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Diese
Erfindung betrifft eine Pumpe für
Flüssigkeiten.
Im Besonderen betrifft sie eine Pumpe für den Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors.
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Genauer
gesagt, besteht der Gegenstand der Erfindung in einer Pumpe, die
ein Gehäuse
mit einem ersten Einlassrohr und einem (ersten) Auslassrohr für die Flüssigkeit
sowie eine Kammer aufweist, die zwischen den Rohren festgelegt ist
und in der ein Flügelrad
angebracht ist, das sich drehen kann und in Betrieb steht, um eine
Flüssigkeitsströmung vom
Einlassrohr zum Auslassrohr hervorzurufen.
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Es
wurden Kühlsysteme
für Verbrennungsmotoren
vorgeschlagen, die einen Hydraulikkreislauf mit einer elektrischen
Pumpe mit variabler Strömung, einen
Kühler,
der mit dem Motor verbunden ist, ein Bypassrohr, das im Wesentlichen
parallel zum Kühler liegt,
ein automatisches Ventil, um das Verhältnis zwischen den Strömungen jener
Flüssigkeit
zu regeln, die dem Motor über
den Kühler
bzw. über
das Bypassrohr zugeführt
wird, sowie eine Steuereinheit aufweisen, die in Betrieb steht,
um die Pumpe so zu steuern, dass sie die Strömung in Abhängigkeit von der Temperatur
der durch den Kreislauf strömenden Flüssigkeit ändert, die
mit einem Fühler
gemessen wird.
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Ein
derartiges Kühlsystem
ist beispielsweise aus
JP
97 002 487 A bekannt.
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Ein
Gegenstand der Erfindung besteht darin, eine Pumpe für ein Kühlsystem
zu liefern, wie es oben erwähnt
wurde, mit der die Hydraulikverbindungen, die zwischen den Bauteilen
des Systems erforderlich sind, radikal vereinfacht werden, und mit
der die Betriebssicherheit des Systems wesentlich verbessert wird.
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Diese
sowie andere Gegenstände
werden dadurch erreicht, dass eine Pumpe geliefert wird, die jene
Hauptmerkmale besitzt, die im Anspruch 1 festgelegt sind.
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Zusätzliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nun folgenden
ausführlichen Beschreibung
und im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich,
in denen zeigt:
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1 die vereinfachte Darstellung
eines Kühlsystems
für einen
Verbrennungsmotor, das eine Pumpe gemäß der Erfindung aufweist;
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2 den Schrägriss einer
Pumpe gemäß der Erfindung;
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3 den Schnitt entlang der
Achse III-III von 2;
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4 den Teilschnitt entlang
der Achse IV-IV von 3;
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5 den Schnitt durch eine
weitere Pumpe gemäß der Erfindung;
und
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6 einen Schnitt, in dem
eine Art dargestellt ist, wie ein Ventil in einer Pumpe gemäß der Erfindung
aufgebaut sein kann.
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In 1 ist ein Verbrennungsmotor,
beispielsweise für
ein Kraftfahrzeug, mit dem Bezugszeichen E versehen. Ein Kühlsystem,
das allgemein das Bezugszeichen CS trägt, ist diesem Motor zugeordnet.
Dieses System enthält
einen Hydraulikkreislauf, um dem Motor E eine Strömung einer
Kühlflüssigkeit
zuzuführen.
Die Kühlflüssigkeit
kann beispielsweise ein Gemisch von Wasser sowie Frostschutz- und
Antikorrosionsmitteln sein.
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Bei
der vereinfacht gezeigten Ausführungsform
weist der hydraulische Kühlkreislauf
einen Pumpenaufbau auf, der allgemein die Bezugsziffer 1 trägt und eine
elektrische Pumpe 2, bei der es sich um eine Kreiselpumpe
handelt, aufweist, deren Strömung
in Abhängigkeit
von Änderungen
in der Drehzahl des Flügelrads
variabel ist. Der Aufbau 1 weist weiters eine Auslass-Verteilereinrichtung 3 auf,
die mit dem Auslass oder der Förderseite 2b der
elektrischen Pumpe 2 verbunden ist.
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Der
Einlass 2a der elektrischen Pumpe 2 ist mit einem
Auslass 4 für
die Kühlflüssigkeit
des Motors E verbunden.
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In 1 trägt ein Kühler (ein Flüssigkeit/Luft-Wärmetauscher)
die Bezugsziffer 5, wobei sein Einlass mit einem Auslassrohr 3b der
Auslass-Verteilereinrichtung 3 verbunden ist. Dieses Auslassrohr 3b kann
mit dem Einlassrohr 2a der elektrischen Pumpe 2 über ein
Bypassrohr oder einen Kanal 8 sowie ein Steuerventil 9 verbunden
werden. Der Auslass des Kühlers 5 ist
mit einem Einlass 6 für
die Kühlflüssigkeit
des Motors E ver bunden.
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Ein
Bypassrohr, das die Bezugsziffer 7 trägt, liegt parallel zum Kühler 5 zwischen
einem Auslassrohr 3a des Verteilers 3 und dem
Einlass 6 des Motors E.
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Das
Rohr 3a steht mit dem Auslass oder der Förderseite
der Pumpe 2 immer in Verbindung.
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Das
Bypassrohr 7 könnte
sich durch einen Wärmetauscher
(nicht dargestellt) erstrecken, um beispielsweise jene Luft zu erwärmen, die
in den Fahrgastraum des Fahrzeugs strömt.
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In 1 ist ein elektrischer Temperaturfühler mit
der Bezugsziffer 11 versehen. Bei der beispielhaft gezeigten
Ausführungsform
ist der Fühler 11 in
der Nähe
des Einlasses 6 für
die Kühlflüssigkeit
für den Motor
E angeordnet. Dieser Temperaturfühler
kann aber auch an einer anderen Stelle angeordnet sein, beispielsweise
neben dem Auslass 4 des Motors E, innerhalb des Motors
E oder an einer anderen vorgegebenen Stelle entlang des Flüssigkeitskreislaufs, der
das Kühlmittel
führt.
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Der
Temperaturfühler 11 ist
mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden, die mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet
ist. Diese Einheit 12 ist mit dem Elektromotor verbunden,
der die Pumpe 2 antreibt, und kann in Betrieb gesetzt werden,
um diese Pumpe so zu steuern, dass sie ihre Fördermenge in Übereinstimmung
mit vorgegebenen Befehlen in Abhängigkeit
von der Temperatur ändert,
die mit dem Fühler 11 gemessen
wird.
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Wie
aus der Beschreibung der Ausführungsformen
von 2 und den folgenden
ersichtlich ist, wird das Steuerventil 9 in Betrieb gesetzt,
um das Verhältnis
der Strömungen
jener Kühlflüssigkeit
zu verändern,
die dem Motor E über
den Kühler 5 bzw. über das
Bypassrohr 7 zugeführt
wird.
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Bei
der in 2 bis 4 gezeigten Ausführungsform
weist der Pumpenaufbau 1 eine elektrische Pumpe 2 auf,
die von einem Elektromotor 10 angetrieben wird.
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Die
elektrische Pumpe 2 enthält ein spiralenförmiges Gehäuse, das
allgemein die Bezugsziffer 13 trägt und vorzugsweise in einem
Stück aus
Kunststoff geformt wird.
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Das
Einlassrohr 2a der elektrischen Pumpe 2 ist im
oberen Teil des spiralenförmigen
Gehäuses 13 der
elektrischen Pumpe 2 ausgebildet. Dieses Rohr öffnet sich
(siehe 3) in eine innere
Kammer 14 des spiralenförmigen
Gehäuses 13,
in der ein Flügelrad 15 drehbar
angebracht ist, das eine Vielzahl von winkelmäßig beabstandeten Flügeln 16 besitzt.
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Die
Kammer 14 besitzt eine Auslassöffnung oder einen peripheren
Kanal 2b, der in einem Stück mit dem spiralenförmigen Gehäuse 13 ausgebildet
ist und mit dem das Auslassrohr 3a in Verbindung steht. Bei
der Ausführungsform
von 2 bis 4 ist dieses Auslassrohr
so nach oben geneigt, dass es vom Auslass der Pumpenkammer 14 nach
oben auf das Niveau des Einlassrohrs 2a des spiralenförmigen Gehäuses verläuft.
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Das
zweite Auslassrohr 3b öffnet
sich von einem Seitenteil des Auslassrohrs 3a und verläuft im Wesentlichen
senkrecht dazu.
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Eine
Steuerkammer 17, die bei der gezeigten Ausführungsform
im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, ist so aufgebaut, dass
ihre Seitenwand im Wesentlichen tangential zur Wand des Einlassrohrs 2a verläuft (siehe
im Besonderen 3 und 4). Die Kammer 17 ist
axial mit dem Auslassrohr 3b ausgerichtet und öffnet sich
in das Auslassrohr 3a gegenüber der Öffnung des Rohrs 3b.
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Der
innere Bereich der Steuerkammer 17 steht mit dem Einlassrohr 2a über eine Öffnung oder einen
Schlitz in Verbindung, der in 2 bis 4 die Bezugsziffer 8 trägt und im
Berührungsbereich
zwischen ihren Wänden
ausgebildet ist.
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Bei
der Ausführungsform
von 2 bis 4 ist dem Rohr 3b eine
Steuerventileinrichtung 9 zugeordnet. Wie später noch
ausführlich
gezeigt wird, spricht die Ventileinrichtung 9 auf die Differenz
im Druck zwischen dem Auslassrohr 3a und dem Einlassrohr 2a des
spiralenförmigen
Gehäuses
an, wobei sie so voreingestellt ist, dass die Flüssigkeit dann durch das Auslassrohr 3b (und
damit durch den Kühler 5)
fließen
kann, wenn diese Druckdifferenz einmal größer als ein vorgegebener Wert
ist.
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Bei
der in 4 gezeigten Ausführungsform weist
die Steuer ventileinrichtung 9 ein Ventilelement 20 auf,
das, im Wesentlichen als Verschluss, mit der Öffnung des Auslassrohrs 3b zusammenwirken kann.
Dieses Ventilelement 20 ist über eine Stange 21 mit
einem Kolben 22 verbunden, der im Teil der Steuerkammer 17 stromabwärts des
Kanals 8 abgedichtet verschiebbar angebracht ist. Der Kolben 22 ist auf
einer Seite dem Druck jener Flüssigkeit
ausgesetzt, die vom Einlassrohr 2a über den Bypasskanal 8 in
die Steuerkammer 17 strömt.
Auf der anderen Seite ist der Kolben 22 dem Druck jener
Flüssigkeit ausgesetzt,
die durch das Auslassrohr 3a strömt.
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Eine
Feder 23 liegt zwischen dem Ventilelement 20 und
einem Anschlag 24, der im Auslassrohr 3b ausgebildet
ist. Diese Feder 23 versucht das Ventilelement 20 mit
der Öffnung
oder dem Eingang des Rohrs 3b im Eingriff zu halten.
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Das
Kühlsystem
von 1, mit einem Pumpenaufbau 1,
wie er oben im Zusammenhang mit 2 bis 4 beschrieben wurde, arbeitet
wie folgt.
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Normalerweise
(d. h. dann, wenn der Motor E kalt ist) verschließt das Ventilelement 20 die Öffnung des
Rohrs 3b.
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Solange
die Temperatur des Motors E, die der Fühler 11 misst, kleiner
als ein vorgegebener Wert ist, steuert die Steuereinheit 12 die
elektrische Pumpe so, dass sie sich mit einer niedrigen Drehzahl dreht,
wodurch die Druckdifferenz, die auf die gegenüber liegenden Seiten des Kolbens 22 wirkt,
nicht ausreicht, um die Wirkung der Feder 23 zu überwinden.
Unter diesen Bedingungen verursacht die Pumpe 2, dass die
Kühlflüssigkeit
zum Motor E nur über das
Bypassrohr 7 strömt.
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Wenn
einmal die vom Fühler 11 abgetastete Temperatur
höher als
ein vorgegebener Wert ist, ändert
die Steuereinheit 12 die elektrische Pumpe 2 auf eine
Drehzahl, bei der die Druckdifferenz, die auf die gegenüber liegenden
Seiten des Kolbens 22 wirkt, den Koben 22 in Bewegung
setzt, wodurch sich das Ventil 20 von der Öffnung des
Auslassrohrs 3b wegbewegt. Unter diesen Bedingungen tritt
ein Teil jener Flüssigkeit,
die von der elektrischen Pumpe 2 strömt, in das Auslassrohr 3b ein
und strömt
durch den Kühler 5.
Damit erreicht eine gemischte Strömung aus einer relativ kalten
Flüssigkeit
vom Kühler 5 und
ei ner relativ warmen Flüssigkeit
vom Bypassrohr 7 den Einlass 6 des Motors E.
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Die
Steuereinheit 12 ist so eingestellt, dass sie die Drehzahl
der Pumpe 2 so steuert, dass die Temperatur jenes Fluids
auf die gewünschte
Art geregelt wird, das dem Motor E zugeführt wird.
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5 zeigt eine Variante des
Pumpenaufbaus 1 und im Besonderen des spiralenförmigen Gehäuses 13.
In dieser Zeichnung sind Bauteile und Elemente, die bereits beschrieben
wurden, wiederum mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Bei
der Ausführungsform
von 5 wird der Bypasskanal 8 von
einem Rohr gebildet, das zur Achse des Einlassrohrs 2a geneigt
ist und sich zum Auslassrohr 3a erstreckt. Mit diesem Aufbau
ist es möglich,
dass das Auslassrohr 3a im Wesentlichen in der selben Ebene
wie die Kammer des Flügelrads 15 gehalten
wird. Wenn die Neigung stimmt, kann das Bypassrohr 8 mit
dem spiralenförmigen
Gehäuse 13 in einem
Stück hergestellt
werden.
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Die übrigen baulichen
und betriebsmäßigen Einzelheiten
der Ausführungsform
von 5 sind im Wesentlichen
gleich wie bei der früher
beschriebenen Ausführungsform.
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6 zeigt eine alternative
Ausführungsform
des Ventils 20. Bei dieser Variante wirkt das Ventil 20 nicht
nur als Verschluss, sondern es kann auch die Flüssigkeitsströmung durch
das Auslassrohr 3b um einen vorgegebenen Wert vergrößern, wenn
es sich von der zugeordneten Öffnung
des Rohrs 3b wegbewegt. Dafür besitzt das Ventil 20 in der
Ausführungsform
von 6 eine im Wesentlichen
zylindrische Buchse 25, die oben mit einer Querwand 26 verschlossen
ist. In der Seitenwand der Buchse 25, die sich in das Rohr 3b erstreckt,
sind eine oder mehrere Öffnungen 27 ausgebildet,
die so geformt sind, dass sie während
der Aufwärtsbewegung
des Ventilelements 20 einen allmählichen Anstieg der Flüssigkeitsströmung in
das Rohr 3b ermöglichen.
Wenn die Form der Öffnung
oder der Öffnungen 27 sorgfältig ausgewählt wird,
können
verschieden starke Strömungen
durch das Rohr 3b und damit auch durch das Rohr 3a erreicht
werden.
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Selbstverständlich bleiben
die Grundlagen der Erfindung gleich, wobei sich Ausführungsformen und
Fertigungsdetails vom hier beschriebenen und gezeigten nicht einschränkenden
Beispiel weit ändern
können,
ohne dadurch vom Gebiet der Erfindung abzuweichen, wie sie in den
beiliegenden Ansprüchen
festgelegt ist.