KRAFTHAND-Praxiswissen: So funktioniert eine regelbare Wasserpumpe

Aktuell werden in Fahrzeugen heute noch mehrheitlich ungeregelte, mechanisch angetriebene Wasserpumpen eingebaut. Diese sind über den Riementrieb fest an die Drehzahl des Motors gekoppelt und besitzen somit keinerlei Variabilität. Regelbare Wasserpumpen dagegen liefern die geforderte Variabilität. Doch wie funktioniert eine regelbare Wasserpumpe genau?

Permanent angetriebene Wasserpumpen haben den Nachteil, dass die Förderleistung der Pumpe von der Motordrehzahl abhängt. Folglich lässt sich das Umwälzen der Flüssigkeit im Kühlsystem nicht exakt an die Last- beziehungsweise Betriebszustände des Motors anpassen. Beispielsweise läuft die Pumpe auch bei kaltem Motor, obwohl es während der Warmlaufphase gar keiner Kühlung bedarf. Damit wirkt die Wasserpumpe in diesem Motorzustand kontraproduktiv, verzögert sich doch damit die Dauer, bis der Motor die optimale Betriebstemperatur erreicht.

Eine regelbare Wasserpumpe hat beispielsweise Schaeffler seit einiger Zeit im Sortiment. Es ist eine Zentrifugalpumpe mit einem im Rotor integrierten Leitblech, wie in der Abbildung rechts oben dargestellt. Durch axiales Verschieben des Leitblechs wird eine gewisse Breite des Rotors freigegeben. Hierdurch kann der Förderstrom eingestellt werden.

Maximaler Volumenstrom
Befindet sich das Leitblech in der linken Position (Bild 5 oben), ist die Rotorbreite vollständig freigegeben, der geförderte Volumenstrom ist maximal. Hierbei ist der Elektromangnet, der auf der linken Seite sitzt und als Aktuator dient, unbestromt. Soll der Volumenstrom verrringert werden, wird der Elektromagnet mit einem bestimmten Strom beaufschlagt. Der Anker wird entsprechend nach rechts geschoben, drückt auf die Schubstange und bewegt somit das Leitblech nach rechts. Die effektive Breite des Strömungskanals verringert sich hierdurch und schnürt den Durchfluss ab.

Um die Notfallfunktion bei Ausfall des Magnetes zu gewährleisten, wird das Leitblech durch eine Druckfeder in der vollständig geöffneten Pumpenposition gehalten. Die Druckfeder ist so ausgelegt, dass bei maximal herrschenden Strömungskräften eine vollständige Öffnung der Wasserpumpe gewährleistet ist.

Vom Schließgrad abhängig

Je höher der Schließgrad, desto mehr nimmt der Kühlmittel-Durchfluss ab. Der Durchfluss ist somit durch die Stellung des Leitblechs einstellbar. Um die Rotorbreite und somit den Volumenstrom je nach Drehzahl zu regeln, bedarf es eines Aktuators, mit welchem definierte Kräfte einstellbar sind. Die einfachste Möglichkeit, dies zu realisieren, ist ein Puls-Weiten modulierter Hubmagnet mit Kennlinienbeeinflussung. Durch die Puls-Weiten-Modulation der Spannung (PWM-Signal) lassen sich definierte Ströme einstellen, welche die benötigten Kräfte erzeugen. Im Bild unten rechts ist der Elektromagnet der regelbaren Wasserpumpe im Vollschnitt abgebildet.

Die erste Anwendung befindet sich in den Audi-Modellen A3 und A4 mit dem Motor 1,8 L TFSI. Laut dem Produzenten des Bauteils, Schaeffler, soll die regelbare Wasserpumpe auch bei anderen Automobilherstellern zum Einsatz kommen.

Warum regelbare Wasserpumpen bei modernen Fahrzeugen mehr und mehr notwendig sind, erklärt auch der Artikel ‚Stillgestanden‘ von KRAFTHAND-Redakteur Torsten Schmidt in der KRAFTHAND-Ausgabe 12/2013 ab Seite 30.