DE19932359A1 - Antrieb für eine Kühlmittelpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb einer Kühlmittelpumpe, insbesondere für den Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus einer antreibbaren Riemenscheibe und einem über eine Flüssigkeitsreibungskupplung angetriebenen Kühlmittelpumpenrad, wobei sowohl die Riemenscheibe als auch das Kühlmittelpumpenrad in einem Kühlmittelpumpenlager gelagert sind. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die Flüssigkeitsreibungskupplung in die Riemenscheibe integriert ist, und zwar vorzugsweise in der Art, daß die Riemenscheibe mit dem Gehäuse der Flüssigkeitsreibungskupplung und der Rotor der Flüssigkeitsreibungskupplung über eine Antriebswelle mit dem Kühlmittelpumpenrad verbunden ist. Dabei ist die Riemenscheibe über eine Hülse im Kühlmittelpumpenlager abgestützt. Die Flüssigkeitsreibungskupplung wird magnetsich angesteuert, so daß damit die Kühlmittelpumpe schaltbar oder regelbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Antrieb einer Kühlmit­ telpumpe, insbesondere für den Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschi­ ne für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus einer antreibenden Riemenscheibe und einem über eine Flüssigkeitsreibungskupplung angetriebenen Kühlmit­ telpumpenrad, wobei sowohl die Riemenscheibe als auch das Kühlmittel­ pumpenrad in einem Kühlmittelpumpenlager gelagert sind.

Ein derartiger Kühlmittelpumpenantrieb wurde durch die DE-A 43 25 627 der Anmelderin bekannt. Bei dieser bekannten Antriebsvorrichtung ist die Flüs­ sigkeitsreibungskupplung in das Kühlmittelpumpenrad integriert und insofern von außen nicht zugänglich. Dies kann im Hinblick auf eine Regelung von außen nachteilig sein.

Durch die JP-A-60-22020 (Abstract Vol. 9, No. 142, 101 M 388) wurde ebenfalls eine Antriebseinrichtung für eine Kühlmittelpumpe bekannt, bei welcher der Antrieb über eine Riemenscheibe erfolgt und auf der Nabe der Riemenscheibe eine Flüssigkeitsreibungskupplung angeordnet ist, die mit ihrem Rotor drehfest mit der Nabe der Riemenscheibe verbunden ist. Das Gehäuse der Flüssigkeitsreibungskupplung ist einerseits mit einem Lüfterrad und andererseits über eine Kühlmittelpumpenwelle mit dem Kühlmittelpum­ penrad verbunden. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß die Zugkräfte des Riementriebs eine relativ hohe Beiastung für das Kühlmittelpumpenlager bilden, weil die Riemenscheibe sich über das Gehäuse der Flüssigkeitsrei­ bungskupplung im Kühlmittelpumpenlager abstützt.

Schließlich wurde durch die DE-C 32 41 835 eine hydrodynamische An­ triebseinrichtung für eine Kühlmittelpumpe bekannt, welche einerseits als Heizvorrichtung und andererseits als Antriebsvorrichtung fungiert. Dabei ist eine hydrodynamische Kupplung innerhalb einer Riemenscheibe angeord­ net, wobei ein Rotor-Schaufelrad von der Riemenscheibe angetrieben wird und ein Stator-Schaufelrad mitnimmt, welches das Kühlmittelpumpenrad an­ treibt. Diese nicht gattungsgemäße Antriebsvorrichtung ist ebenfalls mit dem Nachteil einer hohen Belastung des Kühlmittelpumpenlagers behaftet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für eine gattungsgemäße An­ triebseinrichtung eine von außen zugängliche Schalt- und/oder Regelungs­ möglichkeit für den Kühlmittelpumpenantrieb zu schaffen und darüber hinaus die Belastung des Kühlmittelpumpenlagers gering zu halten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Durch die Integration der Flüssigkeitsreibungskupplung in die Riemenscheibe ergibt sich eine Zugänglichkeit von außen, d. h. die Flüssigkeitsreibungskupplung kann auf einfache Weise von außen geschaltet oder geregelt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei insbesondere die fliegende Lagerung der Riemen­ scheibe über eine Hülse für eine Reduzierung der Lagerkräfte im Kühlmittel­ pumpenlager beiträgt. Die Abtriebswelle der Flüssigkeitsreibungskupplung ist dabei durch diese Hülse hindurch geführt und dient als Antriebswelle für das Kühlmittelpumpenrad, wodurch die Kupplung frei von Biege- und Quer­ kräften ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Antriebsvorrichtung mit Spaltregelung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Antriebsvorrichtung mit Fül­ lungsregelung,

Fig. 3 eine konstruktive Ausbildung mit Magnetsteuerung und Spaltre­ gelung,

Fig. 4 eine weitere konstruktive Variante mit Magnetsteuerung und profilierten Arbeitsflächen und

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer geregelten Flüssig­ keitsreibungskupplung.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Halbansicht den grundsätzlichen Auf­ bau einer Antriebsvorrichtung für ein Kühlmittelpumpenrad 1, welches dreh­ fest auf einer Welle 2 befestigt und in einem nur andeutungsweise darge­ stellten Kühlmittelpumpengehäuse 3 umläuft. Außerhalb des Kühlmittelge­ häuses 3 ist eine Riemenscheibe 4 angeordnet, welche drehfest auf einer Hülse 5 befestigt ist. Letztere bildet den verlängerten Innenring 5a eines Wälzlagers 6, welches in einem Gehäuseansatz 3a des Kühlmittelpumpen­ gehäuses 3 befestigt ist. Die Riemenscheibe 4 wird über einen nicht darge­ stellten Riementrieb eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges angetrieben. In die Riemenscheibe 4 ist auf deren äußerer, d. h. dem Kühlmittelpumpenrad 1 abgewandten Seite eine Flüssigkeitsrei­ bungskupplung integriert, die aus einem Gehäuseteil 4a als Teil der Rie­ menscheibe 4, einem mit der Riemenscheibe 4 befestigten Deckel 4b und einer axial beweglichen mit der Riemenscheibe 4 drehfest verbundenen Scheibe 7 sowie einem Rotor 8 besteht. Die Verbindung zwischen Riemen­ scheibe 4 und axial beweglicher Scheibe 7 wird durch mehrere auf dem Umfang angeordnete Federelemente 7b hergestellt. In dem hermetisch ab­ gedichteten Gehäuse 4a, 4b befindet sich eine viskose Flüssigkeit, vor­ zugsweise Siliconöl, welches eine Drehmomentübertragung durch Scherrei­ bung zwischen der Riemenscheibe 4 und dem Rotor 8 bewirkt. Letzterer ist drehfest auf der Welle 2 befestigt, die ihrerseits über Lager 9 und 10 gegen­ über der Hülse 5 abgestützt ist. Die Welle 2 fungiert somit als Abtriebswelle der Flüssigkeitsreibungskupplung und als Antriebswelle des Kühlmittelpum­ penrades 1. Die Antriebswelle 2 weist in dem dem Pumpenrad benachbarten Bereich eine Verdickung 2a auf, auf welcher ein Dichtelement 11 zur Ab­ dichtung der Welle 2 gegenüber dem Kühlmittelpumpengehäuse 3 angeord­ net ist. Die Regelung des Drehmomentes, welches von der Riemenscheibe 4 auf das Kühlmittelpumpenrad 1 übertragen werden soll, erfolgt über eine axiale Bewegung der Scheibe 7, wodurch der Arbeitsspalt 12 zwischen Ro­ tor 8 und Scheibe 7 verändert wird. Die Spaltregelung kann über einen Ma­ gneten erfolgen, der hier nicht, sondern in Fig. 3 und 4 dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der im wesentlichen gleichen Antriebsvorrichtung wie in Fig. 1 mit Ausnahme der Flüssigkeitsreibungs­ kupplung, die hier eine feste Zwischenwand 13 mit einer Ventilöffnung 14 und einem zugehörigen Ventilhebel 15 aufweist. Durch diese Elemente er­ hält die Flüssigkeitsreibungskupplung einen Arbeitsraum 16, in welchem ein Rotor 18 umläuft, und einen Vorratsraum 17, wobei die Füllung des Arbeits­ raumes 16 mit Siliconöl über das Ventil 14/15 geregelt wird. Der Ventilhebel 15 kann - analog der für Fig. 1 erwähnten Steuerung - ebenfalls über einen Magneten von außen gesteuert werden, der hier nicht, sondern in dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 5 dargestellt ist. Somit kann auch bei die­ sem Ausführungsbeispiel das übertragbare Drehmoment von 0 bis Maximum geregelt werden.

Fig. 3 zeigt eine konstruktive Ausführung einer Antriebsvorrichtung für das Kühlmittelpumpenrad 31, welches drehfest auf dem Wellenabschnitt 32a angeordnet ist. Das Kühlmittelpumpenrad 31 ist in einem nicht vollständig dargestellten Kühlmittelpumpengehäuse gelagert, von dem lediglich ein Ge­ häuseflansch 33 mit einem Lagerabschnitt 33a dargestellt ist. Außerhalb des Lagerabschnittes 33a ist eine Riemenscheibe 34 drehbar angeordnet, wel­ che sich über eine Hülse 35 und ein Wälzlager 36 in dem Gehäuseabschnitt 33a abstützt. Die Riemenscheibe 34 ist somit fliegend über die Hülse 35 ge­ genüber dem Kühlmittelpumpengehäuse 33a gelagert, wobei ein Teil 35a der Hülse 35 als Innenring des Wälzlagers 36 fungiert. In die Riemenschei­ be 34 ist auf deren Außenseite, d. h. in der Zeichnung rechten Seite eine Flüssigkeitsreibungskupplung integriert, deren Gehäuseteil (Antriebsteil) mit der Riemenscheibe 34 und deren Rotor 38 mit einer Abtriebswelle 32 ver­ bunden sind, die mit dem Wellenabschnitt 32a eine durchgehende Welle bildet. Das Gehäuse der Flüssigkeitsreibungskupplung wird analog dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 durch einen Wandteil 34a der Riemen­ scheibe und durch einen Deckel 34b gebildet, wobei zwischen dem Rotor 38 und dem Deckel 34b eine axial bewegliche, drehfest mit der Riemenscheibe 34 verbundene Antriebsscheibe 37 vorgesehen ist. Letztere ist über mehrere auf dem Umfang angeordnete Blattfederelemente 37b mit dem Deckel 34b und damit mit der Riemenscheibe 34 verbunden. Der Deckel 34b weist in seinem mittleren Bereich einen nabenförmigen Ansatz 39 auf, auf welchem ein Ringmagnet 40 über ein Radiallager 41 ortsfest gelagert ist. Über diesen Ringmagneten 40, der von außen über eine Stromzuführung 42 ansteuerbar ist, kann die Antriebsscheibe 37 axial bewegt werden, so daß die Flüssig­ keitsreibungskupplung entweder ein- oder ausgeschaltet ist. Um den Ma­ gnetfluß möglichst verlustfrei an die bewegliche Antriebsscheibe 37a heran­ zuführen, sind in den Deckel 34b Polschuhe 34c im Bereich des Ringma­ gneten 40 eingelassen. Analog dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die durchgehende Welle 32 über Gleitlager 43 und 44 gegenüber der Hülse 35 gelagert, während der Wellenabschnitt 32a gegenüber dem Gehäuseab­ schnitt 33a bzw. 33 durch Dichtelemente 45 und 46 kühlmittelseitig und luft­ seitig abgedichtet ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 3 im wesentlichen durch eine profilierte Ausbildung der Arbeitsflächen und durch eine rückwärtige Anordnung des Ringmagneten. Das Kühlmittel­ pumpenrad 51 ist drehfest auf dem Wellenabschnitt 52a befestigt, der sich in einen Wellenabschnitt 52 etwas geringeren Durchmessers bis in den Be­ reich der Flüssigkeitsreibungskupplung fortsetzt und endseitig den Rotor 58 trägt. Die Riemenscheibe 54 weist eine Ausnehmung auf, die im wesentli­ chen durch den Wandteil 54a und den Deckel 54b gebildet wird. Der Rotor 58 weist radial außen einen profilierten Bereich 58a von koaxialen Stegen und Nuten auf, der mit einem entsprechenden profilierten Bereich einer axial verschiebbaren, drehfest mit der Riemenscheibe 54 verbundenen Antriebs­ scheibe 57 korrespondiert. Diese Antriebsscheibe 57 wird durch ein Fe­ derelement 59 - wie im oberen Teil der Zeichnung dargestellt - in Eingriff mit dem profilierten Bereich 58a des Rotors 58 gebracht. Außerhalb der Rie­ menscheibe 54 ist ortsfest ein Ringmagnet 50 angeordnet, der sich über ei­ ne nicht dargestellte Lagerung abstützt, z. B. auf dem Gehäuseabschnitt 53a. Über den Ringmagnet 50 kann die Antriebsscheibe 57 mit ihrem profilierten Bereich 57a ausgerückt werden (wie in der unteren Zeichnungshälfte darge­ stellt), und zwar gegen die Wirkung des Federelementes 59. Damit wird die Kupplung außer Eingriff gebracht, es wird dann kein Drehmoment auf den Rotor 58 übertragen. Die Riemenscheibe 54 ist über eine Hülse 55 über ein Doppelrillenkugellager 56 gegenüber dem Gehäuseabschnitt 53a fliegend gelagert. Die Abtriebswelle 52 der Flüssigkeitsreibungskupplung 58 ist über ein Kugellager 60 und ein Nadellager 61 gegenüber der Hülse 55 bzw. 55a gelagert und im Bereich 52a über ein Dichtelement 62 kühlmittelseitig abge­ dichtet.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer geregelten Flüssig­ keitsreibungskupplung, die der Prinzipskizze von Fig. 2 entspricht. In eine Riemenscheibe 74 ist eine Flüssigkeitsreibungskupplung 70 integriert, die einen Arbeitsraum 71 und einen Vorratsraum 73 aufweist, welche durch eine Trennwand 77 voneinander abgeteilt sind. Die Trennwand 77 weist eine Ventilöffnung 79 auf, die über einen Ventilhebel 75 kontrolliert wird. Ferner stehen Arbeitsraum 71 und Vorratsraum 73 in bekannter Weise über einen Rücklaufkanal 82 in Verbindung, so daß sich bei geöffnetem Ventilhebel 75 eine Zirkulation von Silikonöl, welches sich in der Kupplung befindet, von der Vorratskammer 73 in die Arbeitskammer 71 und über den Rücklaufkanal 82 zurück in die Vorratskammer 73 ergibt. Dadurch kann das Drehmoment in bekannter Weise geregelt werden. Die Ansteuerung des Ventilhebels erfolgt dabei über einen außen ortsfest angeordneten Ringmagneten 80, dessen Magnetfluß durch Magnetflußleitringe 81 verstärkt wird. Der Ringmagnet 80 ist über ein Kugellager 84 auf einem Nabenteil 83, welches mit dem Kupp­ lungsdeckel 74b verbunden ist, gelagert. Die Ansteuerung des Magneten 80 erfolgt über die Stromzuführung 86. Um eine kontinuierliche Regelung des Drehmomentes, d. h. stabile Zwischendrehzahlen auf der Abtriebsseite zu erreichen, wird der Magnet 80 vorzugsweise getaktet angesteuert - diese Taktsteuerung ist aus der EP-A 9415 bekannt. Die übrigen Teile, d. h. An­ triebswelle 72 mit ihren beiden Abschnitten 72a und 72b, sowie eine Hülse 85 bzw. ein Lagerinnenring 85a und ein Kühlmittelpumpenlager 76 entspre­ chen den vorherigen Ausführungsbeispielen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Antrieb einer Kühlmittelpumpe, insbesondere für den Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, be­ stehend aus einer antreibenden Riemenscheibe und einem über eine Flüssigkeitsreibungskupplung angetriebenen Kühlmittelpumpenrad, wobei sowohl die Riemenscheibe als auch das Kühlmittelpumpenrad in einem Kühlmittelpumpenlager gelagert sind, dadurch gekennzeich­ net, daß die Flüssigkeitsreibungskupplung (7, 8; 13,14,18; 38, 37; 58, 57; 70) in die Riemenscheibe (4, 34, 54, 74) integriert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rie­ menscheibe (4, 34, 54, 74) mit dem Gehäuse (4b, 34b, 54b, 74b) der Flüssigkeitsreibungskupplung und der Rotor (8, 38, 58, 78) der Flüs­ sigkeitsreibungskupplung über eine Abtriebswelle (2, 32, 52, 72) mit dem Kühlmittelpumpenrad (1, 31, 51) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheibe (4, 34, 54, 74) über eine Hülse (5, 35, 55, 85) in dem Kühlmittelpumpenlager (6, 36, 56, 76) gelagert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hül­ se (5, 35, 55, 85) den Innenring (5a, 35a, 55a, 85a) des Kühlmittel­ pumpenlagers (6, 36, 56, 76) bildet.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsreibungskupplung (7, 8; 13,14, 18; 38, 37; 58, 57, 70) schaltbar oder regelbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüs­ sigkeitsreibungskupplung (38, 37; 58, 57, 70) über einen außerhalb der Kupplung ortsfest angeordneten Magneten (40, 50, 80) schaltbar oder regelbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsreibungskupplung zwei gegeneinander axial bewegli­ che Arbeitsflächen (37/38; 57/58) aufweist, wobei die eine, die An­ triebsfläche (37, 57) mit der Riemenscheibe (34, 54) verbunden und die andere, die Abtriebsfläche, auf dem Rotor (8, 38, 58) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ triebsscheibe (37, 57) gegen eine Rückstellfeder (59) magnetisch ausrückbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsflächen (57a, 58a) ein Profil von koaxial angeordneten Ringrippen und Ringnuten aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsreibungskupplung (70) eine Arbeitskammer (71), eine Vorratskammer (73) und einen Ventilhebel (75) zur Füllungsregelung aufweist, der über den Ringmagneten (80) betätigbar ist.