DE102007001066A1

DE102007001066A1 - Staudruck-Regelung für Hydraulikpumpen

Info

Publication number: DE102007001066A1
Application number: DE200710001066
Authority: DE
Inventors: Dieter Voigt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-03
Filing date: 2007-01-03
Publication date: 2007-08-02
Also published as: EP1942277A2

Abstract

Eine fördermengenvariable Regelölpumpe mit Staudruck-Regelung nutzt einen in einer Öltasche drehzahlabhängig veränderlichen Staudruck für die Regelung des Förderdruckes. Hierdurch wird für einen mit einer Staudruck-Regelölpumpe ausgestatteten Verbrennungsmotor bei nur geringem Mehraufwand ein nennenswerter Verbrauchsvorteil erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft Hydraulikpumpen mit verstellbaren Fördermengen und Förderdrücken, insbesondere sog. Regelölpumpen für die Schmierölversorgung von Verbrennungsmotoren. Durch eine Regelung der Fördermenge und insbesondere auch des Förderdruckes entsprechend dem Bedarf eines mit Schmieröl zu versorgenden Verbrennungsmotors wird eine Minimierung der Antriebsleistung der Regelölpumpe bewirkt, so dass Vorteile im Kraftstoffverbrauch erzielt werden.

Aus der deutschen Patentschrift DE 10237801 B4 ist eine Außenzahnrad-Regelölpumpe bekannt, bei der die Verstellung der Fördermenge und resultierend auch des Förderdruckes durch eine axial veränderliche Überdeckung des Zahneingriffes ihrer Förderräder erfolgt. Hierbei bewirkt eine axiale Verschiebung einer ein Förderrad aufweisenden Verschiebeeinheit die Verstellung der axialen Überdeckung des Zahneingriffes. Die Verschiebung der Verschiebeeinheit ist einerseits vom Förderdruck und andererseits von einer Rückstellfeder wie auch von einem in dem Federraum der Rückstellfeder wirkenden Regeldruck abhängig, der von einem Regelkolben erzeugt wird. Der vom Förderdruck beaufschlagte Regelkolben weist eine zugehörige Regelfeder auf, wobei eine auf den Regelkolben weiterhin einwirkende, veränderbare Zusatzkraft eine Verstellung des Förderdruckes der Regelölpumpe hervorruft. Die Verstellung des Förderdruckes der DE 10237801 B4 erfolgt entweder elektrisch über eine Ansteuerung durch ein Steuergerät oder hydraulisch durch einen veränderlichen Druck einer sog. Spiralnut am Lagerzapfen eines Förderrades.

Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2004 007 323 A1 beschreibt eine Regelölpumpe, deren Förderdruck im Wesentlichen von der Betriebsdrehzahl bestimmt ist. Hierzu wird eine drehzahlabhängig veränderliche Fliehkraft genutzt, die in radial angeordneten Ölbohrungen eines Förderrades einen sog. Fliehdruck erzeugt. Der Fliehdruck wirkt auf einen Differenzdruckkolben, der seine Kolbenkraft als Zusatzkraft auf einen die Förderdruckregelung vornehmenden Regelkolben überträgt.

Die Regelungen der bekannten Regelölpumpen stellen einen gewissen Zusatzaufwand dar und sind insbesondere bei elektrischer Ansteuerung mit entsprechenden Mehrkosten verbunden.

Die ausschließlich hydraulische Regelung mittels Spiralnut der DE 10237801 B4 weist den Nachteil auf, dass der in der relativ flachen und langen Spiralnut eines entsprechend ausgebildeteten Lagerzapfens erzeugte, sog. Spiraldruck nicht nur von der Drehzahl des auf dem Lagerzapfen rotierenden Zahnrades, sondern wesentlich auch von der temperaturabhängigen Ölviskosität abhängt. Hierdurch erlangt der mit dem sog. Spiraldruck druckbeaufschlagten Regelkolben zwar eine drehzahlabhängige Regelfunktion, die jedoch zusätzlich temperaturabhängig nachteilig überlagert wird.

Die aus der DE 10 2004 007 323 A1 bekannte Fliehdruck-Regelung nutzt Fliehkrafteffekte für die Druckregelung einer Regelölpumpe und arbeitet somit weitgehend unabhängig von der temperaturabhängig veränderlichen Ölviskosität. Durch die den Fliehdruck erzeugenden Bohrungen in ihrem entsprechend ausgebildeten Förderrad ist die Fliehdruck-Regelölpumpe jedoch relativ fertigungsaufwendig und entsprechend mit Kostennachteilen behaftet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Regelölpumpe mit verstellbarem Förderdruck eine hydraulische Regelung zu schaffen, die weitgehend unabhängig von veränderlichen Ölviskositäten eine drehzahlabhängige Regelungsfunktion durchführt sowie einfach und kostengünstig ausführbar ist.

Diese Aufgabe wird für Regelölpumpen erfindungsgemäß entsprechend Anspruch 1 in einfacher Weise dadurch gelöst, dass auf den Regelkolben der Fördermengenverstelleinrichtung zur drehzahlabhängigen Regelung des Förderdruckes eine Zusatzkraft einwirkt, die von einem Differenzdruckkolben durch dessen Druckbeaufschlagung mit einem drehzahlabhängig in einer Öltasche entstehenden Staudruck erzeugt wird.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
1: eine Außenzahnrad-Regelölpumpe mit Staudruck-Regelung in Schnittdarstellung;
2: eine Schnittansicht der Verschiebeeinheit der Regelölpumpe von 1;
Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Außenzahnrad-Regelölpumpe mit erfindungsgemäßer Staudruck-Regelung. Ihr Gehäuse 1 weist eine Antriebswelle 2 mit einem ersten Förderzahnrad 3 auf. Das Förderzahnrad 3 steht mit einem zweiten Förderzahnrad 4 in Zahneingriff, dass Bestandteil einer Verschiebeeinheit 5 ist. Die Verschiebeeinheit 5 ist im Gehäuse 1 axial beweglich geführt und ermöglicht über die damit axial veränderliche Überdeckung des Zahneingriffes der Förderzahnräder 3 und 4, in 1 beträgt die gezeigte Überdeckung ca. 65%, eine Verstellung der Fördermenge der Regelölpumpe. Die axiale Positionierung der Verschiebeeinheit 5 erfolgt durch beidseitig auf sie einwirkende Kräfte. In einer rechtsseitigen Kammer 6 wirkt ständig der von der Regelölpumpe erzeugte Förderdruck auf die Verschiebeeinheit 5, während von einer linksseitigen Kammer 7 ein in ihr herrschender Regeldruck wie auch eine Feder 8 auf die Verschiebeeinheit 5 einwirken. Der von einem in der Verschiebeeinheit 5 angeordneten Regelkolben 9 mit zugehöriger Regelfeder 10 in bekannter Weise erzeugte Regeldruck stellt die Axialposition der Verschiebeeinheit 5 derart ein, dass sich über die entsprechend axiale Überdeckung der Förderzahnräder 3 und 4 und die daraus resultierende Fördermenge der Regelölpumpe ein bestimmter Förderdruck einstellt, beispielsweise entsprechend dem Öldruckbedarf eines mit Schmieröl zu versorgenden Verbrennungsmotors.
Der Regelkolben 9 wird von einem Differenzdruckkolben 11 über eine Feder 12 mit einer variablen Zusatzkraft beaufschlagt, um entsprechend in bekannter Weise den Regeldruck in der Kammer 7 zu beeinflussen.
Der Differenzdruckkolben 11 steht einerseits mit einer ersten Kammer 13 über eine erste Leitung, bestehend aus einer Bohrung 14 und einer Nut 15, und andererseits mit einer zweiten Kammer 16 über eine zweite Leitung, bestehend aus einer weiteren Bohrung 17, in Druckverbindung mit einer unter Förderdruck stehenden Öltasche 18 des zweiten Förderzahnrades 4. Die Bohrung 17 ist entgegen der Drehrichtung des Förderzahnrades 4 versetz zu der Nut 15 angeordnet, was in 1 durch die andere Schraffur ihrer Umgebung ausgedrückt wird. Die Tiefe der Öltasche 18 ist durch den Abstand eines Bodes 19 zum gegenüberliegenden Förderzahnrad 4 definiert.
Die in 1 in Verstellrichtung der Verschiebeeinheit 5 ausgerichtete Nut 15 kann auch schräg zur Vertellrichtung ausgeführt sein, um einem Linienverschleiß im Gehäuse 1 durch die Kanten der Nut 15 bei Axialverschiebung der Verschiebeeinheit 5 entgegenzuwirken.
Die 2 zeigt eine in 1 angedeutete Schnittdarstellung der Verschiebeeinheit 5 durch das Förderzahnrad 4. Das zum Teil ausgeschnittene Förderzahnrad 4 ermöglicht eine vollständige Sicht auf die in Drehrichtung des Förderzahnrades 4 sich erstreckenden Öltasche 18. Sie steht mit dem Differenzdruckkolben 11 einerseits über die Nut 15 und die Bohrung 14 und andererseits über die in diesem Ausführungsbeispiel zur Nut 15 bzw. Bohrung 14 um 90° versetzt angeordnete Bohrung 17 in Druckverbindung.
Das rotierende Förderzahnrades 4 überträgt in seiner Drehrichtung auf das in der Öltasche 18 befindliche Förderöl eine Scherkraft, die am Ende der Öltasche 18 im Bereich der Nut 15 einen Staudruck hervorruft, der abhängig von der Drehzahl des Förderzahnrades 4 wie auch von der Ölviskosität höher als der Druck am Anfang der Öltasche im Bereich der Bohrung 17 ist. Dieser drehzahlabhängig erzeugte Staudruck wirkt als Druckdifferenz am Differenzdruckkolben 11, der bei steigendem Staudruck seine Feder 12 zunehmend vorspannt und über den Regelkolben 9 in bekannter Weise eine Erhöhung des Förderdruckes der Regelölpumpe bewirkt.
Die Höhe des für die Öldruckregelung der Regelölpumpe genutzten Staudruckes kann im Wesentlichen durch die Größe des Winkels zwischen der Nut 15 und der Bohrung 17, in diesem Ausführungsbeispiel 90°; beeinflusst werden, weiterhin aber auch durch die Wahl der Tiefe der Öltasche 18, die in 1 als Abstand ihres Bodens 19 zum gegenüberliegenden Förderzahnrad 4 sichtbar ist.
Während eine geringe Tiefe der Öltasche 18, beispielsweise max. 1 mm, einen sehr hohen Staudruck erzeugt, ermöglicht eine relativ große Tiefe einen staudrucksenkenden Druckausgleich durch gegenüberliegend zum Förderzahnrad 4 am Boden 19 rückströmendes Förderöl vom Ende zum Anfang der Öltasche 18. Hierdurch kann beispielsweise der Einfluss der Ölviskosität auf die Öldruckregelung reduziert und überwiegend eine gewünscht drehzahlabhängige Förderdruck-Regelung erzielt werden.
Die beiden Bohrungen 14 und 17 können jeweils bei entsprechend klein gewähltem Durchmesser als Drossel wirken und damit eine für die Regelung des Förderdruckes der Regelölpumpe vorteilhafte Bedämpfung des Differenzdruckkolbens 11 hervorrufen.
Die erfindungsgemäße Ausbildung einer Regelölpumpe mit einer Staudruck-Regelung ermöglicht auf einfache Weise einen mit der Drehzahl ansteigenden Förderdruck etwa entsprechend dem Öldruckbedarf eines beispielsweise zu versorgenden Verbrennungsmotors, für den dadurch bei nur geringem Mehraufwand nennenswerte Verbrauchsvorteile erzielbar sind.

Claims

Drehzahlabhängige Druckregelung für Hydraulikpumpen, insbesondere für Schmierölpumpen von Verbrennungsmotoren, mit mindestens zwei Förderrädern (3, 4) und mit mindestens einer benachbart zu einem Förderrad (4) in dessen Drehrichtung sich erstreckender Öltasche (18) zur Aufnahme von Förderöl; mit einer Fördermengenverstelleinrichtung (5), die einen Regelkolben (9) und eine zugehörige Regelfeder (10) zur Erzeugung eines Regeldruckes für dessen Druckbeaufschlagung aufweist; sowie mit einem Differenzdruckkolben (11) mit zwei Kammern (13, 16) zur Erzeugung einer auf den Regelkolben (9) wirkenden Zusatzkraft, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kammern (13, 16) des Differenzdruckkolbens (11) über mindestens zwei stationäre Leitungen (14, 15, 17) in Druckverbindungen mit der Öltasche (18) stehen, wobei die erste Leitung (14, 15) in Drehrichtung des Förderrades (4) versetzt zur zweiten Leitung (17) in der Öltasche (18) mündet.
Drehzahlabhängige Druckregelung für Hydraulikpumpen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öltasche (18) einen Boden (19) aufweist, der zum ihm gegenüberliegenden Förderrad (4) eine Abstand von mindestens 1 mm aufweist.
Drehzahlabhängige Druckregelung für Hydraulikpumpen nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Leitung eines der folgende Merkmale aufweist: a) sie besteht zumindest aus einer Bohrung (14, 17) mit einem Durchmesser von maximal 2 mm; b) sie besteht aus einer Bohrung (14) und zusätzlich aus einer Nut (15) an einer Außenfläche der Fördermengenverstelleinrichtung, wobei die Ausrichtung der Nut (15) in Verstellrichtung der Fördermengenverstelleinrichtung (5) oder schräg dazu ausgerichtet ist;
Drehzahlabhängige Druckregelung für Hydraulikpumpen nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe als Außenzahnrad-Regelölpumpe ausgeführt und ihre Fördermengenverstelleinrichtung als Verschiebeeinheit (5) ausgebildet ist.
Drehzahlabhängige Druckregelung für Hydraulikpumpen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öltasche (18), die erste und die zweite Leitung (14, 15, 17), der Differenzdruckkolben (11) und der Regelkolben (9) Bestandteile der Verschiebeeinheit (5) sind.