DE10231197B4 - Schmiermittelpumpanlage - Google Patents
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Abstract
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Diese Erfindung betrifft allgemein Fluidpumpen und insbesondere eine verstellbare Flügelpumpe sowie die Regelung und den Betrieb der Pumpe unter sich ändernden Motordrehzahlbedingungen.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Hydraulische Getriebeanordnungen und Strömungsverteileranlagen können eine Flügelpumpe verwenden. Derartige Pumpen haben typischerweise einen Rotor mit mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten Flügeln, die von dem Rotor getragen werden und in Schlitzen des Rotors relativ zu diesen gleitbar sind. Der Rotor und die Flügel wirken mit der Innenkontur eines Exzenterringes zusammen, der relativ zu einer Achse des Rotors und den Flügeln exzentrisch gelagert ist, um Kammern zwischen dem Exzenterring, dem Rotor und den Flügeln zu bilden. Aufgrund der Exzentrizität zwischen dem Exzenterring und dem Rotor und den Flügeln ändern die Kammern ihr Volumen bei ihrer Bewegung mit dem rotierenden Rotor, wobei ihr Volumen größer wird, wenn sie sich an einer Einlassöffnung vorbei bewegen, und ihr Volumen kleiner wird, wenn sie sich an einer Auslassöffnung vorbei bewegen. Um die Exzentrizität zwischen dem Exzenterring und dem Rotor zu ändern, kann der Exzenterring um eine ortsfeste Achse im Pumpengehäuse geschwenkt werden. Durch Schwenken des Exzenterringes wird die Volumenänderung der Kammern beim Gebrauch der Pumpe und somit die Verdrängungseigenschaft der Pumpe variiert. Eine Beschreibung von Problemen vorbekannter Pumpen enthält der Abschnitt „Hintergrund der Erfindung” der oben genannten anhängigen US Serial No. 10/021,566. Eine Beschreibung einer verbesserten Pumpe und eines verbesserten Steuerverfahrens folgt weiter unten.
- Wenngleich eine derartige Pumpe den geeigneten Öldruck und die Strömungsregelung verbessert, sind Verbesserungen hinsichtlich der Ölregelung wünschenswert.
- Ein typischer Verbrennungsmotor erfordert eine bestimmte Strömungsrate des Schmieröls, das innerhalb eines bestimmten Druckbereichs zugeführt wird, wobei die Strömungsrate und der Druck sich mit der Drehzahl der Kurbelwelle, der Motortemperatur und der Motorlast ändern. Eine Pumpe mit fester Verdrängung, die bei hohen Drehzahlen und unter Kaltstartbedingungen arbeitet, kann extrem hohe Öldrücke erzeugen, und bei hoher Temperatur und niedriger Drehzahl kann der Öldruck niedriger als erwünscht sein. Eine Erhöhung der Verdrängung der Ölpumpe zum Verbessern des Ölsdrucks bei hoher Temperatur und niedriger Drehzahl führt zu einem höheren Leistungsverbrauch bei allen Betriebszuständen und verschlechtert den hohen Öldruck bei hoher Drehzahl und niedriger Temperatur. Es ist wünschenswert, für eine verbesserte Regelung gegenüber herkömmlichen Pumpen mit fester Verdrängung zu sorgen, welche mit höherem Wirkungsgrad arbeiten, und die Förderleistung und den Druck der Pumpe entsprechend der Motordrehzahl und den Motorbetriebsbedingungen zu optimieren.
- Außerdem bedingen derzeitige Energieeinsparerfordernisse für Kraftfahrzeugaggregate in Verbindung mit erhöhter Pumpenverdrängung zum Betätigen veränderlicher Nocken/Ventilsteuersysteme effizientere Motorschmiersysteme.
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US 5,398,505 undJP 6146882
Mit einem Reservoirtank, in dem eine Menge eines Fluids gespeichert ist, einer kapazitätsvariablen Ölpumpe, die Fluid aus dem Reservoirtank saugt und das geförderte Fluid entlädt, einer Steuereinrichtung zum Einstellen einer Menge des von der variablen Ölpumpe entladenen Fluids, einem Verteilerventil, das einen Einlasskanal zur Aufnahme des Fluids von der kapazitätsvariablen Ölpumpe, einen ersten Auslasskanal und einen zweiten Auslasskanal aufweist, wobei das Verteilerventil eine feste Menge des Fluids aus dem ersten Auslasskanal und die verbleibende Menge des Fluids aus dem zweiten Auslasskanal entlädt, einem ersten Kanal, der den ersten Auslasskanal des Verteilerventils und den Reservoirtank verbindet, einem zweiten Kanal, der den Auslasskanal des Verteilerventils und den Reservoirtank verbindet, einer Servolenkvorrichtung, die mit einem Lenkrad verbunden ist und in dem ersten Kanal angeordnet ist, einem Hydraulikmotor, der in dem zweiten Kanal angeordnet ist und einem Kühlgebläse, das drehbar auf dem Hydraulikmotor montiert ist. - ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert. Gegenstand der Erfindung ist eine Schmiermittelpumpanlage zum Schmieren eines Motors oder eines Gerätes, der bzw. das eine mit veränderlicher Drehzahl rotierende Welle hat. Die Schmiermittelpumpanlage umfasst eine erste Schmiermittelpumpe veränderlicher Verdrängung, die in Abhängigkeit von einem Steuersignal verstellbar ist. Eine zweite Pumpe fester Verdrängung ist mit einer Welle des Motors verbunden, um einen Steuereingang zum Verstellen der Pumpeigenschaften der verstellbaren Verdrängerpumpe zu liefern und dadurch einen Solldruck im Ölkreis des Motors zu erzielen.
- Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Schmiermittelpumpanlage für die Schmierung einer Vorrichtung mit einer drehzahlveränderlichen Welle und einem Schmiermittelkreis, mit:
einer ersten Pumpe (210 ) veränderlicher Verdrängung, die in Abhängigkeit von einem Steuersignal verstellbar ist, und
einer zweiten Pumpe (214 ) fester Verdrängung, die mit der Welle verbunden ist, wobei der Ausgang der Pumpe (214 ) ein Betätigungssignal liefert, das mit der Drehzahl der drehzahlveränderlichen Welle zunimmt, um die Verdrängung der ersten Pumpe (210 ) in Abhängigkeit von der Drehzahl der drehzahlveränderlichen Welle zu ändern,
während ein Teil der Förderleistung der zweiten Pumpe (214 ) zu dem Einlass der ersten Pumpe (210 ) geführt wird, um den Einlassstrom der ersten Pumpe (210 ) zu verstärken,
wobei ein Teil der Förderleistung der zweiten Pumpe (214 ) zu dem Auslass der ersten Pumpe (210 ) geleitet wird,
während ein Teil der Förderleistung der zweiten Pumpe (214 ) zu einem Speicher (Ölsumpf) geleitet wird. - KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele, den beiliegenden Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen hervor:
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer verstellbaren Flügelpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung; -
2 ist eine perspektivische Ansicht der Flügelpumpe der1 , bei der eine Seitenplatte entfernt ist, um die inneren Teile der Pumpe zu zeigen; -
3 ist eine Draufsicht auf die Pumpe in2 , die den Exzenterring in seiner Nullverdrängungsstellung zeigt; -
4 ist eine Draufsicht auf die Pumpe in2 , die den Exzenterring in seiner Stellung maximaler Verdrängung zeigt; -
5 ist eine schematische Schnittansicht eines Regelventils, das den Exzenterring der Pumpe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung schwenkt; -
6 ist eine vergrößerte, fragmentarische Schnittansicht, die einen Teil des Rotors und einen Flügel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; -
7 ist eine vergrößerte, fragmentarische Schnittansicht des Rotors und Flügels, die eine Dichtung zwischen dem Flügel und Rotor zeigt, wenn der Flügel innerhalb seines Schlitzes im Rotor gekippt ist; -
8 ist eine schematische Darstellung des Hydraulikkreises der Flügelpumpe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Drei-Wege-Regelventil; -
8A ist eine schematische Darstellung eines Hydraulikkreises zu8 , der ein drehzahlgeregeltes veränderliches Ventil umfasst; -
8B ist ein Hydraulikschema ähnlich der8A , bei dem jedoch ein Druckminderventil in der Pumpregelanlage gezeigt ist; -
9 ist eine schematische Darstellung des Hydraulikkreises einer Flügelpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Drei-Wege-Regelventil und einem kavitationsgeschützten Ventil; -
9A ist eine schematische Darstellung eines Hydraulikkreises der9 , der ein drehzahlgeregeltes verstellbares Ventil enthält; -
9B ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts des kavitationsgeschützten Ventils der9A ; -
10 ist eine schematische Ansicht des Exzenterringes der Flügelpumpe in seiner Nullverdrängungsstellung und Maximalverdrängungsstellung; -
11 ist ein Hydraulikschema ähnlich der9A , in dem jedoch ein Gerotorauslass mit dem Ölsumpf verbunden ist; -
12 ist ein Hydraulikschema ähnlich der9A , bei dem jedoch die Motor-Ölregelanlage eine Förderung von der Gerotorpumpe zu der Auslassöffnung umfasst, wobei der Druckunterschied zwischen dem Auslass der Gerotorpumpe und dem Auslass der Flügelpumpe zum Regeln des Durchflusssteuerventils verwendet wird; -
13 ist ein Hydraulikschema, das die drehzahlgeregelte veränderliche Sollregelung ohne Durchflusssteuerventil zeigt. -
14 ist eine Schnittansicht eines für die11 relevanten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei dem eine veränderliche Sollregelung mit hydraulischen Steuerdrücken verwendet wird, die unmittelbar auf den Exzenterring einwirken. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
- Es wird nun ausführlicher auf die Zeichnungen Bezug genommen. Die
1 bis3 zeigen eine verstellbare Flügelpumpe10 mit einem Rotor12 und zugehörigen Flügeln14 , die drehbar angetrieben werden, um Strömungsmittel durch einen Pumpeneinlass16 anzusaugen, den Druck des Strömungsmittels zu erhöhen und das Strömungsmittel unter Druck aus einem Auslass18 der Flügelpumpe10 abzugeben. Ein Exzenterring20 wird von einem Gehäuse22 der Flügelpumpe10 getragen und ist relativ zu dem Rotor12 schwenkbar, um die Verdrängung der Pumpe zu ändern. Eine derartige Flügelpumpe10 wird bei zahlreichen Anwendungen einschließlich Motorschmier- und Getriebeanwendungen in großem Umfang eingesetzt. - Das Gehäuse
22 hat vorzugsweise einen zentralen Gehäusekörper24 , der eine innere Kammer26 bildet, in dem der Exzenterring20 und der Rotor12 angeordnet sind. Das Gehäuse22 umfasst ferner zwei Endplatten28 ,30 an gegenüberliegenden ebenen Seiten des zentralen Gehäusekörpers24 , um die Kammer26 einzuschließen. Eine Nut32 , die in einer Innenfläche34 des zentralen Gehäusekörpers24 gebildet ist, enthält einen Schwenkstift36 zwischen dem Exzenterring20 und dem Gehäuse22 , um Schwenkbewegungen des Exzenterringes20 relativ zu dem Gehäuse22 zu ermöglichen und zu steuern. Beabstandet zu der Nut32 und vorzugsweise an einer diametral gegenüberliegenden Stelle ist eine Sitzfläche38 in dem zentralen Gehäusekörper24 vorgesehen. Die Sitzfläche38 ist mit dem Exzenterring20 in zumindest bestimmten Stellungen des Exzenterringes in Anlage bringbar, um eine Strömungsmittel-Abdichtung zwischen ihnen zu bilden. Der Exzenterring20 oder der zentrale Gehäusekörper24 oder auch beide können eine elastomere oder auch andere Dichtung40 tragen, die zumindest teilweise die Sitzfläche bildet und eine Leckage zwischen dem Exzenterring20 und dem Gehäuse22 mindert. - Der Exzenterring
20 hat eine durch die Innenfläche41 definierte Öffnung und befindet sich innerhalb der Kammer26 des Gehäuses22 . Der Exzenterring20 hat an seiner Außenfläche eine Nut42 , die teilweise den Schwenkstift36 aufnimmt, um Schwenkbewegungen zwischen dem Exzenterring20 und dem zentralen Gehäusekörper24 zu ermöglichen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Exzenterring so ausgebildet sein, dass ein Abschnitt des Exzenterringes den Schwenkstift umgibt, um für eine robustere Positionierung des Schwenkpunktes zu sorgen. Diese Schwenkbewegung des Exzenterringes20 wird durch Anlage der Außenfläche des Exzenterringes20 an der Innenfläche34 des zentralen Gehäusekörpers24 (oder auch durch Steuerkolben72 und74 , wie weiter unten erläutert wird) begrenzt. Wie in den4 und10 zu sehen ist, wird der Exzenterring20 entgegen dem Uhrzeigersinn in Anlage mit dem Gehäuse22 in seiner ersten Stellung geschwenkt, in der die Flügelpumpe10 ihre maximale Verdrängung hat. Wie am besten in den3 und10 zu sehen ist, kann der Exzenterring20 im Uhrzeigersinn aus seiner ersten Stellung in eine zweite Stellung geschwenkt werden, in der die Flügelpumpe10 ihre minimale Verdrängung hat. Natürlich kann der Exzenterring20 in jede Lage zwischen der ersten und zweiten Stellung einschließlich der ersten und zweiten Stellung bewegt werden, um die Verdrängung der Pumpe in gewünschter Weise zu ändern. Der Exzenterring20 hat eine Innenfläche, die allgemein kreisförmig ist, jedoch auch konturiert oder exzentrisch ausgebildet sein kann, um das Betriebsverhalten der Flügelpumpe10 zu verbessern oder zu ändern. Der Exzenterring20 kann ferner an seiner Außenfläche eine zweite Nut44 haben, die in der Lage ist, die Dichtung40 in Anlage mit der Innenfläche34 des zentralen Gehäusekörpers24 aufzunehmen, um eine Strömungsmittel-Abdichtung zwischen dem Exzenterring20 und dem zentralen Gehäusekörper24 zu bilden. Die Dichtung erteilt die Kammer26 im wesentlichen in zwei Kammerabschnitte26a ,26b beidseitig zur Dichtung, um zu ermöglichen, dass eine Druckdifferenz zwischen den getrennten Kammerabschnitten26a ,26b der Kammer erzeugt wird. Die Druckdifferenz kann dazu benutzt werden, um den Exzenterring20 zwischen seiner ersten und zweiten Stellung bzw. in seine erste oder zweite Stellung zu schwenken und dadurch die Pumpenverdrängung zu steuern. - Um Strömungsmittel durch die Flügelpumpe
10 zu bewegen, ist eine rotierende Verdrängergruppe50 im Gehäuse22 vorgesehen. Die rotierende Verdrängergruppe50 besteht aus einer zentralen Antriebswelle52 , dem Rotor12 , der von der Antriebswelle52 getragen und von diesem angetrieben wird, und mehreren Flügeln14 , die von dem Rotor12 gleitend getragen werden und mit diesem drehbar sind. Die Antriebswelle52 ist in ihrer Lage zwecks Drehung um ihre eigene Achse53 festgelegt. Der Rotor12 ist mit der Antriebswelle52 drehfest verbunden, um mit dieser um die Achse53 der Antriebswelle52 gedreht zu werden. - Wie dargestellt, ist der Rotor
12 ein allgemein zylindrisches Bauteil mit mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten und axial sowie radial verlaufenden Schlitzen54 , die zur Außenfläche56 des Rotors12 hin offen sind und die innerhalb der Außenfläche56 enden. Jeder Schlitz54 ist so ausgebildet, dass er einen getrennten Flügel14 gleitend aufnimmt, derart, dass die Flügel relativ zu dem Rotor12 zwischen einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen Stellung bewegbar sind. Jeder Schlitz54 im Rotor12 endet vorzugsweise an einer kleinen Kammer58 , die so ausgebildet ist, dass sie unter Druck stehendes Strömungsmittel aufnimmt. Das unter Druck stehende Strömungsmittel in einer Kammer58 wirkt auf den Flügel14 in dem zugehörigen Schlitz54 , um den Flügel14 radial nach außen gleiten zu lassen, bis er an der Innenfläche34 des Exzenterringes20 anliegt. Vorzugsweise ist der Strömungsmitteldruck innerhalb der Kammer58 und des Schlitzes54 im Betrieb der Flügelpumpe10 ausreichend, um einen praktisch kontinuierlichen Kontakt zwischen den Flügeln14 und der Innenfläche41 des Exzenterringes20 aufrecht zu erhalten. - Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist an dem Rotor
12 ein Flügelausfahrglied60 beweglich angeordnet, das an einem oder mehreren der Flügel14 angreift und bewirkt, dass die Flügel14 radial nach außen über den Umfang des Rotors12 hinaus bewegt werden. Dies erleichtert das Starten der Flügelpumpe10 , indem sichergestellt wird, dass immer mindestens zwei der Flügel14 sich über den Umfang des Rotors12 hinaus erstrecken. Ohne das Flügelausfahrglied60 können die Flügel14 dazu neigen, in ihrer eingefahrenen Stellung zu bleiben und sich nicht über die Außenfläche56 des Rotors12 hinaus zu erstrecken, so dass beim anschließenden Drehen des Rotors12 ohne nach außen ragende Flügel14 nicht genügend Strömungsmittel verdrängt wird, um ein Ansaugen der Flügelpumpe10 zu erreichen und den Auslass der Pumpe zu erhöhen. Somit wird kein Druck in den Kammern58 oder Schlitzen54 des Rotors12 erzeugt, und daher wirkt kein Druck auf die Flügel14 , um die Flügel auszufahren, und die Flügelpumpe10 saugt daher nicht an. Ein derartiger Zustand ist beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik beim Kaltstart eines Kraftfahrzeuges anzutreffen. - Bei dem in
2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Flügelausfahrglied60 ein Ring, der in einer ringförmigen Ausnehmung62 gleitend angeordnet ist. Die ringförmige Ausnehmung62 ist in einer Stirnfläche des Rotors12 gebildet und hat einen Durchmesser, der ausreicht, um sicherzustellen, dass sich immer mindestens zwei der Flügel14 über den Umfang des Rotors12 hinaus erstrecken. Die Ausnehmung62 bildet eine äußere Schulter64 und eine innere Schulter66 , zwischen denen das Flügelausfahrglied60 gleiten kann. Das Flügelausfahrglied60 gleitet in der Ausnehmung62 , wenn Flügel14 auf ihn einwirken; die Flügel14 werden durch Anlage am Exzenterring20 radial nach innen verstellt, wodurch das Flügelausfahrglied60 in Richtung auf die diametral gegenüberliegenden Flügel14 verschoben wird, was bewirkt, dass sie über den Umfang des Rotors12 hinaus ausgefahren werden. Das Flügelausfahrglied60 wird zwischen dem Rotor12 und der angrenzenden Seitenplatte des Gehäuses22 beim Zusammenbau der Flügelpumpe10 gehalten. Ein zweiter Ring kann ggf. auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Rotors vorgesehen werden. - Zweckmäßigerweise sind die Schlitze
54 im Rotor12 , wie in den6 und7 dargestellt, so dimensioniert, dass sich ein Strömungsmittelfilm an der Vorderseite und Rückseite68 ,69 jedes Flügels14 bilden kann. Der Strömungsmittelfilm stützt die Flügel14 beim Drehen des Rotors12 ab. Der Strömungsmittelfilm verhindert Verschleiß des Flügelschlitzes und bildet tatsächlich eine Lagerfläche. Außerdem sollte die Größe der Schlitze54 so sein, dass ein Flügelkippen verhindert wird, während jedoch Strömungsmittel in eine Kontaktdichtung zwischen dem Rotor12 und den Flügeln14 in ihren Kontaktbereichen eindringen kann, sollte ein Flügelkippen auftreten, in dem Ausmaß, in dem ein Flügelkippen vorhanden ist. Die Kontaktdichtungen sorgen dafür, dass die Einwirkung des unter Druck stehenden Strömungsmittels auf die Flügel14 erhalten bleibt, und verhindern eine Leckage bzw. ein Ausströmen desselben aus den Schlitzen54 . Eine derartige Leckage würde anderenfalls drohen aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Strömungsmittel in den Kammern58 und Schlitzen54 , in denen der Auslassdruck der Pumpe herrscht, und Niederdruckteilen des Pumpzyklus (nahezu überall außer im Auslass der Pumpe). Durch Verhindern dieser Leckage wird sichergestellt, dass eine ausreichende hydrostatische Kraft die Flügel14 radial nach außen in Richtung auf den Exzenterring20 drückt, um die Kontinuität des Kontaktes zwischen den Flügeln14 und dem Exzenterring20 zu verbessern. - Um Strömungsmittel zu verdrängen, ist der Exzenterring
20 exzentrisch zu der Antriebswelle52 und dem Rotor12 angeordnet. Diese Exzentrizität erzeugt einen veränderlichen Spalt zwischen dem Exzenterring20 und dem Rotor12 . Der veränderliche Spalt bildet Pumpkammern70 zwischen benachbarten Flügeln40 , dem Rotor12 und der Innenfläche des Exzenterringes20 , wobei die Pumpkammern bei ihrer Drehung ein veränderliches Volumen haben. Insbesondere vergrößert sich das Volumen jeder Pumpkammer70 bei einem Teil der Drehbewegung, wodurch in dieser Pumpkammer70 ein Druckabfall erzeugt wird, durch den Strömungsmittel angesaugt wird. Nach Erreichen des maximalen Volumens nimmt dann das Volumen jeder Pumpkammer70 wieder ab, um den darin herrschenden Druck zu vergrößern, bis die Pumpkammer zu einem Auslass ausgerichtet ist und Strömungsmittel durch den Auslass bei dem Auslassdruck der Flügelpumpe10 getrieben wird. Die Exzentrizität bildet somit größer und kleiner werdende Pumpkammern70 , die sowohl für einen verringerten Druck zum Ansaugen von Strömungsmittel durch den Einlass der Flügelpumpe10 und danach für einen Druckanstieg des Strömungsmittels sorgen, das dann aus dem Auslass der Flügelpumpe10 abgegeben wird. - Der Grad der Exzentrizität bestimmt die Betriebseigenschaften der Flügelpumpe
10 . Mehr Exzentrizität erzeugt eine höhere Durchflussrate durch die Flügelpumpe10 , und weniger Exzentrizität erzeugt eine geringere Durchflussrate. In der sogenannten „Nullverdrängungsstellung” bzw. der zweiten Stellung des Exzenterringes20 , die in3 dargestellt ist, ist die durch die Innenöffnung41 definierte Öffnung im wesentlichen koaxial zu dem Rotor12 ausgerichtet, so dass die Pumpkammern70 ein im wesentlichen konstantes Volumen während ihrer gesamten Drehung haben. In diesem Zustand wird das Volumen der Pumpkammern70 weder größer noch kleiner, um den Strömungsmitteldruck darin zu erhöhen, wodurch ein Minimalzustand bzw. Nullverdrängungszustand der Flügelpumpe10 erzeugt wird. Vorzugsweise sollte es eine Mindestverdrängung der Pumpe geben, die einwandfreie Betriebseigenschaften der Pumpe aufrecht erhält. Wenn sich der Exzenterring20 in seiner ersten bzw. Maximalverdrängungsstellung oder irgendeiner Stellung zwischen maximaler und minimaler Verdrängung befindet, ändert sich die Größe der Pumpkammern70 zwischen ihrem maximalen Volumen und minimalen Volumen bei Drehung des Rotors12 , wodurch eine erhöhte Pumpenverdrängung erzielt wird. - Wie in den
3 und4 gezeigt ist, können zwei Kolben72 ,74 zum Steuern des Schwenkens und Positionieren des Exzenterringes20 verwendet werden, wobei die Kolben72 ,74 in entgegengesetzten Richtungen wirken, um den Exzenterring20 zwischen seiner ersten und zweiten Stellung zu schwenken. Wünschenswerterweise kann jeder Kolben72 ,74 auf unterschiedliche Strömungsmittel-Drucksignale ansprechen, die zwei unterschiedlichen Stellen im Strömungsmittelkreis entnommen werden können, wobei eines von dem Regelventil kommen muss. Somit können zwei unterschiedliche Teile des Strömungsmittelkreises dazu verwendet werden, die Verstellung des Exzenterringes20 und somit den Betrieb und die Verdrängung der Flügelpumpe10 zu steuern. Die Kolben72 ,74 können je nach Bedarf unterschiedliche Größe haben, um die von den Strömungsmittel-Signalen auf die Kolben ausgeübte Kraft zu ändern. Außerdem können einer oder beide der Kolben72 ,74 von einer Feder oder einem anderen Mechanismus vorgespannt werden, um die Steuerung der Bewegung des Exzenterringes20 und des Betriebs der Pumpe zu unterstützen. Als andere Möglichkeit kann, wenn eine Dichtung40 zwischen dem Exzenterring20 und dem Gehäuse22 vorhanden ist, ein gesteuertes Volumen an Druckmittel unmittelbar in den Kammerabschnitten26a ,26b auf gegenüberliegenden Seiten der Dichtung40 angeordnet werden. Strömungsmittel unterschiedlichen Volumens und Drucks kann beidseitig zu der Dichtung40 vorgesehen werden, um die Bewegung des Exzenterrings20 zu steuern. Natürlich kann irgendeine Kombination dieser Stellglieder dazu verwendet werden, die Bewegung und Stellung des Exzenterringes20 bei Betrieb der Flügelpumpe10 zu steuern. - Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, wie am besten in
10 gezeigt ist, die Schwenkachse76 , um die der Exzenterring20 schwenkt, wünschenswerterweise so angeordnet, dass der Exzenterring20 zwischen seiner ersten und zweiten Stellung im wesentlichen linear bewegbar ist. Zu diesem Zweck wird der Exzenterring20 um eine Schwenkachse76 geschwenkt, die bezüglich der Achse53 der Antriebswelle um die halbe Wegstrecke in Richtung der Exzentrizität des Exzenterringes20 zwischen seiner ersten und zweiten Stellung versetzt ist. Mit anderen Worten, ist die Schwenkachse76 des Exzenterringes20 zu der Achse53 der Antriebswelle um die Hälfte der maximalen Exzentrizität des Exzenterringes20 relativ zu der Achse53 der Antriebswelle und somit relativ zu dem Rotor12 versetzt. Die Schwenkbewegung des Exzenterringes20 erfolgt längs einer zumindest etwas gekrümmten Bahn. Dadurch, dass die Schwenkachse76 des Exzenterringes20 in der beschriebenen Weise angeordnet wird, wird die Bewegungsbahn des Exzenterringes20 zwischen seiner ersten und zweiten Stellung im wesentlichen linear. Eine nicht lineare bzw. zusammengesetzte Bewegung des Exzenterringes20 hat einen Einfluss auf den Spalt zwischen dem Rotor12 und dem Exzenterring20 . Das Betriebsverhalten und die Betriebseigenschaften der Flügelpumpe10 werden durch diesen Spalt beeinflusst. - Dementsprechend kann die nicht lineare Bewegung des Exzenterringes
20 bei seiner Schwenkbewegung die Größe der Kammern in der gesamten Flügelpumpe10 und vor allem im Bereich des Einlasses16 und Auslasses18 der Pumpe variieren. Beispielsweise kann das Volumen der Pumpkammern70 geringfügig größer werden, wenn sie sich dem Auslass18 nähern, wodurch der darin herrschende Druck verringert wird und eine ineffiziente Druckbeaufschlagung des Strömungsmittels an der Auslassöffnung zur Folge hat. Das Versetzen der Schwenkachse76 des Exzenterringes20 gemäß der vorliegenden Erfindung sorgt in erwünschter Weise für eine Bewegung des Exzenterringes20 , die derartige Zentrierfehler verringert und die Steuerung der Betriebseigenschaften der Pumpen erleichtert, um das Betriebsverhalten und den Wirkungsgrad der Pumpe zu verbessern. Die Erfindung ermöglicht ferner eine einfachere Pumpenkonstruktion, bei der sich der Mittelpunkt der durch die Innenfläche41 definierte Öffnung des Exzenterringes auf einer im wesentlichen linearen Bahn bewegt. Außerdem sollte die Flügelpumpe10 mit geringerem luft- bzw. fluidbedingtem Geräusch arbeiten. - Um das Zuführen von Drucksignalen zu den Stellgliedern zu steuern, die ihrerseits die Bewegung des Exzenterringes
20 steuern, reagiert vorzugsweise ein einzelnes Steuerventil80 auf zwei Vorsteuer-Drucksignale und ihre Zuführung zu den Stellgliedern. Wie in5 gezeigt, hat das Steuerventil80 einen Schieberabschnitt82 mit mehreren ringförmigen Nuten und Stegen zwischen benachbarten Nuten, die für eine Dichtungsanlage an einer Bohrung84 sorgen, von der der Schieberabschnitt82 aufgenommen wird. Das Steuerventil80 hat ferner einen Kolbenabschnitt86 in Form einer äußeren Hülse88 und einem inneren Kolben90 , der in der Hülse88 gleitend gelagert ist. Eine erste Feder92 ist zwischen dem Kolben90 und dem Schieberabschnitt82 angeordnet, um den Schieberabschnitt82 in seine Lage vorzuspannen, und eine zweite Feder94 ist zwischen der Hülse88 und dem Kolben90 angeordnet, um den Kolben90 in Richtung weg von der Hülse88 vorzuspannen. - Wie in den
5 und8 gezeigt, hat das Steuerventil80 einen ersten Einlass96 , durch den von der Flügelpumpe10 abgegebenes Strömungsmittel einer Kammer98 zugeführt wird, in der der Kolben90 angeordnet ist, um eine Kraft auf den Kolben90 in eine Richtung entgegengesetzt zu der Vorspannkraft der zweiten Feder94 auszuüben. Ein zweiter Einlass100 bringt von der Flügelpumpe10 abgegebenes Strömungsmittel mit dem Schieberabschnitt82 in Verbindung. Ein dritter Einlass102 führt Strömungsmitteldruck aus einer stromabwärtigen Druckquelle aus einem zweiten Abschnitt des Strömungsmittelkreises zu einer Kammer104 , die zwischen den Kolben90 und der äußeren Hülse88 gebildet ist. Ein vierter Einlass106 verbindet den zweiten Abschnitt des Strömungsmittelkreises mit einem entgegengesetzt zu dem Kolben90 angeordneten Ende108 des Schiebeabschnittes82 . Zusätzlich zu den Einlässen hat das Steuerventil80 einen ersten Auslass110 der mit einem Speicher112 verbunden ist, einen zweiten Auslass114 , der mit dem ersten Stellglied74 (oder der Kammer26b ) verbunden ist, und einen dritten Auslass116 , der mit dem zweiten Stellglied72 oder der Kammer26a verbunden ist. Wie bereits oben erwähnt, steuern das erste und zweite Stellglied72 ,74 die Bewegung des Exzenterringes20 , um die Verdrängung der Flügelpumpe10 zu ändern. - Um mehr ins Einzelne zu gehen, hat der Kolben
90 einen zylindrischen Körper120 mit einer darin gebildeten Sackbohrung122 zur Aufnahme und Halterung eines Endes der ersten Feder92 . Ein vergrößerter Kopf124 an einem Ende des Kolbens90 ist gleitend gelagert in der Kammer96 , die beispielsweise im Pumpengehäuse22 gebildet sein kann und so ausgebildet ist, dass sie an der äußeren Hülse88 angreift, um die Bewegung des Kolbens90 in dieser Richtung zu begrenzen. Die äußere Hülse88 ist vorzugsweise durch einen Presssitz oder in anderer Weise gegen eine Bewegung in der Kammer98 gesichert. Die außere Hülse88 hat eine Bohrung126 , die den Körper120 des Kolbens90 gleitend aufnimmt, einen radial einwärts verlaufenden Rand128 an einem Ende zur Begrenzung von Bewegungen des Schieberabschnittes82 in Richtung auf den Kolben90 , und ein durchmesserverringertes entgegengesetztes Ende130 , das die ringförmige Kammer104 bildet, in der die zweite Feder94 angeordnet ist. Die ringförmige Kammer104 kann ebenfalls unter Druck stehendes Strömungsmittel aus dem Einlass102 empfangen, das auf den Kolben90 einwirkt. - Der Schieberabschnitt
82 ist allgemein zylindrisch und wird von der Bohrung84 eines Körpers wie z. B. des Pumpengehäuses22 aufgenommen. Der Schieberabschnitt82 hat eine Sackbohrung32 , ist an einem Ende134 offen und an seinem anderen Ende108 geschlossen. Eine erste Ausnehmung136 in der Außenseite des Schieberabschnittes82 führt zu einem oder mehreren Kanälen138 , die in die Sackbohrung132 münden. Die erste Ausnehmung136 ist wahlweise zu dem dritten Auslass116 ausgerichtet, um das gesteuerte Druckmittelvolumen, das die Verdrängung an dem zweiten Stellglied72 (Kammer26a ) hoch hält, durch den Schieberabschnitt82 über die erste Ausnehmung136 , entsprechend der Kanäle138 , die Sackbohrung132 und den ersten Auslass110 , der zu dem Speicher112 führt, zurückströmen zu lassen. Dies verringert das Volumen und den Druck des Strömungsmittels am zweiten Stellglied72 (Kammer26a ). In der gleichen Weise hat der Schieberabschnitt82 eine zweite Ausnehmung140 , die zu entsprechenden in der Sackbohrung132 mündenden Kanälen142 führt und die wahlweise zu dem zweiten Auslass114 ausrichtbar ist, um das gesteuerte Druckmittelvolumen, das die Verdrängung an dem ersten Stellglied74 (Kammer26b ) niedrig hält, durch das Steuerventil80 über die zweite Ausnehmung140 , entsprechende Kanäle142 , die Sackbohrung132 und den ersten Auslass110 zum Speicher112 zurückströmen zu lassen. - Der Schieberabschnitt
82 hat ferner eine dritte Ausnehmung144 , die zwischen der ersten und zweiten Ausnehmung136 ,140 angeordnet und zu dem zweiten Einlass100 allgemein ausgerichtet ist. Die dritte Ausnehmung144 hat eine axiale Länge, die größer als der Abstand zwischen dem zweiten Einlass100 und dem zweiten Auslass114 und größer als der Abstand zwischen dem zweiten Einlass100 und dem dritten Auslass116 ist. Wenn daher der Schieberabschnitt82 weit genug in Richtung auf den Kolbenabschnitt86 verschoben wurde, verbindet die dritte Ausnehmung144 den zweiten Auslass114 mit dem zweiten Einlass100 , um zu ermöglichen, dass unter dem Auslassdruck stehendes Strömungsmittel durch den zweiten Auslass114 aus dem zweiten Einlass100 strömt. Dies vergrößert das Volumen und den Druck des auf das erste Stellglied74 wirkenden Strömungsmittels. Wenn dementsprechend der Schieberabschnitt82 ausreichend weit von dem Kolbenabschnitt86 weg verschoben wurde, verbindet die dritte Ausnehmung144 den zweiten Einlass100 mit dem dritten Auslass116 , um zu ermöglichen, dass unter dem Pumpenauslassdruck stehendes Strömungsmittel aus dem zweiten Einlass100 durch den dritten Auslass116 strömt. Dies vergrößert das Volumen und den Druck des auf das zweite Stellglied72 wirkenden Strömungsmittels. Aus dem oben stehenden ist ersichtlich, dass eine Verstellung des Schieberabschnittes82 das Ablassen von Strömungsmittel aus der Verdrängungs-Steuerkammer durch die erste bzw. zweite Ausnehmung136 ,140 steuert, wenn sie zu dem zweiten bzw. dritten Auslass114 ,116 ausgerichtet sind. Eine Verstellung des Schieberabschnittes82 ermöglicht ferner eine Verstärkung bzw. Vergrößerung der Vorsteuer-Drucksignale durch die dritte Ausnehmung144 , wenn sie zu dem zweiten bzw. dritten Auslass114 ,116 ausgerichtet ist. - Zweckmäßigerweise wird die Verstellung des Schieberabschnittes
82 zumindest teilweise durch zwei getrennte Strömungsmittelsignale aus zwei getrennten Abschnitten des Strömungsmittelkreises gesteuert. Wie dargestellt, wird unter dem Pumpenauslassdruck stehendes Strömungsmittel der Kammer98 so zugeführt, dass es den Kopf124 des Kolbens90 beaufschlagt und den Kolben90 in Richtung auf den Schieberabschnitt82 zu verschieben sucht. Dies erzeugt eine (durch die erste Feder92 übertragene) Kraft, die den Schieberabschnitt82 zu verschieben sucht. Dieser Kraft wirken zumindest teilweise die zweite Feder94 und das Druckmittelsignal von einem zweiten Punkt im Strömungsmittelkreis entgegen, das dem entfernten Ende108 des Schieberabschnittes82 und der Kammer104 zwischen der äußeren Hülse88 und dem Kolben90 zugeführt wird, was auf den Kopf124 des Kolbens90 in eine Richtung einwirkt, in der die Tendenz besteht, den Kolben von der äußeren Hülse zu trennen. Die Bewegung des Schieberabschnittes82 kann in der gewünschten Weise durch die Wahl geeigneter Federn92 ,94 , Druckmittelsignalen und/oder relativen Flächenbereichen des Kolbenkopfes124 und des Endes108 des Schieberabschnittes, auf das die Drucksignale wirken, gesteuert werden. Um die Kalibrierung des Steuerventils80 zu erleichtern, wird die zweite Feder94 im Hinblick auf eine Steuerung der Anfangs- bzw. Ruhekompression der ersten Feder92 zur Steuerung der Kraft, die sie auf den Schieberabschnitt82 und den Kolben90 ausübt, gewählt. - In Abhängigkeit von diesen verschiedenen Kräften, die von den Federn
92 ,94 und den auf den Kolben90 und den Schieberabschnitt82 wirkenden Druckmittelsignalen erzeugt werden, wird der Schieberabschnitt82 so bewegt, dass bestimmte Ausnehmungen mit bestimmten Einlässen oder Auslässen ausgerichtet werden, um die Druckbeaufschlagung des ersten und zweiten Stellgliedes72 ,74 (oder der Kammerabschnitte26a ,26b ) zu steuern. Wenn, wie in5 zu sehen ist, der Schieberabschnitt82 nach unten bewegt wird, überbrückt die dritte Ausnehmung144 den Spalt zwischen dem zweiten Einlass100 und dem dritten Auslass116 , so dass von der Flügelpumpe10 abgegebenes Druckmittel dem zweiten Stellglied72 zugeführt wird. Durch diese Bewegung des Schieberabschnittes82 wird vorzugsweise auch die zweite Ausnehmung140 zu dem zweiten Auslass114 ausgerichtet, um das Volumen und den Druck des Strömungsmittels an dem ersten Stellglied74 zum Speicher112 zurückzuführen. Der Exzenterring20 wird somit von dem zweiten Stellglied72 in Richtung auf seine erste Stellung verstellt, wodurch die Verdrängung der Flügelpumpe10 vergrößert wird. Wenn der Schieberabschnitt82 nach oben (in5 ) getrieben wird, überbrückt die dritte Ausnehmung144 den Spalt zwischen dem zweiten Einlass100 und dem zweiten Auslass114 , wodurch unter dem Pumpenauslassdruck stehendes Strömungsmittel dem ersten Stellglied74 zugeführt wird. Durch diese Bewegung des Schieberabschnittes82 wird vorzugsweise auch die erste Ausnehmung136 zu dem dritten Auslass116 ausgerichtet, um das an dem zweiten Stellglied72 anstehende Druckmittel zum Speicher112 zurückzuführen. Der Exzenterring20 wird somit in Richtung auf seine zweite Stellung bewegt, wodurch die Verdrängung der Flügelpumpe10 verringert wird. Der Schieberabschnitt82 wirkt mit der Bohrung84 und den Auslässen in der Art und Weise eines „Vier-Wege-Richtungsventils” zusammen. Auf diese Weise werden Volumen und Druck durch zwei getrennte Druckmittelsignale gesteuert, die aus zwei unterschiedlichen Abschnitten des Strömungsmittelkreises entnommen werden können. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das erste Druckmittelsignal von dem von der Flügelpumpe10 abgegebenen Strömungsmittel gebildet, und da zweite Druckmittelsignal wird von einer stromabwärtigen Druckmittelquelle des Strömungsmittelkreises erzeugt. Auf diese Weise können der Wirkungsgrad und das Betriebsverhalten der Pumpe durch eine leistungsfähigere Steuerung/Regelung verbessert werden. - Wie am besten in
9 zu sehen ist, kann ein Einlassstromventil150 in dem Strömungsmittelkreis vorgesehen werden, um wahlweise zu ermöglichen, dass unter Pumpenauslassdruck stehendes Strömungsmittel in den Pumpeneinlass16 zurückströmt, wenn die Flügelpumpe10 mit Drehzahlen arbeitet, bei denen Atmosphärendruck nicht ausreicht, um den Pumpeneinlass16 der Flügelpumpe10 mit Strömungsmittel zu füllen. Dies mindert die Kavitation und überwindet eine Drosselung der Strömung zum Pumpeneinlass16 der Flügelpumpe10 oder das Fehlen potentieller Strömungsmittelenergie. Um dies zu erreichen, kann das Einlassstromventil150 ein Schieberventil sein, das in einer Bohrun152 eines Körpers wie z. B. des Pumpengehäuses22 gleitend gelagert ist, so dass es mit dem aus dem Pumpenauslass18 abgegebenen Strömungsmittel in Verbindung steht. Wie gezeigt, enthält der Strömungsmittelkreis die Flügelpumpe10 , wobei der Pumpenauslass18 zu einem Motor-Schmiermittelkreis154 durch einen Zuführkanal156 führt, der mit der das Einlassstromventil150 enthaltenden Bohrung152 verbunden ist. Stromab des Motor-Schmiermittelkreises154 wird Strömungsmittel zu einem Speicher112 zurückgeführt, wobei ein Teil dieses Strömungsmittels durch einen Vorsteuer-Strömungsmittelkanal158 geführt wird, der zu dem Einlassstromventil150 führt, um dem Einlassstromventil150 gegebenenfalls ein Vorsteuer-Drucksignal zuzuführen. Ferner kann eine Feder159 vorgesehen werden, um das Einlassstromventil150 vorzuspannen. Aus dem Speicher wird Strömungsmittel durch einen Einlasskanal160 dem Pumpeneinlass16 der Flügelpumpe10 zugeführt. Der Einlasskanal160 kann durch die das Einlassstromventil150 enthaltende Bohrung152 verlaufen und wird von dem Zuführkanal156 durch einen Steg162 des Einlassstromventils150 getrennt, der eine im wesentlichen strömungsmitteldichte Abdichtung gegenüber dem Gehäuse bildet. - Somit wirkt von der Flügelpumpe
10 abgegebenes Strömungsmittel auf den Steg162 über den Kanal156 , der mit einer Auslassleitung157 in Verbindung steht, und es hat die Tendenz, das Einlassstromventil150 in eine Richtung entgegengesetzt zu der Feder159 und dem Vorsteuer-Drucksignal zu verstellen, das dem Einlassstromventil150 durch den Vorsteuer-Strömungskanal158 zugeführt wird. Wenn der Druck des von der Flügelpumpe10 abgegebenen Strömungsmittels groß genug ist, um die Kraft der Feder und den Vorsteuerdruck aus dem Kanal158 zu überwinden, wird das Einlassstromventil150 so verstellt, dass sein Steg162 weit genug bewegt wird, um den Einlasskanal160 zu öffnen, wodurch eine Verbindung zwischen dem Zuführkanal156 und dem Einlasskanal160 durch die Bohrung152 und den Kanal161 ermöglicht wird, wie in9 dargestellt ist. Ein Teil des von der Flügelpumpe10 abgegebenen Strömungsmittels wird somit in den Pumpeneinlass16 der Flügelpumpe10 zusammen mit aus dem Speicher112 zugeführtem Strömungsmittel aus den oben genannten Gründen zurückgeführt. Dies in den Einlass16 angesaugte Druckmittel führt zu einer „Aufladung” des Pumpeneinlasses, um sicherzustellen, dass die Flügelpumpe10 Flüssigkeit und nicht Luft bzw. Gas ansaugt. Dies verhindert eine Kavitation und verbessert den Wirkungsgrad und das Betriebsverhalten der Pumpe. - Der Zweck des Einlassstromventils
150 und seiner Aufladungswirkung besteht darin, vorhandene Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie am Einlass umzuwandeln, um die Strömungsgeschwindigkeit und dadurch die Ansaugwirkung der Pumpe zu erhöhen. - Es wird nun auf die
8A Bezug genommen, in der ein anderes Ausführungsbeispiel für die Steuerung einer Pumpanlage mit veränderlicher Verdrängung dargestellt ist, welche allgemein bei200 gezeigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Steuereingang zum Steuern der Verdrängung der verstellbaren Verdrängerpumpe210 durch ein Steuerventil212 gebildet. Eine Pumpe214 fester Verdrängung ist vorgesehen, die einen festen Strom in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle eines Motors erzeugt. Die Pumpe fester Verdrängung wird vorzugsweise von einer Innenzahnradpumpe (Gerotor-Pumpe) gebildet; es können jedoch auch andere Pumpen fester Verdrängung, die durch die Bewegung einer rotierenden Welle betätigt werden, verwendet werden. Die Pumpe214 fester Verdrängung und die Pumpe210 veränderlicher Verdrängung können von der selben Welle oder verschiedenen Wellen angetrieben werden, die mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist bzw. sind. - Der Auslass der Pumpe
214 ist mit einem Steuerkolben216 zum Vorspannen des Steuerventils212 verbunden, das in seiner Betriebsweise dem Steuerventil80 in5 entspricht. Der Steuerkolben216 ist durch eine Feder218 „mechanisch geerdet”, die den Steuerkolben in eine Richtung entgegen Bewegungen vorspannt, welche durch den Einlassdruck von der Pumpe214 durch die hydraulische Leitung220 hervorgerufen wird. Eine zweite Feder222 ist mit dem Schieberabschnitt224 des Steuerventils212 und dem Steuerkolben216 verbunden. Der Schieberabschnitt224 wird auf einer ersten Seite mit dem hydraulischen Druck der Vorsteuer-Leitung226 aus dem Motor-Schmiermittelkreis228 und auf der anderen Seite von der Kraft der Feder222 beaufschlagt. Der Auslassdruck der Pumpe214 wandert durch die Leitung220 , um die Kompression der Feder222 zu erhöhen und die Kraft der Feder218 zu überwinden. Eine Auslassleitung230 führt ferner Strömungsmittel in die Auslassöffnungen, um Kavitation bei höheren Motordrehzahlen zu verhindern; sie enthält jedoch einen kalibrierten Strömungswiderstand232 , um einen kalibrierten Druck dem Steuerkolben216 zuzuführen, der mit der Motordrehzahl gekoppelt ist. Beim Start des Motors hat die Pumpe219 ihre maximale Verdrängung aufgrund der Feder234 . Der Druck aus der Pumpe214 positioniert den Steuerkolben216 , wodurch die Feder222 komprimiert wird. Hierdurch wird der Regel-Solldruck für das Steuerventil212 eingestellt. Wenn sich der Motordruck in dem Motor-Schmiermittelkreis228 aufbaut und den Solldruck übersteigt, spannt der Druck in der Vorsteuer-Leitung226 den Spulenabschnitt224 in Richtung einer Rückhubstellung vor, wodurch die Verdrängung der Pumpe210 verringert und dadurch der Solldruck erreicht wird. Wenn der Motordruck niedrig ist, bewegt sich der Schieberabschnitt224 in der entgegengesetzten Richtung. Im Niederdruckzustand spannt die Feder222 den Schieberabschnitt212 in Richtung auf eine Vorhubstellung vor, wodurch die Verdrängung der Pumpe210 vergrößert und somit der Solldruck erreicht wird. Der Strom aus der Pumpe214 wird in die Einlassöffnung geleitet, was die „Aufladung” der Pumpe unterstützt, um eine Kavitation der Pumpe bei hohen Motordrehzahlen zu verhindern. - Bei dem Ausführungsbeispiel der
8B ist das Hydrauliksystem das gleiche wie in8A ; es wird jedoch ein Druckregelventil236 zum Stabilisieren der Regelung des Systems verwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel hält das Druckregelventil236 einen vorgegebenen Druck in der Leitung237 mittels einer Druckrückführung aus der Leitung239 aufrecht, die entgegen der Feder241 auf das Druckregelventil236 einwirkt. Wenn daher der Druck in der Leitung237 zu hoch ist, wird der auf das Druckregelventil236 wirkende Strom gedrosselt, und wenn der Druck in der Leitung237 zu niedrig ist, wird das Druckregelventil236 geöffnet. Dies sorgt für einen stabilisierten Leitungsdruck zum Betätigen der Steuerkolben bzw. Steuerkammern der Pumpe210 . - Die
9A und9B zeigen die selbe Konstruktion wie die8A ; es ist jedoch das Einlassstromventil150 gezeigt, das zur Beaufschlagung der Einlassöffnung dient, um dabei mitzuhelfen, Kavitation bei hohen Pumpendrehzahlen in Abhängigkeit von dem Ansaugdruck zu verhindern. Überschüssige Geschwindigkeitsenergie aus der Innenzahnradpumpe durch die Drosselstelle232 wird somit dazu verwendet, die Druckbeaufschlagung des Einlasses zu unterstützen. Dies ist ein Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der9 , das den Auslassdruck als Anzeige für mögliche Ansaugschwierigkeiten verwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden somit sowohl die Innenzahnradpumpe wie auch das Einlassstromventil150 zur Druckbeaufschlagung des Einlasses verwendet. Es könnte jedoch das eine oder andere dieser Systeme stattdessen zur Druckbeaufschlagung des Einlasses verwendet werden. Die Leitung B ist mit atmosphärischem Druck verbunden. Das Einlassstromventil ist bei niedrigen Drehzahlen inaktiv; wenn sich jedoch ein Unterdruck in der Einlassleitung D aufbaut, öffnet der Druckunterschied das Einlassstromventil150 , und Auslassdruck wird von der Pumpe zurück in den Pumpeneinlass16 geleitet, und zwar durch die Leitung C. Dies ist außerdem in9B dargestellt, in der der Unterdruck der Leitung D die Feder259 bei höheren Motordrehzahlen komprimiert und die Leitung A mit der Leitung C verbindet, um eine beschleunigte Zuführung von Auslassdruck in die Einlassseite durch das Einlassstromventil zu ermöglichen. Die Druckdifferenz zwischen den Leitungen D und B komprimiert somit die Feder159 zum Aktivieren der Druckbeaufschlagung des Pumpeneinlasses. - Es wird nun auf
11 Bezug genommen. Das dort gezeigte System entspricht dem in9 gezeigten, abgesehen davon, dass die Vorderleistung der Innenzahnradpumpe lediglich zu dem Speicher durch die Leitung240 geschickt wird, wobei die Drosselstelle232 in der Leitung240 vorgesehen ist. - In
12 ist die Betriebsweise wieder gleich wie in9A ; die Bewegung des Steuerkolbens216 wird jedoch durch die Druckdifferenz an eine Öffnung232a und die kalibrierte Leitung220 aus der Innenzahnradpumpe gesteuert. Die Leitung242 ist mit dem Pumpenauslass verbunden. Auf diese Weise wird der Ölstrom aus der Pumpe214 normalerweise in dem Motor-Schmiermittelkreis verwendet. - Die
13 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem der Steuerkolben216a als veränderliche Sollwertvorgabe dient, die unmittelbar auf die Feder234 der Pumpe veränderlicher Verdrängung einwirkt, um für eine unmittelbare Sollwerteingabe zum Positionieren des Steuerkolbens216a zu sorgen. Die Stellung des Steuerkolbens216a stellt somit den Sollwert ein. Bei diesem Ausführungsbeispiel beaufschlagt die kalibrierte Ausgangsleistung der Innenzahnradpumpe durch die Leitung246 den Steuerkolben216a , und die Vorsteuer-Druckleitung aus dem Motor-Schmiermittelkreis248 ist mit der Rückhubseite der Pumpe veränderlicher Verdrängung verbunden. Die unmittelbare Vorsteueranordnung ist etwas einfacher insofern, als der auf die Feder234 wirkende veränderliche Druck gegen den Vorhub-Kolben wirkt, wodurch eine unmittelbare Sollwertvorgabe auf der Grundlage der Förderleistung der Pumpe erzeugt wird. Dem Druck248 für den Rückhub der Pumpe zum Verringern der Pumpenverdrängung wirkt die Feder234 entgegen. Die Förderleistung der Innenzahnradpumpe214 wird dem Steuerkolben216a zugeführt, um die Kompression der Feder234 zu vergrößern oder zu verringern. Dies variiert den Druck, bei dem die Verdrängungsverringerung beginnt. Bei größer werdender Motordrehzahl erhöht daher der Steuerkolben216a den Druck auf die Feder234 , und dies erhöht daher den Druck, der für den Schmiermittelkreis248 erforderlich ist, um die Verdrängung der Pumpe zu verringern. - Die
14 zeigt eine Schnittansicht eines Pumpengehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es grundsätzlich in11 dargestellt ist. In11 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines Kolbens für einen veränderlichen Sollwert dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wirkt eine Innenzahnradpumpe310 zusammen mit einer Kolbenanordnung312 für einen veränderlichen Sollwert, die einen äußeren Abschnitt334a und einen inneren Abschnitt334 umfasst, die als Einheit zum Verstellen eines Durchflusssteuerventils314 wirken, welches mit dem Motor-Schmiermittelkreis316 hydraulisch verbunden ist. Eine Betätigung des Durchflusssteuerventils314 bewegt den Exzenterring318 der Pumpe durch Beaufschlagen oder Entlasten der Steuerkammern320 und322 . Der Exzenterring318 wird in Richtung auf eine Maximalverdrängungsstellung von einer Feder324 vorgespannt. Die Kammer320 ist mit einer verdrängungsvergrößernden hydraulischen Leitung326 verbunden, und die Kammer322 ist mit einer verdrängungsverringernden Leitung328 verbunden. Außerdem wird von der Flügelpumpe abgegebenes Strömungsmittel dem Ventil durch eine Leitung330 zugeführt, um die Kammern322 und320 mit hydraulischem Steuerdruck zu beaufschlagen. Die Kolbenanordnung312 umfasst eine Feder332 , die die Kolbenanordnung312 in Richtung auf das Durchflusssteuerventil314 vorspannt. Eine zweite Feder336 ist an einem Abstandsstück340 abgestützt, um die Kolbenanordnung312 entgegen der Feder332 vorzuspannen. Eine Feder342 greift an der Kolbenanordnung312 auf einer ersten Seite an und wirkt gegen einen Aufnahmebereich344 des Ventils314 . Eine Ventilbetätigungs-Kammer346 spannt das Ventil314 in Richtung auf die Kolbenanordnung312 vor, während Druck aus der Innenzahnradpumpe in die Kammer348 mittels einer Leitung350 zugeführt wird, um die Federn342 und236 zu komprimieren und dadurch das Ventil314 in die entgegengesetzte Richtung zu drücken. Die Verwendung der dritten Feder332 sorgt (im Vergleich zu den anderen Ausführungsbeispielen) eine andere Beziehung zwischen dem Solldruck und der Motordrehzahl bei niedrigen Drehzahlen. Bei größer werdender Drehzahl stellt der Druck der Innenzahnradpumpe zusammen mit der auf das Ventil314 wirkenden Kraft der Feder342 den vorgegebenen Sollwert für das Ventil314 ein. Rückführdruck aus dem Motor-Schmiermittelkreis, der in die Kammer346 eintritt, verstellt das Ventil314 zum Erreichen des erwünschten Schmiermittelsolldrucks. Das Ventil verstellt sich somit zu dem Öldruck hin, der durch den Auslassdruck der Innenzahnradpumpe oder die Feder342 und den Druck des Motor-Schmiermittelkreises durch eine Bewegung des Vier-Wege-Ventils314 eingestellt wird. Das Ventil vergrößert bei seiner Bewegung in Richtung auf die Kammer346 die Verdrängung der Pumpe, und wenn der Öldruck aus dem Motor-Öldruckeingang größer wird als der Sollwert, bewegt sich das Ventil314 entgegen der Kraft der Feder342 in Richtung auf den Kolben312 , welcher das Ventil314 zu der verdrängungsverringernden Leitung hin verstellt, bis der korrekte Sollwertdruck erreicht und das Ventil in der in der Zeichnung dargestellten Art und Weise in der neutralen Stellung angeordnet ist. Die Kanäle348 und350 ermöglichen das Ablassen von Strömungsmittel aus entweder der verdrängungsverringernden Leitung oder verdrängungsvergrößernden Leitung in die Kammer352 , welche Strömungsmittel durch den Kanal354 ablässt. Bei diesem Ausführungsbeispiel liefert die anfängliche Vorspannung der Feder332 einen höheren Solldruck am unteren Ende des Motordrehzahlbereiches. - Die Pumpenanlage gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt somit zahlreiche Merkmale, die den Aufbau und den Betrieb der Pumpe erleichtern, eine deutlich verbesserte Regelung von Betriebsparametern und Förderleistung der Pumpe ermöglichen und das Betriebsverhalten und den Wirkungsgrad der Pumpe insgesamt verbessern. Wünschenswerterweise erfüllt die Flügelpumpe der Erfindung die unterschiedlichen Anforderungen an die Schmierung für Verbrennungsmotoren bei allen Geschwindigkeiten. Natürlich kann die Flügelpumpe auch in Getrieben oder anderen Strömungsmittelverteilereinrichtungen verwendet werden.
- Wenngleich schließlich bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung in gewissen Einzelheiten hier beschrieben wurden, wird jedoch der Schutzbereich der Erfindung durch die folgenden Ansprüche definiert. Abwandlungen und Anwendungen für die erfindungsgemäß ausgebildete Pumpe, die sich innerhalb des Rahmens der Erfindung bewegen, sind dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich.
Claims (15)
- Schmiermittelpumpanlage für die Schmierung einer Vorrichtung mit einer drehzahlveränderlichen Welle und einem Schmiermittelkreis, mit: einer ersten Pumpe (
210 ) veränderlicher Verdrängung, die in Abhängigkeit von einem Steuersignal verstellbar ist, und einer zweiten Pumpe (214 ) fester Verdrängung, die mit der Welle verbunden ist, wobei ein Ausgang der zweiten Pumpe (214 ) ein Betätigungssignal liefert, das mit der Drehzahl der drehzahlveränderlichen Welle zunimmt, um die Verdrängung der ersten Pumpe (210 ) in Abhängigkeit von der Drehzahl der drehzahlveränderlichen Welle zu ändern, während ein Teil der Förderleistung der zweiten Pumpe (214 ) zu dem Einlass der ersten Pumpe (210 ) geführt wird, um den Einlassstrom der ersten Pumpe (210 ) zu verstärken, wobei ein Teil der Förderleistung der zweiten Pumpe (214 ) zu dem Auslass der ersten Pumpe (210 ) geleitet wird, während ein Teil der Förderleistung der zweiten Pumpe (214 ) zu einem Speicher (Ölsumpf) geleitet wird. - Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpe (
210 ) und die zweite Pumpe (214 ) beide von der drehzahlveränderlichen Welle angetrieben werden. - Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpe (
210 ) eine Flügelpumpe mit einem Exzenterring (20 ;318 ) zum Ändern ihrer Verdrängung in Abhängigkeit von dem Steuersignal ist. - Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass der zweiten Pumpe (
214 ) einen kalibrierten Strömungswiderstand (232 ) zum Erzeugen eines kalibrierten Drucksignales aufweist, das von der Pumpenantriebsgeschwindigkeit abhängt und als Steuersignal dient. - Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerkolben (
216 ) auf einer Seite durch einen Druck des Steuersignals und auf einer zweiten Seite durch eine ortsfest abgestützte Feder (218 ) positioniert wird, wobei die Stellung des Steuerkolbens (216 ) in einer Bohrung als Referenzwert für ein Regelsystem dient, um einen vorgegebenen geregelten Solldruck in dem Schmiermittelkreis (228 ) zu erzeugen. - Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein multifunktionales Ventil (
212 ), das die Verdrängung der ersten Pumpe (210 ) steuert, indem Druckmittel zu einer Vorhub- oder Rückhub-Seite der ersten Pumpe (210 ) in Abhängigkeit von dem Steuerkolben, der auf das Ventil (212 ) in einer ersten Richtung wirkt, und einem Druckeingangssignal aus dem Schmiermittelkreis (228 ), das auf das Ventil (212 ) in einer zweiten Richtung wirkt, geleitet wird. - Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das multifunktionale Ventil (
212 ) ein Schieberventil mit einer Vorspannfeder (222 ) ist, die zwischen den Steuerkolben (216 ) und das Schieberventil geschaltet ist, dass der Steuerkolben (216 ) die Vorspannfeder (222 ) komprimiert und das Ventil (212 ) vorspannt, um eine Sollwertposition in Abhängigkeit von einem Steuereingang aus der zweiten Pumpe (214 ) zu erzeugen, dass das Ventil (212 ) Kanäle zum Zuführen von Strömungsmittel zu der ersten Pumpe (210 ) hat, und dass ein Steuerdruck aus dem Schmiermittelkreis (228 ) auf das Ventil (212 ) entgegen der Vorspannfeder (222 ) wirkt, um den vorgegebenen Solldruck zu suchen. - Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpe (
210 ) eine Flügelpumpe ist, die einen verstellbaren Exzenterring (20 ;318 ) zum Ändern der Verdrängung der ersten Pumpe (210 ) aufweist, wobei der Steuerstrom unmittelbar auf den Exzenterring einwirkt, um den Exzenterring entweder in eine Vorhub- oder Rückhub-Richtung zu verstellen, und zwar in Abhängigkeit von dem Sollwert, der durch die Stellung des Steuerkolbens (216 ) und der Vorspannfeder (222 ) eingestellt wird. - Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei hydraulische Kolben (
72 ,74 ) den Exzenterring (20 ,318 ) betätigen und dass das multifunktionale Ventil (212 ) für eine Beaufschlagung der Kolben (72 ,74 ) sorgt, um den Exzenterring im Sinne einer Vergrößerung oder Verringerung der Verdrängung in Abhängigkeit von veränderlichen Sollwertsignalen aus der zweiten Pumpe (214 ) und dem Schmiermittelkreis (228 ) zu verstellen, wodurch das multifunktionale Ventil (212 ) verstellt wird, um den von der zweiten Pumpe (214 ) eingestellten Sollwert zu suchen. - Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterring (
20 ;318 ) in Richtung auf eine Maximalverdrängungsstellung durch eine Feder vorgespannt ist, die von einem Betätigungsstrom aus dem multifunktionalen Ventil (212 ) überwunden wird, um dadurch die Verdrängung der ersten Pumpe (210 ) zu steuern. - Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorspannfeder zum Vorspannen des Steuerkolbens (
216 ) vorgesehen ist, um bei dem anfänglichen Start eines zugehörigen Motors einen höheren Solldruck zu erzeugen. - Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Vorspannfeder, die mit dem Steuerkolben verbunden und gegen ein Stellglied komprimiert wird, wobei die Stellung des Steuerkolbens ein Referenzwert zum Erzeugen eines Sollwertes erzeugt, auf den die Verdrängung der ersten Pumpe (
210 ) geregelt wird. - Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied ein Steuerkolben ist, der den Exzenterring berührt, und dass ein Steuerdruck aus dem Schmiermittelkreis (
228 ) von der entgegengesetzten Seite des Exzenterringes aus auf den Steuerkolben wirkt. - Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsmittel, das dem Stellglied zugeführt wird, aus einer Auslassleitung (
237 ) der ersten Pumpe (210 ) herrührt. - Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Druckregelventil (
236 ), das den Druck in der Auslassleitung (237 ), der zur Steuerung des Stellglieds verwendet wird, regelt.
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