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Die Erfindung bezieht sich auf eine Flügelzellenpumpe, aufweisend ein Gehäuse und einen Steuerschieber, welcher um einen Gelenkzapfen schwenkbar angeordnet ist, um ein von der Flügelzellenpumpe förderbares Fördervolumen zu verstellen.
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Aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 20 2005 021 925 U1 ist eine Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung mit einem um einen Gelenkzapfen schwenkbar in einem Gehäuse gelagerten Steuerring bekannt. Sie weist eine erste Steuerkammer und eine zweite Steuerkammer auf. Die Steuerkammern sind dazu ausgebildet, bei Druckbeaufschlagung mit einem Fluid den Steuerschieber um einen Gelenkzapfen zu verschwenken, wodurch die Förderleistung der Pumpe variiert werden kann. Die Steuerkammern sind zwischen dem Gehäuse und dem Steuerring selbst ausgebildet und durch Dichtungen abgedichtet. In einigen Betriebspunkten herrschen unerwünschte Druckkräfte in dem Gehäuse, welche zu einer Erhöhten Belastung der Dichtungen bzw. des gegenüber dem Gehäuse verschwenkbaren Steuerrings führen können und die Regelbarkeit des Steuerrings einschränken.
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Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Regelbarkeit der Pumpe so zu verbessern, dass in allen Betriebspunkten ein reproduzierbares Fördervolumen erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Vorgesehen ist demgemäß eine Flügelzellenpumpe, aufweisend ein Gehäuse und einen Steuerschieber, welcher um einen Gelenkzapfen schwenkbar angeordnet ist, um ein von der Flügelzellenpumpe förderbares Fördervolumen zu verstellen, wobei der Gehäuseabschnitt gegenüber dem Steuerschieberabschnitt durch eine erste Dichtung und eine zweite Dichtung abgedichtet ist, wodurch eine Steuerkammer gebildet wird, welche im Betrieb der Flügelzellenpumpe mit einem von der Flügelzellenpumpe geförderten und in der Steuerkammer unter einem Regeldruck stehendem Fluid beaufschlagt wird, um den Steuerschieber gegenüber dem Gehäuse um den Gelenkzapfen zu verschwenken und dadurch mit zunehmender Drehzahl das Fördervolumen zu verringern, wobei zwischen dem Gelenkzapfen und der zweiten Dichtung eine Regelkammer vorgesehen ist, welche mit einem unter einem Regeldruck stehenden, zuschaltbaren Fluid beaufschlagbar ist.
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Der Steuerdruck und der Regeldruck können beide von der Flügelzellenpumpe erzeugt werden. Der Steuerdruck herrscht in einem von der Flügelzellenpumpe erzeugten und ggf. vorher durch eine Ölgallerie eines Verbrennungsmotors geleitetem Fluid, insbesondere Öl. Der Regeldruck ist zuschaltbar, beispielsweise über ein Schaltventil, um Betriebspunkte mit einem weiter verringerten Fördervolumen zu erzeugen. Dadurch, dass die Steuerkammer, in welcher der Steuerdruck herrscht, nicht an den Gelenkzapfen angrenzt, wirkt eine aus dem Druck resultierende Kraft weiter beabstandet von dem Gelenkzapfen. Aus der Kraft wird ein um den Gelenkzapfen wirkendes Moment erzeugt. Dadurch sind eine Entlastung des Steuerzapfens und eine unbeabsichtigte Leckage am Gelenkzapfen vorbei ausgeschlossen. Gleichzeitig sind Reibungskräfte zwischen dem Steuerschieber und dem Gehäuse reduziert, da der Steuerschieber während des Verstellens mit geringeren Kräften gegen das Gehäuse gedrückt wird. Dadurch wird der Verschleiß insbesondere des Gehäuses minimiert.
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In einer Ausgestaltung ist die Steuerkammer fluidleitend mit einer Steuerzuführleitung verbunden.
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Bei dieser Ausgestaltung regelt die Flügelzellenpumpe ihr Fördervolumen praktisch selbstständig, indem sie den Regeldruck selbst zu Verfügung stellt.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist die Regelkammer fluidleitend mit einer Steuereinrichtung zur Erzeugung eines Regeldrucks verbunden.
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Über die Regelkammer kann die Flügelzellenpumpe zusätzlich eingestellt werden. Es können unterschiedliche Betriebsmodi eingestellt werden, in denen auf die drehzahlabhängige, selbstständige Verstellung des Steuerschiebers durch die Steuerkammer zusätzlich Einfluss genommen wird.
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Die so bereitgestellte Flügelzellenpumpe eignet sich insbesondere zur Schmiermittelförderung in einem Verbrennungsmotor.
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Durch die Verstellbarkeit des bei einer Umdrehung des Rotors geförderten Volumens kann der Volumenstrom an Schmiermittel an die Drehzahl des Verbrennungsmotors angepasst werden, d. h. bei höheren Drehzahlen reduziert werden.
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Wenn der Steuerdruck am Ausgang der Flügelzellenpumpe bei sich erhöhender Betriebsdrehzahl ansteigt, wirkt der erhöhte Steuerdruck in der Steuerkammer unmittelbar auf den Steuerring, um die Vorspannung der Rückstellfeder zu überwinden und den Steuerring zu bewegen, um das Fördervolumen der Flügelzellenpumpe zu verringern, um somit den Druck am Ausgang der Flügelzellenpumpe zu reduzieren bzw. konstant zu halten. Wenn der Druck am Ausgang der Flügelzellenpumpe fällt, wie z. B. bei sich verringernder Betriebsdrehzahl der Flügelzellenpumpe, sinkt auch der Steuerdruck in der an den Steuerschieber angrenzenden Steuerkammer, so dass die Vorspannung der Rückstellfeder den Steuerschieber in eine Richtung bewegt, in der sich das geförderte Volumen der Flügelzellenpumpe verringert. Auf diese Weise kann ein dem Regeldruck entsprechender Gleichgewichtsdruck am Ausgang der Flügelzellenpumpe über wechselnde Betriebszustände erzielt werden.
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1: schematisch eine Flügelzellenpumpe mit einem schwenkbaren Steuerschieber, und
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2: schematisch die in 1 gezeigte Flügelzellenpumpe mit einem in eine zweite Lage geschwenktem Steuerschieber.
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In den Figuren sind gleiche oder funktional gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch eine geöffnete Flügelzellenpumpe 1 mit einem von außen in nicht dargestellter Weise antreibbaren Rotor 2, an dem zahlreiche radial bewegliche Flügel 3 angeordnet sind. Der Rotor 2 rotiert in einem Steuerschieber 4, welcher um einen Gelenkzapfen 5 schwenkbar in einem Gehäuse 6 angeordnet ist. In dem Steuerschieber 4 ist eine kreisrunde Ausnehmung 7, in welcher der Rotor 2 mit den daran angeordneten Flügeln 3 rotiert. Die kreisrunde Ausnehmung 7 ist gegenüber dem Rotor 2 exzentrisch angeordnet, so dass die Flügel 3 sich bei einer Rotation des Rotors 2 um eine Achse M1 innerhalb der Ausnehmung in einem Winkelbereich von 180° von innen nach außen bewegen und in einem sich daran anschließenden weiteren Winkelbereich von 180° wieder radial nach innen bewegen, wodurch zwischen benachbarten Flügeln 3, der Ausnehmung 7, dem Rotor 2 sowie nicht dargestellten axialen Begrenzungen veränderliche Volumina 14 gebildet werden. Dadurch wird Öl gefördert, welches an den radialen Zu- und Abführnuten 8 angesaugt bzw. gefördert werden kann.
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Der Steuerschieber 4 kann durch Beaufschlagung einer Steuerkammer 9 mit einem Steuerdruck p1 sowie durch Beaufschlagung einer Regelkammer 16 mit einem zuschaltbaren Regeldruck p2 um den Gelenkzapfen 5 geschwenkt werden. Eine Steuerzuführleitung 19 für von der Flügelzellenpumpe 1 gefördertes Fluid ist mit einem Steuereingang 15 fluidleitend verbunden. Zuvor kann das Fluid durch eine nicht dargestellte Ölgallerie eines Verbrennungsmotors und darin ggf. durch einen Ölfilter und einen Ölkühler geleitet werden, wodurch der Steuerdruck p1 ggf. nicht mehr so hoch ist, wie ein von der Flügelzellenpumpe 1 selbst geförderter Druck. Die Steuerkammer 9 bildet somit einen hydraulischen Aktor, dem eine Rückstellfeder 10 entgegenwirkt. Die Flügelzellenpumpe 1 reduziert mit zunehmender Drehzahl und damit zunehmendem Steuerdruck p1 ihr Fördervolumen selbst. Abgedichtet wird die Steuerkammer 9 über in dem Steuerschieber 4 angeordneten Dichtungen 11 und 22 sowie durch nicht dargestellte axiale Begrenzungen (Deckel der Flügelzellenpumpe). Weiterhin ist angrenzend an den Gelenkzapfen 5 eine Regelkammer 16 ausgebildet, die über einen Regeleingang 17 mit einem Fluid beaufschlagt werden kann, um auf das Fördervolumen zusätzlich Einfluss nehmen zu können. Über eine schematisch dargestellte Steuereinrichtung 18, welche in den Regeleingang 17 mündet, kann die Regelkammer 16 mit einem unter einem Regeldruck p2 stehendem Fluid beaufschlagt werden. Die Steuereinrichtung 18 kann durch ein einfaches Schaltventil gebildet sein, welche das von der Flügelzellenpumpe 1 selbst geförderte Öl in die Regelkammer 16 leitet.
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Die Steuerkammer 9 ist zwischen einem Gehäuseabschnitt 12 und einem Steuerschieberabschnitt 13 gebildet. Eine durch den Regeldruck p1 in der ersten Regelkammer 9 auf den Steuerschieber 4 resultierende Kraft F wirkt einer Federkraft FC entgegen. Die Feder 10 stellt den Steuerschieber 4 demnach bei nachlassendem Steuerdruck p1 in der ersten Regelkammer 9 stets wieder in eine Ausgangslage zurück. In der Ausgangslage ist ein bei einer Rotation des Rotors 2 gefördertes Fördervolumen am größten. Eine Verstellung des Steuerschiebers 4 bewirkt eine Annäherung eines Mittelpunkts M2 der Ausnehmung 7 an den Mittelpunkt M1 des Rotors 3, so dass mit zunehmender Auslenkung des Steuerschiebers 4 weniger Fördervolumen bei einer Rotation gefördert wird.
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Die Flügelzellenpumpe 1 eignet sich als Ölförderpumpe in einem Verbrennungsmotor, in welchem das Fördervolumen der Ölpumpe an die Drehzahl angepasst wird. Mit steigender Motordrehzahl steigt auch die Drehzahl der Flügelzellenpumpe 1, wodurch der Steuerdruck p1 an der Steuerzuführleitung 19 bzw. in der ersten Regelkammer 9 steigt und der Steuerschieber 4 in eine Lage geschwenkt wird, in welcher die Flügelzellenpumpe 1 weniger Öl bei einer Rotation des Rotors 2 fördert.
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2 zeigt die Flügelzellenpumpe 1 mit einem geschwenkten Schieber 4. Man erkennt, dass durch das Verschwenken des Schiebers 4 die Mittelpunkte M1 und M2 näher aneinander rücken. Die zwischen den Flügeln 3 befindlichen Volumina 14 ändern sich bei einer Umdrehung in geringerem Maße, wodurch insgesamt während einer Umdrehung des Rotors 2 ein geringeres Volumen gefördert wird. Durch diese Ausgestaltung steigt der Leistungsbedarf der Flügelzellenpumpe 1 nicht linear mit der Motordrehzahl an, wodurch der Energieverbrauch der Flügelzellenpumpe 1 reduziert wird.
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Es ist vorgesehen, die Regelkammer 9 in der dargestellten Weise beabstandet von dem Gelenkzapfen 5, um welchen der Steuerschieber 4 schwenkbar ist, anzuordnen. Die Dichtungen 11 und 22 sind zudem so angeordnet, dass eine resultierende Kraft F nahezu parallel zu der entgegenwirkenden Kraft FC wirkt. Da die Regelkammer 9 weiter beabstandet von dem Gelenkzapfen 5 liegt, kann es erforderlich sein, eine stärkere Rückstellfeder 10 vorzusehen.
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Gleichwohl in der vorangegangenen Beschreibung einige mögliche Ausführungen der Erfindung offenbart wurden, versteht es sich, dass zahlreiche weitere Varianten von Ausführungen durch Kombinationsmöglichkeiten aller genannten und ferner aller dem Fachmann naheliegenden technischen Merkmale und Ausführungsformen existieren. Es versteht sich ferner, dass die Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele zu verstehen sind, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit und die Konfiguration in keiner Weise beschränken. Vielmehr möchte die vorangegangene Beschreibung dem Fachmann einen geeigneten Weg aufzeigen, um zumindest eine beispielhafte Ausführungsform zu realisieren. Es versteht sich, dass bei einer beispielhaften Ausführungsform zahlreiche Änderungen bezüglich Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den in den Ansprüchen offenbarten Schutzbereich und dessen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flügelzellenpumpe
- 2
- Rotor
- 3
- Flügel
- 4
- Steuerschieber
- 5
- Gelenkzapfen
- 6
- Gehäuse
- 7
- Ausnehmung
- 8
- Zu- und Abführnuten
- 9
- Regelkammer
- 10
- Rückstellfeder
- 11
- erste Dichtung
- 12
- Gehäuseabschnitt
- 13
- Steuerschieberabschnitt
- 14
- Volumen
- 15
- Steuereingang
- 16
- Regelkammer
- 17
- Regeleingang
- 18
- Steuereinrichtung
- 19
- Steuerzuführleitung
- 22
- zweite Dichtung
- F
- Kraft
- Fc
- Federkraft
- p1
- Steuerdruck
- p2
- Regeldruck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202005021925 U1 [0002]
