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Radialkolbenpumpe mit druckabhängiger Ansaugdrosselung
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Die Erfindung betrifft eine Hydraulikpumpe, insbesondere Radialkolbenpumpe
mit Förderstromdrosselung durch Drosselung im Ansaugkanal, vorzugsweise in den Ansaugbohrungen
der Kolben in Abhängigkeit von der Drehzahl.
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Derartige Pumpen dienen beispielsweise in Kraftfahrzeugen als Förderelement
für fIydrauliksysteme wie iveauregulieruen, Bremskraftverstärker, Komforthydraulik
usw. Diesen Systemen muß beim Start zunächst möglichst schnell eine Mindestmenge
Druckmedium zugeführt werden, damit dort ein für die Betriebsbereitschaft erforderlicher
Mindestdruck zur Verfügung steht. Für den laufenden Betrieb wird dann weniger Druckmedium
benötigt, weil die Systeme diskontinuierlich zum Einsatz kommen und entsprechend
weniger Druckmedium verbrauchen, während die Pumpe dann mit weniger stark schwankender
Drehzahl weiterläuft. Da die Förderleistung von der Pumpe von der Drehzahl abhängig
ist, wurde bereits vorgeschlagen, die Förderleistung nur drehzahlabhängig zu begrenzen.
Bei solcherart geregelten Pumpen ergibt sich im abgeregelten Drehzahlbereich eine
sehr geringe Abhängigkeit der Fördermenge vom gelieferten Druck. Daraus läßt sich
leicht die Tatsache ableiten, daß im geregelten Bereich und bei hohen Drücken auch
hohe Leistungen von der Pumpe aufgenommen werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Förderbegrenzung für eine
Radialkolbenpumpe zu erstellen, die eine Verringerung der aufzubringenden Maximalleistung
ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der drehzahlabhängigen
Drosselung eine druckabhängige Drosselung überlagert ist. Dadurch wird erreicht,
daß die Pumpe zwar prinzipiell drehzahlabhängig abregelt, jedoch im abgeregelten
Bereich die Fördermengen
sehr stark vom jeweilige Druck abhängig
sind und mit zunehmendem Druck geringer werden. Dadurch ergibt sich eine wesentlich
geringere Abhängigkeit der Leistungsiufnahme der Pumpe von dem zu liefernden Druck.
Damit können die Einzelteile der Pumpe schwächer ausgelegt werden, sie sinn dadurch
leichter und preiswerter, bei Antrieb durch die Brennkraftmaschine direkt wird damit
eine Ersparnis an Kraftstoff erzielt und bei Antrieb beispielsweise durch einen
Elektromotor kann dieser ebenfalls kleiner ausgelegt werden.
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Gemäß der Erfindung ist es weiterhin vorteilhaft, daß in Pur,pengehause
eine an sich bekannte, bewegliche Kolbenlaufbuchse als Zylinker für den Kolben eingesetzt
und in Richtung auf die Exzenterwelle an einem Absatz abgestützt ist and am Absatz
zwischen Pumpengehäuse und Kolbenlaufbuchse ein Federelement angeordnet ist. Eine
Ausgestaltung des Federelement sieht dabei ver, daß das Federelement zum Kolben
parallel wirkend um die Xolbenlaufbuchse herum angeordnet ist, wobei es vorgesehen
sein kann, daß das Federelement aus einem ringförmigen Elastomer von etwa kreisförmigem
Querschnitt besteht bzw. daß das Federelement aus eier Tellerfeder oder einem Tellerfederpaket
besteht bzw. aus einer Schraubenfeder.
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Durch diese Maßnahme ist eine druckabhängige Drosselung der Förderleistung
dadurch möglich, daß der steigende Förderdruck das Federelement komprimiert und
damit die Zulauföffnungen zum Druckraum mehr und mehr schließt.
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Bei einer anderen Ausführungsform wird bei einer gattungsgemäßen Radialkolbenpumpe
die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Saugleitung am Druckraum vorbeigeführt ist und
ein an einem Federelement abgestützter Schieber zwischen Druckraum und Saugleitung
angeordnet und der Schieber zumindest teilweise in die Saugleitung verschiebbar
ist, wobei Ausgestaltungen vorsehen, daß das der Saugleitung zugewandte Endstück
des Schiebers halbkugelförmig ausgebildet bzw. daß das im Druckraum befindliche
Ede des Schiebers mit einer Anschlagplatte versehen und das Federelement eine an
der Anschlagplatte abgestützte Schraubendruckfeder ist. Eine Ausführungsform sieht
vor, daß der Schieber bolzenförmig ausgebildet ist und sein Außendurchmesser dem
Innendurchmesser der Saugleitung entspricht.
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Ausführungsbeispiele sind in der Zeichrrnng dargestellt und werden
in ihrem Aufbau und in ihrer Funktion nachfolgend näher beschrieben. Es eigen im
einzelnen: Fig. 1 den Schnitt durch eine Radialkolbenpumpe mit einer Saugdrosselung
an einer beweglicher. Kolbenlaufbuchse; Fig. 2 den Schnitt durch den Saugteil einer
Radialkolbenpumpe mit einer Saugdrosselung in der Saugleitung Fig. 3 und 4 Regelkurven
und Leistungskurven gem dem Stand der Technik; Fig. 5 und 6 Regelkurven und Leitungskurven
entsprechend der beiden beschriebenen Ausführungsformen einer Radiaikolbenpumpe.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Radialkolbenpumpe 1 ist eine Exzenterwelle
9, mit der ein Exzenter 1C einstückig verbunden ist, ir. einem Pumpengehäuse 5 drchbar
gelagert. Auf dem Exzenter 10 gleitet ein radial verschiebbarer Kolben 2. Der Kolben
2 ist hohl und über in der Nähe des Exzenters 10 liegende Ansaugbohrungen 3 zugänglich.
Im Kolben 2 befindet sich eine Druckfeder 17, die den Kolben 2 am Exzenter 10 hält.
Der Kolben 2 bewegt sich in einem Zylinder, der als eine Kolbenlaufbuchse 4 ausgebildet
ist. Die Kolbenlaufbuchse 4 ist mit einem Druckventil 18 verschließbar, das mit
eier Druckfeder 16 belastet ist. Die Druckfeder 17 im Kolben 2 ist dabei schwächer
als die Druckfeder 16 des Druckventiles 18.
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Die Kolbenlaufbuchse 4 ist mit einem Absatz 11 an einem entsprechenden
Absatz 20 im Pumpengehäuse 5 abgestützt. Unterhalb der Kolbenlaufbuchse 4 ist ein
mit der Saugleitung 7 verbundener Ringkanal 19 vorgesehen, in dessen Bereich die
Ansaugbohrungen 3 des Kolbens 2 bei wegdrehendem Exzenter 10 gelangen können. Ein
zweiter Ringkanal 21 liegt um das Druckventil 18 und ist durch Überströmkanäle 22
mit der Druckleitung 8 verbunden.
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Zwischen dem Absatz 11 der Kolbenlaufbuschse 4 und dem Absatz 20 im
Pumpengehäuse 5 ist ein @@@astisches Federelement 6 angeordnet.
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Das Federelement 6 ist ringförmig um die Kolbenaufbuchse 4 gelegt
und radial, d. h., in diesen Falle parallel zur Kolbenaufbuchse 4 wirkend, ausgebildet.
Als Federelement kann ein im Querschnitt ovaler oder kreisförmiger Elastomerring
(O-Ring) eine oder mehrere Tellerfedern, eine flache Schraubenfeder o. dgl.
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eingesetzt werden.
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Die Funktion aieser Ausführung ist folgende: Durch Rotation der Exzenterwelle
9 wird der Kolben 2 vom Exzer.-ter 10 auf und ab bewegt; dabei hält die Druckfeder
17 den Kolben 2 am Exzenter 10. Bei ausfahrendem Kolben 2 treten die Ar.-saugbohrungen
3 mit dem Ringkanal 19 in Verbindung und das zu fördernde Druckmedium gelangt in
der Zylinder bzw. den Kolbeninnenraum. Beim Einfahren des Kolbens 2 werden zunächst
die ansaugbohrungen 3 aus dem Bereich des Ringkanals 19 bewegt und von der unteren
Kante 23 der Kolbenaufbuchse 4 verchlossen. Danach wird das Druckmedium gegen den
Druck der Druckfeder 16 am Druckventil 18 vorbei in den oberen Ringkanal 21 gefördert.
Steigt nun der Druck im Ringkanal 21, d. h., oberhalb des Druckventiles 12, durch
zu große Fördermengen um, so wird dadurch die Kolbenlaufbuchse 4 mit dem Druckventil
18 gegen das elastische Ferderelement ó gedrückt. Dieses Federelement 6 gibt nach
und die Kolben laufbuchse 4 wird axial, d. h., auf die Exzenterwelle 9 hin, verschoben.
Die Unterkante 23 der Kolbenlaufbuchse 4 gelangt so in den Bereich des Ringkanales
19 und verschließt dadurch die An.-saugbohrungen. 3 früher bzw. öffnet sie später.
Dadurch wird weweniger Druckmedium gefördert und der Druck oberhalb des Druckventiles
18 steigt langsamer oder gar nicht weiter an. Bei Verbrauch von Druckmedium sinkt
der Druck oberhalb des Druckventiles 18 ab, dadurch dehnt sich das Federelement
6 wieder aus und zieht die Kolbenlaufbuchse 4 aus dem Bereich des Ringkanales 19.
Die Ansaugbohrungen 3 werden wieder freier zugänglich und die Ansangleistung kann
erhöht werden.
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In der Ausführung gemäß Fig. 2 laufen die Kolben 2 z.3. direkt im
Pumpengehäuse 5. Ein Druckraum 12 ist über einen Verbindungskanal 26 mit der Druckseite
der Kolben verbunden und nach außen durch einen Verschlußstopfen 25 verschlossen.
Die Saugleitung 7 ist an der Stirnseite 24 des Druckraumes 12 in einem bestimmten
Abstand vorbeigeführt. Zwischen
Anschlagplatte 15 versehen. Zwischem
der der Saugleitung 7 zugewandten Stirnfläche 24 des Druckraumes 12 und der Anschlagplatte
5 ist ein elastisches Federelement 6 auf dem bolzenförmig ausgebildeten Schieber
13 angeordnet. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Federelement 6 als eine
Druckschraubenfeder ausgebildet.
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Die Funktion dieser Ausführung ist folgende: Mit steigendem Druck
wird der Schieber 13 gegen den Druck des elastischen Federelementes 6 aus dem Druckraum
12 in die Saugleitung 7 gedrückt. Dadurch kommt es hier zu einer Verengung des Leitungsquerschnittes
und damit zu einer Verringerung der förderbaren Menge an Druckmedium. Bei weiter
ansteigendem Druck kann der Schiebe 13 durch sein kugelförmiges Endstück 14 die
Saugleitung gans verschließen, vorausgesetzt, der Schieber 13 ist im Außendurchmesser
gleich dem Innendurchmesser der Saugleitung 7. Durch einen kleineren Außendurchmesser
des Schiebers 13 läßt sich andererseits ein definierbarer Restdurchflußquerschnitt
in der Saugleitung 7 aufrechterhalten. Wird der Druck im Druckraum 12 verringert,
so zieht das elastische Federelement 6 den Schieber 13 wieder aus der Saugleitung
zurück und gibt einen größeren Durchflußquerschnitt frei.
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n den Figuren 3 und 4 sind sowohl die Fördermenge als auch die aufbringende
Förderleistung in Abhängigkeit von der Drehzahl wiedergegeben, wobei hier eine rein
drehzahlabhängige Fördermengenbegrenzung gemäß dem Stand der Technik vorausgesetzt
ist. Aus den Darstellungen ist ersichtlich, daß die Fördermenge zuerst linear ansteigt
unu ab einem bestimmten Drehzahlwert praktisch horizontal verlauft, und zwar nahe
u unabhängig von dem Druck, unter welchem das Fördermedium steht. Da nun die Förderleistung
direkt vor. dem Produkt aus Druck, Fördermenge und Drehzahl abhängig ist, so ergeben
sich gem. Fig. 4 Leistungskurven mit sehr stark druckabhängiger Nennung. Demzufolge
muß die gesamte Fydraulikanlage auch von ihrem Antrieb her für die höchstmögliche
Leistungsaufnahme ausgelegt werden.
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in den Figuren 5 und 6 sind Regelkurven bzw. Leistungskurven gemäß
der vorgeschlagenen Radialkolbenpumpe wiedergegeben. Hierbei ist aus Fig. 5 deutlich
zu ersehen, daß die drehzahlabhängige Regelkurve für die Fördermenge um so niedriger
in ihrem etwa konstanten Bereich liegt, je höher der geförderte Druck ist.
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Hieraus ergibt sich automatisch gem. Fig. E eine erheblich geringere
Abhängigkeit der Leistungsaufnahme vom lieferbaren Druck.
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Demzufolge kann sowohl der Antrieb als auch dic Radialkolbenpumpe
selbst schwacher ausgelegt werden und durch die geringere Maximalleistung kann zusätzlich
Energie während des Betriebes eingespart werden.
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L e e r s e i t e