[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlmittelpumpe für eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Bei einer bekannten Kühlmittelpumpe dieser Art (DE-PS 33 29 002) erfolgt die Verschiebung
des Laufrades in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur durch ein von dem Kühlmittel
beaufschlagtes Bimetall- oder Dehnstoffelement. Bei niedriger Kühlmitteltemperatur
befindet sich das Laufrad in einer Endstellung, in welcher die Breite des Spaltes
zwischen den Radialschaufeln und dem Pumpengehäuse seine größte Breite besitzt und
die Kühlmittelförderung unterbrochen ist. Dadurch wird die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine
verkürzt. Bei ansteigender Kühlmitteltemperatur wird das Laufrad zunehmend verschoben,
so daß die Spaltbreite verringert und eine ansteigende Kühlmittelmenge entsprechend
dem erhöhten Kühlungsbedarf der Brennkraftmaschine gefördert wird.
[0003] Es sind auch Kühlmittelpumpen bekannt, deren Förderung in Abhängigkeit von der Drehzahl
der Antriebswelle, die in aller Regel von der Brennkraftmaschine angetrieben wird,
veränderbar ist. Dadurch wird erreicht, daß einerseits bei niedrigen Drehzahlen bis
hinab zum Leerlauf der Brennkraftmaschine eine ausreichende Fördermenge für die Heizung
des Fahrzeuginnenraumes bereitgestellt und andererseits bei hohen Drehzahlen die
Fördermenge auf einen Wert begrenzt wird, bei dem zwar eine ausreichende Kühlung der
Brennkraftmaschine gewährleistet, jedoch die bei großen Fördermengen vorhandene Kavitationsgefähr
beseitigt ist. Die drehzahlabhängige Regelung der Fördermenge erfolgt beispielsweise
da durch, daß die Pumpenantriebswelle von der Brennkraftmaschine über ein Keilriemengetriebe
angetrieben wird, dessen Verstellmechanismus aus Fliehgewichten besteht, durch die
bei niedriger Kurbelwellendrehzahl eine Übersetzung ins Schnelle und mit steigender
Kurbelwellendrehzahl fliehkraftabhängig eine Übersetzung ins Langsame vorgenommen
wird (DE-OS 20 27 654, DE-OS 15 76 358). Diese Art der Fördermengenregelung ist konstruktiv
aufwendig und benötigt viel Platz, der bei den beengten Raumverhältnissen im Motorraum
eines Kraftfahrzeuges meist nicht zur Verfügung steht. Es ist auch bekannt (DE-OS
25 58 319), zur drehzahlabhängigen Veränderung der Fördermenge die Schaufeln des
Pumpenlaufrades veränderlich auszubilden, derart, daß die Pumpe bei höherer Drehzahl
spezifisch weniger fördert als bei niedrigerer Drehzahl. Die Schaufeln können aus
einem elastisch nachgiebigen Material bestehen oder gegen die Kraft einer Feder wegschwenken,
um auf diese Weise bei höheren Drehzahlen eine relativ geringere Kühlmittelmenge
zu fördern. Derartige Pumpen sind jedoch konstruktiv sehr aufwendig.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlmittelpumpe entsprechend dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, deren Fördermenge sich mit einfachen Mitteln
den unterschiedlichen Anforderungen bei verschiedenen Drahzahlen anpaßt, die also
im Leerlauf die Anforderungen der Heizung abdeckt, jedoch bei hohen Drehzahlen die
Fördermenge beschneidet, um Kavitationsschäden zu vermeiden.
[0005] Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung
zur Verschiebung des Laufrades in Abhängigkeit von der Drehzahl der Antriebswelle
vorgesehen ist, und zwar derart, daß mit steigender Dreh zahl die Größe des Spaltes
zwischen den Radialschaufeln und dem Pumpengehäuse zunimmt.
[0006] Die erfindungsgemäße Pumpe wird so ausgelegt, daß sie in der Stellung des Laufrades,
in der der Spalt zwischen den Radialschaufeln und dem Pumpengehäuse seine geringste
Breite hat, bei Leerlaufdrehzahl eine zur Heizung des Fahrzeuginnenraumes ausreichende
Flüssigkeitsmenge fördert. Mit steigender Drehzahl und damit steigendem Kühlmittelbedarf
der Brennkraftmaschine steigt die Fördermenge zwar an, jedoch aufgrund der nun einsetzenden
Verschiebung des Laufrades und der damit verbundenen Vergrößerung der Breite des genannten
Spaltes nicht in dem Maße, wie dies ohne Laufradverschiebung der Fall wäre, bis bei
Höchstdrehzahl eine Laufradstellung erreicht ist, bei der gerade die zur ausreichenden
Kühlung der Brennkraftmaschine erforderliche Kühlmittelmenge gefördert wird.
[0007] Die drehzahlabhängige Axialverschiebung des Laufrades könnte durch eine Fliehkrafteinrichtung
bewirkt werden. Eine konstruktiv einfachere Lösung besteht jedoch darin, daß das Laufrad
über ein Gewinde relativ drehbar und dadurch relativ verschiebbar mit der Antriebswelle
verbunden ist und daß zwischen dem Laufrad und der Antriebswelle eine Torsionsfeder
vorgesehen ist, die der Drehung des Laufrades relativ zur Antriebswelle entgegenwirkt.
[0008] Diese Ausführung macht sich den Umstand zunutze, daß die Antriebsleistung einer Wasserpumpe
etwa mit der dritten Potenz ihrer Antriebsdrehzahl und das Antriebsmoment etwa mit
der zweiten Potenz der Antriebsdrehzahl ansteigt. Diese Verknüpfung des Antriebsmoments
mit der Antriebsdrehzahl wird dazu benutzt, mit Hilfe der entsprechend ausgelegten
Torsionsfeder, die der Umfangskraft am Pumpenlaufrad entgegenwirkt, eine eindeutig
drehzahl abhängige Verschiebung des Laufrades und damit drehzahlabhängig verschiedene
Pumpenkennlinien zu erreichen.
[0009] Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand eines
Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Kühlmittelpumpe, wobei das Pumpenlaufrad in der unteren
Hälfte der Zeichnung in seiner rechten Endstellung und in der oberen Hälfte der Zeichnung
in seiner linken Endstellung dargestellt ist, und
Fig. 2 ein Diagramm, in dem die Fördermenge in Abhängigkeit von der Antriebsdrehzahl
bei verschiedenen Spaltbreiten dargestellt ist.
[0010] Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Pumpengehäuse 1 dargestellt
ist, das durch einen Deckel 2 verschlossen ist und in dem ein Pumpenlaufrad 3 angegeordnet
ist. Im Deckel 2 ist eine Antriebswelle 4 gelagert, die durch die nicht dargestellte
Brennkraftmaschine mit Motordrehzahl angetrieben wird und auf deren Wellenstummel
5 drehfest eine Hülse 6 angebracht ist, die ein Außengewinde 7 trägt, welches mit
einem in der Nabe des Laufrades 3 vorgesehenen Innengewinde 8 in Eingriff steht. Bei
einer Drehung des Laufrades 3 relativ zur Antriebswelle 4 wird somit das Laufrad 3
axial verschoben. Dieser Relativdrehung wirkt eine Torsionsfeder 9 entgegen, deren
eines Ende 10 in einen Bund 11 der Hülse 6 und deren anderes Ende 12 im Laufrad 3
festgelegt ist. Zur Verringerung des Raumbedarfes ist die Torsionsfeder 9 in einer
ringförmigen Aussparung 13 des Laufrades 3 angeordnet.
[0011] Das mit Radialschaufeln 15 versehene Laufrad 3 saugt das Kühlmittel durch einen Kanal
14 im Pumpengehäuse an und fördert es durch einen radialen Kanal 16 zum Verbraucher.
Die Abdichtung des das Pumpenlaufrad 3 aufnehmenden Pumpeninnenraumes erfolgt mittels
einer Gleitringdichtung 17 zwischen dem Pumpengehäusedeckel 2 und dem Bund 11 der
Hülse 6.
[0012] Bei niedrigen Drehzahlen der Antriebswelle 4 befindet sich das Laufrad 3 in der Stellung,
die in der unteren Hälfte der Fig. 1 dargestellt ist und in welcher der Spalt S zwischen
den Schaufeln 15 und der diesen gegenüberliegenden Wand 18 des Pumpengehäuses 1 am
kleinsten ist. Dadurch kommt die volle Breite der Schaufeln 15 zur Wirkung und es
wird die größtmögliche Fördermenge bei der betreffenden Antriebsdrehzahl erreicht.
Mit steigender Antriebsdrehzahl steigt auch das Antriebsmoment und damit auch die
Umfangskraft am Laufrad 3. Diese Umfangskraft bewirkt eine Verdrehung des Laufrades
3 relativ zur Antriebswelle 4 entgegen der Kraft der Torsionsfeder 9, wodurch aufgrund
des Gewindes 7, 8 eine axiale Verschiebung des Laufrades 3 nach links erfolgt und
der Spalt zwischen den Radialschaufeln 15 und der Pumpenwand 18 vegrößert wird. Dadurch
kommt nicht mehr die volle Breite der Radialschaufeln 15 zur Wirkung und die Fördermenge
wird gegenüber der in der unteren Hälfte in Fig. 1 gezeigten Stellung des Laufrades
3 verringert. Bei Höchstdrehzahl liegt das Laufrad 3 an den Bund 11 der Hülse 6 an
und der Spalt zwischen den Radialschaufeln 15 und der Pumpenwand 18 erreicht seinen
Größtwert S₁. In dieser Stellung fördert das Laufrad 3 die Kühlmittelmenge, die bei
Höchstdrehzahl für eine ausreichende Kühlung der Brennkraftmaschine erforderlich
ist.
[0013] In Fig. 2 ist die Abhängigkeit der Fördermenge von der Pumpendrahzahl bei verschiedenen
Spaltbreiten dargestellt. Hierbei ist mit S die Fördermengencharakteristik bei kleinster
Spaltbreite und mit S₁ die Fördercharakteristik bei größter Spaltbereite dargestellt.
Durch die drehzahlabhängige Veränderung der Spaltbreite ergibt sich eine Fördermengencharakteristik,
die auf der Kennlinie S bis zum Punkt A, dann vom Punkt A über den gestrichelt eingezeichneten
Abschnitt a zum Punkt B auf der Kennlinie S₁ und von da an auf der Kennlinie S₁ verläuft.
Bis zum Punkt A wird das Laufrad 3 von der Torsionsfeder 9 ohne Verdrehung mitgenommen,
d.h. das Antriebsdrehmoment ist nicht größer als die Vorspannung der Torsionsfeder
9. Steigt nun das Antriebsdrehmoment entsprechend der ansteigenden Drehzahl über diesen
Wert, so kann sich das Laufrad gegenüber der Antriebswelle entgegen der Wirkung der
Feder 9 drehen und es wird dadurch axial verschoben, wodurch sich der Spalt allmählich
vergrößert, bis er in Punkt B seine größte Breite erreicht hat und das Laufrad 3 gemäß
Fig. 1 in seiner linken Endstellung ist. Steigt nun die Antriebsdrehzahl weiter,
so erhöht sich die Fördermenge linear entsprechend der Linie S₁. Bei absinkender Antriebsdrehzahl
tritt der umgekehrte Vorgang ein, wobei aufgrund der Hysterese die Förderkennlinie
den strichpunktiert angezeichneten Verlauf aʹ hat.
1. Kühlmittelmpumpe für eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine, mit einem in einem Gehäuse
angeordneten, mit Radialschaufeln versehenen Laufrad, das zwecks Veränderung des
Spaltes zwischen den Radialschaufeln und der gegenüberliegenden Wand des Pumpengehäuses
axial verschiebbar auf einer Antriebswelle angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Vorrichtung (7, 8) zur Verschiebung des Laufrades (3) in Abhängigkeit von
der Drehzahl der Antriebswelle (4) vorgesehen ist, derart, daß mit steigender Drehzahl
die Größe des Spaltes (S bzw. S1) zwischen den Radialschaufeln (15) und der Wand (18)
des Pumpengehäuses (1) zunimmt.
2. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (3) über
ein Gewinde (7, 8) relativ drehbar mit der Antriebswelle (4) verbunden ist und daß
zwischen dem Laufrad (3) und der Antriebswelle (4) eine Torsionsfeder (9) vorgesehen
ist, die einer Drehung des Laufrades (3) relativ zur Antriebswelle (4) entgegenwirkt.
3. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Anschlag (Bund 11)
zur Begrenzung der Axialverschiebung des Laufrades (3).
4. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfeder
(9) so ausgelegt ist, daß sie bis zu einer vorbestimmten Drehzahl der Antriebswelle
(4) eine Mitnahme des Laufrades (3) ohne relative Drehung bewirkt.