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Die Erfindung betrifft eine mengenregelbare Flügelzellenpumpen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Vorbekannt sind durch die Schrift
DE 261 248 A gattungsgemäße mengenregelbare Flügelzellenpumpen, bei denen in einem ortsfesten Gehäuse mit Kanälen der Saug- und Druckseite eine volumenveränderliche Flügelzelleneinheit angeordnet ist. Deren umlaufender Rotor und ein einen Arbeitsraum umschließendes Fördergehäuse sind im Gehäuse unabhängig voneinander drehbar gelagert. Der Arbeitsraum im Fördergehäuse weist eine exzentrisch, im Fördergehäuse angeordnete, kreisförmige Form auf, wobei er über Überströmkanäle mit den Kanälen der Saug- und Druckseite im Gehäuse verbunden ist. Das Fördergehäuse ist mit Stellmitteln – z. B. ähnlich
DE 20 07 497 A ,
2 – verbunden, welche ein Verdrehen bewirken. Dabei wird die Achse des Arbeitsraumes gegenüber dem Rotor verstellt und die Exzentrizität sowie die Fördermenge entsprechend verändert.
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Eine weitere gattungsgemäße mengenregelbare Flügelzellenpumpe ist aus der
DE 976 320 B bekannt. Die Regelung der Fördermenge in Abhängigkeit vom Förderdruck erfolgt durch einen vom Förderdruck beaufschlagten Druckkreis, dem ein Stellzylinder angeschlossen ist. Dessen Kolben verschwenkt über ein Kniehebelsystem ein exzentrisch gelagertes Pumpengehäuse. Der mit Förderdruck beaufschlagte Kolben wirkt gegen einen Kraftspeicher, der zum Erreichen der Maximalförderung konstant eine Kraft ausübt.
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Eine weitere rotatorisch verstellbare Flügelzellenpumpe mit Druckregelung zeigt die
US 2,649,739 .
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Nachteilig bei dieser Art von Flügelzellenpumpen ist, dass bei tiefen Temperaturen unter –20°C aufgrund der Ölbeschaffenheit beim Anlaufen der Flügelzellenpumpe ein schneller Druckaufbau und eine maximale Ölförderung nicht umgehend eingestellt wird. Die Anpresskraft der Rotorflügel an die Innenwand des Fördergehäuses ist bei tiefen Temperaturen und niedriger Pumpendrehzahl nicht ausreichend, die erforderliche Dichtheit der Zellen zu gewährleisten. Durch die hohe Viskosität des zu fördernden Öls treten zwischen den Laufflächen der Rotorflügel und dem Fördergehäuse Ölverluste auf, die die Ölfördermenge mindern. Außerdem wird das Fördergehäuse vom Stellzylinder verstärkt in Richtung „Nullförderung” gedrängt, da die geringen Anpresskräfte der Rotorflügel gegen die Innenwand des Fördergehäuses weniger der Kraft des Stellzylinders entgegen wirken. Um die Exzentrizität zwischen Rotor und Innenkontur des Fördergehäuses auszugleichen sind die Flügel des Rotors in radialen Schlitzen des Rotors schubbeweglich geführt und gleiten an der Innenkontur des Fördergehäuses. Zum Gewährleisten eines funktionell notwendigen Anpressdruckes der Flügel an die Innenkontur des Fördergehäuses, besonders bei niedriger Drehzahl, sind die Flügel gemäß der
DE 42 00 305 C2 vom Zentrum des Rotors her federnd vorgespannt und werden so in radialer Richtung nach außen gedrückt. Das Andrücken der Flügel kann auch gemäß der Schrift
DE 43 04 208 C1 durch stetig wirkenden hydraulischen Druck zwischen dem Boden der Schlitze und dem jeweils im Schlitz geführtem Flügel erfolgen. Das Anpressen der Flügel an die Innenkontur des Fördergehäuses erfolgt dabei immer mit einer vorbestimmten Kraft. Das bedeutet, dass die Flügel sowohl bei heißem dünnflüssigen Öl als auch bei kaltem zähflüssigen Öl mit der selben Kraft an die Innenkontur des Fördergehäuses angepresst werden. Dabei treten entweder unvertretbar große Reibverluste zwischen den Rotorflügeln und der Innenwand des Fördergehäuses beim Erreichen der Betriebstemperatur des Öls auf, oder die maximale Fördermenge wird bei niedrigen Öltemperaturen nicht erreicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Flügelzellenpumpe bei tiefen Temperaturen unter –20°C auch beim Anlaufen sicher auf maximal Förderung zu stellen und zu halten. Gleichzeitig sollen hohe Reibverluste zwischen den Rotorflügeln und der Innenwand des Fördergehäuses bei Förderung unter normalen Bedingungen vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wird dies durch eine Ausführung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches erreicht. Bei der beschriebenen gattungsgemäßen Flügelzellenpumpe weist das Druckregelventil eine der Druckseite der Pumpe angeschlossene zusätzliche Steuerstrecke auf, an der ein den Innenraum des Rotors der Flügelzellenpumpe und die Flügel des Rotors mit Förderdruck beaufschlagender Kanal angeschlossen ist, wobei diese Steuerstrecke vor dem Erreichen des Solldruckes der Förderung geöffnet und nach dessen Erreichen geschlossen ist.
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Durch die erfindungsgemäße zusätzliche Steuerstrecke wird erreicht, dass beim Anlaufen der Pumpe bei tiefen Temperaturen von unter –20°C der Innenraum des Rotors zusätzlich mit Druck beaufschlagt wird, wodurch die Flügel stärker an die Innenwand des Fördergehäuses gedrückt werden. Dieses unterstützt die Verdrehung des Fördergehäuses in Richtung „Förderung”. Damit wird auch bei tiefen Temperaturen beim Anlaufen der Pumpe eine maximale Fördermenge sicher erreicht. Außerdem wird gewährleistet, dass auch bei zähflüssigem und kaltem Förderöl eine Förderung mit maximalen Fördermengen möglich ist. Ölverluste, die bei der Förderung durch den zwischen den Stirnflächen der Rotorflügel und der Innenwandung des Fördergehäuses entstehenden Spaltes auftreten können, werden weitestgehend vermieden.
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Bei Erreichen des Solldrucks für die Förderung und einer entsprechenden Temperatur des zu fördernden Öles wird die Druckzufuhr zu dem Rotorinnenraum unterbrochen. Damit wird erreicht, dass im normalen warmen Betriebszustand des Öls die Anpresskraft der Rotorflügel an die Innenkontur des Fördergehäuses nicht mehr verstärkt wird. Die Reibverluste zwischen Rotorflügel und Innenkontur des Fördergehäuses und andererseits der Verschleiß an den Rotorflügeln und an der Innenkontur bewegen sich in den üblichen Grenzen. Gleichzeitig trägt diese Maßnahme zur Verringerung der Scherbelastung des zu fördernden Öles bei. Die Wechselintervalle des Öles in Kraftfahrzeugen können durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe verlängert werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß auch durch eine Variante gemäß dem kennzeichnenden Teil des Nebenanspruches gelöst. Dabei weist das Druckregelventil der gattungsgemäß beschriebenen Flügelzellenpumpe eine der Förderdruckseite der Pumpe angeschlossene zusätzliche Steuerstrecke auf, an der ein den Innenraum des Rotors der Flügelzellenpumpe und die Flügel des Rotors mit Förderdruck beaufschlagender Kanal angeschlossen ist, wobei diese Steuerstrecke vor dem Erreichen des Solldruckes der Förderung geöffnet und nach dessen Erreichen geschlossen ist.
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Der Innenraum des Rotors wird dabei mit dem gereinigten Förderöl beaufschlagt, um somit ein eventuelles Verschmutzen des Druckregelventils der Steuerstrecke zu vermeiden. Eine Reduzierung des in den Innenraum des Rotors zugeführten Drucks aufgrund der Druckverluste im Ölfilter wird dabei in Kauf genommen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
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An Hand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In der dazugehörigen Zeichnung ist schematisch ein Querschnitt durch eine mengenregelbare Flügelzellenpumpe dargestellt.
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Die mengenregelbare Flügelzellenpumpe besteht aus einem ortsfesten Gehäuse 1, in dem über Kanäle der Saug- und Druckseite 5 und 4 eine volumenveränderliche Flügelzelleneinheit 30 angeordnet ist. Innerhalb der Flügelzellenpumpe ist ein umlaufender, von einer Rotorwelle 10 angetriebener Rotor 9 und ein einen Förderraum umschließendes Fördergehäuse 2 im Gehäuse 1 unabhängig von einander drehbar gelagert. Der Förderraum der Flügelzellenpumpe ist durch Überströmkanäle 33 und 34 mit der Saugseite 5 und der Druckseite 4 im Gehäuse verbunden. Durch eine exzentrische Lagerung des Fördergehäuses 2 gegenüber dem Rotor 9 wird einerseits das Volumen der einzelnen Flügelzelleneinheiten 30 bei einer Rotorumdrehung ständig geändert. Andererseits bewirkt ein Verdrehen des Fördergehäuses 2 gegenüber dem Gehäuse 1 ein Verändern der Fördermenge der Pumpe. Der Druckseite 4 der Flügelzellenpumpe ist in bekannter Weise ein Ölfilter 20 nachgeschaltet.
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Zur Verstellung der Exzentrizität des Fördergehäuses 2 gegenüber dem Rotor 9 und somit zur Verstellung der Fördermenge weist das Fördergehäuse 2 eine bogenförmige Aussparung an seinem Umfangsbereich auf, die vom Gehäuse 1 begrenzt ist und durch eine im Gehäuse 1 schubbewegliche, kraftschlüssig am Grundkreis der Aussparung abgestützte Dichtleiste 14 in zwei mit Druck beaufschlagbare Kammern 28 und 29 geteilt ist. Diese vorbeschriebene Anordnung bildet ein Stellzylinder für diese Pumpenausführung.
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Die erste Kammer 28 ist über einen Kanal 35 mit einer am Ausgang des Ölfilters 20 angeordneten Förderleitung 8 verbunden. Somit wird der ersten Kammer 28 stetig eine Ölmenge mit einem entsprechenden Förderdruck zugeführt. Der Förderdruck wirkt in der ersten Kammer 28 am Fördergehäuse 2 und drängt dieses entgegen der Drehrichtung 13 der Rotorwelle 10 in Richtung „Nullförderung”.
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Die zweite Kammer 29 ist einem Steuerdruckkreis angeschlossen und weist eine über die Dichtleiste 14 mittelbar am Gehäuse 1 und am Fördergehäuse 2 abgestützte Feder 19 auf. Der Steuerdruckkreis wird in üblicher Weise durch einen mittels Drossel 18 gedrosselten Zufluss und einem gegen Federkraft wirkendes Druckregelventil 16 gebildet. Dabei mündet in die zweite Kammer 29 ein Kanal 23, der über einen Kanal 22 mit dem Steuerdruckkreis verbunden ist. Der Steuerdruckkreis ist über die Drossel 18 mit der Förderleitung 8 verbunden. Die Feder 19 und der über den Kanal 23 zugeführte Steuerdruck wirken in Drehrichtung 13 der Rotorwelle 10 mit ihrer Kraft stetig auf das Fördergehäuse 2, so dass dieser in Richtung „Förderung gedrängt wird.
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Für eine schwimmende Lagerung des Fördergehäuses 2 ist etwa entgegengesetzt der beiden Kammern 28 und 29 mindestens eine weitere bogenförmige, mit Fördermittel beaufschlagte, Hydrostatiktasche 3 angeordnet. Die Hydrostatiktasche 3 ist über einen Kanal 27 mit der Förderleitung 8 verbunden.
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Das bereits erwähnte Druckregelventil 16 kann sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gehäuses 1 der Flügelzellenpumpe angeordnet sein. Es besteht aus einem an sich bekannten Steuerkolben 31, der in einer entsprechenden Zylinderbohrung 32 angeordnet ist. Das Druckregelventil 16 ist über einen Kanal 22 mit Förderdruck entgegen einer Feder 15 wirkend beaufschlagbar. Der Förderdruck wirkt auf die Kolbenfläche des Steuerkolbens 31. Der axial in den Zylinder des Druckventils 16 mündende Kanal 22 ist über das Drosselventil 18 mit der Förderleitung 8 der Flügelzellenpumpe verbunden. Die Feder 15 kann dabei als Druckfeder ausgebildet sein, die zwischen dem Boden der Zylinderbohrung 32 und dem Boden des Steuerkolbens 31 angeordnet ist, oder als Zugfeder, die in dem Raum zwischen der durch den Förderdruck beaufschlagten Kolbenfläche und dem Boden der Zylinderbohrung 32 angeordnet und entsprechend an diesen befestigt ist.
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Der Steuerkolben 31 ist mit einem Überströmkanal 17 in Form einer Bohrung oder einer umlaufenden Nut versehen der vor dem Erreichen eines Solldruckes in dem Kanal 22 einen mit der Druckseite 4 der Flügelzellenpumpe verbundenen Kanal 21 mit einem zum Innenraum des Rotors 9 führenden Kanal 26 verbindet. Die Kanäle 21 und 22 münden dabei radial in die Zylinderbohrung 32 des Druckregelventils 16 in axialem Abstand von der stirnseitigen Einmündung des Kanals 22 in die Zylinderbohrung 32. Der Kanal 21 ist mit der Druckseite 4 oder mit der Förderleitung 8 der Flügelzellenpumpe verbunden. Innerhalb des Kanals 21 ist ein verstellbares Zweiwegeventil 36 angeordnet das über ein Stellglied 37 ansteuerbar ist, so dass der Zufluss über den Kanal 21 zum Druckregelventil 16 temperaturabhängig absperrbar ist.
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Zwischen der stirnseitigen Einmündung des Kanals 22 in das Druckregelventil 16 und der radialen Einmündung des Kanals 26 in die Zylinderbohrung 32 des Druckregelventils 16 mündet ein Abflusskanal 25 in die Zylinderbohrung 32 des Druckregelventils 16, der über einen weiteren Kanal 24 mit der Saugseite 5 der Flügelzellenpumpe verbunden ist. Zum Druckausgleich des Druckregelventils 16 ist der Kanal 24 auch mit dem Bodenbereich des Druckregelventils 16 verbunden.
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Die Regelfunktion der zusätzlichen Steuerstrecke ST des Druckregelventils 16 ist folgende:
Beim Anlaufen der Flügelzellenpumpe ist die Druckseite 4 der Pumpe drucklos beziehungsweise es liegt nur ein geringer Druck an der Druckseite 4 an, so dass die in der Kammer 29 angeordneten Feder 19 das Fördergehäuse 2 entgegen der Drehrichtung 13 der Rotorwelle 10 in Richtung „Förderung” verdreht. Der Steuerkolben 31 des Druckregelventils 16 befindet sich in der in der Figur gezeigten Stellung. Der gedrosselte Förderdruck im Kanal 22 ist nicht ausreichend, um den Steuerkolben 31 gegen die Kraft der Feder 15 zu verschieben. Über den in dem Steuerkolben 31 angeordneten Überströmkanal 17 wird der Innenraum des Rotors 9 mit dem Förderdruck der Flügelzellenpumpe beaufschlagt. Dabei ist der Kanal 21 zur Zuführung des entsprechenden Drucks entweder direkt mit der Druckseite 4 der Flügelzellenpumpe oder mit der nach dem Ölfilter 20 angeordneten Förderleitung 8 verbunden. Der in dem Innenraum des Rotors 9 aufgebaute Öldruck wirkt direkt auf die Bodenfläche der in den Schlitzen 7 geführten Flügel 6 des Rotors 9 und drückt diese mit einer zur Fliehkraft der Flügel 6 zusätzlichen Anpresskraft an die Innenkontur des Fördergehäuses 2.
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Die Federkraft der Feder 15 ist so ausgelegt, dass bei Erreichen eines Solldruckes in dem Kanal 22 der Steuerkolben 31 entgegen der wirkenden Federkraft verschoben wird. Dabei wird durch den Steuerkolben 31 die Verbindung des Kanals 21 mit dem Kanal 26 unterbrochen und somit die Druckzuführung zu dem Innenraum des Rotors 9 unterbunden. Die Flügelzellenpumpe hat ihren normalen Betriebszustand erreicht.
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Bei Überschreitung eines Sollförderdruckes wird der Steuerkolben 31 durch den in dem Kanal 22 anliegenden Druck weiter verschoben, so dass er die Einmündung des Abflusskanals 25 in die Zylinderbohrung 32 des Drosselventils 16 freigibt. Dadurch kann Öl von der Förderleitung 8 zur Saugseite 5 zurückfließen. Die Fördermenge wird vermindert und der Förderdruck der Pumpe wird dadurch entsprechend eingestellt beziehungsweise begrenzt. Die Verbindung des Kanals 21 mit dem Kanal 26 ist weiterhin durch den Stellkolben 31 unterbrochen.
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Bei Unterschreitung des Sollförderdrucks wird durch die Federkraft 15 der Steuerkolben 31 entgegen des wirkenden Förderdruckes verschoben und der Abflusskanal 25 verschlossen, so dass die Verstellung des Fördergehäuses 2 durch geänderte Druckverhältnisse in den Kammern 28 und 29 die Pumpe wieder den Solldruck aufgebaut.
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In dem zwischen der Druckseite 4 oder der Förderleitung 8 und dem Druckregelventil 16 angeordneten Kanal 21 ist das über das Stellglied 37 ansteuerbare Zweiwegeventil 36 angeordnet. In Abhängigkeit von der Temperatur T des zu fördernden Öls erfolgt über das Stellglied 37 eine Verstellung des Zweiwegeventils 36. Bei tiefen Öltemperaturen schaltet das Stellglied 37 das Zweiwegeventil 36 in die in der Figur dargestellten Stellung, bei der das Öl von der Druckseite 4 zu dem Druckregelventil 16 strömt. Bei Erreichen einer für den Betrieb normalen Öltemperatur erfolgt über das Stellglied 37 eine Umschaltung des Zweiwegeventils 36, wodurch der Ölzufluss zum Druckregelventil 16 über den Kanal 21 unterbrochen wird. Das bedeutet, dass auch beim Nichterreichen des Solldruckes und bei einer Verbindung des Kanals 21 mit dem Kanal 26 durch den im Steuerkolben 31 angeordneten Überströmkanal 17 kein zusätzliches Öl in den Innenraum des Rotors 9 gefördert wird. Erwärmtes Öl weist eine solche Konsistenz auf, das der vorhandene Anpressdruck der Flügel 6 an die Innenkontur des Fördergehäuses 2 ausreichend ist für eine genügende Förderung.
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Die Regelung des Fördervolumenstromes erfolgt durch die Verstellung des exzentrisch gegenüber dem Rotor 9 gelagerten Fördergehäuses 2 mittels der am Fördergehäuse 2 entgegengesetzt an den Begrenzungswänden der Kammern 28 und 29 wirkenden hydraulischen Kräfte und der Kraft der Feder 19. Durch Verdrehung des Fördergehäuses 2 verändert sich die Lage der Drehachse 12 des Fördergehäuses 2 gegenüber der festen Lage der Drehachse 11 der Rotorwelle 10. Auf diese Regelung des Fördervolumenstromes wird im Einzelnen nicht weiter eingegangen, da sie allgemein bekannt und nicht Gegenstand des Patentes ist.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung einer zusätzlichen Steuerstrecke ST zu dem Druckregelventil 16, bei dem der Innenraum des Rotors 9 vor dem Erreichen des Solldrucks mit zusätzlichem Druck beaufschlagt wird, wird erreicht, dass auch beim Anlaufen der Flügelzellenpumpe bei tiefen Temperaturen ein schneller Druckaufbau und eine maximale Ölförderung erreicht wird. Außerdem wird durch die zusätzlich erzeugte Anpresskraft der Rotorflügel an die Innenwand des Fördergehäuses die erforderliche Dichtheit der Zellen gewährleistet. Die zusätzlichen Anpresskräfte der Flügel 6 an die Innenwand des Fördergehäuses 2 bewirken gleichzeitig ein Verstellen des Fördergehäuses 2 in Richtung „Förderung”, so dass die Anlaufphase der Flügelzellenpumpe insgesamt verbessert wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist anwendbar für alle mengenregelbare Flügelzellenpumpen unabhängig von der Ausführung des Stellzylinders zum Bewegen des Fördergehäuses.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Fördergehäuse
- 3
- Hydrostatiktasche
- 4
- Druckseite
- 5
- Saugseite
- 6
- Flügel
- 7
- Schlitze
- 8
- Förderleitung
- 9
- Rotor
- 10
- Rotorwelle
- 11
- Drehachse der Rotorwelle
- 12
- Drehachse des Fördergehäuses
- 13
- Drehrichtung der Rotorwelle
- 14
- Dichtleiste
- 15
- Feder
- 16
- Druckregelventil
- 17
- Überströmkanal
- 18
- Drossel
- 19
- Feder
- 20
- Ölfilter
- 21
- Kanal
- 22
- Kanal
- 23
- Kanal
- 24
- Kanal
- 25
- Abflusskanal
- 26
- Kanal
- 27
- Kanal
- 28
- Kammer – bilden Stellzylinder
- 29
- Kammer – bilden Stellzylinder
- 30
- Flügelzelleneinheit
- 31
- Steuerkolben
- 32
- Zylinderbohrung
- 33
- Überströmkanal von 5
- 34
- Überströmkanal von 4
- 35
- Kanal
- 36
- Zweiwegeventil
- 37
- Stellglied
- ST
- Steuerstrecke
