Die vorliegende Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotoren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Regelbare Kühlmittelpumpen weisen zur Variation der Kühlleistung eine Regelung auf. Eine solche Regelung ist beispielsweise aus der Patentschrift DE 10 2005 062 200 B3 bekannt. Ein Ventilschieber weist einen den Ausströmbereich des Flügelrads der Kühlmittelpumpe variabel überdeckenden Außenzylinder auf. Der Ventilschieber ist an mehreren Kolbenstangen angeordnet, die im Pumpengehäuse verschiebbar gelagert sind. Die Stellung des Ventilschiebers gibt den Kühlmittelfluss und somit die Kühlleistung wieder. Die Kolbenstangen sind in einer abgedichteten Kolbenführung im Pumpengehäuse geführt. Für eine solche Abdichtung verwendete Dichtungseinrichtungen sind beispielsweise aus der Offenlegungsschrift EP 2 722 567 Al bekannt. Die Dichtungseinrichtung hat einen buchsenförmigen Grundkörper, der als Führung für die Kolbenstange dient. Jeweils an einem Ende des Grundkörpers ist ein Dichtelement angebracht. Die Dichtelemente weisen dynamische Dichtabschnitte auf, die als Dichtlippen ausgebildet sind. Ein Nachteil dieser Dichtungseinrichtung ist, dass bei niedrigen Druckunterschieden eine Druckunterstützung nicht wirksam wird und gealterte Dichtungsbauteile dazu führen, dass Undichtigkeiten auftreten.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine regelbare Kühlmittelpumpe mit Kolbenstangenführung anzugeben, die eine Dichtungseinrichtung aufweist, die auch unter Belastung stets eine sichere Abdichtung gewährleistet. Diese Aufgabe wird von einer regelbaren Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Demnach ist ein regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotoren aufweisend ein Pumpengehäuse, eine im Pumpengehäuse drehbar gelagerte, antreibbare Pumpenwelle, einen auf einem freien Ende der Pumpenwelle drehfest angeordneten Flügelrad und einen druckdifferenzgetriebenen Aktuator, der wenigstens eine in einer Kolbenstangenbohrung des Pumpengehäuses geführte Kolbenstange antreibt, die einen am flügelradseitigen Ende der Kolbenstange gehaltenen Regelschieber aufweist, vorgesehen. Der Regelschieber ist dazu eingerichtet, einen Ausströmbereich des Flügelrades variabel zu überdecken, wobei die Kolbenstange in der Kolbenstangenbohrung mittels einer Führungsbuchse geführt ist, die Teil einer Dichtungseinrichtung ist, die einen das Kühlmittel führenden Pumpenraum gegenüber dem druckdifferenzgetriebenen Aktuator abdichtet, wobei die Dichtungseinrichtung zwei voneinander beabstandete Dichtelemente aufweist, die auf jeweils einem Ende der Führungsbuchse angeordnet sind und die jeweils einen die Führungsbuchse umfangseitig umgebenden statischen Dichtbereich und einen sich an den statischen Dichtbereich angrenzenden dynamischen Dichtbereich aufweisen, wobei ein erstes Dichtelement einen Druckraum des druckdifferenzgetriebenen Aktuators am flügelradfernen Ende der Führungsbuchse abdichtet und ein zweites Dichtelement den Kühlmittel führenden Pumpenraum am flügelradnahen Ende der Führungsbuchse abdichtet. Der dynamische Dichtbereich des ersten Dichtelements erstreckt sich in das Innere der Führungsbuchse von der Stirnseite am flügelradfernen Ende her und ist in Axialrichtung nach Innen in die Führungsbuchse konisch zulaufend ausgebildet. Der dynamische Dichtbereich stellt somit eine sichere Abdichtung des Druckraums dar. Für den Fall, dass Kühlmittel in den Zwischenraum zwischen den Dichtelementen eintritt, kann durch das Design gewährleistet werden, dass sich das erste Dichtelement nicht von der Kolbenstange abhebt, sondern dicht an dieser liegen bleibt und somit stets eine sichere Abdichtung bereitstellt.

Vorzugsweise ist der dynamische Dichtbereich des ersten Dichtelements im unbelasteten Zustand zur Innenseite der Führungsbuchse beabstandet. Bei einem Verkippen der Kolbenstange in der Bohrung, folgt der dynamische Bereich des ersten Dichtelements der Bewegung ohne den radial umlaufenden Kontakt, insbesondere Linienkontakt zur Kolbenstange zu verlieren. Durch das Design des ersten Dichtelements kann sichergestellt werden, dass auch bei einem Verkippen der Kolbenstange eine sichere Abdichtung gewährleistet ist. Vorzugsweise liegt die Außenseite des statischen Dichtbereichs des ersten Dichtelements an der Innenseite der Kolbenstangenbohrung dichtend an.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der statische Dichtbereich des ersten Dichtelements im Bereich der Stirnseite der Dichtungseinrichtung eine ringförmige Erhebung auf, die beim Verbau verpresst wird.

Vorzugsweise erstreckt sich der dynamische Dichtbereich des zweiten Dichtelements von der flügelradnahen Stirnseite der Führungsbuchse in den Pumpenraum und liegt außerhalb der Führungsbuchse.

Es ist vorteilhaft, wenn der dynamische Dichtbereich des zweiten Dichtelements auf der Innenseite im eingebauten Zustand sicher an der Kolbenstange anliegt.

Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Außenseite des statischen Dichtbereichs des zweiten Dichtelements an der Innenseite der Kolbenstangenbohrung dichtend anliegt und dass der an den statischen Dichtbereich anschließende dynamische Dichtbereich an seinem flügelradseitigem Ende an seiner Außenseite von der Führungsbuchse weggehend konisch zulaufend ausgebildet ist, damit sichergestellt werden kann, dass das zweite Dichtelement stets an der Kolbenstange radial umlaufend anliegt, insbesondere mit Linienkontakt.

Vorzugsweise weist der dynamische Dichtbereich des zweiten Dichtelements eine auf der Innenseite angeordnete Dichtlippe auf, wobei zwischen dem konischen Bereich des zweiten Dichtelements und der Dichtlippe stirnseitig eine zur unbelasteten Kolbenstange konzentrisch angeordnete Ringnut angeordnet ist, die eine Bewegung in Radialrichtung der Dichtlippe des zweiten Dichtelements und des konischen Bereichs des zweiten Dichtelements unabhängig voneinander ermöglicht. Es ist vorteilhaft, wenn das zweite Dichtelement auf die Führungsbuchse aufgeschoben ist und in eine Ringnut der Führungsbuchse zur Fixierung der Lage greift. Die beiden Dichtelemente sind bevorzugt rotationssymmetrisch ausgebildet.

Vorzugsweise ist zwischen den beiden Dichtelementen in der Führungsbuchse eine Drainageableitung angeordnet.

Die dynamischen Dichtbereiche sind bevorzugt als Dichtlippen ausgebildet.

Die Dichtelemente umgreifen vorzugsweise die Führungsbuchse zumindest teilweise stirnseitig.

Vorzugsweise ist die Führungsbuchse aus einem thermoplastischen Kunststoff gefertigt. Die Dichtungseinrichtung weist bevorzugt Elastomerdichtungen auf.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Kolbenstange parallel zur Pumpenwelle mittels des druckdifferenzgetriebenen Aktuator bewegbar ist. Der druckdifferenzbetriebene Aktuator kann ein pneumatischer oder hydraulischer Antrieb sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der druckdifferenzgetriebene Aktuator ein pneumatischer Antrieb. Der Unterdruckraum wird bevorzugt u.a. durch eine Rollmembran abgedicht. Wird der Unterdruckraum evakuiert, rollt sich die Membran aufgrund der Druckdifferenz zwischen Atmosphärendruck und Unterdruckbereich aus und bewegt einen Kolbenschieber, in dem die Kolbenstangen eingehängt sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Bauteile werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine regelbare Kühlmittelpumpe mit

Dichtungseinrichtung, sowie

Fig. 2: eine Detailansicht einer Dichtungseinrichtung im Längsschnitt,

Fig. 3: eine vergrößerte Ansicht einer Führungsbuchse der

Dichtungseinrichtung der Fig. 2 im Längsschnitt und in räumlicher Darstellung, Fig. 4: eine vergrößerte Ansicht eines ersten Dichtelements der

Dichtungseinrichtung der Fig. 2 im Längsschnitt, sowie

Fig. 5: eine vergrößerte Ansicht eines zweiten Dichtelements der

Dichtungseinrichtung der Fig. 2 im Längsschnitt.

In der Figur 1 ist eine regelbare Kühlmittelpumpe 1 mit einem Pumpengehäuse 2 dargestellt. In dem Pumpengehäuse 2 ist in einem Pumpenlager 3 die von einem nicht dargestellten Antriebsrad angetriebene Pumpenwelle 4 drehbar gelagert. Auf dem freien, strömungsseitigen Ende der Pumpenwelle 4 sitzt drehfest ein Flügelrad 5. Die Pumpenwelle 4 ist zwischen dem Pumpenlager 3 und dem Flügelrad 5 von einer Gleitringdichtung 6 umgeben. Ein druckbetätigter Regelschieber 7 ist im Pumpeninnenraum angeordnet. Der Regelschieber 7 ist topfförmig mit einer zentralen Öffnung 8 ausgebildet. Er umgibt die Pumpenwelle 4 konzentrisch. Er weist einen ringförmigen Boden 9 und eine den Boden 9 umfangsseitig umgebende Mantelfläche 10 auf. Die Mantelfläche 10 überdeckt je nach Stellung des Regelschiebers 7 den Ausströmbereich 11 des Flügelrades 5. Der Regelschieber 7 ist im Bereich des Bodens 9 mit bevorzugt drei Führungsstangen 12 fest verbunden. Die Führungsstangen 12 erstrecken sich parallel zur Pumpenwelle 4 und sind gleichmäßig über ihren Umfang verteilt angeordnet. Die Führungsstangen 12 sind Kolbenstangen, die in im Pumpengehäuse 2 in Kolbenstangenbohrungen 13 axial geführt sind.

Die Kolbenstangen 12 werden mittels eines druckdifferenzgetriebenen Aktuators, in diesem Fall eines pneumatischen Antriebs, der mit Unterdrück arbeitet, angetrieben. Die Kolbenstange 12 ist regelschieberseitig in einer Führungsbuchse 14 in der Kolbenstangenbohrung 13 geführt. Die Führungsbuchse 14 ist Teil einer Dichtungseinrichtung 15 mit jeweils zwei Dichtelementen 16. Die beiden Dichtelemente 16 sind jeweils an einem Ende der Führungsbuchse 14 angeordnet. Sie liegen räumlich getrennt voneinander und beeinflussen sich nicht gegenseitig. Das flügelradferne Dichtelement dichtet den Unterdruckraum des pneumatischen Antriebs und das flügelradnahe Dichtelement den Kühlmittel führenden Pumpenraum ab. Eine zwischen den beiden Dichtelementen 16 angeordnete Drainageableitung 17 kann ein in den Zwischenraum zwischen den beiden Dichtelementen 16 eingedrungenes Kühlmittel abführen.

Die Kolbenstange 12 ist unterdruckseitig in einem Kolbenschieber 18 gehalten. Der Kolbenschieber 18 ist in einem gegenüber der Kolbenstangenbohrung 13 im Innendurchmesser erweiterten Unterdruckraum 19 in einer Kolbenschieberaufnahme in einer Rollmenbran angeordnet. Die Aufnahmen der Kolbenschieber 19 sind somit über die durchgehende Rollmembran miteinander verbunden. Der Unterdruckraum wird durch die Rollmembran abgedichtet, die ebenfalls den Kolbenschieber aufnimmt. Der Unterdruckbereich wird durch eine axiale Verpressung der Rollmembran im Gehäuse sowie der Dichtung 16 in Kontakt mit der Kolbenstange abgedichtet. Dieser Bereich ist mit einer im Gehäuse eingepressten Schlauchtülle an die Unterdruckversorgung des Fahrzeugs angeschlossen. Wird der Unterdruckraum evakuiert, rollt sich die Membran aufgrund der Druckdifferenz zwischen Atmosphärendruck und Unterdruckbereich aus und bewegt so den Kolbenschieber, in dem die Kolbenstangen eingehängt sind.

Mittels des pneumatischen Antriebs kann der Regelschieber 7 zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegt werden. In der in Figur 1 dargestellten, geöffneten Stellung ist der Ausströmbereich 11 des Flügelrades 5 frei und nicht vom Regelschieber 7 überdeckt. In der geschlossenen Stellung hingegen überdeckt der Regelschieber den Ausströmbereich vollständig.

Um ein Verkippen der Kolbenstange 12 im Pumpengehäuse 2 und eine Belastung der Dichtungseinrichtung 15 zu reduzieren, ist eine zweite Führung 20 der Kolbenstange 12 im Pumpengehäuse 2 vorgesehen. Die zweite Führungsstelle 20 wird durch ein Durchgangsloch 21 zwischen Kolbenschieberaufnahme 19 und Kolbenstangenbohrung 13 gebildet. Das Durchgangsloch 21 weist eine lichte Weite auf, die kleiner als die lichte Weite der Kolbenschieberaufnahme 19 und Kolbenstangenbohrung 13 ist. Die lichte Weite des Durchgangslochs 21 ist mit etwas Spiel auf den Außendurchmesser der Kolbenstange 12 abgestimmt. Der zylindrische Anteil des Durchgangslochs 21 ist möglichst klein auszulegen, sodass das Risiko des Verklemmens der Führungsstange 12 im Durchgangsloch 21 minimiert wird. Die Kolbenstange 12 wird somit lediglich auf der Unterdruck-Seite am Pumpengehäuse 2 und im Bereich der Dichtungseinrichtung 15 mittels einer Führungsbuchse 15 im Pumpengehäuse 2 geführt. Durch die „Zweipunktführung" ist auch bei Krafteinwirkung auf die Kolbenstange 12 ein Verkippen der Kolbenstange 12 nur begrenzt möglich. Die Dichtungseinrichtung 15 wird über die Pumpenlebenszeit altern, was ihr Ausgleichsvermögen bei einer Kolbenstangenauslenkung verringert. Die Zwei punktführung reduziert die radiale Auslenkung der Kolbenstange, sodass das Ausgleichsvermögen der Dichtungseinrichtugn 15 nicht so hoch sein muss.

Die Figuren 2 bis 5 zeigen im Detail eine bevorzugte Dichtungseinrichtung 15. Die Führungsbuchse 14 weist eine durchsetzende Öffnung 22 auf, die einen sich kontinuierlich erweiternden Innendurchmesser hat. Die Öffnung 22 ist im montierten Zustand von der Kolbenstange 12 durchsetzt. Im Bereich des kleinsten Innendurchmessers ist die Kolbenstange 12 in der Führungsbuchse 14 geführt. Die Führungsbuchse 14 ist bevorzugt aus einem Thermoplast im Spritzguss gefertigt. Zur Entformung des fertigen Kunststoffteils aus der Spritzgießform ist vorzugsweise eine Entformungsschräge (auch Aushebeschräge genannt) im Innendurchmesser vorgesehen, die dazu führt, dass die Kolbenstange 12 nur am kleinsten Durchmesser der Führungsbuchse 14 geführt ist.

Die Führungsbuchse 14 weist zwei Abschnitte 23,24, die jeweils zur Aufnahme eines Dichtelements 16 ausgebildet sind. Die beiden Abschnitte 23,24 sind durch einen mittleren Bereich 25 miteinander verbunden, der von wenigstens einer Radialöffnung 26 durchsetzt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei fluchtend zueinander liegende Radialöffnungen 26 vorgesehen. Der Außendurchmesser der Führungsbuchse 14 ist in diesem mittleren Bereich 25 deutlich kleiner als der Innendurchmesser der Kolbenstangenbohrung 13, so dass sich auf der Außenseite der Führungsbuchse 14 eine umfangseitige Vertiefung 27 ausbildet. Die Radialöffnungen 26 bilden eine innere und die umlaufende Vertiefung 27 eine äußere Drainageableitung aus. Ein in die Führungsbuchse 14 gelangtes Kühlmittel kann durch die Radialöffnungen 26 radial nach außen in die Vertiefung 27 abgeleitet werden und durch die Drainageableitung nach außen abgeführt werden. Aufgrund der umlaufenden Vertiefung 27 muss auf eine lagegenaue Einbauposition der Dichtungseinrichtung 15 nicht geachtet werden. In Axialrichtung muss jedoch auf eine genaue Positionierung geachtet werden, um mit der umlaufenden Vertiefung 27 der Führungsbuchse 14 und den Leckageabfuhrbohrungen im Pumpengehäuse 2 das Leckagesystem zu bilden, andernfalls verschließen die Bereiche 23 und 24 das Leckagesystem der Pumpe.

Der flügelradnahe Abschnitt 23 der Führungsbuchse 14 weist eine umlaufende Nut 241 auf, die jeweils von zwei ringförmigen Stegen 242,243 in Axialrichtung begrenzt ist. Der innenliegende Steg 243 weist einen Außendurchmesser auf, der durch eine Überdeckung zur Kolbenstangenbohrung 13 den Presssitz im Gehäuse herstellt.

Am axialen Ende 231 des flügelradfernen Abschnitts 23 ist ein Pneumatikdichtelement 234 zur Abdichtung gegenüber dem druckdifferenzgesteuerten Aktuator bzw. dem Unterdruckraum aufgenommen. Das in Figur 4 im Detail dargestellte Dichtelement 234 weist einen statischen Dichtbereich 235 auf, der die Führungsbuchse 14 umfangseitig mit der Innenseite umgibt und der auf der Außenseite der Führungsbuchse am Ende 231 sitzt. Die Außenseite dieses statischen Dichtbereichs 235 liegt an der Innenseite der Kolbenstangenbohrung 13 an. Der statische Dichtbereich 235 umgreift die flügelradferne Stirnseite des Endes 231 der Führungsbuchse 14 und deckt diese damit vollständig ab. Die in der Einbaulage der Dichtungseinrichtung mittels des Pneumatikdichtelements 234 ausgebildete Stirnseite liegt im montierten Zustand in Anlage mit einem Absatz 28 der Kolbenstangenbohrung 13, der durch die Verengung zur Ausbildung des Durchgangslochs 21 ausgebildet ist. Durch die radiale Überdeckung des Außendurchmessers des Pneumatikdichtelements 234 mit der Kolbenstangenbohrung wird eine statische Abdichtung sichergestellt. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Pneumatikdichtelement 234 auf der Strinseite eine nicht dargestellte umlaufende Wulst aufweist, die beim Verbau axial verpresst wird. Der statische Dichtabschnitt 235 des Pneumatikdichtelements 234 geht in einen dynamischen Dichtabschnitt 237 über, der als Dichtlippe ausgebildet ist. Die Dichtlippe 237 erstreckt sich in Axialrichtung nach innen in die Führungsbuchse 14. Sie steht in Radialrichtung nach innen von der Innenseite der Führungsbuchse 14 ab und ist im Inneren der Führungsbuchse 14 konisch in Richtung des Pumpenraums, bei gleichbleibender Wandstärke, zulaufend ausgebildet. In anderen Worten, die Konizität liegt auf der Innenseite und der Außenseite der Dichtlippe 237 vor. Der dynamische Dichtabschnitt 237 liegt bei montierter Kolbenstange 12 unter radialer Vorspannung dichtend an der Außenseite der Kolbenstange 12 an. Der dynamische Dichtabschnitt 237 ist dabei so dimensioniert, dass wenigstens ein Drittel, insbesondere mehr als 40% der in Axialrichtung definierten Höhe des von der Leckagenut 25 ausgehenden flügelradfernen Abschnitts 23 der Führungsbuchse 14 im Inneren überdeckt ist.

Auf der dem Aktuator zugewandten Seite der Dichtungseinrichtung 15 herrscht im Pumpengehäuse 2 Unterdrück. Zwischen den Dichtelementen 23,24 herrscht hingegen Atmosphärendruck. Durch die Druckdifferenz schmiegt sich die Dichtlippe 237 auf ihrer Innenseite an die Kolbenstange 12 an. Für den Fall, dass Kühlflüssigkeit in den Zwischenraum zwischen den Dichtungselementen 23,24 eintritt und sich der Druck auf den dynamischen Dichtabschnitt 237 von Innen her erhöht, wird der dynamische Dichtabschnitt 237 an die Kolbenstange 12 gedrückt und die Dichtheit erhöht. Es kann so verhindert werden, dass das Pneumatikdichtelement 234 durch Belastung undicht wird.

In der Nut 241 des flügelradnahen Abschnitts 24 der Dichtungseinrichtung 15 ist ein Hydraulikdichtelement 244 zur Abdichtung gegenüber dem Pumpenraum aufgenommen. Das in Figur 5 im Detail dargestellte Dichtelement 244 weist einen statischen Dichtbereich 245 auf, der die Führungsbuchse 14 umfangseitig umgibt und der in die Ringnut 241 eingreift. Die Außenseite des statischen Dichtbereichs 245 liegt an der Innenseite der Kolbenstangenbohrung 13 an. Der statische Dichtbereich 245 umgreift die flügelradnahe Stirnseite der Führungsbuchse zumindest teilweise und geht in einen dynamischen Dichtbereich 246 über, der in Axialrichtung nach außen über die Führungsbuchse 245 übersteht. Der dynamische Dichtbereich 246 erstreckt sich in Radialrichtung nach innen und ist als Dichtlippe ausgebildet ist. Die Dichtlippe 247 erstreckt sich von der flügelradnahen Stirnseite der Führungsbuchse 14 in den Pumpenraum. Sie liegt somit außerhalb der Führungsbuchse 14. Die Dichtlippe 247 ist konisch, von der Führungsbuchse 14 weg zulaufend ausgebildet. Sie schmiegt sich daher mit ihrem flügelradnahen Ende dichtend an die Kolbenstange 12 an. Der Innendurchmesser der Dichtlippe 247 in diesem Bereich ist so gewählt, dass das Hydraulikdichtelement 244 sicher an der Kolbenstange 12 anliegt. Durch den Fördermitteldruck auf das Hydraulikdichtelement 244 wird die Dichtlippe 247 gegen die Kolbenstange 12 gedrückt.