Lastenangepasst und umweltfreundlich

Der Beitrag wurde nach Informationen der KSPG AG, Neckarsulm, erstellt

Mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpen gehören zur Standardausrüstung bei Pkw-Verbrennungsmotoren. Sie sind zuverlässig und langlebig, haben aber den Nachteil, dass die Leistung der Pumpe stets an die Motordrehzahl gebunden ist und den unterschiedlichen Lastzuständen nicht angepasst werden kann.

Die Pierburg Pump Technology GmbH stellte jetzt das Konzept einer schaltbaren Kühlmittelpumpe mit nasslaufender Kupplung vor. Das preisgünstige und kompakte Aggregat ermöglicht, durch Aktivierung oder Deaktivierung der Kupplung, die Kühlung den unterschiedlichen Lasten des Motors anzupassen und reduziert damit den Kraftstoffverbrauch und umweltschädliche Emissionen.

Der Aufbau dieser Kühlmittelpumpe besteht gegenüber der herkömmlichen Version aus zwei zusätzlichen Baugruppen, der Elektromagnetspule und der Kupplungsscheibe, die je nach Bedarf ein- oder ausgekuppelt wird. Bei unbestromtem Elektromagnet läuft die Pumpe und die Kühlung des Motors erfolgt wie bei einer herkömmlichen mechanischen Kühlmittelpumpe.

In Warmlaufphasen des Motors, bei Stillstand wie z. B. im Start-Stopp-Betrieb oder bei Schubbetrieb (Schubabschaltung) kann die Pumpe, je nach Kühlmitteltemperatur, durch Aktivierung der Elektromagnetspule abgeschaltet werden. Dies bringt klare Vorteile mit sich: Zum einen verringert sich der Kraftstoffverbrauch durch 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. Bautechnisch überzeugt dieses Pumpenkonzept durch besonders kompakte Abmessungen und geringes Gewicht.

Bei Deaktivierung der Elektromagnetspule wird die Kupplungsscheibe mit 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 der Pumpe ist somit bei allen Motordrehzahlen möglich.

Bei ausgeschalteter Pumpe und aktivierter Spule dreht sich aufgrund der Lagerreibung zwischen Welle und Laufrad das Laufrad mit einer sehr geringen Geschwindigkeit weiter, wodurch eine minimale Kühlmittelmenge umgewälzt wird.

Sollte die Signalleitung oder die Versorgungsspannung der Spule ausfallen, erfolgt die Fail-Safe-Funktion in der gleichen Art wie bei der Deaktivierung der Elektromagnetspule.

Zum Ausschalten der Pumpe wird die Kupplungsscheibe mithilfe einer Axialkraft, die von der in der Pumpe integrierten Elektrospule erzeugt wird, geöffnet. Der dazu benötigte Strom bei einem 12-V-Bordnetz beträgt etwa 1,2 A.

Seit mehr als eineinhalb Jahrzehnten fertigt die Pierburg Pump Technology elektrische Zusatz-Kühlmittelpumpen für Pkw-Anwendungen. Ihre Einsatzgebiete liegen beispielsweise in Komfortbereichen wie der Klimatisierung des Fahrgastraumes, der Einhaltung von Umweltnormen und bei der Kühlung von Aggregaten wie Turboladern oder Elektronikeinheiten. Sie wird aber auch als wichtige Baugruppe für Standheizungen verwendet.

Die zugrunde liegende Konstruktion – angetrieben von einem bürstenlosen Motor in Verbindung mit einem im Medium bewegten Rotor – war für Standard-Heizungsapplikationen zum ersten Serienstart 1996 noch revolutionär. Durch immer breitere Applikationen, zusätzlich oder auch unabhängig vom Hauptkreislauf, sind die Einsatzgebiete von Zusatz-Kühlmittelpumpen im Laufe der Jahre rasant gewachsen. Mittlerweile ausgereifte Serienerfahrungen und ständig steigende Kundenforderungen haben seit den Entwicklungsanfängen dazu geführt, dass die Zusatzwasserpumpe stetig weiterentwickelt wurde. Eine zweite Pumpengeneration ging 2004 in Serie.

Seit 2011 ist die dritte, elektrische Generation serienreif. Sie wird in aktuellen Modellen eines namhaften OEMs eingesetzt und bringt einige Highlights mit sich.

Die jetzt angelaufene dritte Generation verfügt gegenüber der zweiten über weitere Verbesserungen. Erstmalig wird die Motoransteuerung über einen internen Prozessor realisiert. Damit ist es nunmehr möglich, die Pumpe in der Drehzahl und somit in der Förderleistung zu regeln. Ein definiertes Steuersignal bewirkt, dass die Zusatzpumpe eine konstante Drehzahl einnimmt und diese auch selbstständig ausregelt, um den Förderstrom konstant zu halten.

Gleichzeitig besteht nunmehr die Möglichkeit, eine genaue Kenntnis über den Betriebszustand der Pumpe zu erhalten. Mithilfe eines Diagnosesignals sendet sie stetig Informationen über den aktuellen Betriebszustand und meldet selbständig auftretende Fehlerzustände wie Trockenlaufen, Blockierungen des Laufrades oder drohende Überhitzungsschäden.

Mit der Konstruktion der dritten Generation gelang es außerdem, den Wirkungsgrad der Pumpe wesentlich zu verbessern. Dies wurde durch eine optimierte Motoransteuerung und ein neuartiges Pumpenrad erreicht. Zudem konnte die hydraulische Förderleistung um etwa 20 % erhöht werden – und dies bei annähernd gleichen Abmessungen und Gewicht.

KSPG, Tel.: 07132 33-0,

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Die KSPG AG, Neckarsulm, ist die Führungsgesellschaft des Rheinmetall-Unternehmensbereiches Automotive. Als weltweiter Automobilzulieferer nimmt KSPG mit seiner Kompetenz in den Bereichen Luftversorgung, Schadstoffreduzierung und Pumpen sowie bei der Entwicklung, Fertigung und Ersatzteillieferung von Kolben, Motorblöcken und Gleitlagern führende Positionen auf den jeweiligen Märkten ein. Die Produktentwicklung erfolgt in enger Kooperation mit renommierten Automobilherstellern. Niedrige Schadstoffemission, günstiger Kraftstoffverbrauch, Leistungssteigerung, Zuverlässigkeit, Qualität und Sicherheit sind die maßgeblichen Antriebsfaktoren für die Innovationen von Kolbenschmidt Pierburg. Entsprechend seiner strategischen Ausrichtung gliedert sich das Unternehmen in die Divisionen Hardparts, Mechatronics und Motorservice und beschäftigt an mehr als 30 Fertigungsstandorten in Europa, Nord- und Südamerika sowie in Japan und China etwa 11 500 Mitarbeiter.