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Die Erfindung betrifft Ölpumpen mit verstellbarer Fördermenge, sog. Regelölpumpen. Sie ermöglichen eine bedarfsgerechte Regelung von Fördermenge und Öldruck und bewirken als Schmierölpumpen von Verbrennungsmotoren eine Absenkung dessen Kraftstoffverbrauchs. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung eines die Pumpenregelung vornehmenden Regelkolbens und seiner zugehörigen Regelfeder werden Vorteile hinsichtlich Bauraum, Kosten und Pumpen-Montage erzielt.
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Aus der
DE 10237801 A1 ist eine Außenzahnrad-Regelölpumpe bekannt, bei der ein Regelkolben durch einen von ihm erzeugten Regeldruck die axial verstellbare Überdeckung der Förderzahnräder steuert und die Fördermenge der Regelölpumpe entsprechend einstellt. Der Regelkolben ist einerseits von einer Regelfeder und gegenüberliegend andererseits von einem betriebsrelevanten Öldruck beaufschlagt. Hierbei bestimmt die gewählte Vorspannkraft der Regelfeder die Höhe des Soll-Öldruckes, wobei Abweichungen vom Soll-Öldruck zu einer Verschiebung des Regelkolbens mit entsprechender Änderung des Regeldrucks führen. Durch die Verwendung eines zweistufigen Regelkolbens, bei dem eine erste Teilfläche mit Öldruck und eine zweite Teilfläche schaltbar mit Öldruck beaufschlagt ist, kann je nach Öldruckbedarf eine Druckumschaltung zwischen zwei unterschiedlichen Soll-Öldrücken erfolgen.
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Weiterhin zeigt die
DE 10 2004 043 954 A1 eine ebenfalls zweistufig druckumschaltbare Außenzahnrad-Regelölpumpe für eine Getriebeanwendung.
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Aus der
DE 10222131 B4 ist eine Außenzahnrad-Regelölpumpe bekannt, bei der ein Regler den Fluiddruck der Pumpe auf konstantem Druckniveau hält.
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Die
DE 10 2007 039 589 A1 offenbart eine Außenzahnrad-Regelölpumpe, bei der der Regelkolben und dessen Regelfeder in einer als Verschiebeeinheit ausgebildeten Verstelleinrichtung angeordnet sind.
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Die bei Regelkolben übliche Anordnung dessen Regelfeder gegenüberliegend zum axial am Regelkolben anliegenden Öldruck kann Nachteile hinsichtlich der Baulänge des Regelungssystems und der Lage der einzelnen Hydraulikverbindungen des Regelkolbens zur Folge haben. Hierbei können die Hydraulikverbindungen entweder als montierbare Leitungen oder als mehrfache Gehäusebohrungen ausgeführt sein. Alternativ hierzu sind als Hydraulikverbindungen auch labyrinthartige Kanäle in Dichtflächen trennbarer Gehäuseteile verwendbar, die von hydraulisch gesteuerten Automatikgetrieben bekannt sind. Sie vermeiden zwar einerseits den Montageaufwand separater Verbindungsleitungen oder aufwändige Gehäusebohrungen, erfordern jedoch andererseits für ihre Herstellung einen erhöhten Guss- oder Fräsaufwand und präzise Dichtflächen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer von einer Verstellvorrichtung volumenstromregelbaren Außenzahnrad-Ölpumpen den Regelkolben mit seiner Regelfeder so anzuordnen, dass sich eine kompakte Ausbildung des Gehäuse ergibt und einfache Hydraulikverbindungen realisiert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise dadurch gelöst, dass die Regelfeder des in einer Stufenbohrung angeordneten Regelkolbens auf dessen mit Druck beaufschlagter Seite angeordnet ist. Hierdurch können die den Steuerdruck der Verstellvorrichtung regelnden Zapfen des Regelkolbens am nicht mit Druck beaufschlagten Ende der Stufenbohrung angeordnet sein, was insbesondere bei Außenzahnrad-Regelölpumpen eine direkte Verbindung vom Regelkolben zur Verstellvorrichtung ermöglicht. Die Stufenbohrung ist vorzugsweise als Durchgangsbohrung über die gesamte Länge des den Regelkolben aufnehmenden Gehäuses der Regelölpumpe ausgebildet. Hierbei liegen die an den Enden der Stufenbohrung wirkenden Drücke stirnseitig am Regelkolben an und können direkt für die Pumpenregelung genutzt werden. An einem zur Umgebung offenen Ende der Stufenbohrung wirkt der Druck der Umgebung auf den Regelkolben, wobei bei Bedarf auch vom Regelkolben abgesteuertes Öl abgeleitet werden kann, beispielsweise in die Ölwanne eines von der Regelölpumpe mit Schmieröl versorgten Verbrennungsmotors. An einem von einem Deckel des Gehäuses verschlossenen Ende der Stufenbohrung kann ein im Hydrauliksystem wirkender Druck auf den Regelkolben wirken, beispielsweise der zu regelnde Öldruck eines Verbrennungsmotors. Durch die Anordnung von mindestens einer Längsbohrung mit einer Querbohrungen im Regelkolben kann ein stirnseitig auf den Regelkolben wirkende Druck abhängig von der axialen Position des Regelkolbens über radial von der Stufenbohrung in das Gehäuse abgehende Anschlussbohrungen weitergeleitet werden.
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Im Sinne einer minimalen Antriebsleistung der Regelölpumpe ist es vorteilhaft, die Druckregelung in bekannter Weise zweistufig auszubilden. Hierzu ist der Regelkolben mit zwei unterschiedlichen Durchmessern auszubilden. Eine der beiden sich hieraus ergebenden Teilflächen des Regelkolbens ist permanent und die andere schaltbar, beispielsweise über ein Magnetventil, mit Druck beaufschlagt. Bei einer herstelltechnisch vorteilhaft sich einseitig erweiternden Stufenbohrung kann der kleinere von zwei Durchmessern des Regelkolbens an dessen Ende über eine Hülse radial in der Stufenbohrung geführt sein. Die hierdurch gebildete Kammer kann die Regelfeder beinhalten und permanent oder schaltbar mit Druck beaufschlagt werden.
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Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen
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1: eine Außenzahnrad-Regelölpumpe mit zweistufiger Druckregelung;
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2: die Außenzahnrad-Regelölpumpe von 1 mit zweistufig alternativ ausgebildeter Druckregelung;
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3: die Außenzahnrad-Regelölpumpe von 2 mit einstufiger Druckregelung;
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Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Außenzahnrad-Regelölpumpe in Schnittdarstellung, die einen nicht dargestellten Verbrennungsmotor mit Schmieröl versorgt. Ein Gehäuse 1 weist eine in ihm gelagerte Antriebswelle 2 für ein erstes Förderzahnrad 3 auf. In Zahneingriff mit dem ersten Förderzahnrad 3 steht ein zweites Förderzahnrad 4, das auf einem Bolzen 5 drehgelagert ist. Einerseits von Förderzahnrad 4 sind ein erster Kolben 6 und andererseits ein von einer Feder 7 belasteter, zweiter Kolben 8 auf dem Bolzen 5 fixiert. Der Verbund von Förderzahnrad 4, Bolzen 5, Kolben 6 und Kolben 8 stellt eine im Gehäuse 1 verschiebbare Verstellvorrichtung dar, die über die axial variable Überdeckung der Förderzahnräder 3 und 4 die Fördermenge einstellt. Ein das Gehäuse 1 verschließender Deckel 9 bildet zwischen sich und dem Kolben 6 eine erste Kammer 10, die permanent unter Öldruck steht. In einer die Feder 7 umgebenden Kammer 11 wirkt ein Regeldruck. Die axiale Position der Verstelleinrichtung ist vom anliegenden Öldruck und entgegenwirkend vom Regeldruck und der Kraft der Feder 7 abhängig, wobei in bekannter Weise der Öldruck des von der Regelölpumpe versorgten Verbrennungsmotors geregelt wird. Der Deckel 9 weist zur axialen Führung von Förderzahnrad 3 einen zylindrisch ausgebildeten Zapfen 12 auf. Er dient weiterhin zur Abdichtung der Kammer 10, wozu der Kolben 6 eine sich am zylindrischen Zapfen 12 anschmiegende Ausnehmung aufweist. Die Ölansaugung der Regelölpumpe erfolgt über einen Ansaugstutzen 13 von der Pumpenvorderseite, was in der Schnittdarstellung von 1 nicht sichtbar ist. Das von den Förderzahnrädern 3 und 4 in bekannter Weise geförderte Öl wird von der Pumpenrückseite über eine Leitung 14 mit einem Filter 15 und eine Druckleitung 16 mit entsprechendem Öldruck dem Verbrennungsmotor zugeführt. Die verzweigte Druckleitung 16 ist zur Druckbeaufschlagung der Kammer 10 am Deckel 9 angeschlossen. Der in der Kammer 11 wirkende Regeldruck wird von einem zweistufig ausgebildeten Regelkolben 17 erzeugt, der in einer das Gehäuse 1 durchdringenden Stufenbohrung 18 mit beidseitigen Stufen geführt ist. In der gezeigten Regelstellung steht ein erster Zapfen 19 des Regelkolbens 17 mittig zu einer Bohrung 20, die als Verbindung Zur Kammer 11 dient. Ein zweiter Zapfen 21 bildet zwischen sich und dem ersten Zapfen 19 eine erste Ringkammer 22, die über eine Querbohrung 23 und eine Längsbohrung 24 des Regelkolbens 17 sowie über eine Kontur 25 des Deckels 9 unter Öldruck steht. Ein dritter Zapfen 26 bildet einerseits eine über eine Bohrung 27 mit der drucklosen Umgebung verbundene, zweite Ringkammer 28 und andererseits eine dritte Ringkammer 29. Sie steht je nach Ansteuerung eines Magnetventils 30 entweder unter dem Öldruck der Druckleitung 16 oder ist druckfrei mit der Umgebung verbunden. Eine sich an einer Stufe der Stufenbohrung 18 abstützende und am Regelkolben 17 fixierte Regelfeder 31 wirkt dem Öldruck entgegen, der rechtsseitig am Regelkolben 17 und in einer die Regelfeder 31 aufnehmenden Federkammer 32 anliegt. Der Regelkolben 17 arbeitet als Drucksensor für den aus der Druckleitung 16 anliegenden Öldruck und steuert den in der Kammer 11 der Verstellvorrichtung herrschenden Regeldruck. Bei Abweichungen von einem ersten Soll-Öldruck, beispielsweise 4 bar bei druckloser Ringkammer 29, ändert der sich verstellende Regelkolben 17 den Regeldruck in der Kammer 11. Durch Druckerhöhung aus der Ringkammer 22 oder durch Druckabsenkung über die Ringkammer 28 verstellt der Regeldruck die Verstellvorrichtung mit dem Förderzahnrad 4 so weit, bis die resultierend veränderte Fördermenge den Öldruck wieder an den Soll-Öldruck angepasst hat. Bei in der Ringkammer 29 vom Magnetventil 30 aufgeschaltetem Öldruck wird in bekannter Weise ein zweiter Soll-Öldruck von beispielsweise 2 bar vorgegeben, um im unteren Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors den Öldruck zur Verbrauchsminderung abzusenken.
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Die 2 zeigt eine alternativ zu 1 ausgebildete Außenzahnrad-Regelölpumpe, bei der ein Gehäuse 41 eine sich einseitig erweiternde Stufenbohrung 42 für einen zweistufig ausgebildeten Regelkolben 43 aufweist. Die Steuerung des Regeldruckes in der Kammer 11 erfolgt prinzipiell wie in 1 durch den Regelkolben 43 im Zusammenwirken mit seiner Regelfeder 44. Hierzu weist der Regelkolben 43 einen ersten Zapfen 45, einen zweiten Zapfen 46 und einen dritten Zapfen 47 auf, die einen größeren Durchmesser als das von der Regelfeder 44 umgebende, als Rohrzapfen 48 ausgeführte Ende des Regelkolbens 43 aufweisen. Der Rohrzapfen 48 ist von einer in der Stufenbohrung 42 fixierten Hülse 49 umgeben, so dass die Stufenbohrung 42 zwischen der Hülse 49 und dem Zapfen 47 eine geschlossene Federkammer 50 ausbildet. Während der kleine Durchmesser des Rohrzapfens 48 permanent unter Öldruck steht, verbindet das Magnetventil 30 die Federkammer 50 entweder mit der unter Öldruck stehenden Druckleitung 16 oder mit der drucklosen Umgebung. Hierdurch werden je nach Bedarf des Verbrennungsmotors wie in 1 zwei unterschiedliche Öldrücke in der Druckleitung 16 einstellt. Als Vorteil gegenüber 1 ermöglicht die Ausbildung der Regelölpumpe von 2 zum einen eine einfache Herstellung der nur einseitig sich erweiternden Stufenbohrung 42 und zum anderen kann der Regelkolben 43 mit seiner schon vormontierten Regelfeder 44 vereinfacht von nur einer Seite in das erste Gehäuseteil 41 eingebaut werden.
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Die 3 zeigt für eine nur einstufig erforderliche Druckregelung die Regelölpumpe von 2 mit einer in einem Gehäuse 51 vereinfacht ausgebildeten Stufenbohrung 52. Der von 2 übernommene Regelkolben 43 ist an seinem Rohrzapfen 48 nicht mehr mit der in 2 verwendeten Hülse 48 umgeben. Hierdurch wirkt der über die Kontur 25 des Deckels 9 am Regelkolben 43 anliegende Öldruck nun sowohl am Rohrzapfen 48 wie auch an der Ringfläche des Zapfens 47, also permanent am großen Durchmesser des Regelkolbens 43. Je nach Auslegungskraft der Regelfeder 44 regelt der Regelkolben 43 den Öldruck in der Druckleitung 16 nun auf einen bestimmten Öldruck ein, beispielsweise auf für hohe Betriebsdrehzahlen des Verbrennungsmotors erforderliche 4 bar. Den Kostenvorteilen gegenüber der zweistufigen Öldruckregelung bei 2 durch Entfall deren elektrischer Pumpenansteuerung stehen Nachteile durch eine im Mittel höhere Antriebsleistung der Regelölpumpe und damit geringere Verbrauchsvorteile des Verbrennungsmotors entgegen.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Regelkolben und Regelfeder einer Außenzahnrad-Regelölpumpe in einer sich über die Länge des Gehäuses erstreckende Stufenbohrung kann der Aufwand für die hydraulischen Anschlüsse des Regelkolbens minimiert werden, so Vorteile hinsichtlich Kosten, Montage und Bauraum entstehen.
