EP2131042A2 - Regelbare Kühlmittelpumpe für den Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Regelbare Kühlmittelpumpe für den Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine Download PDF

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EP2131042A2
EP2131042A2 EP09157242A EP09157242A EP2131042A2 EP 2131042 A2 EP2131042 A2 EP 2131042A2 EP 09157242 A EP09157242 A EP 09157242A EP 09157242 A EP09157242 A EP 09157242A EP 2131042 A2 EP2131042 A2 EP 2131042A2
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EP
European Patent Office
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pump
rotation
combustion engine
axis
internal combustion
Prior art date
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EP09157242A
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English (en)
French (fr)
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EP2131042A3 (de
EP2131042B1 (de
Inventor
Albert Genster
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Pierburg Pump Technology GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/46—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/466—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for liquid fluid pumps

Definitions

  • the invention relates to a controllable coolant pump for the cooling circuit of an internal combustion engine having a pump housing in which a pump shaft is rotatably mounted, which is mechanically or electrically driven and on the axial end of a pump impeller is attached, which in a pump head with an inlet, an annular channel and an outlet is arranged, wherein between the annular channel and the impeller in the pump head a plurality of adjustable guide vanes is arranged concentrically around the impeller.
  • controllable coolant pumps have been developed in recent times, in which the outlet cross-section of the pump impeller can be closed by means of a substantially cup-shaped valve part, which is arranged axially displaceable in the pump housing.
  • the displacement of this cup-shaped valve part is usually done via an electromagnet, which counteracts a spring force acts on the cup-shaped valve member, so that when energizing the magnet of the outlet cross section of the pump impeller is closed.
  • Such coolant pumps are used for example in the DE 10 2005 004 315 A1 or the DE 10 2004 054 637 A1 proposed.
  • a disadvantage of these embodiments is the relatively high control effort of the electromagnet and the relatively large space required to accommodate a sufficiently strong electromagnet for displacement and storage of the cup-shaped valve member.
  • Coolant pumps are known in which guide vanes are arranged at the inlet in front of the impeller of the pump in order to regulate the flow of the impeller and thus the delivered amount of coolant.
  • the vanes are rotated about a rotatable ring about its central axis.
  • each vane has three journals, of which a first and second journals at right angles to each one of the two longitudinal sides of the vanes extends, the first and second stub axles are disposed in the region of an outer edge of the vane, wherein the vane is rotatably mounted in the pump head via the first and second journals, and a third, parallel to the first and second journals arranged journals is arranged in the region remote from the axis of rotation of the guide vane and projects into a groove or a slot of an adjusting ring which is rotatably disposed in the pump head, wherein the groove or the slot has a radial and a tangential component.
  • Such an arrangement of the journal and execution of the grooves or slots in the adjusting the applied torque can be significantly reduced by the actuator for rotating the adjusting ring compared to known designs.
  • the space required for the arrangement of the vanes is reduced to a minimum, since the vanes can be mounted in the region of the diffuser of the pump head.
  • the radial component over the entire adjustment angle is smaller than the tangential component.
  • the groove or slot is made contoured, so that the proportion of the radial component in comparison to the tangential component increases with increasing adjustment angle from the closed vane position.
  • the recesses serve as a stop for determining the maximum angle of rotation, so that no tensile or compressive forces between the two axes of the vane can occur through the adjustment.
  • journal spacers are arranged on the first journal in height of the recesses of the adjusting ring whose outer diameter correspond substantially to the width of the recesses and which are received by the recesses of the adjusting, so that these spacers serve as a stop and to guide and support the adjusting ring and thus limit the angle of rotation.
  • the guide vanes are made of sheet metal and have a length which corresponds to the distance from one axis of rotation to the adjacent axis of rotation. Such an embodiment is inexpensive to produce.
  • the guide vanes are profiled and longer than the distance of an axis of rotation to the adjacent axis of rotation, so that the remote from the axis of rotation end of each vane in the region of the axis of rotation of the adjacent vane.
  • FIG. 1 shows a plan view of a coolant pump according to the invention with the lid open in a schematic representation.
  • FIG. 2 shows a side view of the upper half of the in the FIG. 1 shown coolant pump in a schematic, sectioned illustration.
  • FIG. 3 shows one too FIG. 1 corresponding view of the coolant pump, however, with closed vanes.
  • FIG. 4 shows a side view of the upper half of the in the FIG. 3 shown coolant pump in a schematic, sectioned illustration.
  • FIG. 5 shows a side view of a guide vane for a coolant pump according to the invention.
  • FIG. 6 shows a plan view of a vane according to FIG. 5 .
  • FIG. 7 shows one too FIG. 5 alternative embodiment of a guide vane in side view.
  • FIG. 8 shows a plan view of an inventively designed adjusting ring, wherein a single vane is shown in closed and another in the open position.
  • inventive coolant pump consists of a pump housing, not shown in the figures, in which a driven pump shaft 1 is rotatably mounted.
  • the drive of the pump shaft 1 can take place either mechanically, via the crankshaft by means of V-belts or a chain drive, so that the pump shaft 1 is driven at a fixed speed ratio to the crankshaft or via a constant speed electric motor.
  • a pump impeller 3 On one axial end 2 of the pump shaft 1, a pump impeller 3 is arranged, which rotates with the pump shaft 1.
  • the pump impeller 3 is surrounded by a pump head 4, on which a central inlet 5, an annular channel 6 and a tangential outlet are formed, wherein the outlet is not shown in the schematic representation of the figures.
  • the coolant is sucked upon rotation of the pump impeller 3 through the axial inlet 5 in the pump impeller 3 and conveyed at the radial outlet of the pump impeller in the direction of the annular channel 6, from where it flows to the tangential outlet of the pump head 4.
  • a diffuser 7 is formed on the pump head 4, are arranged in accordance with the invention on a circular guide vanes 8.
  • the guide vanes 8 have three journals 9, 10, 11, which is particularly evident in the FIGS FIGS. 5 to 7 is recognizable.
  • the axle journals 9, 10, 11 are perpendicular to the longitudinal side 12 of each guide blade 8.
  • the first and second axle journals 9, 10 are arranged in the region of an outer edge 13 of each guide blade 8.
  • the axle journals 9 and 10 serve as a rotation axis of the guide vanes 8.
  • the third journal 11 is arranged in the region 14 of the guide vanes 8 remote from the axis of rotation and is designed to be somewhat shorter than the first and second axle journals 9, 10.
  • the first and second axle journals 9, 10 are mounted in the pump head 4 of the coolant pump.
  • two blind holes 15, 16 are arranged on the two-part pump head 4, of which the first blind bore 15 is formed on a rear wall 17 of the pump head 4 and the second blind bore 16 is formed in a cover 18 of the pump head 4.
  • the projecting over the length of the third journal 11 ends of the first and second axle journals 9, 10 are arranged in the assembled state of the pump head 4 in the blind holes 15, 16.
  • first and second axle journals 9, 10 are each surrounded by spacer rings 19, 20, the height of which corresponds approximately to the height of the third axle journal 11.
  • the spacer rings 19 and thus the first axle journal 9 and the third journal 11 correspond according to the invention with corresponding recesses 21 and slots 22 of an adjusting ring 23 which is rotatably arranged in a space 25 of the rear wall 17 of the pump head 4 such that one to the annular channel 6 leading inner wall 26 of the rear wall 17 extends substantially straight becomes.
  • a corresponding recess 32 is formed in which a further ring 33 is arranged, which is fixed in the housing in the present embodiment and also recesses for Receiving the second journal 10 has.
  • the recesses 21 of the adjusting ring 23 extend tangentially on an inner circumference 24 of the adjusting ring 23 and have a tangential length which corresponds to a maximum displacement angle ⁇ of the adjusting ring 23.
  • the first axle journals 9 are arranged with their spacers 19.
  • the elongated holes 22 are viewed in the circumferential direction of the adjusting ring 23 each disposed between the recesses 21 and have a width corresponding to the diameter of the third journal 11.
  • the third axle journals 11 each protrude into the oblong holes 22 which run obliquely, that is to say have a radial component r and a tangential component t.
  • the tangential component t is over the entire displacement angle ⁇ greater than the radial component r, wherein in the present embodiment, the slots 22 are made linear.
  • a flange-shaped projection 27 is formed, which has a through hole 28 through which a pin 29 projects, which is arranged at the end of a lifting rod 30 of an actuator 31.
  • This actuator 31 is shown only schematically in the present embodiment. The actuation can take place pneumatically, hydraulically, electrically or magnetically. The corresponding control of the lifting rod 30 is usually done depending on the thermal data of the internal combustion engine.
  • the actuator 31 is preferably also arranged in the space 25 in the rear wall 17 of the pump head 4. Due to the special arrangement of the elongated holes 22 and the axis of rotation of the guide vanes 8 to the slots 22 occur only small actuating forces, so that the actuator 31 can be made small.
  • the adjusting ring 23 is to be stored according to the friction-free adjustment as possible in the pump head 4.
  • the ring 33 would protrude into the fourth journals, which would have to be arranged opposite to the third journals 11, whereby a two-sided leadership would be achieved, with a corresponding storage would also provide for this ring 33 and a coupling to the actuator 31 would be necessary.
  • the lifting rod 30 of the actuator 31 When cold starting the internal combustion engine, the lifting rod 30 of the actuator 31 is in its extended position as in the FIGS. 3 and 4 is shown.
  • the adjusting ring 23 is thereby rotated by the lifting rod 30 in the counterclockwise direction, whereby the third axle pin 11 in the slots 22 and the first axle 9 in the recesses 21 on the first stop on the adjusting ring 23 abut.
  • the guide vanes 8 lie in this state over its entire length on a common circular line. The length of the vanes 8 is selected so that the respective ends of the vanes are in contact with each other in this state, so that the ring formed by the vanes 8 is completely closed. This means that no coolant is delivered in this state.
  • the actuator 31 is actuated, so that the lifting rod 30 is at least partially retracted, whereby the adjusting ring 23 rotates clockwise.
  • the third axle journals 11 slide radially outwards in the oblong holes 22, as a result of which the guide vanes 8 are likewise rotated in the clockwise direction about their axis of rotation.
  • the coolant can now be promoted by the pump impeller 3 in the annular channel 6 and thus to the outlet.
  • the guide vanes 8 assume a position by which the delivery of the coolant in the coolant pump is additionally improved, since they serve as Nachleitapparat.
  • the in the FIGS. 5 and 7 shown guide vanes 8 have a different shape, wherein the in FIG. 5 illustrated guide vane 8 is preferably made of sheet metal and has a constant thickness, while the in FIG. 7 illustrated guide vane 8 is usually made of plastic and has a contoured shape, which is particularly suitable to further minimize the pressure loss of the flow, while the sheet metal blade can be made extremely inexpensive.
  • the adjusting ring according to the invention 23 is shown with two vanes 8, of which a first in the open position and a second is in the closed position.
  • the position of the spacer ring 19 of a guide vane 8 is shown in the two end positions, so that the maximum angle of rotation can be seen.
  • the guide vanes 8 are designed to be longer, so that in the closed position in each case the end of a guide vane 8 rests on the following vane 8 in the region of the axis of rotation. In this way, the tightness is additionally improved, but care should be taken in such an embodiment that the shape of the vanes is chosen so that undesirable flow resistance and vortex formation can be avoided.

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Abstract

Regelbare Kühlmittelpumpe, bei welcher jede Leitschaufel (8) drei Achszapfen (9,10,11) aufweist, von denen sich ein erster und zweiter Achszapfen (9,10) im rechten Winkel zu je einer der beiden Längsseiten (12) der Leitschaufeln (8) erstreckt, die ersten und zweiten Achszapfen (9,10) im Bereich einer Außenkante (13) der Leitschaufel (8) angeordnet sind, wobei die Leitschaufel (8) im Pumpenkopf (4) über die ersten und zweiten Achszapfen (9,10) drehbar gelagert ist, und ein dritter, parallel zum ersten und zweiten Achszapfen (9,10) angeordneter Achszapfen (11) im von der Drehachse entfernten Bereich der Leitschaufel (8) angeordnet ist und in eine Nut oder ein Langloch (22) eines Verstellrings (23) ragt, der über den Distanzring (19) drehbar im Pumpenkopf (4) angeordnet ist, wobei die Nut oder das Langloch (22) eine radiale und eine tangentiale Komponente (r,t) aufweist. Durch diese Erfindung können deutlich kleinere Steller zur Ansteuerung des Verstellrings verwendet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe für den Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Pumpengehäuse, in dem eine Pumpenwelle drehbar gelagert ist, die mechanisch oder elektrisch angetrieben ist und auf deren axialen Ende ein Pumpenlaufrad befestigt ist, welches in einem Pumpenkopf mit einem Einlass, einem Ringkanal und einem Auslass angeordnet ist, wobei zwischen dem Ringkanal und dem Laufrad im Pumpenkopf eine Mehrzahl von verstellbaren Leitschaufeln konzentrisch um das Laufrad angeordnet ist.
  • Um Kraftstoff einzusparen und den Kohlendioxidausstoß einer Verbrennungskraftmaschine zu reduzieren, wurden in den letzten Jahren verschiedene Maßnahmen zur Bereitstellung einer bedarfsgerechten Kühlmittelförderung im Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen. Zu unterscheiden ist hier zwischen den elektrischen angetriebenen Pumpen, bei denen eine Änderung des Kühlmittelstroms über eine Verstellung der Elektromotordrehzahl erfolgt, und den mechanisch über einen Riemen- oder Kettentrieb angetriebenen Pumpen, bei denen die Einstellung des Kühlmittelstroms entweder über Hysteresekupplungen oder Änderungen der Ein- oder Ausströmgeometrien im Bereich des Pumpenlaufrades erfolgen. Im Vergleich zu den elektrischen Pumpen oder den Pumpen mit Hysteresekupplung kann die Regelung über die Änderung der Ein- oder Ausströmunggeometrien häufig deutlich kostengünstiger realisiert werden.
  • So wurden in neuerer Zeit vor allem regelbare Kühlmittelpumpen entwickelt, bei denen der Austrittsquerschnitt des Pumpenlaufrades über ein im Wesentlichen topfförmiges Ventilteil verschließbar ist, welches axial im Pumpengehäuse verschiebbar angeordnet ist. Die Verschiebung dieses topfförmigen Ventilteils erfolgt dabei zumeist über einen Elektromagneten, der entgegen einer Federkraft auf das topfförmige Ventilteil wirkt, so dass bei Bestromung des Magneten der Austrittsquerschnitt des Pumpenlaufrades verschlossen wird. Derartige Kühlmittelpumpen werden beispielsweise in der DE 10 2005 004 315 A1 oder der DE 10 2004 054 637 A1 vorgeschlagen.
  • Nachteilig an diesen Ausführungen ist der relativ hohe Steueraufwand des Elektromagneten sowie der relativ große Raumbedarf zur Unterbringung eines ausreichend starken Elektromagneten zur Verschiebung und Lagerung des topfförmigen Ventilteils.
  • Des Weiteren sind aus der WO 2004/059142 A1 sowie der WO 2007/025375 A2 Kühlmittelpumpen bekannt, bei denen am Einlass vor dem Laufrad der Pumpe Leitschaufeln angeordnet sind, um die Anströmung des Laufrades und somit die geförderte Kühlmittelmenge zu regeln. Dazu werden die Leitschaufeln über einen verdrehbaren Ring etwa um ihre Mittelachse gedreht. Diese Ausführungen haben den Nachteil, dass entweder die Anströmung zum Pumpenkopf radial erfolgen muss, weil der Antrieb der Pumpe saugseitig erfolgt oder zusätzlicher axialer Bauraum zur Unterbringung der Leitschaufeln benötigt wird. Bei eingeschränktem Bauraum ist zur Verstellung der Leitschaufeln vom Steller ein relativ großes Drehmoment aufzubringen.
  • Zusätzlich ist aus der DE-PS 736 266 eine Kreiselpumpe mit regulierbaren Leitschaufeln bekannt, welche im Bereich des Diffusors der Pumpe hinter dem Laufrad angeordnet sind. Auch diese Leitschaufeln werden etwa um ihre Mittelachsen gedreht, um Flattererscheinungen zu vermeiden. Auch hier treten hohe Stellkräfte bzw. Drehmomente auf, die vom Steller aufgebracht werden müssen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine regelbare Kühlmittelpumpe zu schaffen, welche einen möglichst geringen Bauraum benötigt und bei der ein zur Verstellung der Leitschaufeln benötigter Steller möglichst klein ausgeführt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass jede Leitschaufel drei Achszapfen aufweist, von denen sich ein erster und zweiter Achszapfen im rechten Winkel zu je einer der beiden Längsseiten der Leitschaufeln erstreckt, die ersten und zweiten Achszapfen im Bereich einer Außenkante der Leitschaufel angeordnet sind, wobei die Leitschaufel im Pumpenkopf über die ersten und zweiten Achszapfen drehbar gelagert ist, und ein dritter, parallel zum ersten und zweiten Achszapfen angeordneter Achszapfen im von der Drehachse entfernten Bereich der Leitschaufel angeordnet ist und in eine Nut oder ein Langloch eines Verstellrings ragt, der drehbar im Pumpenkopf angeordnet ist, wobei die Nut oder das Langloch eine radiale und eine tangentiale Komponente aufweist. Durch eine derartige Anordnung der Achszapfen und Ausführung der Nuten oder Langlöcher im Verstellring kann das aufzubringende Drehmoment durch den Steller zur Drehung des Verstellringes im Vergleich zu bekannten Ausführungen deutlich reduziert werden. Zusätzlich wird der für die Anordnung der Leitschaufeln benötigte Bauraum auf ein Minimum reduziert, da die Leitschaufeln im Bereich des Diffusors des Pumpenkopfes angebracht werden können.
  • Zur weiteren Verminderung des aufzuwendenden Drehmomentes ist die radiale Komponente über den gesamten Verstellwinkel kleiner als die tangentiale Komponente.
  • Vorzugsweise ist die Nut oder das Langloch konturiert ausgeführt, so dass der Anteil der radialen Komponente im Vergleich zur tangentialen Komponente mit wachsendem Verstellwinkel aus der geschlossenen Leitschaufelstellung steigt. Durch eine derartige Ausführung der Nuten bzw. der Langlöcher wird eine genauere Steuerung der geförderten Kühlmittelmenge möglich, da eine Drehung des Verstellringes aus der geschlossenen Stellung im ersten Bereich eine geringere Drehung der Leitschaufeln verursacht als im folgenden Bereich. Bei gleichem Verdrehwinkel der Leitschaufeln ist jedoch die Differenz der geförderten Kühlmittelmenge größer als im zweiten Bereich. Somit wird insbesondere bei geringer Kühlmittelförderung eine genaue Regelung der Kühlmittelmenge möglich.
  • Am Innenumfang des Verstellringes sind sich tangential erstreckende Ausnehmungen zur Durchführung der ersten Achszapfen ausgebildet, deren Länge dem maximalen Drehwinkel des Verstellringes entsprechen, wobei die ersten Achszapfen im Pumpenkopf gelagert sind. Eine solche Ausführung minimiert die Anzahl der zu verwendenden Bauteile. Gleichzeitig dienen die Ausnehmungen als Anschlag zur Festlegung des maximalen Drehwinkels, so dass keine Zug- oder Druckkräfte zwischen den beiden Achsen der Leitschaufel durch die Verstellung auftreten können.
  • Zur Zentrierung und Lagerung des Verstellringes und zur Verlängerung der Haltbarkeit der Achszapfen sind auf den ersten Achszapfen in Höhe der Ausnehmungen des Verstellringes Distanzringe angeordnet, deren Außendurchmesser im Wesentlichen der Breite der Ausnehmungen entsprechen und die von den Ausnehmungen des Verstellringes aufgenommen werden, so dass diese Distanzringe als Anschlag und zur Führung und Lagerung des Verstellringes dienen und somit den Verdrehwinkel begrenzen.
  • In einer ersten vorteilhaften Alternative sind die Leitschaufeln aus Blech hergestellt und weisen eine Länge auf, die dem Abstand von einer Drehachse zur benachbarten Drehachse entspricht. Eine derartige Ausführung ist kostengünstig herstellbar.
  • In einer hierzu alternativen Ausführungsform sind die Leitschaufeln profiliert ausgeführt und länger als der Abstand einer Drehachse zur benachbarten Drehachse, so dass das von der Drehachse abgewandte Ende jeder Leitschaufel im Bereich der Drehachse der benachbarten Leitschaufel anliegt. Durch diese Ausführung kann der Wirkungsgrad der Pumpe durch Optimierung der Strömungsableitung erhöht werden. Zusätzlich wird eine hohe Dichtigkeit im geschlossenen Zustand der Leitschaufeln erreicht.
  • Es wird somit eine Kühlmittelpumpe geschaffen, die mechanisch regelbar ist und dabei nur geringe Verstellkräfte benötigt. Gleichzeitig wird der Bauteile- und Bauraumaufwand minimiert.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführung einer regelbaren Kühlmittelpumpe ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
  • Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe mit geöffnetem Deckel in schematischer Darstellung.
  • Figur 2 zeigt eine Seitenansicht der oberen Hälfte der in der Figur 1 dargestellten Kühlmittelpumpe in schematischer, geschnittener Darstellung.
  • Figur 3 zeigt eine zu Figur 1 entsprechende Ansicht der Kühlmittelpumpe jedoch mit geschlossenen Leitschaufeln.
  • Figur 4 zeigt eine Seitenansicht der oberen Hälfte der in der Figur 3 dargestellten Kühlmittelpumpe in schematischer, geschnittener Darstellung.
  • Figur 5 zeigt eine Seitenansicht einer Leitschaufel für eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe.
  • Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf eine Leitschaufel gemäß Figur 5.
  • Figur 7 zeigt eine zu Figur 5 alternative Ausführungsform einer Leitschaufel in Seitenansicht.
  • Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäß ausgeführten Verstellring, wobei eine einzelne Leitschaufel in geschlossener und eine weitere in geöffneter Stellung dargestellt ist.
  • Die in den Figuren 1 bis 4 teilweise dargestellte erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe besteht aus einem in den Figuren nicht dargestellten Pumpengehäuse, in dem eine angetriebene Pumpenwelle 1 drehbar gelagert ist. Der Antrieb der Pumpenwelle 1 kann entweder mechanisch, über die Kurbelwelle mittels Keilriemen oder einen Kettentrieb erfolgen, so dass die Pumpenwelle 1 in einem festen Drehzahlverhältnis zur Kurbelwelle angetrieben wird oder über einen Elektromotor mit konstanter Drehzahl erfolgen.
  • Auf einem axialen Ende 2 der Pumpenwelle 1 ist ein Pumpenlaufrad 3 angeordnet, welches sich mit der Pumpenwelle 1 dreht. Das Pumpenlaufrad 3 ist dabei von einem Pumpenkopf 4 umgeben, an dem ein zentraler Einlass 5, ein Ringkanal 6 sowie ein tangentialer Auslass ausgebildet sind, wobei der Auslass in der schematischen Darstellung der Figuren nicht dargestellt ist.
  • Entsprechend wird das Kühlmittel bei Drehung des Pumpenlaufrades 3 durch den axialen Einlass 5 in das Pumpenlaufrad 3 gesaugt und an dem radialen Auslass des Pumpenlaufrades in Richtung des Ringkanals 6 gefördert, von wo aus es zum tangentialen Auslass des Pumpenkopfes 4 strömt.
  • Zwischen dem radialen Auslass des Pumpenlaufrades 3 und dem Ringkanal 6 ist am Pumpenkopf 4 ein Diffusor 7 ausgebildet, in dem erfindungsgemäß auf einer Kreislinie Leitschaufeln 8 angeordnet sind. Die Leitschaufeln 8 weisen drei Achszapfen 9, 10,11 auf, was insbesondere in den Figuren 5 bis 7 erkennbar ist. Die Achszapfen 9, 10, 11 stehen senkrecht zur Längsseite 12 jeder Leitschaufel 8. Der erste und zweite Achszapfen 9, 10 ist im Bereich einer Außenkante 13 jeder Leitschaufel 8 angeordnet. Die Achszapfen 9 und 10 dienen als Drehachse der Leitschaufeln 8. Der dritte Achszapfen 11 ist im zur Drehachse entfernten Bereich 14 der Leitschaufeln 8 angeordnet und ist etwas kürzer ausgeführt als die ersten und zweiten Achszapfen 9, 10.
  • Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 4 hervorgeht sind die ersten und zweiten Achszapfen 9, 10 im Pumpenkopf 4 der Kühlmittelpumpe gelagert. Hierzu sind an dem zweiteiligen Pumpenkopf 4 zwei Sackbohrungen 15, 16 angeordnet, von denen die erste Sackbohrung 15 an einer Rückwand 17 des Pumpenkopfes 4 ausgebildet ist und die zweite Sackbohrung 16 in einem Deckel 18 des Pumpenkopfes 4 ausgebildet ist. Die über die Länge des dritten Achszapfens 11 ragenden Enden der ersten und zweiten Achszapfen 9, 10 sind im zusammengebauten Zustand des Pumpenkopfes 4 in den Sackbohrungen 15, 16 angeordnet.
  • Im an die Leitschaufeln 8 angrenzenden Bereich sind die ersten und zweiten Achszapfen 9, 10 jeweils von Distanzringen 19,20 umgeben, deren Höhe etwa der Höhe des dritten Achszapfens 11 entspricht. Die Distanzringe 19 und damit die ersten Achszapfen 9 sowie die dritten Achszapfen 11 korrespondieren erfindungsgemäß mit entsprechenden Ausnehmungen 21 und Nuten bzw. Langlöchern 22 eines Verstellrings 23, der in einem Raum 25 der Rückwand 17 des Pumpenkopfes 4 derart drehbar angeordnet ist, dass eine zum Ringkanal 6 führende Innenwand 26 der Rückwand 17 im Wesentlichen gerade verlängert wird. Entsprechend korrespondiert die Anzahl der Langlöcher 22 und Ausnehmungen 21 zur Anzahl der Leitschaufeln 8. Im Deckel 18 des Pumpenkopfes 4 ist eine entsprechende Aussparung 32 ausgebildet, in der ein weiterer Ring 33 angeordnet ist, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel fest im Gehäuse steht und ebenfalls Ausnehmungen zur Aufnahme des zweiten Achszapfens 10 aufweist.
  • Die Ausnehmungen 21 des Verstellrings 23 erstrecken sich tangential an einem Innenumfang 24 des Verstellrings 23 und weisen eine tangentiale Länge auf, die einem maximalen Verstellwinkel α des Verstellrings 23 entspricht. In diesen Ausnehmungen 21 sind die ersten Achszapfen 9 mit ihren Distanzringen 19 angeordnet. Die Langlöcher 22 sind in Umfangsrichtung des Verstellrings 23 betrachtet jeweils zwischen den Ausnehmungen 21 angeordnet und weisen eine Breite auf, die dem Durchmesser der dritten Achszapfen 11 entspricht. Im zusammengebauten Zustand ragen die dritten Achszapfen 11 jeweils in die Langlöcher 22, welche schräg verlaufen, also eine radiale Komponente r und eine tangentiale Komponente t aufweisen. Die tangentiale Komponente t ist über den gesamten Verstellwinkel α größer als die radiale Komponente r, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Langlöcher 22 linear ausgeführt sind.
  • Am Außenumfang des Verstellrings 23 ist ein flanschförmiger Vorsprung 27 ausgebildet, der ein Durchgangsloch 28 aufweist, durch welches ein Zapfen 29 ragt, der am Ende einer Hubstange 30 eines Stellers 31 angeordnet ist. Dieser Steller 31 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich schematisch dargestellt. Die Betätigung kann dabei pneumatisch, hydraulisch, elektrisch oder auch magnetisch erfolgen. Die entsprechende Steuerung der Hubstange 30 wird in der Regel abhängig von den thermischen Daten der Verbrennungskraftmaschine erfolgen. Der Steller 31 ist vorzugsweise ebenfalls im Raum 25 in der Rückwand 17 des Pumpenkopfes 4 angeordnet. Durch die besondere Anordnung der Langlöcher 22 sowie der Drehachse der Leitschaufeln 8 zu den Langlöchern 22 treten nur geringe Stellkräfte auf, so dass der Steller 31 klein ausgeführt werden kann.
  • Es sollte klar sein, dass der Verstellring 23 zur möglichst reibungsfreien Verstellung entsprechend im Pumpenkopf 4 zu lagern ist. Selbstverständlich wäre es möglich, den Ring 33 ebenfalls als Verstellring mit entsprechenden Langlöchern auszuführen, in die vierte Achszapfen ragen würden, welche gegenüberliegend zu den dritten Achszapfen 11 angeordnet sein müssten, wodurch eine beidseitige Führung erreicht würde, wobei auch für diesen Ring 33 eine entsprechende Lagerung vorzusehen wäre und eine Kopplung zum Steller 31 notwendig wäre.
  • Beim Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine befindet sich die Hubstange 30 des Stellers 31 in ihrer ausgefahrenen Position wie sie in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Der Verstellring 23 wird dabei durch die Hubstange 30 entgegen des Uhrzeigersinnes gedreht, wodurch die dritten Achszapfen 11 in den Langlöchern 22 und die ersten Achszapfen 9 in den Ausnehmungen 21 am ersten Anschlag am Verstellring 23 anliegen. Da der Anfang der Langlöcher 22 radial den gleichen Abstand zum Drehpunkt des Verstellrings 23 wie die Sackbohrungen 15,16 aufweisen, liegen die Leitschaufeln 8 in diesem Zustand über ihre gesamte Länge auf einer gemeinsamen Kreislinie. Die Länge der Leitschaufeln 8 wird so gewählt, dass die jeweiligen Enden der Leitschaufeln in diesem Zustand aneinander liegen, so dass der durch die Leitschaufeln 8 gebildete Ring vollständig geschlossen ist. Dies bedeutet, dass in diesem Zustand kein Kühlmittel gefördert wird.
  • Nach Beendigung der Kaltstartphase und somit Erwärmung des Kühlmittels im Bereich der Zylinder wird der Steller 31 betätigt, so dass die Hubstange 30 zumindest zum Teil eingezogen wird, wodurch sich der Verstellring 23 im Uhrzeigersinn dreht. Durch diese Drehung gleiten die dritten Achszapfen 11 in den Langlöchern 22 radial nach außen, wodurch die Leitschaufeln 8 ebenfalls im Uhrzeigersinn um ihre Drehachse gedreht werden. Somit kann das Kühlmittel nun vom Pumpenlaufrad 3 in den Ringkanal 6 und somit zum Auslass gefördert werden. Die Leitschaufeln 8 nehmen dabei eine Stellung ein, durch die die Förderung des Kühlmittels in der Kühlmittelpumpe zusätzlich verbessert wird, da sie als Nachleitapparat dienen. Je nach Stellung der Leitschaufeln 8 wird nun eine unterschiedliche Kühlmittelmenge bei gleicher Pumpendrehzahl gefördert, so dass eine über den gesamten Bereich funktionierende Regelung geschaffen wird. Die maximale Fördermenge ergibt sich in der in den Figuren 1 und 2 dargestellten, vollständig geöffneten Stellung der Leitschaufeln 8, in der die ersten Achszapfen 9 und dritten Achszapfen 11 an den gegenüberliegenden Anschlägen Langlöcher 22 beziehungsweise der Ausnehmungen 21 anliegen.
  • Die in den Figuren 5 und 7 dargestellten Leitschaufeln 8 weisen eine unterschiedliche Form auf, wobei die in Figur 5 dargestellte Leitschaufel 8 vorzugsweise aus Blech hergestellt ist und eine konstante Dicke aufweist, während die in Figur 7 dargestellte Leitschaufel 8 üblicherweise aus Kunststoff hergestellt wird und eine konturierte Form aufweist, welche sich insbesondere dazu eignet, den Druckverlust der Strömung weiter zu minimieren, während die Blechschaufel äußerst kostengünstig hergestellt werden kann.
  • In Figur 8 ist noch einmal der erfindungsgemäße Verstellring 23 mit zwei Leitschaufeln 8 dargestellt, von denen sich eine erste in der geöffneten Stellung und eine zweite in der geschlossenen Stellung befindet. Zusätzlich ist die Lage des Distanzringes 19 einer Leitschaufel 8 in den beiden Endstellungen dargestellt, so dass der maximale Verdrehwinkel erkennbar ist. Im Vergleich zu der in den Figuren 1 und 3 dargestellten Ausführung sind die Leitschaufeln 8 hier länger ausgebildet, so dass in der geschlossenen Stellung jeweils das Ende einer Leitschaufel 8 im Bereich der Drehachse auf der folgenden Leitschaufel 8 aufliegt. Hierdurch wird die Dichtigkeit zusätzlich verbessert, jedoch sollte bei einer derartigen Ausführung darauf geachtet werden, dass die Form der Leitschaufeln so gewählt wird, dass unerwünschte Strömungswiderstände und Wirbelbildungen vermieden werden.
  • Es wird deutlich, dass eine derartige Kühlmittelpumpe zur kontinuierlichen Regelung der Kühlmittelmenge in einer Verbrennungskraftmaschine geeignet ist, ohne geregelte Wellenantriebe verwenden zu müssen. Der hierzu benötigte Bauraum ist äußerst klein gehalten. Vor allem jedoch sind die benötigten Stellkräfte bzw. das aufzubringende Drehmoment zur Verstellung der Leitschaufeln aufgrund der schrägen Anordnung der Langlöcher äußerst klein, so dass ein kleinerer Steller als in bekannten Ausführungen verwendet werden kann.
  • Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich auch durch eine entsprechende Konturierung der Langlöcher 22 unter Aufgabe der Linearität, wodurch sich über den maximal möglichen Verdrehwinkel ein unterschiedlicher Verdrehwinkel der Leitschaufeln 8 im Vergleich zum jeweiligen Verdrehwinkel des Verstellrings 23 einstellen lässt. Selbstverständlich sind weitere Modifikationen und konstruktive Änderungen im Bereich des vorliegenden Hauptanspruches möglich, so dass der Schutzbereich nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. So kann beispielsweise auch auf der gegenüberliegenden Seite des Pumpenkopfes 4 ein zweiter Verstellring angeordnet sein, der mit einem entsprechenden vierten Achszapfen zusammenwirkt. Auch kann an dieser Seite die Lagerung direkt im Gehäuse ohne Zwischenlage eines weiteren Ringes erfolgen.

Claims (7)

  1. Regelbare Kühlmittelpumpe für den Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine
    mit einem Pumpengehäuse, in dem eine Pumpenwelle drehbar gelagert ist, die mechanisch oder elektrisch angetrieben ist und
    auf deren axialen Ende ein Pumpenlaufrad befestigt ist,
    welches in einem Pumpenkopf mit einem Einlass, einem Ringkanal und einem Auslass angeordnet ist,
    wobei zwischen dem Ringkanal und dem Laufrad im Pumpenkopf eine Mehrzahl von verstellbaren Leitschaufeln konzentrisch um das Laufrad angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jede Leitschaufel (8) drei Achszapfen (9, 10, 11) aufweist, von denen sich ein erster und zweiter Achszapfen (9, 10) im rechten Winkel zu je einer der beiden Längsseiten (12) der Leitschaufeln (8) erstreckt, die ersten und zweiten Achszapfen (9, 10) im Bereich einer Außenkante (13) der Leitschaufel (8) angeordnet sind, wobei die Leitschaufel (8) im Pumpenkopf (4) über die ersten und zweiten Achszapfen (9, 10) drehbar gelagert ist, und ein dritter, parallel zum ersten und zweiten Achszapfen (9, 10) angeordneter Achszapfen (11) im von der Drehachse entfernten Bereich der Leitschaufel (8) angeordnet ist und in eine Nut oder ein Langloch (22) eines Verstellrings (23) ragt, der drehbar im Pumpenkopf (4) angeordnet ist, wobei die Nut oder das Langloch (22) eine radiale und eine tangentiale Komponente (r, t) aufweist.
  2. Regelbare Kühlmittelpumpe für den Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die radiale Komponente (r) über den gesamten Verstellwinkel (α) kleiner ist als die tangentiale Komponente (t).
  3. Regelbare Kühlmittelpumpe für den Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Nut oder das Langloch (22) konturiert ausgeführt ist, so dass der Anteil der radialen Komponente (r) im Vergleich zur tangentialen Komponente (t) mit wachsendem Verstellwinkel (α) aus der geschlossenen Stellung der Leitschaufeln (8) steigt.
  4. Regelbare Kühlmittelpumpe für den Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    am Innenumfang (24) des Verstellringes (23) sich tangential erstreckende Ausnehmungen (21) zur Durchführung der ersten Achszapfen (9) ausgebildet sind, deren Länge dem maximalen Drehwinkel (α) des Verstellringes (23) entsprechen, wobei die ersten Achszapfen (9) im Pumpenkopf (4) gelagert sind.
  5. Regelbare Kühlmittelpumpe für den Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    auf den ersten Achszapfen (9) in Höhe der Ausnehmungen (21) des Verstellringes (23) Distanzringe (19) angeordnet sind, deren Außendurchmesser im Wesentlichen der Breite der Ausnehmungen (21) entsprechen und als Lagerung des Verstellringes (23) dienen.
  6. Regelbare Kühlmittelpumpe für den Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Leitschaufeln (8) aus Blech hergestellt sind und eine Länge aufweisen, die dem Abstand von einer Drehachse zur benachbarten Drehachse entspricht.
  7. Regelbare Kühlmittelpumpe für den Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Leitschaufeln (8) profiliert ausgeführt sind und länger sind als der Abstand einer Drehachse zur benachbarten Drehachse, so dass das von der Drehachse abgewandte Ende jeder Leitschaufel (8) im Bereich der Drehachse der benachbarten Leitschaufel (8) anliegt.
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