DE102011079310A1

DE102011079310A1 - Kühlmittelpumpe für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011079310A1
Application number: DE102011079310A
Authority: DE
Inventors: Michael Weiss; Klaus Hahn
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-07-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2013-01-24
Also published as: WO2013010683A1; US20140147304A1; CN103582763A

Abstract

Eine Kühlmittelpumpe (1) für einen Kühlmittelkreiskreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem vorzugsweise über einen Riementrieb angetriebenen Antriebsrad (4), welches über eine in einem Pumpengehäuse (2) drehbar gelagerte Antriebswelle (3, 29) mit einem Flügelrad (5) verbunden ist, weist radial zum Flügelrad (5) zumindest einen Kühlmittelauslass (17) auf. Dieser Kühlmittelauslass wird von einem in axialer Richtung bewegbaren Sperrring (15, 26, 36) beherrscht, der zur Veränderung oder Sperrung eines Querschnittes des Kühlmittelauslasses (17) dient, und von einem druckmittelbetätigten Aktuator verstellt wird. Zur Schaffung einer entsprechenden regelbaren Kühlmittelpumpe (1) in kompakter Bauweise ist vorgesehen, dass der Aktuator konzentrisch zur Antriebswelle (3, 29) im Bereich von deren dem Flügelrad (5) zugewandten Ende angeordnet ist, dass der Aktuator auf dem Ende der Antriebswelle (3, 29) befestigt ist und dass der Aktuator über zumindest eine in der Antriebswelle (3, 29) vorgesehene Längsbohrung (32) mit einer Druckmittelversorgung verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche 1 und 5 eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlmittelkreiskreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem vorzugsweise über einen Riementrieb angetriebenen Antriebsrad, welches über eine in einem Pumpengehäuse drehbar gelagerte Antriebswelle mit einem Flügelrad verbunden ist, wobei radial zum Flügelrad zumindest ein Kühlmittelauslass vorgesehen, mit einem in axialer Richtung bewegbaren Sperrring, der zur Veränderung oder Sperrung eines Querschnittes des Kühlmittelauslasses dient, und mit einem druckmittelbetätigten Aktuator zur Verstellung des Sperrringes.
Gebiet der Erfindung
Derartige Kühlmittelpumpen sind in der Regel als Kreiselpumpen ausgebildet, wobei sie stirnseitig der Brennkraftmaschine angeordnet sind und von einem der dort vorgesehenen Riementriebe angetrieben werden. In diesem Fall läuft die Antriebswelle der Kühlmittelpumpe synchron mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine um und fördert folglich analog dieser Drehzahl eine bestimmte Kühlmittelmenge in den Kühlmittelkreislauf, der aus den im Kurbelgehäuse sowie im Zylinderkopf vorgesehenen Kühlmittelräumen, einem Wärmetauscher für eine Fahrzeugheizung und einem von Kühlluft durchströmten Kühler besteht. Dabei ist die Kühlmittelpumpe derart ausgelegt, dass sie auch bei Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine den Kühlmittelstrom zur Erreichung einer unter allen Betriebsbedingungen erforderlichen Kühlleistung fördert.
In der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine wird im Allgemeinen der durch den Kühler geleitete Kühlmittelstrom mittels eines Thermostatventils vollständig oder teilweise unterbrochen. Somit fließen in dieser Phase, in der die Brennkraftmaschine noch nicht die vorgesehene Betriebstemperatur erreicht hat, der gesamte Kühlmittelstrom oder ein Teilstrom über dieses Thermostatventil im Kurzschluss, also über eine zum Kühler parallele Bypassleitung.
Darüber hinaus wurden in der Vergangenheit bereits Lösungen gesucht, um diese Warmlaufphase deutlich zu verkürzen, wodurch sich auch in erheblichem Umfang die im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden Reibungsverluste, erhöhte Emissionswerte und die diesen zugrunde liegenden höheren Kraftstoffverbräuche vermeiden lassen. Dabei war unter anderem vorgesehen, mittels eines die Kühlmittelpumpe antreibenden Getriebes die Antriebsdrehzahl der Kühlmittelpumpe zu regeln oder mittels einer Kupplung den gesamten Antrieb der Kühlmittelpumpe zu- oder abzuschalten. Andere bekannte Lösungen sehen vor, dass an der als Kreiselpumpe ausgebildeten Kühlmittelpumpe Verstellelemente vorgesehen sind, über die der Kühlmittelaustritt bis zu seiner völligen Absperrung geregelt verstellt werden kann. Auf eine entsprechende Ausgestaltung einer Kühlmittelpumpe bezieht sich die vorliegende Erfindung.
Eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Gattung ist aus der DE 10 2007 022 189 A1 bekannt. Dabei handelt es sich um eine regelbare Kühlmittelpumpe mit einer Verstellung des Leitblechs in Abhängigkeit von einem auf eine Druckmessdose übertragenden Unterdruck oder Überdruck. Die Druckmessdose soll dabei als Druckübersetzer wirken, wobei das in einer Hydraulikleitung befindliche Arbeitsmedium mittels eines in der Unterdruckdose angeordneten Arbeitskolbens großen Querschnitts in mehrere Nehmerzylinder kleinen Querschnitts verschoben wird. Diese Nehmerzylinder sind gleichmäßig über den Umfang des Pumpengehäuses der Kühlmittelpumpe in diesem angeordnet und nehmen jeweils eine Kolbenstange auf, wobei die Kolbenstangen an ihren einer Überströmkammer abgewandten Enden mit dem axial beweglichen Ventilschieber verbunden sind. Anstelle der Unterdruckverstellung, für die der Unterdruck in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine genutzt wird, kann der im Druckübersetzer angeordnete Arbeitskolben auch mit einem Überdruck aus dem Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine beaufschlagt werden.
Weiterhin ist aus der DE 199 01 123 A1 eine regelbare Kühlmittelpumpe bekannt, bei der innerhalb des Flügelrades ein Aktuator zur axialen Verstellung einer den Kühlmittelaustritt radial umschließenden Hülse vorgesehen ist. Dieser Aktuator soll bei einer der dargestellten Ausführungsformen aus einem Wachsausdehnungssteller bestehen, über den ein in Längsrichtung der Kühlmittelpumpe verlaufender Stift verschoben über einen radial verlaufenden Stift auf die Hülse übertragen wird. Weiterhin enthält dieses Dokument den Hinweis, dass dieser Aktuator auch elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine, die mit einer als Sperrring ausgebildeten, den Kühlmittelauslass steuernden Einrichtung versehen ist, derart weiterzubilden, dass der hierfür vorgesehene Aktuator innerhalb der Kühlmittelpumpe angeordnet werden kann, ohne die baulichen Abmessungen der Kühlmittelpumpe sowohl in radialer als auch in axialer Richtung zu verändern oder diese nur geringfügig zu verändern. Ferner soll eine mit einem entsprechenden Aktuator versehene regelbare Kühlmittelpumpe kostengünstig herstellbar und sehr funktionssicher ausgebildet sein, so dass sie sich für eine Anwendung in Großserie hergestellten Brennkraftmaschine eignet.
Diese Aufgabe wird, ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1, in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 soll der Aktuator konzentrisch zur Antriebswelle im Bereich von deren dem Flügelrad zugewandten Ende angeordnet sein, wobei der Aktuator auf dem Ende der Antriebswelle befestigt ist, und der Aktuator soll über zumindest eine in der Antriebswelle vorgesehene Längsbohrung mit einer Druckmittelversorgung verbunden sein. Durch die entsprechende Anordnung des Aktuators und dessen Druckmittelversorgung über eine Längsbohrung in der Antriebswelle ergeben sich insgesamt geringe radiale Abmessungen für das Gehäuse der Kühlmittelpumpe. Diese radialen Abmessungen können in vorteilhafter Weise im Wesentlichen mit der radialen Abmessung der die Kühlmittelpumpe antreibenden Riemenscheibe übereinstimmen. Außerdem wirkt sich diese Anordnung des Aktuators auch positiv auf die axialen Abmessungen aus, da die Baulänge des Gehäuses der Kühlmittelpumpe durch die Anordnung des Aktuators am Ende der Antriebswelle nahezu unverändert bleibt. Das ist von großer Bedeutung, denn im stirnseitigen Bereich der Brennkraftmaschine, also im Bereich von deren Riementrieben, steht nur ein geringer Raum zur Anordnung und zum Antrieb der Kühlmittelpumpe zur Verfügung, und die Kühlmittelpumpe muss mit derartigen axialen Abmessungen zur Verfügung gestellt werden, dass deren Riemenscheibe mit den übrigen Riemenscheiben fluchtet.
Demgegenüber sind nach der DE 10 2007 022 189 A1 innerhalb des Gehäuses der Kühlmittelpumpe mehrere hydraulische Aktuatoren in Form von einzelnen Kolben-Zylinder-Einheiten angeordnet, an denen das Leitblech fixiert ist. Aufgrund der dafür vorgesehenen radialen Druckmittelzufuhr zu den einzelnen Aktuatoren sowie dieser Anordnung der Aktuatoren ergeben sich ungünstige radiale und axiale Abmessungen des Gehäuses der Kühlmittelpumpe. Außerdem können auch Funktionsstörungen auftreten, wenn die Kolben der Kolben-Zylinder-Einheiten nicht eine absolut synchrone Längsbewegung ausführen.
Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Lösung ist nach der DE 199 01 123 A1 der Aktuator in einer Nabe des Laufrades der Kühlmittelpumpe angeordnet und befindet sich folglich nicht an dem dem Flügelrad zugewandten Ende der Antriebswelle. Im Übrigen ist der Druckschrift nur zu entnehmen, dass anstelle des dargestellten Wachsausdehnungsstellers auch eine elektrische, hydraulische oder pneumatisch angetriebene Verstelleinrichtung vorgesehen sein kann. Eine entsprechende Zuführung eines Hydraulikmediums soll danach aber ganz offensichtlich über das Gehäuse der Kühlmittelpumpe erfolgen. Sowohl die Anordnung des Aktuators als auch die Zuführung des Hydraulikmediums bewirken eine Vergrößerung der baulichen Abmessungen der gesamten Kühlmittelpumpe sowohl in radialer als auch in axialer Richtung.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung soll der Aktuator als Hydraulikzylinder ausgebildet und koaxial am Ende der Antriebswelle angeordnet sein. Als Hydraulikzylinder ist in diesem Zusammenhang die Gesamtanordnung, bestehend aus einem längsverschieblichen Kolben und dem diesen umschließenden Zylinder zu verstehen. Dabei wird es sich vorzugsweise um einen einfach wirkenden Hydraulikzylinder handeln, mit dem eine druckbetätigte Verstellung des Sperrringes in seine Schließstellung erfolgt, in der also der radiale Kühlmittelauslass verschlossen ist. Eine Rückstellung des Sperrringes und somit eine Verschiebung des einfach wirkenden Hydraulikzylinders in die entgegengesetzte Richtung wird in diesem Fall über eine Druckfeder erfolgen, die zwischen dem Flügelrad und dem Sperrring oder innerhalb des Aktuators vorgesehen sein kann. Mit einer derartigen Anordnung einer Druckfeder zur Rückstellung des Schließbleches in seine geöffnete Position kann außerdem eine Fail-Safe-Einrichtung geschaffen werden, mit welcher beim Ausfall der Druckversorgung des Aktuators stets sichergestellt ist, dass die Kühlmittelpumpe in ausreichendem Maße Kühlwasser fördert.
Hinsichtlich der Ausbildung und Anordnung des Hydraulikzylinders bestehen unterschiedliche Möglichkeiten: Es wird zum einen vorgeschlagen, eine Zylinderlaufbahn des Hydraulikzylinders unmittelbar in der Antriebswelle auszubilden. In diesem Fall würde das dem Laufrad zugewandte Ende der Antriebswelle als Hohlwelle gestaltet sein, wobei die innere Mantelfläche dieser Hohlwelle die entsprechende Zylinderlaufbahn bildet. Dadurch kann eine sehr kompakte Anordnung geschaffen werden, und der Aktuator lässt sich mit geringem Fertigungsaufwand herstellen. Zum anderen besteht alternativ dazu die Möglichkeit, den Kolben auf der Antriebswelle zu befestigen und an einem insgesamt topfförmig gestalteten Leitblech, das den Sperrring bildet, einen mit diesem Kolben zusammenwirkenden Zylinder anzuordnen, wobei diese Bauelemente einen entsprechenden Druckraum begrenzen. Dabei handelt es sich ebenfalls um eine sehr kompakte Anordnung des Aktuators, die sich für eine Fertigung in Großserie eignet.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Aktuator als Membran auszubilden. Eine entsprechende Membran würde eine sehr kurze axiale Baulänge ermöglichen. Diese Membran würde dabei an einem die Antriebswelle radial umschließenden Flanschteil fixiert werden, wobei das aus der Längsbohrung der Antriebswelle ausströmende Druckmittel diese Membran gegen einen Boden des ebenfalls topfförmig gestalteten Leitbleches presst, so dass das Leitblech nach Auslenkung der Membran in eine Schließstellung seines Sperrringes verschoben wird. Auch in diesem Fall ist an dem Leitblech eine Rückstellfeder vorzusehen, die das Leitblech nach einem Druckabbau im Inneren der Membran wieder in seine Öffnungsstellung verschiebt.
Weiterhin wird für eine Lösung, deren gattungsbildende Merkmale mit denen des Patentanspruchs 1 identisch sind, vorgeschlagen, dass der Aktuator konzentrisch zur Antriebswelle im Bereich von deren dem Flügelrad zugewandten Ende angeordnet und als Membran ausgebildet ist. Danach kann das Druckmittel auch über Kanäle, die im Gehäuse der Kühlmittelpumpe vorgesehen sind, in den an der Membran vorgesehenen Druckraum geleitet werden. Neben dieser Möglichkeit, die nur mit einem größeren technischen Aufwand zu realisieren ist, soll es gemäß diesem Vorschlag aber auch primär darum gehen, das unter Druck stehende Hydraulikmedium über zumindest eine in der Antriebswelle vorgesehene Längsbohrung dem Druckraum der Membran zuzuführen. Neben dieser einen oder mehreren Längsbohrungen sind natürlich, sofern erforderlich, Querbohrungen vorzusehen, die beispielsweise zwischen einer entsprechenden Druckquelle bzw. einem Steuerventil und der entsprechenden Längsbohrung verlaufen würden.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Lösung soll die Antriebswelle an ihrem dem Flügelrad zugewandten Ende einen im Wesentlichen als Flansch ausgebildeten ersten Teilabschnitt des Flügelrades aufnehmen, wobei die Membran an ihrem Rand an dem ersten Teilabschnitt fixiert ist und wobei sich die Membran in ihrem mittleren Bereich an einem topfförmig gestalteten Leitblech abstützt, an dem der den Kühlmittelauslass in seiner Sperrstellung ringförmig umgebende Sperrring ausgebildet ist. Dieser erste Teilabschnitt des Flügelrades ist mit einem in axialen Abstand zu diesem angeordneten zweiten Teilabschnitt verbunden, wobei zwischen diesen beiden Teilabschnitten Schaufeln der Kreiselpumpe und das Leitblech angeordnet sind. Das Leitblech ist dabei axial zwischen diesen beiden Teilabschnitten des Flügelrades verschiebbar, wobei es während seiner axialen Bewegung gegenüber dem ersten Teilabschnitt über eine Gleitringdichtung bzw. einen Kolbenring abgedichtet ist. Die Membran ist in einer kreisförmig verlaufenden Nut des ersten Teilabschnitts fixiert.
Die vorstehend erläuterte Anordnung des Leitbleches innerhalb des Flügelrades kann darüber hinaus auch bei einer Ausbildung des Aktuators als Kolben-Zylindereinheit vorgesehen sein. Außerdem ist die Verwendung einer Membran oder Kolben-Zylindereinheit als Aktuator nicht auf eine derartige Anordnung des Leitbleches beschränkt. An Stelle des Leitbleches kann auch ein den Sperrring aufnehmender Mitnehmer räumlich zwischen dem Pumpengehäuse und dem Flügelrad angeordnet sein.
In Weiterbildung dieser Anordnung soll eine Rückstellfeder vorgesehen sein, die der von der Membran in Sperrrichtung erzeugten Bewegung des Leitbleches entgegenwirkt. Es handelt sich also um eine einfach wirkende hydraulische Verstellung, bei der, ausgehend von einer Druckmittelversorgung, mittels eines Steuerventils für eine Druckbeaufschlagung der Membran gesorgt wird oder der an der Membran vorgesehene Druckraum drucklos entleert wird. Da die Druckfeder das Leitbleich in eine Stellung bewegt, in der der Kühlmittelauslass bzw. die Kühlmittelauslässe geöffnet sind, wird auf diese Weise eine Fail-Safe-Steuerung geschaffen, denn beim Ausfall des Steuerdruckes ist sichergestellt, dass die Kühlmittelpumpe stets einen Kühlmittelstrom durch den Kühlmittelkreislauf fördert.
Weiterhin soll im Falle der Verwendung einer Membran als Aktuator vorgesehen sein, dass die Antriebswelle an ihrem dem Flügelrad zugewandten Ende einen im Wesentlichen als Flansch ausgebildeten ersten Teilabschnitt aufnimmt und dass die Membran an ihrer dem ersten Teilabschnitt zugewandten Oberfläche oder der Teilabschnitt an seiner der Membran zugewandten Oberfläche strukturiert sind. Diese Oberflächenstruktur, bei der es sich vorzugsweise um Nuten handelt, die vom Endbereich der Antriebswelle aus radial nach außen verlaufen, wird sichergestellt, dass das zwischen den Oberflächen der Membran und des Teilabschnitts einströmende Druckmedium über die gesamte Fläche verteilt wird. Dadurch kann eine verzögerungsfreie Verstellung des Leitbleches und des an diesem ausgebildeten Sperrringes mittels der Membran herbeigeführt werden.
Außerdem soll der erste Teilabschnitt über Schaufeln des Flügelrades mit einem zu diesem in axialer Richtung beabstandeten zweiten Teilabschnitt verbunden sein, wobei die Schaufeln durch Ausnehmungen im Leitblech hindurchgeführt sind. Das Leitblech führt also eine Bewegung in axialer Richtung durch, wobei es einerseits in seiner Schließstellung am zweiten Teilabschnitt des Flügelrades und in seiner Öffnungsstellung am ersten Teilabschnitt anschlägt.
Schließlich wird vorgeschlagen, das Druckmittel für den als Membran oder Hydraulikzylinder ausgebildeten Aktuator mittels einer im Gehäuse der Kühlmittelpumpe angeordneten Steuerpumpe zu liefern. Diese Steuerpumpe soll dabei unmittelbar von der Antriebswelle angetrieben werden. Außerdem soll im Gehäuse der Kühlmittelpumpe ein Steuerventil angeordnet sein, das die Verbindung eines zum Druckraum der Membran oder des Hydraulikzylinders führenden Arbeitsanschlusses wahlweise mit einem Pumpenport oder Tankport verbindet oder absperrt. Als Druckmittel wird vorzugsweise dem Kühlmittelkreislauf entnommenes Kühlmittel verwendet, so dass bei eventuell auftretenden Leckagen vermieden wird, dass sich ein anderes Druckmittel, wie beispielsweise Schmieröl mit dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes vermischen könnte.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 5 mit Merkmalen der abhängigen Patentansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus der Zeichnung ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Zeichnung durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen drei Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung im Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe, bei der ein Aktuator als in einer Antriebswelle angeordneter Hydraulikzylinder ausgebildet ist,
2 eine perspektivische Darstellung mit einer Teilansicht einer Kühlmittelpumpe im Längsschnitt, darstellend einen Bereich ihres Flügelrades mit einer Schließstellung eines Leitbleches,
3 eine Teilansicht des in 2 dargestellten Flügelrades mit einer Offen-Stellung des Leitbleches,
4 eine perspektivische Darstellung mit einem Längsschnitt durch eine Anordnung eines Flügelrades auf einer Antriebswelle, wobei der Aktuator als Membran ausgebildet ist und
5 eine perspektivische Darstellung einer Teilansicht im Bereich einer Anordnung eines Flügelrades auf einer Antriebswelle, wobei ein Aktuator einen ersten Teilabschnitt eines Flügelrades mit einer strukturierten Oberfläche aufweist.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In der 1 ist mit 1 eine Kühlmittelpumpe bezeichnet, die ein Pumpengehäuse 2 sowie eine in diesem Pumpengehäuse 2 gelagerte Antriebswelle 3 aufweist. Dabei ist die Antriebswelle 3 vorzugsweise über ein nicht näher dargestelltes Wälzlager in dem Pumpengehäuse 2 gelagert und nimmt an ihrem einen Ende ein Antriebsrad 4 sowie an ihrem anderen Ende ein Flügelrad 5 auf. Ferner ist die Antriebswelle an ihrem dem Flügelrad 5 zugewandten Ende als Hohlwelle 6 ausgebildet, so dass an diesem Ende ein koaxial zur Antriebswelle verlaufender Hydraulikzylinder 7 gebildet wird. Dabei ist im Inneren der Hohlwelle 6 eine Zylinderlaufbahn 8 ausgebildet, auf der ein Hydraulikkolben 9 dichtend geführt ist. Von diesem Hydraulikkolben 9 geht eine Kolbenstange 10 aus, die zentrisch durch das Flügelrad 5 verläuft.
Das Flügelrad 5 wird im Übrigen durch einen flanschartig ausgebildeten ersten Teilabschnitt 11 und durch einen in axialer Richtung zu diesem beabstandeten zweiten Teilabschnitt 12 gebildet. Zwischen diesen Teilabschnitten verlaufen Schaufeln 5a des Flügelrades 5, die das mittig des Flügelrades 5 angesaugte Kühlmittel radial nach außen fördern. Auf der sich in Richtung der Längsachse erstreckenden Kolbenstange 10 ist ein Leitblech 13 angeordnet, das eine tellerförmige Nabe 14 sowie einen sich daran anschließenden zylindrisch ausgebildeten Sperrring 15 aufweist. Das Leitblech 13 ist mittels der Kolbenstange 10 in axialer Richtung verschiebbar, wobei der Sperrring 15 in einer geöffneten Stellung des Leitbleches 13 in einen Freiraum 16 des Gehäuses 2 bewegt wird, während sich der Sperrring 15 in einer Sperrstellung, die die 1 zeigt, in einer einen Kühlmittelauslass 17 überdeckenden Position befindet.
Die Verstellung des Leitbleches 13 erfolgt dabei in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, in welcher die Kühlmittelpumpe 1 zum Einsatz kommt. Dabei soll erreicht werden, dass sich das Kühlmittel nach einem Startvorgang der Brennkraftmaschine unabhängig von der jeweiligen Außentemperatur relativ schnell erwärmt, damit die Brennkraftmaschine innerhalb kurzer Zeit ihre vorgesehene Betriebstemperatur erreicht.
Für die Verstellung des Leitbleches 13 über den als Aktuator dienenden Hydraulikzylinder 7 ist eine Steuerpumpe 18 vorgesehen, die ein Druckmittel aus einem Tank 19 einem Steuerventil 20 zuführt. Das Steuerventil 20 ist in diesem Fall als 3/3-Wegeventil ausgebildet und befindet sich in seiner Sperrstellung, in der eine zum Inneren des Hydraulikzylinders führende Arbeitsleitung 21 abgesperrt ist. In seinen beiden weiteren Stellungen wird entweder Druckmittel aus der Steuerpumpe 18 in den Hydraulikzylinder 7 gefördert oder aus diesem drucklos in Richtung des Tanks 19 abgelassen. Dadurch kann die jeweilige Stellung des Leitblechs 13 verändert werden. Das Leitblech ist mit Ausnehmungen 22 versehen, durch die die Schaufeln 5a des Flügelrades 5 hindurchgeführt sind. Ferner weist der erste Teilabschnitt 11 des Flügelrads 5 ein an seinem Umfang verlaufende Dichtung 23 auf, auf der der am Leitblech 13 ausgebildete Sperrring 15 gleitend geführt ist.
Nach den 2 und 3 ist eine gegenüber 1 geänderte Ausbildung für das Leitblech und den Aktuator vorgesehen, so dass für diese Bauelemente geänderte Bezugszeichen verwendet werden. Im Übrigen stimmen die Bezugszeichen im Wesentlichen mit denen nach der 1 überein. Der Darstellung nach den 2 und 3 ist zu entnehmen, dass das Flügelrad 5 mit seinen beiden Teilabschnitten 11 und 12 sowie den zwischen diesen verlaufenden Schaufeln 5a ein Leitblech 24 aufnimmt, das eine tellerförmige Nabe 25 und einen zylindrischen Sperrring 26 aufweist. Darüber hinaus ist das Leitblech 24 einteilig mit einem Zylinder 27 ausgebildet, der mit einem Hydraulikkolben 28, welcher drehfest auf einer Antriebswelle 29 angeordnet ist, einen Druckraum 31 bildet. Weiterhin ist der Hydraulikkolben 28 mit einem Kolbenring 30 versehen, wodurch der Druckraum 31 innerhalb des Zylinders 27 abgedichtet ist.
Stirnseitig des Zylinders 27 weist der erste Teilabschnitt 11 des Flügelrades 5 einen Ringraum 11a auf, in den der Zylinder 27 während einer Verstellung des Leitbleches 24 in einer Öffnungsstellung für den Kühlmittelauslass 17 bzw. die Kühlmittelauslässe 17 bewegt wird. Diese Stellung des Leitbleches 24 ist in der 3 dargestellt. Ein entsprechender Druckaufbau in dem Druckraum des Zylinders 27 erfolgt dabei mittels einer zumindest abschnittsweise durch die Antriebswelle 29 verlaufende Längsbohrung 32.
In den 4 und 5 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, bei der hinsichtlich der Ausbildung der verwendeten Antriebswelle sowie des Flügelrades Übereinstimmung mit den Ausgestaltungen nach den 1 bis 3 besteht. Insofern werden auch die gleichen Bezugszeichen verwendet. Ein wesentlicher Unterschied gegenüber den vorgenannten und bereits erläuterten Ausgestaltungen der Erfindung besteht darin, dass nach den 4 und 5 am ersten Teilabschnitt 11 eine Membran 33 angeordnet ist, wobei ein Rand dieser Membran 33 von einer Ringnut 34 des ersten Teilabschnitts 11 dichtend aufgenommen ist. Das über die Längsbohrung 32 der Antriebswelle 29 zugeführte Druckmittel führt zu einer Auslenkung der Membran 33, die sich dabei an einem Leitblech 35 abstützt und dieses in axialer Richtung verschiebt. Die verwendete Membran 33 nimmt in der geöffneten Stellung eines Sperrringes 36 eine Position ein, in der sie flächig an dem ersten Teilabschnitt 11 anliegt. Damit das über die Längsbohrung 32 zugeführte Druckmittel in ausreichendem Maße an die dem ersten Teilabschnitt 11 zugeführte Oberfläche der Membran 33 gelangen kann, ist der erste Teilabschnitt 11 in diesem Bereich, der von der Membran 33 umschlossen wird, mit einer Oberflächenstruktur in Form von vom Austrittsbereich der Längsbohrung 32 radial nach außen führenden Nuten 37 versehen.
Bezugszeichenliste

1: Kühlmittelpumpe
2: Pumpengehäuse
3: Antriebswelle
4: Antriebsrad
5: Flügelrad
5a: Schaufeln
6: Hohlwelle
7: Hydraulikzylinder
8: Zylinderlaufbahn
9: Hydraulikkolben
10: Kolbenstange
11: erster Teilabschnitt von 5
11a: Ringraum in 11
12: zweiter Teilabschnitt von 5
13: Leitblech
14: tellerförmige Nabe von 13
15: Sperrring von 13
16: Freiraum
17: Kühlmittelaustrittsöffnung
18: Steuerpumpe
19: Tank
20: Steuerventil
21: Arbeitsleitung
22: Ausnehmungen in 13
23: Dichtung
24: Leitblech
25: tellerförmige Nabe von 24
26: Sperrring von 24
27: Zylinder von 24
28: Hydraulikkolben
29: Antriebswelle
30: Kolbenring
31: Druckraum
32: Längsbohrung
33: Membran
34: Ringnut
35: Leitblech
36: Sperrring
37: radial verlaufende Nuten
38: Rückstellfeder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007022189 A1 [0005, 0009]
DE 19901123 A1 [0006, 0010]

Claims

Kühlmittelpumpe (1) für einen Kühlmittelkreiskreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem vorzugsweise über einen Riementrieb angetriebenen Antriebsrad (4), welches über eine in einem Pumpengehäuse (2) drehbar gelagerte Antriebswelle (3, 29) mit einem Flügelrad (5) verbunden ist, wobei radial zum Flügelrad (5) zumindest ein Kühlmittelauslass (17) vorgesehen, mit einem in axialer Richtung bewegbaren Sperrring (15, 26, 36), der zur Veränderung oder Sperrung eines Querschnittes des Kühlmittelauslasses (17) dient, und mit einem druckmittelbetätigten Aktuator zur Verstellung des Sperrringes (15, 26, 36), dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator konzentrisch zur Antriebswelle (3, 29) im Bereich von deren dem Flügelrad (5) zugewandten Ende angeordnet ist, dass der Aktuator auf dem Ende der Antriebswelle (3, 29) befestigt ist und dass der Aktuator über zumindest eine in der Antriebswelle (3, 29) vorgesehene Längsbohrung (32) mit einer Druckmittelversorgung verbunden ist.
Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator als Hydraulikzylinder (7, 27) ausgebildet und koaxial am Ende der Antriebswelle (3, 29) angeordnet ist.
Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zylinderlaufbahn (8) des Hydraulikzylinders (7) unmittelbar in der Antriebswelle (3) ausgebildet ist.
Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator als Membran (33) ausgebildet ist.
Kühlmittelpumpe (1) für einen Kühlmittelkreiskreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem vorzugsweise über einen Riementrieb angetriebenen Antriebsrad (4), welches über eine in einem Pumpengehäuse (2) drehbar gelagerte Antriebswelle (29) mit einem Flügelrad (5) verbunden ist, wobei radial zum Flügelrad (5) zumindest ein Kühlmittelauslass (17) vorgesehen ist, mit einem in axialer Richtung bewegbaren Sperrring (36), der zur Veränderung oder Sperrung eines Querschnittes des Kühlmittelauslasses (17) dient, und mit einem druckmittelbetätigten Aktuator zur Verstellung des Sperrringes (36), dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator konzentrisch zur Antriebswelle (29) im Bereich von deren dem Flügelrad (5) zugewandten Ende angeordnet und als Membran (33) ausgebildet ist.
Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (29) an ihrem dem Flügelrad (5) zugewandten Ende einen im Wesentlichen als Flansch ausgebildeten ersten Teilabschnitt (11) des Flügelrades (5) aufnimmt, dass die Membran (33) mittels ihres Randes an dem ersten Teilabschnitt (11) des Flügelrades (5) fixiert ist und dass sich die Membran (33) in ihrem mittleren Bereich am Leitblech (35) abstützt, an dem der den Kühlmittelauslass in seiner Sperrstellung ringförmig umgebende Sperrring (36) ausgebildet ist.
Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellfeder (38) vorgesehen ist, die der von der Membran (33) in Sperrrichtung erzeugten Bewegung des Leitbleches (35) entgegenwirkt.
Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (29) an ihrem dem Flügelrad (5) zugewandten Ende einen im Wesentlichen als Flansch ausgebildeten ersten Teilabschnitt (11) aufnimmt und dass die Membran (33) an ihrer dem ersten Teilabschnitt (11) zugewandten Oberfläche oder der Teilabschnitt (11) an seiner der Membran (33) zugewandten Oberfläche strukturiert sind.
Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teilabschnitt (11) des Flügelrades (5) über Schaufeln (5a) mit einem zu diesem in axialer Richtung beabstandeten zweiten Teilabschnitt (12) des Flügelrades (5) verbunden ist, wobei die Schaufeln (5a) durch Ausnehmungen (22) im Leitblech (13, 24, 35) hindurchgeführt sind.
Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Pumpengehäuse (2) der Kühlmittelpumpe (1) eine Steuerpumpe (18) und ein Steuerventil (20) angeordnet sind, wobei ein Arbeitsanschluss (21) des Steuerventils (20) mit der Längsbohrung (32) verbunden ist.