DE102011006127A1

DE102011006127A1 - Kühlmittelpumpe eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102011006127A1
Application number: DE201110006127
Authority: DE
Inventors: Matthias Banzhaf; Michael Baumann; Andreas Grüner; Rüdiger Knauss; Gerold Schultheiss
Original assignee: Behr GmbH and Co KG; Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-09-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe (1) eines Verbrennungsmotors mit – einem Ketten-/Riemenrad (2), über das die Kühlmittelpumpe (1) vom Verbrennungsmotor antreibbar ist, – einer Visco-Kupplung (4), die zwischen dem Ketten-/Riemenrad (2) und dem Laufrad (3) angeordnet ist, – einer elektrisch steuerbaren Magnetbremse (5), die in bestromtem Zustand das Laufrad (3) abbremst und dadurch dessen Drehzahl unabhängig von der Drehzahl des Ketten-/Riemenrades (2) steuert. Hierdurch können eine besonders kompakte Bauform und eine exakte Steuerung erreicht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe eines Verbrennungsmotors. Die Erfindung betrifft außerdem einen Verbrennungsmotor mit einer derartigen Kühlmittelpumpe.
Kühlmittelpumpen werden bei Verbrennungsmotoren zum Umwälzen von Kühlmittel in einem Kühlkreislauf benötigt und sind entweder über ein Ketten-/Riemenrad mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors antriebsverbunden oder werden separat von einem Elektromotor angetrieben. Im ersten Fall ist die Förderleistung der Kühlmittelpumpe stets abhängig von der Motordrehzahl, wogegen im zweiten Fall eine individuelle Steuerung der Förderleistung durch eine Regelung der Stromzufuhr des Elektromotors möglich ist. Eine Kühlmittelpumpe mit separatem Elektromotor ist jedoch vergleichsweise teuer und benötigt einen nicht zu unterschätzenden Bauraumbedarf.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Kühlmittelpumpe eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere einen geringen Bauraumbedarf erfordert und zudem exakt hinsichtlich ihrer Förderleistung steuerbar ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer an sich bekannten Kühlmittelpumpe eines Verbrennungsmotors, die über ein Ketten-/Riemenrad vom Verbrennungsmotor angetrieben wird, zwischen diesem Ketten-/Riemenrad und einem Laufrad der Kühlmittelpumpe, welche für die Förderung des Kühlmittels verantwortlich ist, eine Visco-Kupplung anzuordnen und zugleich eine elektrisch steuerbare Magnetbremse vorzusehen, die in bestromten Zustand das Laufrad abbremst, wodurch dessen Drehzahl unabhängig von der Drehzahl des Ketten-/Riemenrades gesteuert werden kann. Hierdurch ist es möglich, die Kühlmittelpumpe generell vom Verbrennungsmotor antreiben zu lassen, hinsichtlich ihrer Leistung jedoch individuell über das Betätigen der erfindungsgemäß vorgesehenen Magnetbremse zu steuern. Die Magnetbremse wirkt dabei auf einen abtriebsseitigen Teil, das heißt insbesondere auf eine abtriebsseitige Lamellenscheibe der Visco-Kupplung ein, so dass bei einem Betätigen der Magnetbremse ein Schlupf an der Visco-Kupplung entsteht und dadurch die Drehzahl des Laufrades relativ zum Ketten-/Riemenrad reduziert werden kann. Im Vergleich zu Elektromotoren erfordert die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe einen geringeren Bauraumbedarf und ist zudem ohne separate Antriebseinrichtung, wie beispielsweise ein Elektromotor, antreibbar. Die Magnetbremse besitzt dabei üblicherweise eine Magnetspule, die in Abhängigkeit der eingeleiteten Stromstärke einen Bremsbelag verstellt und gegen die abtriebsseitige Lamellenscheibe drückt. Hierdurch wird diese abgebremst, wodurch aufgrund der Drehzahldifferenz in der Visco-Kupplung ein Schlupf entsteht. Das Ketten-/Riemenrad dreht nach wie vor mit der von dem Verbrennungsmotor vorgegebenen Drehzahl.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist die Visco-Kupplung in ein Gehäuse der Kühlmittelpumpe integriert. Hierdurch lässt sich noch mal eine Reduzierung des Bauraumbedarfs erreichen, da für die Visco-Kupplung kein zusätzlicher, externer Platzbedarf vorgehalten werden muss. Durch die Anordnung der Visco-Kupplung in einem Bereich, der mit dem zu fördernden Kühlmittel in Kontakt steht, lässt sich zudem eine einfache Kühlung der Visco-Kupplung erreichen. Selbstverständlich ist alternativ auch eine externe Anordnung der Viscokupplung, beispielsweise im Bereich des Ketten-/Riemenrades, denkbar, wobei in diesem Fall entsprechende Rippengeometrien entweder am Ketten-/Riemenrad oder an der Visco-Kupplung vorgesehen werden können, welche dann die erforderliche Kühlung der Visco-Kupplung übernehmen.
Zweckmäßig weist die Visco-Kupplung zwei Lamellenscheiben auf, nämlich eine antriebsseitige Lamellenscheibe und eine abtriebsseitige Lamellenscheibe, wobei die Magnetbremse auf die abtriebsseitige Lamellenscheibe einwirkt. An der abtriebsseitigen Lamellenscheibe ist zudem ein Bremsbelag bzw. eine Bremsscheibe angeordnet, der/die beim Betätigen der Magnetbremse mit einem an der Magnetbremse angeordneten und verstellbaren Bremsbelag zusammenwirkt. Der Bremsbelag bzw. die Bremsscheibe kann dabei mit der abtriebsseitigen Lamellenscheibe beispielsweise verklebt oder verschraubt sein. Denkbar ist selbstverständlich auch eine einfache Stahlscheibe, die in der Art einer Bremsscheibe ausgebildet und an der abtriebsseitigen Lamellenscheibe befestigt ist. Der Bremsbelag bzw. die Bremsbeläge können dabei entweder austauschbar ausgebildet oder für die gesamte Lebensdauer der Kühlmittelpumpe dimensioniert sein. Besonders die zweite Lösung erhöht zwar die Wartungskosten, reduziert aber unter Umständen das Gewicht der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe, da sowohl die Bremsscheibe als auch die Bremsbeläge kleiner dimensioniert werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, ist das Laufrad der Kühlmittelpumpe über eine Laufradwelle drehfest mit einer Bremsscheibe und der abtriebsseitigen Lamellenscheibe verbunden, wobei das Ketten-/Riemenrad axial zwischen der Bremsscheibe und der Magnetbremse angeordnet ist. Das Ketten-/Riemenrad bedarf zu Führung des Riemens bzw. einer Kette eine entsprechend große Mantelfläche, wobei der radial unterhalb der Mantelfläche liegende Raum im vorliegenden Fall Bauraum optimierend von der Magnetbremse zumindest teilweise ausgenutzt wird. Hierdurch lässt sich wiederum eine besonders kompakte Bauform realisieren.
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 Kühlmittelpumpe eines Verbrennungsmotors in einer Schnittdarstellung mit einer extern angeordneten Magnetbremse,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer innerhalb eines Gehäuses der Kühlmittelpumpe angeordneten Viscokupplung.
Entsprechend den 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe 1 eines im übrigen nicht dargestellten Verbrennungsmotors ein Ketten-/Riemenrad 2 auf, über das die Kühlmittelpumpe 1, insbesondere deren Laufrad 3, vom Verbrennungsmotor angetrieben wird. Zudem ist erfindungsgemäß zwischen dem Ketten-/Riemenrad 2 und dem Laufrad 3 eine Visco-Kupplung 4 angeordnet, welche einen Schlupf ermöglicht und dadurch eine Reduzierung einer Drehzahl des Laufrades 3 im Vergleich zur Drehzahl des Ketten-/Riemenrads 2 erlaubt. Zur Reduzierung der Drehzahl am Laufrad 3 ist eine elektrisch steuerbare Magnetbremse 5 vorgesehen, die in bestromtem Zustand das Laufrad 3 abbremst, so dass es sich dessen Drehzahl unabhängig von der Drehzahl des Ketten-/Riemenrades 2 steuern lässt. Die Visco-Kupplung 4 ist dabei gemäß der 1 extern eines Gehäuses 6 der Kühlmittelpumpe 1 angeordnet, wogegen gemäß der 2 die Visco-Kupplung 4 in das Gehäuse 6 der Kühlmittelpumpe 1 integriert ist.
Betrachtet man die Visco-Kupplung 4 genauer, so kann man erkennen, dass diese zwei Lamellenscheiben 7 und 8 aufweist, nämlich eine antriebsseitige Lamellenscheibe 7 und eine abtriebsseitige Lamellenscheibe 8, wobei die Magnetbremse 5 auf die abtriebsseitige Lamellenscheibe 8 einwirkt.
Gemäß der 2 ist das Laufrad 3 drehfest mit einem Deckel 9 verbunden, wobei dieser wiederum drehfest mit der abtriebsseitigen Lamellenscheibe 8 verbunden ist. Der Deckel 9 dichtet dabei die Visco-Kupplung 4 zugleich ab, so dass das zwischen den beiden Lamellenscheiben 7, 8 vorhandene Öl vom außerhalb des Deckels 9 angeordneten Kühlmittel getrennt ist. Bei der gemäß der 2 gezeigten Ausführungsform der Kühlmittelpumpe 1, steht der Deckel 9 in Kontakt mit dem Kühlmittel, so dass dieser gekühlt ist und diese Kühlwirkung an das Öl in der Visco-Kupplung 4 übertragen kann, so dass diese gleichzeitig vom Kühlmittel gekühlt werden kann.
Die abtriebsseitige Lamellenscheibe 8 ist gemäß der 2 über ein Kugellager 10 gegenüber einer das Ketten-Riemenrad 2 tragenden Welle 11 gelagert, wobei zusätzlich an der abtriebsseitigen Lamellenscheibe 8 ein Bremsbelag 12 angeordnet ist, der beim Betätigen der Magnetbremse 5 mit einem an dieser angeordneten und verstellbaren Bremsbelag 13 zusammenwirkt. Prinzipiell kann dabei auch der an der abtriebsseitigen Lamellenscheibe 8 angeordnete Bremsbelag 12 als Bremsscheibe ausgebildet sein. Generell weist die Magnetbremse 5 eine Magnetspule 14 auf, welche bei Bestromung den Bremsbelag 13 in Richtung der abtriebsseitigen Lamellenscheibe 8 und damit in Richtung des Bremsbelags 12 verstellt.
Gemäß der 1 ist die antriebsseitige Lamellenscheibe 7 am Ketten-/Riemenrad 2 angeordnet oder bildet sogar einen integralen Bestandteil desselben. Das Laufrad 3 ist dabei über eine Laufradwelle 15 drehfest mit einer Bremsscheibe 16 sowie der abtriebsseitigen Lamellenscheibe 8 verbunden, wobei das Ketten-/Riemenrad 2 axial zwischen der Bremsscheibe 16 und der abtriebsseitigen Lamellenscheibe 8 angeordnet ist. Hierdurch lässt sich ebenfalls eine besonders kompakte Bauform erreichen, da die Magnetbremse 5 beispielsweise in einen bisher nicht genutzten radialen Innenraum 17 des Ketten-/Riemenrades 2 eingreift. Zur Kühlung der Visco-Kupplung 4 bei einer Ausführungsform gemäß der 1 können beispielsweise entsprechende Kühlrippen vorgesehen sein. Denkbar ist auch eine Luftkühlung durch die Drehbewegung des Ketten-/Riemenrades 2. Das Ketten-/Riemenrad 2 ist gemäß der 1 über ein Kugellager 10' gegenüber der Bremsscheibe 16 und damit gegenüber der Laufradwelle 15 drehbar gelagert. Abgedeckt wird die Visco-Kupplung 4 gemäß der 1 ebenfalls über einen Deckel 9', der mit einem Außenrand dichtend in das Ketten-/Riemenrad 2 eingelassen ist.
Mit der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe 1 ist eine Bauraum optimierte Kühlmittelpumpe realisierbar, die zudem auf einen separaten Antrieb verzichtet, gleichzeitig jedoch exakt hinsichtlich ihrer Förderleistung steuerbar ist.

Claims

Kühlmittelpumpe (1) eines Verbrennungsmotors mit – einem Ketten-/Riemenrad (2), über das die Kühlmittelpumpe (1) vom Verbrennungsmotor antreibbar ist, – einer Visco-Kupplung (4), die zwischen dem Ketten-/Riemenrad (2) und dem Laufrad (3) angeordnet ist, – einer elektrisch steuerbaren Magnetbremse (5), die in bestromtem Zustand das Laufrad (3) abbremst und dadurch dessen Drehzahl unabhängig von der Drehzahl des Ketten-/Riemenrades (2) steuert.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Visco-Kupplung (4) in ein Gehäuse (6) der Kühlmittelpumpe (1) integriert ist.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Visco-Kupplung (4) zwei Lamellenscheiben (7, 8) aufweist, nämliche eine antriebseitige Lamellenscheibe (7) und eine abtriebsseitige Lamellenscheibe (8), wobei die Magnetbremse (5) auf die abtriebsseitige Lamellenscheibe (8) wirkt.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (3) drehfest mit einem Deckel (9) und dieser drehfest mit der abtriebsseitigen Lamellenscheibe (8) verbunden ist.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (9) zugleich die Visco-Kupplung (4) abdichtet.
Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die abtriebsseitige Lamellenscheibe (8) über ein Kugellager (10) gegenüber einer das Ketten-/Riemenrad (2) tragenden Welle (11) gelagert ist.
Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der abtriebsseitigen Lamellenscheibe (8) ein Bremsbelag (12) angeordnet ist, der beim Betätigen der Magnetbremse (5) mit einem an der Magnetbremse (5) angeordneten und verstellbaren Bremsbelag (13) zusammenwirkt.
Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebsseitige Lamellenscheibe (7) am Ketten-/Riemenrad (2) angeordnet ist oder einen integralen Bestandteil desselben bildet.
Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (3) über eine Laufradwelle (15) drehfest mit einer Bremsscheibe (16) und der abtriebsseitigen Lamellenscheibe (8) verbunden ist, wobei das Ketten-/Riemenrad (2) axial zwischen der Bremsscheibe (16) und der Magnetbremse (5) angeordnet ist.
Verbrennungsmotor mit einem Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.