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Kolbenpumpe mit förderdruckabhängiger saugseitiger
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Fördermengenregelung Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe mit förderdruckabhängiger
saugseitiger Fördermengenregelung und mehreren um die Mittelachse in Zylinderbohrungen
angeordneten Förderkolben mit konstantem Hub. Die Pörderkolben werden von einer
axial wirkenden Hubeinrichtung betätigt. Zwischen den Zylinderbohrungen ist zentral
im Pumpengehäuse ein Saugraum angeordnet, der von einem Regelschieber begrenzt ist.
Der Regelschieber ist vermittels eines vom Förder druck beaufschlagten Stellelementes
entgegen der Kraft von Federn axial verlagerbar.
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Durch die DE-PS 858 475 ist eine Kolbenpumpe mit mehreren um die Mittelachse
angeordneten Fördereinheiten und mittels einer Taumelscheibe betätigten Pumpenkolben
vorbekannt. Die Fördermenge wird durch eine mittels Verstellhebel bewirkte axiale
Verschiebung eines in der Mittelachse des Pumpengehäuses angeordneten Drehschieberkolbens
verändert. Dabei werden Einlaßquerschnitte der Bohrungen verandert, die Jeweils
zwischen dem Saugraum und den Fördereinheiten die Ansaugkanäle bilden.
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Weiterhin ist durch die DE-PS 1 104 340 eine Kolbenpumpe vorbekannt,
bei der mit einem in der Speiseleitung vor dem Ansaugventil der Pumpe angeordneten
Regler der saugseitige Zufluß zur Pumpe gesteuert wird. Der Regler besteht dabei
aus einem Kugelrückschlagventil und einem
mit der Kugel dieses Ventils
zusammenarbeitenden Reglerkolben, der den Öffnungsqueræchnitt des Kugelrückschlagventils
mit steigendem Förderdruck der Pumpe zunehmend verkleinert und die Kugel bei Erreichung
eines vorbestimmten Förderdruckes der Pumpe vollstandig auf ihren Sitz drückt. Nachteilig
ist, daß zusätzlich zum Regler für Jeden Pumpenzylinder ein Ansaugventil notwendig
ist.
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Dadurch entsteht bei Mehrzylinderpumpen ein beträchtlicher baulicher
Aufwand.
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Ferner sind Kolbenpumpen mit saugseitiger Fördermengenregelung durch
die DE-OS 1 919 881 und die DE-AS 2 122 757 vorbekannt. Bei diesen Ausführungen
regelt ein zwischen Einlaßkammer und Pumpenzylinder angeordneter Schließkörper den
wirksamen Durchflußquerschnitt der Einlaßöffnung in Abhängigkeit vom Förderdruck.
Dabei ist der Schließkörper mit einem Druckkolben verbunden, der vom förderseitig
im Pumpenzylinder auftretenden Flüssigkeitsdruck beaufschlagt ist und den Schließkörper
entgegen der Vorspannkraft einer Feder verschiebt. Durch diese Pumpengestaltung
wird eine empfindliche Regelung erzielt. Nachteilig ist Jedoch, daß der beschriebene
Schließkörper lediglich den Einlaß zu einem Pumpenzylinder regelt und somit bei
Mehrzylinderpumpen zwischen den jeweiligen Fördereinheiten durch toleranzbedingte
Steifigkeitsunterschiede der den Schließkörpern entgegengesetzt wirkenden Federn
unterschiedliche Fördermengen auftreten können. Bei Kolbenpumpen mit mehreren um
die Mittelachse angeordneten Fördereinheiten ergibt die vorbeschriebene Gestaltung
infolge der erforderlichen radialen Anordnung der Schließkörper eine große räumliche
Ausführung.
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Das Gesamtregelverhalten einer Kolbenpumpe der eingangs beschriebenen
Gattung soll mit geringem baulichen Aunvand verbessert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer wie vorbestimmt beschriebenen
Kolbenpumpe - insbesondere für das Bördermedium Dieselkraftstoff - mit einer einfachen
Konstruktion eine Konstantdruck-Regelung zu realisieren. Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst, daß im Innenraum des Fumpengehauses ein Steuerzylinder angeordnet
ist, der Drosselquerschnitte für die einzelnen Zuflüsse zu den jeweiligen Pördereinheiten
aufweist. Dabei wird ein Regelschieber im Steuerzylinder geführt, wobei vermittels
der Unterkante des Regelschiebers die im Steuerzylinder eingebrachten Drosselquerschnitte
gegenüber dem gemeinsamen Saugraum überdeckbar bzw. freigebbar sind.
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Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung werden mit einem einzigen
Regelschieber vorteilhaft die Fördermengen sämtlicher Fördereinheiten geregelt.
Um ein gutes Regelverhalten zu erzielen, sind die Drosselquerschnitte der einzelnen
Zuflüsse zu den jeweiligen Fördereinheiten im Steuerzylinder vorzugsweise in etwas
versetzter Lage angeordnet. Zwischen den jeweiligen Fördereinheiten ist durch entsprechende
Gestaltung und Anordnung der Drosselquerschnitte ggf. ein unterschiedliches Regelverhalten
erzielbar. Dabei können bei geringer Gesamtfördermenge Fördereinheiten durch Schließen
der jeweiligen Drosselquerschnitte vermittels des Regelachiebers auf Nullförderung
gebracht werden. Weiterhin ist es möglich, durch Verwendung von Steuerzylindern
mit Jeweils verschiedenartiger Gestaltung der Drosselquerschnitte die Kolbenpumpe
vorteilhaft mit geringem Aufwand für verschiedenartige Einsatzbedingungen zu modifizieren.
Ferner besteht ein Merkmal darin, daß die vom druckseitigen Ringkanal zum Steuerkolben
abzweigende Bohrung eine Drosselstelle aufweist. Ein weiteres Merkmal besteht darin,
daß die Kolbenpumpe in an sich bekannter Weise an den Motorölkreislauf angeschlossen
ist, wobei jedoch eine Aussparung und eine Bohrung zu einem den Regelschieber umschließenden
Ringkanal
führen. Die oberen Bereiche der Kolbenpumpe werden durch
die Schmiereigenschaften des Fördermediums Dieselkraftstoff geschmiert. Die hochbelasteten
Triebwerkslagerstellen müssen Jedoch mit hochviskosen Ölen geschmiert werden, so
daß eine zusätzliche Schmierung erforderlich ist. Dies wird in vorteilhafter Weise
durch Anschluß an den Xotorölkreislauf realisiert. Der Abzweig im Schmierölkreislauf
zum Regelschieber ergibt eine besondere Leichtgängigkeit desselben und bewirkt somit
ein sehr feinfühliges Regelverhalten. Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe ist vorzugsweise
für Einsatzbedingungen geeignet, bei denen ständig mit hoher Genauigkeit ein konstanter
Förderdruck notwendig ist. Dies wird durch eine stufenlose förderdruckabhängige
Fördermengenregelung realisiert.
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Ein Äusführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird nachfolgend beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 die Schnittdarstellung einer Kolbenpumpe mit einer
erfindungsgemäß ausgebildeten Fördermengenregelung, Fig. 2 die Darstellung eines
Steuerzylinders der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe, Fig. 3 die Darstellung eines
weiteren Steuerzylinders der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe, Fig. 4 die Darstellung
eines weiteren Steuerzylinders der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe.
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In Fig. 1 ist die Ansicht einer Kolbenpumpe mit einer saugseitigen
Fördermengenregelung dargestellt. Das Pumpengehäuse ist aus den Gehäuseteilen ia,
1b, 1c, ld gebildet. Zentral im Pumpengehäuse ist ein Saugraum 2 ausgestaltet, der
von einem Regelschieber 3 begrenzt ist.
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Der Regelschieber 3 wird in einem im Gehäuseteil 1c eingepreßten
Steuerzylinder
4 geführt und vermittels im Saugraum 2 angeordneter Druckfedern 5 nach oben gedrückt.
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Über die Bohrung 6 und den lfanal 7 steht der Saugraum 2 mit den Saugstutzen
8 in Verbindung. Im Pumpengehäuse sind kreisförmig um die Mittelachse und parallel
zu dieser mehrere Fördereinheiten angeordnet.
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Im Steuerzylinder 4 sind für jede Fördereinheit entsprechende Drosselquerschnitte
vorgesehen. Der Saugraum 2 ist mit jeder der Fördereinheiten über die jeweilig zugeordneten
Drosselquerschnitte, einen zugehörigen Saugkanal 9 und eine angrenzende Ringkammer
10 verbunden.
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Die Fördereinheiten werden jeweils aus einer Zylinderbohrung 11 und
einem Förderkolben 12 gebildet. Im unteren Bereich der Pörderkolben 12 sind seitliche
Abflachungen zur Schmiermittelaufnahme angebracht. Weiterhin weisen die Förderkolben
12 einen zylindrischen Hohlraum auf, in dem ein Führungsstück 13 angeordnet ist.
An einem Bund des Fuhrungsstückes 13 stützen sich beidseitig Druckfedern 14, 15
ab. Die obere Druckfeder 14 ist mit ihrem anderen Ende auf der Ringfläche einer
Buchse 16 abgestützt, während die untere Druckfeder 15 auf einem Steg des zylindrischen
Hohlraumes aufliegt. Vermittels dieser Ausgestaltung wird der Förderkolben 12 auf
die mit der Antriebswelle 17 verbundene Taumelscheibe 18 gedrückt. Die Fördereinheiten
stehen jeweils über ein federbelastetes Druckventil 19 mit dem druckseitigen Ringkanal
20 in Verbindung. Vom Ringkanal 20 führt der Kanal 21 zum Förderstutzen 22, weiterhin
zweigt eine Bohrung 23 mit geringerem Querschnitt als der Ringkanal 20 zur Kammer
24 hin ab. Die Bohrung 23 weist eine Drosselstelle 25 auf. In die Kammer 24 mündet
die Bohrung 26. Diese bohrung 26 ist gegen den Saugstutzen 8 mit einer Schraube-
27 verschlossen.
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In der Bohrung 26 ist ein Steuerkolben 28 leichtgängig und dichtend
angeordnet, der in eine Aussparung 29 des Regelschiebers 3 eingreift.
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An der Kolbenpumpe ist weiterhin ein Anschluß 30 für die
Schmiermittelversorgung
vorgesehen. Dieser steht über die Bohrung 31, den Ringkanal 32, die axial an der
Außenseite des Steuerzylinders 4 verlaufende Abflachung 33 und die Bohrung 34 mit
dem Ringkanal 35 in Verbindung.
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Vom Ringkanal 32 zweigt außerdem die Bohrung 36 zu den Lagerstellen
des in den Gehäuseteilen 1c und 1d untergebrachten Triebwerkes ab.
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Die in Fig. 1 dargestellte Kolbenpumpe hat folgende Arbeitsweise:
Bei Rotation der Taumelscheibe 18 fuhren die Förderkolben 12 gleichbleibende Hübe
aus. Jede Umdrehung der Antriebswelle 17 bewirkt dabei einen Ansaug-und einen Förderhub
Jedes Börderelementes. Die zu fördernde Flüssigkeit wird während der Bewegung des
Pörderkolbens 12 zur unteren Totpunktlage durch die Jeweilige Ringkammer 10, den
entsprechenden schräg angeordneten Saugkanal 9 und die zugeordneten Drosselquerschnitte
des Steuerzylinders 4 aus dem Saugraum 2 in die jeweilige Fördereinheit angesaugt.
Während der Kolbenbewegung zur oberen Totpunktlage wird die angesaugte Flüssigkeit
über das federbelastete Druckventil 19 zum Ringkanal 20 gefördert. Die geförderte
Flüssigkeit gelangt über den Kanal 21 und den Förderstutzen 22 in ein Drucksystem
mit Druckspeicher 37. Zum Regelader durch die Pumpe geförderten Flüssigkeitsmenge
wird der Regelschieber 3 vermittels eines Steuerkolbens 28 entgegen der Kraft von
im Saugraum 2 angeordneter Druckfedern 5 im Steuerzylinder 4 verschoben. Bei diesem
Vorgang wird der wirksame Durchflußquerschnitt der im Steuerzylinder 4 ausgestalteten
Drosselquerschnitte verändert. Der Steuerkolben 28 ist über die vom Ringkanal 20
abzweigende Bohrung 23 und die IZammer 24 vom Förderdruck beaufschlagt.
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In der Zeichnung ist die Lage des Regelschiebers 3 dargestellt, bei
der alle Drosselquerschnitte freigelegt sind (Startstellung). Dabei wird die maximale
Gesamtfördermenge durch die Pumpe gefördert. Der Regelschieber 3 verbleibt in dieser
Stellung so lange, wie der auf den Steuerkolben 28 wirkende Förderdruck geringer
als die dem Regelschieber 3 entgegenwirkende Pederkraft ist.
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Überschreitet der Förderdruck die Vorspannkraft der Druckfedern 5,
geben diese nach, und der Regeischieber 3 verschiebt sich nach unten. Dabei werden
die im Steuerzylinder 4 eingebrachten Drosselquerschnitte der Zuflüsse zu den Saugkanälen
9 zunehmend überdeckt. Bei diesem Vorgang wird die Fördermenge vermindert. Mit nachlassendem
Förderdruck auf den Steuerkolben 28 wird der Regelschieber 3 gegen diesen durch
die Kraft der Druckfeder 5 nach oben verschoben. Die Drosselquerschnitte werden
dabei in entgegengesetzter Reihenfolge zunehmend freigelegt und die Fördermenge
entsprechend erhöht.
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Die P,olbenpumpe ist über den Anschluß 30 an den Schmierölkreislauf
des Motors angeschlossen. Das Schmierxittel strömt durch die Bohrung 31, den Ringkanal
32, die Aussparung 33 und die nahrung 34 in den Ringkanal 35. Hierbei wird die Außenseite
des Regelschiebers 3 geschmiert.
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Außerdem strömt das Schmiermittel vo m Ringkanal 32 über die Drosselbohrung
36 zu den Lagerstellen des Uriebwerkes. Gleichzeitig werden die unteren Bereiche
der Pörw derkolben 12 durch zwischen den Abflachungen dieser Kolben und den Zylinderbohrungen
11 eingelagerte Schmiermittelmengen geschmiert. Der Abfluß des zugeführten Schmiermittels
erfolgt antriebsseitig über eine nicht dargestellte Bohrung.
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In Fig. 2 ist ein Steuerzylinder 4 dargestellt. Es werden kreisförmige
Drosselquerschnitte gezeigt. bei dieser Auagestaltung sind die Drosseiquerschnitte
in unterschiedlicher Höhe angeordnet. bei geringem Plüssigkeitsdruck sind sämtliche
Drosseiquerschnitte freigelegt. Mit steigendem Flüssigkeitsdruck werden nachfolgend
zunächst die oberen und anschließend die unteren kreisförmigen Drosseiquerschnitte
kontinuierlich überdeckt. Dabei wird die geförderte Plüssigkeitsmenge vermindert.
Bei nachlassendem Förderdruck werden die Drosselquerschnitte in umgekehrt er Reihenfolge
zunehmend freigelegt und die Fördermenge entsprechend erhöht.
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In Fig. 3 ist ein weiterer Steuerzylinder 4 dargestellt.
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Es werden ebenfalls kreisförmige Drosselquerschnitte gezeigt. Bei
dieser Ausgestaltung sind jedoch sämtliche Drosselquerschnitte im Steuerzylinder
4 in gleicher Höhe eingebracht und werden somit bei verändertem Förderdruck gleichartig
überdeckt bzw. freigelegt. In dieser Ansicht sind weiterhin die Aussparung 33 und
die zum Ringkanal 35 führende Bohrung 34 dargestellt.
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In Fig. 4 ist ein weiterer Steuerzylinder 4 dargestellt.
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Es werden dreieckige Drosselquerschnitte gezeigt. Diese sind ebenso
wie die in Fig. 3 gezeigten im Steuerzylinder 4 in gleicher Höhe ausgestaltet.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen: 1a = Gehäuseteil a 1b =
Gehäuseteil b 1c = Gehäuseteil c 1d = Gehäuseteil d 2 = Saugraum 3 = Regelschieber
4 = Steuerzylinder mit Drosselquerschnitten 5 = Druckfedern 6 = Bohrung 7 = Kanal
8 = Saugstutzen 9 = Saugkanal 10 = Ringkammer 11 = Zylinderbohrung 12 = Förderkolben
13 = Fühngsstück 14 = Druckfeder 15 = Druckfeder 16 = Buchse 17 = Antriebswelle
18 = Taumelscheibe 19 = Druckventil 20 = Ringkanal 21 = Kanal 22 = Förderstutzen
23 - Bohrung 24 = lxammer 25 = Drosselstelle 26 = bohrung 27 = Schraube 28 = Steuerkolben
29 = Aussparung am Regelschieber 30 = Schmiermittelanschluß
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= Bohrung 32 = Ringkanal 33 = Abflachung am Steuerzylinder 34 = Bohrung 35 = Ringkanal
36 = Drosselbohrung 37 = Druckspeicher