DE19901123A1 - Regelbare Radialpumpe, insbesondere zum Fördern eines Kühlmittels für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Regelbare Radialpumpe, insbesondere zum Fördern eines Kühlmittels für ein Kraftfahrzeug, mit einem in einem Gehäuse (10) gelagerten und von einem Motor (18) angetriebenen Pumpenrad (14) mit Pumpenschaufeln (16), mit mindestens jeweils einer in das Gehäuse integrierten Eintritts- (20) und Austrittsöffnung (22), und mit einer Verstelleinrichtung (28) zur von der Drehzahl des Motors (18) unabhängigen Regelung des zu befördernden Mediums. Es wird vorgeschlagen, daß die Verstelleinrichtung (28) mit einer Hülse (30) wirkverbunden ist, die mittels der Verstelleinrichtung (28) über die Pumpenschaufeln (16) hinweg in axialer Richtung verschiebbar ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine regelbare Radialpumpe, insbesondere zum Fördern eines Kühlmittels für ein Kraftfahrzeug, nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.

Radialpumpen werden häufig im Kraftfahrzeugbereich zur Motorkühlung eingesetzt, wobei sie ein Kühlmittel durch einen geschlossenen Kühlkreislauf fördern. Die entsprechenden Kraftfahrzeuge sind in der Regel mit einer einzigen mechanischen Pumpe ausgestattet, die über einen Riemen vom Motor angetrieben wird und die auf diese Weise für eine Zirkulation des Kühlmittels sorgt. Die direkte Kopplung einer solchen Kühlmittelpumpe an den Motor hat zur Folge, daß die Drehzahl des Motors den geförderten Kühlmittelvolumenstrom bestimmt und die Regelbarkeit des Kühlmittelkreislaufes stark eingeschränkt ist.

Deshalb müssen diese als Kühlmittelpumpen eingesetzten Radialpumpen so dimensioniert werden, daß sie selbst im niedrigen Drehzahlbereich und bei hoher Motorbelastung - beispielsweise bei Bergfahrten mit Anhänger - für eine ausreichende Kühlung sorgen. Die Kühlleistung und damit die Antriebsleistung für die Kühlmittelpumpe ist dann allerdings für den normalen Betrieb zu hoch ausgelegt, was zu unnötig hohem Energieverbrauch führt.

Aus der DE 30 07 640 sind regelbare Antriebe für Kfz-Kühlmittelpumpen bekannt, bei denen ein Getriebe zwischen die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und der Welle der Wasserpumpe angeordnet ist. Weiterhin sind schaltbare Visko-Kupplungen und hydraulische Antriebe bekannt, die in diesem Bereich angeordnet sind und eine Regelbarkeit der Kühlmittelpumpe gewährleisten. Alle diese Antriebe sind verlustbehaftet und sowohl von der Technik als auch von ihren Dimensionen her aufwendig und nicht in allen Fahrzeugklassen einsetzbar.

Eine grundsätzlich andere Möglichkeit im Hinblick auf die Regelbarkeit von Kühlmittelpumpen ist der Einsatz von motorunabhängigen, elektrisch angetriebenen Pumpen. Dies ist allerdings für größere Fahrzeuge, die Pumpenantriebsleistungen im Bereich bis 1 kW erfordern, nicht realisierbar, weil dies zu entsprechend großen und schweren elektrischen Motoren und Generatoren führt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Radialpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß der geförderte Volumenstrom des zu fördernden Mediums trotz des direkten Antriebs vom Motor unabhängig von dessen Drehzahl regelbar ist. Dies wird durch die Verbindung einer Verstelleinrichtung mit einer um das Pumpenrad angebrachten Hülse ermöglicht, die mit der Verstelleinrichtung über die Pumpenschaufeln hinweg in axialer Richtung verschiebbar ist und somit eine Variation der Größenverhältnisse in der das Pumpenrad aufnehmenden Pumpenkammer zuläßt.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Radialpumpe nach dem Hauptanspruch möglich.

Wenn die Hülse topförmig ausgebildet ist und einen Topfboden aufweist, der mit Schlitzen zur Aufnahme der Pumpenschaufeln versehen ist, dann ist eine Variation der wirksamen Fläche der Pumpenschaufeln möglich.

Äußerst vorteilhaft ist die Kopplung der Verstellbewegung der Verstelleinrichtung an die Temperatur des von der Pumpe geförderten Mediums. Damit kann die Verstelleinrichtung zur Regelung des Volumenstromes so geschaltet werden, daß mit zunehmender Temperatur des Mediums eine zunehmend höhere Pumpleistung vorliegt. Dann ist beispielsweise bei Anwendung im Kraftfahrzeugbereich bei kaltem Motor die Pumpleistung und das geförderte Kühlmittelvolumen gering, was zu einem schnellen Erreichen der optimalen Motorbetriebstemperatur führt. Bei hoher Beanspruchung und demzufolge hohen Motor- bzw. Kühlmitteltemperaturen hingegen kann die Pumpleistung und der geförderte Kühlmittelstrom maximiert werden.

Die Ankopplung der Verstellbewegung an die Temperatur läßt sich in vorteilhafter Weise mit einem in der Pumpenradnabe angeordneten temperatursensitiven Element durchführen. Diese zentrale Anordnung ist auch konstruktiv vorteilhaft, weil sich dann die bei der Drehung des Pumpenrades auftretenden Zentrifugalkräfte nur minimal auf das temperatursensitive Element übertragen.

Das temperatursensitive Element kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung von einem Wachsausdehnungssteller bzw. einem Wachsmotor gebildet werden, mit dem eine lineare Verschiebung in Abhängigkeit von der Temperatur möglich ist.

Elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Verstelleinrichtungen weisen den Vorteil auf, daß sich mit ihnen auch komplexere Regelungen mit Hilfe eines übergeordneten Steuergerätes beispielsweise unter Einbeziehung der Motorsteuerung realisieren lassen. Bei Anwendung im Kraftfahrzeugbereich lassen sich damit weitere Optimierungspotentiale beispielsweise in bezug auf Kraftstoffverbrauch, Abgasemissionen und Insassenkomfort erschließen.

Speziell bei der Kühlung eines Kraftfahrzeugmotors sind über die rein von der Drehzahl des Motors unabhängige Regelbarkeit der Radialpumpe hinaus noch zusätzliche Maßnahmen zur Optimierung des Kühlvorganges denkbar. So ist es von Vorteil, wenn eine Anpassung der. von der Pumpe erzeugten Druckdifferenz an die vom Kühlsystem geforderte Druckdifferenz möglich ist. Dies ist beispielsweise in sehr einfacher Form durch einen geeigneten, regelbaren Schieber in der Eintritts- oder Austrittsöffnung der Kühlmittelpumpe zu realisieren.

Der Erfindungsgedanke der motorunabhängigen Regelbarkeit kann auch mittels anderer konstruktiver Maßnahmen umgesetzt werden, beispielsweise durch die Verbindung der Verstelleinrichtung mit den Schaufeln des Pumpenrades. Diese Verbindung ist vorteilhafterweise so gestaltet, daß die Stellung der Pumpenschaufeln relativ zum Pumpenrad verändert und an die erforderliche Fördermenge angepaßt werden kann.

Zeichnung

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Radialpumpe dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 und 2 jeweils ein Ausführungsbeispiel in Draufsicht teilweise geschnitten. Die mit der Radialpumpe verbundenen, peripheren Komponenten sind symbolisch dargestellt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt eine erfindungsgemäße, regelbare Radialpumpe, insbesondere zum Fördern eines Kühlmittels für ein Kraftfahrzeug, mit einer in einem Gehäuse 10 drehbar gelagerten Welle 12, die drehfest mit einem Pumpenrad 14 verbunden ist. Auf dem Pumpenrad 14 sind Pumpenschaufeln 16 angeordnet, die sich während des Betriebes um die Achse der Welle 12 drehen. Der Antrieb der Welle 12 und des Pumpenrades 14 erfolgt über einen Motor 18, der beispielsweise über einen nicht dargestellten Riemen und eine Riemenscheibe mit der Welle 12 verbunden ist.

Durch die Rotation der Pumpenschaufeln 16 strömt das zu fördernde Medium in axialer Richtung durch eine in das Gehäuse 10 integrierte Eintrittsöffnung 20 in eine Pumpenkammer und wird durch die Rotation der Pumpenschaufeln 16 in radialer Richtung zu einer ebenfalls in das Gehäuse 10 integrierten Austrittsöffnung 22 gefördert. An die Öffnungen 20 bzw. 22 sind Leitungen 24 angeschlossen, die eine Verbindung zwischen der Radialpumpe, dem Motor 18 und einem Kühler 26 herstellen. Es entsteht ein geschlossener Kühlkreislauf, der durch die rotierenden Pumpenschaufeln 16 der Radialpumpe angetrieben wird.

In Fig. 1 ist weiterhin eine Verstelleinrichtung 28 dargestellt, die drehfest mit der Welle 12 bzw. dem Pumpenrad 14 verbunden ist. Die Verstelleinrichtung 28 besteht aus einem Wachsausdehnungssteller 32, einer Feder 34 und einem ersten zylindrischen Stift 36 und ist mit einer Hülse 30 wirkverbunden. Im Inneren des Wachsausdehnungsstellers 32 befindet sich eine paraffinhaltige Substanz, die sich mit zunehmender Temperatur ausdehnt.

Die Hülse 30 besitzt die Form eines Topfes, dessen Boden 38 Schlitze 40 aufweist, deren Form in Richtung des Pfeiles A gesehen der Form der Pumpenschaufeln 16 angepaßt ist. Somit kann die Hülse 30 bei der Montage mit ihrer offenen Seite voran über das Pumpenrad 14 geschoben, werden, wobei die Pumpenschaufeln 16 von den Schlitzen 40 des Bodens 38 aufgenommen und durch sie geführt werden.

Der erste zylindrische Stift 36, der sich in einer Langlochbohrung 42 des Pumpenrades 16 befindet und dort gehalten wird, steht mit beiden Enden mit der auf dem Pumpenrad 14 axial verschiebbar gelagerten Hülse 30 in Verbindung und ist dort fixiert. Der mittlere Bereich des Stiftes 36 steht in Kontakt mit einem zweiten Stift 44, der mit dem Wachsausdehnungssteller 32 in axialer Richtung verschoben werden kann. Bei Erwärmung des zu fördernden Mediums wird der zweite Stift 44 gegen den ersten Stift 36 gedrückt, welcher somit gegen die Kraft der Feder 34 verschoben wird. Diese Verschiebung bewirkt eine axiale Verschiebung der Hülse 30, wodurch sich die wirksame Fläche der Pumpenschaufeln 16 und somit die Förderleistung der Pumpe erhöht. Somit erhöht sich auch der Kühlmittelvolumenstrom durch den Kühlkreislauf.

Erniedrigt sich die Temperatur des Kühlmittels, dann bewirkt dies eine Verschiebung der Hülse 30 in der entgegengesetzten Richtung, die wirksame Fläche der Pumpenschaufeln 16 wird verkleinert und die Förderleistung sinkt. Der Kühlmittelstrom durch den Kühlkreislauf wird auf diese Weise verringert.

Durch die Erhöhung bzw. Reduzierung der wirksamen Tiefe der Pumpenschaufeln 16 in der eben beschriebenen Weise erreicht man somit eine von der Drehzahl der mit dem Motor 18 direkt verbundenen Welle 12 unabhängige Regelbarkeit des geförderten Kühlmittelstromes.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Verstelleinrichtung 128, die elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben wird und mit einem übergeordneten Steuergerät 46 in Verbindung steht. Mit dessen Hilfe können die Verstellvorgänge gesteuert und an die jeweiligen Kühlerfordernisse optimal angepaßt werden. Das Steuergerät 46 erlaubt eine wesentlich komplexere und über eine rein temperaturabhängige Steuerung weit hinausreichende Steuerung und Regelung des Kühlmittelvolumenstromes, in die auch die Motorsteuerung mit einbezogen werden kann.

Ausgehend von einer sehr einfachen Steuerungsvariante, bei der beispielsweise mit an verschiedenen Stellen des Kühlkreislaufs angebrachten Sensoren (50) die jeweilige Temperatur als Steuerungseingangsgröße ermittelt wird, sind unabhängig von dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel intelligentere Varianten denkbar, bei denen ein erhöhter Kühlbedarf schon erkannt wird, noch bevor die gemessenen Temperaturen signifikant ansteigen. In eine solche Steuerung kann beispielsweise die Drehzahl des Motors, die Getriebeschaltfrequenz, die Geschwindigkeit oder die Neigung des Fahrzeugs mit eingehen.

Als zusätzliche Möglichkeit zur Optimierung der Kühlung ist in Fig. 2 ein Schieber 48 eingezeichnet, der mit einer an das Steuergerät 46 angekoppelten Verstelleinrichtung 228 wirkverbunden ist. Der Schieber 48 ist über der Austrittsöffnung 22 der Radialpumpe angeordnet und kann in Richtung des Pfeiles C über die Austrittsöffnung 22 geschwenkt werden. Damit ergibt sich die Möglichkeit die Austrittsöffnung variabel zu gestalten und eine Anpassung der von der Pumpe erzeugten Druckdifferenz an die vom Kühlsystem geforderte Druckdifferenz durchzuführen.

Claims (8)

1. Regelbare Radialpumpe, insbesondere zum Fördern eines Kühlmittels für ein Kraftfahrzeug, mit einem in einem Gehäuse (10) gelagerten und von einem Motor (18) angetriebenen Pumpenrad (14) mit Pumpenschaufeln (16), mit mindestens jeweils einer in das Gehäuse integrierten Eintritts- (20) und Austrittsöffnung (22), und mit einer Verstelleinrichtung (28) zur von der Drehzahl des Motors (18) unabhängigen Regelung des zu befördernden Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (28) mit einer Hülse (30) wirkverbunden ist, die mittels der Verstelleinrichtung (28) über die Pumpenschaufeln (16) hinweg in axialer Richtung verschiebbar ist.

2. Radialpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (30) topfförmig ist und einen Topfboden (38) aufweist, der mit Schlitzen (40) zur Aufnahme der Pumpenschaufeln (16) versehen ist.

3. Radialpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellbewegung der Verstelleinrichtung (28) an die Temperatur des Kühlmittels gekoppelt ist.

4. Radialpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperatursensitives Element (32) in der Pumpenradnabe (15) angeordnet ist.

5. Radialpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (28) einen Wachsausdehnungssteller (32) enthält, der die Hülse (30) gegen die Kraft eines elastischen Elementes, insbesondere einer Feder (34) verschiebt.

6. Radialpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (128) elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betrieben wird.

7. Radialpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (128) mit einem übergeordneten Steuergerät (46) in Verbindung steht.

8. Radialpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- (20) und/oder Austrittsöffnung (22) einen regelbaren Schieber (48) aufweist.