DE20109077U1

DE20109077U1 - Kolbenpumpe mit Speicherraum zur Erzeugung eines bedarfsgerechten Förderstroms

Info

Publication number: DE20109077U1
Application number: DE20109077U
Authority: DE
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2001-08-30
Anticipated expiration: 2011-06-01

Description

Bezeichnung Kolbenpumpe mit Speicherraum zur Erzeugung

eines bedarfsgerechten Förderstroms

Beschreibung
5

Zur Förderung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Förderung von Schmiermitteln an Getrieben, Kolbenbrennkraftmaschinen oder dergl., ist aus DE-A-24 39 327 eine einfache Kolbenpumpe bekannt, bei der in einem Pumpengehäuse über einen Exzenterantrieb ein Kolben hin und her geführt wird und über integrierte Ventile die Flüssigkeit, hier das Schmiermittel, in einem Saughub aus einem Vorratstank angesaugt und beim Druckhub in das Rohrsystem der Lagerung eingedrückt wird. Über saugseitig und druckseitig angeordnete Rückschlagventile ist sichergestellt, daß jeweils beim Saughub der Zylinderraum aus dem Vorrat gefüllt und beim Druckhub die angesaugte Flüssigkeit druckseitig ausgepreßt wird. Über eine Rückstellfeder ist sichergestellt, daß der Kolben über einen einfachen, mit einer Welle des Getriebes in Wirkverbindung stehenden Rollexzenter hin und her bewegt werden kann . Der Nachteil dieser vorbekannten Pumpenanordnung besteht darin, daß beispielsweise beim Einsatz als Schmiermittelpumpe der beim Druckhub aufgebaute Öldruck im Schmiersystem während des Saughubs aufgrund des kontinuierlichen Schmiermittelabflusses absinkt und 5 so ein wechselnder Öldruck an der Einsatzstelle ansteht.

Aus DE-PS 923 047 ist eine Kolbenölpumpe bekannt, bei der der Pumpenkolben das Öl aus einem Zylinderraum in einen Speicherraum fördert, in dem ein federbelasteter Druckkolben angeord-0 net ist. Der Zylinderraum ist saugseitig gegenüber dem Ölvorrat und druckseitig gegenüber dem Speicherraum jeweils durch ein Rückschlagventil absperrbar. Beim Druckhub des Pumpenkolbens wird das Öl aus dem Zylinderraum in den Speicherraum gefördert, der in offener Verbindung zum Ölverbraucher steht. 5 Da beim Druckhub des Pumpenkolbens der geförderte Volumenstrom größer ist als der während des Druckhubes vom Ölverbraucher abgenommenen Volumenstroms, wird der Speicherraum

durch Verschieben des Druckkolbens gegen die Rückstellkraft seines Federelementes gefüllt. Dadurch ist sichergestellt, daß zum einen während des Saughubes des Pumpenkolbens aus dem Speicherraum Öl unter Druck zum Ölverbraucher nachfließen kann und zum anderen auch während des Druckhubes des Pumpenkolbens der durch die Federkonstante des auf den Druckkolben wirkenden Federelementes in Verbindung mit dessen Kolbenfläche definierte Öldruck praktisch konstant bleibt. Durch eine Abströmöffnung im Speicherraum zum Ölvorrat ist sichergestellt, daß nach dem Erreichen eines vorgegebenen Füllvolumens im Speicherraum jeder Überschuß über dieses Volumen abfließen kann.

Damit ist es möglich, die geförderte Flüssigkeit druckseitig mit möglichst konstantem Druck zur Verfügung zu stellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpumpe der vorbezeichneten so Bauart zu verbessern, daß eine bedarfsgerechte Flüssigkeitsversorgung, beispielsweise eine 0 Schmiermittelversorgung der Ventilsteuerung an einer Kolbenbrennkraftmaschine oder von öldruckgesteuerten Stellelementen erzielt wird.

Diese Aufgabe wird mit einer Kolbenpumpe gelöst, die die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Eine derart ausgestaltete Kolbenpumpe hat den Vorteil, daß beim Druckhub eine über dem vom Verbraucher benötigten Mengenbedarf hinausgehende Flüssigkeitsmenge in den Speicherraum eingedrückt wird. Hierbei wird der Druckkolben gegen das vorzugsweise vorge-0 spannte Federelement vorgeschoben, das dann entsprechend zusammengedrückt wird und der Speicherraum mit einer entsprechenden Flüssigkeitsmenge unter Druck gefüllt wird. Gleichzeitig wird der Verbraucher weiterhin aus dem Zylinderraum mit Flüssigkeit versorgt. Sobald der Saughub einsetzt, schließt das Sperrventil des Zylinderraums zum Flüssigkeitsverbraucher, so daß unter der Kraftwirkung des Federelementes durch den Druckkolben weiterhin Flüssigkeit aus dem Speicher-

raum durch eine offene Abflußöffnung zum Verbraucher abfliessen kann. Hierdurch ist die Aufrechterhaltung eines Mindestdruckniveaus auf der Druckseite zum Verbraucher hin gewährleistet.
5

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben. Durch die offene Überströmöffnung zwischen Zylinderraum und Speicherraum ist gewährleistet, daß bei einem erhöhten Flüssigkeitsvolumen im Speicherraum dieses während des Saughubes in den Zylinderraum solange abströmt, bis der Druckkolben die Überströmöffnung verschließt. Der Druckkolben bildet somit ein Steuerventil. Der Vorteil besteht darin, daß eine im Speicherraum enthaltene Überschußmenge nicht in den Ölvorrat abläuft sondern unter Aufrechterhaltung des Druckniveaus in den Zylinderraum zurückströmt. Das Sperrventil des Zylinderraums bleibt hierbei zunächst geschlossen. Erst wenn durch den Druckkolben die Überströmöffnung verschlossen wird und der Saughub noch nicht abgeschlossen ist, kann aus dem Ölvorrat ein entsprechendes Volumen angesaugt werden. Damit 0 ist sichergestellt, daß nur so viel Volumen aus dem Ölvorrat

ergänzt ist, wie auch tatsächlich aus dem Speicherraum vom Ölverbraucher abgenommen worden ist. Durch die Druckbeaufschlagung des Pumpenkolbens während des Saughubes ergibt sich eine entsprechende Energierückgewinnung. 25

Der Antrieb des Pumpenkolbens kann über einen Nockentrieb erfolgen, wobei es dann zweckmäßig ist, wenn der Pumpenkolben über Rückholfedern am Pumpengehäuse abgestützt ist. Der Pumpenkolben kann aber auch mit einem Zwangsantrieb, beispiels-0 weise einem Kurbeltrieb in Verbindung stehen.

Aufbau und Funktion der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe werden anhand einer schematischen Zeichnung in verschiedenen Arbeitsphasen beschrieben.
35

Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Ausführungsform für eine Ölversorgung weist ein Pumpengehäuse 1 mit einem Zy-

linderraum 2 auf, der über eine Ansaugöffnung 3 mit einem hier nicht näher dargestellten Vorratsbehälter für die zu fördernde Flüssigkeit, hier Schmieröl, in Verbindung steht. Im Zylinderraum 2 ist ein Pumpenkolben 4 über einen Antrieb A, beispielsweise einen Kurbeltrieb, hin und her bewegbar geführt. Dem Zylinderraum 2 ist saugseitig zum Vorratsbehälter hin ein Sperrventil 5 zugeordnet, das hier schematisch als Rückschlagventil dargestellt ist. Der Zylinderraum 2 steht ferner über eine, durch ein Rückschlagventil 8 verschließbare Abströmöffnung mit einer Förderleitung 11 zum Verbraucher in Verbindung.

Im Pumpengehäuse 1 ist ferner ein Speicherraum 6 angeordnet, der mit dem Zylinderraum 2 über eine offene Überströmöffnung 7 in Verbindung steht. Im Speicherraum 6 ist ein Druckkolben 9 ebenfalls hin und her bewegbar geführt, wobei der Druckkolben 9 durch die Kraft eines zweckmäßigerweise vorgespannten Federelementes 10 belastet ist. Der Speicherraum 6 steht ferner über eine offene Abflußöffnung 12 mit der Förderleitung 0 11 zum Verbraucher in Verbindung.

Die offene Überströmöffnung 7 zwischen dem Zylinderraum 2 und dem Speicherraum 6 ist nun so angeordnet, daß sie in den Zylinderraum 2 im Bereich der oberen Totpunktstellung des Pumpenkolbens 4 ausmündet. In bezug auf den Speicherraum 6 ist sie so positioniert, daß bis zur möglichen oberen Totpunktstellung des Druckkolbens 9 ein Abstand gegeben ist, der in etwa dem Hubvolumen des Pumpenkolbens 4 im Zylinderraum 2 entspricht.

Die Funktionsweise der dargestellten Kolbenpumpe ist in vier verschiedenen Arbeitsphasen dargestellt. In der Phase I befindet sich der Pumpenkolben 4 in seiner oberen Totpunktstellung und hat dabei aus dem Zylinderraum 2 das gesamte Ölvolumen in die Förderleitung 11 ausgeschoben, wobei die vom Verbraucher nicht unmittelbar abgenommene Menge in den Speicherraum 6 eingeschoben wird. Da das über die Förderleitung 11

&diams; &diams; ·

zum Verbraucher abströmende Ölvolumen geringer ist als das aus dem Zylinderraum 2 in den Speicherraum 6 eingedrückte Ölvolumen, wird der Druckkolben 9 gegen die Kraft des Federelementes 10 verschoben, so daß der Speicherraum 6 mit einem entsprechenden Ölvolumen gefüllt ist. Das Federelement 10 wird hierbei zusammengedrückt. Mit dem Ende der Bewegung des Pumpenkolbens 4 in Förderrichtung wird durch die Rückstellkraft des Federelementes 10 der Druckkolben 9 bereits in Arbeitsrichtung, d. h. seine obere Totpunktstellung vorgeschoben, so daß weiterhin ein entsprechender Volumenstrom aus dem Speicherraum 6 über die Förderleitung 11 zum Verbraucher abfließt. Das saugseitige Sperrventil 5 zum Vorratsbehälter ist hierbei geschlossen.

Sobald nun, wie für Phase II dargestellt, mit der Bewegung des Pumpenkobens 4 vom oberen zum unteren Totpunkt die Saugphase beginnt, fließt über die Überströmöffnung 7 aus dem Speicherraum 6 Öl in den Zylinderraum 2 zurück. Da hierbei durch den Druckkolben 9 der Druck aufrechterhalten wird, 0 bleibt das Sperrventil 5 zum Vorratsbehälter verschlossen.

Erst wenn, wie aus Phase II ableitbar, der Druckkolben 9 die Überströmöffnung 7 wie ein Steuerventil verschließt, kann aufgrund des Druckabfalls das Rückschlagventil 8 schließen und gleichzeitig das Rückschlagventil 5 öffnen und Öl aus dem Vorrat angesaugt werden. Gleichzeitig wird durch den Druckkolben 9 aus dem Speicherraum 6 über die offene Abflußöffnung 12 Öl in die Förderleitung 11 ausgeschoben.

0 Sobald nun, wie in Phase III dargestellt, der Pumpenkolben seine untere Totpunktstellung erreicht hat und der Zylinderraum 2 vollständig mit Öl gefüllt ist, schließt das Sperrventil 5. Zu diesem Zeitpunkt ist der Druckkolben 9 noch nicht vollständig in seine Totpunktstellung vom Federelement 10 zu-5 rückbewegt worden, so daß weiterhin über die Abflußöffnung ein entsprechender Volumenstrom zum Verbraucher abfließt.

• · &igr; * &igr; * &igr;

Sobald, wie für Phase IV dargestellt, der Druckhub des Pumpenkolbens beginnt, wird aus dem Zylinderraum 2 bei gleichzeitiger Öffnung des Rückschlagventils 8 Öl in die Förderleitung 11 und damit auch in den Speicherraum 6 gefördert. Da nun, wie vorstehend erwähnt, das Fördervolumen der Pumpe deutlich höher ist als der vom Verbraucher über die Förderleitung 11 abgezogenen Volumenstrom, wird wieder der Druckkolben 9 unter gleichzeitiger Vorspannung des Federelementes 10 im Speicherraum 6 zurückgeschoben, so daß dieser sich wieder füllen kann, bis dann die für Phase II dargestellte Kolbenstellung erreicht ist und Öl aus dem Zylinderraum 2 unmittelbar in den Speicherraum 6 überströmen kann, wie dies für die Phase II dargestellt ist.

Aus dieser Darstellung der Funktionsweise ist ersichtlich, daß trotz der Hin- und Herbewegung des Pumpenkolbens durch die Anordnung des Speicherraums 6 und des federbelasteten Druckkolbens 9 der Verbraucher über die Druckleitung 13 bedarfsgerecht mit Flüssigkeit versorgt.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Zylinderraum 2 und der Speicherraum 6 in einem Pumpengehäuse zu einer Baueinheit zusammengeschlossen. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig, sondern es ist auch möglich, den 5 Zylinderraum 2 mit seinem Pumpenkolben 4 und dem Speicherraum 6 mit seinem durch ein Federelement belasteten Druckkolben in zwei gesonderten Baueinheiten vorzusehen, wobei dann die Überströmöffnung 7 durch eine entsprechende Verbindungsleitung ersetzt wird. Auch bei einer derartigen Trennung muß die 0 Ausmündung der Verbindungsleitung in den Zylinderraum 2 im Bereich der oberen Totpunktstellung des Pumpenkolbens 4 vorgesehen sein, während die Ausmündung in den Speicherraum 6 mit entsprechendem Abstand zur oberen Totpunktstellung des Hubkolbens 9 vorgesehen sein muß, um nach dem Schließen der 5 Ausmündung der Überströmleitung des Speicherraums 6 ein ausreichendes Speichervolumen zur Verfügung zu haben, das auch

während des Saughubes an den Verbraucher unter Druck noch abgegeben werden kann.

In der Praxis wird eine derartige Kolbenpumpe so ausgelegt werden, daß vom Flüssigkeitsverbraucher das während eines Druckhubes des Pumpenkolbens insgesamt geförderte Flüssigkeitsvolumen während der Zeit des Saughubes des Pumpenkolbens 4 im wesentlichen aus dem Speicherraum 6 vom Verbraucher abgenommen wird. Das bedeutet, daß während des Druckhubes im wesentlichen das gesamte Fördervolumen in den Speicherraum 6 gedrückt wird, aus dem es dann während des Saughubes abgegeben wird.

Erst wenn die Abnahme durch den Verbraucher geringer ist als das Fördervolumen, dann wird der Druckkolben 9 im Speicherraum 6 bei entsprechender Positionierung der Überströmöffnung 7 so weit zurückgedrückt, daß beim Einsetzen des Saughubes aus dem Speicherraum 6 Flüssigkeit unter Druck in den Zylinderraum 2 zurückströmen kann, bis der Druckkolben 9 die über-0 Strömöffnung 7 absperrt.

Sollte durch eine Störung, beispielsweise eine Verstopfung oder dgl. beim Flüssigkeitsverbraucher eine deutlich geringere Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit abgenommen werden, dann wird die Flüssigkeit im wesentlichen zwischen dem Zylinderraum 2 und dem Speicherraum 6 im Kreislauf geführt, wobei während des Saughubes des Pumpenkolbens 4 der Flüssigkeitsdruck aus dem Speicherraum 6 die Kolbenbewegung unterstützt und hierbei Antriebsleistung gespart wird. Erst wenn durch 0 den Druckkolben 9 die Überströmöffnung 7 wieder über einen Teil des Saughubes abgesperrt wird, kann aus dem Vorrat das Sperrventil 5 ein entsprechendes Flüssigkeitsvolumen in den Zylinderraum 2 angesaugt werden. Es kann auch in der Förderleitung 11 ein konventionelles Überdruckventil angeordnet 5 werden, um eventuelle Überkapazitäten im Fördervolumen, beispielsweise bei kaltem Öl als zu fördernder Flüssigkeit abzubauen.

Claims

1. Kolbenpumpe zur Förderung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Förderung von Schmiermitteln oder dgl., mit einem Zylinderraum (2), der bei einem Druckhub des Pumpenkolbens (4) saugseitig durch ein erstes Sperrventil (5) gegenüber einem Vorratsbehälter für die zu fördernde Flüssigkeit und druckseitig durch ein zweites Sperrventil (8) gegenüber einem Flüssigkeitsverbraucher absperrbar ist und in dem der Pumpenkolben (4) über einen Antrieb hin und her bewegbar geführt ist, sowie mit einem Speicherraum (6), der mit dem Zylinderraum (2) über eine offene Überströmöffnung (7) in Verbindung steht, und in dem ein über ein Federelement (10) belasteter Druckkolben (9) hin und her bewegbar angeordnet ist, der in bezug auf die Überströmöffnung (7) ein Steuerventil bildet und durch den bei einem Saughub des Pumpenkolbens (4) Flüssigkeit aus dem Speicherraum (6) zum Verbraucher gefördert wird.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmöffnung (7) zwischen dem Zylinderraum (2) und dem Speicherraum (6) am Zylinderraum (2) im Bereich der oberen Totpunktstellung des Pumpenkolbens (4) angeordnet ist und in der Wandung des Speicherraumes (6) mit Abstand in bezug auf die obere Totpunktstellung des Druckkolbens (9) angeordnet ist.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderraum (2) und der Speicherraum (6) nebeneinander in einem Pumpengehäuse (1) angeordnet sind.

4. Pumpenkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante des Federelementes (10) so ausgelegt ist, daß bei gegebener Fläche des Druckkolbens (9) ein vorgegebenes Druckniveau für den Flüssigkeitsverbraucher auch beim Saughub des Pumpenkolbens (4) aufrechtgehalten werden kann.

5. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (4) über wenigstens eine Rückholfeder am Pumpengehäuse (1) abgestützt ist.

6. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (4) mit einem Nockentrieb als Antrieb in Verbindung steht.

7. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben mit einem Zwangsantrieb in Verbindung steht.