(57)【要約】  内燃機関用の可変ポンプ、特に冷媒ポンプであって、駆動ホイール（１０）と、該駆動ホイール（１０）を介して駆動可能な駆動軸（１４）と、該駆動軸（１４）に回動不能に配置された、ポンプブレード（３８）を備えたカップリングポンプインペラ（３６）と、駆動軸（１４）に回転可能に支持された、タービンブレード（７４）を備えたカップリングタービンホイール（６８）であって、タービンブレード（７４）が軸方向においてポンプブレード（３８）に向かい合って位置するように配置されている、カップリングタービンホイール（６８）と、該カップリングタービンホイール（６８）に堅固に結合されているインペラ（７８）と、を備えた可変ポンプは、公知である。このようなポンプの構造および調整形式は、しばしば極めて高コストである。ゆえに本発明に係るポンプでは、カップリングポンプインペラ（３６）は、カップリングタービンホイール（６８）に対して軸方向に移動可能に配置されている。
2017500506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の可変ポンプであって、
駆動ホイール（１０）と、
前記駆動ホイール（１０）を介して駆動可能な駆動軸（１４）と、
該駆動軸（１４）に回動不能に配置された、ポンプブレード（３８）を備えたカップリングポンプインペラ（３６）と、
前記駆動軸（１４）に回転可能に支持された、タービンブレード（７４）を備えたカップリングタービンホイール（６８）であって、前記タービンブレード（７４）が軸方向において前記ポンプブレード（３８）に向かい合って位置するように配置されている、カップリングタービンホイール（６８）と、
該カップリングタービンホイール（６８）に堅固に結合されているインペラ（７８）と、を備えた可変ポンプにおいて、
前記カップリングポンプインペラ（３６）は、前記カップリングタービンホイール（６８）に対して軸方向に移動可能に配置されていることを特徴とする、内燃機関用の可変ポンプ。
【請求項２】
前記カップリングポンプインペラ（３６）と前記駆動軸（１４）との間における回動不能な結合部が、周方向において作用する形状結合部によって形成されている、請求項１記載の内燃機関用の可変ポンプ。
【請求項３】
前記駆動軸（１４）に連動体（３２）が配置されていて、該連動体（３２）は前記駆動軸（１４）に結合されており、前記連動体（３２）を介して、カップリングポンプインペラ（３６）に対する形状結合部が形成されている、請求項２記載の内燃機関用の可変ポンプ。
【請求項４】
周方向において作用する前記形状結合部は、対応する２つの多数歯パターンによって形成されており、そのうちの一方の多数歯パターンは、前記駆動軸（１４）または前記連動体（３２）の外周部に形成され、他方の多数歯パターンは、前記カップリングポンプインペラ（３６）の内周部に形成されている、請求項２または３記載の内燃機関用の可変ポンプ。
【請求項５】
前記カップリングポンプインペラ（３６）の外周部に、環状の溝（４２）が形成されていて、該溝（４２）内に、アクチュエータ（４６）の、軸方向において移動可能なピン（４４）が係合している、請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関用の可変ポンプ。
【請求項６】
前記アクチュエータ（４６）は、偏心体（４８）として働く回転軸（５０）を有しており、該偏心体（４８）に、前記ピン（４４）が偏心的に固定されている、請求項５記載の内燃機関用の可変ポンプ。
【請求項７】
前記偏心体（４８）である前記回転軸（５０）は、当該ポンプのハウジング（１８）内に支持されており、このとき前記回転軸（５０）と前記ハウジング（１８）との間に、シールリング（５６）が配置されている、請求項６記載の内燃機関用の可変ポンプ。
【請求項８】
前記カップリングポンプインペラ（３６）は、ばね（６４）によって前記カップリングタービンホイール（６８）に向かって押圧されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の内燃機関用の可変ポンプ。
【請求項９】
前記ばね（６４）はコイルばねであり、該コイルばねは、軸方向において前記カップリングタービンホイール（６８）とは反対の側で、前記カップリングポンプインペラ（３６）に支持されている、請求項８記載の内燃機関用の可変ポンプ。
【請求項１０】
前記ばね（６４）は、前記カップリングポンプインペラ（３６）とは反対側の軸方向端部において、前記駆動軸（１４）に回動不能に結合された支持エレメント（３４）に接触している、請求項８または９記載の内燃機関用の可変ポンプ。
【請求項１１】
前記駆動軸（１４）と前記支持エレメント（３４）との間において回動不能な結合部を形成するために、前記支持エレメント（３４）は、前記駆動軸（１４）の段部（３０）と前記連動体（３２）との間において緊締されている、請求項１０記載の内燃機関用の可変ポンプ。
【請求項１２】
前記駆動軸（１４）は、軸受ユニット（１６）を介して支持されていて、該軸受ユニット（１６）は、滑りリングパッキン（２２）を介してポンプ室（２４）に対してシールされており、該ポンプ室（２４）内に、前記カップリングポンプインペラ（３６）、前記カップリングタービンホイール（６８）および前記インペラ（７８）が配置されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の内燃機関用の可変ポンプ。
【請求項１３】
前記連動体（３２）の外周部にストッパ（７２）が配置されていて、該ストッパ（７２）を介して、前記カップリングタービンホイール（６８）に向かう前記カップリングポンプインペラ（３６）の軸方向の動きが制限されている、請求項４から１２までのいずれか１項記載の内燃機関用の可変ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用の可変ポンプであって、駆動ホイールと、該駆動ホイールを介して駆動可能な駆動軸と、該駆動軸に回動不能に配置された、ポンプブレードを備えたカップリングポンプインペラと、駆動軸に回転可能に支持された、タービンブレードを備えたカップリングタービンホイールであって、タービンブレードが軸方向においてポンプブレードに向かい合って位置するように配置されている、カップリングタービンホイールと、該カップリングタービンホイールに堅固に結合されているインペラと、を備えた可変ポンプに関する。
【０００２】
内燃機関においては、冷媒ポンプ、オイルポンプまたは真空ポンプのような種々様々なポンプが、ベルト伝動装置またはチェーン伝動装置を介して、内燃機関のクランク軸に連結されていて、これによって追加的な駆動アッセンブリが不要になっていることが一般的である。これらのポンプのそれぞれ必要な圧送量を要求に合わせるために、これらのポンプの吐出量を、調整部材を介して調整することが公知である。エネルギ消費を低減するために、ここ数年は、駆動部を被駆動部から遮断することができるカップリングが使用され、これによって、高められた流れ抵抗に抗して圧送が行われないようになっている。例えば、ポンプのフィード部材と駆動ホイールとの間に、ヒステリシスカップリング、電磁式カップリングまたはハイドロダイナミック式カップリングを配置することが知られている。
【０００３】
このようなハイドロダイナミック式カップリングのうちの１つが、フェッティンガ原理に基づいて作動するハイドロダイナミック式カップリングである。このカップリングの機能は、駆動されるカップリングポンプインペラと、向かい合って位置しているカップリングタービンホイールとの間において、ポンプインペラの運動が、ポンプインペラとタービンホイールとの間に配置された流体の動力学的な挙動によって、カップリングタービンホイールに伝達されることに基づいている。ポンプインペラとタービンホイールとの間において流出することができる流体が少なければ少ないほど、カップリングポンプインペラからカップリングタービンホイールへのトルクの伝達力は大きくなる。
【０００４】
可変冷媒ポンプ用のこのようなカップリングの使用は、独国特許発明第１０１４２２６３号明細書に基づいて公知である。ポンプの駆動軸には、フェッティンガ・カップリングのカップリングポンプインペラが配置されている。このカップリングポンプインペラは、冷媒ポンプのインペラの背側に形成されたカップリングタービンホイールと共働する。インペラは、駆動軸に回転可能に支持されている。カップリングポンプインペラは、半径方向内側に位置する、流体用の流入開口を有している。追加的に、外周部においてカップリングタービンホイールとカップリングポンプインペラとの間には、流体を流出させることができる間隙が形成されている。ポンプを調整するために、可動のスライダが設けられており、このスライダによって、外側の周囲間隙の高さが調整可能である。この間隙の閉鎖と共に、カップリングポンプインペラからカップリングタービンホイールに伝達されるトルクが大きくなる。この調節は、サーモエレメントまたは外部の調節装置を介して行われる。このようなポンプの構造は、比較的複雑である。それというのは、多くの部材を組み立てることが必要であり、かつ特にスライダ及びカップリングタービンホイールに関する製造および組立ては、狭い誤差範囲において実施されねばならないからである。
【０００５】
ゆえに本発明の課題は、公知の構成に比べて部材を省くことができ、比較的大きな誤差をもって製造することができる、内燃機関用の可変ポンプを提供することである。さらに、アクチュエータの故障時にポンプの十分な吐出量を保証できることが、望まれている。
【０００６】
この課題は、請求項１の特徴部に記載の構成によって解決される。
【０００７】
カップリングポンプインペラがカップリングタービンホイールに対して軸方向に移動可能に配置されていることによって、別体の調節リングを省くことができる。これにより部材が節減される。また、良好なトルク伝達を保証するためには、単に、カップリングポンプインペラに対してカップリングタービンホイールの位置を合わせるだけでよい。調節リングの使用時におけるような、その他の誤差はなくなる。
【０００８】
好適な態様では、カップリングポンプインペラと駆動軸との間における回動不能な結合部が、周方向において作用する形状結合部によって形成されている。このように構成されていると、軸方向における移動可能性と、駆動軸とカップリングポンプインペラとの間における、トルクを伝達する結合部とが、簡単に形成される。
【０００９】
このとき好ましくは、駆動軸に連動体が配置されていて、該連動体は駆動軸に結合されており、連動体を介して、カップリングポンプインペラに対する形状結合部が形成されている。これに対応して、駆動軸の追加的な機械的な加工を省くことができるので、製造が容易になる。
【００１０】
そのためにさらに好適な態様では、周方向において作用する形状結合部は、対応する２つの多数歯パターンによって形成されており、そのうちの一方の多数歯パターンは、駆動軸または連動体の外周部に形成され、他方の多数歯パターンは、カップリングポンプインペラの内周部に形成されている。多数歯パターンの使用によって、トルクを伝達するための力は、全周にわたって均一に分配され、これにより保持可能性が高められ、アンバランスが回避される。
【００１１】
好ましくは、カップリングポンプインペラの外周部に、環状の溝が形成されていて、該溝内に、アクチュエータの、軸方向において移動可能なピンが係合している。このように構成されていると、アクチュエータの操作によって、カップリングポンプインペラを簡単な手段で駆動軸に沿って軸方向に移動させることができる。
【００１２】
本発明の好適な態様では、アクチュエータは、偏心体として働く回転軸を有しており、該偏心体に、ピンが回転軸に対して偏心的に固定されている。このような回転可能な駆動装置は、外部に対して簡単にシールすることができる。移動調節は、レバーを介してまたは直接行うことができる。
【００１３】
特に単純な構造を得ることができる、本発明の態様では、偏心体である回転軸は、ポンプのハウジング内に支持されており、このとき回転軸とハウジングとの間に、シールリングが配置されている。このように構成されていると、追加的なハウジングまたは追加的に取り付けられる他の部材を省くことができる。そして軸受およびシール装置を外から簡単に取り付けることができる。
【００１４】
好適な態様では、カップリングポンプインペラは、ばねによってカップリングタービンホイールに向かって押圧されている。このように構成されていると、アクチュエータの故障時に、カップリングポンプインペラとカップリングタービンホイールとの間における間隔が最小になり、トルク伝達が最大になるので、インペラの最大吐出量が保証される。
【００１５】
このとき好ましくは、ばねはコイルばねとして形成されており、該コイルばねは、軸方向においてカップリングタービンホイールとは反対の側で、カップリングポンプインペラに支持されている。このようなばねは、簡単に取り付けることができる。また必要なばね力を、相応に強いばねの使用によって調節することができる。
【００１６】
カップリングの長い耐用寿命を保証するために、ばねは、カップリングポンプインペラとは反対側の軸方向端部において、駆動軸に回動不能に結合された支持エレメントに接触している。これによって、ばねの両接触面の間における相対運動が回避されるので、周方向におけるばねに対する負荷が排除される。
【００１７】
支持エレメントを特に簡単に取り付けるのに好適な態様では、駆動軸と支持エレメントとの間において回動不能な結合部を形成するために、支持エレメントは、駆動軸の段部と連動体との間において緊締されている。このように構成されていると、回動不能な結合部を形成するための追加的な部材を省くことができる。
【００１８】
駆動軸は、好ましくは軸受ユニットを介して支持されていて、該軸受ユニットは、滑りリングパッキンを介してポンプ室に対してシールされており、該ポンプ室内に、カップリングポンプインペラ、カップリングタービンホイールおよびインペラが配置されている。このように構成されていると、駆動軸の軸受ユニット内への圧送液の侵入が回避される。これに対応して、グリス潤滑された安価な軸受を、軸支持のために使用することができる。
【００１９】
別の好適な態様では、連動体の外周部にストッパが配置されていて、該ストッパを介して、カップリングタービンホイールに向かうカップリングポンプインペラの軸方向の動きが制限されている。これに対応して、アクチュエータとカップリングタービンホイールとの間における、誤差を伴う装置配置を省くことができる。カップリングポンプインペラの終端位置は、もっぱら、カップリングポンプインペラに対して直接作用するストッパによって決定することができるので、簡単に、終端位置は正確に決定され、カップリングポンプインペラとカップリングタービンホイールとの間の接触による損傷は確実に回避される。
【００２０】
このようにして、単純な構造を有し、簡単に組み立てることができ、かつ簡単な手段で調整可能である、内燃機関用の可変ポンプが提供される。そして部材の数は減じられる。また同時に、アクチュエータの故障時には、アクチュエータとは無関係に独立して、カップリングポンプインペラの緊急時ポジションが得られることによって、インペラによる圧送すべき流量の十分な吐出量が保証される。
【００２１】
次に図面を参照しながら、冷媒循環ポンプを例として、本発明に係るポンプの１実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】最小吐出量の状態における、本発明に係るポンプを、断面して示す側面図である。
【図２】最小吐出量の状態における、図１に示した本発明に係るポンプを、ハウジングの一部を破断して示す斜視図である。
【図３】カップリングポンプインペラを示す斜視図である。
【００２３】
図面に示した本発明に係る冷媒ポンプは、駆動ホイール１０から成っており、この駆動ホイール１０は、内燃機関（図示せず）のクランク軸を介して駆動されるベルトが巻き掛けられるベルト車として形成されている。
【００２４】
駆動ホイール１０は、駆動軸１４の端部にプレス嵌めされたハブ１２に固定されている。駆動軸１４は、軸受ユニット１６を介してハウジング１８内に支持されている。そのためにハウジング１８内には、中央の収容孔２０が形成されており、この収容孔２０内には、軸受ユニット１６が固定されている。そして駆動軸１４は収容孔２０を貫いて、ハウジング１８の、ハブ１２とは反対側に位置する軸方向端部に向かって延びている。収容孔２０は、滑りリングパッキン２２によって、ポンプ室２４に向かってシール作用をもって閉鎖され、ポンプ室２４内には、圧送される冷媒が位置していて、ポンプ室２４もまた同様に半径方向においてハウジング１８によって画定される。収容孔２０内に配置されている滑りリングパッキン２２は、軸方向のシール面２６と半径方向のシール面２８とを有している。
【００２５】
駆動軸１４は、滑りリングパッキン２２の、ポンプ室２４に向いた側に、段部３０を有しており、この段部３０には、支持エレメント３４を介して連動体３２が接触している。この連動体３２は、段部３０を押圧する位置において、駆動軸１４に堅固に、特にプレス嵌めによって結合されており、これによって支持エレメント３４も同様に駆動軸１４と一緒に回転するように、駆動軸１４に摩擦力結合（Kraftschluss）によって連結されている。連動体３２はその外周部に、多数歯パターン（Vielzahnprofil）を有しており、この多数歯パターンには、カップリングポンプインペラ（Kupplungspumpenrad）３６の対応する逆の多数歯パターン３５が係合し、この多数歯パターン３５は、カップリングポンプインペラ３６の内周部に形成されている。しかしながらカップリングポンプインペラ３６の軸方向高さは、連動体３２の軸方向高さよりも小さいので、連動体３２とカップリングポンプインペラ３６との間において、周方向に作用する形状結合部（Formschluss）が得られる。カップリングポンプインペラ３６は、半径方向に延びる複数のポンプブレード３８を有しており、これらのポンプブレード３８の間には、ポンプ室４０が形成され、これらのポンプ室４０はそれぞれ半径方向および軸方向において、収容孔２０に向いた側において閉鎖されて形成されていて、半円形状を有している。
【００２６】
軸方向で収容孔２０に向いた側においてカップリングポンプインペラ３６は、その外周部に環状の半径方向溝４２を有しており、この半径方向溝４２には、アクチュエータ４６のピン４４が係合している。このピン４４は、偏心体４８の出力部材を形成し、この偏心体４８は、本実施形態では、回転軸５０の端部におけるピン４４の偏心的な配置によって形成される。回転軸５０は、ハウジング１８における収容孔５２内に、滑り軸受５４を介して支持され、かつシールリング５６を介して外方に対してシールされている。外側において回転軸５０には、レバー５８が配置されており、このレバー５８を介して回転軸５０は、アクチュエータ（図示せず）に結合されており、このアクチュエータを介して回転軸５０および該回転軸５０に結合されたピン４４は、所定の回転軌道に沿って移動することができる。回転軸５０を軸方向において固定するために、収容孔５２はカバー６０によって閉鎖され、このカバー６０の内側の孔６２を貫いて、回転軸５０の、段付けされた小径の端部が突出しており、この小径の端部にレバー５８が配置されている。
【００２７】
さらにカップリングポンプインペラ３６の、閉鎖された軸方向の側では、コイルばね６４が、予荷重を加えられてカップリングポンプインペラ３６に接触しており、コイルばね６４の反対側の軸方向端部は、支持エレメント３４のリング状の半径方向拡大部６６に接触している。ばね力によって、カップリングポンプインペラ３６は、駆動軸１４に支持されたカップリングタービンホイール（Kupplungsturbinenrad）６８に向かって押圧され、このときカップリングポンプインペラ３６の軸方向の動きは、連動体３２の溝７０に固定された、リングの形のストッパ７２によって制限されており、これによって、カップリングポンプインペラ３６が、軸方向において向かい合って位置するカップリングタービンホイール６８に接触する前に、ストッパ７２にカップリングポンプインペラ３６が当接するようになっている。
【００２８】
カップリングタービンホイール６８は、カップリングポンプインペラ３６に向かって延びるタービンブレード７４を有しており、これらのタービンブレード７４の間にはタービン室７６が形成されている。これらのタービン室７６は単にカップリングポンプインペラ３６に向かって開放していて、該カップリングポンプインペラ３６に向かい合って位置している。カップリングタービンホイール６８は、ラジアルポンプとして形成された冷媒ポンプのインペラ（Foerderrad）７８と一体に形成されている。カップリングタービンホイール６８もしくはインペラ７８は、スチールブッシュ８０に固定されており、このスチールブッシュ８０は、鍔付ブッシュとして形成された滑り軸受８２内に配置されている。駆動軸１４における固定は、ワッシャ８６を備えたねじ８４を用いて行われ、このねじ８４は、駆動軸１４の端部にねじ込まれるので、ワッシャ８６は鍔付ブッシュ８２の鍔に接触している。これに対応して、インペラ７８は、軸方向に固定ではあるが回転可能に配置される。
【００２９】
駆動軸１４が駆動ホイール１０を介して駆動されると、駆動軸１４の回転は、連動体３２の多数歯パターンを介してカップリングポンプインペラ３６に伝達される。ポンプ室４０において生じる流れは、カップリングタービンホイール６８のタービンブレード７４に作用し、その結果、カップリングタービンホイール６８はカップリングポンプインペラ３６と一緒に回転する。これによって、一緒に回転するインペラ７８により、冷媒が圧送される。カップリングタービンホイール６８の回転速度は、最大でカップリングポンプインペラ３６の回転速度であり、カップリングタービンホイール６８に対するカップリングポンプインペラ３６の間隔に依存している。カップリングポンプインペラ３６とカップリングタービンホイール６８との間の間隔が大きくなるに連れて、カップリングタービンホイール６８に作用する力は低下するので、カップリングタービンホイール６８はなお僅かな速度でしか回転させられない。インペラ７８の回転速度がどの程度の高さかは、アクチュエータ４６を介して調節される。ピン４４が、インペラ７８に対して最大の間隔を有する位置になるように回転させられると、カップリングポンプインペラ３６は、溝４２内へのピン４４の係合によって、ばね６４のばね力に抗して、連動体３２の対応する多数歯パターンにおいて、軸方向で滑りリングパッキン２２の方向に移動させられ、これによってカップリングのカップリングポンプインペラ３６とカップリングタービンホイール６８との間における運動伝達は最小になり、ひいてはインペラ７８の回転速度も最低になる。アクチュエータ４６のこの最大ポジションからの移動時に、カップリングポンプインペラ３６はカップリングタービンホイール６８に向かって適宜移動させられ、これによって運動伝達は再び増大し、より多くの冷媒が圧送される。アクチュエータ４６を用いた冷媒流の連続的な調整が相応に可能である。
【００３０】
例えばロッドの破損によってまたは駆動する電動機の故障によって、このアクチュエータ４６が故障し、ピン４４による保持力がカップリングポンプインペラ３６にもはやもたらせられない場合には、カップリングポンプインペラ３６はコイルばね６４によってカップリングタービンホイール６８に向かって連動体３２において移動させられ、これによって、冷媒ポンプによる最大吐出量が保証される緊急時ポジションが得られる。
【００３１】
このポンプは簡単に組立て可能であり、かつ単純な手段で、所望の全使用領域において連続的に調整可能である。アクチュエータの故障時にも、十分な冷媒吐出量が保証される。カップリングタービンホイールとカップリングポンプインペラとの間の間隙を閉鎖または開放するための追加的な部材は、省くことができる。
【００３２】
なお付言すると、保護範囲は、記載の実施形態に制限されるものではなく、種々様々な構造上の変化形態が可能であることは明らかである。例えばカップリングタービンホイールをインペラと一体に製造する必要はない。軸受およびシール装置ならびにハウジング部分の形式および配置形態、またはアクチュエータの形式なども変更可能である。また同様に連動体は、軸に一体に形成されてもよく、ばねは、皿ばねセットまたはこれに類したものとして形成されていてもよい。
【図１】
2017500506.tif 000003
【図２】
2017500506.tif 000004
【図３】
2017500506.tif 000005
【国際調査報告】
2017500506.tif 000006
2017500506.tif 000007
2017500506.tif 000008
2017500506.tif 000009