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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bemessung von periodisch, vorzugsweise mit hoher Frequenz, z B. 100 Hz, zu fördernden Fluidmengen, insbesondere Kraftstoffmengen für Einspritz- brennkraftmaschinen, mit zwei in einem Gehäuse rotierenden Steuerelementen, die je zumindest einer Durchtrittsöffnung für das Fluid zugeordnet sind und zwei scharfkantig getrennte Bereiche aufweisen, von denen der eine die Durchtrittsöffnung freigibt und der andere schliesst, wobei die Steuerelemente mit gleicher Drehzahl, aber getrennt regelbarer Phasenlage der Steuerkanten in bezug auf die Durchtrittsöffnung angetrieben sind, wobei die Durchtrittsöffnungen sowie die diesen jeweils zugeordneten Steuerelemente in der Strömungsnchtung des Fluids hintereinander geschal- tet sind
Eine derartige Vorrichtung ist aus der W081100741 A1 bekannt,
wobei aber der so geregelte Fluidstrom der Rückflussstrom einer stets mit Druckfluid beaufschlagten Einspritzdüse ist, die sich bei der kurzzeitigen Absperrung dieses Rückfiussstromes unter der Wirkung des Druckes des Fluids gegen die Kraft einer Feder öffnet und das Fluid in einen Verbrennungsraum einspritzt.
Da bei derartigen Einspritzvorgängen die zeitliche Dauer des Einspritzens wesentlich kürzer ist als der Zeitabschnitt zwischen zwei Einspritzvorgängen, ist die vorbekannte Bemessungsvor- richtung, die ja den Rückfluss regelt, fast während der gesamten Betriebsdauer offen und nur während eines sehr kurzen Intervalles geschlossen. Es spielt somit das Problem der Leckage bei dieser Bemessungsvorrichtung keine Rolle, da einerseits der Zeitraum, in dem dieses Problem auftritt, kurz ist und andererseits jegliche Leckage ebenfalls in den Rückflussstrom gelangt und daher auf die eingespritzte Menge keinen Einfluss hat.
Nachteilig an dieser Vorrichtung sind die durch den überwiegend wieder zurückströmenden Mediumstrom bedingte hohe notwendige Pumpenleistung und die Genauigkeitsprobleme, die sich bei der Regelung der einzuspritzenden Fluidmenge sowohl hinsichtlich des Zeitpunkt ihres Einspritzens als auch hinsichtlich der einzuspritzenden Menge ergeben, da hier die Feder- und Pumpencharakteristik eine grosse Rolle spielen.
Die Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu beseitigen und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch die der Einspritzzeitpunkt und die einzuspritzenden Menge genau geregelt werden können und bei der das Problem der Leckage nicht auftritt.
Erfindungsgemäss werden diese Ziele dadurch erreicht, dass der Fluidstrom der Nutzstrom, insbesondere der einzuspritzende Kraftstoff des Fluids ist und dass die Steuerelemente und die Durchtrittsöffnungen in zumindest einer Kammer des Gehäuses angeordnet sind und im Bereich der Durchtrittsöffnungen mit dem Gehäuse einen Dichtspalt bilden, der wesentlich enger ist als der Abstand der Steuerelemente vom Gehäuse in den übrigen Bereichen.
Durch diese Massnahme der direkten Regelung erreicht man einerseits eine verbesserte Genauigkeit des Einspritzzeitpunktes und eine bessere Regelbarkeit der eingespritzten Menge und andererseits wird durch die Art der Ausgestaltung der Bereiche der Durchtrittsöffnungen und der anderen Bereiche des Gehäuses im Zusammenhang mit den Steuerelementen eine wesentlich verbesserte Abdichtung erzielt, da in diesem relativ kleinen Bereich ein wesentlich engerer Dicht- spalt vorgesehen werden kann, als es bei vorbekannten Vorrichtungen wegen der Wärmedehnung, den Fertigungstoleranzen und der Reibung möglich war.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die zwei Kammern koaxial zueinander angeordnet sind, und dass die Durchtrittsöffnungen fluchtend in einer Zwischenwand zwischen den Kammern ausgebildet und mittels eines Durchlasses miteinander verbunden sind. Durch diese Massnahme ist es möglich, die Vorrichtung besonders kompakt auszubilden.
In einer anderen bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass eine Kammer mit zwei Durchtritts- öffnungen, nämlich einer Zuflussöffnung und einer Abflussöffnung, und zwei Steuerelementen vorge- sehen ist, von denen das eine Steuerelement die Öffnungszeit der Zuflussöffnung und das andere die Öffnungszeit der Abflussöffnung des Nutzstromes des Fluids bestimmt. Durch diese Massnahme ist eine besonders kompakte Ausführungsform erreichbar.
Ineiner bevorzugten Variante weist zumindest eine Durchtrittsöffnung die Form eines schma- len Schlitzes auf. Dadurch ist es insbesonders bei kurzen Förderzeiten möglich, diese exakt einzu- halten.
In einer Weiterbildung der erstgenannten Variante ist vorgesehen, dass die fluchtenden Durch- trittsöffnungen jeweils die Form eines schmalen Schlitzes aufweisen und radial zur Rotationsachse der Steuerelemente angeordnet sind und dass die Steuerelemente Scheibenform aufweisen, wobei
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ihre beiden Steuerbereiche kreissegmentförmig ausgebildet sind. Dies ermöglicht eine Ausbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung, die radial wenig Platz benötigt.
In einer anderen Ausgestaltung, bei der die Steuerelemente Walzenform aufweisen und ihre Steuerbereiche von ihrem Mantel und dessen längsnutförmigen Unterbrechung gebildet sind, ist vorgesehen, dass die schlitzförmigen Durchtrittsöffnungen parallel zur Rotationsachse der Steuer- elemente verlaufen. Diese Ausführungsform ermöglicht es, die Vorrichtung mit geringer axialer Ausdehnung auszubilden.
In einer vorteilhaften Variante ist vorgesehen, dass in Strömungsrichtung des Nutzstromes des Fluids eine weitere Kammer mit einem Zusatzsteuerelement vorgesehen ist, das mit halber Frequenz den Durchfluss sperrt bzw. zulässt, wenn die anderen Steuerelemente den Durchfluss gestatten bzw. sperren. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Förderimputse kurz sind und der Impulsabstand gross ist, da sich dadurch das Verhältnis von der Weite des Durchtrittschlitzes zum Durchmesser der Steuerelemente nicht ungünstig auswirken kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Grundidee der Erfindung ist vorgesehen, dass jede Kammer mehrere, am Umfang vorzugsweise gleichmässig verteilte, Durchtrittsöffnungen aufweist.
Durch diese Massnahme können einerseits grössere Impulsfrequenzen erzielt werden. Es können anderseits auch die Drehzahlen der Steuerelemente herabgesetzt werden und es wird vor allem eine dynamische Stabilisierung der Steuerelemente erreicht.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in zwei beispielsweisen Ausführungsformen im Längs- und Querschnitt dargestellt Es zeigen : 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungs- gemässe Vorrichtung mit zwei hintereinander geschalteten Kammern, Fig. 2 und 3 Schnitte nach den Linien 11-11 und 111-111 in Fig. 1, Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Bemessungseinrichtung, bei der radiale schlitzförmige Durchtrittsöffnungen vorgesehen sind und Fig. 5 und 6 Schnitte nach den Linien V-V und VI-VI in Fig. 4.
In einem Gehäuse 1 sind gemäss Fig. 1 zwei Kammern 2 und 3 durch eine Verbindungsleitung 4 miteinander verbunden. Die Kammer 2 ist mit einer Zuflussleitung 5 für das zu fördernde Medium und die Kammer 3 mit einer Abflussleitung 6 versehen.
In beiden Kammern befinden sich rotierende Steuerelemente 7,8, die je für sich mittels eines Motors 9,10 angetrieben sind. Diese Steuerelemente wirken mit schlitzförmigen Durchtrittsöff- nungen 11 (Schlitzdüsen) zusammen, welche in radial angeordneten Schiebern 12 vorgesehen sind. Die Schieber sind in je einer Ausnehmung 13 angesetzt und ihr rohrförmiger Fortsatz 14 ist gegenüber der Gehäusebohrung 15 mittels eines Dichtringes 16 abgedichtet.
Die Steuerelemente 7,8 sind im allgemeinen zylindrisch ausgebildet und weisen am Umfang eine ringsegmentförmige Ausnehmung 17 auf, die mittels einer Bohrung 18 mit der Kammer 2 bzw.
Kammer 3 in ständiger Verbindung steht. Durch den Druck des Mediums wird der Schieber 12 dichtend an jedes Steuerelement angepresst. Das Steuerelement 7 regelt den Zufluss zur Kammer 2 und das Steuerelement 8 den Zufluss zur Kammer 3. Wenn und solange die beiden schlitzförmigen Durchtrittsöffnungen 11von den Steuerelementen 7 und 8 freigegeben sind, kann das unter Druck stehende Medium die Kammern 2 und 3 durchfliessen, so dass die gleiche Menge durch die Zuleitung 5 zu- sowie durch die Abflussleitung 6 abfliesst
Die beiden Steuerbereiche jedes Steuerelementes 7,8 werden von der Mantelfläche 17' und von der Ausnehmung 17 gebildet, die durch scharfe Kanten 20, 21 voneinander getrennt sind.
Die Steuerelemente 7,8 bzw. deren Mantelflächen 17' und deren Stirnflächen 17" weisen vom Gehäuse 1 bzw. dessen inneren Oberfläche 1;' einen relativ grossen Abstand 31 auf. Dadurch wird es möglich, mit grossen Fertigungstoleranzen zu arbeiten, Wärmedehnungen müssen nicht beach- tet werden und die Reibung der im Kreisspalt rotierenden Steuerelemente ist vernachlässigbar.
Nur im Bereich der Durchtrittsöffnungen 11 wird der Dichtspalt 32 erfindungsgemass so stark verengt, wie es bisher aus den oben genannten Gründen unerreichbar war, wodurch die Leckage im Vergleich zu vorbekannten Vorrichtungen wesentlich verringert wird. Dabei treten durch die relativ kleine Fläche keine merkliche Erhöhung der Reibung und keine Probleme mit den Toleran- zen und der Wärmedehnung auf.
Rotieren die Steuerelemente 7 und 8 in Richtung der Pfeile 19 um ihre Drehachse 33, so bestimmt die Kante 20 des Steuerelementes 8 den Förderbeginn und beendet die Kante 21 des
Steuerelementes 7 den Fördervorgang. Je nach der Phasenlage der beiden Steuerelemente 7 und
8 ergibt sich eine entsprechende Fördermenge. Durch kurzzeitige Verzögerung oder Beschleuni-
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gung der Drehbewegung beider Steuerelemente 7 und 8 kann der Zeitpunkt des Förderbeginns geregelt werden. In diesem Fall erfolgt die Verzögerung und Beschleunigung der Drehbewegung für die Antriebe 9 und 10 synchron. Wird nur ein Antrieb verzögert oder beschleunigt, so wird die Phasenlage der beiden Steuerelemente 7 und 8 zueinander verändert und damit die Fördermenge.
Diese Ausführungsform kann insoweit verändert werden, als die Steuereinrichtung der Kammer 3 dem Abfluss 6 zugeordnet wird. In diesem Falle werden die Kammern 2 und 3 durch eine Öffnung in der Zwischenwand 22 miteinander verbunden oder beide Kammern werden zu einer einzigen vereinigt, so dass die Leitung 4 entfallen kann. An ihre Stelle kann die Leitung 6 treten.
Beiden Varianten ist gemeinsam, dass die Durchtrittsöffnungen 11 parallel zur Drehachse 33 der Steuerelemente 7 und 8 angeordnet sind.
In den Fig. 4 bis 6 ist eine Bauart dargestellt, bei der die schlitzförmigen Durchtrittsöffnungen 35 der Kammern 23,24 radial zur Drehachse 34 der Steuerelemente 27,28 verlaufen. Die Kammern 23,24 sind durch einen Durchlass bzw. eine Verbindungsleitung 25, die eine Durch- brechung der Zwischenwand 26 mit gleichbleibendem Querschnitt darstellt, miteinander verbun- den. Die Steuerelemente 27,28 weisen Scheibenform auf und sind mit kreisringteilförmigen Ausnehmungen 29 versehen.
Aus den Fig. 4 bis 6 ist zu entnehmen, dass ein Durchfluss des Mediums durch die Kammern 23, 24 möglich ist, wenn die Durchtrittsschlitze 35 von den beiden Ausnehmungen 29 freigegeben ist.
Die Wirkungsweise ist hiebei analog der bereits beschriebenen. Hier sind die beiden Steuer- bereiche von der Stirnfläche 29' und der Ausnehmung 29 gebildet, die durch die Kanten 30,30' voneinander getrennt sind.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise ein einziger Antrieb für beide Steuerelemente vorgesehen werden, wenn eine Einrichtung verwendet wird, die eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Steuerelemen- ten zulässt.
In jenen Fällen, wo der Förderimpuls kurz und der Impulsabstand verhältnismässig gross ist, wirkt sich dies im Verhältnis von der Weite des Durchtrittsschlitzes zum Durchmesser der Steuer- elemente ungünstig aus. Nachdem die Schlitzweite nicht beliebig verringert werden kann, kommt es in solchen Fällen zu Steuerelementen mit grossem Durchmesser, für deren Unterbringung manchmal zu wenig Platz ist.
Eine erfindungsgemässe Lösung dieses Problems besteht darin, dass beispielsweise der Durch- messer der Steuerelemente bei unveränderter Weite des Durchtrittsschlitzes nur halb so gross ausgeführt wird. Dadurch ist die Unterbringung dieser Steuerelemente meist gewährleistet. Es ergibt sich aber dadurch eine Halbierung des Impulsabstandes, weshalb eine dritte Kammer in der Strömungsrichtung des Fluids vor- oder nachgeschaltet werden kann, die ein zusätzliches Steuerelement aufweist. Dieses ist mit einer solchen Drehzahl angetrieben, dass es mit halber Frequenz den Durchfluss sperrt bzw. zulässt, wenn die anderen Steuerelemente den Durchtritt gestatten bzw. sperren. Dadurch wird von den beschriebenen Steuerelementen nur jeder zweite
Förderimpuls wirksam.
Umgekehrt kann es erwünscht sein, dass der Impulsabstand gegenüber der Impulslänge verhältnismässig kurz ist. In diesem Fall wird z. B. die Kammer 2 mit einer zweiten, dritten oder vierten Zulaufleitung 5 verbunden und ebenso viele Übergangsleitungen 4 vorgesehen. Eine solche rasche Impulsfolge ist beispielsweise bei hydraulischen Stellmotoren und dergleichen erwünscht. Hier wird die periodisch geförderte Fluidmenge zum Verstellen eines Kolbens in einem hydraulischen Zylinder benutzt
Die Drehrichtung der Steuerelemente kann auch gegenläufig sein. Die Durchtrittsöffnungen 11 müssen nicht genau parallel oder senkrecht zur Drehachse der Steuerelemente verlaufen, sie können hiezu auch schräg angeordnet sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Bemessung von periodisch, vorzugsweise mit hoher Frequenz, z.B.
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