Neue Konzepte für schaltbare und variable Kühlmittelpumpen

Mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpen gehören zur Standardausrüstung moderner Verbrennungsmotoren. Sie sind zwar zuverlässig und langlebig, haben aber den Nachteil, dass ihre Leistung stets an die Motordrehzahl gebunden ist und den unterschiedlichen Betriebszuständen nicht angepasst werden kann. Die Pierburg Pump Technology GmbH mit ihrer jahrzehntelangen Erfahrung im Bereich automobiler Pumpen bietet aktuell mehrere schaltbare, beziehungsweise variable Kühlmittelpumpen an. Sie kommen unterschiedlichen Kundenbedürfnissen entgegen, sind kostengünstig und reduzieren durch die bedarfsgerechte Leistungsförderung Kraftstoffverbrauch und Emissionen. Dazu gehören unter anderem zwei Modelle mit Trocken-, beziehungsweise Nasskupplung sowie eines, das mit einer Drosselsteuerung arbeitet. Sie alle überzeugen durch kurze Reaktionszeiten von weniger als einer Sekunde, geringe Abmessungen und wenig Stromverbrauch. Bei allen Varianten ist eine Fail Safe-Funktion integriert, bei der die neuen Pumpen bei möglichem Ausfall wie konventionelle Aggregate weiter betrieben werden.

Die Kühlmittelpumpe mit Trockenkupplung integriert auf der Antriebsseite einen elektromagnetischen Aktuator, der in der Lage ist, das rotierende Pumpenrad zu entkoppeln. Ein eingebauter Dauermagnet hält dabei den ständigen Kontakt zwischen der Ankerscheibe und der Riemenscheibe aufrecht. Um das Pumpenrad anzuhalten, muss die Spule, die die Kraft des Magneten kompensiert, mit Energie versorgt werden. Die Feder auf der Ankerscheibe öffnet dann einen Spalt, so dass das Pumpenrad zum Stillstand kommt.

Das Aggregat wurde auf dem Motorenprüfstand bereits umfassend getestet. Dabei konnte in der Kaltstartphase eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs um mehr als 1,5% gemessen werden.

Integrierte Nasskupplung regelt Fördermenge

Dieses Pumpenmodell hat eine elektromagnetische Kupplung, die auf der Rückseite des Pumpenrades angeordnet ist. Zum Entkoppeln des Pumpenrades wird die Kupplung mittels einer Axialkraft, die von der in der Pumpe integrierten elektromagnetischen Spule erzeugt wird, geöffnet. Der dazu benötigte Strom bei einem 12-Volt-Bordnetz beträgt etwa 1,2 Ampere. Ist die elektromagnetische Spule unbestromt, so wird die Kupplungsscheibe mittels Federkraft gegen die in das Laufrad integrierte zweite Kupplungsscheibe gedrückt. Das dadurch entstehende Reibmoment wird durch die in einer speziellen Position angeordneten Stifte verstärkt und gewährleistet die Drehmomentübertragung zum Laufrad über den gesamten Drehzahlbereich der Pumpe. Ein Zuschalten des Pumpenrades ist somit bei allen Motordrehzahlen möglich. Ebenso ist ein Fail Safe durch die beschriebene mechanische Zwangskopplung gegeben.

Bei diesem Pumpentypus verringert sich zum einen der Kraftstoffverbrauch durch eine Verkürzung der Warmlaufphase und der daraus resultierenden Reduzierung der Reibleistung. Zum anderen beeinflusst die kürzere Warmlaufphase das Startverhalten des Katalysators und reduziert dadurch die Emissionen. Im Gegensatz zur Trockenkupplung wird bei diesem Modell kein zweites Wellenlager und auch kein Permanentmagnet benötigt. Bei geöffneter Kupplung dreht sich aufgrund der Lagerreibung zwischen Welle und Laufrad das Laufrad mit einer sehr geringen Geschwindigkeit weiter, wodurch eine minimale Kühlmittelmenge umgewälzt wird. Auf dem Prüfstand wurden mit diesem Modell Testergebnisse mit Kraftstoffreduzierungen von rund 1,5 Prozent gemessen.

Kühlmittelpumpe als Variante mit Drosselklappe

Bei dem dritten Konzept wird die Kühlmitteldurchflussrate mit einer auf der Pumpendruckseite ausgeordneten Drosselklappe gesteuert. Auf diese Weise ist es möglich, die von der Kühlmittelpumpe gelieferte Durchflussrate dem tatsächlichen Kühlbedarf des Motors anzupassen. Ein echter Nulldurchsatz des Kühlmittels wird mithilfe einer ausgeklügelten Dichtung im Bereich der Drosselklappe realisiert.

Um die Bewegungen der Drosselklappe zu kontrollieren stehen verschiedene Aktuatoren bereit, die von einer einfachen Auf/Zu-Funktion der Klappe(Unterdruck-Aktuator mit Ein/Aus-Magnetventil) bis zur stufenlosen Verstellung der Drosselklappe reichen (Unterdruck-Aktuator mit Proportional-Magnetventil oder elektrischer Aktuator). Generell wird durch die vergleichsweise einfache Aktuatorik in Verbindung mit einer Klappe das Ausfallrisiko der Pumpe minimiert.

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