DE102011012827B3 - Vorrichtung u. Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Verstellvorrichtung - Google Patents

Vorrichtung u. Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Verstellvorrichtung Download PDF

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Verstellvorrichtung entlang der Wellenmittenachse der Antriebswelle, insbesondere in Verbindung mit der Regelung von flüssigen oder gasförmigen Volumenströmen bei Pumpen oder Verdichtern zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, dabei über den gesamten Drehzahl-, und Temperaturbereich eine aktive und zuverlässige Regelung der Längsverschiebung mit sehr geringer Antriebsleistung gewährleistet, die zudem selbst für Hochdrehzahlanwendungen geeignet ist und auch unter ungünstigsten thermischen Randbedingungen, wie z. B. in der Nähe eines Turboladers einsetzbar ist, dabei klein und kompakt aufgebaut ist, robust arbeitet und den vorhandenen Bauraum optimal ausnutzt, zudem gleichzeitig fertigungs- und montagetechnisch einfach und kostengünstig herstellbar ist, stets eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet und selbst für unterschiedliche Pumpenbaugrößen als Baueinheit geeignet, d. h. „standardisierbar” herstellbar ist, und dabei gleichzeitig einfach und kostengünstig in beliebige Regelkreisläufe eingebunden werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass am gegenüberliegenden Ende der Antriebswelle (1) eine Arbeitskammer (12) angeordnet ist, in die eine in der Antriebswelle (1) angeordnete Durchgangsbohrung (7) mündet, wobei an der Verstellvorrichtung (2) ein mit der Arbeitskammer (12) in Wirkverbindung tretender Arbeitskolben (13) derart angeordnet ist, dass bei Druckaufbau in der Arbeitskammer (12), mittels einer an der Antriebswelle (1) angeordneten, erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe die Verstellvorrichtung (2) entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder (10) variabel verfahren wird. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Verstellvorrichtung entlang der Mittenachse der Arbeitswelle.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Verstellvorrichtung entlang der Mittenachse der Arbeitswelle.
  • Im Stand der Technik werden in Verbindung mit der Regelung von flüssigen oder gasförmigen Volumenströmen bei Pumpen oder Verdichtern Vorrichtungen zur definierten Längsverschiebung von in der Antriebswelle mitdrehenden Verstellvorrichtungen, d. h. entlang der Mittenachse der Antriebswelle, vorbeschrieben.
  • Beispielsweise beschreibt die DE 2110776 A1 eine Strömungs-Arbeitsmaschine mit regelbaren Laufradquerschnitten, bei der in der Antriebswelle eine über das Schaufelrad angetriebene, mitdrehende Verstellspindel angeordnet ist, welche mittels eines außerhalb des Pumpengehäuses angeordneten, mit einem Regler versehenen Kolbenantriebs in der Arbeitswelle längs verschoben werden kann.
  • Diese Lösung hat die Nachteile, dass sie einen sehr großen Bauraum erfordert, material- und kostenintensiv ist, zudem sehr störanfällig aufgebaut ist, bei Ausfall der Regelung nicht automatisch auf maximale Leistung umschaltet, und zudem unter dem Gesichtspunkt der Arbeitssicherheit ein hohes Risiko in sich birgt.
  • In anderen Bauformen sind die Verstellvorrichtung und die Arbeitsspindel nicht, wie soeben beschrieben in Achsrichtung ineinander, sondern gegenüberliegend fluchtend angeordnet.
  • Eine solche Bauform wird in der DE 37 32 038 C2 vorbeschrieben. In dieser Bauform wird die Verstellvorrichtung wiederum über das Schaufelrad von der Antriebswelle mitgenommen. Über ein am Pumpengehäuse, dem Antriebsmittel der Antriebswelle, einer Keilriemenscheibe, gegenüberliegend angeordnetes separates Betätigungselement kann die Verstellvorrichtung bei dieser Lösung mittels Unterdruck definiert verschoben werden.
  • Ein Ausfall der Regelung bewirkt, dass bei dieser Lösung mittels einer Rückstellfeder automatisch auf die maximale Pumpenleistung umgeschaltet wird.
  • Doch auch diese Bauform erfordert in Verbindung mit den Druckleitungen, dem erforderlichen Druckregler usw. einen sehr großen Bauraum und ist daher auch material- und kostenintensiv.
  • In anderen Lösungen wurden mit wesentlich geringerem Aufwand, und kleinerem Bauvolumen an der Antriebswelle Verstellvorrichtungen in Form von druckfederbeaufschlagten Thermostaten/Wachselementen integriert.
  • Derartige Lösungen wurden beispielsweise in der US-PS 4,828,455 oder auch in der DE 199 01 123 A1 vorbeschrieben.
  • Der wesentliche Nachteil dieser Lösungen besteht jedoch darin, dass sie für eine aktive Regelung der Kühlmittelfördermenge zu träge reagieren und keinesfalls nach der Erwärmung des Motors (d. h. im „Dauerbetrieb”) die Motortemperatur so zu beeinflussen vermögen, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission, wie auch die Reibungsverluste und auch der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden könnten.
  • Daher wurde beispielsweise in der DE 10 2008 046 424 A1 vorgeschlagen elektromagnetisch betätigte Verstellvorrichtungen einzusetzen, d. h. drehende Bauteile mit Hilfe einer im Pumpengehäuse angeordneten Magnetspule zu verschieben.
  • Bei dieser Lösung ist an der dem Verstellelement gegenüberliegenden Ende der Verstellvorrichtung im Magnetfeld einer im Pumpengehäuse integrierten Magnetspule starr ein Magnetanker angeordnet, mittels der die in der Antriebswelle geführte Verstellvorrichtung unter Einwirkung des elektromagnetischen Feldes der Magnetspule linear verschoben werden kann.
  • Der Einbau derartiger elektromagnetisch betätigter Verstellelemente, beispielsweise in der Nähe des Turboladers, erfordert zwingend eine Kühlung der Magnetspule (und damit ein relativ großen „Bauraum”), da bei Temperaturen ab 120°C die Magnetspule zerstört würde.
  • Dieser wiederum zwingend erforderliche, relativ große „Bauraum”, auch für die gemäß der DE 10 2008 046 424 A1 in einem Pumpengehäuse angeordnete Magnetspule, steht dem im Motorraum zur Verfügung stehenden, sehr stark begrenzten „Einbauraum” diametral entgegen.
  • Nachteilig bei dieser Lösung ist zudem auch, dass die Fertigung und die Montage sehr kostenintensiv ist, da die Funktionsbaugruppen nicht für mehrere Baugrößen einheitlich herstellbar, d. h. standardisierbar sind, und daher für jede Pumpenbaugröße separat angefertigt werden müssen.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Verstellvorrichtung entlang der Wellenmittenachse der Antriebswelle, insbesondere in Verbindung mit der Regelung von flüssigen oder gasförmigen Volumenströmen bei Pumpen oder Verdichtern zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, dabei über den gesamten Drehzahl-, und Temperaturbereich eine aktive und zuverlässige Regelung der Längsverschiebung mit sehr geringer Antriebsleistung gewährleistet, die zudem selbst für Hochdrehzahlanwendungen geeignet ist und auch unter ungünstigsten thermischen Randbedingungen, wie z. B. in der Nähe eines Turboladers einsetzbar ist, dabei klein und kompakt aufgebaut ist, robust arbeitet und den vorhandenen Bauraum optimal ausnutzt, zudem gleichzeitig fertigungs- und montagetechnisch einfach und kostengünstig herstellbar ist, stets eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet und selbst für unterschiedliche Pumpenbaugrößen als Baueinheit geeignet, d. h. „standardisierbar” herstellbar ist, und dabei gleichzeitig einfach und kostengünstig in beliebige Regelkreisläufe eingebunden werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Verstellvorrichtung entlang der Mittenachse der Arbeitswelle nach den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche der Erfindung gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit zwei Darstellungen zur erfindungsgemäßen Lösung.
  • Es zeigen dabei die:
  • 1: eine schematische Darstellung des Wirkprinzips der Erfindung zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Verstellvorrichtung;
  • 2: eine mögliche konstruktive Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Verstellvorrichtung im Schnitt in der Seitenansicht.
  • Diese in der 1 in Form einer schematischen Darstellung des Wirkprinzips der Erfindung im Achsschnitt, und in der 2 in Form einer der möglichen konstruktiven Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung, im Schnitt in der Seitenansicht dargestellte, erfindungsgemäße Lösung zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle 1 mitdrehenden Verstellvorrichtung 2 entlang der Mittenachse der Arbeitswelle mit einer in/an einem Gehäuse 3 in einem Lager 4 gelagerten, von einem Antriebselement 5 angetriebenen, in einen mit druckbeaufschlagtem Medium gefüllten Arbeitsraum 6 hineinragenden Antriebswelle 1, mit einer die Verstellvorrichtung 2 aufnehmenden Durchgangsbohrung 7, zeichnet sich dadurch aus, dass antriebsseitig in der Durchgangsbohrung 7 eine Federkammer 8 angeordnet ist, und dass am antriebsseitigen Ende der Verstellvorrichtung 2 eine Federnanlage 9 derart angeordnet ist, dass mittels einer in der Federkammer 8 angeordneten Rückstellfeder 10 die Verstellvorrichtung 2 nach jeder axialen Verschiebung stets in eine definierte Ausgangsposition zurückgeführt wird. Erfindungswesentlich ist dabei, dass an dem dem Antriebselement 5 gegenüberliegenden Ende der Antriebswelle 1 eine Arbeitskammer 12 angeordnet ist, in die die Durchgangsbohrung 7 mündet, wobei zwischen der Durchgangsbohrung 7 und der in dieser angeordneten Verstellvorrichtung 2 ein Ringraum 11 angeordnet ist, wobei an dem der Federanlage 9 gegenüberliegenden Ende der Verstellvorrichtung 2 ein mit der Arbeitskammer 12 in Wirkverbindung tretender Arbeitskolben 13 derart angeordnet ist, dass bei Druckaufbau in der Arbeitskammer 12 die Verstellvorrichtung 2 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 10 in der Durchgangsbohrung 7 variabel verfahren werden kann.
  • Kennzeichnend ist dabei, dass schwenkbar im Gehäuse 3 ein Pumpkolben 18 mit einer Kolbendurchlassbohrung 19 angeordnet ist, welche in einen im Gehäuse 3 angeordneten Druckkanal 17 mündet.
  • Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in diesem Zusammenhang darin, dass im Bereich des Pumpkolbens 18 auf der Antriebswelle 1 drehfest eine Exzenterbuchse 21 angeordnet ist, in welcher einerseits eine mit dem Arbeitsraum 6 verbundene Saugniere 22 und andererseits am Umfang der Exzenterbuchse 21 gegenüberliegend eine Druckniere 23 angeordnet ist, wobei die Druckniere 23 über eine in der Exzenterbuchse 21 angeordnete Übergabebohrung 24 verfügt, die in eine weitere und in der Antriebswelle 1 benachbart angeordnete Übergabebohrung 24 mündet und so die Druckniere 23 direkt mit dem Ringraum 11 verbindet.
  • Erfindungswesentlich ist in diesem Zusammenhang auch, dass am Außenmantel der Exzenterbuchse 21 ein Zylinderring 25 mit einer Kolbenbohrung 26 für den Pumpkolben 18 drehbar derart angeordnet ist, dass bei umlaufender Exzenterbuchse 27 der Pumpkolben 18 in der Kolbenbohrung 26 des Zylinderringes 25 „arbeitet”, d. h. sich pendelnd vertikal auf und abwärts bewegt und bei geschlossenem Magnetventil 29 über die Saugniere 22 im Arbeitsraum 6 befindliches Medium in die Druckniere 23 pumpt, welches von dort über die Übergabebohrungen 24 und den Ringraum 11 in die Arbeitskammer 12 gefördert wird.
  • Dabei ist kennzeichnend, dass im Gehäuse 3 ein Ventilsitz 27 angeordnet ist, in den einerseits der Druckkanal 17 und anderseits eine mit dem Arbeitsraum 6 verbundene Rücklaufleitung 28 mündet, wobei im Ventilsitz 27 zwischen dem Druckkanal 17 und der Rücklaufleitung 28 ein Magnetventil 29 angeordnet ist.
  • Bei sich drehender Antriebswelle 1 und geschlossenem Magnetventil 29 bewirkt der erfindungsgemäß in der Kolbenbohrung 26 des Zylinderringes 25 sich pendelnd vertikal auf und abwärts bewegende Pumpkolben 18, dass im Arbeitsraum 6 befindliches Medium über die Saugniere 22 in die Druckniere 23 gepumpt, und von dort über die Übergabebohrungen 24 und den Ringraum 11 in die Arbeitskammer 12 gefördert wird.
  • Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch, dass am Außenumfang des in der Kolbenbohrung 26 des Zylinderringes 25 verschiebbar gelagerten Bereiches des Pumpkolbens 18 Kolbenringe 32 angeordnet sind, die bei niedrigem Fertigungs- und Montageaufwand einen hohen Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Anordnung gewährleisten.
  • In der 2 ist nun eine der möglichen konstruktiven Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung in der Bauform einer Kühlmittelpumpe für Kraftfahrzeuge, mit einem mittels eines über die Verstellvorrichtung 2 verschiebbaren Stellschiebers 35 dargestellt, welcher der Variation der „wirksamen” Schaufelbreite des Flügelrades dient.
  • Die im Gehäuse 3 in einem Lager 4 gelagerte, von einem Antriebselement 5 angetriebene, in einen mit druckbeaufschlagtem Medium gefüllten Arbeitsraum 6 hineinragenden Antriebswelle 1, in der eine die Verstellvorrichtung 2 aufnehmende Durchgangsbohrung 7 angeordnet ist, zeichnet sich besonders dadurch aus, dass arbeitsraumseitig im Gehäuse 3 drehfest ein mit einer zum Arbeitsraum 6 hin verschlossenen Sacklochbohrung 14 versehener Schwenkzylinder 15 angeordnet ist, dessen offenes Bohrungsende 16 in einen Druckkanal 17 mündet, wobei drehbar am Schwenkzylinder 15 ein Pumpkolben 18 mit einer Kolbendurchlassbohrung 19 angeordnet ist, und diese Kolbendurchlassbohrung 19 über eine im Bereich der Kolbendurchlassbohrung 19 im Schwenkzylinder 15 angeordnete Durchtrittsbohrung 20 in die Sacklochbohrung 14 des Schwenkzylinders 15 mündet.
  • Kennzeichnend ist in diesem Zusammenhang auch, dass der Übergabebereich in die an einer Seitenwand offene Saugniere 22 als Ringkanal 30 ausgebildet ist, dem nach außen, d. h. zum Arbeitsraum 6 hin, benachbart ein ringförmiger Spaltfilter 31 angeordnet ist, so dass in diesem Bereich ein Übertritt von Kühlmedium aus dem Pumpeninnenraum 14 in den Ringkanal 30 möglich ist, wobei über die Einstellung des Filterspaltes des ringförmigen Spaltfilters 31 das Eindringen von unerwünschten Partikelgrößen von Spänen oder Sandkörnern verhindert wird.
  • Wird nun bei dieser erfindungsgemäßen, in der 2 dargestellten konkreten Ausführungsform über das Antriebselement 5, eine Riemenscheibe, die Antriebswelle 1 in eine drehende Bewegung versetzt, so wird gleichzeitig die drehfest auf der Antriebswelle 1 angeordnete Exzenterbuchse 21, welche einerseits mit einer zur flügelradseitigen Seitenwand hin offenen Saugniere 22 und andererseits mit einer zur Durchgangsbohrung 7 in der Antriebswelle 1 hin offenen Druckniere 23 versehen ist, in eine Drehbewegung versetzt.
  • Dabei wird der am Außenmantel dieser Exzenterbuchse 21 drehbar angeordnete Zylinderring 25 mit der in diesem angeordneten Kolbenbohrung 26 in Hubbewegungen versetzt.
  • Der in der Kolbenbohrung 26 angeordnete Arbeitskolben 13 mit seiner im Arbeitskolben 13 angeordneten Kolbendurchlassbohrung 19 pendelt bei umlaufender Exzenterbuchse 21 leicht um den mit der Sacklochbohrung 14 versehenen Schwenkzylinder 15 in dessen Sacklochbohrung 14 die Kolbendurchlassbohrung 19 über eine im Schwenkzylinder 15 angeordnete Durchtrittsbohrung 20 mündet.
  • Die in der 2 dargestellte, mittels einer im Flügelrad als Insert angeordnete Flügelradbuchse des auf der Antriebswelle 1 angeordneten Flügelrades der Förderpumpe 33 liegt in der in dieser 2 dargestellten Bauform an der Exzenterbuchse 21 an, wobei das Flügelrad mit der benachbarten Stirnseite des Zylinderringes 25 einen Spaltfilter 31 bildet, welchem exzenterbuchsenseitig benachbart der Ringkanal 30 angeordnet ist.
  • Diesem Ringkanal 30 ist die (offene Seitenwand der) Saugniere 22 seitlich benachbart angeordnet.
  • Dadurch ist über den ringförmigen Spaltfilter 31 ein kontinuierlicher Übertritt von Medium aus dem Arbeitsraum 6 in den Ringkanal 30 und über diesen in die im Bereich des Ringkanals 30 seitenwandseitig offene Saugniere 22 gewährleistet.
  • Wie in den 1 und 2 dargestellt, wird in Verbindung mit einer Förderpumpe 33 sowohl im Arbeitsraum 6, und beispielsweise zugleich auch in einen Förderkreislauf 34 ein Förderdruck aufbaut.
  • Die erfindungsgemäße, rotierende Antriebswelle 1 bewirkt nun ein erfindungsgemäßes definiertes „Fördern” des Mediums aus dem Arbeitsraum 6 über die Saugniere 22 in die Kolbenbohrung 26 und von dort über die Kolbendurchlassbohrung 19, und bei einer Ausführung wie in 2 dargestellt, weiter über eine Durchtrittsbohrung 20 und eine Sacklochbohrung 14 eines Schwenkzylinders 21, in den vom Magnetventil 29 geregelten Druckkanal 17.
  • Bei geöffnetem Magnetventil 29 fließt das so geförderte Medium über das Magnetventil 29 und eine Rücklaufleitung 28 wieder zurück in den Arbeitsraum und der in 2 dargestellte Stellschieber 35 liegt in seiner hinteren Endlagenstellung am Flügelrad der Förderpumpe 33 an.
  • Die Spaltmaße zwischen dem Gehäuse 3 und dem Stellschieber 35 sind dabei so bemessen, dass auch in der hinteren Endlage ein Zufluss von Fördermedium aus dem Arbeitsraum 6 in den Ringkanal 30 gewährleistet ist.
  • Bei geschlossenem Magnetventil 29 wird von der Kolbenbohrung 26 bis hin zum Druckkanal 17 ein „Staudruck” aufgebaut, dieser bewirkt, dass das von der Saugniere 22 in die Kolbenbohrung 26 gepumpte Medium in die Druckniere 23 gepresst, und von dort über die Übergabebohrungen 24 in den Ringraum 11 gelangt, über diesen in die Arbeitskammer 12 eintritt und dort entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 10 eine Verschiebung des Arbeitskolbens 13 bewirkt und dabei beispielsweise, wie in der 2 dargestellt, einen Stellschieber 35 betätigt.
  • Der Hub des Pumpkolbens 18 in der Kolbenbohrung 26 des Zylinderringes 25 beträgt im vorliegenden Ausführungsspiel pro Umdrehung ca. 1 mm bis 2 mm. Infolge der erfindungsgemäßen Anordnung reichen bereits sehr geringe Fördermengen für eine exakten Verschiebung des starr an der federbelasteten Verstellvorrichtung 2 angeordneten Arbeitskolbens 13 aus.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle 1 mitdrehenden Verstellvorrichtung 2 mittels der oben beschriebenen Vorrichtung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass mittels eines Magnetventils 29 durch Variation des Druckes im Druckkanal 17, die Verstellvorrichtung 2 in Längsrichtung definiert verfahren werden kann.
  • Bei „offenem”, d. h. im vorliegenden Ausführungsbeispiel stromlosen Magnetventil 29 fördert die erfindungsgemäße Kolbenpumpe, wie bereits erläutert, Medium, hier Kühlmittel, „drucklos” über die Rücklaufleitung 28 des Magnetventils 29 in den Arbeitsraum 6 zurück.
  • Wird nun mittels des Magnetventils 29 der Rückfluss des von der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe geförderten Mediums in die Rücklaufleitung 28 und damit zurück in den Arbeitsraum 6 gedrosselt oder auch ganz unterbunden, so wird das von der erfindungsgemäßen Anordnung geförderte Kühlmedium über den Ringraum 11 in die Arbeitskammer 12 gepresst und dadurch zunächst der Druck im Ringraum 11 wie auch in der Arbeitskammer 12 stufenlos erhöht.
  • Dabei bewirkt das so in die Arbeitskammer 12 eingepresste Medium eine definierte, (über das Magnetventil 29) einstellbare Druckbeaufschlagung des, in 2 dargestellten, Arbeitskolbens 13 der von der Rückstellfeder 10 federbelasteten Verstellvorrichtung 2, und damit eine definierten Längsverschiebung der in der Antriebswelle 1 mitdrehenden Verstellvorrichtung 2.
  • Diese definierte Druckbeaufschlagung der Querschnittsfläche des Arbeitskolbens 13 über das Magnetventil 29 ermöglicht nun, wie beispielsweise im Ausführungsbeispiel nach 2 dargestellt, ein exaktes translatorisches Verschieben einer in der Antriebswelle 1 mitdrehenden Verstellvorrichtung 2, und somit die Verstellung eines an dieser mitdrehenden Verstellvorrichtung 2 angeordneten, verschiebbaren mitdrehenden Stellschiebers 35 zur Variation der „wirksamen” Schaufelbreite eines Flügelrades einer Förderpumpe 33.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung gewährleistet dabei über den gesamten Drehzahl-, und Temperaturbereich in all den vorgestellten Ausführungsformen eine aktive und zuverlässige Regelung der Längsverschiebung der Verstellvorrichtung 2 mit sehr geringer Antriebsleistung.
  • Auf Grund des Zwanglaufes durch den erfindungsgemäßen Exzenterantrieb der erfindungsgemäßen Pumpe ist die vorliegende Lösung selbst für Hochdrehzahlanwendungen geeignet.
  • Die erfindungsgemäße Lösung baut sehr klein und nutzt den vorhandenen Bauraum optimal aus, ist sehr kompakt aufgebaut und arbeitet sehr robust und zuverlässig.
  • Dabei ist die vorliegende Lösung fertigungs- und montagetechnisch einfach und kostengünstig herstellbar und gewährleistet stets eine hohe Betriebssicherheit. Selbst unter sehr ungünstigen thermischen Randbedingungen, wie z. B. in der Nähe eines Turboladers in einem Kraftfahrzeug, und bei gleichzeitig sehr stark begrenzten Einbauraum gewährleistet die erfindungsgemäße Lösung infolge der Anordnung eines vom Fördermedium zugleich gekühlten Magnetventils 29 eine optimale Kühlung bei minimierten Bauvolumen bei hoher Zuverlässigkeit. Selbst bei Ausfall der Regelung ist mittels der erfindungsgemäße Lösung eine „Fail-safe” Funktion wie nachfolgend beschrieben realisierbar.
  • Im stromlosen Zustand öffnet das Magnetventil 29, der Druck im Druckkanal 17 und in der Arbeitskammer 12 fällt ab, und es erfolgt, in der in 2 dargestellten Bauform der Erfindung, ein federbelastetes „Zurückfahren” des Regelschiebers 7 in die hintere Arbeitsstellung, beispielsweise den „Notbetrieb”, d. h. eine „Fail-safe” Position.
  • Beim „Zurückfahren” der Verstellvorrichtung 2 wird das in der Arbeitskammer 12 befindliche, und auch das zu diesem Zeitpunkt von der erfindungsgemäßen Anordnung gepumpte Medium über den Druckkanal 17 und das (beim Zurückfahren der Verstellvorrichtung 2) offene Magnetventil 29 in die Rücklaufleitung 28 und von dort in den Arbeitsraum 6 zurück geleitet.
  • Beim „Halten” der Verstellvorrichtung 2 in einer Zwischenposition wird beispielsweise der Durchfluss durch das Magnetventil 29 gerade so weit frei gegeben, das nur das gerade zu diesem Zeitpunkt von der erfindungsgemäßen Anordnung gepumpte Medium aus dem Druckkanal 17 über das Magnetventil 29 in die Rücklaufleitung 28 und von dort in den Arbeitsraum 6 zurück fließt.
  • Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich besonders auch durch ihre in ihrer Längenausdehnung sehr kurze Bauform aus, die auch sehr geringe Bauräume optimal auszunutzen vermag.
  • Zudem ist die erfindungsgemäße Lösung als Baueinheit „standardisierbar” und kann so selbst für unterschiedliche Pumpenbaugrößen eingesetzt werden.
  • Dabei kann die erfindungsgemäße Lösung auch in unterschiedliche Regelkreisläufe einfach und kostengünstig eingebunden werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Antriebswelle
    2
    Verstellvorrichtung
    3
    Gehäuse
    4
    Lager
    5
    Antriebselement
    6
    Arbeitsraum
    7
    Durchgangsbohrung
    8
    Federkammer
    9
    Federanlage
    10
    Rückstellfeder
    11
    Ringraum
    12
    Arbeitskammer
    13
    Arbeitskolben
    14
    Sacklochbohrung
    15
    Schwenkzylinder
    16
    Bohrungsende
    17
    Druckkanal
    18
    Pumpenkolben
    19
    Kolbendurchlassbohrung
    20
    Durchtrittsbohrung
    21
    Exzenterbuchse
    22
    Saugniere
    23
    Druckniere
    24
    Übergabebohrung
    25
    Zylinderring
    26
    Kolbenbohrung
    27
    Ventilsitz
    28
    Rücklaufleitung
    29
    Magnetventil
    30
    Ringkanal
    31
    Spaltfilter
    32
    Kolbenring
    33
    Förderpumpe
    34
    Förderkreislauf
    35
    Stellschieber

Claims (5)

  1. Vorrichtung zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle (1) mitdrehenden Verstellvorrichtung (2) entlang der Mittenachse der Arbeitswelle mit einer, in/an einem Gehäuse (3) in einem Lager (4) gelagerten, von einem Antriebselement (5) angetriebenen, in einen mit druckbeaufschlagtem Medium gefüllten Arbeitsraum (6) hineinragenden Antriebswelle (1) mit einer Durchgangsbohrung (7), dadurch gekennzeichnet, – dass im Bereich der Durchgangsbohrung (7) eine Federkammer (8) angeordnet ist, und dass an der Verstellvorrichtung (2) eine Federnanlage (9) derart angeordnet ist, dass mittels einer in der Federkammer (8) angeordneten Rückstellfeder (10) die Verstellvorrichtung (2) nach jeder axialen Verschiebung in eine definierte Ausgangsposition zurückgeführt wird, und – dass an dem dem Antriebselement (5) gegenüberliegenden Ende der Antriebswelle (1) eine Arbeitskammer (12) angeordnet ist, in die die Durchgangsbohrung (7) mündet, wobei an der Verstellvorrichtung (2) ein mit der Arbeitskammer (12) in Wirkverbindung tretender Arbeitskolben (13) derart angeordnet ist, dass bei Druckaufbau in der Arbeitskammer (12) die Verstellvorrichtung (2) entgegen der Federkraft der Rückstellfeder (10) variabel verfahren wird, und – dass schwenkbar im Gehäuse (3) ein Pumpkolben (18) mit einer Kolbendurchlassbohrung (19) angeordnet ist, welche in einen, im Gehäuse (3) angeordneten Druckkanal (17) mündet, und – dass im Bereich des Pumpkolbens (18) die Antriebswelle (1) als Exzenterwelle ausgebildet ist, oder dass im Bereich des Pumpkolbens (18) auf der Antriebswelle (1) drehfest eine Exzenterbuchse (21) angeordnet ist, wobei im jeweiligen Exzenter einerseits eine mit dem Arbeitsraum (6) über eine/mehrere Zuflussöffnung/en verbundene Saugniere (22) angeordnet ist, und andererseits dieser Saugniere (22) am Umfang des Exzenters gegenüberliegend eine Druckniere (23) angeordnet ist, wobei die Druckniere (23) über eine/mehrere im Exzenter angeordnete Übergabebohrung/en (24) verfügt, welche die Druckniere (23) direkt mit dem Ringraum (11) verbindet/verbinden, und – dass am Außenmantel der Exzenterbuchse (21) ein Zylinderring (25) mit einer Kolbenbohrung (26) für den Pumpkolben (18) drehbar angeordnet ist, so dass bei umlaufender Exzenterbuchse (21) in der Kolbenbohrung (26) des Zylinderringes (25) der Pumpkolben (18) „arbeitet”, d. h. sich pendelnd in der Kolbenbohrung (26) vertikal auf und abwärts bewegt und – dass im Gehäuse (3) ein Ventilsitz (27) angeordnet ist, in den einerseits der Druckkanal (17) und anderseits eine mit dem Arbeitsraum (6) verbundene Rücklaufleitung (28) mündet, und – dass im Ventilsitz (27) zwischen dem Druckkanal (17) und der Rücklaufleitung (28) ein Magnetventil (29) angeordnet ist.
  2. Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle (1) mitdrehenden Verstellvorrichtung (2) mittels der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (2) durch Variation des Druckes im Druckkanal (17) entlang der Mittenachse der Arbeitswelle (1) definiert verschoben wird.
  3. Vorrichtung zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle (1) mitdrehenden Verstellvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass arbeitsraumseitig im Gehäuse (3) drehfest ein mit einer zum Arbeitsraum (6) hin verschlossenen Sacklochbohrung (14) versehener Schwenkzylinder (15) angeordnet ist, dessen offenes Bohrungsende (16) in den Druckkanal (17) mündet, wobei drehbar am Schwenkzylinder (15) ein Pumpkolben (18) mit einer Kolbendurchlassbohrung (19) angeordnet ist, und diese Kolbendurchlassbohrung (19) über eine im Bereich der Kolbendurchlassbohrung (19) im Schwenkzylinder (15) angeordnete Durchtrittsbohrung (20) in die Sacklochbohrung (14) des Schwenkzylinders (15) mündet.
  4. Vorrichtung zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle (1) mitdrehenden Verstellvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergabebereich in die Saugniere (22) als Ringkanal (30) ausgebildet ist, dem zum Arbeitsraum (6) hin benachbart ein ringförmiger Spaltfilter (31) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle (1) mitdrehenden Verstellvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang des in der Kolbenbohrung (26) des Zylinderringes (25) verschiebbar gelagerten Bereiches des Pumpkolbens (18) Kolbenringe (32) angeordnet sind.
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