DE102009060189B4

DE102009060189B4 - Regelvorrichtung für die Verstellung des Fördervolumens einer Pumpe

Info

Publication number: DE102009060189B4
Application number: DE102009060189.9A
Authority: DE
Inventors: Dr. Lamparski Christof
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Current assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2017-07-13
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: DE102009060189A1

Abstract

Regelvorrichtung für die Verstellung des Fördervolumens einer Pumpe, die Regelvorrichtung umfassend a) eine Basis (25), b) eine Kammer mit einer Einlassöffnung (27) und einer Steuerauslassöffnung (28) für ein mittels der Pumpe förderbares Fluid, c) ein in der Kammer hin und her bewegbares erstes Verstellorgan (21), das in einer ersten Position ein Kammervolumen, das die Einlassöffnung (27) mit der Steuerauslassöffnung (28) verbindet, freigibt und in einer zweiten Position verschließt oder zumindest verkleinert, d) und ein relativ zu der Basis (25) und dem ersten Verstellorgan (21) hin und her bewegbares zweites Verstellorgan (22), das wenigstens eines aus Einlassöffnung (27) und Steuerauslassöffnung (28) bildet. dadurch gekennzeichnet, dass e) die Verstellorgane (21, 22) je von einem eigenen Federglied (23, 24) in eine der Richtungen ihrer Bewegbarkeit mit einer Federkraft beaufschlagt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für die Verstellung des Fördervolumens einer Pumpe und ferner eine Pumpe mit der Regelvorrichtung.
Verdrängerpumpen, beispielsweise Zahnradpumpen und Flügelzellenpumpen, haben ein konstantes spezifisches Fördervolumen. Das Fördervolumen ist daher proportional der Pumpengeschwindigkeit, üblicherweise die Drehzahl eines oder mehrerer Förderräder der jeweiligen Pumpe, solange der Füllgrad der Förderzellen der Pumpe 100% ist. In vielen Anwendungsfällen ist diese Proportionalität störend. Bei einer Presse beispielsweise ist für den Eilgang eine hohe Liefermenge an Drucköl notwendig, in der Endphase des Arbeitshubs der Presse wird jedoch nur noch hoher Druck gefordert, während der Bedarf an Fördervolumen auf Null zurückgeht. Störend ist ein Ölstromüberschuss beispielsweise auch bei Pumpen zur Versorgung eines Verbrennungsmotors oder eines automatischen Getriebes eines Kraftfahrzeugs mit Schmieröl oder Arbeitsöl. Diese Aggregate benötigen zwar bei niedriger Motordrehzahl und dementsprechend niedriger Pumpengeschwindigkeit, insbesondere im Leerlauf, ein Mindestfördervolumen und bei hoher Motordrehzahl einen Mindestöldruck, der Ölbedarf bei höherer Drehzahl liegt aber weit unterhalb der Proportionalitätslinie.
Das spezifische Fördervolumen von Pumpen sollte dem Bedarf des Verbrauchers, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, ein Automatikgetriebe oder eine Presse, angepasst, d. h. verstellbar sein.
Zahnradpumpen mit verstellbarem Fördervolumen sind beispielsweise aus der DE 102 22 131 B4 und der DE 102 37 801 B4 bekannt. Beschrieben werden Außenzahnradpumpen, deren spezifisches Fördervolumen durch eine Verstellung der axialen Eingriffslänge der in Eingriff befindlichen Förderräder verstellt werden kann. Die DE 102 22 131 B4 beschreibt darüber hinaus eine Innenzahnradpumpe, deren spezifisches Fördervolumen durch eine Verstellung der Exzentrizität der in Eingriff befindlichen Förderräder verstellbar ist. Die Verstellung erfolgt für beide Pumpenarten mittels eines Verstellglieds, das bei den Außenzahnradpumpen von einer axial verstellbaren Verschiebeeinheit und bei der Innenzahnradpumpe von einem Verstellring gebildet wird. Durch die Verstellung des jeweiligen Verstellglieds wird die Position von einem der Förderräder der jeweiligen Pumpe relativ zu dem anderen Förderrad verstellt. Bei Flügelzellenpumpen und Pendelschieberpumpen, die weitere bevorzugte Pumpenarten darstellen, kann beispielsweise ein das Förderrad umgebender Stellring, dessen Exzentrizität relativ zu dem Förderrad verstellbar ist, das Verstellglied bilden. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Position eines Einlasses in eine Pumpenkammer oder eines Auslasses aus der Pumpenkammer oder beides in Kombination relativ zu dem oder den in der Pumpenkammer angeordneten Förderrad oder Förderräder zu verstellen, wobei in derartigen Ausführungen ein den Einlass oder den Auslass oder beides bildendes Verstellglied entsprechend verstellbar angeordnet ist. Die Verstellglieder werden jeweils in eine Richtung ihrer Verstellbarkeit mit dem geförderten Druckfluid und dem Druckfluid entgegenwirkend in die andere Richtung von der Federkraft eines Federglieds beaufschlagt, so dass sich entsprechend der Federsteifigkeit und dem Öldruck eine Gleichgewichtslage einstellt. Das Druckfluid wirkt in Richtung einer Verringerung des spezifischen Fördervolumens und das Federglied spannt das Verstellglied in Richtung maximales spezifisches Fördervolumen.
Die Verstellglieder der aus den beiden Schriften bekannten Pumpen werden jeweils über ein Regelventil mit dem Druckfluid beaufschlagt. Die Regelventile weisen je einen Regelkolben auf, der in eine Richtung mit dem Druckfluid und dem Druckfluid entgegenwirkend mit der Federkraft einer Regelfeder beaufschlagt wird. Um mittels des Regelventils das Druckniveau verstellen zu können, ab dem die Pumpe abregelt, schlägt die DE 102 37 801 B4 vor, den Regelkolben als Stufenkolben zu bilden oder die Regelfeder mit einer magnetischen Zusatzkraft zu unterstützen oder eine Regelfeder mit verstellbarer Federspannung zu verwenden. Das Regelventil mit Stufenkolben ermöglicht die Abregelung ab dem Erreichen eines vorgegebenen unteren Druckniveaus und regelt stets bei Erreichen eines vorgegebenen oberen Druckniveaus ab. Das Regelventil mit verstellbarer Federspannung ermöglicht bei stufenloser Verstellbarkeit der Federspannung zwar grundsätzlich eine stufenlose Verstellung des Druckniveaus der Abregelung, durch die Verstellung der Federspannung kann es jedoch leicht zu Schwingungen und instabilen Zuständen kommen.
Die DE 1 553 284 A betrifft eine Servo-Druckförderpumpe mit einer Mengenregeleinrichtung. Die Mengenregeleinrichtung weist einen eigenen Fluidkreislauf auf, in dem Fluid aus dem Pumpenraum zur Mengenregeleinrichtung fließt. Aus der DE 32 32 903 A1 ist eine Steuereinrichtung für ein Verstellelement einer Pumpe bekannt, mit einem Druckmittelanschluss, über den Druckmittel von einer nicht näher bezeichneten Druckmittelquelle zu einer Stirnfläche des Verstellkolbens geführt wird. Die DE 10 2007 033 146 A1 beschreibt ein Verstellventil für die Verstellung des Fördervolumens einer Verdrängerpumpe. Das Verstellventil umfasst ein Ventilgehäuse, einen in dem Ventilgehäuse angeordneten Ventilkolben, eine Ventilfeder und eine Verstelleinrichtung. Aus der DE 10 2007 039 589 A1 ist eine Regelölpumpe mit einer verstellwegabhängigen Öldruckregelung bekannt. Die Regeleinheit umfasst einen Regelkolben, der in der Verschiebeeinheit für die axiale Verstellung eines der Förderzahnräder der Außenzahnrad-Regelölpumpe angeordnet ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, das Fördervolumen einer Pumpe an den Bedarf eines von der Pumpe zu versorgenden Aggregats mit guter Regeldynamik und Regelgüte flexibel anpassen zu können.
Die Erfindung geht von einer der Verstellung des Fördervolumens einer Pumpe dienenden Regelvorrichtung aus, die in einem Fluidkreis der Pumpe eingebaut oder für einen Einbau vorgesehen ist. Die Regelvorrichtung umfasst eine Basis, eine Kammer und ein in der Kammer hin und her bewegbares erstes Verstellorgan. Die Kammer weist eine Einlassöffnung und eine Steuerauslassöffnung für ein mittels der Pumpe förderbares Fluid sowie ein die Einlassöffnung mit der Steuerauslassöffnung verbindendes Kammervolumen auf. Das Verstellorgan kann in der Kammer wenigstens zwei unterschiedliche Positionen einnehmen, nämlich eine erste Position, in der es das genannte Kammervolumen freigibt, so dass die Einlassöffnung über das Kammervolumen fluidisch mit der Steuerauslassöffnung verbunden ist, und eine zweite Position, in der es das besagte Kammervolumen verkleinert oder vorzugsweise verschließt. Das erste Verstellorgan trennt somit in der zweiten Position die Steuerauslassöffnung von der Einlassöffnung oder erschwert zumindest einen Fluss von der Einlassöffnung in die Steuerauslassöffnung. Die Basis dient der Lagerung von Komponenten der Regelvorrichtung und kann auch der Montage der Regelvorrichtung am Einbauort dienen. Sie bildet vorzugsweise ein Gehäuse für die Komponenten der Regelvorrichtung. Die Regelvorrichtung kann anstatt einer separaten Montage in ein Gehäuse der Pumpe integriert sein, beispielsweise in oder an dem Pumpengehäuse montiert sein oder unmittelbar von dem Pumpengehäuse gebildet werden. Das erste Verstellorgan kann insbesondere ein in der Kammer axial beweglicher Regelkolben sein.
Nach der Erfindung umfasst die Regelvorrichtung ein weiteres, zweites Verstellorgan, das relativ zu der Basis und dem ersten Verstellorgan hin und her bewegbar ist und die Einlassöffnung, bevorzugter die Steuerauslassöffnung und besonders bevorzugt beide Öffnungen bildet. Das zweite Verstellorgan bildet somit wenigstens einen Teil einer Wand der Kammer, nämlich wenigstens den Teil der Kammerwand, in dem die betreffende(n) Öffnung(en) angeordnet ist oder sind. Lässt das erste Verstellorgan in der genannten ersten Position einen Fluss von der Einlassöffnung in die Steuerauslassöffnung zu, kann ohne Positionsänderung des ersten Verstellorgan durch Verstellung des zweiten Verstellorgans die Position der bewegbaren Öffnung oder Öffnungen so verändert werden, dass nach der Verstellung das erste Verstellorgan die beiden Öffnungen wieder voneinander trennt, indem es das verbindende Kammervolumen verschließt. Ein durch Verstellung des ersten Verstellorgans erreichter Zustand, beispielsweise die Freigabe des verbindenden Kammervolumens, kann durch die Bewegung des zweiten Verstellorgans aufgehoben werden. In bevorzugten Verwendungen der Pumpe, beispielsweise als Schmierölpumpe für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, kann durch die Verstellung der Position der Steuerauslassöffnung das Druckniveau verstellt werden, ab dem das spezifische Fördervolumen der Pumpe verringert und dadurch das absolute Fördervolumen unter die Proportionalitätslinie abgeregelt wird, vorzugsweise auf ein konstantes oder mit zunehmender Pumpengeschwindigkeit nur sehr langsam zunehmendes Fördervolumen.
Eine Bewegbarkeit jedes der Verstellorgane unabhängig von dem jeweils anderen ermöglicht vorteilhafterweise auch die Beaufschlagung der Verstellorgan je mit einer Verstellkraft, von denen die eine von einer ersten physikalischen Größe, beispielsweise dem Fluiddruck der Hochdruckseite, und die andere von einer anderen physikalischen Größe, beispielsweise einer Drehzahl oder einer Temperatur oder einem anderen Fluiddruck der Hochdruckseite, abhängt. Ferner kann die Regeldynamik verbessert werden, da nicht ein einziges Verstellorgan über seinen Verstellweg die unterschiedlichen Zustände der Regelvorrichtung bestimmt. Der Zustand der Regelvorrichtung, beispielsweise Freigabe oder Verschluss des die Öffnungen verbindenden Kammervolumens, kann wahlweise durch Verstellung des einen oder des anderen der Verstellorgane vorgenommen werden.
Mit relativ zueinander und relativ zu der Basis bewegbaren bzw. verstellbaren Verstellorganen kann das Druckniveau, ab dem das Fördervolumen abgeregelt wird, vorzugsweise stufenlos eingestellt werden. Grundsätzlich ist es möglich, das Druckniveau der Abregelung auf einen beliebigen Wert innerhalb des Betriebsdrucks der Pumpe einzustellen.
In bevorzugten Ausführungen ist wenigstens eines der Verstellorgane in eine der Richtungen seiner Bewegbarkeit mit einer Verstellkraft beaufschlagbar, die von dem Druck des von der Pumpe geförderten Fluids abhängt. Vorzugsweise ist das betreffende Verstellorgan unmittelbar mit dem Druckfluid beaufschlagbar. Bevorzugterweise sind beide Verstellorgan je mit einer von dem Druck des geförderten Fluids abhängigen Verstellkraft, vorteilhafterweise unmittelbar mit dem Druckfluid, beaufschlagbar. Der Druck zur Erzeugung der jeweiligen Verstellkraft wird im Folgenden auch als Steuerdruck bezeichnet. Das Druckfluid kann an einer beliebigen Stelle einer Hochdruckseite der Pumpe abgenommen werden, beispielsweise unmittelbar an einem Pumpenauslass oder weiter stromab an einer für den Bedarf repräsentativen Stelle innerhalb eines von der Pumpe mit dem Fluid zu versorgenden Aggregats. Bevorzugt wird das Druckfluid stromab von einem der Pumpe nachgeordneten Fluidfilter und stromauf von dem zu versorgenden Aggregat abgenommen, so dass die Regelvorrichtung indirekt oder vorzugsweise direkt mit gereinigtem Fluid beaufschlagt wird. Falls beide Verstellorgane mit dem Druckfluid beaufschlagbar sind, wird das Druckfluid für beide Verstellorgane zweckmäßigerweise an der gleichen Stelle oder an nahe beieinander liegenden Stellen des Fluidkreises abgenommen. Anstatt beide Verstellorgane jeweils mit dem Druckfluid zu beaufschlagen, kann beispielsweise auch eines der Verstellorgane mit dem Druckfluid und das andere auf andere Weise verstellt werden. So kann das andere Verstellorgan, beispielsweise das zweite Verstellorgan, mittels eines Stellglieds verstellt werden, beispielsweise mittels eines elektrischen Schrittmotors oder eines elektromagnetischen linearen Stellglieds. Das Stellglied kann anhand des genannten Fluiddrucks oder einer anderen physikalischen Größe gesteuert werden, die für den Bedarf des von der Pumpe zu versorgenden Aggregats repräsentativ ist. Diese andere physikalische Größe kann beispielsweise eine Drehzahl oder eine Temperatur eines von der Pumpe zu versorgenden Aggregats sein. Gegebenenfalls können auch beide Verstellorgane auf solch indirekte Weise verstellt werden. Die Verstellkräfte wirken auf die Verstellorgane vorzugsweise in die gleiche Richtung.
Beide Verstellorgane werden mit einer Federkraft, beaufschlagt, die der von der Regelgröße, beispielsweise dem Steuerdruck, erzeugbaren Verstellkraft entgegenwirkt. Die Regelvorrichtung umfasst in derartigen Ausführungen zwei Federglieder, die vorzugsweise unmittelbar auf das betreffende Verstellorgan wirken, grundsätzlich aber auch über ein oder mehrere Zwischenglieder auf das Verstellorgan wirken können. Bei Ausführung als Federglied kann dieses der Funktion nach insbesondere eine mechanische Druckfeder sein. Der Form nach ist das Federglied vorzugsweise eine Spiralfeder. Beide Verstellorgane werden je mittels des eigenen Federglieds, der in Abhängigkeit von der jeweiligen Regelgröße erzeugten Verstellkraft entgegenwirkend mit einer Federkraft beaufschlagt. Die Anordnung der Verstellorgane und der Rückstellglieder ist vorzugsweise so gewählt, dass die Federglieder in die gleiche Richtung auf das jeweils zugeordnete Verstellorgan wirken.
Das zweite Verstellorgan bildet vorzugsweise nicht nur die Steuerauslassöffnung, sondern auch die Einlassöffnung in die Kammer der Regelvorrichtung. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, entweder die Einlassöffnung oder die Auslassöffnung der Position nach nicht veränderbar zu gestalten.
Das erste Verstellorgan ist in der Kammer vorzugsweise axial hin und her bewegbar angeordnet. Vorzugsweise ist das zweite Verstellorgan relativ zu der Basis in die gleiche Richtung axial hin und her bewegbar. Die Verstellorgane können insbesondere koaxial angeordnet und längs der gleichen Achse beweglich sein. Alternativ zu der axialen Bewegbarkeit könnten die Verstellorgane beispielsweise auch drehbeweglich oder schwenkbeweglich angeordnet sein, vorzugsweise jeweils um die gleiche Dreh- oder Schwenkachse.
Bevorzugten Ausführungen entspricht es, wenn eines der Verstellorgane das andere umgibt. So kann insbesondere das zweite Verstellorgan das erste Verstellorgan umgeben. Das umgebende Verstellorgan bildet vorzugsweise eine zylindrische Kammerwand, vorteilhafterweise bildet es den gesamten Mantel der Kammer.
In einer Weiterbildung umfasst die Regelvorrichtung eine Steuerungseinrichtung, mittels der die Position wenigstens, vorzugsweise nur eines der Verstellorgane eingestellt werden kann. Falls das betreffende Verstellorgan in eine Richtung seiner Bewegbarkeit mit dem Druckfluid direkt oder indirekt über ein oder mehrere Zwischenglieder beaufschlagt wird, kann die Steuerungseinrichtung beispielsweise bestimmen, ab welchem Steuerdruck das betreffende Verstellorgan mit dem Druckfluid oder einer davon abhängigen Verstellkraft beaufschlagt wird. In bevorzugten Ausführungen ist das betreffende Verstellorgan in beide Richtungen seiner Bewegbarkeit jeweils mit Druckfluid der Hochdruckseite der Pumpe oder einer davon abhängigen Verstellkraft beaufschlagbar, und mittels der Steuerungseinrichtung ist die Differenz der beiden einander entgegenwirkenden Verstellkräfte veränderbar.
Vorzugsweise wird mittels der Steuerungseinrichtung die Größe nur einer dieser Verstellkräfte verändert, während die andere der Verstellkräfte höchstens mittelbar beeinflusst wird, durch die Veränderung der von der Steuerungseinrichtung direkt eingestellten Verstellkraft. In einer alternativen Ausführung wirken beide Verstellkräfte in die gleiche Richtung auf das betreffende Verstellorgan, vorzugsweise das zweite Verstellorgan, wobei dieses Verstellorgan in solchen Ausführungen als Stufenkolben ausgeführt sein kann. In diesen Ausführungen wird mittels der Steuerungseinrichtung die Summe der in die gleiche Richtung wirkenden Verstellkräfte bedarfsgerecht verändert, wobei diesen beiden Verstellkräften das Rückstellglied, vorzugsweise Federglied, entgegenwirkt. In demgegenüber bevorzugten Ausführungen der Differenzbildung, wirken die mittels der Steuerungseinrichtung direkt beeinflusste Verstellkraft und die Rückstellkraft des Rückstellglieds vorzugsweise in die gleiche Richtung.
Das zweite Verstellorgan ist in beiden Ausführungen der Ansteuerung vorzugsweise ein Kolben, der direkt mit Druckfluid der Hochdruckseite beaufschlagt wird. Der zweite Verstellorgan umfasst in derartigen Ausführungen eine erste Kolbenfläche und wenigstens eine von der ersten Kolbenfläche fluidisch getrennte zweite Kolbenfläche, die in den bevorzugten Ausführungen der Differenzbildung ineinander entgegengesetzte Richtungen und im Falle der Summenbildung in die gleiche Richtung weisen. Die zweite Kolbenfläche, vorzugsweise nur die zweite Kolbenfläche, ist über den mittels der Steuerungseinrichtung veränderbaren Leitungsquerschnitt mit dem Fluid beaufschlagbar. Die erste Kolbenfläche wird vorzugsweise permanent mit dem Fluid der Hochdruckseite beaufschlagt. Die Steuerungseinrichtung kann beispielsweise zwischen zwei Schaltzuständen umschaltbar sein und in dem einen Schaltzustand das zugeordnete Verstellorgan so ansteuern, dass auf dieses beidseitig der Größe nach zumindest im Wesentlichen die gleiche Kraft wirkt, soweit die betreffenden Kräfte vom Druck des Fluids abhängen, und in dem anderen Schaltzustand der Druckkraft entgegenwirkend nur der Druck einer Niederdruckseite der Pumpe oder eine hiervon abhängige Kraft wirkt.
Die Steuerungseinrichtung ist vorzugsweise ebenfalls eine Fluidikeinrichtung und kann insbesondere ein Mehrwegeventil sein.
Die Steuerungseinrichtung kann dafür eingerichtet sein, dass sie von einer übergeordneten Steuerung nur jeweils aus einem Schaltzustand in einen anderen umsteuerbar ist. Handelt es sich wie bevorzugt um eine Steuerungseinrichtung, die nur genau zwischen zwei Schaltzuständen umsteuerbar ist, kann mittels der übergeordneten Steuerung bestimmt werden, unter welcher Bedingung oder unter welchen Bedingungen die Umsteuerung stattfindet.
Die mittels der Steuerungseinrichtung auf das Verstellorgan wirkende Kraft kann in weiteren Ausführungen auch auf einen Zwischenwert eingestellt werden, wobei es bevorzugt wird, wenn die mittels der Steuerungseinrichtung erzeugbare Kraft auf mehrere unterschiedliche Zwischenwerte, verstellt werden kann, im Druckbereich der Pumpe in diskreten Schritten oder stufenlos.
Über die Regelvorrichtung als solche hinaus hat die Erfindung auch eine die Regelvorrichtung umfassende Pumpe mit verstellbarem Fördervolumen zum Gegenstand. Die Pumpe ist vorzugsweise eine Rotationskolbenpumpe, beispielsweise eine Zahnradpumpe, Flügelzellenpumpe oder Pendelschieberpumpe der einleitend zum Stand der Technik genannten Art. Vorzugsweise handelt es sich um eine Schmierölpumpe für die Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Schmieröl. Ebenso kann es sich um eine Versorgungspumpe für ein anderes Aggregat eines Kraftfahrzeugs handeln. In Verwendungen im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen wird die Pumpe vorzugsweise in einem festen Verhältnis zur Drehzahl des Motors angetrieben, beispielsweise über ein mechanisches Getriebe oder direkt auf einer Ausgangswelle des Motors sitzend, beispielsweise auf der Kurbelwelle. Wie einleitend bereits bemerkt, kann die Pumpe aber auch zur Versorgung eines andersartigen Aggregats, beispielsweise einer Presse verwendet werden. Die Regelvorrichtung kann integraler Bestandteil der Pumpe oder in einem Fluidkreis der Pumpe separat von dieser angeordnet sein.
Vorteilhafte Merkmale werden auch in den Unteransprüchen und deren Kombinationen beschrieben.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Figuren erläutert. An dem Ausführungsbeispiel offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend erläuterten Ausgestaltungen vorteilhaft weiter. Es zeigen:
1 eine Pumpe in einem Querschnitt,
2 die Pumpe und eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung in einem Zustand für maximales Fördervolumen,
3 die Pumpe und die Regelvorrichtung in einem Zustand mit abgeregeltem Fördervolumen,
4 die Regelvorrichtung mit verändertem Schaltpunkt und in einem Zustand für maximales Fördervolumen und
5 die Regelvorrichtung mit verändertem Schaltpunkt und in einem Zustand für abgeregeltes Fördervolumen.
1 zeigt als Beispiel für eine Pumpe eine Außenzahnradpumpe in einem Querschnitt. In einem Pumpengehäuse 3 ist eine Förderkammer gebildet, in der zwei Förderglieder 1 und 2 in Form von außenverzahnten Zahnrädern um parallele Drehachsen R₁ und R₂ drehbar gelagert sind. Das Förderglied 1 wird über ein Antriebsglied 6 drehangetrieben, beispielsweise von der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. Die Förderglieder 1 und 2 sind miteinander in einem Zahneingriff, so dass bei einem Drehantrieb des Förderglieds 1 das damit kämmende Förderglied 2 ebenfalls drehangetrieben wird. In die Förderkammer münden auf einer Niederdruckseite ein Einlass 4 und auf einer Hochdruckseite ein Auslass 5 für ein zu förderndes Fluid, vorzugsweise Schmieröl für einen Verbrennungsmotor. Das Pumpengehäuse 3 bildet den Fördergliedern 1 und 2 in radialer Richtung zugewandt jeweils eine radiale Dichtfläche, die das jeweilige Förderglied 1 oder 2 über einen Teil seines Umfangs unter Ausbildung eines engen radialen Dichtspalts umschlingt. Das Pumpengehäuse 3 bildet ferner an jeder Stirnseite des Förderglied 1 und diesem axial zugewandt eine axiale Dichtfläche.
Durch Drehantrieb der Förderglieder 1 und 2 wird Fluid durch den Einlass in die Förderkammer gesogen und in den Zahnlücken der Förderglieder 1 und 2 durch die jeweilige Umschlingung auf die Hochdruckseite der Förderkammer und dort durch den Auslass 5 zu einem zu versorgenden Aggregat, im angenommenen Beispielfall der Verbrennungsmotor, gefördert. Für das Förderglied 2 ist dessen beiden Stirnseiten axial zugewandt je eine weitere axiale Dichtfläche gebildet. Während der Fördertätigkeit trennen die zwischen den Förderglieder 1 und 2 und den genannten Dichtflächen gebildeten Dichtspalte und der Eingriff der Förderglieder 1 und 2 die Hochdruckseite von der Niederdruckseite. Die Förderrate der Pumpe steigt proportional mit der Drehzahl der Förderglieder 1 und 2. Da ein beispielhaft als Verbraucher angenommener Verbrennungsmotor ab einer gewissen Grenzdrehzahl weniger Schmieröl aufnimmt als die Pumpe entsprechend ihrer proportional mit der Drehzahl steigenden Kennlinie fördern würde, wird die Förderrate der Pumpe ab der Grenzdrehzahl abgeregelt. Für die Abregelung ist das Förderglied 2 relativ zu dem Förderglied 1 axial hin und her bewegbar, so dass die Eingriffslänge der Förderglieder 1 und 2 und entsprechend die Förderrate bzw. das Fördervolumen verändert werden können.
In 2 nimmt das Förderglied 2 eine axiale Position mit einer axialen Überdeckung, d. h. Eingriffslänge ein, die maximal ist. Entsprechend ist das spezifische Fördervolumen der Pumpe maximal. Das Förderglied 2 ist Bestandteil einer Verschiebeeinheit bestehend aus einem Lagerzapfen und zwei Verstellkolben 7 und 8 sowie dem zwischen den Verstellkolben 7 und 8 drehbar auf dem Lagerzapfen gelagerten Förderglied 2. Der Lagerzapfen verbindet die Verstellkolben 7 und 8 drehsteif miteinander. Die Verstellkolben 7 und 8 und der Lagerzapfen bilden ein Verstellglied der Pumpe. Das Verstellglied bildet dem Förderglied 2 zugewandt die axialen Dichtflächen. Das Verstellglied ist in einem Verschieberaum des Pumpengehäuses 3 axial hin und her verschiebbar und verdrehgesichert gelagert. Der Verschieberaum umfasst einen von dem Verstellglied begrenzten Druckraum 10 und einen auf der axial gegenüberliegenden Seite ebenfalls von dem Verstellglied begrenzten weiteren Raum, in dem ein Federglied 9 angeordnet ist. Der Druckraum 10 ist mit Druckfluid der Hochdruckseite der Pumpe beaufschlagbar. Die Federkraft des Federglieds 9 wirkt der Druckkraft des Druckfluids entgegen. Die Regelung derartiger Außenzahnradpumpen ist bekannt und kann beispielsweise entsprechend der DE 102 22 131 B4 gestaltet sein. Gemäß dieser Schrift kann Druckfluid auch in den Raum des Federglieds 9 eingeleitet werden, um das Federglied 9 zu unterstützen. Eine derartige Unterstützung ist in vielen Anwendungen zwar vorteilhaft, ist im Ausführungsbeispiel jedoch nicht verwirklicht.
Der Druckraum 10 wird über eine Regelvorrichtung mit dem Druckfluid beaufschlagt. Die Regelvorrichtung des Ausführungsbeispiels umfasst ein Regelventil 20 und eine dem Regelventil 20 vorgeschaltete Steuerungseinrichtung 30. Die Regelvorrichtung 20, 30 ist in einem Fluidkreis auf der Hochdruckseite der Pumpe angeordnet. Sie regelt den Druck, mit dem das Verstellglied dem Federglied 9 entgegenwirkend beaufschlagt wird.
Die Pumpe fördert das Fluid über den Auslass 5 und eine daran angeschlossene Versorgungsleitung 12, einen Kühler und ferner über einen Filter 13 zu dem zu versorgenden Aggregat 14 und von dort in einen Sumpf 19. Aus dem druckentlasteten Sumpf 19 wird das Fluid über den Einlass 4 angesaugt und somit in einem geschlossenen Fluidkreis unter Erhöhung des Drucks und anschließender Entlastung umgewälzt.
Das Regelventil 20 umfasst eine Basis 25, die ein Gehäuse des Regelventils 20 bildet. Das Regelventil 20 umfasst ferner ein erstes Verstellorgan 21 und ein zweites Verstellorgan 22, die jeweils relativ zu der Basis 25 und relativ zueinander längs einer gemeinsamen Achse hin und her bewegbar sind. Das erste Verstellorgan 21 ist ein Regelkolben und das zweite Verstellorgan 22 ein Regelzylinder. Das zweite Verstellorgan 22 bildet den Mantel einer Ventilkammer, in der das erste Verstellorgan 21 hin und her bewegbar ist. Das zweite Verstellorgan 22 weist eine Einlassöffnung 27 für Druckfluid der Hochdruckseite und eine Steuerauslassöffnung 28 für eine Rückführung des Druckfluids in den Druckraum 10 der Pumpe auf. In dem vom Verstellorgan 22 gebildeten Mantel der Ventilkammer ist ferner noch eine Auslassöffnung 29 gebildet, die permanent mit der Niederdruckseite der Pumpe, d. h. mit dem Sumpf 19, verbunden ist. Die Öffnungen 27, 28 und 29 sind in Richtung der Bewegbarkeit des zweiten Verstellorgans 22 voneinander beabstandet angeordnet, die Einlassöffnung 27 links und die Auslassöffnung 29 rechts von der Steuerauslassöffnung 28. Im Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen 27, 28 und 29 auf einer in Bewegungsrichtung erstreckten geraden Linie angeordnet. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, die Öffnungen 27, 28 und 29 in Umfangsrichtung der Ventilkammer versetzt zueinander anzuordnen.
Die Einlassöffnung 27 ist über eine vor dem Filter 13 von der Versorgungsleitung 12 abzweigende Rückführleitung 11 mit dem Auslass 5 der Pumpe verbunden. Die Leitung 11 zweigt vorteilhafterweise unmittelbar am Auslass des Pumpengehäuses 3 oder noch näher bei dem Auslass 5 der Förderkammer ab, so dass das Verstellglied im Druckraum 10 mit Druckfluid beaufschlagbar ist, das noch keine nennenswerte Druckentlastung erfahren hat.
Das Regelventil 20 ist zwischen zwei Zuständen umschaltbar. In einem ersten der beiden Zustände sind die Einlassöffnung 27 und die Steuerauslassöffnung 28 durch die Ventilkammer hindurch miteinander verbunden. In dem zweiten Zustand trennt das erste Verstellorgan 21 die Einlassöffnung 27 von der Steuerauslassöffnung 28, indem es einen die beiden Öffnungen 27 und 28 verbindenden axialen Kammerabschnitt dichtend verschließt. Die Steuerauslassöffnung 28 ist über eine weitere Rückführleitung 18 permanent mit dem Druckraum 10 der Pumpe verbunden. Die Basis 25 weist für die Öffnungen 27, 28 und 29 je eine Anschlussstelle in Form je eines Durchgangs auf. Die Öffnung 27 ist über den ihr zugeordneten Durchgang an die Leitung 11, die Öffnung 28 ist über den ihr zugeordneten Durchgang an die Leitung 18 und die Auslassöffnung 29 ist über ihren Durchgang an den Sumpf 19 angeschlossen. Die Durchgänge sind in Bewegungsrichtung des zweiten Verstellorgans 22 entsprechend den Abständen der Öffnungen 27, 28 und 29 voneinander beabstandet und weisen in Bewegungsrichtung je solch eine Weite auf, dass die jeweils zugeordnete Öffnung 27, 28 oder 29 in allen Positionen des Verstellorgans 22 an die jeweils zugeordnete Leitung 11 oder 18 oder den Sumpf 19 angeschlossen ist.
Die Verstellorgane 21 und 22 sind in eine Richtung ihrer Bewegbarkeit je mit Druckfluid der Hochdruckseite, d. h. mit einem Steuerdruck, beaufschlagbar. Der Steuerdruck wirkt bei beiden Verstellorganen 21 und 22 in die gleiche Richtung jeweils auf eine Vorderseite des betreffenden Verstellorgans 21 oder 22. Für die Beaufschlagung zweigt zwischen dem Filter 13 und dem Aggregat 14 von der Versorgungsleitung 12 eine Steuerleitung 15 ab. Über eine von der Steuerleitung 15 abzweigende Steuerleitung 16 sind die Verstellorgane 21 und 22 in die gleiche Richtung unmittelbar mit dem Druckfluid beaufschlagbar. Das Regelventil 20 umfasst ferner ein erstes Federglied 23, das dem Druckfluid entgegen auf das erste Verstellorgan 21 wirkt, und ein zweites Federglied 24, das dem Druckfluid entgegen auf das zweite Verstellorgan 22 wirkt. Die Federglieder 22 und 24 sind Spiraldruckfedern, die sich in die eine axiale Richtung am jeweils zugeordneten Verstellorgan 21 oder 22 und in die andere axiale Richtung an einem gemeinsamen Stützkörper 26 abstützen. Der Stützkörper 26 bildet gleichzeitig auch einen Stopfen, der die Ventilkammer an einem axialen Ende verschließt. Am gegenüberliegenden axialen Ende ist die Steuerleitung 16 durch die Basis 25 bis jeweils zu den dortigen Kolbenflächen der Verstellorgane 21 und 22 geführt.
Das Verstellorgan 21 weist axial beabstandet zwei die Ventilkammer abdichtende Kolbenabschnitte und einen die beiden Kolbenabschnitte verbindenden, im Vergleich zu den Kolbenabschnitten schlankeren Mittelabschnitt auf. Die Einlassöffnung 27 ist in sämtlichen Zuständen des Regelventils 20 im schlanken Mittelabschnitt, d. h. zwischen den beiden Kolbenabschnitten des Verstellorgans 21 angeordnet. Die Steuerauslassöffnung 28 ist in Abhängigkeit von der Position, welche die Verstellorgane 21 und 22 relativ zueinander einnehmen, entweder ebenfalls im schlanken Mittelabschnitt oder von der Einlassöffnung 27 aus gesehen auf der anderen Seite des einen der beiden Kolbenabschnitte angeordnet, so dass das Verstellorgan 21 den die Einlassöffnung 27 und die Steuerauslassöffnung 28 verbindenden Kammerabschnitt entweder freigibt oder verschließt und die Einlassöffnung 27 und die Steuerauslassöffnung 28 in einer Schließposition fluidisch voneinander trennt. Die Auslassöffnung 29 ist hingegen in jedem Zustand der Regelventils 20 fluidisch von der Einlassöffnung 27 getrennt. Die Auslassöffnung 29 ist ferner mit der Steuerauslassöffnung 28 immer dann verbunden, wenn die Steuerauslassöffnung 28 von der Einlassöffnung 27 getrennt ist, und von der Steuerauslassöffnung 28 fluidisch immer dann getrennt, wenn diese mit der Einlassöffnung 27 verbunden ist. Das Verstellorgan 21 trennt somit die Steuerauslassöffnung 28 entweder von der Einlassöffnung 27 oder von der Auslassöffnung 29.
Die Steuerungseinrichtung 30 ist ein Mehrwegeventil, im Ausführungsbeispiel ein 2/2-Wegeventil, das in einem seiner Schaltzustände die Hochdruckseite der Pumpe mit einem Druckraum des Regelventils 20 verbindet, so dass das über die Steuerungseinrichtung 30 geführte Druckfluid das zweite Verstellorgan 22 an einer Rückseite in die gleiche Richtung wie das Federglied 24 beaufschlagt und somit das Federglied 24 unterstützt. Der Stützkörper 26 verschließt auch den Druckraum für das Verstellorgan 22. In dem anderen seiner Schaltzustände verbindet die Steuerungseinrichtung 30 den axial zwischen dem Verstellorgan 22 und dem Stützkörper 26 befindlichen Druckraum des Regelventils 20 mit dem Sumpf 19, d. h. mit der Niederdruckseite der Pumpe, so dass dieser Druckraum druckentlastet ist. Die Steuerungseinrichtung 30 ist zwischen diesen beiden Schaltzuständen umsteuerbar.
Ein Steuerungsorgan der Steuerungseinrichtung 30 wird in Richtung auf den einen der beiden genannten Schaltzustände von einem Federglied 31 mit einer Federkraft beaufschlagt. Die Federkraft wirkt in Richtung auf den Schaltzustand, in dem die Steuerungseinrichtung 30 den Druckraum des Regelventils 20 an der Rückseite des Verstellorgans 22 mit der Niederdruckseite verbindet. Dem Federglied 31 entgegen wirkt eine Verstellkraft, die in Abhängigkeit von einer Messgröße gebildet wird, beispielsweise einer Drehzahl oder Temperatur des Aggregats 14 oder auch in Abhängigkeit von einem Druck der Hochdruckseite der Pumpe. Die Steuerungseinrichtung 30 wird von einer übergeordneten Steuerung zwischen ihren beiden Schaltzuständen umgesteuert. In der übergeordneten Steuerung ist der Bedarf des Aggregats über einer für den Bedarf charakteristischen Größe oder in Form eines Kennfelds in Abhängigkeit von mehreren für den Bedarf charakteristischen Größen, beispielsweise in Abhängigkeit von einer Drehzahl und einer Temperatur einer Komponente des Aggregats 14, abgelegt. Die übergeordnete Steuerung bestimmt anhand der charakteristischen Größe oder der mehreren Größen, beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl oder in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Temperatur, bei welchem Druck der Hochdruckseite die Steuerungseinrichtung 30 den einen oder den anderen ihrer beiden Schaltzustände einnimmt. Hinsichtlich der übergeordneten Steuerung, der Ansteuerung der Steuerungseinrichtung 30 durch die übergeordnete Steuerung und auch im Hinblick auf die Steuerungseinrichtung 30 selbst wird ergänzend die DE 10 2007 033 146 A1 in Bezug genommen. Dort wird die Druckniveauregulierung zwar anhand eines 4/3-Wegeventils erläutert, das 4/3-Wegeventil könnte jedoch durch das 2/2-Wegeventil des vorliegenden Ausführungsbeispiels ersetzt werden, indem die Mittelstellung des 4/3-Wegeventils entfällt.
In einer Weiterbildung ist die Steuerungseinrichtung 30 zwischen den beiden Schaltzuständen von der übergeordneten Steuerung mit hoher Frequenz umsteuerbar. In noch einer Weiterbildung kann oder können die Frequenz oder pro Periode das Zeitintervall jedes Schaltzustands, d. h. die Pulsweite, variiert werden. Der das Federglied 24 unterstützende Druck ist in Abhängigkeit von der Umsteuerfrequenz oder der Pulsweite auf einen beliebigen Wert unterhalb des momentanen Drucks des zur Steuerungseinrichtung 30 geförderten Druckfluids einstellbar. Auf diese Weise ist es möglich, das zweite Verstellorgan 22 längs seines Verstellwegs an einer beliebigen Position relativ zu der Basis 25 zu positionieren und in der jeweiligen Position zu halten. Im Ergebnis kann das Verstellorgan 22 zwischen zwei Endpositionen stufenlos oder gegebenenfalls in kleinen diskreten Schritten positioniert und dadurch das Druckniveau, ab dem das Verstellglied 7, 8 der Pumpe über den Steuerauslass 28 mit dem Druckfluid beaufschlagt wird, eingestellt und im Betrieb verstellt werden.
In 2 ist die Regelvorrichtung 20, 30 in einem Zustand dargestellt, in dem ein kleinstes Druckniveau, ab dem das Fördervolumen der Pumpe abgeregelt wird, eingestellt ist. Die Verstellorgane 21 und 22 werden von den Federgliedern 23 und 24 je in einer Endposition gehalten. Das kleinste Druckniveau, ab dem die Pumpe abgeregelt, wird durch die Größe der mit dem Steuerdruck beaufschlagten Kolbenflächen der Verstellorgane 21 und 22 und die Federkräfte der Federglieder 23 und 24 vorgegeben, also durch die Federsteifigkeiten der entgegenwirkenden Federglieder 23 und 24 sowie eine jeweils vorzugsweise vorhandene Vorspannung der Federglieder 23 und 24. Die Pumpe befindet sich in einem Zustand maximalen Fördervolumens.
3 zeigt die Pumpe bei höherer Drehzahl und abgeregeltem Fördervolumen. Mit zunehmender Pumpendrehzahl steigt der Druck am Auslass 5 und somit auch der auf die Vorderseiten der Verstellorgan 21 und 22 wirkende Steuerdruck. Während über die noch im gleichen Stand verbliebene Steuerungseinrichtung 30 auf die Rückseite des zweiten Verstellorgans 22 ein gleich großer oder zumindest im Wesentlichen gleich großer Druck wirkt, wird das erste Verstellorgan 21 lediglich von der Federkraft des ersten Federglieds 23 beaufschlagt, da die Ventilkammer an der Rückseite des Verstellorgans 21 von der Druckkammer des Verstellorgans 22 getrennt ist, beispielhaft durch den Stützkörper 26. Hat der Steuerdruck aufgrund steigender Pumpendrehzahl das vorgegebene kleinste Druckniveau der Abregelung erreicht, drückt das Druckfluid das erste Verstellorgan 21 aus der Endposition in eine mittels des Federglieds 23 vorgegebene Gleichgewichtsposition. In der Gleichgewichtsposition gibt das Verstellorgan 21 den Kammerabschnitt frei, der die Einlassöffnung 27 mit der Steuerauslassöffnung 28 verbindet, so dass das Verstellglied 7, 8 der Pumpe über das Regelventil 20 im Druckraum 10 mit dem Druckfluid beaufschlagt wird und sich mitsamt dem Förderrad 2 relativ zu dem Förderrad 1 bewegt, so dass sich die Eingriffslänge der beiden Förderräder 1 und 2 verkürzt. Solange die Steuerungseinrichtung 30 ihren Zustand beibehält, in dem das zweite Verstellorgan 22 auf seiner Rückseite mit dem hohen Druck beaufschlagt wird, führt eine weitere Erhöhung der Pumpendrehzahl zu einer Verringerung der Eingriffslänge der Förderräder 1 und 2, so dass der Druck am Auslass 5 der Pumpe zumindest im Wesentlichen konstant bleibt. In der Folge sinkt das spezifische Fördervolumen entsprechend der abnehmenden Eingriffslänge, so dass das absolute Fördervolumen ebenfalls konstant bleibt oder mit steigender Drehzahl nur noch unterproportional zur Drehzahl wächst.
Die Regelvorrichtung, umfassend das Regelventil 20 und die Steuerungseinrichtung 30 erlaubt die Anhebung des Druckniveaus, bei dem die Abregelung des Fördervolumens einsetzt.
4 zeigt die Regelvorrichtung bei angehobenem Druckniveau der Abregelung. Für die Anhebung wird die Steuerungseinrichtung 30 von einer übergeordneten Steuerung, beispielsweise einer Motorsteuerung, mit einem elektromagnetischen, zweckmäßigerweise elektrischen Signal zwischen ihren beiden Schaltzuständen mit einer veränderbaren Frequenz umgesteuert. Das Signal kann beispielsweise von einer Motordrehzahl abhängen, falls das Aggregat 14 wie im Beispielfall angenommen ein Verbrennungsmotor ist. Verbrennungsmotoren haben im Allgemeinen in einem oberen Drehzahlbereich in Folge der dort erhöhten Fliehkräfte einen wieder erhöhten Ölbedarf. Die Steuerungseinrichtung 30 verbindet den Druckraum an der Rückseite des zweiten Verstellorgans 22 mit entsprechend der von der übergeordneten Steuerung vorgegebenen Frequenz abwechselnd mit entweder dem Druckfluid in der Steuerleitung 15 oder dem Sumpf 19. Entsprechend stellt sich an der Rückseite des zweiten Verstellorgans 22 ein Druck ein, der von der Frequenz und der Pulsweite abhängt, während der die Steuerungseinrichtung 30 pro Periode jeweils den einen oder den anderen ihrer beiden Schaltzustände einnimmt. An der Rückseite des Verstellorgans 22 stellt sich hierdurch ein Druck ein, der zwischen dem Steuerdruck an der Vorderseite des Verstellorgans 22 und dem Druck der Niederdruckseite liegt. Ist die Differenz der beiden auf das Verstellorgan 22 wirkenden Drücke größer als die Vorspannung des Federglieds 24, bewegt sich das Verstellorgan 22 gegen die Kraft des Federglieds 24 und relativ zu dem ersten Verstellorgan 21 in eine Gleichgewichtsposition. Im Ergebnis hat sich das Druckniveau der Abregelung hierdurch erhöht. Das Verstellorgan 21 muss bezogen auf seine Endposition nun einen größeren Verstellweg als bislang zurücklegen, um das die Öffnungen 27 und 28 verbindende Kammervolumen freizugeben. 4 zeigt die Regelvorrichtung 20 und 30 in einem Zustand, in dem das Verstellorgan 21 das betreffende Kammervolumen verschließt und die Pumpe daher bei maximalem spezifischem Fördervolumen entsprechend dem in 2 dargestellten Pumpenzustand fördert.
5 zeigt die Regelvorrichtung nach einer weiteren Erhöhung des Drucks mit dem noch in der Gleichgewichtsposition der 4 befindlichen Verstellorgan 22. Der Steuerdruck hat ein Niveau erreicht, bei dem das Verstellorgan 21 relativ zu dem stillstehenden Verstellorgan 22 wieder so weit in Richtung Abregelung in eine neue Gleichgewichtsposition bewegt wurde, dass es das Kammervolumen, das die Einlassöffnung 27 mit der Steuerauslassöffnung 28 verbindet, wieder freigibt und die Pumpe wie anhand der 3 beschrieben wieder abregelt, allerdings bei erhöhtem Druck am Auslass 5.
In der vereinfachten Ausführung steuert die übergeordnete Steuerung die Steuerungseinrichtung 30 wie bereits erwähnt nur einfach in Abhängigkeit vom Bedarf in entweder den einen oder den anderen der beiden Schaltzustände um und lässt die Steuerungseinrichtung 30 in diesem Schaltzustand, bis der Bedarf des zu versorgenden Aggregats ein Umsteuern erfordert. In derartigen Ausführungen wird in den Druckraum des Regelventils 20, an die Rückseite des zweiten Verstellorgans 22 entweder der Druck der Hochdruckseite oder der Druck der Niederdruckseite geführt, und kein Zwischendruck.
Die Steuerungseinrichtung 30 ist so ausgelegt, dass ihr Federglied sie bei Ausfall einer signaltechnischen Komponente in den Schaltzustand versetzt, in dem sie die Rückseite des Verstellorgans 22 permanent mit dem Sumpf 19 und somit mit der Niederdruckseite der Pumpe verbindet. Die Differenz zwischen dem Steuerdruck an der Vorderseite und dem Druck an der Rückseite des Verstellorgans 22 ist in solch einer Situation maximal. Das Verstellorgan 22 nimmt daher eine Gleichgewichtsposition ein, die der von der Pumpendrehzahl abhängigen Druckdifferenz entspricht. Gleichzeitig bedeutet dies, dass das Druckniveau der Abregelung, d. h. die Pumpendrehzahl, ab der abgeregelt wird, maximal ist. Die Regelvorrichtung hat daher fail-safe-Eigenschaft. Das maximale Druckniveau der Abregelung wird von der Regelvorrichtung in bevorzugten Ausführungen begrenzt, so dass es nicht in Abhängigkeit von der Pumpendrehzahl und dem Bedarf des Aggregats 14 sozusagen beliebig steigen kann.
Die Außenzahnradpumpe des Ausführungsbeispiels kann ohne weiteres durch eine Innenzahnradpumpe ersetzt werden, wie sie beispielsweise ebenfalls in der diesbezüglich in Bezug genommenen DE 102 22 131 B4 beschrieben wird. Bei Flügelzellenpumpen und Pendelschieberpumpen, weiteren bevorzugten Pumpenbeispielen, funktioniert die Verstellung des spezifischen Fördervolumens in ähnlicher Weise, so dass die Außenzahnradpumpe des Ausführungsbeispiels auch durch derartige Pumpen ersetzt werden kann. Der Verstellkolben 7, 8 kann durch ein der Pumpenart und der gewünschten Art der Verstellung gemäßes Verstellglied ersetzt werden, beispielsweise durch einen Drehkolben oder Schwenkkolben.
Bezugszeichenliste

1: Förderglied
2: Förderglied
3: Pumpengehäuse
4: Einlass
5: Auslass
6: Antriebsglied
7: Verstellkolben
8: Verstellkolben
9: Federglied
10: Druckraum
11: Rückführleitung
12: Versorgungsleitung
13: Filter
14: Aggregat
15: Steuerleitung
16: Steuerleitung
17
18: Rückführleitung
19: Sumpf
20: Regelventil
21: erstes Verstellorgan, Kolben
22: zweites Verstellorgan, Zylinder
23: erstes Federglied
24: zweites Federglied
25: Basis, Ventilgehäuse
26: Stützkörper
27: Einlassöffnung
28: Steuerauslassöffnung
29: Auslassöffnung
30: Steuerungseinrichtung
31: Federglied

Claims

Regelvorrichtung für die Verstellung des Fördervolumens einer Pumpe, die Regelvorrichtung umfassend a) eine Basis (25), b) eine Kammer mit einer Einlassöffnung (27) und einer Steuerauslassöffnung (28) für ein mittels der Pumpe förderbares Fluid, c) ein in der Kammer hin und her bewegbares erstes Verstellorgan (21), das in einer ersten Position ein Kammervolumen, das die Einlassöffnung (27) mit der Steuerauslassöffnung (28) verbindet, freigibt und in einer zweiten Position verschließt oder zumindest verkleinert, d) und ein relativ zu der Basis (25) und dem ersten Verstellorgan (21) hin und her bewegbares zweites Verstellorgan (22), das wenigstens eines aus Einlassöffnung (27) und Steuerauslassöffnung (28) bildet. dadurch gekennzeichnet, dass e) die Verstellorgane (21, 22) je von einem eigenen Federglied (23, 24) in eine der Richtungen ihrer Bewegbarkeit mit einer Federkraft beaufschlagt werden.
Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verstellorgan (22) die Einlassöffnung (27) und die Steuerauslassöffnung (28) bildet.
Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verstellorgan (22) einen Hohlquerschnitt der vorzugsweise zylindrischen Kammer und das erste Verstellorgan (21) einen in der Kammer axial gleitbewegbaren Kolben bildet, den der Hohlquerschnitt des zweiten Verstellorgans (22) dichtend umgibt.
Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Verstellorgane (21, 22) in eine der Richtungen seiner Bewegbarkeit mit dem von der Pumpe geförderten Fluid beaufschlagbar ist.
Regelvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine der Verstellorgane (21, 22), vorzugsweise das zweite Verstellorgan (22), in beide Richtungen seiner Bewegbarkeit mit dem von der Pumpe geförderten Fluid beaufschlagbar ist.
Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Verstellorgane (21, 22) von einem Federglied (23, 24) in eine der Richtungen seiner Bewegbarkeit mit einer Federkraft beaufschlagt wird.
Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellorgane (21, 22) von dem eigenen Federglied (23, 24) in die gleiche Richtung mit der Federkraft beaufschlagt werden.
Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (30) vorgesehen ist, mittels der die Position eines der Verstellorgane (21, 22) einstellbar ist, wobei mittels der Steuerungseinrichtung (30) eine auf dieses Verstellorgan (22) wirkende Verstellkraft einstellbar ist.
Regelvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (30) in einer zu wenigstens einem der Verstellorgane (21, 22) führenden Leitung (15) für das Fluid vorgesehen ist und mittels der Steuerungseinrichtung (30) ein Leitungsquerschnitt der Leitung (15) verändert werden kann.
Regelvorrichtung nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (30) mittels eines elektromagnetischen, vorzugsweise elektrischen, Steuersignals steuerbar ist.
Regelvorrichtung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (30) ein Mehrwegeventil mit wenigstens zwei Schaltzuständen ist und den Leitungsquerschnitt in einem der Schaltzustände schließt und in einem anderen öffnet.
Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer, vorzugsweise das zweite Verstellorgan (22), eine Auslassöffnung (29) für eine Druckentlastung aufweist und dass das erste Verstellorgan (21) in der ersten Position die Steuerauslassöffnung (28) von der Auslassöffnung (29) trennt und in der zweiten Position einen Fluidfluss zwischen der Steuerauslassöffnung (28) und der Auslassöffnung (29) zulässt.
Pumpe mit verstellbarem Fördervolumen, vorzugsweise Schmierölpumpe für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, die bevorzugt mit einer von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängenden Geschwindigkeit angetrieben wird, umfassend a) ein Gehäuse (3) mit einer Pumpenkammer, einem Einlass (4) für ein Fluid auf einer Niederdruckseite und einem Auslass (5) für das Fluid auf einer Hochdruckseite der Pumpe, b) ein in der Pumpenkammer bewegliches Förderglied (2) für die Förderung des Fluids, c) ein Verstellglied (7, 8), das für die Verstellung des Fördervolumens in dem Gehäuse (3) gemeinsam mit oder relativ zu dem Förderglied (2) bewegbar und in wenigstens eine Richtung der Bewegbarkeit mit Fluid der Hochdruckseite beaufschlagbar ist, d) eine Rückstelleinrichtung, vorzugsweise ein Federglied (9), zur Beaufschlagung des Verstellglieds (7, 8) mit einer dem Fluid entgegenwirkenden Rückstellkraft, vorzugsweise Federkraft, e) eine Rückführleitung (11, 18), durch die das Fluid zu dem Verstellglied (7, 8) führbar ist, f) und eine Regelvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, g) wobei die Rückführleitung (11, 18) durch die Einlassöffnung (27) in die Kammer der Regelvorrichtung (20) und durch die Steuerauslassöffnung (28) aus der Kammer führt.
Pumpe nach dem vorhergehenden Anspruch und wenigstens einem der folgenden Merkmale: (i) an den Auslass (5) der Pumpe ist eine Versorgungsleitung (12) für ein mit dem Fluid zu versorgendes Aggregat (14) angeschlossen, in der Versorgungsleitung (12) stromauf von dem Aggregat (14) ist ein Filter (13) angeordnet, und die Rückführleitung (11, 18) zweigt stromauf von dem Filter (13) von der Versorgungsleitung (12) ab; (ii) die Hochdruckseite der Pumpe ist über ein mit dem Fluid zu versorgendes Aggregat (14) mit der Niederdruckseite verbunden, und das Fluid wird für die Beaufschlagung von wenigstens einem der Verstellorgane (21, 22) der Regelvorrichtung (20) stromab von einem dem Aggregat (14) vorgeschalteten Filter (13) abgenommen; (iii) das Fluid wird für die Beaufschlagung von wenigstens einem der Verstellorgane (21, 22) vor einer mit dem Fluid zu versorgenden, stromabwärtigsten Stelle der Hochdruckseite, vorzugsweise zwischen einem Filter (13) und einem zu versorgenden Aggregat (14), abgenommen.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (7, 8) mittels der Regelvorrichtung (20) wahlweise mit dem Fluid der Hochdruckseite oder mit Fluid der Niederdruckseite beaufschlagbar ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem der folgenden Merkmale: (i) die Pumpe ist eine Rotationskolbenpumpe und das Förderglied (2) ein Rotor; (ii) die Pumpe ist eine Zahnradpumpe, und das Förderglied (2) ist ein um eine Drehachse (R₂) drehbares Förderrad mit einer vorzugsweise umlaufenden Verzahnung, das mit einem verzahnten weiteren Förderrad (1) der Pumpe in einem Zahneingriff ist; (iii) das Förderglied weist einen drehbar gelagerten Rotationskörper und wenigstens einen mit dem Rotationskörper umlaufenden, relativ zu dem Rotationskörper beweglichen Flügel auf, um das Förderglied umlaufend ist eine Laufbahn für den wenigstens einen Flügel vorgesehen, und ferner bilden der Rotationskörper, der wenigstens eine Flügel und die Laufbahn bei einem Umlauf des wenigstens einen Flügels sich vergrößernde und wieder verkleinernde Förderzellen für das Fluid.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entweder (i) das Förderglied (2) und das Verstellglied (7, 8) gemeinsam längs der Drehachse (R₂) hin und her beweglich sind, oder (ii) eines aus Verstellglied und Förderglied das andere umgibt, das Förderglied mit einer Exzentrizität zu dem Verstellglied angeordnet ist und die Exzentrizität für die Verstellung des Fördervolumens verstellbar ist.