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