. Eine ruckfrei Verstellung wirkt sich positiv auf die Güte der Steuerung/Regelung der Leitscheibenposition auf, da es zu keinen ruckartigen Kraft- und somit Positionssprüngen der Leitscheibe 12 kommt. Ermöglicht wird dieses sprunglose Freigeben auf Grund der Geometrie der Verschlusskontur 5 und der Anzahl der Öffnungen 11 in der Leitscheibe 12.This is implemented by a continuous release of the openings 11 the guide disc 12 in order to achieve a "gentle", steady, non-jerky change of the power level. A jerk-free adjustment has a positive effect on the quality of the control / regulation of the guide disk position, since there are no jerky force and thus position jumps the guide disk 12 comes. This jump-free release is made possible due to the geometry of the closing contour 5 and the number of openings 11 in the guide disc 12 ,

Dieses stufenlose freigeben der Öffnungen 11 wird durch die besondere Ausgestaltung der Verschlusselemente 5a erreicht. Sowohl die kegelige Form also auch die in ihrer Höhe ansteigende flügelartige Form der Verschlusselemente 5a lassen dies zu. Die Verschlusselemente 5a greifen teilweise in die Öffnungen 11 der sich axial zwischen Laufrad 4 und Deckscheibe 9 verschiebenden Leitscheibe 12 ein. Auf Grund der sich verschiebenden Leitscheibe 12 ändert sich der Öffnungsgrad und auf Grund der Verschlusskontur 5 werden zudem eine unterschiedliche Anzahl von Öffnungen 11 entweder teilweise oder komplett freigegeben oder verschlossen. 2b und 2d zeigen die Leitscheibe 12 in einer geöffneten Position mit verschlossenen Öffnungen 11. Dies entspricht im Diagramm einem Arbeitsbereich von 100% Öffnungsgrad bis zum Arbeitspunkt S1. Wenn die Leitscheibe 12 weiter in Richtung „Schließen“ verschoben wird, werden die Öffnungen 11 stufenlos freigegeben auf Grund der in der Höhe ansteigenden Verschlusselemente 5a. Somit werden nach und nach mehrere Öffnungen freigegeben. Dies entspricht im Diagramm dem Arbeitsbereich zwischen den Arbeitspunkten S1 bis S2 und im Weiteren den Arbeitspunkten S2 bis S3. Die 2a und 2c zeigen die Leitscheibe 12 in geschlossenem Zustand mit unverschlossenen Öffnungen 11. Dies entspricht im Diagramm, je nach Öffnungsgrad, dem Arbeitsbereich zwischen den Arbeitspunkten S3 bis S4 bzw. 0% Öffnungsgrad.This stepless opening of the openings 11 is due to the special design of the closure elements 5a reached. Both the conical shape and the rising in height wing-like shape of the closure elements 5a allow this. The closure elements 5a partially access the openings 11 extending axially between the impeller 4 and cover disc 9 shifting guide disc 12 one. Due to the shifting guide disc 12 changes the opening degree and due to the closure contour 5 will also have a different number of openings 11 either partially or completely released or closed. 2 B and 2d show the Leitscheibe 12 in an open position with closed openings 11 , This corresponds in the diagram to a working range of 100% opening degree up to the operating point S1. If the guide plate 12 is moved further towards "closing", the openings become 11 infinitely released due to the rising in height closure elements 5a , Thus, several openings are gradually released. This corresponds in the diagram to the working area between the operating points S1 to S2 and, in the following, the operating points S2 to S3. The 2a and 2c show the Leitscheibe 12 in closed condition with unlocked openings 11 , This corresponds in the diagram, depending on the degree of opening, to the working range between the operating points S3 to S4 or 0% opening degree.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Pumpengehäuse pump housing
2a2a: Welle wave
2b2 B: Schubstange pushrod
33: Stelleinheit actuator
44: Laufrad Wheel
55: Verschlusskontur closure form
5a5a: Verschlusselement closure element
66: Flügel wing
77: Saugraum suction
88th: Feder feather
99: Deckscheibe cover disc
1010: Saugstutzen suction
1111: Öffnung opening
1212: Leitscheibe idler
1313: Auskragung projection
1414: Aktuator actuator
2020: idealisierte Kräftekurve idealized force curve
S1S1: Arbeitspunkt 1 Operating point 1
S2S2: Arbeitspunkt 2 Operating point 2
S3S3: Arbeitspunkt 3 Working point 3
S4S4: Arbeitspunkt 4 Working point 4

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008046424 A1 [0002]

Claims

Coolant pump for a refrigeration cycle, an internal combustion engine with a pump housing ( 1 ), in which a drivable shaft ( 2a ) is mounted, at one end of an impeller ( 4 ), which is in a suction chamber ( 7 ) projecting wings ( 6 ) and with a cover plate ( 9 ) is connected, whereby by the rotation of the impeller ( 4 ) together with the cover disk ( 9 ) Fluid via a suction nozzle ( 10 ) of the pump housing ( 1 ) in the suction chamber ( 7 ) sucked and over the wings ( 6 ) in the pump housing ( 1 ) is conveyable, wherein between impeller ( 4 ) and cover disc ( 9 ) one via an actuator ( 3 ) axially displaceable guide disk ( 12 ) is arranged, which one to the impeller ( 4 ) corresponding contour and one in the direction of the impeller ( 4 ) oriented projection ( 13 ), characterized in that the guide disk ( 12 ) at least one opening ( 11 ) having.

Coolant pump according to claim 1, characterized in that the impeller ( 4 ) a closure contour ( 5 ), which in the direction of the guide plate ( 12 ) shows.

Coolant pump according to claim 2, characterized in that the closure contour ( 5 ) with one of the openings ( 11 ) of the guide plate ( 12 ) is engageable and this partially or completely closes.

Coolant pump according to claim 2, characterized in that the closure contour ( 5 ) more than one closure element ( 5a ), wherein the individual closure elements ( 5a ) can differ in their dimensions from each other.

Coolant pump according to claim 4, characterized in that the closure elements ( 5a ) are executed wing-like.

Coolant pump according to claim 4, characterized in that the closure element ( 5a ) are conical.

Coolant pump according to claims 5 and 6, characterized in that the closure contour ( 5 ) a continuous closure of the opening ( 11 ).

Coolant pump according to claim 1, characterized in that the actuating unit ( 3 ) an actuator ( 14 ), which is independent of a rotational speed of the impeller ( 4 ) actuated.

Coolant pump according to claim 1, characterized in that the actuating unit ( 3 ) a feather ( 8th ), through which the guide disk ( 12 ) is returned to a basic position.