AT520109B1

AT520109B1 - Reversible Pumpe

Info

Publication number: AT520109B1
Application number: ATA50572/2017A
Authority: AT
Inventors: Davydov Vitaly; Van Der Hardt Aberson Frederik
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2019-09-15
Also published as: AT520109A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein reversible Pumpe (1) mit zumindest einem in einem Gehäuse (2) drehbar gelagerten Rotor (3) und einem in Abhängigkeit der Drehrichtung (A, B) des Rotors (3) schaltenden Ventil (12), wobei im Gehäuse (2) eine an den Rotor (3) grenzende erste Pumpenkammer (10) und eine an den Rotor (3) grenzende zweite Pumpenkammer (11) angeordnet sind und das Gehäuse (2) zumindest einen Eintrittströmungsweg (5) und zumindest einen Austrittströmungsweg (9) aufweist und im Gehäuse (2) ein zwischen zumindest zwei Ventilpositionen verschiebbarer Ventilkörper (13) des Ventils (12) angeordnet ist, wobei in zumindest einer einer ersten Drehrichtung (A) des Rotors (3) zugeordneten ersten Ventilposition die erste Pumpenkammer (10) mit dem Eintrittströmungsweg (5) und die zweite Pumpenkammer (11) mit dem Austrittströmungsweg (9) verbunden sind und die zweite Pumpenkammer (11) durch einen zweiten Verschlussteil (16) des Ventilkörpers (13) vom Eintrittströmungsweg (5) getrennt ist, und wobei in zumindest einer einer zweiten Drehrichtung (B) des Rotors (3) zugeordneten zweiten Ventilposition die zweite Pumpenkammer (11) mit dem Eintrittströmungsweg (5) und die erste Pumpenkammer (10) mit dem Austrittströmungsweg (9) verbunden sind und die erste Pumpenkammer (10) durch einen ersten Verschlussteil (15) des Ventilkörpers (13) von dem Eintrittströmungsweg (5) getrennt ist. Um auf einfache und platzsparende Weise eine Begrenzung des Pumpendruckes zu ermöglichen ist vorgesehen, dass die Pumpe (1) eine integrierte Druckbegrenzungseinrichtung (23) aufweist, welche bei Überschreiten eines definierten Schwelldruckes (ps) in der ersten und/oder der zweiten Pumpenkammer (10, 11) zumindest eine Bypass-Strömungsverbindung (26a, 26b) zwischen der ersten (10) und der zweiten Pumpenkammer (11) öffnet, und unterhalb des Schwelldruckes (ps) die Bypass-Strömungsverbindung (26a, 26b) zwischen der ersten (10) und der zweiten Pumpenkammer (11) schließt.

Description

Patentamt

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine reversible Pumpe mit zumindest einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten Rotor und einem in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Rotors schaltenden Ventil, wobei im Gehäuse eine an den Rotor grenzende erste Pumpenkammer und eine an den Rotor grenzende zweite Pumpenkammer angeordnet sind und das Gehäuse zumindest einen Eintrittströmungsweg und zumindest einen Austrittströmungsweg aufweist und im Gehäuse ein zwischen zumindest zwei Ventilpositionen verschiebbarer Ventilkörper des Ventils angeordnet ist, wobei in zumindest einer, einer ersten Drehrichtung des Rotors zugeordneten ersten Ventilposition die erste Pumpenkammer mit dem Eintrittströmungsweg und die zweite Pumpenkammer mit dem Austrittströmungsweg verbunden sind und die zweite Pumpenkammer durch einen zweiten Verschlussteil des Ventilkörpers vom Eintrittströmungsweg getrennt ist, und wobei in zumindest einer, einer zweiten Drehrichtung des Rotors zugeordneten zweiten Ventilposition die zweite Pumpenkammer mit dem Eintrittströmungsweg und die erste Pumpenkammer mit dem Austrittströmungsweg verbunden sind und die erste Pumpenkammer durch einen ersten Verschlussteil des Ventilkörpers von dem Eintrittströmungsweg getrennt ist.

[0002] Eine reversible Pumpe dieser Art ist aus der US 4,728,260 A bekannt. Im Gehäuse der Pumpe ist dabei ein druckbetätigtes Sitzventil angeordnet, welches zwei als Ventilteller ausgebildete Verschlussteile aufweist, die auf unterschiedlichen Enden eines Schaftes des Ventils angeordnet sind. Das Ventil weist zwei Ventilpositionen auf, wobei in einer ersten Ventilposition eine an den Rotor der Pumpe grenzenden erste Pumpenkammer der Pumpe mit dem Eintrittströmungsweg und die zweite Pumpenkammer mit einem ersten Austrittströmungsweg verbunden und durch den ersten Verschlussteil vom Eintrittströmungsweg getrennt ist. In der zweiten Position des Ventils ist die zweite Pumpenkammer mit dem Eintrittströmungsweg verbunden und die erste Pumpenkammer durch den ersten Verschlussteil des Ventils vom Eintrittströmungsweg getrennt. Dabei ist die erste Pumpenkammer mit einem zweiten Austrittströmungsweg verbunden.

[0003] Weitere reversible Pumpen dieser Art sind aus den Veröffentlichungen US 5,934,872 A, US 4,824,332 A, US 5,486,089 A, US 4,874,298 A oder FR 2 654 470 A1 bekannt.

[0004] Derartige Pumpen werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Eventuelle Begrenzungen der maximalen Pumpendrücke erfolgen üblicherweise über externe Druckbegrenzungsventile. Dies erfordert allerdings zusätzlichen Bauraum, erhöht die Anzahl der Bauteile und damit den Fertigungs- und Montageaufwand.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und auf einfache und platzsparende Weise eine Begrenzung des Pumpendruckes zu ermöglichen.

[0006] Erfindungsgemäß wird die Lösung dieser Aufgabe bei einer eingangs genannten Pumpe dadurch gelöst, dass die Pumpe eine integrierte Druckbegrenzungseinrichtung aufweist, welche bei Überschreiten eines definierten Schwelldruckes in der ersten oder der zweiten Pumpenkammer eine Bypass-Strömungsverbindung zwischen der ersten und der zweiten Pumpenkammer öffnet, und unterhalb des Schwelldruckes die Bypass-Strömungsverbindung zwischen der ersten und der zweiten Pumpenkammer schließt.

[0007] Die Pumpe kann eine rotierende Verdrängerpumpe - beispielsweise eine Drehschieberpumpe, Kreiskolbenpumpe, Drehkolbenpumpe oder Zahnradpumpe - sein. Der Begriff Rotor umfasst somit sowohl Schieber aufweisende Laufräder, als auch miteinander kämmende Förderräder mit Innen- oder Außenverzahnung bzw. Kreis- oder Drehkolben.

[0008] Dadurch, dass die Druckbegrenzungseinrichtung in das Gehäuse der Pumpe integriert ist, kann Bauraum eingespart werden. Weiterhin führt die Integration des Druckbegrenzungsventils zu einer kurzen Bypass-Strömungsverbindung und damit zu geringeren hydraulischen Verlusten.

[0009] Um Bauteile zu sparen, kann die Druckbegrenzungseinrichtung durch das Ventil gebildet sein, wobei vorzugsweise die Druckbegrenzungseinrichtung zumindest eine in zumindest einer

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Ventilposition - vorzugsweise in zumindest einer dritten oder vierten Ventilposition - auf den Ventilkörper wirkende Druckbegrenzungsfeder aufweist. Durch die Druckbegrenzungsfeder wird der Schwelldruck festgelegt, ab dem die Bypass-Strömungsverbindung zwischen der ersten und der zweiten Pumpenkammer geöffnet wird.

[0010] Ein besonders geringer Fertigungs- und Montageaufwand lässt sich dabei erreichen, wenn der Ventilkörper zumindest einen dritten Verschlussteil aufweist, welcher in zumindest einer dritten und/oder vierten Ventilposition die Bypass-Strömungsverbindung zwischen der ersten Pumpenkammer und der zweiten Pumpenkammer öffnet und in zumindest einer anderen - vorzugsweise der ersten und/oder zweiten Ventilposition - die Bypass-Strömungsverbindung zwischen der ersten Pumpenkammer und der zweiten Pumpenkammer schließt. Die dritte Ventilposition ist dabei der ersten Drehrichtung, die vierte Ventilposition der zweiten Drehrichtung des Rotors zugeordnet.

[0011] Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht dabei vor, dass der dritte Verschlussteil an einem Schaft des Ventilkörpers - vorzugsweise mittig - zwischen dem ersten und dem zweiten Verschlussteil angeordnet ist.

[0012] In einer äußerst kompakten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventil als Kolbenschieberventil ausgebildet ist, wobei zumindest ein Verschlussteil - vorzugsweise zumindest der dritte Verschlussteil - als Steuerkolben ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass der erste und/oder zweite Verschlussteil als Steuerkolben ausgebildet ist/sind. Um eine selbsttätige Verschiebung des Ventilkörpers durch den von der Pumpe erzeugten Druck zu ermöglichen, ist es dabei vorteilhaft, wenn der erste und/oder zweite Verschlussteil einerseits, und der dritte Verschlussteil andererseits an dieselbe Pumpenkammer grenzende Druckangriffsflächen von unterschiedlicher Größe aufweisen.

[0013] Zur Steuerung des Eintrittströmungswegs und/oder Austrittströmungswegs können im Rahmen der Erfindung die Verschlussteile eine oder mehrere Steuerkanten aufweisen. So ist in einer Ausführungsvariante vorgesehen, dass der erste Verschlussteil eine erste Steuerkante zur Steuerung einer ersten Eintrittsöffnung des Eintrittströmungswegs aufweist. Der zweite Verschlussteil kann in analoger Weise eine zweite Steuerkante zur Steuerung einer zweiten Eintrittsteueröffnung des Eintrittströmungswegs aufweisen. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass der dritte Verschlussteil zumindest eine - vorzugsweise zwei voneinander axial beabstandete - dritte Steuerkante(n) zur Steuerung einer Austrittsteueröffnung des Austrittströmungswegs und/oder der Bypass-Strömungsverbindung aufweist.

[0014] Um unabhängig von der Drehrichtung des Rotors der Pumpe eine Begrenzung des Druckes zu ermöglichen, ist es besonders günstig, wenn im Bereich jedes Endes des Ventilkörpers jeweils eine Druckbegrenzungsfeder angeordnet ist, wobei vorzugsweise zumindest eine Druckbegrenzungsfeder im Gehäuse gelagert ist.

[0015] Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass zumindest eine Druckbegrenzungsfeder erst ab einer definierten axialen Auslenkung des Ventilkörpers auf diesen einwirkt, wobei vorzugsweise zumindest eine Bypass-Strömungsverbindung durch die zugeordnete dritte Steuerkante erst freigebbar ist, wenn die Druckbegrenzungsfeder auf den Ventilkörper einwirkt. Der Ventilkörper kann somit bis zum Erreichen des Schwelldruckes durch den von der Pumpe erzeugten Druck unbehindert bis zum vollständigen Ab- bzw. Zusteuern der Austritts- und Eintrittsteueröffnungen verschoben werden, ohne dass eine Rückstellkraft durch eine Druckbegrenzungsfeder auf den Ventilkörper einwirkt. Erst wenn der von der Pumpe erzeugte Druck größer ist als der definierte Schwelldruck wirkt die Federkraft der entsprechenden Druckbegrenzungsfeder auf den Ventilkörper ein, wobei nun der Ventilkörper entgegen der Rückstellkraft der Druckbegrenzungsfeder weiterverschoben wird, bis die Bypass-Strömungsverbindung durch die entsprechende dritte Steuerkante des dritten Verschlussteils freigegeben wird. Durch die Abströmung des geförderten Fluides von der druckseitigen in die saugseitige Pumpenkammer kommt es zu einer Druckentlastung in der druckseitigen Pumpenkammer. Bei Erreichen des definierten Schwellwertes in der druckseitigen Pumpenkammer der Pumpe stellt sich ein Gleichgewicht zwischen den auf den Ventilkörper wirkenden Kräften ein - also zwischen der

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Rückstellkraft der Druckbegrenzungsfeder und der resultierenden Auslenkkraft zu Folge des auf die Druckangriffsflächen der Verschlussteile wirkenden durch die Pumpe erzeugten Druckes.

[0016] In Weiterführung der Erfindung ist vorgesehen, dass in einer der Ruhelage des Rotors zugeordneten fünften Ventilposition der Austrittströmungsweg und/oder die Bypass-Strömungsverbindung zwischen der ersten und der zweiten Pumpenkammer geschlossen ist. Die fünfte Ventilposition kann dabei durch eine mittige Lage des Ventilkörpers definiert sein. Zur Positionierung des Ventilkörpers in der mittigen Lage können Rückstellfedern mit geringerer Federkraft als die Druckbegrenzungsfedern vorgesehen sein, welche beispielsweise jeweils an den Enden des Ventilkörpers angreifen. Die mittlere Position des Ventilkörpers stellt sich dabei durch das Kräftegleichgewicht der entgegen wirkenden Rückstellfedern ein. Dadurch, dass die Austrittsteueröffnung in der fünften Ventilposition geschlossen ist, wird ein Rückströmen des Fluides verhindert und der Druck der Anlage, in der die Pumpe verbaut ist, gehalten. Somit kann gegebenenfalls auf ein Rückschlagventil verzichtet werden. Die Pumpe weist somit neben der Förderfunktion und der Druckbegrenzungsfunktion auch eine Rückströmverhinderungsfunktion bei Stillstand des Laufrades der Pumpe auf.

[0017] Die Erfindung wird im Folgenden an Hand des in den nicht einschränkenden Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen schematisch:

[0018] Fig. 1	eine erfindungsgemäße Pumpe in einem Querschnitt in einer ersten Ventilposition in einer ersten Ausführungsvariante,
[0019] Fig. 2 [0020] Fig. 3 [0021] Fig. 4 [0022] Fig. 5 [0023] Fig. 6	diese Pumpe in einem Querschnitt in einer zweiten Ventilposition, diese Pumpe in einem Querschnitt in einer dritten Ventilposition, diese Pumpe in einem Querschnitt in einer vierten Ventilposition, diese Pumpe in einem Querschnitt in einer fünften Ventilposition, eine erfindungsgemäße Pumpe in einem Querschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante in einer der fünften Ventilposition entsprechenden Stellung,
[0024] Fig. 7	diese Pumpe in einem Querschnitt in einer der zweiten Ventilposition entsprechenden Stellung,
[0025] Fig. 8	diese Pumpe in einem Querschnitt der vierten Ventilposition entsprechenden Stellung,
[0026] Fig. 9	ein Kraft/Weg - Diagramm für die Auslenkung des Ventilkörpers der Pumpe in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante und

[0027] Fig. 10 ein Kraft/Weg - Diagramm für die Auslenkung des Ventilkörpers der Pumpe in der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante.

[0028] Die Fig. 1 bis 5 zeigen jeweils eine Pumpe 1 zur Förderung eines Fluides - beispielsweise eine Drehschieberpumpe, Kreiskolbenpumpe, Drehkolbenpumpe oder Zahnradpumpe - mit einem Gehäuse 2, in welchem zumindest ein durch Bezugszeichen 3 angedeuteter Rotor angeordnet ist. Das Gehäuse 2 weist eine Eintrittsöffnung 4 auf, von welcher ein Eintrittströmungsweg 5 ausgeht, welcher einen ersten Eintrittsteilkanal 6 und einem zweiten Eintrittsteilkanal 7 aufweist. Weiters weist das Gehäuse 2 eine Austrittsöffnung 8 auf, zu welcher ein kurzer Austrittströmungsweg 9 führt.

[0029] Im Gehäuse 2 ist eine erste Pumpenkammer 10 und eine zweite Pumpenkammer 11 angeordnet, welche an den Rotor 3 grenzen. Im Ausführungsbeispiel sind die Pumpenkammern 10, 11 diametral in Bezug auf den Rotor 3 angeordnet. Abhängig von der Drehrichtung des Rotors 3 bildet die erste Pumpenkammer 10 die Saugseite und die zweite Pumpenkammer 11 die Druckseite oder aber die erste Druckkammer 10 die Druckseite und die zweite Druckkammer 11 die Saugseite des Rotors 3 der Pumpe 1 aus.

[0030] Um die Pumpe 1 bei unterschiedlichen Drehrichtungen des Rotors 3 ohne Umkehr der Förderrichtungen des Fluides im Eintrittströmungsweg 5 und Austrittströmungsweg 8 betreiben

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Patentamt zu können, ist innerhalb des Gehäuses 2 ein Ventil 12 mit einem im Gehäuse 2 verschiebbar gelagerten Ventilkörper 13 angeordnet, wobei der Ventilkörper 13 einen Schaft 14 aufweist, auf welchem ein erster Verschlussteil 15, ein zweiter Verschlussteil 16 und ein dritter Verschlussteil 17 angeordnet sind. Der erste Verschlussteil 15 und der zweite Verschlussteil 16 sind dabei an jeweils einem Ende 14a, 14b des Schaftes 14 und der dritte Verschlussteil 17 mittig zwischen dem ersten Verschlussteil 15 und dem zweiten Verschlussteil 16 angeordnet.

[0031] Der erste Verschlussteil 15 dient zur Steuerung einer ersten Eintrittsteueröffnung 6a des ersten Eintrittsteilkanals 6, der zweite Verschlussteil 16 zur Steuerung einer zweiten Eintrittsteueröffnung 7a des zweiten Eintrittsteilkanals 7.

[0032] Das Ventil 12 ist im Ausführungsbeispiel als Kolbenschieberventil und die Verschlussteile 15, 16, 17 sind jeweils als Steuerkolben beispielsweise mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, wobei der erste Verschlussteil 15 eine der ersten Eintrittsteueröffnung 6a zugewandte erste Steuerfläche 15a mit einer der ersten Pumpenkammer 10 zugewandten ersten Steuerkante 15b aufweist. Der zweite Verschlussteil 16 weist in analoger Weise eine der zweiten Eintrittsteueröffnung 7a des ersten Eintrittsteilkanals 7 zugewandte zweite Steuerfläche 16a mit einer der zweiten Pumpenkammer 11 zugewandten zweiten Steuerkante 16b auf. Bei Überfahren der ersten bzw. zweiten Eintrittsteueröffnung 6a bzw. 7a durch die erste Steuerkante 15b bzw. zweite Steuerkante 16b wird der erste Eintrittsteilkanal 6 bzw. zweite Eintrittsteilkanal 7 aufoder zugesteuert.

[0033] Der dritte Verschlussteil 17 hat mehrere Funktionen. Mit seinen einander abgewandten Druckangriffsflächen 18a, 18b, welche beispielsweise normal zur Verschiebeachse 13a des Ventilkörpers 13 ausgebildet sind, dient er einerseits als Betätigungskolben zur Verschiebung des Ventilkörpers 13. Die Druckangriffsflächen 18a, 18b des dritten Verschlussteils 17 - bzw. deren Projektionsfläche auf eine Normalebene auf die Verschiebeachse 13a - sind größer als die entsprechenden entgegen gerichteten wirksamen Druckangriffsflächen 19a, 19b - bzw. deren Projektionsflächen auf eine Normalebene auf die Verschiebeachse 13a - des ersten Verschlussteils 15 und des zweiten Verschlussteils 16. Da die Druckangriffsflächen 18a und 19a an die erste Pumpenkammer 10 und die Druckangriffsflächen 18b, 19b an die zweite Pumpenkammer 11 grenzen bildet sich bei einer Druckdifferenz zwischen der ersten Pumpenkammer 10 und der zweiten Pumpenkammer 11 eine auf den Ventilkörper 13 in Richtung der Verschiebeachse 13a wirkende resultierende Verschiebekraft, welche eine Verschiebung des Ventilkörpers 13 bewirkt.

[0034] Weiters dient der dritte Verschlussteil 17 dazu, eine Strömungsverbindung zwischen der jeweils druckseitigen Pumpenkammer 10, 11; 11, 10 und dem Austrittströmungsweg 9 herzustellen und gleichzeitig die Strömungsverbindung zwischen der jeweils saugseitigen Pumpenkammer 11, 10; 10, 11 und dem Austrittströmungsweg 9 zu unterbrechen. Dazu weist der dritte Verschlussteil 17 eine parallel zur Verschiebeachse 13a ausgebildete Austrittsteuerfläche 20 mit zwei einander abgewandten Steuerkanten 20a, 20b auf. Bei Überfahren der dem Ventilkörper 13 zugewandten Austrittsteueröffnung 9a des Austrittströmungsweges 9 durch die Austrittsteuerkanten 20a, 20b des dritten Verschlussteils 17 wird Austrittströmungsweg 9 entsprechend auf- oder zugesteuert und - bei vollständiger Querung der Austrittsteueröffnung 9a durch den dritten Verschlussteil 17 - der Austrittströmungsweg 9 zwischen den Pumpenkammern 10, 11 also von der zweiten Pumpenkammer 11 auf die erste Pumpenkammer 10 bzw. von der ersten Pumpenkammer 10 auf die zweite Pumpenkammer 11 - umgeschaltet. Gleichzeitig erfolgt durch die ersten und zweiten Verschlussteile 15, 16 die Umschaltung des Eintrittströmungswegs 5 von der ersten Pumpenkammer 10 auf die zweite Pumpenkammer 11 bzw. von der zweiten Pumpenkammer 10 auf die erste Pumpenkammer 10.

[0035] Darüber hinaus erfüllt der dritte Verschlussteil 17 auch eine Druckbegrenzungsfunktion und ist zusammen mit an den Enden 14a, 14b des Ventilkörpers angeordneten Druckbegrenzungsfedern 21, 22 Teil einer in die Pumpe 1 integrierten Druckbegrenzungseinrichtung 23. Die Druckbegrenzungsfunktion dient dazu um die Größe des maximal auftretenden Anlagendruckes zu begrenzen, sodass Schäden in Folge Druckspitzen in der durch die Pumpe versorgten Anla

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Patentamt ge vermieden werden können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Druckbegrenzungsfeder 21, 22 im Gehäuse 2 gelagert. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Druckbegrenzungsfedern 21, 22 am Ventilkörper 13 zu lagern.

[0036] Somit wird Druckbegrenzungseinrichtung 23 durch das Ventil 12 selbst gebildet.

[0037] Der dritte Verschlusskörper 17 weist diametral zur Austrittsteuerfläche 20 eine parallel zur Verschiebeachse 13a ausgebildete Bypass-Steuerfläche 24 mit zwei einander abgewandten Bypass-Steuerkanten 24a, 24b auf. Die Bypass-Steuerfläche 24 und die Bypass-Steuerkanten 24a, 24b wirken mit einer entsprechenden gehäusefesten Gegenfläche 25 und Kanten 25a, 25b zusammen, wobei bevorzugt die Erstreckung a der Gegenfläche 25 zwischen den beiden Kanten 25a, 25b kleiner ist als der maximal mögliche Verschiebeweg L des Ventilkörpers 13 zwischen seinen beiden Endlagen innerhalb der Normalauslenkung, also ohne dass die Druckbegrenzungsfedern 21, 22 durch den Ventilkörper 13 ausgelenkt werden.

[0038] Sobald bei einer Verschiebebewegung des dritten Ventilkörpers 17 sich die BypassSteuerfläche 24 des dritten Verschlussteils 17 und die Gegenfläche 25 des Gehäuses 2 nicht mehr überdecken, wird eine erste Bypass-Strömungsverbindung 26a (Fig. 3) bzw. zweite Bypass-Strömungsverbindung 26b (Fig. 4) zwischen der ersten Pumpenkammer 10 und der zweiten Pumpenkammer 11 freigegeben, wodurch eine Druckentlastung zwischen der Druckseite und der Saugseite eintritt, bis der Pumpendruck p wieder unterhalb des Schwelldruckes p_s sinkt.

[0039] Um den Betrieb der Pumpe 1 im Bereich des normal zulässigen Anlagendruckes - also unterhalb eines definierten Schwelldruckes p_s - nicht einzuschränken oder zu behindern, wirken die Druckbegrenzungsfedern 21, 22 erst auf den Ventilkörper 13 ein, wenn die Auslenkung des Ventilkörpers 13 - bezogen auf seine Mittelstellung - den Wert einer definierten Normalauslenkung ±x_s übersteigt (Fig. 6). In der in Fig. 5 dargestellten Mittelposition, welche beispielsweise dem Ruhezustand der Pumpe 1 entspricht, ist der Ventilkörper 13 sowohl von der ersten Druckbegrenzungsfeder 21, als auch von der zweiten Druckbegrenzungsfeder 22 - in axialer Richtung, also in Richtung der Verschiebeachse 13a b - beabstandet, wobei die axialen Abstände zwischen dem ersten Verschlussteil 15 und der ersten Druckbegrenzungsfeder 21 einerseits und dem zweiten verschlussteil 16 und der zweiten Druckbegrenzungsfeder 22 andererseits dem Wert der definierten Normalauslenkung x_s entspricht. Wird der Ventilkörper 13 durch den erhöhten erzeugten Druck p der Pumpe 1 über die Normalauslenkung ±x_s hinaus entgegen der Rückstellkraft der entsprechenden Druckbegrenzungsfeder 21; 22 ausgelenkt, so gibt die entsprechende Bypass-Steuerkante 24a, 24b des dritten Verschlussteils 17 die BypassStrömungsverbindung 26a, 26b zwischen erster Pumpenkammer 10 und zweiter Pumpenkammer 11 frei. Die Freigabe der Bypass-Strömungsverbindung 26a, 26b erfolgt dabei, sobald sich die entsprechende druckseitige Bypass- Steuerkante 24a, 24b von der parallel zur Verschiebeachse 13a des Ventilkörpers 13 ausgebildeten Gegenfläche 25 des Gehäuses 2 löst.

[0040] Mittels des zweiten Verschlussteils 16 kann in der in Fig. 1 dargestellten ersten Ventilposition der zweite Eintrittsteilkanal 7 und mittels des ersten Verschlussteils 15 kann in der in Fig. 2 dargestellten zweiten Ventilposition der erste Eintrittsteilkanal 6 verschlossen werden. Durch Schließen der ersten Eintrittsteueröffnung 6a des ersten Eintrittsteilkanals 6 wird die Strömungsverbindung zwischen dem Eintrittströmungsweg 5 und der ersten Pumpenkammer 10 getrennt. Durch Öffnen der ersten Eintrittsteueröffnung 6a wird die Strömungsverbindung zwischen dem ersten Eintrittsteilkanal 6 und der ersten Pumpenkammer 10 hergestellt. Analog dazu wird durch Schließen der zweiten Eintrittsteueröffnung 7a des zweiten Eintrittsteilkanals 7 die Strömungsverbindung zwischen dem Eintrittströmungsweg 5 und der zweiten Pumpenkammer 11 getrennt. Durch Öffnen der zweiten Eintrittsteueröffnung 7a wird die Strömungsverbindung zwischen dem zweiten Eintrittskanal 7 und der zweiten Pumpenkammer 11 hergestellt.

[0041] Die in den Fig. 6 bis 8 dargestellte zweite Ausführungsvariante der Pumpe 1 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 bis 5 gezeigten ersten Ausführung dadurch, dass der Ventilkörper 13 eine definierte Ruhelage aufweist, welche durch zumindest eine Positioniereinrichtung 27 für den Ventilkörper 13 gebildet wird. Im in den Fig. 6 bis 8 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind als Positioniereinrichtung 27 zwei Positionierfedern 28, 29 vorgesehen,

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Patentamt welche koaxial zu den Druckbegrenzungsfedern 21, 22 angeordnet sind und auf die Enden 14a, 14b des Schaftes 14 des Ventilkörpers 13 - zum Unterschied zu den Druckbegrenzungsfedern 21, 22 - ständig einwirken. Die beiden beispielsweise baugleichen Positionierfedern 28, 29 können weicher ausgebildet sein, als die Druckbegrenzungsfedern 21, 22. Positionierfeder 28, 29 und Druckbegrenzungsfedern 21, 22 bilden somit an jedem Ende 14a, 14b des Schaftes eine zweistufige Federeinrichtung. Durch die Positionierfedern 28, 29 wird der Ventilkörper 13 bei stillstehendem Rotor 3 der Pumpe 1 in seiner Mittelstellung gehalten, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Alternativ zu Positionierfedern 28, 29 kann die Positioniereinrichtung auch durch zumindest ein Rastelement gebildet sein, welches beispielsweise in der Mittelstellung des Ventilkörpers 13 bei deaktiviertem Rotor 3 einrastet und somit den Schaft 14 festhält. Die Haltekraft der Positionierfedern 28, 29 oder des Rastelementes darf dabei aber gerade so groß sein, dass bei drehendem Rotor 3 der Ventilkörper 13 ab einer definierten Druckdifferenz zwischen den beiden Pumpkammern 10, 11 aus der Mittelstellung ausgelenkt wird.

[0042] Das Ventil 12 der Pumpe 1 weist bei jeder der beiden Ausführungsvarianten folgende unterschiedliche Schaltzustände auf, wobei jeder Schaltzustand einer bestimmten Ventilposition entspricht:

[0043] Erste Ventilposition (Fig. 1) [0044] Der Rotor 3 der Pumpe 1 dreht in der ersten Drehrichtung A. Das Fluid wird entsprechend den Pfeilen S von der ersten Pumpenkammer 10 zur zweiten Pumpenkammer 11 gefördert, wodurch sich in der zweiten Pumpenkammer 11 Druck aufbaut. Der Druck p der Pumpe 1 wirkt auf die Druckangriffsfläche 18b des dritten Verschlussteils 17 und schiebt dadurch den Ventilkörper in die in Fig. 1 dargestellte linke Position, bis der erste Verschlussteil 15 des Ventilkörpers 13 an der ersten Druckbegrenzungsfeder 21 anliegt und diese somit eine Rückstellkraft auf den Ventilkörper 13 ausübt. Die Verschiebebewegung des Ventilkörpers 13 bewirkt, dass durch den ersten Verschlussteil 15 der erste Eintrittsteilkanal 6a freigegeben und somit mit der ersten Pumpenkammer 10 verbunden wird. Gleichzeitig wird durch die zweiten Verschlussteil 16 der zweite Eintrittsteilkanal 7 versperrt und durch den dritten Verschlussteil 17 die zweite Pumpenkammer 11 mit dem Austrittströmungsweg verbunden. Ist der Pumpendruck p kleiner als der Schwelldruck p_s, so bleibt die Druckbegrenzungseinrichtung 23 deaktiviert und die Bypass-Strömungsverbindung 26 geschlossen.

[0045] Zweite Ventilposition (Fig. 2, Fig. 7) [0046] Der Rotor 3 der Pumpe 1 dreht in der zweiten Drehrichtung B. Das Fluid wird entsprechend den Pfeilen S von der zweiten Pumpenkammer 11 zur ersten Pumpenkammer 10 gefördert, wodurch sich in der ersten Pumpenkammer 10 Pumpendruckdruck p aufbaut. Der Druck p der Pumpe 1 wirkt auf die Druckangriffsfläche 18a des dritten Verschlussteils 17 und schiebt dadurch den Ventilkörper 13 in die in Fig. 2 dargestellte rechte Position, bis der zweite Verschlussteil 16 des Ventilkörpers 13 die zweite Druckbegrenzungsfeder 22 kontaktiert und diese somit eine Rückstellkraft auf den Ventilkörper 13 ausübt. Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsvariante wird der Ventilkörper 13 entgegen der Rückstellkraft der zweiten Positionierfeder 29 in die in Fig. 7 dargestellte rechte Position geschoben. Die Verschiebebewegung des Ventilkörpers 13 bewirkt bei beiden Ausführungsvarianten, dass durch den zweiten Verschlussteil 15 der zweite Eintrittsteilkanal 7a freigegeben und somit mit der zweiten Pumpenkammer 11 verbunden wird. Gleichzeitig wird durch den ersten Verschlussteil 15 der erste Eintrittsteilkanal 6 versperrt und durch den dritten Verschlussteil 17 die erste Pumpenkammer 10 mit dem Austrittströmungsweg 9 verbunden. Ist der Pumpendruck p kleiner als der Schwelldruck p_s, so bleibt auch hier die Druckbegrenzungseinrichtung 23 deaktiviert und die Bypass-Strömungsverbindung 26 geschlossen.

[0047] Dritte Ventilposition (Fig. 3) [0048] Übersteigt der Pumpendruck p der gemäß Fig. 1 in erster Drehrichtung A des Rotors 3 betriebenen Pumpe den definierten Schwelldruck p_s, so wird der Ventilkörper 13 durch den auf die Druckangriffsfläche 18b wirkenden Pumpendruck p entgegen der Rückstellkraft der ersten

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Druckbegrenzungsfeder 21 weiter nach links geschoben, bis die Bypass-Steuerfläche 24 die gehäusefeste Gegenfläche 25 nicht mehr abdeckt, wodurch zwischen der Bypass-Steuerkante 24b und der Gegenkante 25a eine erste Bypass-Strömungsverbindung 26a freigegeben wird. Somit kann ein Teil des Fluid von der druckseitigen zweiten Pumpenkammer 11 in die saugseitige erste Pumpenkammer 10 zurückströmen und somit der erhöhte Pumpendruck p bis zum Erreichen des Schwellwert p_s abgebaut werden. Bei sinkendem Pumpendruck p wird der Ventilkörper 13 durch die erste Druckbegrenzungsfeder 21 wieder in die in Fig. 1 dargestellte Ventilposition verschoben und die erste Bypass-Strömungsverbindung 26a geschlossen.

[0049] Vierte Ventilposition (Fig. 4, Fig. 8) [0050] Analoges gilt auch für die in Fig. 2 bzw. 7 dargestellte zweite Drehrichtung B des Rotors 3 der Pumpe 1: Sobald der Pumpendruck p den definierten Schwelldruck p_s übersteigt, wird der Ventilkörper 13 durch den auf die Druckangriffsfläche 18a wirkenden Pumpendruck p entgegen der Rückstellkraft der zweiten Druckbegrenzungsfeder 22 weiter nach rechts geschoben, bis die Bypass-Steuerfläche 24 die gehäusefeste Gegenfläche 25 nicht mehr abdeckt, wodurch zwischen der Bypass-Steuerkante 24a und der Gegenkante 25b eine zweite Bypass-Strömungsverbindung 26b freigegeben wird. Somit kann ein Teil des Fluid von der druckseitigen ersten Pumpenkammer 10 in die saugseitige zweite Pumpenkammer 11 zurückströmen und somit der erhöhte Pumpendruck p bis zum Erreichen des Schwellwert p_s abgebaut werden. Bei sinkendem Pumpendruck p wird der Ventilkörper 13 durch die zweite Druckbegrenzungsfeder 22 wieder in die in Fig. 2 bzw. 7 dargestellte Ventilposition verschoben und die zweite BypassStrömungsverbindung 26b geschlossen.

[0051] Fünfte Ventilposition (Fig. 5, 6) [0052] Bei der Drehzahl null des Rotors 3 nimmt der Ventilkörper 13 eine Zwischenstellung ein, welche bei der in den Fig. 1 bis 5 gezeigten ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Pumpe 1 nicht genau definiert ist. Um zu gewährleisten, dass bei stillstehendem Rotor 3 der Ventilkörper 13 eine definierte Ruheposition einnimmt, ist in der zweiten Ausführungsvariante zumindest eine beispielsweise durch zwei Positionierfedern 28, 29 gebildete Positioniereinrichtung 27 vorgesehen, wie bereits oben beschrieben wurde. Durch die Positioniereinrichtung 27 wird bei stillstehendem Rotor 3 der Ventilkörper 13 beispielsweise in einer mittleren fünften Position gehalten, bei welcher sowohl die erste 6a und zweite Eintrittsteueröffnung 7a durch den ersten 15 und zweiten Verschlussteil 16, als auch die Austrittsteueröffnung 9a durch den dritten Verschlussteil 17 versperrt sind. Damit wird ein Rückfluss des Fluides entgegen der Förderrichtung der Pumpe 1 vermieden.

[0053] In dem in Fig. 9 dargestellten Diagramm ist für die in den Fig. 1 bis 5 gezeigte erste Ausführungsvariante die auf den Ventilkörper 13 wirkende Gegenkraft F durch die Druckbegrenzungsfedern 21, 22 in Abhängigkeit der Auslenkung x dargestellt, wobei der Wert der Normalauslenkung mitx_s bezeichnet ist. Mit F₂i und F₂₂ sind Gegenkräfte zufolge der ersten Druckbegrenzungsfeder 21 bzw. zweiten Druckbegrenzungsfeder 22 bezeichnet. Deutlich ist zu entnehmen, dass innerhalb des Bereichs der Normalauslenkung -x_s bis +x_s keine Gegenkraft F auf den Ventilkörper 13 einwirkt.

[0054] Fig. 10 zeigt ein analoges Diagramm für die in den Fig. 6 bis 8 dargestellte zweite Ausführungsvariante, wobei deutlich der zweistufige Verlauf der auf den Ventilkörper wirkenden Gegenkraft F ersichtlich ist. Innerhalb des Bereichs der Normalauslenkung -x_s bis +x_s wirken nur die Federkräfte F₂₈ und F₂₉ der Positionierfedern 28 bzw. 29 auf den Ventilkörper 13 ein. Überschreitet die Auslenkung den Wert der Normalauslenkung x_s, so wirkt die Summe der Federkräfte F₂₁ und F₂₈ bzw. F₂₂ und F₂₉ auf den Ventilkörper 13 ein.

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Claims

1. Reversible Pumpe (1) mit zumindest einem in einem Gehäuse (2) drehbar gelagerten Rotor (3) und einem in Abhängigkeit von der Drehrichtung (A, B) des Rotors (3) schaltenden Ventil (12), wobei im Gehäuse (2) eine an den Rotor (3) grenzende erste Pumpenkammer (10) und eine an den Rotor (3) grenzende zweite Pumpenkammer (11) angeordnet sind und das Gehäuse (2) zumindest einen Eintrittströmungsweg (5) und zumindest einen Austrittströmungsweg (9) aufweist und im Gehäuse (2) ein zwischen zumindest zwei Ventilpositionen verschiebbarer Ventilkörper (13) des Ventils (12) angeordnet ist, wobei in zumindest einer einer ersten Drehrichtung (A) des Rotors (3) zugeordneten ersten Ventilposition die erste Pumpenkammer (10) mit dem Eintrittströmungsweg (5) und die zweite Pumpenkammer (11) mit dem Austrittströmungsweg (9) verbunden sind und die zweite Pumpenkammer (11) durch einen zweiten Verschlussteil (16) des Ventilkörpers (13) vom Eintrittströmungsweg (5) getrennt ist, und wobei in zumindest einer einer zweiten Drehrichtung (B) des Rotors (3) zugeordneten zweiten Ventilposition die zweite Pumpenkammer (11) mit dem Eintrittströmungsweg (5) und die erste Pumpenkammer (10) mit dem Austrittströmungsweg (9) verbunden sind und die erste Pumpenkammer (10) durch einen ersten Verschlussteil (15) des Ventilkörpers (13) von dem Eintrittströmungsweg (5) getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) eine integrierte Druckbegrenzungseinrichtung (23) aufweist, welche bei Überschreiten eines definierten Schwelldruckes (p_s) in der ersten und/oder der zweiten Pumpenkammer (10, 11) zumindest eine Bypass-Strömungsverbindung (26a, 26b) zwischen der ersten (10) und der zweiten Pumpenkammer (11) öffnet, und unterhalb des Schwelldruckes (p_s) die Bypass-Strömungsverbindung (26a, 26b) zwischen der ersten (10) und der zweiten Pumpenkammer (11) schließt.

2. Pumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungseinrichtung (23) durch das Ventil (12) gebildet ist, wobei vorzugsweise die Druckbegrenzungseinrichtung (23) zumindest eine in zumindest einer Ventilposition auf den Ventilkörper (13) wirkende Druckbegrenzungsfeder (21, 22) aufweist.

3. Pumpe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (13) zumindest einen dritten Verschlussteil (17) aufweist, welcher in zumindest einer dritten und/oder vierten Ventilposition die Bypass-Strömungsverbindung (26, 26b) zwischen der ersten Pumpenkammer (10) und der zweiten Pumpenkammer (11) öffnet und in zumindest der ersten und/oder zweiten Ventilposition die Bypass-Strömungsverbindung (26, 26b) zwischen der ersten Pumpenkammer (10) und der zweiten Pumpenkammer (11) schließt.

4. Pumpe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Verschlussteil (17) an einem Schaft (14) des Ventilkörpers (13) - vorzugsweise mittig - zwischen dem ersten (15) und dem zweiten Verschlussteil (16) angeordnet ist.

5. Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) als Kolbenschieberventil ausgebildet ist, wobei zumindest ein Verschlussteil (15, 16, 17) - vorzugsweise zumindest der dritte Verschlussteil (17) - als Steuerkolben ausgebildet ist.

6. Pumpe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (15) und/oder zweite Verschlussteil (16) als Steuerkolben ausgebildet ist/sind.

7. Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (15) und/oder zweite Verschlussteil (16) einerseits, und der dritte Verschlussteil (17) andererseits an dieselbe Pumpenkammer (10, 11) grenzende Druckangriffsflächen (19a, 18a; 19b, 18b) von unterschiedlicher Größe aufweisen.

8. Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verschlussteil (15) eine erste Steuerkante (15b) zur Steuerung einer ersten Eintrittsteueröffnung (6a) des Eintrittströmungswegs (5) aufweist.

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9. Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verschlussteil (16) eine zweite Steuerkante (16b) zur Steuerung einer zweiten Eintrittsteueröffnung (7a) des Eintrittströmungswegs (5) aufweist.

10. Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Verschlussteil (17) zumindest eine - vorzugsweise zwei voneinander axial beabstandete Austrittsteuerkante(n) (20a, 20b) zur Steuerung einer Austrittsteueröffnung (9a) des Austrittströmungsweges (9) aufweist.

11. Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Verschlussteil (17) zumindest eine - vorzugsweise zwei voneinander axial beabstandete Bypass-Steuerkante(n) (24a, 24b) zur Steuerung zumindest einer Bypass-Strömungsverbindung (26a, 26b) aufweist.

12. Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich jedes Endes (14a, 14b) des Ventilkörpers (13) jeweils eine Druckbegrenzungsfeder (21, 22) angeordnet ist, wobei vorzugsweise zumindest eine Druckbegrenzungsfeder (21, 22) im Gehäuse (2) gelagert ist.

13. Pumpe (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Druckbegrenzungsfeder (21, 22) erst ab einer definierten axialen Auslenkung (x_s) des Ventilkörpers (13) auf diesen einwirkt, wobei vorzugsweise zumindest eine Bypass-Strömungsverbindung (26a, 26b) durch die zugeordnete dritte Bypass-Steuerkante (24a, 24b) des dritten Verschlussteils (17) erst freigebbar ist, wenn die Druckbegrenzungsfeder (21, 22) auf den Ventilkörper (13) einwirkt.

14. Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Ruhelage des Rotors (3) zugeordneten fünften Ventilposition der Austrittströmungsweg (9) und/oder die Bypass-Strömungsverbindung (26a, 26b) zwischen der ersten (10) und der zweiten Pumpenkammer (11) geschlossen ist, wobei vorzugsweise die fünfte Ventilposition einer Mittelposition des Ventilkörpers (13) entspricht.

15. Pumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) eine integrierte Positioniereinrichtung (17) zur Definition der fünften Ventilposition des Ventilkörpers (13) aufweist.

16. Pumpe (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (27) zumindest eine zumindest in der fünften Ventilposition auf den Ventilkörper (13) wirkende Positionierfeder (28, 29) aufweist, wobei vorzugsweise auf jedes Ende (14a, 14b) des Ventilkörpers (13) jeweils eine Positionierfeder (28, 29) einwirkt.