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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkeitspumpe für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Kraftfahrzeuge mit einer Flüssigkeitspumpe, beispielsweise Kühlmittelpumpe zur Förderung eines Kühlmittels durch einen Kühlkreislauf einer Brennkraft- und/oder Elektromaschine, sowie derartige Flüssigkeitspumpen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt.
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Die
DE 10 2014 213 486 A1 befasst sich mit einer Riemenscheibenanordnung. Dabei ist eine aus einem Motorgehäuse eines Kraftfahrzeugs herausragende als Drehmomenteinleitungselement wirkende Antriebswelle mit einem in der Riemenscheibe vorgesehenen Drehschwingungsdämpfer verbunden.
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Die
US 4 644 206 A befasst sich mit einem stufenlos regelbaren Drehmomentwandler. Eine Antriebswelle tritt in ein Gehäuse ein, um eine mechanische Antriebskraft in den elektromagnetischen Drehmomentwandler einzubringen. Mit der Eingangswelle, also der Antriebswelle ist ein Hauptanker drehfest verbunden. Die Antriebswelle durchdringt den Hauptanker und ist gegenüberliegend zu einem Kommutator drehbar in einem Lager, das in einem Endbereich eines Feldläufers angeordnet ist, gelagert. Dieser Endbereich ist drehfest mit einer Ausgangswelle verbunden. Die Ausgangswelle ist in einer Abschlusswand des Gehäuses gelagert.
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Die
DE 25 10 779 A1 betrifft eine Vibrations- bzw. Schwingungseinheit zur Verwendung an einem oszillierenden Körper, aufweisend ein Kernelement mit einer an diesem in axialer Richtung ausgebildeten äußeren Umfangsfläche, ein Trägheitsmassenelement mit einer inneren Umfangsfläche, welche die äußere Umfangsfläche des Kernelementes und von dieser in Abstand angeordnet ist, eine Dämpfungseinrichtung aus kompressiblem, nachgiebigem Material, das zwischen der äußeren Umfangsfläche des Kernelement und der inneren Umfangsfläche des Trägheitsmassenelements angeordnet ist, wobei eine Umfangsfläche derselben an der gegenüberliegenden Umfangsfläche einer dieser Elemente chemisch angebracht ist, wobei die Dämpfungseinrichtung unter einer limitierten Kompression steht, und wobei zwischen der äußeren Umfangsfläche des Kernelements und der inneren Umfangsfläche des Trägheitsmassenelements eine Halteeinrichtung angeordnet ist, deren eine Umfangsfläche an der gegenüberliegenden Umfangsfläche der Dämpfungseinrichtung chemisch angebracht ist, und deren entgegengesetzte Umfangsfläche an der gegenüberliegenden Umfangsfläche des anderen Elements in einem Festsitz befestigt ist, und wobei zur Anbringung der Einheit am oszillierenden Körper eine Einrichtung vorgesehen.
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Die
US 6 007 303 A (auch
DE 197 46 359 A1 ) offenbart eine regelbare Kühlmittelpumpe für ein Kraftfahrzeug, bei welcher ihre Antriebswelle über einen Riementrieb von einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs angetrieben ist. Ein pumpenabtriebsseitig vorgesehenes Pumpenflügelrad ist über eine Magnetkupplung drehmomentübertragend mit der Antriebswelle gekoppelt, wobei die Magnetkupplung zwei in Axialrichtung zueinander über einen Luftspalt beabstandete Kupplungsscheiben aufweist. Die erste Kupplungsscheibe ist eine Magnetscheibe, die zweite eine Hysteresescheibe. Die Breite des Luftspalts ist über einen Verstellmechanismus veränderbar, um hierdurch das von der Kupplung maximal übertragbare Drehmoment und einhergehend damit die Drehzahl bzw. Förderleistung der Kupplung unabhängig von einer Pumpenantriebsdrehzahl einstellen zu können.
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Die
US 7 503 753 B2 (auch
DE 60 2005 000 638 T2 ) beschreibt eine von einem Motor angetriebene Fluidpumpe, deren Drehzahl und, einhergehend damit, deren Förderleistung über einen Planetengetriebemechanismus unabhängig von einer Antriebsdrehzahl gesteuert werden kann.
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Des Weiteren ist aus der
CN 102 434 467 A eine von einem Motor angetriebene Pumpe bekannt, bei der das motorerzeugte Antriebsdrehmoment über eine Magnetkupplung berührungsfrei auf ein an einer Pumpenabtriebswelle angebrachtes Pumpenflügelrad übertragen wird. Die Magnetkupplung weist ein festes Übersetzungsverhältnis seiner Eingangsdrehzahl zu seiner Ausgangsdrehzahl auf, so dass das Flügelrad mit einer anderen als von dem Antriebsmotor vorgegebenen Drehzahl rotiert.
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Eine in ihrem Übersetzungsverhältnis veränderbare Magnetkupplung zeigt
CN 102 624 197 B. Ein zwischen zwei magnetisch wirksamen Kupplungshälften vorgesehener Luftspalt ist hierzu über einen Verstellmechanismus veränderbar.
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Die
CN 104 065 236 B offenbart eine permanentmagnetische Drehzahlsteuerung, bei der eine Magnetfeldstärke eines magnetischen Kopplungsluftspalts stufenlos einstellbar ist, um das Drehzahlverhältnis zwischen einem antreibenden und einem angetriebenen Rotor festlegen zu können.
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Verschiedene weitere mögliche Ausgestaltungen von Magnetkupplungen sind ebenso in der
EP 2 644 946 B1 beschrieben.
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Allgemein bekannt ist auch, eine Kühlmittel- oder Ölpumpe eines Kraftfahrzeugs rein elektromotorisch anzutreiben, um durch Steuerung der Drehzahl des die Pumpe antreibenden Elektromotors deren Förderleistung festlegen zu können. Je nach bereitzustellender Pumpenförderleistung ist jedoch eine hohe elektrische Leistung erforderlich, die wiederum von einer fahrzeugeigenen Batterie bereitgestellt werden muss.
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Allgemein verursachen rotierende Körper Schwingungen bzw. Vibrationen, zum Beispiel aufgrund einer Unwucht der rotierenden Massen, die zu einem erhöhten Verschleiß, zur Erzeugung von Körper- und/oder Luftschall und dergleichen führen können.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Flüssigkeitspumpe bereitzustellen, die verschleiß- und reibungsarm sowie energieeffizient betreibbar ist, kompakt und einfach baut und ferner über eine einfach realisierbare, mechanisch starre Kopplung an ein Antriebsaggregat anbindbar ist. Darüber hinaus soll die Flüssigkeitspumpe kostengünstig herstellbar sein..
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Diese Aufgabe wird durch eine Flüssigkeitspumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Aufgezeigt wird eine Flüssigkeitspumpe für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer vom Verbrennungsmotor angetriebenen Kurbelwelle, aufweisend ein Gehäuse, eine wenigstens teilweise im Gehäuse drehbar gelagerte Antriebswelle, eine im Gehäuse drehbar gelagerte Abtriebswelle, die über ein Magnetgetriebe berührungsfrei drehmomentübertragend mit der Antriebswelle gekoppelt ist, und ein mit der Abtriebswelle drehfest verbundenes Pumpenflügelrad zur Förderung einer Flüssigkeit. Erfindungsgemäß ist eine im Gehäuse aufgenommene Masse-Feder-Dämpfereinheit drehfest mit der Antriebswelle mit dieser mitrotierend verbunden, wobei die Masse-Feder-Dämpfereinheit dazu ausgebildet und angeordnet ist, Schwingungen der Antriebswelle in radialer und/oder axialer und/oder tangentialer Richtung zu dämpfen, wobei die Masse-Feder-Dämpfereinheit eine erste Masse, eine zweite Masse und ein gummielastisches Dämpfungselement zur mechanischen Verbindung der ersten mit der zweiten Masse aufweist, und wobei ein erster Teil der ersten Masse hohlzylinderförmig ausgebildet ist und von einer einen zweiten Teil der ersten Masse bildenden Verbindungsscheibe radial zur Antriebswelle beabstandet gehalten ist, wobei das gummielastische Dämpfungselement am hohlzylinderförmigen ersten Teil angeordnet ist und die zweite Masse ring- und/oder scheibenförmig am gummielastischen Dämpfungselement angeordnet ist, wobei die Antriebswelle starr mit der Kurbelwelle verbunden ist.
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Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Ferner sei angemerkt, dass eine hierin nachstehend verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder“ stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.
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Eine Flüssigkeitspumpe, zum Beispiel eine Kühlmittel- oder Ölpumpe, für ein Kraftfahrzeug, wie zum Beispiel ein rein verbrennungsmotorisch angetriebenes Fahrzeug oder auch ein Hybrid-Fahrzeug, weist ein Pumpengehäuse auf, eine wenigstens teilweise im Gehäuse drehbar gelagerte Antriebswelle, eine im Gehäuse drehbar gelagerte Abtriebswelle, die über ein Magnetgetriebe berührungsfrei drehmomentübertragend mit der Antriebswelle gekoppelt ist, und ein mit der Abtriebswelle drehfest verbundenes Pumpenflügelrad zur Förderung einer Flüssigkeit. Gemäß der Erfindung ist, wie oben bereits erwähnt, eine im Gehäuse aufgenommene Masse-Feder-Dämpfereinheit drehfest mit der Antriebswelle mit dieser mitrotierend verbunden. Die Masse-Feder-Dämpfereinheit ist dazu ausgebildet und angeordnet, Schwingungen der Antriebswelle in radialer und/oder axialer und/oder tangentialer Richtung zu dämpfen.
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Die in dem Gehäuse aufgenommene, das heißt von diesem umschlossene Masse-Feder-Dämpfereinheit, die im Wesentlichen wenigstens ein Masse-, ein Feder- und ein Dämpfungsglied aufweist, ermöglicht zum einen eine besonders kompakte, wartungsfreie oder wenigstens sehr wartungsarme Ausgestaltung der Flüssigkeitspumpe. Die Masse-Feder-Dämpfereinheit verhindert effektiv, Schwingungen bzw. Vibrationen der rotierenden Pumpenbauteile zu dämpfen, so dass diese sich einerseits nicht beispielsweise in Form von Körper- und/oder Luftschall in einem die Pumpe aufweisenden System von dieser ausgehend ausbreiten können. Andererseits werden aber auch Schwingungen, die beispielsweise von außen über die Antriebswelle in die Pumpe eingeleitet werden, derart durch die Masse-Feder-Dämpfereinheit gedämpft, dass diese im Wesentlichen nicht bzw. nur in erheblich vermindertem Maße in die Abtriebsseite, das heißt insbesondere in die von der Pumpe zu fördernde Flüssigkeit, eingetragen werden. Mit anderen Worten ermöglicht die Masse-Feder-Dämpfereinheit durch entsprechende Ausgestaltung bzw. Dimensionierung der Masse, der Feder und/oder des Dämpfers in vorteilhafter Weise, sowohl vorab feststellbare konstruktionsbedingte Unwuchten als auch während des Pumpenbetriebs von außen in die Pumpe dynamisch eingetragene Schwingungsvorgänge auszugleichen und zu dämpfen. Der mechanische Verschleiß der Pumpe bzw. der durch Schwingungen und Vibrationen besonders belasteten Pumpenbauteile kann hierdurch deutlich verringert werden.
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Darüber hinaus verhindert die Masse-Feder-Dämpfereinheit durch ihre Schwingungsdämpfungseigenschaft wirkungsvoll ebenso eine ansonsten durch eine Schwingungseinleitung in das Magnetgetriebe hervorgerufene Störung der zur Drehmomentkopplung im Magnetgetriebe von diesem erzeugten Magnetfelder, was eine Beruhigung der Drehbewegung des Flügelrads und damit auch der Flüssigkeitsströmung bewirkt.
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Die Masse-Feder-Dämpfereinheit ermöglicht es aufgrund ihrer im Pumpengehäuse integrierten Schwingungsdämpfungswirkung außerdem, die Flüssigkeitspumpe ebenfalls unmittelbar und starr an ein Antriebsaggregat, beispielsweise einen Motor, zum Beispiel an einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, anzubinden, gemäß der Erfindung unmittelbar an eine vom Verbrennungsmotor angetriebene Kurbelwelle. Auf einen ansonsten häufig verwendeten Riementrieb mit einer inhärenten, schwingungsdämpfenden Eigenschaft zur Anbindung einer Flüssigkeitspumpe an das die Pumpe antreibende Antriebsaggregat kann somit vollständig verzichtet werden, was eine wesentlich kompaktere Anordnung der Flüssigkeitspumpe und dem diese antreibenden Antriebsaggregat ermöglicht. Außerdem verursacht ein Riementrieb zusätzlich Reibung in dem die Pumpe aufweisenden System und unterliegt zudem einem Verschleiß, der im Laufe der Betriebslebensdauer der Pumpe eine regelmäßige Wartung erforderlich macht. Der Riementrieb stellt ferner eine potentielle Fehlerquelle dar, die eine Ausfallwahrscheinlichkeit der Flüssigkeitspumpe und somit des gesamten, die Pumpe enthaltenden Systems erhöht. All diese Nachteile beseitigt die Flüssigkeitspumpe gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Wie bereits vorstehend erwähnt, ist die Masse-Feder-Dämpfereinheit vorzugsweise vollständig im Pumpengehäuse aufgenommen, das heißt von diesem vollständig umschlossen, so dass sie vor jeglichen äußeren Einflüssen sicher geschützt ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse einen die zu fördernde Flüssigkeit aufnehmenden ersten Innenraum und einen flüssigkeitsfreien zweiten Innenraum auf, wobei das Pumpenflügelrad im ersten Innenraum angeordnet ist und die Masse-Feder-Dämpfereinheit im zweiten Innenraum angeordnet ist. Der zweite Innenraum ist von dem ersten Innenraum des Pumpengehäuses flüssigkeitsdicht getrennt, so dass die Masse-Feder-Dämpfereinheit keiner Beeinträchtigung durch die vom Pumpenflügelrad zu fördernde Flüssigkeit unterworfen ist, was eine langlebige, wartungsfreie Schwingungsdämpfungsfunktion der Masse-Feder-Dämpfereinheit gewährleistet.
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Gemäß der Erfindung ist, wie schon oben erwähnt, vorgesehen, dass die Masse-Feder-Dämpfereinheit eine erste Masse, eine zweite Masse und ein gummielastisches Dämpfungselement zur mechanischen Verbindung der ersten mit der zweiten Masse aufweist. Mit anderen Worten ist das Dämpfungselement zwischen die beiden Massen eingefügt. Das gummielastische Dämpfungselement, zum Beispiel ein kautschukähnliches Elastomer, ermöglicht eine gewisse Relativbewegung (Schwingung) der beiden Massen gegeneinander, insbesondere in radialer und/oder axialer und/oder tangentialer (umfänglicher) Richtung, sorgt aber gleichzeitig auch für einen schwingungsdämpfenden Effekt, indem es beispielsweise die von den relativ zueinander schwingenden Massen bewirkte Verformungsarbeit teilweise zum Beispiel durch innere Reibung in Wärme umwandelt. Die beiden Massen sowie das Dämpfungselement werden in Abhängigkeit von den zu erwartenden Betriebsbedingungen der Pumpe und/oder eines diese antreibenden Antriebsaggregats hinsichtlich des gewünschten Schwingungsdämpfungsvermögens (Frequenz, Amplitude) entsprechend in ihrem jeweiligen Gewicht sowie ihren räumlichen Abmessungen in allgemein bekannter Weise dimensioniert und auf diese Weise ihre jeweiligen wirksamen Trägheitsmassen festgelegt. So kann zum Beispiel die erste Masse für eine bestimmte Pumpenbaureihe stets im Wesentlichen dieselben Abmessungen und dasselbe Gewicht aufweisen, so dass vorteilhaft lediglich die zweite Masse an die jeweiligen, im Betrieb zu erwartenden Schwingungsvorgänge angepasst werden muss. Beispielsweise kann die zweite Masse auch im Nachhinein noch durch gezielten Materialabtrag oder Materialauftrag individuell an die bei einer bestimmten Flüssigkeitspumpe oder einer ganzen Pumpenbaureihe festgestellte, konstruktionsbedingte Unwucht angepasst werden, um diese für den anschließenden, bestimmungsgemäßen Betrieb auszugleichen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die erste Masse einstückig mit der Antriebswelle ausgebildet sein, so dass auf einen zusätzlichen Verbindungsmechanismus, zum Beispiel eine formschlüssige Verbindung mittels Schrauben, Nieten und dergleichen, eine reibschlüssige Verbindung mittels Klemmsitzen oder eine stoffschlüssige Verbindung durch Kleben, zur Herstellung der drehfesten Verbindung zwischen der ersten Masse und der Antriebswelle verzichtet werden kann. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die einstückige Ausgestaltung von erster Masse und Antriebswelle beschränkt. Außerdem kann die erste Masse im Wesentlichen auch durch einen Teil der Antriebswelle selbst gebildet sein.
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Gemäß der Erfindung ist, wie bereits oben erwähnt, vorgesehen, dass ein erster Teil der ersten Masse hohlzylinderförmig ausgebildet ist und von einer einen zweiten Teil der ersten Masse bildenden Verbindungsscheibe radial zur Antriebswelle beabstandet gehalten ist, wobei das gummielastische Dämpfungselement am hohlzylinderförmigen ersten Teil angeordnet ist und die zweite Masse ring- und/oder scheibenförmig am gummielastischen Dämpfungselement angeordnet ist. Mit anderen Worten bilden der erste und zweite Teil der ersten Masse im Wesentlichen einen topf- oder käfigförmigen Träger, an dem die zweite Masse über das Dämpfungselement schwingungsfähig angebunden ist. Der Begriff „Scheibe“ ist im Sinne der vorliegenden Erfindung weit auszulegen und soll nicht auf eine vollflächige (geschlossene) Scheibe begrenzt sein. Vielmehr sollen speichen-, stab- oder kreissegmentförmige Ausgestaltungen der Verbindungsscheibe von dem Begriff „Verbindungsscheibe“ ebenfalls umfasst sein. Weiterhin kann diese Verbindungsscheibe plan oder gebogen (z. B. schüsselförmig) oder eine noch andere Formgebung aufweisen, sofern sie den ersten Teil der ersten Masse in der vorbeschriebenen Weise radial beabstandet zur Antriebswelle anordnet und hält.
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Die zweite Masse kann ähnlich wie die erste Masse eine im Wesentlichen ring- und/oder scheibenförmige Ausgestaltung aufweisen.
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Nach einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist, ist das gummielastische Dämpfungselement an einer Innenumfangsfläche und/oder Außenumfangsfläche des hohlzylinderförmigen ersten Teils der ersten Masse angeordnet, so dass eine besonders kompakt bauende Masse-Feder-Dämpfungseinheit erreicht werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Magnetgetriebe ein während seines Betriebs hinsichtlich seines Übersetzungsverhältnisses einer Drehzahl der Antriebswelle zu einer Drehzahl der Abtriebswelle stufenlos verstellbares Magnetgetriebe. Somit lässt sich die Drehzahl des Pumpenflügelrads und damit die pro Zeiteinheit von der Flüssigkeitspumpe geförderte Flüssigkeitsmenge unabhängig von einer Drehzahl der Antriebswelle je nach tatsächlicher Anforderung einstellen, wodurch ein bedarfsgerechter, energieeffizienter Betrieb der Flüssigkeitspumpe erzielt werden kann.
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Eine noch weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Magnetgetriebe die Abtriebswelle durch die im Magnetgetriebe erzeugten Magnetfeldkräfte berührungsfrei im Gehäuse lagert, insbesondere wenigstens in radialer Richtung, so dass die Abtriebswelle reibungs-, verschleiß- und wartungsfrei im Pumpengehäuse drehgelagert ist und die Flüssigkeitspumpe besonders energieeffizient betreibbar ist. Auf eine Wälzlagerung der Antriebswelle kann somit vollständig verzichtet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wir ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybrid-Fahrzeug, bereitgestellt, das einen Verbrennungsmotor mit einer von diesem angetriebenen Kurbelwelle aufweist. Hybrid-Fahrzeuge im Sinne der vorliegenden Erfindung sind alle an sich bekannten Hybridfahrzeuge, die neben dem Verbrennungsmotor ebenfalls wenigstens eine Elektromaschine (Motor und/oder Generator) aufweisen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist eine Flüssigkeitspumpe nach einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungen auf. Die Antriebswelle der Pumpe ist starr, bevorzugt auch unmittelbar, mit der Kurbelwelle verbunden. Die so erhaltene Anordnung aus Flüssigkeitspumpe und Antriebsaggregat in Form des Verbrennungsmotors lässt sich sehr kompakt und kostengünstig bauen und erlaubt zudem einen energieeffizienten Betrieb des Kraftfahrzeugs, bei dem ein im Fahrzeug mitgeführter elektrischer Energiespeicher (Batterie) nicht durch den Pumpenbetrieb belastet wird.
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Bezüglich kraftfahrzeugbezogener Begriffsdefinitionen sowie der Wirkungen und Vorteile kraftfahrzeuggemäßer Merkmale wird auf die vorstehenden Erläuterungen sinngemäßer Definitionen, Wirkungen und Vorteile bezüglich der erfindungsgemäßen Flüssigkeitspumpe verwiesen. Offenbarungen hierin bezüglich der erfindungsgemäßen Flüssigkeitspumpe sollen in sinngemäßer Weise auch zur Definition des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs herangezogen werden können, sofern dies hierin nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist. Ebenso sollen Offenbarungen hierin bezüglich des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in sinngemäßer Weise zur Definition der erfindungsgemäßen Flüssigkeitspumpe herangezogen werden können, sofern dies hierin nicht ebenfalls ausdrücklich ausgeschlossen ist. Insofern wird hierin auf eine Wiederholung von Erläuterungen sinngemäß gleicher Merkmale, deren Wirkungen und Vorteile im Hinblick auf die hierin offenbarte erfindungsgemäße Flüssigkeitspumpe und das hierin offenbarte erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zugunsten einer kompakteren Beschreibung weitgehend verzichtet.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die in der beigefügten Zeichnung einzig enthaltene Figur näher erläutert wird.
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1 stellt schematisch einen Teillängsquerschnitt (vorliegend eine obere Hälfte) eines Ausführungsbeispiels einer Flüssigkeitspumpe 1 für ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug gemäß der Erfindung dar. Die Flüssigkeitspumpe 1 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Wasserpumpe und das die Flüssigkeitspumpe 1 enthaltende Kraftfahrzeug ein Hybrid-Fahrzeug. Das Hybrid-Fahrzeug weist neben einem ebenfalls nicht dargestellten Elektromotor einen Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) auf, der eine Kurbelwelle 2 antreibt. Wie 1 deutlich zu entnehmen ist, ist die Kurbelwelle 2 des Verbrennungsmotors unmittelbar und starr mit der Pumpe 1 verbunden, um diese anzutreiben, wie nachstehend noch ausführlicher beschrieben werden wird.
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Wie in 1 ebenfalls zu erkennen ist, weist die Pumpe 1 ein zweiteiliges Gehäuse 3 auf, das wiederum einen abnehmbaren Gehäusedeckel 4 aufweist, der an einer Gehäuseplatte 5 befestigbar ist, zum Beispiel über in 1 zu erkennende Schraubmittel 6.
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1 ist weiter zu entnehmen, dass in dem Gehäuse 3 wenigstens teilweise eine Antriebswelle 7 drehbar gelagert ist, die unmittelbar und starr mit der Kurbelwelle 2 des Verbrennungsmotors verbunden ist, vorliegend über ein entsprechend ausgelegtes, in eine Innenausnehmung der Kurbelwelle 2 eingreifendes Schraubmittel 8. Ferner ist in dem Gehäuse 3 eine Abtriebswelle 9 drehbar gelagert. Die Abtriebswelle 9 ist über ein an sich bekanntes Magnetgetriebe 10 berührungsfrei drehmomentübertragend mit der Antriebswelle 7 gekoppelt. Ein Pumpenflügelrad 11 zur Förderung einer Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, Öl und dergleichen, ist mit der Abtriebswelle 9 drehfest verbunden.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Flüssigkeitspumpe 1 ist eine im Gehäuse 3 aufgenommene, mit der Antriebswelle 7 mitrotierende Masse-Feder-Dämpfereinheit 12 drehfest verbunden. Die Masse-Feder-Dämpfereinheit 12 ist dazu ausgebildet und angeordnet, Schwingungen der Antriebswelle 7 in radialer und/oder axialer und/oder tangentialer (umfänglicher) Richtung zu dämpfen.
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Wie in 1 weiter gut zu erkennen ist, weist das Gehäuse 3 einen die zu fördernde Flüssigkeit aufnehmenden ersten Innenraum 13 und einen flüssigkeitsfreien zweiten Innenraum 14 auf, wobei das Pumpenflügelrad 11 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Pumpe 1 im ersten Innenraum 13 angeordnet ist und die Masse-Feder-Dämpfereinheit 12 im zweiten Innenraum 14 angeordnet und damit vollständig im Gehäuse 3 aufgenommen ist. Es versteht sich, dass der erste Innenraum 13 gegenüber dem zweiten Innenraum 14 über entsprechende im Bereich der Eintrittsstelle der Abtriebswelle 9 in den ersten Innenraum 13 vorgesehene Dichtungsmittel, zum Beispiel einen Dichtungsring, flüssigkeitsdicht getrennt ist.
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Die Masse-Feder-Dämpfereinheit 12 des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Pumpe 1 weist eine erste Masse 15, eine zweite Masse 16 und ein gummielastisches Dämpfungselement 17, beispielsweise ein kautschukähnliches Elastomer mit sowohl federelastischen als auch bewegungsdämpfenden Eigenschaften, zur mechanischen Verbindung der ersten Masse 15 mit der zweiten Masse 16 auf. Die erste und die zweite Masse 15, 16 sind vorzugsweise aus einem Metallwerkstoff, beispielsweise Eisen, Stahl, Aluminium und dergleichen, gebildet. Die erste Masse 15 ist bei der Pumpe 1 einstückig mit der Antriebswelle 7 ausgebildet, wie in 1 gut zu erkennen ist.
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Insbesondere weist die erste Masse 15 der Masse-Feder-Dämpfereinheit 12 der beispielhaften Flüssigkeitspumpe 1 einen hohlzylinderförmig ausgebildeten ersten Teil 18 auf und einen scheibenförmigen zweiten Teil 19. Der scheibenförmige zweite Teil 19 (hierin auch als Verbindungsscheibe bezeichnet) ist einstückig mit der Antriebswelle 7 verbunden, der hohlzylinder- bzw. ringförmige erste Teil 18 wiederum einstückig mit dem zweiten Teil 19. Der erste und zweite Teil 18, 19 der ersten Masse 15 bilden zusammen einen sich in axialer Richtung der Antriebswelle 7 in Richtung zur Pumpenabtriebsseite öffnenden Top bzw. Käfig, wobei der hohlzylinderförmige erste Teil 18 der ersten Masse 15 von der Verbindungsscheibe 19 radial zur Antriebswelle 7 beabstandet gehalten ist. Wie 1 weiterhin zu entnehmen ist, ist das gummielastische Dämpfungselement 17 am hohlzylinderförmigen ersten Teil 18, insbesondere an dessen Innenumfangsfläche, angeordnet und die zweite Masse 16 der dargestellten Pumpe 1 im Wesentlichen ringförmig am gummielastischen Dämpfungselement 17, insbesondere an dessen Innenumfangsfläche, angeordnet. Somit rotieren beide Massen 15 und 16 einschließlich des gummielastischen Dämpfungselements 17 gemeinsam mit der Antriebswelle 7, wobei das Dämpfungselement 17 eine gewisse Relativbewegung zwischen der ersten Masse 15 und der zweiten Masse 16 in der hierin beschriebenen, schwingungsfähigen und zugleich bewegungsdämpfenden Weise ermöglicht, um Schwingungen gewünschter Frequenz und Amplitude insbesondere der Antriebswelle 7 wirksam zu dämpfen, so dass diese sich in erster Linie nicht in das Magnetgetriebe 10 fortpflanzen können.
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Das Magnetgetriebe 10 der in 1 dargestellten Flüssigkeitspumpe 1 weist einen an sich bekannten Aufbau auf, wie er beispielsweise auch im hierin eingangs diskutierten Stand der Technik gezeigt ist. Wie lediglich schematisch in 1 dargestellt ist, weist das Magnetgetriebe 10 im Wesentlichen einen inneren Rotor 20, der im vorliegenden Fall durch einen axialen Abschnitt der Antriebswelle 7 selbst gebildet ist, einen koaxial zum inneren Rotor 20 angeordneten äußeren Rotor 21 und einen zwischen innerem und äußerem Rotor 20, 21 eingefügten Modulationsring 22 auf, der vorliegend von einem freien, im Wesentlichen topfförmig ausgebildeten Endabschnitt der Abtriebswelle 9 gebildet ist. Der innere und äußere Rotor 20, 21 sind jeweils mit einer unterschiedlichen Anzahl an Permanentmagneten 23 bestückt. Der Modulationsring 22 besteht aus ferromagnetischem Material und dient der Modulation der zwischen den Permanentmagneten 23 erzeugten Magnetfelder. Der innere Rotor 20, der äußere Rotor 21 und der Modulationsring 22 können prinzipiell jeweils unabhängig voneinander drehbar sein. Das durch die Permanentmagnete 23 erzeugte und von dem Modulationsring 22 modulierte Magnetfeld legt jedoch ein bestimmtes Drehzahlverhältnis zwischen zwei rotierbaren Bauteilen des Magnetgetriebes 10 fest, vorliegend zum Beispiel zwischen dem inneren Rotor 20 und dem Modulationsring 22.
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Somit wird eine über die Antriebswelle 7 vorgegebene Drehbewegung des inneren Rotors 20 bzw. der an diesem befestigten Permanentmagnete 23 bei gehäusefest gehaltenem äußeren Rotor 21, wie in 1 dargestellt, in eine Drehbewegung des Modulationsrings 22 in die zur Drehrichtung des inneren Rotors 20 entgegengesetzte Drehrichtung mit einer im Vergleich zur Drehgeschwindigkeit des inneren Rotors 20 verschiedenen Drehgeschwindigkeit übersetzt.
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Das Übersetzungsverhältnis kann auch durch Verdrehen des äußeren Rotors 21 verändert werden. Eine Rotation des äußeren Rotors 21 kann beispielsweise rein mechanisch durch eine vorzugsweise elektromotorgetriebene Verstelleinrichtung (nicht dargestellt) bewirkt werden. Sie kann alternativ auch auf rein elektromagnetischem, berührungsfreiem Wege durch ein zusätzliches, von entsprechend elektrisch bestromten Leitern (ebenfalls nicht dargestellt) erzeugtes Magnetfeld bewirkt werden. Die Stromleiter bilden hierbei einen gehäusefesten, statischen Teil des Magnetgetriebes, deren räumliche Anordnung relativ zum äußeren Rotor 21 so gewählt wird, dass die vorbeschriebene Rotation des äußeren Rotors 21 oder auch lediglich eine Magnetfeldbeeinflussung der Permanentmagnete 23 ohne Rotation des äußeren Rotors 21 durch entsprechende Bestromung der Leiter in der das gewünschte Übersetzungsverhältnis vorgebenden Weise bewirkt wird.
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Bei dem Magnetgetriebe 10 der in 1 dargestellten Pumpe 1 lässt sich das Übersetzungsverhältnis einer Drehzahl der Antriebswelle 7 zu einer Drehzahl der Abtriebswelle 9 während des Pumpenbetriebs in der vorbeschriebenen Weise entsprechend einer tatsächlich erforderlichen Pumpenförderleistung ändern, insbesondere stufenlos einstellen (hierin auch als stufenlos verstellbares Magnetgetriebe bezeichnet).
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Außerdem ist in 1 zu erkennen, dass das Magnetgetriebe 10 die Abtriebswelle 9 berührungsfrei im Gehäuse 3 lagert. Auf Wälzlager zur drehbaren Lagerung der Abtriebswelle 9 im Gehäuse 3 kann somit in vorteilhafter Weise vollständig verzichtet werden.
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Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Flüssigkeitspumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Hybrid-Fahrzeug, ist nicht auf die hierin offenbarte Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen, die sich aus technisch sinnvollen weiteren Kombinationen der hierin beschriebenen Merkmale ergeben. Gleiches gilt in entsprechender Weise für das hierin offenbarte erfindungsgemäße Kraftfahrzeug, insbesondere Hybrid-Fahrzeug.
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In besonders bevorzugter Ausführung wird die erfindungsgemäße Flüssigkeitspumpe als von einem Verbrennungsmotor über dessen Kurbelwelle direkt angetriebene Wasser- bzw. Kühlmittelpumpe oder als Ölpumpe in einem Hybrid-Fahrzeug verwendet.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Flüssigkeitspumpe
- 2
- Kurbelwelle
- 3
- Gehäuse
- 4
- Gehäusedeckel
- 5
- Gehäuseplatte
- 6
- Schraubmittel
- 7
- Antriebswelle
- 8
- Schraubmittel
- 9
- Abtriebswelle
- 10
- Magnetgetriebe
- 11
- Pumpenflügelrad
- 12
- Masse-Feder-Dämpfereinheit
- 13
- Erster Innenraum
- 14
- Zweiter Innenraum
- 15
- Erste Masse
- 16
- Zweite Masse
- 17
- Gummielastisches Dämpfungselement
- 18
- Hohlzylinderförmiger erster Teil von 15
- 19
- Scheibenförmiger zweiter Teil von 15 / Verbindungsscheibe
- 20
- Innerer Rotor
- 21
- Äußerer Rotor
- 22
- Modulationsring
- 23
- Permanentmagnet
