DE10102531A1 - Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe - Google Patents

Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe

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Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe zu entwickeln, welche den Einfluß der inneren Kräfte (Störkräfte) weitgehend ausschließt und bei kompakter, dem jeweils zur Verfügung stehenden Einbauraum angepaßter, variabler Bauweise eine optimale Schmierölversorgung, selbst von Kraftfahrzeugmotoren, bei hoher Funktions- und Betriebssicherheit, mit minimiertem Verschleiß in jedem Betriebszustand gewährleistet. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe zeichnet sich dadurch aus, daß am Steuerring (2) ein Lagerauge (6) angeordnet ist, welches formschlüssig und axial schwenkbeweglich in einem Lagersitz (7) des Gehäuses (1) angeordnet ist, wobei an dem dem Lagerauge (6) gegenüberliegenden Halbkreis des Steuerringes (2) ein durch eine im Gehäuse sich abstützende Rückstellfeder (18) belasteter Stellhebel (9) angeordnet ist, der in einen im Bereich des Stellhebels (9) im Gehäuse (1) angeordneten Stellraum (10) hineinragt und dort direkt oder indirekt flächig an der Steuerfläche (12) eines in einem Kolbensitz (13) des Gehäuses (1) angeordneten, durch eine Steuerdruckfeder (15) belasteten Stellkolben (8) anliegt. DOLLAR A Bei der Erfindung handelt es sich um eine Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe.

Description

Die Erfindung betrifft die Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe.
Im Stand der Technik ist in der DE 195 32 703 C1 eine Pendelschiebermaschine vorbeschrieben. Die technischen Vorteile dieser Bauform sind offensichtlich. Dennoch wird dieses System bis heute nicht in Serie eingesetzt, da in den verschiedenen Betriebsbereichen der Pendelschiebermaschine ein undefiniertes Regelverhalten auftritt.
So ist insbesondere bei hohen Drehzahlen ein vorzeitiges Abregeln zu beobachten. Selbst eine Optimierung der eingesetzten Federn, wie auch die Verwendung von Federnpaketen und der Einsatz von Stufenkolben führte zu nur unbefriedigenden Erfolgen.
Eine der wesentlichen Ursachen dieses undefinierten Regelverhaltens sind die vorwiegend im Druckbereich auftretende "inneren" Störkräfte. Diese wirken in Richtung der ohnehin druckbeaufschlagten Kolben und somit entgegen der Federkraft der Rückstellfeder. Für die vorgenannten Störkräfte ist kennzeichnend, daß sich deren Wirkrichtung sowohl in Abhängigkeit von der Drehzahl wie auch in Abhängigkeit vom jeweils anliegenden Druckniveau verändert.
Im ungünstigsten Fall erreichen die dem System innewohnenden Störkräfte Werte die, bevor noch die im DE 195 32 703 C1 beschriebene Regelung wirken kann, zu einer vollständigen Abregelung der Pumpe führen.
Bei Pendelschiebermaschine mit axialer Ein- und Ausströmung konnte selbst durch das Vertauschen der Kanalanordnung kein befriedigendes Regelverhalten erzielt werden.
In der DE 199 15 738 A1 wird nun eine Stellvorrichtung für eine mengenregelbare Flügelzellenpumpe vorgestellt.
Ein wesentlicher Nachteil dieser in der DE 199 15 738 A1 beschriebenen Bauform ist die zwischen den Stellelementen und dem kurvenförmigen Stellbereich des Regelkolbens zwingend erforderliche Punkt- oder Linienberührung.
Ein weiterer Nachteil der in der DE 199 15 738 A1 dargestellten Bauform besteht darin, daß die Stellelemente (wie Kurvenscheibe, Rolle oder Kugel) so angeordnet sind, daß die inneren Störkräfte des Systems stets unmittelbar auf den Regelkolben einwirken. Dadurch werden sehr hohe Stellkräfte zur Überwindung der durch die Störkräfte verursachten Reibkräfte erforderlich. Infolge der Punkt- oder Linienberührung der Stellelemente mit dem kurvenförmigen Stellbereich des Regelkolbens tritt zwangsläufig aufgrund der dem System innewohnenden Störkräfte dann im Dauerbetrieb ein sehr hoher Verschleiß auf.
Dieser im Dauerbetrieb auftretende hohe Verschleiß hat Oberflächenunebenheiten an den Berührungsflächen (Vertiefungen und Abflachungen) zur Folge, die zu einem ungleichmäßigen, stark beeinträchtigten Regelverhalten führen, welches nach längerer Betriebdauer insbesondere im höheren Drehzahlbereich zum Ausfall der Regelung führen kann.
Zuden erhöht der im ersten Ausführungsbeispiel der DE 199 15 738 A1 dargestellte Exzenter, infolge der funktionsbedingten Veränderung des Anstellwinkels gegenüber dem Hubring, die Reibung in der seitlichen Führung. Auch bei dieser Ausführungsform treten wiederum die reibungsbedingten hohe Stellkräfte auf, welche in Verbindung mit der zwingend erforderlichen Linienberührung zwischen den Stellgliedern all die bereits zuvor beschriebenen Nachteile zur Folge haben.
Zudem kann bei Einsatz der in der DE 199 15 738 A1 dargestellten Pumpe, beispielsweise als Schmierölpumpe in Kraftfahrzeugen, mit der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Lagerung des Hubringes, infolge der bei diesem Einsatzfall auftretenden starken Schwingungen in Verbindung mit den von der Drehzahl und vom jeweiligen Pumpendruck abhängigen Störkräfte, eine exakte Fixierung dieses Hubringes in seiner Lagerstelle nicht gewährleistet werden.
Zudem sind all die in der DE 199 15 738 A1 vorgestellten Lösungen nur bedingt als Schmierölpumpen in Kraftfahrzeugen einsetztbar, da in den meisten Einsatzfällen die zwingend erforderliche Baufreiheit im Motorraum, zur Anordnung eines unterhalb der Hubringmitte anzuordnenden Stel Ikolbens, nicht vorhanden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe zu entwickeln, welche den Einfluß der inneren Kräfte (Störkräfte) weitgehend ausschließt und bei kompakter, dem jeweils zur Verfügung stehenden Einbauraum angepaßter, variabler Bauweise eine optimale Schmierölversorgung, selbst von Kraftfahrzeugmotoren, bei hoher Funktions- und Betriebssicherheit mit minimiertem Verschleiß in jedem Betriebszustand gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe mit einem in einem Gehäuse (1) beweglich angeordnetem Steuerring (2), sowie einem im Steuerring (2) drehbar gelagerten, mit einer Welle (3) verbundenen Innenrotor (4) in welchem verschiebbar mehrere Förderelemente (5) angeordnet sind, dadurch gelöst, daß am Steuerring (2) ein Lagerauge (6) angeordnet ist, welches formschlüssig und axial schwenkbeweglich in einem Lagersitz (7) des Gehäuses (1) angeordnet ist, wobei an dem dem Lagerauge (6) gegenüberliegenden Halbkreis des Steuerringes (2) ein, durch eine im Gehäuse sich abstützende Rückstellfeder (18) belasteter Stellhebel (9) angeordnet ist, der in einen im Bereich des Stellhebels (9) im Gehäuse (1) angeordneten Stellraum (10) hineinragt, und dort direkt oder indirekt flächig an der Steuerfläche (12) eines in einem Kolbensitz (13) des Gehäuses (1) angeordneten, durch eine Steuerdruckfeder (15) belasteten Stel Ikolbens (8) anliegt.
Die Kombination dieser erfindungsgemäßen, formschlüssigen, axial schwenkbeweglichen Lagerung des Lagerauges (6) des Steuerringes (2) im Lagersitz (7) des Gehäuses (1), in Verbindung mit der drehbaren Lagerung des Stellkolbens (8) und der flächigen Ausbildung aller Stell- und Berührungsflächen gewährleistet, bei kompakter, dem jeweils zur Verfügung stehenden Einbauraum angepaßter, variabler Bauweise, selbst die optimale Schmierölversorgung eines Kraftfahrzeugmotors bei hoher Funktions- und Betriebssicherheit bei minimierter Reibung und minimiertem Verschleiß in jedem Betriebszustand.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich darüber hinaus neben dem Wortlaut der Ansprüche auch, in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, aus den nachfolgenden Erläuterungen zu den Ausführungsbeispielen.
Nachfolgend soll nun die Erfindung an Hand von drei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit sechs Figuren näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Fig. 1 die Seitenansicht einer Bauform (Pendelschiebermaschine) der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem dem Lagerauge gegenüberliegend angeordnetem Stellkolben, bei maximaler Ölförderung;
Fig. 2 die Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Fig. 1 im Schnitt bei A-A;
Fig. 3 die Seitenansicht einer weiteren Bauform (Flügelzellenpumpe) der erfindungsgemäßen Vorrichtung analog zur Fig. 1 jedoch bei minimaler Ölförderung;
Fig. 4 die Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Fig. 3 im Schnitt bei B-B;
Fig. 5 die Seitenansicht einer als Pendelschiebermaschine ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem gegenüberliegend zum Lagerauge nach unten versetzt angeordnetem Stellkolben, bei maximaler Ölförderung;
Fig. 6 die Seitenansicht einer als Pendelschiebermaschine ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem gegenüberliegend zum Lagerauge nach unten versetzt angeordnetem Stellkolben, bei minimaler Ölförderung;
Die Fig. 1 zeigt die Seitenansicht einer als Pendelschiebermaschine ausgebildeten Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem dem Lagerauge gegenüberliegend angeordnetem Stellkolben bei maximaler Ölförderung.
Erfindungsgemäß ist im Gehäuses 1 das Lagerauge 6 eines Steuerringes 2 angeordnet. Im Steuerring 2 befindet sich ein drehbar gelagerter, mit einer Welle 3 verbundenen Innenrotor 4 in welchem mehrere in einem Außenrotor gelagerte Förderelemente 5 verschiebbar angeordnet sind.
Das erfindungsgemäß am Steuerring 2 angeordnete Lagerauge 6 ist formschlüssig und axial schwenkbeweglich in einem Lagersitz 7 des Gehäuses 1 gelagert. Infolge dieser speziellen erfindungsgemäßen Lagerung wird eine sichere Lagefixierung des Steuerringes 2 bei gleichzeitiger radialer Schwenkbarkeit im Verstellbereich (des Steuerringes 2) gewährleistet.
In dem dem Lagerauge 6 gegenüberliegenden Bereich ist am Steuerring 2 ein, durch eine im Gehäuse sich abstützende Rückstellfeder 18, belasteter Stellhebel 9 angeordnet, der in einen im Bereich des Stellhebels 9 im Gehäuse 1 angeordneten Stellraum 10 hineinragt.
In diesem Stellraum 10 liegt, wie in Fig. 2 dargestellt, der Stellhebel 9 mit seiner Kontaktfläche 11 an der Steuerfläche 12 des dreh- und verschiebbar im Kolbensitz 13 des Gehäuses 1 angeordneten Stellkolbens 8 an.
Infolge der drehbaren Lagerung des Stellkolbens 8 im Gehäuse 1 wird beim Regelvorgang gewährleistet, daß stets die Kontaktfläche 11 des Stellhebels 9 auf der Steuerfläche 12 des Stellkolbens 8 optimal vollflächig aufliegt.
Darüberhinaus ermöglicht die erfindungsgemäße axiale Anordnung des Stellkolbens 8 bei minimalem Bauraum eine gleichzeitige Regelbarkeit mehrerer auf einer Welle 3 anzuordnenden Pumpenstufen (Rotorsätze) unter Verwendung eines einzigen Stellkolben 8 mit einer entsprechend der Anzahl der Pumpenstufen auf dem Stellkolben 8 angeordneten Steuerflächen 12.
Ein weiteres erfindungswesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß im Lagerauge 6 ein Verbindungskanal 20 eingebracht sein kann, der für die Befüllung oder die Entleerung der Pumpe genutzt werden kann, wobei auch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung des Stellkolbens 8 eine beidseitige Abdichtung ermöglicht, so daß der Pumpenraum 21, in Verbindung mit der funktionssicher abdichteten, erfindungsgemäßen Anordnung des Lagerauges 6 im Lagersitz 7 des Gehäuses 1, druck- und saugseitig genutzt werden kann.
Wesentlich ist auch, daß am Stellkolben 8 eine Steuerdruckfeder 15 anliegt, deren Federkraft der Stellkraft F entgegengerichtet ist, und die die Pumpenregelung bei Ausfall der Stellkraft F in den Zustand der maximalen Ölförderung zwingt.
In der Fig. 2 ist nun die erfindungsgemäße Vorrichtung aus der Fig. 1 im Schnitt bei A-A dargestellt.
Die erfindungsgemäß im Gehäuse angeordnete Rückstellfeder 18 preßt, in Verbindung mit den unter Betriebsbedingungen auftretenden inneren Kräften, den Stellhebel 9 mit seiner Kontaktfläche 11 auf die Steuerfläche 12 des Stellkolbens 8 und gewährleistet so in Wirkverbindung mit der schwenkbaren Lagerung des Stellkolbens 8 im Kolbensitz 13 des Gehäuses 1 eine definierte vollflächige Auflage im gesamten Betriebsbereich der Pumpe, wodurch eine exakte Regelbarkeit bei minimalem Verschleiß selbst unter extremen Schwingungsbelastungen gewährleistet werden kann.
Die Fig. 3 zeigt die Seitenansicht einer als Flügelzellenpumpe ausgebildeten Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem dem Lagerauge gegenüberliegend angeordnetem Stellkolben, bei minimaler Ölförderung, mit einem im Steuerschieber 2 angeordneten Rotorsatz 19.
In der Fig. 4 ist die Ansicht der erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 3 im Schnitt bei B-B dargestellt. Bei Erreichen des Betriebsdruckes schiebt die Stellkraft F, wie dargestellt, den Stellkolben 8 entgegengesetzt zur Steuerdruckfeder 15. Dabei pressen die Kraft der Rückstellfeder 18 und die inneren Kräfte des Sysemes den Stellhebel 9 mit seiner Kontaktfläche 11 auf die Steuerfläche 12 des Stellkolbens 8, wodurch die Pumpenfördermenge minimiert wird.
Die Fig. 5 zeigt eine als Pendelschiebermaschine ausgebildeten Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem dem Lagerauge gegenüberliegend, nach unten versetzt angeordnetem Stellkolben 9 bei maximaler Ölförderung, in der Seitenansicht in einer Schnittdarstellung.
Im Lagersitz 7 des Gehäuses 1 ist das Lagerauge 6 des Steuerringes 2 erfindungsgemäß formschlüssig und axial schwenkbeweglich angeordnet. Im Steuerring 2 befindet sich ein drehbar gelagerter, mit einer Welle 3 verbundener Innenrotor 4 in welchem mehrere Förderelemente 5 verschiebbar angeordnet sind. In dieser speziellen Ausführungsform der Erfindung ist am Steuerring 2 der Stellhebel 9 in dem dem Lagerauge 6 gegenüberliegenden unteren Viertelkreissegment angeordnet.
Dabei ist in einer Gleitschale 17 des Stellhebels 9 schwenkbar zusätzlich ein Ausgleichsbolzen 16 gelagert, welcher mit seiner Steuerfläche 11 an der Kontaktfläche 12 eines im Gehäuse 1 verschiebbar gelagerten Stellkolbens 8 anliegt.
Infolge der drehbaren Lagerung des Ausgleichsbolzens 16 in der Gleitschale 17 des Stellhebels 9 wird auch in dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform gewährleistet, daß beim Regelvorgang die Kontaktfläche 11 des Ausgleichsbolzens 16 auf der Steuerfläche 12 des Stellkolbens 8 stets optimal vollflächig aufliegt.
Ein weiteres, wesentliches Merkmal der Erfindung besteht auch bei dieser Bauform wiederum darin, daß im Lagerauge 6 ein Verbindungsskanal 21 eingebracht sein kann, der für die Befüllung oder Entleerung der Pumpe genutzt werden kann, wobei einerseits die erfindungsgemäße Anordnung des Lagerauge 6 im Lagersitz 7 des Gehäuses 1 eine funktionssichere Abdichtung zwischen der Druck- und der Saugseite der Pumpe gewährleistet, und andererseits die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung des hier radial angeordneten Stellkolbens 8 eine vollständige Abdichtung zwischen der Druck- und der Saugseite bewirkt, so daß auch bei dieser Bauform der erfindungsgemäßen Lösung wiederum der Pumpenraum 21 druck- und saugseitig genutzt werden kann.
In der Fig. 6 ist die Seitenansicht einer als Pendelschiebermaschine ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem gegenüberliegend zum Lagerauge nach unten versetzt angeordnetem Stellhebel 9 bei minimaler Ölförderung dargestellt.
Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Bauform greift am Steuerglied 14 eine Steuerdruckfeder 15 an, deren Federkraft der Stellkraft F entgegengerichtet ist, so daß bei Ausfall der Stellkraft F die Steuerdruckfeder 15 die Pumpenregelung stets in den Zustand der maximalen Ölförderung zwingt.
Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte, im Gehäuse angeordnete Rückstellfeder 18 preßt, in Verbindung mit den unter Betriebsbedingungen auftretenden inneren Kräften, nun den drehbar in der Gleitschale 17 des Stellhebels 9 gelagerten Ausgleichsbolzen 16 mit seiner Kontaktfläche 11 auf die Steuerfläche 12 des Stellkolbens 8 und gewährleistet so in Wirkverbindung mit der erfindungsgemäße drehbare Lagerung des Ausgleichsbolzens 16 im Stellhebel 9 eine definierte, vollflächige Auflage der Kontaktfläche 11 des Ausgleichsbolzens 16 auf die Steuerfläche 12 des Stellkolbens 8 im gesamten Betriebsbereich der Pumpe, so daß stets eine exakte Regelbarkeit bei minimalem Verschleiß selbst unter extremen Schwingungsbelastungen gewährleistet werden kann.
Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Bauform der erfindungsgemäßen Lösung gewährleistet zudem, infolge der spezielle Anordnung des Stellhebels 9 im Bezug auf die Wirkrichtung der Resultierenden aus dem inneren Kräften des Systems, daß der Einfluß der inneren Kräfte auf den Regelkolben deutlich reduziert werden, so daß die Regelcharakteristik des Systems nochmals im gesamten Betriebsbereich wesentlich verbessert wird.
Mit der vorliegenden erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen eine Stelleinrichtung für eine mengengeregelte Zellenpumpe zu entwickeln, welche den Einfluß der inneren Kräfte (Störkräfte) weitgehend ausschließt und bei kompakter, dem jeweils zur Verfügung stehenden Einbauraum angepaßter, variabler Bauweise eine optimale Schmierölversorgung, selbst von Kraftfahrzeugmotoren, bei hoher Funktions- und Betriebssicherheit mit minimiertem Verschleiß in jedem Betriebszustand gewährleistet.
Bezugszeichenzusammenstellung
1
Gehäuse
2
Steuerschieber
3
Welle
4
Innenrotor
5
Förderelement
6
Lagerauge
7
Lagersitz
8
Stellkolben
9
Stellhebel
10
Stellraum
11
Kontaktfläche
12
Steuerfläche
13
Kolbensitz
14
Steuerglied
15
Steuerdruckfeder
16
Ausgleichsbolzen
17
Gleitschale
18
Rückstellfeder
19
Rotorsatz
20
Verbindungskanal
21
Pumpenraum
F Stellkraft

Claims (3)

1. Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe mit einem in einem Gehäuse (1) beweglich angeordnetem Steuerring (2) sowie einem im Steuerring (2) drehbar gelagerten, mit einer Welle (3) verbundenen Innenrotor (4) in welchem verschiebbar mehrere Förderelemente (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuerring (2) ein Lagerauge (6) angeordnet ist, welches formschlüssig und axial schwenkbeweglich in einem Lagersitz (7) des Gehäuses (1) angeordnet ist, wobei an dem dem Lagerauge (6) gegenüberliegenden Halbkreis des Steuerringes (2) ein durch eine im Gehäuse sich abstützende Rückstellfeder (18) belasteter Stellhebel (9) angeordnet ist, der in einen im Bereich des Stellhebels (9) im Gehäuse (1) angeordneten Stellraum (10) hineinragt, und dort direkt oder indirekt flächig an der Steuerfläche (12) eines in einem Kolbensitz (13) des Gehäuses (1) angeordneten, durch eine Steuerdruckfeder (15) belasteten Stellkolben (8) anliegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lagerauge (6) gegenüberliegend am Steuerring (2) ein Stellhebel (9) angeordnet ist, der mit einer Kontaktfläche (11) flächig an der Steuerfläche (12) eines dreh- und verschiebbar in einem Kolbensitz (13) des Gehäuses (1) angeordneten Stellkolbens (8) anliegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in seinem dem Lagerauge (6) gegenüberliegenden unteren Viertelkreissegment am Steuerring (2) ein Stellhebel (9) angeordnet ist, wobei schwenkbar in einer Gleitschale (17) des Stellhebels (9) ein Ausgleichsbolzen (16) gelagert ist, welcher mit seiner Steuerfläche (11) an der Kontaktfläche (12) eines im Gehäuse (1) verschiebbar gelagerten Stel Ikolbens (8) anliegt.
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