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Regelpumpe
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Regelpumpe mit einer Verstelleinrichtung, die von einem von der Fördermenge
der Pumpe abhängigen Verstelldruck beaufschlagbar ist,und durch die ein den Pumpenhub
bestimmendes Bauteil der Pumpe gegen eine Gegenkraft verstellbar ist, mit einem
Differenzdruckkolben, durch den der Verstelldruck steuerbar ist und dessen erste
Wirkfläche im Sinne einer Druckbeaufschlagung der Verstelleinrichtung vom Druck
vor einer Blende im Pumpenauslaß und dessen zweite Wirkfläche im Sinne einer Nichtbeaufschlagung
der Verstelleinrichtung vom Druck hinter der Blende beaufschlagt ist.
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Aus der US-PS 2 975 717 ist eine regelbare Drehkolbenpumpe bekannt,
die einen Rotor aufweist, der von einem Hubring exzentrisch umschlossen ist und
an dessen Innenkontur Arbeitsschieber anliegen, die in Schlitzen des Rotors verschiebbar
geführt sind. An dem Hubring liegt eine am Gehäuse abgestützte Druckfeder und der
Druckfeder diametral gegenüber ein Verstellkolben einer Verstelleinrichtung an,
durch den die Fxzentrizität des Hubrings zum Rotor und damit der Pumpenhub verstellbar
ist. Die zwischen Rotor und Hubring gebildete Druclckammer ist so angeordnet, daß
eine Kraftkomponente des in der Druckkammer herrschenden und auf den Hubring wirkenden
Förderdrucks den Hubring gegen den Verstellkolben der Verstelleinrichtung drückt.
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Der auf den Verstellkolben der Verstelleinrichtung einwirkende Verstelldruck,
mit dem der Verstellkolben gegen den Hubring drückt, wird durch einen Differenzdrucklcolben
gesteuert, dessen
eine Wirkfläche im Sinne einer Druckbeaufschlagung
des Verstellkolbens vom Druck vor einer Blende im Pumpenauslaß beaufsehlagbar ist
und dessen zweite Wirkfläche im Sinne einer Nichtbeaufschlagung des Verstellkolbens
vom Druck hinter der Blende im Pumpenauslaß beaufschlagt ist. Dabei ist der Differenzdruckkolben
außerdem noch von einer Druckfeder im Sinne einer Druckbcaufschlagung des Verstellkolbens
belastet.
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Der Differenzdruckkolben ist in einer Zylinderkammer verschiebbar
angeordnet und weist zwei radial umlaufende Ringnuten auf, die in einem Abstand
nebeneinander angeordnet sind, der dem Durchmesser der radial in die Zylinderkammer
einmündenden Verbindungsleitung entspricht, die zur Druckkammer der Verstelleinrichtung
führt, in die der Verstellkolben hineinragt.
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Radial in die Zylinderkaminer münden außerdem eine Verbindung vom
Pumpenauslaß vor der Blende und eine zum Rücklauf führende Leit1mg. Diese beiden
Mündungen sind zu den am Differenzdruckkolben radial umlaufenden Ringnuten so angeordnet,
daß in der einen Schaltstellung des Differenzdruckkolbens die Verbindung vom Pumpenauslaß
vor der Blende über die eine Ringnut mit der Druclckammer der Verstelleinrichtung
verbunden ist und daß in der anderen Schaltstellung die Druckkammer der Verstelleinrichtung
über eine zweite Ringnut mit der zum Rücklauf führenden Leitung verbunden ist.
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Bei dieser Regelpumpe kann der Verstelldruck in der Druckkammer der
Verstelleinrichtung den Wert des Förderdrucks erreichen, sodaß es erforderlich ist,
die Druckkammer der Verstelleinrichtung und die dazu-gehörigen Leitungen mit entsprechend
großen Wandstärken auszubilden. Hierdurch hervorgerufene größerd Abmessungen und
ein höheres Gewicht der Pumpe sind insbesondere bei der Verwendung in I(raftfahrzeugen
von Nachteil.
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Um ein Umschalten des Differcnzdruckkolbens mit kurzer Umschaltzeit
und damit hoher Feinfühliglccit der Regeleinrichtung zu erreichen, müßte die Breite
des Stegs zwischen den beiden Ringnuten am Differenzdruckkolben genau dem Durchmesser
der Mündung der zur Druckkammer der Verstelleinrichtung führenden Vcrbindungsleitung
entsprechen. Diese hohe Fcrtigungsgenauigkeit ist nachteiligerweise äußerst kostspielig.
Verzichtet man aber auf diese hohe Präzision, so muß man den Steg breiter machen
als den Durchmesser der Mündung, was zu einer Hysterese beim Urnschaltvorgang führt
und die Feinfühligkeit der Regeleinrichtung mindert.
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Eine weitere Minderung der Feinfühligkeit dieser Regelpumpe wird durch
die Reibungskräfte der Dichtung am Verstellkolben bei dessen Verschiebung hervorgerufen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Regelpumpe nach dem Oberbegriff
zu schaffen, die feinfühlig regelt Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß der I)ifferenædruckkolben eine drittc,im Sinne einer Nichtbeaufschlagung der
Verstelleinrichtung vom Verstelldruck beaufschlagte Wirkfläche aufweist. Dadurch
ist es möglich, daß die Verstelleinrichtung in dem von der Blende irn Pumpenauslaß
bestimmenden Bereich, in dem eine Regelung erfolgen soll, mit einem Verstelldruck
beaufschlagt wird, der geringer ist als der Förderdruck, sodaß die zur Verstelleinrichtung
führende Leitung mit geringer Wandstärkc ausgeführt werden kann. Elbenfalls können
die Bauteile der Verstelleinrichtung, auf die der Verstelldruck wirkt, in leichter
Bauweise ausgeführt werden. Der Verstelldruck regelt sich immer proportional zur
Druckdifferenz an der Blende im Pumpenauslaß, wobei schon geringe Änderungen der
Druckdifferenz am Differenzdruckkolben ansprechen und einen Regelvorgang mit nur
geringen Rcgelschwankungen auslösen.
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Dieses Regelprinzip hat auch den Vorteil, daß keine Energieverluste
entstehen, wie bei Pumpen mit Mengenabscheidung.
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In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist vom Differenzdruckkolben
ein Ventil betätigbar, durch das eine Verbindung vom Pumpenauslaß vor der 13lende
zur Verstellcinrichtung absperrbar ist, wobei der Differenzdruckkolben sclbst der
Ventilschieber des Ventils sein kann.
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Der Differcnzdruckkolben kann zusätzlich im Sinne eines Absperrens
der Verbindung vom Pumpenauslaß zur Verstelleinrichtung von einer Feder beaufschlagt
sein.
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Eine besondere Feinfühligkeit der Regelpumpe wird dadurch erreicht,
daß der Differenzdruckkolben aus einem liolbenschieber und einem am Kolbenschieber
über eine Druckfeder abgestützten Steuerkolben besteht, wobei der Kolbenschieber
die erste und zweite Wirkfläche und der Steuerkolben die dritte Wirkfläche aufweist.
Durch die Anordnung des Steuerkolbens und des Kolbenschiebers in einer konzentrischen
Zylinderbohrung sind diese Führungsteile einfach und billig herstellbar. Der Steuerkolben
kann vorteilhafterweise gleichzeitig der Ventilschieber des Ventils sein, durch
das die Verbindung vom Pumpenauslaß vor der Blende zur Verstelleinrichtung absperrbar
ist. Diese Ausbildung und Aiwrdnung des Differenzdruckkolbens ermöglicht einen einfachen
Aufbau der Regelpumpe ohne besondere Fertigungstoleranzen.
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Sind die erste, zweite und dritte Wirkfläche des Differenzdruckkolbens
gleich groß, so erzielt man einen Verstelldruck, der dem Differenzdruck an der Blende
im Punlpenauslaß entspricht. Je nach den Flächenverhältnissen dieser drei Wirkflächen
kann man einen Verstelldruck erzielen, der größer oder kleiner ist als der Differenzdruck
an der Blende im Pumpenauslaß.
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In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist der Differenzdruckkolben
eine ringförmige Erweiterung auf, die in einer im Durchmesser entsprechende, in
der zylindrischen Wand der Zylinderbohrung ausgebildete Ringnut mit größerer axialer
Ausdehnung als die ringförmige Erweiterung hineinragt, , wobei die Stirnflächen
der ringförmigen Erweiterung die erste und zweite Wirkfläche sind Bei einer Ausbildung
cIes Differenzdruckkolbens als ein Kolbenschieber mit einem daran über eine Druckfeder
abgestützten Steuerkolben ist es von Vorteil, wenn der Zylinderraum zwischen Steuerkolben
und Kolbenschieber, in dem die Druckfeder angeordnet ist, über eine Drossel mit
dem Rücklauf verbunden ist Dadurch wird eine Dämpfung der Federschwingung erzielt.
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Durch die Anordnung einer Drossel in der Leitung vom Pumpenauslaß.
zu der der ersten Wirkfläche zugeordneten Druckkammer des Differenzdruckkolbens
und der Verbindung der Druckkammer über ein Überdruckventil mit einem Rücklauf erreicht
man, daß bei Ubersteigen eines bestislmten Drucks ar:i Pumpenauslaß hinter der Blende
die Verstelleinrichtung im Sinne einer Fördermengenverringerung verstellt wird Eine
unzulässige Druckerhöhung am Pumpenauslaß, die z.B. durch einen Defekt in dem zu
versorgenden Hydraulcsystem entstehen kann, führt also sofort zu einer Fördermengenverringerung.
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Ist nach einem Regelvorgang von einer hohen zu einer niedri -geren
Fördermenge das vom Differenzdruckkolben betätigte Ventil geschlossen und eine niedrigere
Fördermenge erreicht, muß der Druck in der Druckkammer der Verstelleinrichtung teilweise
abgebaut werden, um ein Öffnen des Ventils zu ermöglichen. Eine Möglichkeit zum
Abbau des Drucks in der Druckkammer der Verstelleinrichtung besteht darin, daß die
Druckkammer
der Verstelleinrichtung über eine Drossel mit dem
Rücklauf verbunden ist. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, daß das vom Differenzdruckkolben
betätigbare Ventil ein 3/3-Wegeventil ist, in dessen erster Schaltstellung der Punipenauslaß
vor der Blende mit der Verstelleinrichtung verbunden ist, in dessen zweiter Schaltstellung
die Durchgänge des Ventils abgesperrt sind und in dessen dritter Schaltstellung
die Verstelleinrichtung mit dem Rücklauf verbunden ist.
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Weist die erfindungsgemäße Regelpumpe einen von einem Stator exzentrisch
umschlossenen Rotor und in radialen Schlitzen des Rotors verschiebbar geführte,
an der Innenkontur des Stators entlanggleitende Arbeitsschieber auf, so besteht
eine vorteilhafte Ausbildung darin, daß der Stator ein Ring ist, der in einer langlochförmigen
Ausnehmung im Pumpengehäuse verschiebbar angeordnet ist, daß die Breite der Ausnehmung
dem Außendurchmesser und die Tiefe der Ausnehmung der Breite des Rings entspricht
und die Ausnehniung durch den Ring in eine Druckkammer und eine Federkammer unterteilt
ist, daß durch eine in der Federkammer angeordnete und am Gehäuse abgestützte Druckfeder
der Ring in die Druckkammer verschiebbar ist, und daß die zur Druckkammer gerichtete
Fläche des Ringes vom Verstelldruck beaufschlagbar ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen Fig. 5 eine erfindungsgemäße Drehkolbenpumpe im Schnitt
Fig, 2 ein Diagramm des Druckes über der Fördermenge der Drehkolbenpumpe nach Fig.
1
Fig. 3 ein Diagramm der Fördermenge über der Drehzahl der Drehkolbenpumpe
nach Fig. 1 Die in Figur 1 dargestellte Regelpumpe ist eine Drehkolbenpumpe mit
einem einen Rotor 1 exzentrisch umschließenden Hubring 2. Die in radialen Schlitzen
3 des Rotors 1 verschiebbar angeordneten Arbeitsschieber 4 liegen mit ihren radial
nach außen ragenden Stirnseiten an der Innenkontur des Hubrings 2 an. Der Hubring
2 ist in einer langlochförmigen Ausnehmung 5 im Pumpengehäuse 6 verschiebbar angeordnet,
wobei die Breite der Ausnehmung 5 dem Außendurchmesser des Hubrings 2 und die Tiefe
der Ausnehmung 5 der Breite des Hubrings 2 entspricht, sodaß die Ausnehmung 5 vom
Hubring 2 in eine Druckkammer 8 und eine Federkammer 9 unterteilt ist. In der Federkammer
9 ist eine an Hubring 2 anliegende Druckfeder 7 angeordnet, die am Puipengehäuse
G abgestützt ist und durch die der Hubring 2 in die Druckkannner 8 verschiebbar
ist. In die Druckkammer 8 mündet eine Verbindung 10', die über eine Verbindung lo-von
einem Pumpenauslaß 11 zur Druckkammer 8 führt und über die die Druckkammer 8 und
der die Verstelleinrichtung bildende Hubring 2 druckbeaufschlagbar sind.
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Entsprechend der Druckbeaufschlagung verschiebt sich der Hubring 2
entgegen der Kraft der Druckfeder 7 in der langlochförmigen Ausnehmung 5, sodaß
sich die Exzentrizität des Hubrings 2 gegenüber dem Rotor 1 und damit der Pumpenhub
ändert.
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Damit keine Störkräfte vom Druck im Druckbereich 12 zwischen Rotor
1 und ilubring 2 auf den Hubring 2 einwirken können, ist der Druckbereich 12 so
angeordnet, daß die resultierende,auf den Zubring 2 einwirkende Kraft rechtwinklig
zur resultierenden Beaufschlagungskraft des IIubrings 2 durch den Verstelldruck
in der Druckkammer 8 einwirkt. Dadurch wird dieser im Druckbereich 12 herrschende
Druck über den IIubring 2 direkt am Pumpengehäuse 6 abgestützt und beeinflußt nicht
die durch Verstelldruck und die Kraft der Druckfeder 7 bestimmten Verstellkräfte
des Hubrings 2.
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Die Verbindung 1o, 1o', die vom Bereich vor einer Blende 13 in Pumpenauslaß
11 zur Druckkammer 8 führt, ist durch einen Steuerkolben lll absperrbar, der über
eine Druckfeder 15 an einem Kolbenschieber 16 abgestützt ist und zusammen mit dem
Kolbenschieber 16 einen Differenzdruckkolben 17 bildet.
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Steuerkolben 14 und Kolbenschieber 16 sind in einer koaxialen Zylinderbohrung
18 verschiebbar angeordnet, die im Bereich des Itolbenschiebers 16 mit einer Ringnut
19 versehen ist, in die eine ringförmige Erweiterung 20 des Kolbenschiebers 16 hineinragt.
Die ringförmige Erweiterung 20 hat den gleichen Durchmesser wie die Ringnut 1 aber
eine geringere axiale Ausdehnung, sodaß die ringförmige Erweiterung 20 von der Ringnut
19 in zwei Kammern unterteilt wird. Die Stirnflächen der ringförmigen Erweiterung
20 bilden eine erste Wirkfläche 21 und eine zweite Wirkfläche 22. Die der ersten
l;irkfläche 21 zugeordnete Kammer ist mit dem Pumpcnauslaß 11 vor der Blende 13
und die der zweiten Wirkfläche 22 zugeordneten Kanmier über eine Leitung 23 mit
dem Pumpenauslaß 11 hinter der Blende 13 verbunden. Diese Leitung 23 mündet über
eine Drossel 24 in die der zweiten Wirkfläche 22 zugeordneten Kamnier, die über
ein Überdruckventil 25 mit einem Rücklauf 26 verbindbar ist, wobei der Rücklauf
26 zum Pumpeneinlaß 27 führt.
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Der zwischen dem Steuerkolben 14 und dem Kolbenschieber 16 in der
Zylinderbohrung 18 gebildete Zylinderraum 28,in dem die Druckfeder 15 angeordnet
ist, ist über eine Drossel 29 ebenfalls mit dem Rücklauf 26 verbunden. Diese Drossel
29 dient dazu, die Federschwingungen der Druckfeder 15 zu dämpfen.
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Die Verbindung 10' verbindet die Druckkammer 8 mit der Zylinderbohrung
18 und mündet stirnseitig in die Zylinderbohrung 18, sodaß der Steuerkolben 14 permanent
von dem in der Druckkammer 8 herrschenden Verstelldruck beaufschlagt ist. Die von
dem Verstelldruck beaufschlagte Fläche des Steuerkolbens 14 bildet eine dritte Wirkfläche
3e des Differenzdruckkolbens 17.
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Die Verbindung 10 führt vom Pumpenauslaß 11 vor der Blende 13 zur
Zylinderbohrung 18 und mündet in eine im Bereich des Steuerkolbens 14 in der zylindrischen
Mantelfläche der Zylinderbohrung 18 ausgebildete Ringnut 31.
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Ist die Beaufschlagung des Steuerkolbens tZl durch den Verstelldruck
nur so hoch, daß der Steuerkolben 14 nicht gegen die Kraft der am Kolbenschieber
16 anliegenden Druckfeder 15 verschoben ist, so besteht iiber radiale Bohrungen
32 des Steuerkolbens 14, die in eine zur Verbindung 10' ' hin offene zentrische
Sackbohrung 33 im Steuerkolben 14 münden, ein freier Durchgang vom Pumpenauslaß
11 vor der Blende 13 über die Verbindung lo, die Ringnut 31, die radiale Bohrungen
32 und die Sackbohrung 33 über die Verbindung lo' zur Druckkammer 8.
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Bei Überwindung der Federkraft der Druckfeder 15 durch den auf die
dritte Wirkfläche 3o des Steuerkolbens 14 wirkenden Verstelldruck vorschiebt sich
der Steuerkolben 14 so, daß die radialen Bohrungen 32 nicht mehr mit der Ringnut
31 in Überdeckung sind und so der freie Durchgang von Pumpenauslaß 11 vor- der Blende
13 zur Druckkammer 8 abgesperrt ist. Der Steuerkolben 14 wirkt also als Ventilschieber.
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Die Wirkungsweise dieser erfindungsgemäßen Regeipumpe ist wie folgt.
Befindet sich der Hubring 2 in einer wie in Fig. 1 dargestellten Stellung, so besteht
ein großer Förderhub und es wird eine große Druckmittelmenge gefördert. Diese große
Druckmittelmenge erzeugt an der Blende 13 in Pumpenauslaß 11 einen großen Differenzdruck.
Da der Druck im Pumpenauslaß 11 vor der Blende 13 auf die erste Wirkfläche 21 und
der Druck hinter der Blende 13 auf die zweite Wirkfläche 22 einwirkt, wird der Kolbenschieber
16 entsprechend diescs Differenzdruckes gegen die Kraft der Druckfeder 15 verschoben.
Dadurch erhöht sich
auch die Kraft mit der der Steuerkolben t4
in Öffnungsrichtung des Durchgangs vom Pumpenauslaß 75 vor der Blende 13 zur Druckkammer
8 beaufschlagt wird Der an der Blende 13 3 durch die größere Fördermenge entstandene
größere Staudruck führt dabei auch zu einer Erhöhung des Verstelldrucks in der Druckkammer
8 der Verstelleinrichtung und damit zu einer Verschiebung des Hubrings 2 gegen die
Kraft der Druckfeder 7 im Sinne einer Verkleinerung des Pumpenhubes, was damit auch
zu einer Verkleinerung der Fördermenge führt.
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Der Verstelldruck in der Druckkammer 8 kann sich aber nur soweit erhöhen,
bis sich der von ihm an der dritten Wirkfläche 3o beaufschlagte Steuerkolben 14
gegen die Kraft der Druckfeder 15 verschiebt und den Durchgang von der Verbindung
10 zur Verbindung lot' absperrt Dadurch ist der Verstelldruck immer wesentlich unter
dem am Pumpenauslaß 57 vor der Blende 13 herrschenden Druck Da nach dem Verstellen
des Hubrings 2 zu einem geringeren Förderhub die Fördermenge und damit der Differenzdruck
an der EI ende t3 sinkt, wird der Kolbenschieber t6 auch wieder von der Druckfeder
15 nach rechts verschoben. Der Verstelldruck hält aber noch den Steuerkolben 14
in einer den Durchgang von der Verbindung le zur Verbindung Io' sperrenden Stellung
bis der Verstelldruck in der Druckkammer 8 sich über eine zum Rücklauf 26 führende
Drossel 34 soweit abgebaut hat, daß. die Federkraft der Druckfeder 15 den Steuerkolben
14 wieder in die Öffnungsstellung verschiebt Bei einem entsprechenden Spalt zwischen
dem Hubring 2 und der langlochförmigen Ausnehmung 5 aufgrund von z.B. Fertigungstoleranzen
kann durch diesen Spalt die Drossel 34 ersetzt sein.
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Erhöht sich aus irgendwelchen Gründen, wie z.B. durch einen Defekt
In dem zu versorgenden Hydrauliksystem,der Druck am Pumpenauslaß 11 t über einen
durch das Überdruckventil 25 festgelegten
Druck, so öffnet sich
dieses Überdruckventil 25.
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Da aber in der Leitung 23 vom Pumpenauslaß 71 zu der der zweiten Wirkfläche
22 des Kolbenschiebers i6 zugeordneten Kammer die Drossel 24 angeordnet ist, baut
sich bei ge -öffnetem Überdruckventil 25 zwar der Druck in dieser Kammer sofort
ab, der Druck am Pumpenauslaß 11 bleibt aber weitgehend bestehen. Dadurch ist der
Kolbenschieber nicht mehr auf der Wirkfläche 22 vom Druck hinter der Blende 13 beaufschlagt,
sondern nur noch die Wirkfläche 21 vom Druck vor der Blende 13. Dieses führt sofort
zu einer Öffnung des Durchgangs am Steuerkolben 14 und einer Verstellung des Jlubrings
2 zu einer Fördermengenverringerung bzw. einem Förderhub 0.
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Damit wird außer einer fördermengenabhängigen Regelung auch eine druckabhängige
Regelung der Fördermenge erzielt, wie es in den Fig. 2 und 3 graphisch dargestellt
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