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Die
Erfindung betrifft Ölpumpen mit verstellbaren Fördermengen,
die als sog. Regelölpumpen insbesondere für die
Schmierölversorgung von Verbrennungsmotoren verwendet werden.
Durch die Regelung der Fördermenge und insbesondere auch
des Förderdruckes werden für Verbrennungsmotoren Vorteile
im Kraftstoffverbrauch bzw. auch in der CO2-Abgasemission
erzielt.
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Aus
der
DE 10 2004
012 726 A1 ist eine Außenzahnrad-Regelölpumpe
bekannt, deren spezifische Fördermenge durch eine axial
verstellbare Überdeckung des Zahneingriffes ihrer beiden
Förderzahnräder veränderbar ist. Hierzu
ist ein Förderzahnrad auf einer sog. Verschiebeeinheit
angeordnet, deren axiale Verstellung einerseits vom Öldruck
in einer ersten Kammer und andererseits von einem Regeldruck in
einer zweiten Kammer mit einer Rückstellfeder für
die Verschiebeeinheit abhängt. Der Regeldruck wird von
einem mit Öldruck beaufschlagten Regelkolben erzeugt, wobei
eine auf den Regelkolben elektrisch veränderlich einwirkende
Zusatzkraft die Verstellung der Regelölpumpe hinsichtlich
Fördermenge bzw. Förderdruck beeinflusst. Zur
Regelung der Regelölpumpe wird das unter Öldruck
stehende, gefilterte Öl über eine Steuerdruckleitung
zur ersten Kammer der Verschiebeeinheit und zum Regelkolben zurückgeführt.
Die Steuerdruckleitung weist ein Magnetventil auf, das bei Bedarf
eines erhöhten Öldruckes den Öldruck
absperrt und die erste Kammer der Verschiebeeinheit mit der drucklosen
Umgebung verbindet. Hierbei verstellt die Rückstellfeder
die Verschiebeeinheit in eine Position mit vollständig
axialer Überdeckung der beiden Förderzahnräder,
so dass die Regelölpumpe dann eine maximale Fördermenge liefert.
Der dadurch entsprechend ansteigende Öldruck wird wie bei
einer herkömmlichen Konstantölpumpe dann durch
ein Überdruckventil begrenzt. Der betriebsbedingt erhöhte Öldruck
ist beispielsweise zur temporär verbesserten Kühlwirkung
von Kolbenspritzdüsen eines Verbrennungsmotors erforderlich.
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Die
DE 10 2004 007 323
A1 beschreibt eine Außenzahnrad-Regelölpumpe,
die über einen mit Fliehdruck beaufschlagten Differenzdruckkolben eine
Zusatzkraft auf einen Regelkolben ausübt und dadurch eine
drehzahlabhängig veränderliche Regelung des Öldruckes
erzielt. Durch ein Magnetventil kann die Zusatzkraft des Regelkolbens
auf einen Höchstwert angehoben werden, was bei allen Drehzahlen
dann zu einem konstant erhöhten Öldruckniveau
führt. In einer alternativen Ausführungsform ist
der Regelkolben in der Verschiebeeinheit angeordnet. Hierdurch ergibt
sich eine sehr kompakte Pumpenausbildung.
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Die
Anhebung des Öldruckes nach der
DE 10 2004 012 726 A1 hat
jedoch den Nachteil, dass bei Anhebung des Öldruckes sich
die maximale Fördermenge einstellt und der Vorteil der
reduzierten Pumpenantriebsleistung gegenüber herkömmlichen Konstantölpumpen
aufgegeben wird. Damit ist diese Art der Öldruckerhöhung
nur für kurzzeitige Betriebsphasen geeignet, beispielsweise
bei vorübergehend erhöhtem Kühlbedarf
der Kolben eines Verbrennungsmotors. Eine generelle Anhebung des Öldruckes
im oberen Drehzahlbereich beispielsweise entsprechend dem hier erhöhten Öldruckbedarf
eines Verbrennungsmotors ist nach der Lösung der
DE 10 2004 012 726
A1 nicht mehr sinnvoll. Ein weiterer Nachteil der Lösung
der
DE 10 2004
012 726 A1 ist darin zu sehen, dass der über die
Steuerdruckleitung den Regelelementen zugeleitete Steuerdruck bei
Anhebung des Öldruckes abgeschaltet wird. Hierdurch können
die Lagerstellen der Regelölpumpe nicht mit unter Steuerdruck
stehendem, gefiltertem Öl versorgt werden.
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Bei
konstanter Anhebung des Öldruckes nach der
DE 10 2004 007 323 A1 bleibt
die Regelölpumpe gegenüber der
DE 10 2004 012 726 A1 zwar vorteilhaft
weiterhin bei der Fördermengenregelung, erfordert jedoch
am Regelkolben einen Differenzdruckkolben zur Öldruckumschaltung
durch das Magnetventil. In der kompakten Ausführung der
Regelölpumpe mit Anordnung der Regelungsteile in der Verschiebeeinheit
ist eine entsprechende Druckumschaltung durch ein Magnetventil nicht
mehr möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Regelölpumpen
eine einfache Möglichkeit zur Anhebung des Öldruckes
zu schaffen, ohne die Funktion und die Vorteile von Regelölpumpen
aufzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß für Regelölpumpen
entsprechend Anspruch 1 in einfacher Weise dadurch gelöst,
dass bei erforderlicher Anhebung des Öldruckes in der Hauptölleitung
der Öldruck nicht in voller Höhe, sondern im Druckniveau reduziert über
eine Steuerdruckleitung zur Regelung an die Regelölpumpe
zurückgeführt wird. Hierzu weist die Steuerdruckleitung
eine erste Drossel und danach stromab zur Regelölpumpe
eine Abzweigleitung mit einer zweiten Drossel zur drucklosen Umgebung
auf, wobei die Wirkung der zweite Drossel verstellbar ist. Im einfachsten
Fall ist in der Abzweigleitung vor oder hinter der zweite Drossel
ein Magnetventil angeordnet, das den Leckageölstrom der
Abzweigleitung entweder zu oder abschaltet. Bei geschlossenem Magnetventil
wirkt der Öldruck der Hauptleitung über die Steuerdruckleitung
effektiv ohne Druckverlust der ersten Drossel, die keinen nennenswerten Ölstrom
aufweist, als Steuerdruck an der Regelölpumpe. Bei geöffnetem
Magnetventil fließt jedoch über die Abzweigleitung
ein bestimmter Leckageölstrom zur Umgebung, wobei sich
zwischen den beiden Drosseln abhängig von der Drosselwirkung
der einzelnen Drosseln ein bestimmter Druck, beispiels weise bei
gleichgroßen Drosseln etwa der halbe Öldruck als
Steuerdruck für die Regelung einstellt. Ein die Regelung
der Regelölpumpe vornehmender Regelkolben arbeitet prinzipiell
als Drucksensor und versucht immer den an ihm wirkenden Steuerdruck
entsprechend seiner Auslegung auf den Soll-Steuerdruck einzuregeln.
Er kompensiert also eine Abweichung des Steuerdruckes durch Fördermengenanpassung
bis zum Erreichen des ursprünglichen Soll-Steuerdruckes,
so dass der durch das geöffnete Magnetventil an der ersten
Drossel erzeugte Druckabfall durch eine erfolgende Fördermengenerhöhung
zu einem entsprechend um den Druckabfall höheren Öldruck
in der Hauptölleitung führt.
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Einzelheiten
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und
aus den in Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
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1:
eine Regelölpumpe mit elektrischer Umschaltung des Öldruckes
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2:
eine Regelölpumpe in Kompaktauslegung mit elektrischer
Steuereinheit
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Die 1 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß geregelten
Außenzahnrad-Regelölpumpe. Ein Pumpengehäuse 1 mit
einem Gehäusedeckel 2, der mit einem Kolbenansatz 3 ausgebildet
ist, weist eine Antriebswelle 4 mit einem ersten Förderzahnrad 5 auf.
Das Förderzahnrad 5 steht mit einem zweiten Förderzahnrad 6 in
axial versetztem Zahneingriff. Das Förderzahnrad 6 ist
auf einem Bolzen 7 gelagert und rechtsseitig von einem
Kolben 8, mit einer den Kolbenansatz 3 und das
Förderzahnrad 5 umschmiegenden Ausnehmung, und
linksseitig von einem Kolben 9 axial geführt.
Die beiden Kolben 8 und 9 sind auf dem Bolzen 7 fixiert.
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Der
Verbund von Förderzahnrad 6, Bolzen 7 und
den beiden Kolben 8 und 9 wird als Verschiebeeinheit 10 bezeichnet
und ist axial verstellbar. Hierzu weist das Pumpengehäuse 1 eine
erste Kammer 11 und eine zweite Kammer 12 auf.
In der zweiten Kammer 12 ist eine Feder 13 angeordnet,
die über den Kolben 9 eine Rückstellkraft
auf die Verschiebeeinheit 10 ausübt.
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Die
Regelölpumpe kann über die axial variable Überdeckung
des Zahneingriffes der beiden Förderzahnräder 5 und 6 ihre
Fördermenge in bekannter Weise verstellen und ihre spezifische
Fördermenge dem Bedarf anpassen. Sie saugt mit ihren beiden
Förderzahnrädern 5 und 6 das
Förderöl über eine Ansaugkammer 14 an
und fördert es über eine Druckkammer 15 und
einen Ölfilter 16 in eine Hauptölleitung 17,
in der ein beispielsweise für die Ölversorgung
eines Verbrennungsmotors erforderlicher Öldruck herrscht.
Zur Öldruckregelung steht die Hauptölleitung 17 über
eine Steuerdruckleitung 18 in Druckverbindung mit der Regelölpumpe.
Die Steuerdruckleitung 18 leitet den sog. Steuerdruck nach
einer Verzweigung über eine Verbindung 18a in
die Kammer 11 der Verschiebeeinheit 10 und über
eine Verbindung 18b zu einem in einer Bohrung 19 des Pumpengehäu ses 1 angeordneten
Regelkolben 20. Der Regelkolben 20 erzeugt in
bekannter Weise abhängig vom Steuerdruck über
eine Bohrung 22 in der zweiten Kammer 12 einen
Regeldruck. Im Zusammenwirken mit der Feder 13 stellt der
Regeldruck der zweiten Kammer 12 die axiale Positionierung
der Verschiebeeinheit 10 und entsprechend die spezifische
Fördermenge so ein, dass der Öldruck der Hauptleitung 17 und
damit der Steuerdruck am Regelkolben 20 dem durch seine
Regelfeder 21 festgelegten Soll-Steuerdruck von beispielsweise
2 bar entspricht.
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Schon
geringe Abweichungen vom Soll-Steuerdruck werden vom Regelkolben 20 erkannt
und durch entsprechende Änderungen des Regeldruckes in
der zweiten Kammer 12 zur Anpassung der Fördermenge
im Sinne einer Korrektur des Steuerdruckes und damit des Öldruckes
in der Hauptleitung 17 umgesetzt.
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Eine
in der Steuerdruckleitung 18 angeordnete, erste Drossel 23 ist
so dimensioniert, dass sich aufgrund des bei Fördermengenverstellung
relativ geringen Öldurchflusses an ihr effektiv kein Druckverlust
einstellt und der in der ersten Kammer 11 und am Regelkolben 20 anliegende
Steuerdruck praktisch dem Öldruck der Hauptleitung 17 entspricht. Eine
erfindungsgemäß nach der ersten Drossel 23 in der
Steuerdruckleitung 18 angeschlossene Abzweigleitung 24 mit
einem Magnetventil 25 und einer zweite Drossel 26 ermöglicht
bei geöffnetem Magnetventil 25 einen Leckageölstrom
in die drucklose Umgebung, beispielsweise in die Ölwanne
des Verbrennungsmotors. Je nach Größe der ersten
Drossel 23 und der zweiten Drossel 26 stellt sich
bei Öffnung des Magnetventils 25 zwischen ihnen
ein um den Druckverlust der ersten Drossel 23 zunächst
reduzierter Steuerdruck ein, der vom Regelkolben 20 jedoch durch
Anhebung von Fördermenge bzw. Öldruck wieder auf
den Soll-Steuerdruck korrigiert wird.
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Ein
bei geöffnetem Magnetventil 25 durch den Leckageölstrom
beispielsweise um 1,5 bar entstehender Druckabfall an der ersten
Drossel 23 führt aufgrund eines beispielsweise
immer durch den Regelkolben 20 auf 2 bar geregelten Steuerdruckes
zu einem Öldruck von 3,5 bar in der Ölhauptleitung 17. Ein
Schließen des Magnetventils 25 senkt den Öldruck
der Hauptölleitung 17 dann wieder auf 2 bar.
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Da
der Steuerdruck vom Regelkolben
20 erfindungsgemäß nahezu
immer konstant auf beispielsweise 2 bar gehalten wird, also nicht
wie bei Lösung der
DE 10 2004 012 726 A1 bei Anhebung des Öldruckes
abgeschaltet ist, kann die Steuerdruckleitung
18 auch Schmierstellen
der Regelölpumpe mit gefiltertem Förderöl
versorgen. Im Ausführungsbeispiel der
1 wird
entsprechend die Antriebswelle
4 über eine Bohrung
27 mit
Steuerdruck aus der Kammer
11 geschmiert. Weiterhin weist
der Kolben
9 eine Bohrung
28 auf, die von der
Kammer
12 Schmieröl mit aus Steuerdruck erzeugtem
Regeldruck zum Bolzen
6 leitet, um die Lagerung des Förderzahnrades
6 auf
dem Bolzen
7 zu versorgen. Durch eine gegenüberliegend
zur Bohrung
28 angeordnete Nut
29 von Kolben
8 ist
die Lagerung mit der Saugkammer
14 verbunden, so dass ein
ausreichendes Druckgefälle für die Schmierung
zwischen Bolzen
7 und Förderzahnrad
6 herrscht.
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In 2 ist
eine weitere Regelölpumpe dargestellt, die für
die Druckregelung ein erfindungsgemäßes Steuereinheit 30 aufweist
und deren weitere Regelungsteile kompakt in einer entsprechend ausgebildeten
Verschiebeeinheit 31 angeordnet sind. Die Verschiebeeinheit 31,
sie ist in einem Pumpengehäuse 32 zwischen der
ersten Kammer 11 und der zweiten Kammer 12 mit
Feder 13 axial beweglich geführt, besteht aus
dem Förderzahnrad 6, einem das Förderzahnrad
lagernden Bolzen 33 sowie dem Kolben 9 und einem
Kolben 34. Im Bolzen 33 ist ein Regelkolben 35 mit
einer Regelfeder 36 angeordnet. Der axial direkt vom Steuerdruck
der Kammer 11 beaufschlagte Regelkolben 35 steht
weiterhin über eine Bohrung 37 und eine Bohrung 38 von
Kolben 34 in Druckverbindung mit der ersten Kammer 11 bzw.
der Saugkammer 14 und erzeugt in bekannter Weise den Regeldruck.
Der Regeldruck wird über ein im Bolzen 33 fixiertes
Druckrohr 39 in die Kammer 12 eingespeist und
regelt über die verstellbare Fördermenge den Öldruck
in der Hauptölleitung 17. Sie steht über eine
Steuerdruckleitung 40 in Druckverbindung mit der ersten
Kammer 11 der Verschiebeeinheit 31. Die in der
Steuerdruckleitung 40 angeordnete Steuereinheit 30 besteht
aus einer ersten Drossel 42 und einem Magnetventil 41 mit
einer zweiten Drossel 43 in einer Abzweigleitung 44 zur
drucklosen Umgebung. Über die erste Drossel 42 ist
unabhängig von den Schaltstellungen des Magnetventils 41 eine
Druckverbindung zwischen der Hauptölleitung 17 und
der Kammer 11 gegeben, so dass bei geschlossenem Magnetventil 41 aufgrund
eines nur geringen Ölflusses durch die erste Drossel 42 kein
nennenswerter Druckabfall entsteht. Der Öldruck der Hauptleitung 17 entspricht
bei geschlossenem Magnetventil 41 praktisch dem Steuerdruck
in der Kammer 11, der vom Regelkolben 35 auslegungsgemäß beispielsweise
auf 2 bar eingeregelt wird. Bei geöffnetem Magnetventil 41 fließt über
die zweite Drossel 43 der Abzweigleitung 44 jedoch
ein entsprechender Leckageölstrom in die drucklose Umgebung,
so dass an der ersten Drossel 42 dann beispielsweise ein
Druckabfall von 1,5 bar auftritt. Bei einem vom Regelkolben 35 wieder
auf 2 bar eingeregelten Steuerdruck beträgt infolge einer
nun erhöhten Fördermenge der Öldruck
der Hauptölleitung dann 3,5 bar.
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Es
versteht sich von selbst, dass auch bei einem von einem Regelkolben
variabel einregelten Steuerdruck, beispielsweise entsprechend der
DE 10 2004 007 323
A1 , die erfindungsgemäße Umschaltung
auf ein höheres Öldruckniveau in Anwendung kommen
kann. Hierdurch kann beispielsweise eine vorteilhaft entsprechend
dem Öldruckbedarf eines Verbrennungsmotors stufenlos geregelte Öldruckversorgung
realisiert werden, die dann in Bedarfsfällen auf ein höheres Öldruckniveau
umschaltbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004012726
A1 [0002, 0004, 0004, 0004, 0005, 0017]
- - DE 102004007323 A1 [0003, 0005, 0019]