DE102011005476A1

DE102011005476A1 - Regelbare Kühlpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011005476A1
Application number: DE201110005476
Authority: DE
Inventors: Markus POPP
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2012-09-20

Abstract

Eine regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine umfasst ein um eine Drehachse (R) drehbar gelagertes Schaufelrad (1), welches in einen Saugraum hineinragende Schaufeln (12) aufweist und mit einem Deckelteil (3) und einer angetriebenen Hohlwelle (4) verbunden ist, wobei in der Hohlwelle (4) eine Schubstange (9) axial verschiebbar geführt ist, und einen zwischen dem Deckelteil (3) und dem Schaufelrad (1) angeordneten Leitkörper (2), der mit der Schubstange (9) verbunden und mittels dieser zur Regelung des Kühlmittel-Volumenstroms axial verschiebbar ist. Die Schaufeln (12) sind dreidimensional gekrümmt und der Leitkörper (2) ist relativ zu dem Schaufelrad (1) um die Drehachse (R) verdrehbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit einem um eine Drehachse drehbar gelagerten Schaufelrad, welches in einen Saugraum hineinragende Schaufeln aufweist und mit einem Deckelteil und einer angetriebenen Hohlwelle verbunden ist, wobei in der Hohlwelle eine Schubstange axial verschiebbar geführt ist, und mit einem zwischen dem Deckelteil und dem Schaufelrad angeordneten Leitkörper, der mit der Schubstange verbunden und mittels dieser zur Regelung des Kühlmittel-Volumenstroms axial verschiebbar ist.
Aus der DE 10 2008 046 424 A1 ist eine bewährte regelbare Kühlmittelpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit zweidimensional gekrümmten Schaufeln des Schaufelrades bekannt, bei der die Regelbarkeit mittels einer axial verschiebbaren Leitscheibe bewirkt wird.
Es ist bekannt, dass hinsichtlich Wirkungsgrad, Stabilität der Pumpenkennlinie und Kavitationsneigung strömungsphysikalisch eine dreidimensionale Schaufelform optimal ist. Dreidimensional gekrümmte Schaufeln lassen jedoch eine Regelbarkeit über einen axial verschiebbaren Leitkörper aufgrund geometrischer Unverträglichkeit bisher nicht zu.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine regelbare Kühlmittelpumpe zu schaffen, welche die Vorzüge einer Beschaufelung in dreidimensional gekrümmter Bauweise für eine regelbare Kühlmittelpumpe zugänglich macht.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine regelbare Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
Die Erfindung kombiniert eine hinsichtlich Wirkungsgrad, Kennlinienstabilität und Kavitationsneigung optimale dreidimensionale Beschaufelung mit der Möglichkeit einer Leitkörperverstellung. Erfindungsgemäß erreicht wird dies durch gleichzeitige relative Verdrehung des Leitkörpers gegenüber dem Schaufelrad bei einer axialen linearen Verschiebung des Leitkörpers, so dass dieser der Kontur der Beschaufelung folgen kann.
Vorteilhafterweise kann die Relativverdrehung des Leitkörpers gegenüber dem Schaufelrad bei geeigneter Ausführung der Schaufeln allein durch deren Kontur geführt bewirkt werden, womit eine zusätzliche Verstelleinrichtung hinfällig wird und eine besonders einfache und kostengünstige Bauart der Kühlmittelpumpe erzielt wird.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Bauform kann mittels einer auf die Schubstange wirkenden Verdreheinrichtung eine aktive Relativverdrehung des Leitkörpers gegenüber dem Schaufelrad realisiert werden kann, die Führung des Leitblechs durch die Schaufeln entfällt hierdurch. Dies verhindert Verschleiß und Abrieb an den Schaufeln
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind im Einzelnen zu erkennen:
1: eine Querschnittsansicht einer regelbaren Kühlmittelpumpe;
2: eine schematische Ansicht einer Schubstange für eine regelbare Kühlmittelpumpe im Bereich eines Führungselements;
3: eine Draufsicht auf die Kühlmittelpumpe aus dem Saugraum; und
4: eine perspektivische Ansicht einer Schubstange für eine regelbare Kühlmittelpumpe im Bereich einer Verdreheinrichtung.
In 1 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe 16 dargestellt. Das drehbar gelagerte Schaufelrad 1 mit daran fest angebrachtem Deckel 3 besitzt dreidimensional gekrümmte Schaufeln. Das Schaufelrad 1 ist mit einer Hohlwelle 4 verbunden, die mittels eines nicht gezeigten Antriebs, bspw. eines Riementriebs der Brennkraftmaschine, um eine Drehachse R rotiert wird. Bei Betrieb der Kühlmittelpumpe 16 wird Kühlmittel, beispielsweise Wasser, in den Saugraum 15 durch die gemeinsame Rotation des Schaufelrades 1 mit dem Deckelteil 3 gefördert und aufgrund der durch das Schaufelrad 1 erzeugten Fliehkräfte in einen Spiralkanal des nicht gezeigten Pumpengehäuses gefördert, welcher mit ebenfalls nicht dargestellten Kühlkanälen eines Zylinderkopfs und des Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine in Verbindung steht.
Um dabei den Volumenstrom der Kühlmittelpumpe regulieren zu können, ist zwischen dem Schaufelrad 1 und dem Deckelteil 3 ein insbesondere scheibenförmiges Leitblech 2 vorgesehen, das eine zum dem Schaufelrad 1 korrespondierende Kontur aufweist und entlang der Schaufeln 12 verschiebbar geführt ist. Zu diesem Zweck weist der Leitkörper 2 entsprechende Ausnehmungen 20 auf, siehe 3. Der Leitkörper 2 ist fest mit einer Schubstange 9 verbunden. Die Schubstange 9 ist zentrisch und axial verschiebbar in der Hohlwelle 4 durch eine Passbohrung 25 geführt. Die Schubstange 9 kann durch einen nicht gezeigten Aktuator, beispielsweise einen Elektromagneten, entlang der Drehachse R von einer durch die Anlage des Leitkörpers 2 an dem Schaufelrad 1 definierten Position in den Saugraum 15 hinein verschoben werden. Der Leitkörper 2 weist an seine Umfangsrand eine Auskragung 21 auf, wodurch der Leitkörper 2 je nach seiner Position zwischen dem Schaufelrad 1 und dem Deckelteil 3 den nicht gezeigten Ringkanal des Pumpengehäuses abdeckt, wodurch der Volumenstrom in den Spiralkanal entsprechend geregelt wird. Eine Rückstellfeder 5 bewirkt, dass die Schubstange 9 aus der ausgelenkten Position in ihre Ausgangslage zurückkehrt, sobald der Aktuator abgeschaltet wird. Der Bauraum, in welchem die Rückstellfeder 5 zwischen Hohlwelle 4 und Schubstange 9 angeordnet ist, ist vorzugsweise durch eine Dichtung 6 abgedichtet.
Zwischen der Schubstange 9 und der Hohlwelle 4 ist eine im Detail in den 2 und 4 gezeigte Verdreheinrichtung 17 angeordnet, die zum Verdrehen der Schubstange 9 und des damit verbundenen Leitkörpers 2 relativ zu der Hohlwelle 4 und dem damit verbundenen Schaufelrad 1 um die Drehachse R vorgesehen ist. Die Verdreheinrichtung 17 umfasst vorzugsweise eine mit der Hohlwelle 4 verbundene, beispielsweise in die Hohlwelle 4 eingepresste Buchse 7 sowie ein vorzugsweise mit der Schubstange 9 verbundenes Führungselement 8. Das Führungselement 8 ist vorzugsweise ein Bolzen, der radial verschiebbar in einer radialen Aussparung 19 der Schubstange 9 aufgenommen und vor der Montage der Schubstange 9 in der Hohlwelle 4 beispielsweise durch einen Sicherungsring 11 gesichert sein kann.
Das Führungselement 8 greift mit seinem über die Schubstange 9 auskragenden Ende in eine in der Buchse 7 vorgesehene Führungsnut 13 ein. Mittels einer in der Bohrung 19 angeordneten Feder 10 wird das Führungselement 8 im Betrieb sicher in der Führungsnut 13 gehalten, weiterhin kann hierdurch eine einfache Montage erfolgen. Infolge einer Verschiebung der Schubstange 9 in axialer Richtung wird durch Zwangsführung des Führungselementes 8 in bzw. entlang der Führungsnut 13 ein Drehmoment auf die Schubstange 9 ausgeübt, das gleichzeitig mit der axialen Verschiebung der Schubstange 9 eine zwangsweise Verdrehung derselben und damit des an ihrem Ende befestigten Leitkörpers 2 bewirkt. Der Verlauf der Führungsnut 13 ist dabei so gestaltet, dass bei einer axialen Verschiebung der Schubstange 9 der Leitkörper 2 der dreidimensional gekrümmten Bauform der Schaufeln 12 des Schaufelrades 1 folgen kann, ohne dass es zu einer Blockade des Schaufelrades 1 kommt. Insbesondere korrespondiert der Verlauf der Führungsnut 13 mit dem dreidimensional gekrümmten Verlauf der Schaufeln 12 des Schaufelrads 1. Die Führungsnut 13 ist vorzugsweise schraubenförmig; es sind jedoch auch andere Formen denkbar. Die Passbohrung 25, siehe 1, gewährleistet dabei, dass sich der Leitkörper 2 während der axialen Verschiebung und der Verdrehung der Schubstange 9 nicht mit den Schaufeln 12 des Schaufelrades 1 verkantet und die Kühlmittelpumpe blockiert.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird mittels der Verdreheinrichtung 17 das kontrollierte Führen des Leitkörpers 2 entlang der Kontur der Schaufeln 12 bewirkt.
Es sind aber auch Ausführungsformen ohne Verdreheinrichtung 17 denkbar, bei denen der Leitkörper 2 von den Schaufeln 12 nachgeführt und verdreht wird. Diese Ausführung ist insbesondere bei erheblichen Steigungen in der Formung der Schaufeln 12 möglich.
Bezugszeichenliste

1: Schaufelrad
2: Leitkörper
3: Deckelteil
4: Hohlwelle
5: Rückstellfeder
6: Dichtung
7: Buchse
8: Führungselement
9: Schubstange
10: Feder
11: Sicherungsring
12: Schaufel
13: Führungsnut
15: Saugraum
16: Kühlmittelpumpe
17: Verdreheinrichtung
19: Aussparung
20: Ausnehmung
21: Auskragung
25: Passbohrung
R: Drehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008046424 A1 [0002]

Claims

Regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, mit einem um eine Drehachse (R) drehbar gelagerten Schaufelrad (1), welches in einen Saugraum hineinragende Schaufeln (12) aufweist und mit einem Deckelteil (3) und einer angetriebenen Hohlwelle (4) verbunden ist, wobei in der Hohlwelle (4) eine Schubstange (9) axial verschiebbar geführt ist, und mit einem zwischen dem Deckelteil (3) und dem Schaufelrad (1) angeordneten Leitkörper (2), der mit der Schubstange (9) verbunden und mittels dieser zur Regelung des Kühlmittel-Volumenstroms axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (12) dreidimensional gekrümmt sind und der Leitkörper (2) relativ zu dem Schaufelrad (1) um die Drehachse (R) verdrehbar ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehung des Leitkörpers (2) relativ zu dem Schaufelrad (1) durch eine Verdreheinrichtung (7, 8) bewirkt wird, die infolge einer axialen Verschiebung der Schubstange (9) zwangsweise zugleich eine Verdrehung der Schubstange (9) bewirkt.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdreheinrichtung (7, 8) ein in eine Führungsnut (13) eingreifendes Führungselement (8) umfasst.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise schraubenförmige Verlauf der Führungsnut (13) mit der dreidimensional gekrümmten Form der Schaufeln (12) des Schaufelrads (1) korrespondiert.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (8) drehsicher mit der Schubstange (9) verbunden ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (8) mittels einer Feder (10) in die Führungsnut (13) vorgespannt ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdreheinrichtung (7, 8) eine in der Hohlwelle (4) angeordnete Buchse (7) umfasst.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (7) drehfest mit der Hohlwelle (4) verbunden ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnut (13) in der Buchse (7) vorgesehen ist.
Regelbare Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehung des Leitkörpers (2) relativ zu dem Schaufelrad (1) durch direkte Einwirkung der Schaufeln (12) auf den Leitkörper (2) bewirkt wird.