Die Erfindung betrifft eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore in der Bauform einer regelbaren Axialpumpe.

Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von regelbaren Kühlmittelpumpen für

Verbrennungsmotore vorbeschrieben, welche über Riemenscheiben von der

Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben werden.

Zumeist werden kleine als Radialpumpen ausgebildete Kreiselpumpen eingesetzt, bei denen das axial in ein Pumpenrad einströmende Kühlmittel in radialer Richtung umgelenkt wird.

Regelbare Kühlmittelpumpen in der Bauform von regelbaren Radialpumpen werden beispielsweise in der DE 10 2007 022 189 A1 wie auch in der

DE 10 2005 056 199 A1 vorbeschrieben.

Infolge der Umlenkung des axial einströmenden Kühlmittels treten bei diesen

Kühlmittelpumpen zwangsläufig Strömungsverluste auf.

Von der Anmelderin wurde in der DE 100 47 387 A1 eine in der Praxis bereits bewährte, elektrisch angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpe für

Verbrennungsmotore in der Bauform einer regelbaren Axialpumpe vorgestellt. Weitere ebenfalls bereits in der Praxis bewährte, regelbare Kühlmittelpumpen für Verbrennungsmotore in der Bauform von regelbaren Axialpumpen wurden von der Anmelderin zudem in der DE 102 07 653 C1 wie auch in der

DE 103 14 526 B4 vorgestellt.

Die Nachteile dieser elektromotorisch angetriebenen Kühlmittelpumpen mit innerhalb des Kühlmittelstromes angeordneten Elektromotoren resultieren nicht zuletzt aus dem erhöhten Bauraumbedarf dieser Kühlmittelpumpen.

Bauraumbedingt können daher die jeweils eingesetzten Elektromotoren stets nur begrenzte Drehmomente übertragen.

Zudem hat auch die zwangsläufig erforderliche, wasserdichte Kapselung der

Elektromotoren höhere Fertigungskosten zur Folge.

Darüber hinaus sind bei diesen Lösungen, infolge der eingesetzten elektrischen

Bauteile bzw. der elektronischen Komponenten, stets obere Grenzwerte der

Temperaturbelastung einzuhalten um ein Versagen dieser Bauteile zu vermeiden.

Zudem kann mittels dieser elektromotorisch angetriebenen Kühlmittelpumpen nach einem „Stromausfall" auch kein „Fail-safe" (Weiterfunktionieren der

Kühlmittelpumpe nach Ausfall der Regelung) gewährleistet werden.

Auch haben die Axialpumpen mit saugseitiger Drosselung (wie beispielsweise die in der DE 102 07 653 C1 vorgestellte Bauform) gezeigt, dass sie strömungstechnisch verbesserungsbedürftig sind, da verstärkt

Kavitationserscheinungen und Verwirbelungen auftraten, welche dann einen erhöhten Verschleiß und auch Leistungsverluste zur Folge hatten.

Aus der DE 10 2006 034 952 B4 ist weiterhin eine als regelbare Axialpumpe ausgebildete Kühlmittelpumpe für den Kühlkreislauf einer

Verbrennungskraftmaschine bekannt geworden, bei der die Durchflussmenge des Kühlmittels durch die Pumpe ohne elektrische oder elektronische

Drehzahlregelung realisiert wird. Dabei weist die als regelbare Axialpumpe ausgebildete Kühlmittelpumpe eine von einer Zahnriemenscheibe angetriebene

Hohlwelle auf, auf der drehfest mehrere Rotorschaufeln derart angeordnet sind, dass deren Anstellwinkel über einen innerhalb der Hohlwelle angeordneten

Wirkmechanismus mechanisch verstellt werden kann.

Die Betätigung des mechanischen Verstellmechanismus erfolgt dabei über ein

Stellelement, welches elektrisch, elektronisch, hydraulisch oder auch pneumatisch angesteuert werden kann.

In Abhängigkeit vom Anstellwinkel der Rotorschaufeln wird das durch das

Pumpengehäuse strömende Kühlmittel mehr oder weniger stark beschleunigt.

Mittels der vorgenannten Kühlmittelpumpen, in der Bauform einer von einer

Zahnriemenscheibe angetriebenen regelbaren Axialpumpe, kann die

Kühlleistung wie auch die Antriebsleistung der Kühlmittelpumpen in bestimmten

Grenzen variiert werden, wobei das übertragbare Drehmoment stets von der

„Belastbarkeit/Haltbarkeit" der verstellbar gelagerten Rotorschaufeln begrenzt wird.

Dabei kann bei mit Schmutzfracht (beispielsweise Sandpartikel o.a.) beladenem Kühlmittel diese den Verstellmechanismus beeinträchtigen und die

Zuverlässigkeit der Regelung stark einschränken.

Zudem kann mit der in der DE 10 2006 034 952 B4 vorbeschriebenen Bauform auch keine „Null-Leckage" realisiert werden.

Im Zuge der stetigen Optimierung von Verbrennungsmotoren, insbesondere im

Hinblick auf Emission und Kraftstoffverbrauch, ist es jedoch zunehmend wichtiger den Motor nach dem Kaltstart möglichst schnell auf

Betriebstemperatur zu bringen, um einerseits die Reibungsverluste zu minimieren (mit zunehmender Öltemperatur sinkt dessen Viskosität und damit die Reibung an allen ölgeschmierten Bauteilen) und die Emissionswerte zu reduzieren (da erst nach der sogenannten „Anspringtemperatur" die

Katalysatoren wirksam arbeiten, beeinflusst der Zeitraum bis zum Erreichen dieser Temperatur die Abgasemission wesentlich) um dadurch den

Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.

Versuchsreihen in der Motorentwicklung haben gezeigt, dass eine sehr wirksame Maßnahme zur Motorerwärmung das „stehende Wasser" oder die

„Null-Leckage" während der Kaltstartphase ist. Dabei sollte während der Kaltstartphase der Zylinderkopf keinesfalls von

Kühlmittel durchströmt werden, um die Abgastemperatur so schnell wie möglich auf das gewünschte Niveau zu bringen.

Von den Fahrzeugherstellern werden Leckageströme von weniger als 0,5 l/h

(„Null-Leckage") gewünscht.

Auch haben Untersuchungen zum Kraftstoffverbrauch von

Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen gezeigt, dass durch ein konsequentes Thermomanagement, also jene Maßnahmen, welche zu einem energetisch und thermomechanisch optimalen Betrieb eines

Verbrennungsmotors führen, etwa 3% bis 5% Kraftstoff eingespart werden können.

Daher wird unter Beachtung dieser Gesichtspunkte eine immer präzisere

Regelung des Kühlmitteldurchsatzes in Abhängigkeit von der Temperatur des durchgesetzten Kühlmittels zwingend erforderlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe in der Bauform einer regelbaren Axialpumpe für Verbrennungsmotore zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge ermöglicht um einerseits durch „Null-Leckage" eine optimale Erwärmung des Motors zu gewährleisten und um andererseits nach der Erwärmung des Motors die Motortemperatur im Dauerbetrieb exakt so zu beeinflussen, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können, zudem soll die neuartige Bauform bei minimalem Bauvolumen ein hohes Drehmoment übertragen, bei Ausfall der Regelung ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe (Fail-safe) gewährleisten, zudem von der maximalen Temperaturbelastung für die elektrischen Bauteile bzw. die elektronischen Komponenten unabhängig sein und sich dabei durch eine sehr kompakte, fertigungs- und montagetechnisch einfache, kostengünstige und robuste Bauform auszeichnen, wie auch Kavitationserscheinungen und Verwirbelungen des Fördervolumenstromes vermeiden, einen hohen Wirkungsgrad aufweisen und selbst bei mit Schmutzfracht beladenem Kühlmittel eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei sehr langer Lebensdauer gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe in der Bauform einer 'regelbaren Axialpumpe für Verbrennungsmotore nach den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 der Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausführungen Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung in Verbindung mit den Zeichnungen zur erfindungsgemäßen Lösung.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit zwei dem jeweiligen Ausführungsbeispiel zugeordneten Figuren näher erläutert .

Es zeigen dabei:

Figur 1 : die erfindungsgemäße über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe in der Bauform einer Axialpumpe mit einem Pneumatikaktuator 33, in der Seitenansicht, im Schnitt; und

Figur 2 : die erfindungsgemäße über eine Riemenscheibe angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe in der Bauform einer Axialpumpe mit einem als Aktuator 21 eingesetzten Linearmotor 30, in der Seitenansicht, im Schnitt.

In der Figur 1 ist eine mögliche Variante der erfindungsgemäßen, über eine Riemenscheibe angetriebenen regelbaren Kühlmittelpumpe in der Bauform einer Axialpumpe mit einem zur Volumenstromregelung als Aktuator 21 eingesetzten Pneumatikaktuator 33 (in der Seitenansicht, im Schnitt) dargestellt.

Diese Bauform wird in Verbindung mit einer Unterdruckregelung eingesetzt. Dabei ist an einem Pumpengehäuse 1 mit einer Strömungseintrittsöffnung 2 und einer Strömungsaustrittsöffnung 3 eine Riemenscheibe 5 mittels eines Pumpenlagers 4 drehbar gelagert.

Drehfest mit dieser Riemenscheibe 5 ist eine Pumpenwelle 6 verbunden auf der ein Axialschaufelrad 7 ebenfalls drehfest angeordnet ist.

Im Pumpengehäuse 1 ist erfindungsgemäß drehfest ein Leitrad 8 angeordnet, in welchem sich eine Lageraufnahme 9 für ein zweites Lager 10 der Pumpenwelle 6 befindet.

Kennzeichnend ist auch, dass dieses Lager 10 ein Gleitlager ist, in dem die Pumpenwelle 6 mit ihrem der Riemenscheibe 5 gegenüberliegenden Pumpenwellende gelagert ist.

Wesentlich ist weiterhin, dass diesem Lager 10 beabstandet, in Richtung der Strömungseintrittsöffnung 2 benachbart, drehfest auf der Pumpenwelle 6 das mit der Pumpenwelle 6 umlaufende Axialschaufelrad 7 angeordnet ist, wobei diesem Axialschaufelrad 7 in Richtung der Strömungseintrittsöffnung 2 benachbart beabstandet ein mit einer Pumpenwellendurchtrittsöffnung 11 versehenes, drehfest im Pumpengehäuse 1 angeordnetes Vorleitrad 12 mit einem Zuströmleitkegel 13 angeordnet ist, wobei zudem am Leitrad 8 in Richtung der Strömungsaustrittsöffnung 3, d.h. der Lageraufnahme 9 gegenüberliegend, ein Abströmleitkegel 14 angeordnet ist. In Ihrer Gesamtheit bewirkt diese erfindungsgemäße Anordnung, dass im Pumpeninnenraum eine optimale, gleichmäßige, turbulenzfreie „Umströmung" des (am Leitrad 8 angeordneten) Zylindermantels des Abströmleitkegels 14 bei maximalem Durchsatz und minimalem Druckverlust gewährleistet ist, was eine wesentliche Voraussetzung für eine optimale Regelung des Volumenstromes der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe darstellt.

Erfindungsgemäß ist weiterhin, dass im Pumpengehäuse 1 ein Schieberarbeitsraum 16 angeordnet ist, in welchem der mit einem Ringsteg 15 versehene Abströmleitkegel 14 des Leitrades 8 hineinragt, wobei am Pumpengehäuse 1 , der Lagerstelle des Pumpenlagers 4 in Strömungsrichtung gegenüberliegend, eine Kolbenstangenführung 17 mit einem Aktuatorbefestigungsflansch 18 angeordnet ist.

Erfindungsgemäß ist in dieser Kolbenstangenführung 17 eine in das Pumpengehäuse 1 hineinragende Kolbenstange 19 verschiebbar gelagert, wobei auf den außerhalb des Pumpengehäuses 1 befindlichen Endbereich der Kolbenstange 19 ein, eine lineare Verschiebung der Kolbenstange 19 bewirkender, mit einer Rückstelleinrichtung 20 versehener Aktuator 21 einwirkt, welcher an dem am Pumpengehäuse 1 angeordneten Aktuatorbefestigungsflansch 18 angeordnet ist.

Aus fertigungs- und montagetechnischen Gründen ist es vorteilhaft, wenn das Pumpengehäuse 1 derart mehrteilig ausgebildet ist, dass ein mit dem Aktuatorbefestigungsflansch 18 versehner hinterer Bereich des Pumpengehäuses 1 an einen „noch" mit dem Schieberarbeitsraum 16 versehenen vorderen Bereich des Pumpengehäuses 1 angeflanscht wird.

Erfindungswesentlich ist weiterhin, dass an dem innerhalb des Pumpengehäuses 1 befindlichen Ende der Kolbenstange 19 ein im Schieberarbeitsraum 16 linear verschiebbar angeordneter, mit einer Ausströmleitkonur 23, einer Ausströmöffnung 24 sowie einer mit dem Ringsteg 15 am Abströmleitkegel 14, des Leitrades 8, abdichtend in Wirkverbindung tretenden Ringnut 25 versehener Axialschieber 22 befestigt ist. Erfindungsgemäß wird mittels dieser Anordnung eine aktive Steuerung der Kühlmittelfördermenge ermöglicht, welche einerseits durch „Null-Leckage", d.h. bei auf dem Ringsteg 15 des Leitrades 8 dichtend angelegter Ringnut 25 des Axialschiebers 22, eine optimale Erwärmung des Motors gewährleistet, und die andererseits nach der Erwärmung des Motors, durch eine definierte Verschiebung des Axialschiebers 22 im Schieberarbeitsraum 16 des Pumpengehäuses 1 , die Motortemperatur im Dauerbetrieb exakt so zu beeinflussen vermag, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission wie auch die Reibungsverluste und der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden können.

Mittels der vorliegenden erfindungsgemäßen Lösung kann infolge des direkten Antriebes des Axialschaufelrades 7 mittels der Riemenscheibe 5 ein hohes Drehmoment übertragen werden.

Darüber hinaus gewährleistet das (gemäß Figur 1) im Aktuator 21 angeordnete Federelement in Form einer Druckfeder als Rückstelleinrichtung 20 bei Ausfall der Regelung ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe (Fail-safe).

Gleichzeitig ist diese erfindungsgemäße Lösung von der maximalen Temperaturbelastung für die elektrischen Bauteile bzw. die elektronischen Komponenten unabhängig, da im Pumpeninnern keine mit dem Fördervolumenstrom in Kontakt tretenden elektrischen Bauteile bzw. elektronischen Komponenten Einsatz finden.

Die im Rahmen der vorliegenden Lösung erfindungsgemäß angeordneten, die Strömung definiert beeinflussenden Baugruppen (wie das Vorleitrad 12 mit dem Zuströmleitkegel 13, das Axialschaufelrad 7, das Leitrad 8 mit dem Abströmleitkegel 14 und der Axialschieber 22 mit der Ausströmleitkontur 23 und der Ausströmöffnung 24) bewirken in ihrer Gesamtheit, dass in der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe Kavitationserscheinungen wie auch Verwirbelungen des Fördervolumenstromes vermieden werden, und dass die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Zudem bewirkt die vorgestellte, erfindungsgemäße Anordnung infolge ihrer robusten Bauform, dass selbst bei mit Schmutzfracht beladenem Kühlmittel eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei sehr langer Lebensdauer gewährleistet ist.

Kennzeichnend ist auch, dass im vorderen Bereich des Pumpengehäuses 1 ein Vorleitradanlagesteg 34 und am Leitrad 8 ein Außenmantel 35 mit einem Distanzsteg 36 angeordnet ist.

Erfindungsgemäß gewährleistet dieser Distanzsteg 36, bei am Außenmantel 35 des Leitrades 8 anliegendem Vorleitrad 12 einen „freien Lauf des Axialschaufelrades 7.

Dadurch wird es fertigungstechnisch möglich, dass zunächst das (beispielsweise aus Kunststoff bestehende) Vorleitrad 12 bis zur Anlage an den Vorleitradanlagesteg 34 in den vorderen Bereich des Pumpengehäuses 1 eingeschoben wird, so dass nach Montage des Axialschaufelrades 7 das Vorleitrad 12 durch das Einpressen des Außenmantels 35 des Leitrades 8 in das Pumpengehäuses 1 (durch den am Außenmantel 35 des Leitrades 8 angeordneten Distanzsteg 36) in seiner Lage axial gesichert ist. Die radiale Sicherung wird von miteinander in Wirkverbindung tretenden Rastnasen übernommen die an den jeweils miteinander zu fügenden Bauteilen angeordnet sind.

Erfindungsgemäß ist auch, dass am Pumpengehäuse 1 ein Zulaufflansch 26 und ein Ablaufflansch 27 angeordnet sind, welche gegenüber des im Pumpengehäuse 1 angeordneten Schieberarbeitsraumes 16 „abgewinkelt" angeordnet sind.

Durch all diese speziellen, erfindungsgemäßen Merkmale kann eine sehr kompakte, fertigungs- und montagetechnisch einfache, kostengünstige Bauform bei minimalem Bauvolumen gewährleistet werden.

Wesentlich ist auch, dass am Pumpengehäuse 1 Befestigungsdome 28 angeordnet sind, welche eine Befestigung durch Verschrauben der erfindungsgemäßen regelbaren Kühlmittelpumpe am Kurbelgehäuse ermöglichen.

Erfindungsgemäß ist auch, dass im Pumpengehäuse 1 , nahe der Lagersitze, Dichtungen 31 und Leckageaustrittsöffnungen 32 angeordnet sind um eine hohe Funktionssicherheit zu gewährleisten.

In der Figur 2 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen, über eine

Riemenscheibe angetriebenen regelbaren Kühlmittelpumpe in der Bauform einer Axialpumpe in der Seitenansicht im Schnitt dargestellt.

In dieser Bauform wird als Aktuator 21 zur definierten Betätigung des

Axialschieber 22 ein Linearmotor 30 eingesetzt.

Diese bis auf den „neuen" Aktuator 21, d.h. den Linearmotor 30, analog zu

Figur 1 aufgebaute, in ihren Wirkungen bereits in Verbindung mit der Figur 1 beschriebene, erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe wird insbesondere dann eingesetzt, wenn bei dem jeweiligen Fahrzeugtyp (in dem die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe eingesetzt werden soll) kein

Unterdruck vorhanden ist, oder wenn der vorhandene Unterdruck nicht ausreicht um den Axialschieber 22 funktionssicher zu verfahren.

Da der in der Lösung nach Figur 2 zur Betätigung des Axialschiebers 22 eingesetzte Linearmotor 30 sehr klein baut, kann diese in Figur 2 vorgestellte

Lösung auch dann eingesetzt werden, wenn beispielsweise der im Motorraum des jeweiligen Fahrzeuges vorhandene „Freiraum" nicht ausreicht um die in der

Figur 1 vorgestellte Lösung einzusetzen.

Bei dieser Bauform der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe (mit einem

Linearmotor 30) wird ein Weiterfunktionieren der Kühlmittelpumpe bei Ausfall der Regelung (Fail-safe) dadurch gewährleistet, dass die Spindelsteigung als

Rückstelleinrichtung im Linearmotor 30 fungiert.

Infolge dieser (bei der Lösung nach Figur 2) eingesetzten Spindelsteigung kann der Axialschieber 22 (allein) auf Grund seiner Druckbeaufschlagung eine

„Rückstellung" (der Spindelstange) bewirken, so dass bei Ausfall der Regelung stets der Axialschieber 22 in seine hintere Endlage („geöffnet") zurückfährt. Bezugszeichenzusammenstellung

1 Pumpengehäuse

2 Ström u ngsei ntrittsöff nu ng

3 Strömungsaustrittsöffnung

4 Pumpenlager

5 Riemenscheibe

6 Pumpenwelle

7 Axialschaufelrad

8 Leitrad

9 Lageraufnahme

10 Lager

11 Pumpenwellendurchtrittsöffnung

12 Vorleitrad

13 Zuströmleitkegel

14 Abströmleitkegel

15 Ringsteg

16 Schieberarbeitsraum

17 Kolbenstangenführung

18 Aktuatorbefestigungsflansch

19 Kolbenstange

20 Rückstellelement

21 Aktuator

22 Axialschieber

23 Ausströmleitkontur

24 Ausströmöffnung

25 Ringnut

26 Zulaufflansch

27 Ablaufflansch Befestigungsdom

Arbeitskolben

Linearmotor

Dichtung

Leckageaustrittsöffnung

Pneumatikaktuator

Vorleitradanlagesteg

Außenmantel

Distanzsteg