DE10316322A1

DE10316322A1 - Radialkolbenpume

Info

Publication number: DE10316322A1
Application number: DE2003116322
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Gethöfer; Rudolf Rutschmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-10-21

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radialkolbenpumpe (1) mit einem Pumpengehäuse (2), welches mehrere sternförmig um einen Exzenter (8) angeordnete Zylinderbohrungen (3) zur Aufnahme von Kolben (4) sowie Einlassöffnungen (9) mit Einlassquerschnitten und Auslassöffnungen (6) für jeden Zylinder (3) aufweist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass die Einlassquerschnitte (9) eines jeden Zylinders (3) variabel ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bekannt durch die DE-A 101 21 674 der Anmelderin.

Radialkolbenpumpen, wie sie z. B. durch die DE-A 101 21 674 bekannt wurden, weisen Einlassöffnungen und Auslassöffnungen mit einem definierten Querschnitt auf. Üblicherweise sind diese Radialkolbenpumpen sauggedrosselt, d. h. sie weisen eine saugseitige Widerstandssteuerung in Form eines definierten Einlassquerschnittes direkt am Zylinder auf, wobei dieser Einlassquerschnitt in Abhängigkeit von der Ölviskosität bei Betriebstemperatur festgelegt wird. Die Radialkolbenpumpe fördert dann oberhalb einer so genannten Abregeldrehzahl eine konstante Ölmenge, weil die Zylinder oberhalb dieser Drehzahl nicht mehr vollständig befüllt werden und somit abgedrosselt sind. Nachteilig bei dieser Saugdrosselung ist, dass die Ölmenge bei sinkender Öltemperatur bzw. ansteigender Viskosität oberhalb der Abregeldrehzahl ebenfalls sinkt, weil die Zylinderbefüllung noch weiter erschwert wird.

In der DE-A 195 10 206 der Anmelderin wurde daher zur Regelung der Fördermenge eine Hochdruckpumpe mit einem Saugdrosselventil in der Ansaugleitung vorgeschlagen. Dieses Saugdrosselventil wird in Abhängigkeit des Bedarfes eines Verbrauchers in seinem Durchflussquerschnitt gesteuert. Dadurch kann zwar der Förderstrom (die Abregelmenge) herabgesetzt bzw. verändert werden, nachteilig bei dieser „zentralen" Saugdrosselregelung in der gemeinsamen Ansaugleitung ist jedoch, dass sich zwischen Saugdrosselven til und Pumpe bzw. ihren Zylindern unterschiedliche Druckabfälle im gedrosselten Zustand, ein inhomogenes Gemisch aus Flüssigkeit, ungelöster Luft und Dampf und damit unterschiedliche Zylinderbefüllungen ergeben. Die Folge sind hohe Druckpulsationen und Geräusch. Daher hat sich dieses Konzept nicht durchgesetzt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Radialkolbenpumpe der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der Förderstrom der Pumpe mit einfachen Mitteln regelbar ist, insbesondere bei steigender Viskosität des Fördermediums sowie zur Bedarfsanpassung.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind die Einlassquerschnitte sämtlicher Zylinder variabel ausgebildet, und zwar in gleicher Weise für jeden Zylinder. Jeder Einlassquerschnitt kann also in Abhängigkeit des gewünschten Förderstromes bei wechselnder Ölviskosität um den gleichen Betrag verringert oder erweitert werden. Die Radialkolbenpumpe mit variablem Einlassquerschnitt kann so ausgelegt werden, dass für die tiefsten Temperaturen bzw. die höchsten Ölviskositäten der maximale Einlassquerschnitt gewählt wird. Bei geringer werdender Ölviskosität oder auch bei veränderten Betriebspunkten (z. B. erhöhter Drehzahl) können die Einlassquerschnitte „kollektiv", d. h. jeweils um denselben Betrag veringert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in einem Blendenring, der direkt vor die Einlass fenster der einzelnen Zylinder gesetzt und in Umfangsrichtung in der Weise verstellbar ist, dass er sämtliche Einlassquerschnitte synchron um den gleichen Betrag verändert, d. h. erweitert oder verringert. Ein solcher Blendenring ist konstruktiv äußerst einfach, kann als Blechstanzteil kostengünstig hergestellt und auch an bestehenden Radialkolbenpumpen nachgerüstet werden. Die Verstellung des Blendenringes kann temperatur- oder drehzahlabhängig erfolgen, z. B. über einen Thermostaten, der die Öltemperatur fühlt. Ferner ist eine Verstellung des Blendenringes durch ein elektrisches Stellglied möglich, welches den Vorteil hat, dass verschiedene Parameter wie Temperatur, Drehzahl etc. als Signale eingegeben werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 einen Schnitt durch eine Radialkolbenpumpe mit Blendenring,
2 eine Ansicht in Axialrichtung auf den Blendenring,
3 ein erstes Diagramm mit Darstellung von Förderströmkennlinien und
4 ein zweites Diagramm mit Darstellung von Förderströmkennlinien bei Abregelung.
1 zeigt einen Axialschnitt durch eine Radialkolbenpumpe 1, wie sie im Wesentlichen aus der DE-A 101 21 674 der Anmelderin bekannt ist. Die Radialkolbenpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 2 auf, in welcher eine Zylinderbohrung 3 angeordnet ist, die einen topfförmig ausgebildeten Kolben 4 gleitend aufnimmt. Die Zylinderbohrung 3 ist nach außen durch einen Stopfen 5 abgeschlossen, in welchem ein als Bandventil ausgebildetes Auslassventil 6 angeordnet ist. Zwischen dem Stopfen 5 und dem Kolben 4 ist eine Druckfeder 7 angeordnet, die den Kolben 4 gegen einen Exzenter 8 mit der Rotationsachse m drückt. Die Radialkolbenpumpe 1 weist vorzugsweise acht sternförmig angeordnete Zylinder 3 mit Kolben 4 auf, die über den Exzenter 8 angetrieben, d. h. in eine Hubbewegung versetzt werden. Das Pumpengehäuse 2 weist eine – in der Zeichnung rechts angeordnete – Zylinderwand 2a auf, in welcher sich eine Einlassöffnung 9 in Form eines Einlassfensters befindet. Durch diese Einlassöffnung 9 wird das Fördermedium, z. B. Drucköl angesaugt. Die Zylinderwand 2a weist eine äußere ringförmige Planfläche 2b und einen Zentrieransatz 2c auf, auf welchem ein Blendenring 10 drehbar angeordnet ist.
2 zeigt eine Ansicht in axialer Richtung auf den Blendenring 10 und die Planfläche 2b des Pumpengehäuses 2 (1 und 2 sind maßstäblich verschieden). Die Rotationsachse m aus 1 erscheint hier als Mittelpunkt M, um welchen der Exzenter 8 mit einer Exzentrizität e rotiert. Die Zylinderbohrungen 3 aus 1 sind hier nur durch ihre radial verlaufenden Achsen Z1 bis Z8 eingezeichnet, d. h. die acht Zylinder der Radialkolbenpumpe sind gleichmäßig mit einer Teilung von 45 Grad über den Umfang verteilt. Von den Zylindern sind die Einlassfenster 9 im Pumpengehäuse 2 sichtbar. Vor den Einlassfenstern 9, d. h. vor der kreisringförmigen Planfläche 2b ist auf dem Zentrieransatz 2c der Blendenring 10 drehbar angeordnet, der auf seinem Umfang kreisringsektorförmige Zähne 11 aufweist. Diese Zähne 11 entsprechen hinsichtlich Anzahl und Größe sowie Verteilung über den Umfang den Einlassfenstern 9. In der in der Zeichnung dargestellten Position des Blendenrin ges 10 befinden sich dessen Zähne 11 jeweils zwischen den Einlassfenstern 9, d. h. die Einlassfenster sind voll geöffnet. Der Blendenring 10 ist in Umfangsrichtung verstellbar, d. h. um den Mittelpunkt M bzw. die Achse m drehbar und kann somit die Einlassquerschnitte der Einlassfenster 9 kontrollieren. Eine mögliche Drosselstellung des Blendenringes 10, bei welcher dieser um einen Winkel α von ca. 11 Grad im Uhrzeigersinn verdreht ist, ist in der Zeichnung gestrichelt dargestellt und mit 11' gekennzeichnet. Bei dieser Stellung sind also alle Einlassfenster 9 nur halb geöffnet, d. h. der Ansaugstrom wird entsprechend gedrosselt. Bei einer weiteren Verstellung im Uhrzeigersinn, können die Einlassfenster 9 vollständig geschlossen werden. In jeder Stellung des Blendenringes weisen alle Einlassfenster 9 denselben Einlassquerschnitt auf, d. h. die Drosselung erfolgt für alle Zylinder gleich. Damit ist eine gleichmäßige Befüllung aller Zylinder gewährleistet.
Der Blendenring 10 kann temperatur- und/oder drehzahlabhängig bzw. bedarfsabhängig verstellt werden, z. B. durch bekannte, handelsübliche Aktuatoren. Hierfür ist an dem Blendenring 10 ein etwa radial nach außen verlaufender Mitnehmer 12 angeordnet, welcher von einem Kolben 13 eines thermostatischen Stellgliedes 14 betätigt wird. Das thermostatische Stellglied 14 ist in nicht dargestellter Weise ortsfest angeordnet und bewirkt somit eine Verdrehung des Blendenringes 10.
Die o. g. Aktuatoren können also ein thermostatisches Stellglied sein, welches die Öltemperatur im nicht dargestellten Ansaugtrakt fühlt, oder ein elektrisches Stellglied, welches mit Signalen wie Temperatur, Drehzahl oder anderen Parametern, welche in einem Kennfeld abgelegt sind, über eine nicht dargestellte elektronische Steuereinheit beaufschlagt wird. Insofern erfolgt eine automatische Verstellung des Blendenringes 10. Im Übrigen arbeitet die Radialkolbenpumpe 1 wie im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben, insofern kann hier auf eine Funktionsbeschreibung verzichtet werden.
3 zeigt ein Diagramm, bei welchem für eine erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe mit verstellbarem Blendenring Kennlinien des Förderstromes Q über der Drehzahl n aufgetragen sind. Der Förderstrom Q steigt zunächst linear über der Drehzahl n an, bis er bei Betriebstemperatur (TB) das Niveau Q_soll erreicht hat, d. h. der Förderstrom bleibt dann bei steigender Drehzahl konstant. Dieses Niveau bei TB ist mit (1) bezeichnet. Wenn die Außentemperatur absinkt, z. B. auf T_min, sinkt auch der Förderstrom Q, und zwar auf ein Niveau, welches gestrichelt eingezeichnet und mit (2) gekennzeichnet ist. Der Einsatz des Blendenringes erlaubt es, den Förderstrom (2) bei Tmin durch Verstellung des Blendenringes auf das Niveau (1), d. h. Q_soll anzuheben. Hierfür nimmt der Blendenring bei TB eine teilgeschlossene Stellung ein und kann dann bei T_min voll geöffnet werden. Der Querschnitt des Einlassfensters ist somit auf Q_soll bei T_min auszulegen. 4 zeigt eine weitere Anwendung des Blendenringes, und zwar zur Bedarfsanpassung des Förderstromes durch Abregelung. Eine Abregelung erfolgt bedarfsweise ab der Drehzahl n_ab, angedeutet durch den Pfeil A. Bei der obersten Kennlinie V0 ist die Verstellung des Blendenringes gleich „Null", was maximale Öffnung bedeutet. Bei einer zweiten tiefer liegenden, gestrichelt gezeichneten Kennlinie V1 ist der Blendenring in eine erste Schließposition verstellt, d. h. der Ansaugquerschnitt ist verkleinert. Bei Bedarf einer weiteren Abregelung wird der Blendenring in eine zweite Schließstellung verstellt, die die strichpunktierte Kennlinie V2 ergibt.
Beide Diagramme, entsprechend 3 und 4, zeigen, dass der erfindungsgemäße Blendenring einerseits zur Kompensation von tiefen Temperaturen, verbunden mit erhöhter Viskosität des Fördermediums, und andererseits zur bedarfsweisen Abregelung des Förderstromes und damit zur Reduzierung der Leistungsaufnahme eingesetzt werden kann.

1: Radialkolbenpumpe
2: Pumpengehäuse
2a: Zylinderwand
2b: Planfläche
2c: Zentrieransatz
3: Zylinderbohrung
4: Kolben
5: Stopfen
6: Auslassventil
7: Druckfeder
8: Exzenter
9: Einlassfenster
10: Blendenring
11: Zähne von Blendenring 10
12: Mitnehmer
13: Kolben
14: thermostatisches Stellglied

Claims

Radialkolbenpumpe (1) mit einem Pumpengehäuse (2), welches mehrere sternförmig um einen Exzenter (8) angeordnete Zylinderbohrungen (3) zur Aufnahme von Kolben (4) sowie Einlassöffnungen (9) mit Einlassquerschnitten und Auslassöffnungen (6) für jeden Zylinder (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassquerschnitte eines jeden Zylinders (3) variabel ausgebildet sind.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Einlassquerschnitten Drosselorgane angeordnet sind.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnungen als Einlassfenster (9) ausgebildet und in einer Ringfläche (2b) des Pumpengehäuses (2) angeordnet sind und dass vor der Ringfläche (2b) und den Einlassfenstern (9) ein in Umfangsrichtung verstellbarer Blendenring (10) angeordnet ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassfenster (9) als Kreisringsektoren ausgebildet sind, die von Kreisringsektorförmigen Zähnen (11) des Blendenringes (10) teilweise oder vollständig abdeckbar sind.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Blendenring (10) temperaturabhängig verstellbar ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Blendenring (10) über ein thermostatisches Stellglied (14) verstellbar ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Blendenring (10) über ein elektrisches Stellglied verstellbar ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Blendenring (10) einen in radialer Richtung abragenden Mitnehmer (12) aufweist.