DE10103386A1 - Volumenstromgeregelte Schmiermittelpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine volumenstromgeregelte Schmiermittelpumpe für ein Druckumlauf-Schmiersystem in einem sich bei Betrieb erwärmenden Aggregat, insbesondere einer Brennkraftmaschine, die Funktionsteile des Aggregats mit Schmiermittel versorgt, wobei die aus einem Sumpf fördernde Pumpe eine druckabhängige Volumenstromregelung aufweist und von dem Aggregat über einen definierten Drehzahlbereich angetrieben ist, wobei zur Wirkungsgradverbesserung der Pumpe der druckabhängigen Regelung eine temperaturabhängige Regelung beigeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine volumenstromgeregelte Schmiermittelpumpe für ein Druckumlauf-Schmiersystem in einem sich bei Betrieb erwärmenden Ag­ gregat, insbesondere einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zur Schmierung oder Kühlung von Aggregaten mit Druckumlauf-Schmier­ system mit einer von dem Aggregat angetriebenen Pumpe ist es üblich, den Systemdruck zu begrenzen. Um die Leistungsaufnahme der Pumpe dabei zu reduzieren, sind auch volumenstromgeregelte Pumpen (z. B. Zahnradpum­ pen, Gerotorpumpen oder Flügelzellenpumpen) bekannt, die bei ansteigen­ dem Druck durch entsprechende Abregelung über einen Stellkolben eine verringerte Förderleistung aufweisen.

Beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine oder einem Getriebe in Kraft­ fahrzeugen muss die Leistung der Pumpe so ausgelegt sein, dass sie bei hohen Temperaturen im unteren Drehzahlbereich, z. B. im Leerlauf einer heißgefahrenen Brennkraftmaschine, noch ausreichend Schmiermittel för­ dert. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei diesem Betriebszustand das Schmiermittel eine relativ geringe Viskosität aufweist und ggf. Lagerspiele von zu schmierenden Gleitlagern der Brennkraftmaschine aufgrund der un­ vermeidlichen Wärmedehnungen vergrößert sind. Andererseits ist bei zäh­ flüssigerem kalten Schmiermittel und ggf. noch kalter Brennkraftmaschine ein so hoher spezifischer Schmiermittelumlauf nicht erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine volumenstromgeregelte Schmiermittel­ pumpe der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, dass ein Betrieb mit noch günstigerem Wirkungsgrad möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß ist der druckabhängigen Regelung der Pumpe eine tempe­ raturabhängige Regelung beigeordnet. Durch die temperaturabhängige Regelung wird eine weitere Verringerung der Förderleistung und damit verbunden eine Wirkungsgradverbesserung erzielt, in dem den temperaturspezifischen Anforderungen des Aggregates vermehrt Rechnung getragen wird.

Dazu wird weiterhin vorgeschlagen, dass in einem unteren Drehzahlbereich der Pumpe (z. B. Leerlauf einer Brennkraftmaschine) und unterhalb eines definierten Temperaturschwellwertes eine Grundabregelung der Pumpe defi­ niert ist. Darunter ist zu verstehen, dass die Pumpe über die temperaturab­ hängige Regelung bereits bei ihrer in Betriebnahme (z. B. beim Starten einer Brennkraftmaschine) mit einer verminderten Förderleistung hoch läuft bzw. bereits teilweise abgeregelt ist (Parallelfunktion).

Bevorzugt kann die temperaturabhängige Regelung mittels eines elektri­ schen und/oder thermostatischen Stellelementes erfolgen, welches bevor­ zugt unmittelbar in die druckabhängige Steuerung bzw. Abregelung der Pumpe integriert ist.

Ferner kann das elektrische Stellelement ein elektrisch angetriebener Stell­ motor sein, der über einen Temperaturschalter oder über ein Steuergerät mit einem temperaturabhängigen Kennfeld angesteuert wird. Es kann jedoch auch ein thermostatisches Stellelement, z. B. ein Wachsthermostat verwen­ det sein, der sich temperaturabhängig ausdehnt und dabei die temperatur­ abhängige Regelung bewirkt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine volumenstromgeregelte Flügelzellen- Pumpe mit einem in den druckabhängigen Stellkolben integriertem Wachsthermostat; und

Fig. 2 die Flügelzellen-Pumpe gemäß Fig. 1, jedoch mit einem elektrischen Stellmotor zur zusätzlichen temperaturabhängigen Volumenstromre­ gelung.

In der Fig. 1 ist mit 10 eine Flügelzellen-Pumpe bekannter Bauart bezeich­ net, mit einer drehbar in dem Gehäuse 12 gelagerten Antriebswelle 14, die einen Rotorring 16 antreibt. In dem Rotorring 16 sind Flügel 18 radial ver­ schiebbar geführt, wobei die Flügel 18 radial innen an einem Führungsring 20 und außen an einem Stellring 22 anlaufen.

In bekannter Weise sind Ansaugräume 24 zum Ansaugen vom Schmiermittel eines nicht dargestellten Druckumlauf-Schmiersystems einer Brennkraftma­ schine aus einem Schmiermittelsumpf ausgebildet, wobei die gehäuseseiti­ gen Kanäle und Anschlüsse nicht dargestellt sind.

Ferner sind Druckräume 26 gebildet, über die das angesaugte Schmiermittel in das Druckumlauf-Schmiersystem der Brennkraftmaschine gefördert wird. Die betreffenden Kanäle und Anschlüsse sind ebenfalls nicht ersichtlich.

Der Stellring 22 ist über eine Achse 28 in dem Gehäuse 12 schwenkbar ge­ lagert, so dass dessen Position von der gezeichneten Stellung mit maximaler Förderleistung in eine auf der Zeichnung nach unten verlagerte Position schwenkbar ist, in der der Stellring 22 und der Führungsring 20 nahezu ko­ axial zur Antriebswelle 14 und zum Rotorring 16 liegen, wodurch die Förder­ leistung der Pumpe 10 gegen Null abregelbar ist.

Dazu sind in dem Gehäuse 12 in einer quer zur Antriebswelle 14 einge­ brachten Bohrung 30 zwei Kolben 32, 34 verschiebbar geführt, die einen zwi­ schen den Kolben 32, 34 einragenden Stellarm 36 des Stellringes 22 beauf­ schlagen.

Der Kolben 34 wird dabei mittel einer gehäusefest abgestützten Schrauben­ druckfeder 38 gegen den Stellarm 36 vorgespannt, während der Kolben 32 als Stellkolben 32 funktioniert, in dem dessen dem Stellarm 36 abgewandte Stirnseite 32a über einen nicht dargestellten Verbindungskanal mit den Druckräumen 26 der Pumpe 10 korrespondiert.

Die Schraubendruckfeder 36 ist so ausgelegt, dass sie bis zum Erreichen eines definierten Druckschwellwertes des Druckumlauf-Schmiersystems den Stellring 22 in der gezeichneten Position hält, während bei einem weiteren Druckanstieg die hydraulische Kraft auf den Stellkolben 32 überwiegt und den Stellring 22 nach unten verschwenkt und somit die Förderleistung der Pumpe 10 verringert.

In den Stellkolben 32 ist ein Wachsthermostat 40 integriert, dass sich aus einem gestuften Stößel 42, einer in den Stößel 42 eingesetzten Schrauben­ druckfeder 44 und einem Wachselement 46 zusammensetzt, wobei das Wachselement 46 zwischen dem abgestuften Stößel 42, der Innenbohrung 48 des Stellkolbens 32 und einer am Stellkolben 32 befestigten Haltescheibe 50 eingeschlossen ist.

Die Schraubendruckfeder 44 und das Wachselement 46 sind so aufeinander abgestimmt, dass der Stößel 42 unterhalb einer definierten Temperatur­ schwelle durch die Kraft der Schraubendruckfeder 44 ausfährt und den Stell­ arm 36 entgegen der geringeren Kraft der Schraubendruckfeder 38 im Kol­ ben 34 auf der Zeichnung nach unten verstellt.

D. h., dass z. B. bei einer Temperatur < 50°C die Pumpe 10 unabhängig vom hydraulischen Druck eine Grundabregelung bzw. eine Förderleistungs­ verminderung erfährt, weil der Stellring 22 nicht die gezeichnete Position der Maximalleistung einnimmt, sondern bereits in einer Abregelposition gehalten ist.

Übersteigt die Temperatur des Schmiermittels den genannten Schwellwert, so wird aufgrund der größeren Ausdehnung des Wachselementes 46 der Stößel 42 in den Stellkolben 32 hinein verdrängt, wodurch die Pumpe 10 wieder ihre maximale Förderleistung erreichen kann.

In der Fig. 2 sind gleiche Teile mit gleichem Bezugszeichen versehen und nicht nochmals beschrieben.

Abweichend zur Fig. 1 erfolgt die temperaturabhängige Beeinflussung der Volumenstromregelung der Pumpe 10 über einen elektrischen Stellmotor 52, der über ein nicht dargestelltes Steuerventil oder einen Temperaturschalter angesteuert wird. Dabei kann entweder eine Bauteiltemperatur, die Tempe­ ratur des Schmiermittels oder die Temperatur eines anderen Betriebsmittels des entsprechenden Aggregates oder der Brennkraftmaschine erfasst und ausgewertet werden. Es versteht sich, dass der elektrische Stellmotor 52 im übrigen bekannter Bauart sein kann.

Der Stellmotor 52 wirkt auf einen Druckstößel 54 mit einem Kugelkopf 56, der sich durch den Stellkolben 32' erstreckt. Über den Druckstößel 54, 56 kann somit der Stellarm 36 des Stellringes 22 wie vorbeschrieben analog dem Wachsthermostat 40 verstellt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass die Verbindung des Druckstößels 54, 56 mit dem elektrischen Stellmotor 52 nur in Druckrichtung wirksam sein darf, so dass der Druckstößel 54, 56 zu­ sammen mit dem Stellkolben 32' weiter ausfahren kann, wenn eine darüber hinausgehende, druckabhängige Abregelung der Förderleistung der Pumpe 10 dies erfordert.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Bei Verwendung eines elektrischen Stellmotors 52 können ggf. der Stellkol­ ben 32' und der Kolben 34 gänzlich entfallen, wenn über ein entsprechendes Kennfeld in einem Steuergerät auch der z. B. mittels eines Drucksensors er­ fasste Schmiermitteldruck signaltechnisch verarbeitet wird. Der Stellmotor 52 kann dann auch die druckabhängige Steuerung des Volumenstroms der Pumpe 10 übernehmen. Ferner können Druck und Temperatur auch in einer Überlagerungsfunktion verarbeitet sein.

Claims (6)

1. Volumenstromgeregelte Schmiermittelpumpe für ein Druckumlauf- Schmiersystem in einem sich bei Betrieb erwärmenden Aggregat, insbe­ sondere einer Brennkraftmaschine, die Funktionsteile des Aggregats mit Schmiermittel versorgt, wobei die aus einem Sumpf fördernde Pumpe eine druckabhängige Volumenstromregelung aufweist und von dem Ag­ gregat über einen definierten Drehzahlbereich angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der druckabhängigen Regelung eine temperatur­ abhängige Regelung beigeordnet ist.

2. Schmiermittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem unteren Drehzahlbereich der Pumpe (10) und unterhalb eines defi­ nierten Temperaturschwellwerts eine Grundabregelung der Pumpe (10) definiert ist.

3. Schmiermittelpumpe nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass einem Stellkolben (32, 32') der Drucksteuerung der Pumpe (10) ein elektrisches und/oder thermostatisches Stellelement (40; 52) zu­ geordnet ist.

4. Schmiermittelpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Stellelement ein mittelbar oder unmittelbar auf den Stell­ kolben (32') wirkender elektrischer Stellmotor (52) ist, der temperaturab­ hängig angesteuert ist.

5. Schmiermittelpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das thermostatische Stellelement ein Wachsthermostat (40) ist, der mit­ telbar oder unmittelbar abhängig von der Temperatur des Aggregates, ei­ nes Kühlmittels oder des Schmiermittels auf den Stellkolben (32) wirkt.

6. Schmiermittelpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturabhängige Stellelement in die druckabhängige Steuerung bzw. den Stellkolben (32) im Gehäuse (12) der Pumpe (10) integriert ist.