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Drehkolbenpumpe
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenpumpe, die gemeinsam
mit einem weiteren Aggregat drehbar antreibbar ist, mit einem drehbar gelagerten
Rotor, der radial gerichtete Ausnehmungen aufweist, in denen Arbeitsschieber frei
verschiebbar angeordnet sind, die mit ihren radial nach außen aus den Ausnehmungen
ragenden Enden an einer den Rotor umschließenden Hubkurve in Anlage bringbar sind,
wobei die durch die Ausnehmungen gebildeten, radial nach außen von den Arbeitsschiebern
verschlossenen Kammern Arbeitskammern sind, die mit einer Druckmittelzuleitung und
einem Druckmittelauslaß verbindbar sind.
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Derartige Pumpen sind z.B. in Kraftfahrzeugen zum Aufladen von Druckspeichern
bekannt, von denen Bremskraftverstärker mit Druckmittel versorgt werden.
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Dadurch, daß diese Pumpen vom Motor des Kraftfahrzeugs angetrieben
werden, fördern sie permanent einen Druckmittelstrom unabhängig davon, ob dieses
Druckmittel benötigt wird oder nicht. Wenn kein Druckmittel benötigt wird, fördert
dabei die Pumpe relativ drucklos zum Behälter zurück. ist der Druck im Druckspeicher
unter ein bestimmtes Niveau abgefallen,
so wird er von der Pumpe
wieder aufgeladen.
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Bei versorgtem Verbraucher - also aufgeladenem Druckspeicher - fördert
die Pumpe zwar weitgehend drucklos, dennoch muß zu dieser Förderung ein gewisses
Maß an Energie aufgewandt werden.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Drehkolbenpumpe nach
dem Oberbegriff zu schaffen, die energiesparend arbeitet und nur bei Druckmittelbedarf
des Verbrauchers Druckmittel fördert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Druckmittelzuleitung
absperrbar ist. Sie wird nur dann geöffnet, wenn ein Druckmittelbedarf beim von
der Drehkolbenpumpe zu versorgenden Verbraucher besteht.
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Durch das Absperren der Druckmittel zuleitung erfolgt zum einen keine,
wenn auch nur relativ drucklose Förderung von Druckmittel mehr, so daß die dafür
erforderliche Energie eingespart wird.
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Zum anderen entsteht in der Arbeitskammer ein Unterdruck, der dazu
führt, daß die Arbeitsschieber in ihrer radial inneren Stellung in den Ausnehmungen
des Rotors verbleiben und keinen Kontakt zum Hubring haben. Damit wird das Entlanggleiten
der Arbeitsschieber am Hubring vermieden und die sonst dabei zur Überwindung der
Reibung zwischen diesen Teilen erforderliche Energie eingespart.
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Es wird also mit einfachen Mitteln eine Energieeinsparung erreicht.
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Die Drehkolbenpumpe kann sowohl kugelförmige als auch prismatische
Arbeitsschieber besitzen.
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Ist die Druckmittelzuleitung mit dem Druckmittelauslaß einer gemeinsam
mit der Drehkolbenpumpe drehbar antreibbaren Primärpumpe verbindbar, so kann das
Druckmittel dem Saugbereich der Drehkolbenpumpe unter einem Vordruck zugeführt werden.
Dies führt zu einer Verringerung der Betriebsgeräusche der Drehkolbenpumpe. Dabei
kann in der Druckmittelzuleitung ein 3/2-Wegeventil angeordnet sein, durch das der
Druckmittelauslaß der Permanentpumpe in der einen Schaltstellung mit einem ersten
Verbraucher und in der anderen Schaltstellung sowohl mit der Drehkolbenpumpe als
auch über eine Drossel mit dem ersten Verbraucher in Verbindung sein. Ist dabei
der Druckmittelauslaß der Drehkolbenpumpe über ein Rückschlagventil mit dem Druckmittelauslaß
der Permanentpumpe verbunden und ein zweiter Verbraucher in der Druckmittelzuleitung
hinter dem 3/2-Wegeventil angeordnet, so wird in der einen Schaltstellung dem ersten
Verbraucher der von der Permanentpumpe geförderte Druckmittelstrom zugeführt, während
der zweite Verbraucher kein Druckmittel zugefUhrt bekommt. Besteht beim zweiten
Verbraucher ein Druckmittelbedarf, so wird das 3/2-Wegeventil umgeschaltet. Dadurch
kann die Drehkolbenpumpe Druckmittel ansaugen und es wird von beiden Pumpen ein
gemeinsamer Förderstrom erzeugt, der aufgrund der Drossel in der zum ersten Verbraucher
führenden Verbindung zum größten Teil dem zweiten Verbraucher zugeführt wird.
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Ist in der Druckmittel zuleitung hinter dem zweiten Verbraucher ein
zu einem Rücklauf öffenbares Vorspannventil angeordnet, so wird das Druckmittel
unter einem gewissen Vordruck dem Saugbereich der Drehkolbenpumpe zugeführt, was
zu einer Geräuschreduzierung führt.
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Ist der Druckmittelbedarf des zweiten Verbrauchers größer als der
des ersten Verbrauchers, so ist vorteilhafterweise das Fördervolumen der Drehkolbenpumpe
größer als das Fördervolumen der Primärpumpe.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, daß der zwischen
Rotor und Hubkurve gebildete Raum der Drehkolbenpumpe von einem Druck relativ niedrigeren
Niveaus beaufschlagbar ist. Dieser Druck beaufschlagt die radial äußeren Enden der
Arbeitsschieber der Drehkolbenpumpe.
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Diese können so bei abgesperrter Druckmittelzuleitung auch dann nicht
sich radial nach außen bewegen, wenn bei hoher Antriebsdrehzahl die auf sie wirkende
Fliehkraft größer wird als die in den Arbeitskammern herrschende Saugkraft.
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Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die
Primärpumpe eine Drehkolbenpumpe mit einem drehbar gelagerten Rotor ist, der radial
gerichtete Ausnehmungen aufweist, in denen Arbeitsschieber verschiebbar angeordnet
sind, die mit ihren radial nach augen aus den Ausnehmungen ragenden Enden an einer
den Rotor umschließenden Hubkurve in Anlage sind, wobei durch die Radialbewegung
der Arbeitsschieber in den Ausnehmungen nach dem Radialkolbenpumpen-Prinzip ein
Primärförderstrom erzeugbar und durch die Bewegung der Arbeitsschieber in Umfangsrichtung
im Raum zwischen Rotor und Hubkurve nach dem Drehflügelpumpen-Prinzip ein Sekundärförderstrom
erzeugbar ist, von dem der zwischen Rotor und Hubkurve der Drehkolbenpumpe gebildete
Raum beaufschlagbar ist.
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Dies ermöglicht trotz einfachem Aufbau der Primärpumpe die Erfüllung
zweier Funktionen.
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Gleichzeitig kann aber auch der Saugbereich der Radialkolbenpumpen-Komponente
der Primärpumpe vom Sekunddr-
förderstrom der Drehflügelkomponente
der Primärpumpe versorgbar sein, wobei das dem Saugbereich der Primärpumpe unter
Vordruck zugeführte Druckmittel zu einem geräuscharmen Betrieb der Primärpumpe führt.
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Die Arbeitsschieber der Drehkolbenpumpe können sowohl kugelförmig
als auch prismatisch ausgebildet sein.
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Bilden Drehkolbenpumpe und Primärpumpe eine gemeinsam angetriebene
Doppelpumpe, so wird ein sehr kompaktes Aggregat ermöglicht, was insbesondere bei
der Verwendung in Kraftfahrzeugen von Vorteil ist, da hier der vorhandene Einbauraum
sehr gering bemessen ist. Eine weitere Verringerung von Bauteilen und damit eine
Vereinfachung dieses Aggregats wird dadurch erreicht, daß Drehkolbenpumpe und Primärpumpe
einen gemeinsamen, einteilig ausgebildeten Rotor besitzen, der auf einem gemeinsamen
Steuerbolzen drehbar gelagert ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigen Fig. 1 ein Schema einer .erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe mit einer >
Primärpumpe; Fig. 2 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Doppelpumpe .entlang
der Linie III-III in Fig. 3; Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Doppelpumpe
nach Fig. 2; Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie I-I der Doppelpumpe nach Fig.
2.
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In Fig. 1 ist eine Drehkolbenpumpe mit 1 und eine Primärpumpe mit
2 bezeichnet, die beide gemeinsam angetrieben sind. Die Drehkolbenpumpe 1 besteht
aus einem auf einem Steuerbolzen 3 drehbar gelagerten Rotor 4, der
radiale
Ausnehmungen 5 aufweist, in denen kugelförmige Arbeitsschieber 6 bewegbar angeordnet
sind. Der Rotor 4 ist exzentrisch von einer Hubkurve 7 umschlossen, an die die Arbeitsschieber
6 in Anlage bringbar sind.
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Die Primärpumpe 2 hat den gleichen Aufbau wie die Drehkolbenpumpe
1, wobei der Steuerbolzen mit 8, der Rotor mit 9, die radialen Ausnehmungen mit
10, die kugelförmigen Arbeitsschieber mit 11 und die Hubkurve mit 12 bezeichnet
sind.
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Der sichelförmige Raum 13 zwischen Rotor 9 und Hubkurve 12 ist an
seinem in Drehrichtung 14 des Rotors 9 vorderen Bereich mit einem Behälter 15 verbunden,
während er an seinem in Drehrichtung 14 des Rotors 9 hinteren Bereich über eine
Leitung 16 und 16' mit dem Saugbereich der Permanentpumpe im Steuerbolzen 8 und
mit dem sichelförmigen Raum 17 zwischen Rotor 4 und Hubkurve 7 der Drehkolbenpumpe
1 über ein Rückschlagventil 33 mit Leitung 23 verbunden ist.
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Der vom Druckbereich im Steuerbolzen 8 der Primärpumpe 2 ausgehende
Druckmittelauslaß 18 führt zu einem 3/2-Wegeventil 19. In der einen Schaltstellung
des 3/2-Wegeventils 19 ist der Druckmittelauslaß 18 mit einem ersten Verbraucher
2O verbunden, während in der anderen Schaltstellung der Druckmittelauslaß 18 zum
einen über eine Drossel 21 mit dem ersten Verbraucher und zum anderen direkt mit
einem zweiten Verbraucher 22 verbunden ist. Der Auslaß des zweiten Verbrauchers
22 ist gleichzeitig die zum Saugbereich im Steuerbolzen 3 der Drehkolbenpumpe 1
führende Druckmittelzuleitung 23. Diese Druckmittelzuleitung 23 ist über ein Vorspannventil
24 auch mit einem Behälter 25 und iiber das Rückschlagventil 33 mit der Leitung
16, 16' verbindbar. Der vom Druckbereich im Steuerbolzen 3.der Drehkolbenpumpe 1
ausgehende Druckmittelauslaß 26 führt
über ein Rückschlagventil
27 zum Druckmittelauslaß 18 der Primärpumpe 2.
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In der in Fig. 1 dargestellten Schaltstellung des 3/2-Wegeventils
19, die dem Normalbetrieb entspricht, ist der zweite Verbraucher 22 und damit auch
die Drehkolbenpumpe 1 von der Druckmittelversorgung abgeschaltet.
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Von der Primärpumpe 2 wird in dem sichelförmigen Raum 13 durch die
Arbeitsschieber 11 nach dem Drehflügelpumpen-.Prinzip vom Behälter 15 Druckmittel
angesaugt und unter einem bestimmten Druck als Sekundärförderstrom über die Leitungen
16 und 16' sowohl dem Raum 17 der Drehkolbenpumpe 1 als auch dem Saugbereich im
Steuerbolzen 8 und damit den die Arbeitskammern bildenden Ausnehmungen10 der nach
dem Radialkolbenpumpen-Prinzip arbeitenden Primärpumpe 2 zugeführt.
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Vom Druckbereich im Steuerbolzen 8 wird das Druckmittel als Primärförderstrom
über den Druckmittelauslaß 18 und das 3/2-Wegeventil 19 dem ersten Verbraucher zugeführt.
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Da die Drehkolbenpumpe 1 in dieser Schaltstellung des 3/2-Wegeventils
19 von der.Druckmittelzufuhr abgesperrt ist, baut sich in den die Arbeitskammern
bildenden Ausnehmungen 5 ein Unterdruck auf, der dazu führt, daß die Arbeitsschieber
in ihrer radial eingefahrenen Stellung verbleiben. Diese radial eingefahrene Stellung
wird noch durch den im Raum 17 herrschenden, im Raum 13 der Primärpumpe 2 erzeugten
Druck unterstützt, der die radial nach außen gerichteten Enden der Arbeitsschieber
6 .beaufschlagt. Durch diesen Druck wird gleichzeitig die Schmierung der umlaufenden.Teile
der Drehkolbenpumpe 1 sichergestellt.
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Besteht am zweiten Verbraucher 22 Druckmittelbedarf, so wird das 3/2-Wegeventil
19 umgeschaltet. Jetzt erhält der erste Verbraucher 20 aufgrund der Drossel 21 nur
noch einen geringen Teil des über den Druckmittelauslaß 18 zugeführten Druckmittels
zugeleitet, während der größere Teil dem zweiten Verbraucher 22 zugeführt wird.
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Da nun vom zweiten Verbraucher 22 her über die Druckmittelzuleitung
23 auch der Saugbereich der Drehkolbenpumpe 1 mit Druckmittel versorgt wird, baut
sich der Unterdruck in den Ausnehmungen 5 ab und die Drehkolbenpumpe 1 fördert über
den Druckmittelauslaß 26 und das Rückschlagventil 24 in den Druckmittelauslaß 18
der Primärpumpe 2, so daß den beiden Verbrauchern 20 und 22 eine große Druckmittelmenge
zugeleitet wird, wobei aufgrund der Drossel 21 der größte Teil davon. zum zweiten
Verbraucher 22 gelangt.
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Da, wenn beim zweiten Verbraucher 22 kein pruckmittelbedarf besteht,
die Arbeitsschieber 6 der Drehkolbenpumpe 1 eingefahren sind und sowohl keine Druckmittelförderung
erfolgt als auch keine Widerstände durch Druckmittelumwälzung im Raum 17 und durch
Reibung zwischen den Arbeitsschiebern 6 und der Hubkurve 7 zu über winden sind,
ist trotz permanentem Antrieb der Drehkolbenpumpe 1 nur ein ganz minimaler Energieaufwand
erforderlich.
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Eine vorteilhafte Anwendung ist in Kraftfahrzeugen gegeben, wenn der
erste Verbraucher ein hydraulischer Bremskraftverstärker und der zweite Verbraucher
eine nur bei Bedarf zuschaltbare, dann aber eine große Druckmittelmenge benötigende
Antiblockieranlage ist.
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In den Figuren 2 - 4 sind Drehkolbenpumpe 1 und Primärpumpe 2 zu einer
Doppelpumpe zusammengefaßt, die von einem einzigen Elektromotor 28 antreibbar sind.
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Über eine Kupplung 29 wird der für Drehkolbenpumpe 1 und Primärpumpe
2 einteilig ausgebildete Rotor 30 von der Antriebswelle 31 des Elektromotors 28
angetrieben, wobei der Rotor 30 auf einem ebenfalls für beide Pumpe gemeinsamen
Steuerbolzen 32 gelagert ist.
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Die Primärpumpe 2, die z.B. zur Versorgung eines hydraulischen Bremskraftverstärkers
dient, hat wesentlich kleinere Arbeitsschieber 11 und. damit eine geringere Förderkapazität
als die Drehkolbenpumpe 1, die z.B.
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zur Versorgung einer eine große Druckmittelmenge benötigenden Antiblockieranlage
dient.
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Die weiteren Pumpenteile der aus wenigen Teilen und sehr raumsparend
aufgebauten Doppelpumpe sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie die Teile
der Pumpen in Fig. 1.
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Besteht beim ersten Verbraucher 20 ein Druckmittelbedarf, so wird
der Elektromotor 28 eingeschaltet und von der Primärpumpe 2 Druckmittel gefördert.
Die dabei gleichzeitig mit angetriebene Drehkolbenpumpe t läuft dabei ohne weosentlichen
Energieverbrauch leer mit.
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