Elektromotorische Kühlmittelpumpe

Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Kühlmittelpumpe mit einem Pumpengehäuse und mit einem in einer Pumpenkammer angetrieben Pumpenrad sowie mit zwei saugseitigen Zulaufkanälen und einem druckseitigen Ablaufkanal für das Kühlmittel. Unter Kühlmittelpumpe wird hierbei insbesondere eine elektrische Radial- oder Kreiselpumpe für den Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) eines Kraftfahrzeugs verstanden.

Zur Förderung des Kühlmittels im Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine wird üblicherweise eine Kühlmittel- oder Wasserumwälzpumpe eingesetzt, deren Steuerung über ein Wegeventil erfolgen kann, wenn zusätzlich zu einem über einen Kühler führenden Kühlerkreis auch ein Bypass- oder Vorlaufkreis vorgesehen ist, der unter Umgehung des Kühlers direkt über entsprechende Kanäle der Brennkraftmaschine bzw. dessen zu kühlendem Zylinderkopf oder Motorblock führt. Der Antrieb der Kühlmittelpumpe erfolgt üblicherweise elektrisch mittels eines Elektromotors, der eine Motor- oder Pumpenachse mit einem Pumpenrad antreibt, das in einer Pumpenkammer des Pumpengehäuses, beispielsweise in Form eines Spiralkanals, angeordnet ist.

Bei aus der DE 10 2005 057 712 A1 und aus der DE 198 09 123 A1 bekannten Kühlmittelpumpen mit elektromotorisch angetriebenem Pumpenrad weist das Pumpengehäuse zusätzlich zu einem Zulaufstutzen für das über den Kühler geführte Kühlmittel und einem Ablauf- oder Druckstutzen einen Bypass- oder Vorlaufstutzen für das nicht über den Kühler geführte Kühlmittel auf. Die Zu- und Ablaufstutzen dienen üblicherweise als Schnittstelle zur Anbindung von Kühlschläuchen zur Herstellung eines geschlossenen Kühler- bzw. Vorlaufkreises (Bypass- kreis).

Gemäß der DE 102 07 653 C1 kann die Schaltfunktion eines in einem Pumpenzulauf angeordneten Wegeventils in Verbindung mit einem in zwei Stellungen um-

BESTÄTIGUNGSKOPIE schaltbaren Drehschiebers mittels des elektrischen Pumpenmotors erfolgen. Auch kann die Steuerung der Ventilfunktion gemäß der DE 103 14 526 B4 über einen Thermostaten mit einem temperaturabhängigen Dehnstoffelement in Form einer sogenannten Wachspatrone erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete, vorzugsweise möglichst kompakte Kühlmittelpumpe anzugeben, die insbesondere konstruktiv und fertigungstechnisch besonders einfach sein soll. Des Weiteren sollen Undichtigkeiten der Wasserpumpe zuverlässig vermieden werden. Ferner soll die Steuerung bzw. Ansteuerung der Wasserpumpe besonders einfach und zuverlässig sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Hierzu weist die Kühlmittelpumpe ein Pumpengehäuse mit einem in einer Pumpenkammer angeordneten und mittels eines Elektromotors angetriebenen Pumpenrad sowie zwei saugseitigen Zulaufkanälen und einem druckseitigen Ablaufkanal für das Kühlmittel auf. Das Pumpengehäuse setzt sich geeigneterweise zumindest im Wesentlichen aus dem Motorgehäuse, ggf. mit separatem Elektronikgehäuse für den Motorantrieb, und einem vorzugsweise als separates Gehäuseteil (Gehäusezwischenteil) ausgeführten Gehäuseabschnitt sowie einem Pumpendeckel zusammen. Die Gehäuseteile können beispielsweise miteinander verschraubt und somit lösbar verbunden sein.

Die Zulaufkanäle münden zweckmäßigerweise gemeinsam in einen zentralen Zuströmkanal ein, der innerhalb des Pumpengehäuses im Bereich des Gehäuseabschnitts vorgesehen und dort bevorzugt von einem zylindrischen Gehäusemantel gebildet ist. Vorzugsweise deckelseitig münden in einen ersten der Zulaufkanäle ein Vorlaufstutzen zum Anschluss an einen nachfolgend auch als kleiner Kühlkreis bezeichneten kühlerfreien Vorlaufkreis und in den zweiten Zulaufkanal ein Zulaufstutzen zum Anschluss an einen nachfolgend auch als großer Kühlkreis bezeichneten Kühlerkreis des Kühlmittelkreislaufs des Kraftfahrzeugmotors ein.

Innerhalb des Gehäuseabschnitts des Pumpengehäuses ist zwischen der Saugseite und der Druckseite ein in Folge der Kühlmittelförderung hydraulisch betätigter Stellaktor angeordnet, der mit einem Stellelement zum Öffnen und Schließen der Zulaufkanäle gekoppelt ist. Die Betätigung des Stellaktors, d.h. die Energieübertragung auf den Stellaktor und über diesen auf das Stellelement zum gesteuerten Öffnen bzw. Schließen der Zulaufkanäle erfolgt durch das Strömungsverhalten des Kühlmittels selbst. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels zum Stellaktor hin, um diesen zu betätigen, wird durch die Druckdifferenz zwischen Druck- und Saugseite bestimmt. Somit ist für die Schaltfunktion der Kühlmittelpumpe, zumindest hinsichtlich einer wesentlichen Grundfunktion des Umschaltens von einem anfänglich offenen Zulaufkanal auf den anderen Zulaufkanal, insbesondere vom kleinen auf den großen Kühlkreis, keine zusätzliche Energiequelle und kein Thermostat oder dergleichen erforderlich.

Der Stellaktor ist membran- und/oder kolbenartig ausgeführt und geeigneterweise axial verstellbar in dem Gehäuseabschnitt des Pumpengehäuses angeordnet. Dies ermöglicht bei gleichzeitiger Integration der Aktorfunktionalität zur Pumpensteuerung in das Pumpengehäuse eine weitestgehende Symmetrie und einen besonders kompakten konstruktiven Aufbau der Kühlmittelpumpe.

Der Stellaktor ist geeigneterweise durch eine in dem Gehäuseabschnitt angeordnete Membran und einen mit dieser vorzugsweise fest verbundenen Stellkolben (Arbeits- oder Hubkolben) gebildet, der - bezogen auf die Pumpen- bzw. Motorachse - zusammen mit der Membran axial beweglich oberhalb des Pumpenrades angeordnet und gegen das Pumpengehäuse abgedichtet ist. Hierzu eignet sich eine manschettenartige, elastische Silikonrollmembran, die einerseits die Dichtwirkung sicherstellt und andererseits ausreichend flexibel oder elastisch ist, um dem Hub des Stellkolbens folgen zu können. Die Membran erstreckt sich innerhalb des Gehäuseabschnitts über den Gehäusequerschnitt, um die Saugseite von der Druckseite zu trennen. Der Stellaktor ist vorzugsweise mittels eines Rückstellelementes, geeigneterweise in Form einer Schraubenfeder, in einer Ausgangsstellung (Ruheposition) vorgeschaltet. In dieser ist ein erster der Zulaufkanäle, nämlich geeigneterweise der Vorlauf für den kleinen Kühlkreis geöffnet und der zweite Zulaufkanal, also der große Kühlkreis geschlossen. Bei Inbetriebsetzung der Kühlmittelpumpe wird in Folge der hydraulischen Betätigung des Stellaktors das Stellelement den ersten Zulaufkanal (kleiner Vorlaufkreis) gegen die Kraft des nachfolgend auch als Rückstellfeder (vorzugsweise Druckfeder) bezeichneten Rückstellelementes verschließen und den zweiten Zulaufkanal (großer Kühlerkreis) öffnen.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung stellt der Gehäuseabschnitt eine verschließbare Aktorkammer (Arbeitsraum) bereit, die mit der Pumpenkammer über eine (erste) Drucköffnung verbunden ist. Diese (erste) Drucköffnung ist zweckmäßigerweise mittels eines (ersten) elektrisch ansteuerbaren Stellventils in Form eines Magnetventils verschließbar. Mit anderen Worten steht diese Aktorkammer bzw. dieser Arbeitsraum zur hydraulischen Betätigung des Stellaktors über die Drucköffnung mit der Pumpenkammer und somit mit der Druckseite der Kühlmittelpumpe in Verbindung, so dass in der Aktorkammer praktisch der gleiche Kühlmitteldruck herrscht wie in der druckseitigen Pumpenkammer.

Das Stell- bzw. Magnetventil ist daher vorzugsweise stromlos offen. Hierdurch ist gewährleistet, dass bei Inbetriebnahme der Kühlmittelpumpe der Stellaktuator stets in Richtung eines sicheren Öffnens des großen Kühlkreises betätigt wird, während das Stellventil energetisch inaktiv ist. Wird hingegen dieses Ventil angesteuert (bestromt), so verschließt es die Drucköffnung mit der Folge, dass die hydraulisch bedingte Druckbeaufschlagung des Stellaktors unterbrochen und aufgrund der Rückstellkraft der Rückstellfeder der dem kleinen Kühlkreis entsprechende Zulaufkanal geöffnet bleibt. Eine Rückführung des Stellaktuators in die Ausgangs- oder Ruheposition mit geöffnetem (kleinem) Vorlaufkreis und geschlossenem (großem) Kühlerkreis kann auch durch Abschaltung der Kühlmittelpumpe erfolgen. Die Steuerung des hydraulischen Drucks auf den Stellaktor kann beispielsweise auch durch entsprechende Steuerung der Motor- bzw. Pumpendrehzahl erfolgen, so dass ein Stellventil nicht zwingend erforderlich ist.

Der in vorteilhafter Ausgestaltung von einem zylindrischen Gehäusemantel des Gehäuseabschnitts gebildete zentrale Zuströmkanal mündet saugseitig über das Stellelement in die Zulaufkanäle und druckseitig in die Pumpenkammer zum Pumpenrad hin. Der Stellaktor, der den Zuströmkanal daher zweckmäßigerweise ringförmig umgibt, erstreckt sich bezogen auf die Pumpen- oder Motorachse im Gehäuseabschnitt und damit im Pumpengehäuse radial. In der Ausführung mit Membran und Stellkolben sind diese somit ebenfalls ringförmig, wobei die sich radial ersteckende Membran (Ringmembran) die Aktorkammer einerseits gegen die Außenwandung und andererseits gegen den Zuströmkanal bzw. den entsprechenden zylindrischen Gehäusemantel des Gehäuses abdichtet.

In der entsprechenden Ausführungsform ist die Ringmembran daher außenum- fangsseitig zweckmäßigerweise zwischen eine flanschartige Verbindung des den Gehäuseabschnitt bildenden Gehäusezwischenteils und des Pumpendeckels geführt und dort dichtend eingespannt. Im zentralen, inneren Bereich ist die Ringmembran geeigneterweise nach Art einer Labyrinthdichtung gefaltet, um eine zuverlässige Dichtwirkung gegen den zentralen, axial verlaufenden Zuströmkanal zu erzielen, der bevorzugt vom Gehäusezwischenteil gebildet wird. In dieser bevorzugten Ausführung trägt die Ringmembran den ringförmigen Stellkolben (Ringkolben bzw. Ringaktor).

In vorteilhafter Weiterbildung der Ausgestaltung der Kühlmittelpumpe mit steuerbarem Stellventil ist die Pumpenkammer mit dem Zuströmkanal über eine (zweite) geschlossene Drucköffnung verbunden, die mittels eines (zweiten) elektrisch ansteuerbaren, vorzugsweise stromlos geschlossenen, Stell- bzw. Magnetventils aktivierbar ist. Dieses Ventil ist daher ebenfalls quasi stets inaktiv und dabei analog zum ersten Ventil grundsätzlich energielos. Wird dieses zweite Ventil mittels eines entsprechenden elektrischen Signals angesteuert und somit bestromt, so wird die zuvor verschlossene Drucköffnung geöffnet mit der Folge, dass ein zu- mindest gewisser, durch entsprechende Ventilbestromung steuerbarer Druckausgleich zwischen Druck- und Saugseite der Kühlmittelpumpe stattfindet.

Dieses vorzugsweise stromlos geschlossene zweite Stellventil dient somit insbesondere zum gesteuerten Öffnen und Schließen einer Verbindung des saugseiti- gen Zuströmkanals mit der Druckseite der Pumpenkammer. Hierdurch und insbesondere in Verbindung mit einer entsprechenden Ansteuerung, d.h. gesteuerten Bestromung des ersten Stellventils wird der Stellweg des Stellaktors und damit die Stellung des Stellelements beeinflusst. Dies ermöglicht das Anfahren praktisch beliebiger Zwischenstellungen des Stellelements mit unterschiedlichen Offenbzw. Schließpositionen der beiden Zulaufkanäle, was im bestimmungsgemäßen Betrieb in besonders einfacher, energiearmer und zuverlässiger Weise ein praktisch beliebiges Mischen von vergleichsweise kühlem und heißem Kühlmediums aus den beiden Kühlkreisen (Vorlauf- und Kühlerkreis bzw. kleiner und großer Kühlkreis) ermöglicht.

Das Stellelement kann mit dem Stellaktor starr, d.h. fest verbunden oder an diesen über ein Stellgetriebe gekoppelt sein. Bei der Kopplungsvariante ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass zwischen den Zulaufkanälen, d.h. zwischen dem Zulaufstutzen und dem Vorlaufstutzen eine verschwenkbare Stellklappe nach Art eines Helmvisiers angeordnet ist, die bzw. das mit dem gehäuseinternen Stellaktor, insbesondere dessen Stellkolben über ein Umlenkgetriebe, beispielsweise in Form einer Zahnstange und eines mit diesem kämmenden Zahnrades gekoppelt ist. In dieser Ausführung ist der Stellaktor dazu eingerichtet, in Folge einer steuerbaren Druckänderung aufgrund der hydraulischen Betätigung die Stellklappe zwischen einer Offenstellung des einen Zulaufkanals und einer Schließstellung des anderen Zulaufkanals zu verschwenken, wobei zwischen den jeweiligen Endstellungen praktisch beliebige Zwischenstellungen der Stellklappe möglich sind.

Bei der bevorzugten, starren Variante ist als Stellelement ein Ringschieber in Form einer zylindrischen Hülse vorgesehen, der bzw. die beispielsweise über stegartige Formteile vorzugsweise mit dem Stellkolben verbunden ist. Der Ring- Schieber ist hierbei zweckmäßigerweise axial oberhalb des mit dem den zentralen Zuströmkanal bildenden zylindrischen Gehäusemantel des Gehäusezwischenteils und mit diesem fluchtend angeordnet. Mit anderen Worten bildet der Ringschieber quasi einen axialen Fort- oder Ansatz des zentralen zylindrischen Gehäusemantels, weist also zumindest annähernd die gleiche Querschnittsfläche wie der zylindrische Gehäusemantel bzw. wie der hierdurch gebildete Zuströmkanal auf. Vorteilhafterweise an den Ringschieber und/oder an diesen Gehäusemantel angeformte, nach außen abgekröpfte Krangenkonturen erhöhen in der entsprechenden Stellung des Stellaktors die Anlagesicherheit zwischen dem Ringschieber und dem mit diesem fluchtenden Gehäusemantel sowie erforderlichenfalls auch die Dichtigkeit des Zuströmkanals in der entsprechenden Anlagestellung des Ringschieber am Gehäusemantel.

In der aufgrund der hydraulischen Betätigung des Stellaktors bedingten Stellung, in welcher der Ringschieber entgegen der Rückstellkraft der Feder vom Gehäusemantel axial abgehoben ist, ist - ggf. in Abhängigkeit von der Bestromung der Stellventile und/oder der Pumpendrehzahl - ein einstellbarer Zwischenspalt zum Gehäusemantel erzeugt. Dadurch ist eine Verbindung des entsprechenden Zulaufkanals zum zentralen Zuströmkanal hergestellt, während der Ringschieber gleichzeitig den anderen Zulaufkanal, d.h. dessen Verbindung zum zentralen Zuströmkanal vollständig oder teilweise verschließt.

Die in den Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs eingebundene Kühlmittelpumpe hält in Ruhestellung einen kleinen Kühlkreis unter Umgehung des Kühlers geöffnet. Wird die Kühlmittelpumpe in Betreib gesetzt, so erfolgt aufgrund des betriebsbedingten Druckaufbaus in der Aktorkammer eine Axialverschiebung des Stellaktors und in Folge dessen Kopplung mit dem Stellelement dessen Betätigung, so dass der als Vorlauf wirksame Zulaufkanal geschlossen und der andere Zulaufkanal geöffnet wird. Hierdurch wird vom kleinen Kühlkreis auf den großen Kühlkreis umgeschaltet und das Kühlmittel durch den Kühler geführt. Mit anderen Worten erfolgt bei Inbetriebnahme der Kühlmittelpumpe die hydraulische Betätigung des Stellaktors, und zwar aus einer Ausgangsstellung mit zumindest teilweise geöffnetem Vorlaufkreis und zumindest teilweise geschlosse- nem Kühlerkreis in eine Betriebsstellung mit geöffnetem Kühlerkreis sowie geschlossenem Vorlaufkreis.

Eine Ansteuerung des ersten Stell- oder Magnetventils ermöglicht die Beibehaltung der Ausgangsstellung der Kühlmittelpumpe mit geöffnetem kleinen Kühlkreis, indem ein ausreichender Druckaufbau in der Aktorkammer verhindert wird und die Kühlmittelpumpe den großen Kühlkreis nicht öffnen kann. Das zu diesem Stellventil geeigneterweise invers zu steuernde (zweite) Stellventil (Rückstellventil) erfüllt zusätzlich zu einer komfortablen Mischerfunktion vorzugsweise eine Notfunktion für den Fall, dass das erste Stellventil aufgrund einer Fehlfunktion nicht abfällt.

Die Stellventile sind bevorzugt ebenfalls im bzw. am Gehäusezwischenteil angeordnet. Deren Ansteuerung erfolgt geeigneterweise über gehäuseaußenseitige Anschlusskontakte. Mit dem, vorzugsweise inklusive der elektrischen oder elektromagnetischen Stellventile in das Pumpengehäuse integrierten, Stellaktor ist eine besonders wirksame, einfach und raumsparend aufgebaute sowie stets zuverlässig dichte und zuverlässig sowie langlebig arbeitende Kühlmittelpumpe mit der Funktionalität eines steuerbaren Kühlmittelstellers ohne Thermostat, komplexe Wegeventilanordnungen, zusätzliche Pumpen, Pumpenanbauten oder Ansteue- rungsmittel, beispielsweise in Form einer pneumatischen Ansteuerung, bereitgestellt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer, teilweise geschnittener Darstellung eine elektrische Kühlmittelpumpe mit einem oberhalb eines Motorgehäuses eines Elektromotors gehäuseintern mit einem Stellaktor gekoppelten Stellelementes in Form einer helmvisierartigen Stellklappe zwischen einem Zulaufstutzen und einem Vorlaufstutzen,

Fig. 2 die Kühlmittelpumpe gemäß Fig. 1 in einem weitergehenden Teilschnitt mit saugseitigem Blick auf den Stellaktor und ein druckseitiges Pumpenrad, Fig. 3 im Längsschnitt die Kühlmittelpumpe gemäß den Figuren 1 und 2 in einer Teilansicht oberhalb des Elektromotors,

Fig. 4 in perspektivischer Darstellung eine Variante der Kühlmittelpumpe,

Fig. 5 u. 6 Teilansichten der Kühlmittelpumpe gemäß Fig. 4 im Längsschnitt mit dem Stellaktor in Ruheposition bzw. in Hubstellung (Arbeitsposition) bei Inbetriebsetzung der Kühlmittelpumpe,

Fig. 7 u. 8 in perspektivischer Darstellung ein Gehäusezwischenteil der Kühlmittelpumpe mit Blick in eine Pumpen- bzw. Aktorkammer,

Fig. 9 das Gehäusezwischenteil im Querschnitt mit Blick auf zwei Stellventile, und

Fig. 10 schematisch die Einbindung der elektrischen Kühlmittelpumpe mit

Kühlmittelstellerfunktion in einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 , 2 und 4 zeigen zwei Ausführungen einer elektromotorisch betriebenen Kühlmittelpumpe 1 mit einem Pumpengehäuse 2, das im Ausführungsbeispiel mehrteilig aufgebaut ist. Das Pumpengehäuse 2 umfasst einen Pumpendeckel 3 und ein mit diesem über eine Flanschverbindung 4 verbundenes Gehäusezwischenteil 5, das seinerseits über eine Flanschverbindung 6 mit einem Motorgehäuse 7 verbunden ist. Das Gehäusezwischenteil 5 bildet einen nachfolgend auch als Gehäuseabschnitt bezeichneten Bestandteil des Pumpengehäuses 2. Dem Motorgehäuse 7 ist bodenseitig ein Elektronikgehäuse 8 zugeordnet, das integraler oder separater Bestandteil des Motorgehäuses 7 sein kann. An das Motorgehäuse 7 angeformte Montagelaschen 9 dienen zur Schraubbefestigung der Kühlmittelpumpe 1 im Motorraum eines Kraftfahrzeugs. An den Pumpendeckel 3 sind ein Zulaufstutzen 10 und ein Vorlaufstutzen 11 angeformt, während eine Ablauf- oder Druckstutzen 12 an das Gehäusezwischenteil 5 angeformt ist. Die Stutzen 10, 11 bilden saugseitige Zulaufkanäle GK, KK aus einem großen Kühlkreis (Kühlerkreis) bzw. aus einem kleinen Vorlauf- oder Kühlkreis (Fig. 10), während der Druckstutzen 12 einen druckseitigen Ablaufkanal AK bildet. Die Axial- und Radialrichtung der Wasserpumpe 1 sind mit A bzw. R bezeichnet.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3 verlaufen der Zulaufstutzen 10 und der Vorlaufstutzen 11 zueinander etwa Y-förmig. Im Übergangsbereich zwischen den ineinander übergehenden Zulaufkanälen GK, KK, die in die Stutzen 10 bzw. 11 münden, befindet sich eine kugelkopfförmiger Gehäusedom 13 mit einer mit dem Vorlaufstutzen 11 fluchtenden (ersten) Durchflussöffnung 13a und mit einer mit dem Zulaufstutzen 10 fluchtenden (zweiten) Durchlauföffnung 13b sowie mit einem zylindrischen Gehäuseschaft 13c.

Am kugelkopfförmigen Gehäusedom 13 ist ein Stellelement 14 in Form einer helmvisierartigen Stellklappe schwenkbeweglich gelagert, welche die in den Darstellungen gemäß den Fig. 1 und 2 mit dem Zulaufstutzen 10 fluchtende Durchflussöffnung 13b und somit den Zulaufkanal GK verschließt. Der Gehäusedom 13 verschließt gehäuseintern den Zulaufstutzen 10 und den Vorlaufstutzen 11 gegenüber einem in Axialrichtung A unterhalb des Pumpendeckels 3 gebildeten saugseitigen Druckraum 15. Eine flexible, elastische Membran 16 schließt den saugseitigen Druckraum 15 ab. Hierzu ist die ringförmig ausgebildete und sich in Radialrichtung R erstreckende Membran 16 außenumfangsseitig zwischen dem Gehäusedeckel 3 und dem Gehäusezwischenteil 5 in das Pumpengehäuse 2 eingesetzt und mittels der Flanschverbindung 4 klemmfixiert ist.

Die Membran 16 ist Teil eines ringkolbenartigen Stellaktors 17, der gehäuseintern im Bereich des den Gehäuseabschnitt bildenden Gehäusezwischenteil 5 axial, also in Axialrichtung A beweglich angeordnet ist. Der Stellaktor 17 weist als weiteren Bestandteil einen nachfolgend als Stellkolben bezeichneten Hub- oder Arbeitskolben 18 auf, der ebenfalls ringförmig ausgebildet ist und sich über den Querschnitt des Gehäusezwischenteils 5 und somit des Pumpengehäuses 2 erstreckt. Die Abdichtung des Stellkolbens 18 und somit des Stellaktors 17 im Pumpengehäuse 2 erfolgt mittels der Membran 16. Diese bzw. der Stellaktor 17 trennt die Saugseite der Kühlmittelpumpe 1 von deren Druckseite, indem sich die Membran 16 auf der dem saugseitigen Druckraum 15 abgewandten Unterseite des Stellkolbens 18 erstreckt, diesen trägt und den Stellaktor 17 gegen das Pumpengehäuse 2 im Bereich des Gehäuseabschnitts 5 abdichtet.

Wie in Verbindung mit Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Membran 16 gehäusezentral und im äußeren Randbereich mit dem Stellkolben 18 formschlüssig unter Ausbildung eines labyrinthartigen inneren und äußeren Dichtungsbereichs 19 bzw. 20 gefügt. Auch kann zusätzlich oder alternativ eine Stoff- oder kraftschlüssige Verbindung vorteilhaft sein. Der Stellkolben 18 des Stellaktors 17 ist an einem zentralen, zur Pumpen- oder Motorachse 21 koaxialen, zylindrischen Gehäusemantel 22 außenseitig in Axialrichtung A verschiebbar geführt. Die Abdichtung gegenüber diesem Gehäusemantel 22 erfolgt mittels des inneren Dichtungsbereichs 19 der Membran 16. Der Gehäusemantel 22, der ein Formteil des Gehäusezwischenteils 5 ist, bildet einen zentralen Zuströmkanal ZK zu einer als Spiralkanal ausgeführten, druckseitigen Pumpenkammer 23, in der ein Pumpenrad 24 der Kühlmittelpumpe 1 angeordnet ist. Der Stellaktor 17 trennt somit die Saugseite von der Druckseite der Kühlmittelpumpe 1 ab. Zwischen dem Stellaktor 17 und der Pumpenkammer 23 ist innerhalb des Gehäuseabschnitts vom Gehäusezwischenteil 5 eine nachfolgend Aktorkammer 25 als hydraulischer Arbeitsraum gebildet. Wie anhand der Fig. 7 bis 9 näher erläutert wird, steht die Aktorkammer 25 mit der Pumpenkammer 23 in Verbindung.

Das innerhalb des Pumpengehäuses 2 koaxial zur zentralen Pumpen- bzw. Motorachse 21 angeordnete Pumpenrad 24 wird mittels des Elektromotors rotatorisch angetrieben. Die spiralförmige Pumpenkammer 23 ist durch entsprechend geformte Gehäusekonturen gebildet und gegenüber der Aktorkammer 25 mittels einer radialen Gehäusewandung 26 abgetrennt, die Bestandteil des Gehäusezwischenteils 5 und gehäuseintern in diese eingeformt ist (Fig. 7 und 8). Die Pumpenkammer 23 mündet in den tangential verlaufenden Druckstutzen 12.

In Umfangsrichtung des Pumpengehäuses 2 zum Druckstutzen 12 benachbart sind an das Gehäusezwischenteil 5 zwei Gehäuse- oder Anschlussschäfte 27, 28 zur Aufnahme von elektronisch ansteuerbaren Stellventilen (Magnetventile) 29 bzw. 30 angeformt. Die Anordnung der Ventile 29, 30 im Gehäusezwischenteil 5 und deren saug- und/oder druckseitige Einbindung ist aus den Fig. 7 bis 9 ersichtlich.

Wie in Fig. 3 veranschaulicht, ist zur Bildung des zentralen Zuströmkanals ZK gehäuseintern der zylindrische Gehäusemantel 22 an das Gehäusezwischenteil 5 koaxial zur Motor- bzw. Pumpenachse 21 angeformt. Dieser zylindrische Gehäusemantel 22 erstreckt sich von oberhalb des Pumpenrad 24 und somit von der Druckseite über den Stellaktor 17 hinaus zur Saugseite der Kühlmittelpumpe 1 hin. Dort übergreift der zylinderförmiger Schaft 13c des kugelkopfförmigen Gehäuseabschnitts 13 den zentralen, zylindrischen Gehäuseabschnitt 22 manschettenartig. Zwischen den zylinderförmigen Schaft 13c und einer Schulterkontur 31 des zentralen Gehäuseabschnitts 22 des Gehäusezwischenteils 5 ist der Dichtungsbereich 19 der Membran 16 innenrandseitig eingeführt und dort klemmfixiert.

Eine Schraubenfeder 32 als Rückstellelement befindet sich koaxial zur manschettenartigen Schaftverbindung zwischen dem zylinderförmigen Schaft 13c des Gehäusedoms 13 und dem zylindrischen Gehäuseabschnitt 22. Die Rückstellfeder 32 liegt am Stellkolben 18 des Stellaktors 17 an und stützt sich gehäuseintern am kugelkopfförmigen Gehäuseteil 13c ab. Das dem Stellaktor 17 zugeordnete Federende der Rückstellfeder 32 liegt in einer Ringnut 33 des Stellkolbens 18 ein.

Das als Stellklappe ausgeführte Stellelement 14 ist über ein mit diesem im Bereich der Schwenkachse vorgesehenes Ritzel 34 mit einer korrespondierenden Zahnstange 35 gekoppelt, die wiederum mit dem Stellaktor 17 gekoppelt und hierzu an den Stellkolben 18 angeformt ist. Aufgrund dieser Kopplung des Stellkolbens 18 über die sich axial erstreckende Zahnstange 35 mit dem stellklappenstei- gen Ritzel 34 bewirkt eine Hubbewegung des Stellaktors 17 in Axialrichtung A eine Schwenkbewegung des Stellelements 14 zwischen zwei Stellungen. In einer ersten Klappenstellung des Stellelements 14 ist die Durchflussöffnung 13b des kugelkopfförmigen Gehäuseteils 13 und damit der Zulaufstutzen 10 sowie der Zuströmkanal GK geschlossen, während die andere Durchflussöffnung 13a und damit der Vorlaufstutzen 11 , d.h. der andere Zuströmkanal KK vollständig geöffnet ist. In der anderen (zweiten) Klappenstellung ist der Zulaufstutzen 10 geöffnet, während der Vorlaufstutzen 11 geschlossen ist. Während die Fig. 1 und 2 die Schließstellung des Zulaufstutzens 10 und somit den geöffneten Vorlaufstutzen 11 zeigen, ist in Fig. 3 eine Zwischenstellung der Stellklappe 14 veranschaulicht.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 4 bis 6 verlaufen der Zulaufstutzen 10 und der Vorlaufstutzen 11 tangential. In Fig. 5 erkennbar ist das mittels des Elektromotors rotatorisch angetriebene Pumpenrad 24 innerhalb des Pumpengehäuses 2 wiederum koaxial zur zentralen Pumpen- bzw. Motorachse 21 angeordnet. Die spiralförmige, in den Druckstutzen 12 einmündende Pumpenkammer 23 ist wiederum mittels der Gehäusewandung 26 des Gehäusezwischenteils 5 gegenüber der Aktorkammer 25 abgetrennt. In Fig. 4 vergleichsweise deutlich erkennbar sind zum Druckstutzen 12 benachbart an das Gehäusezwischenteil 5 die Gehäuse- bzw. Anschlussschäfte 27, 28 zur Aufnahme der Stellventilen (Magnetventile) 29 bzw. 30 angeformt. Die Gestaltung des Gehäusezwischenteils 5 inklusive der Einbindung der Gehäuseschäfte 27, 28 für die Ventile 29, 30 entspricht wiederum derjenigen der Fig. 7 bis 9.

Diese bevorzugte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen nach den Fig. 1 bis 3 durch die Ausgestaltung des Stellelements 14 als Ringschieber in Form einer zylindrischen Stellhülse 36, die axial oberhalb und dort quasi als axialer Fortsatz oder Ansatz des ebenfalls zylindrischen Gehäusemantels 22 des Gehäusezwischenteils 5 angeordnet ist und mit dem Gehäusemantel 22 fluchtet. Die einander zugewandten Zylinderenden oder -ringkanten der Stellhülse 36 und des Gehäusemantels 22 sind nach außen unter Bildung umlaufender Ringragen oder Kragenkonturen 37 bzw. 38 abgebogen (abgekröpft). Deckelseitig ist die Stellhülse 36 mittels einer Ringdichtung oder Ringmembran 39 abgedichtet. Zwischen dieser und dem stellhülsenseitigen Kragen 37 befindet sich die Rückstellfeder 32.

Fig. 5 zeigt das als Ringschieber ausgeführte Stellelement 24 in der Ruhe- oder Ausgangsposition (Ausgangsstellung), in welcher der über die Stellhülse 36 fortgeführte zentrale Zuströmkanal ZK mit dem vom Vorlaufstutzen 11 gebildeten Zulaufkanal KK des kleinen Kühlkreises in Verbindung steht, während der andere Zulaufkanal GK des großen Kühlkreises mittels des Stellelements 14 wiederum verschlossen ist.

Demgegenüber zeigt Fig. 6 die Position des als Ringschiebers ausgeführten Stellelements 14 in der anderen Stellposition (Betriebsstellung) mit vermittels der Stellhülse 36 verschlossenem Vorlaufstutzen 11 und somit geschlossenem kleinen Zulaufkreis KK, während unter Bildung eines Strömungsspalts 40 zwischen der Stellhülse 36 und dem Gehäusemantel 22 der vom Zulaufstutzen 10 gebildete oder repräsentierte Zulaufkanal GK des großen Kühlkreises mit dem zentralen Zuströmkanal ZK in Verbindung steht. Das Umschalten vom kleinen Kreis über den Zulaufkanal KK auf den großen Kühlkreis über den Zulaufkanal GK erfolgt wiederum aufgrund der hydraulischen Betätigung des Stellaktors 17 in Folge der Inbetriebnahme der Kühlmittelpumpe 1 und der dadurch hergestellten Druckdifferenz zwischen der Saug- und Druckseite des Stellaktors 17. Die hydraulische Betätigung des Stellaktors 17 erfolgt über die nachfolgend anhand der Fig. 7 und 8 gezeigte hydraulische Verbindung zwischen der Pumpenkammer 23 und der Aktorkammer 25. Mittels des Stellaktors 17 wird somit die durch die Pumpenkammer 23 und die Aktorkammer 25 repräsentierte Druckseite von der Saugseite im Bereich der jeweiligen Einmündung der Zulaufkanäle KK und GK in den zentralen Zuströmkanal ZK (deckelseitig) getrennt.

Die Kopplung des Stellaktors 17 mit dem Stellelement 14 ist bei dieser Ausführungsform starr und durch axiale Verbindungsstege 41 zwischen dem Stellkolben 18 und der den Ringschieber bildenden Stellhülse 36 hergestellt. Aus einem Vergleich der Fig. 5 und 6 ist erkennbar, dass der Stellaktor 17 zusammen mit der starr angebundenen Stellhülse 36 als Ringschieber in der Betriebsstellung (Fig. 6) einen der axialen Breite des Strömungsspalts 40 entsprechenden Hub in Axialrichtung A vollführt hat.

In den Fig. 7 und 8 ist das Gehäusezwischenteil 5 separat mit Blick in die Pumpenkammer 23 bzw. in die gegenüber liegende Aktorkammer 25 dargestellt, während Fig. 9 in einer Querschnittsdarstellung des Gehäusezwischenteils 5 die Anordnung der Ventile 29, 30 in den Gehäuseschaften 27 bzw. 29 zeigt. In Fig. 8 erkennbar ist in die ansonsten geschlossene Gehäusewandung 26 des Gehäusezwischenteils 5 eine (erste) Drucköffnung 42 eingebracht, welche die Pumpenkammer 23 mit der Aktorkammer 25 verbindet und in diese einmündet, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist. Über diese (erste) Drucköffnung 42, die mittels des Ventils 29 gesteuert verschließbar ist, erfolgt die hydraulische Betätigung des Stellaktors 17.

Wie in Fig. 7 erkennbar, ist eine weitere (zweite) Drucköffnung 43 vorgesehen, die in den zentralen Gehäusemantel 22 des Gehäusezwischenteils 5 eingebracht ist und über den Gehäuseschaft 28 des weiteren (zweiten) Stellventils 30 in die Pumpenkammer 25 mündet. Über diese zweite Drucköffnung 43 kann ein Druckausgleich zwischen der Saugseite und der Druckseite der Kühlmittelpumpe 1 erfolgen, indem diese zweite Drucköffnung 23 in Strömungsrichtung des Kühlmittels KM (Fig. 10) über den Zuströmkanal ZK und das Pumpenrad 25 die Zu- und Abströmseite des in der Pumpenkammer 23 rotierenden Pumpenrads 24 verbindet. Durch Öffnen der grundsätzlich, d. h. in der Ruhe- oder Ausgangsstellung (Fig. 5) geschlossenen zweiten Drucköffnung 43 verringert sich die hydraulische Druckbeaufschlagung des Stellaktors 17, so dass der Stellaktor 17 in Folge der Rückstellkraft der Feder 32 in die in Fig. 5 gezeigte Ausgangsposition unter Anlage des Stellzylinders 36 am zentralen Gehäusemantel 22 zurückgeführt wird oder in dieser Position bei Inbetriebnahme oder während des Betriebs der Kühlmittelpumpe 1 verbleibt.

Das als ansteuerbares Stellventil wirksame (erste) Stellventil 29 ist im stromlosen Zustand geöffnet. Dies ist in Fig. 9 durch eine als geschlossene Kreislinie gezeigte Ventilkugel 44 veranschaulicht, deren Stellung bei angesteuertem und somit geöffnetem Stellventil 29 strichliniert dargestellt ist. Die Ansteuerung in Folge der Be- stromung des Stellventils 29 bewirkt ein Verschließen der ersten Drucköffnung 42 und damit einen Druckabbau in der Aktorkammer 25. Je nach Stellung des Stellaktors 17 erfolgt dessen Axialverschiebung und in Folge dessen ein Verstellen des Stellelementes 14, oder eine solche Verstellung wird auch im Betrieb der Wasserpumpe 1 unterbunden, wie nachfolgend erläutert wird. Das zweite Stellventil 30, das als Rückstellventil wirksam ist, ist im unbestromten Zustand geschlossen, was wiederrum in Fig. 9 durch dessen Ventilkugel 45 in der durchgezogenen Liniendarstellung veranschaulicht ist. Eine Ansteuerung dieses Stellventils 30 bewirkt ein Öffnen der zweiten Drucköffnung 43 (strichliniert dargestellte Ventilkugel 45) und somit einen Druckausgleich zwischen Druck- und Saugseite der Kühlmittelpumpe 1. Das (zweite) Stellventil 30 kann vorzugsweise lediglich zur Notbetätigung für den Fall dienen, dass das erste Stellventil 29 im unbestromten Zustand nicht in dessen Schließstellung abfällt.

Fig. 10 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Zuordnung von Kreisläufen eines Thermomanagements eines Kraftfahrzeugmotors mit einer solchen Kühlmittelpumpe 1. Die elektrische, d.h. elektromotorisch angetriebene Kühlmittelpumpe 1 ist in einen Kühlmittelkreislauf 46 integriert. Dieser weist einen über einen Kühler (Wärmetauscher) 47 verlaufenden Kühlerkreis 48 als großen Kühlkreis und einen Vorlaufkreis (Bypasskreis) 49 als kleinen Kreis auf. Der Vorlaufkreis 49 verläuft unter Umgehung des Kühlers 47 direkt über die Kühlmittelkreislauf 1 und einen eine Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs repräsentierenden Zylinderblock 50.

In Fig. 10 sind zudem die Zulaufkanäle KK, GK und der saugseitige Zuströmkanal ZK sowie der druckseitige Ablaufkanal AK veranschaulicht. Des Weiteren sind der Stellaktor 17 inklusive der Rückstellfeder 32, das Stellelement 14 in einer den de- ckelseitigen Druckraum des Pumpengehäuses repräsentierenden Mischkammer 51 , die Aktorkammer 25 und das druck- und saugseitige Stellventil 29 bzw. 30 als Funktionselemente veranschaulicht, welche die Stelleinrichtung KS der Kühlmittelpumpe 1 als Kühlmittelsteller repräsentieren. Die Ausführungsformen der Fig. 1 bis 9 stellen zwei hinsichtlich des Stellprinzips des Stellelements 14 unterschiedliche Varianten einer vollständigen Integration dieser in Fig. 10 veranschaulichten Funktionselemente des Kühlmittelstellers und somit eine entsprechende Kühlmittelpumpe 1 mit integrierter Stelleinrichtung KS dar.

Die elektrische Kühlmittelpumpe 1 mit integrierter Stelleinrichtung KS fördert das von der Brennkraftmaschine bzw. dessen Zylinderkopf 50 im großen Kühlerkreis 48 über den Kühler 47 angesaugte Kühlmittel KM, insbesondere Kühlwasser, zum Zylinderkopf 50 zurück und wälzt dieses Kühlmittel KM um. Die Kühlmittelpumpe 1 fördert zudem das im kleinen Vorlaufkreis 49 zirkulierende Kühlmittel KM unter Umgehung des Kühlers 47. Dabei kann mittels des steuerbaren Stellaktors 17 vergleichsweise kühles Kühlmittel KM des großen Kühlerkreises 48 mit vergleichsweise heißem Kühlmittel KM des kleinen Vorlaufkreises 49 durch geeignete Verstellung des Stellelementes 14 gemischt werden.

Der Stellaktor 17 ist in der Ausgangsstellung mittels der Rückstellfeder 32 derart vorgeschaltet, dass der Zulaufkanal GK geschlossen und der Zulaufkanal KK geöffnet ist. Die Rückstellfeder 32 ist hierbei nicht vorgespannt. Die in dieser Ausgangsstellung in den Kühlkreislauf 46 eingebundene Kühlmittelpumpe 1 hält den kleinen Kühlkreis 49 unter Umgehung des Kühlers 47 geöffnet. Wird die Kühlmittelpumpe 1 in Betreib gesetzt, so erfolgt aufgrund des betriebsbedingten Druckaufbaus eine hydraulische Betätigung des Stellaktors 17. In Folge dessen Kopplung mit dem Stellelement 14 wird der Zulaufkanal KK geschlossen und der Zulaufkanal GK geöffnet. Hierdurch wird vom kleinen Kühlkreis (Vorlaufkreis) 49 auf den großer Kühlkreis 48 umgeschaltet und das Kühlmittel KM durch den Kühler 47 geführt. Der hierzu erforderliche hydraulische Druck und somit die Stellenergie für den Stallaktor 17 wird von der elektrischen Kühlmittelpumpe 1 selbst erzeugt, so dass zur Betätigung des Stellaktors 17 kein separater, zusätzlicher Antrieb erforderlich ist.

Um die Stellung des Stellelemente 4 im Betrieb der Kühlmittelpumpe 1 zu steuern, ist das elektromagnetische Stellventil 29 vorgesehen, dass im Normalbetrieb stromlos offen ist. Eine Ansteuerung dieses Stellventils 29 ermöglicht bereits bei Inbetriebsetzung der Kühlmittelpumpe 1 die Beibehaltung der Ausgangsstellung der Kühlmittelpumpe 1 mit geöffnetem kleinem Kühlkreis 49, indem ein zur hydraulischen Betätigen des Stellaktors 17 ausreichender Druckaufbau in der Aktorkammer 25 verhindert wird. Eine Ansteuerung dieses Stellventils 29 ermöglicht auch, dass ein Überdruck in der Aktorkammer 25 abgebaut wird, so dass die Kühlmittelpumpe 1 den großen Kühlkreis 48 vollständig oder teilweise gesteuert schließen und/oder den kleinen Kühlkreis 49 gesteuert öffnen kann. Das zum Stellventil 29 invers angesteuert Rückstellventil 30 kann analog zum Stellventil 29 zur Steuerung der Druckbeaufschlagung des Stellaktors 17 und somit zum gesteuerten Öffnen und Schließen der Zulaufkanäle GK, KK bzw. der Stutzen 10, 11 angesteuert werden.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmals auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand zu verlassen.

So kann die Kühlmittelpumpe 1 beispielsweise auch ohne die Stellventile 29, 30 ausgeführt sein und anstelle dessen bedarfsweise ausgeschaltet werden, um eine Umschaltung vom großen auf den kleinen Kühlkreis zu bewirken. Die Stellwegein- oder Stellwegverstellung, d. h. der Hub oder Axialhub des Stellaktors 17 kann auch durch entsprechende Drehzahlsteuerung der Kühlmittelpumpe 1 erfolgen, wodurch der hydraulische Druck am Stellaktor 17 veränder wird.

Zudem kann der Stellkolben 18 praktisch als Membrandeckel ausgeführt oder mittels elastischer Dichtlippen im Pumpengehäuse 2 abgedichtet werden. Jedenfalls ist der Stellkolben 18 des Stellaktors 17 derart ausgelegt, dass auch bei einem Ausfall der Membran 16 und Lenkverlusten am Stellkolben 18 vorbei die Kühlmittelpumpe 1 das Stellelement 14, insbesondere bei hoher Last, zum Öffnen des großen Kühlkreises 48 entsprechend betätigen kann. Ferner kann der Stellaktor 17 auch lediglich aus der Membran 16, ggf. mit Stützelementen oder dergleichen, bestehen. Bezugszeichenliste

1 Kühlmittelpumpe 29 erstes Stellventil

2 Pumpengehäuse 30 zweites Stellventil

3 Pumpendeckel 31 Gehäuseabschnitt

4 Flanschverbindung 32 Rückstellelement/-feder

5 Gehäusezwischenteil 33 Ringnut

6 Flanschverbindung 34 Ritzel

7 Motorgehäuse 35 Zahnstange

8 Elektronikgehäuse 36 Stellhülse/Ringschieber

9 Montagelasche 37 hülsenseitiger Kragen

10 Zulaufstutzen 38 mantelseitiger Kragen

11 Vorlaufstutzen 39 Membran

12 Ablauf-/Druckstutzen 40 Spalt

13 Gehäusedom 41 Verbindungssteg 13a Durchflussöffnung 42 erste Drucköffnung 13b Durchflussöffnung 43 zweite Drucköffnung 13c Gehäuseschaft 44,45 Ventilkugel

14 Stellelement 46 Kühlmittelkreislauf

15 Druckraum 47 Kühler

16 Membran 48 Kühler-/großer Kreis

17 Stellaktor 49 Vorlauf-/kleiner Kreis

18 Stellkolben 50 Zylinderblock

19 Innerer Dichtungsbereich

20 Äußerer Dichtungsbereich A Axialrichtung

21 Pumpen-/Motorachse R Radialrichtung

22 Gehäusemantel AK Ablaufkanal

23 Pumpenkammer GK (zweiter) Zulaufkanal

24 Pumpenrad KK (erster) Zulaufkanal

25 Aktorkammer KM Kühlmittel

26 Gehäusewand KS Kühlmittelsteller 27,28 Gehäuseschaft ZK Zuströmkanal