DE3418384A1

DE3418384A1 - Vorrichtungen zur drehzahlunabhaengigen foerderstromregulierung mit energierueckgewinn bei konstantpumpen - insbesondere bei schmieroelpumpen

Info

Publication number: DE3418384A1
Application number: DE19843418384
Authority: DE
Inventors: Peter Graf von 8000 München Ingelheim
Original assignee: Individual
Current assignee: INGELHEIM, GRAF VON, PETER, DIPL.-MATH. DIPL.-KAUF
Priority date: 1984-05-17
Filing date: 1984-05-17
Publication date: 1985-11-21

Description

Vorrichtungen zur drehzahlunabhängigen Förderstromregulierung mit Energierückgewinn bei Konstantpumpen - insbesondere bei Schmierölpumpen.

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur drehzahlunabhängigen Förderstromregulierung mit Energierückgewinn bei Konstantpumpen insbesondere bei Schmierölpumpen.

In vielen Anwendungsfällen von Pumpen ist es erwünscht, den Pumpenförderstrom unabhängig von der Pumpendrehzahl zu verändern.

Schmierölpumpen von Motoren sind in der Regel kraft- und meist auch formschlüssig mit der Kurbelwelle verbunden. Als Folge davon steigt bei Konstantpumpen mit steigender Motorendrehzahl der Pumpen förderstrom an. Der Schmierölbedarf eines Motors, der bereits bei der niedrigsten Motorendrehzahl gedeckt sein muß, ändert sich mit steigender Motordrehzahl aber kaum, sodaß die überschüßtge Fördermenge der Pumpe in der Regel durch ein Druckbegrenzungsventil wieder in die Ölwanne zurückgeleitet wird. Damit verbraucht die Schmierölpumpe bei höheren Drehzahlen erheblich mehr Energie, als zur ausreichenden Ölversorgung des M >tors notwendig wäre.

Verstellpumpen können das Fördervolumen p.U. ändern. Derartige Pumpen könnten nun so betrieben werden, daß sie bei jeder Motorendrehzahl die Ölmenge fördern, die zur Versorgung des Motor? notwendig ist. Damit würde der Energieverbrauch der Schmierölpumpe gesenkt.

Die Nachteile von Verstellpumpen sind aber die, daß pie nur relativ geringe Drehzahlen zulassen , ddß sie den ca. doppelten Bauraum und da? doppelte Gewicht wie Konstantpumpen haben, daß =ie aufwendiger und teurer als Konftantpumpen sind, daß pie wegen der vergrößerten Zahl bewegter Teile auch anfälliger sind und daß der Übergang von einer Konstant- zu einer Verstellpumpe auch einen erheblichen Änderungsaufwand am Motorengehäuse mit sich bringen kann.

Das Einsparpotential an einer Schmierölpumpe beträgt aber- selbst bei höchster Motordrehzahl und größeren Motoren- wenige PS, sodaß die Nutzen-Kosten-Relation bei aufwendigen Lösungen speziell für PKW schlecht wird.

Hier nun will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung wie sie gekennzeichnet ist, behält weiterhin eine Konstantpumpe als Schmierölpumpe bei und gewinnt dennoch einen Teil der im zurückgeführten Fluidstrom enthal -

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tenen Energie zurück, sodaß insgesamt der Energieverbrauch der Schmierölpumpe sinkt. Dies geschieht durch einfache Vorrichtungen, für die sich damit eine verbesserte Nutzen-Kosten-Relation ergibt. Es ist ein nach dem Injektorprinzip arbeitendes Ventil bekannt, bei dem zwei Fluidströme unterschiedlichen Druckes zusammengeführt werden. Da mit ergibt sich hinter dem Ventil ein Mischungsdruck. Solche Ventile können als Druckbegrenzungsventile ausgebildet sein und einen Teil eines Pumpenförderstromes so mit dem Pumpensaugstrom mischen, daß damit der saugseitige Druck der Pumpe erhöht wird (Vgl. D.Pat.Anm. P 33 17 089.4 und P 34 09 934.4).

Der Einbauort eines solchen Ventils auf der Pumpensaugseite ist entscheidend für den Grad der Wirtschaftlichkeit einer solchen Lösung. Bei herkömmlichen Schmierölpumpen befindet sich das Druckbegrenzungsventil am oder im Pumpen- oder Motorengehäuse oder in der nähe des Pumpenförderkanals.

In den Patentansprüchen 1-3 wird Schutz für eine Lösung begehrt, bei der ein solches Ventil in das Pumpensaug rohr - vorzugsweise noch innerhalb der ölwanne - eingebaut wird.
Die Vorteile dieser Lösung sind,

1 . daß die bestehende Pumpe nicht oder nur geringfügig geändert werden muß,

2. daß das Ventil nur auf die maximale Durchflußmenge festgelegt werden muß und ,da diese Größen für Schmierölpumpen verschiedener Hersteller ähnlich sein dürften, ein Ventiltyp bei verschiedenen Pumpen verwendet werden kann,

3. daß in der Regpl im Saugrohr bzw. der Ölwanne noch genügend Einbauraum zur Verfügung steht, sodaß kein großer Änderungpaufvand erforderlich ist.

Damit ermöglicht dieser Einbauort des Ventil= einen kostengünstigen Energierückgewinn ohne großen Änderungsaufwand für den Pumpenanwender und damit eine hohe Nutzen-Kosten-Relation.

Abbildung 1 zeigt eine diesem Erfindungsgedanken entsprechende Lösung. Ein nach dem Injektorprinzip arbeitendes Druckbegrenzungsventil (1) ist in das Saugrohr (2) der Schmierölpumpe (3) in der Nähe des Saugkorbes (16) eingebaut. Das Saugrohr (2) führt von der Ölwanne (4) zur Schmier-

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Ölpumpe (3) und bietet daher genügend Einbau^aum. Von der Förderleitung (5) der Schmierölpumpe zweigt eine Leitung (6) zum Hochdruckraum (7) des Druckbegrenzungsventils (1)ab. Dieser Hochdruckraum (7) endet in einer Düse (8), die durch einen Dorn (9) verschlossen ist. Der Dorn (9) ist verschiebbar und wird durch eine Feder (10) gegen die Düse (8) gepreßt. Das Hochdruckfluid drückt gegen eine Druckfläche (11 ) am Dorn (9). Wird der Druck gegen die Druckfläche (11 ) zu groß, wird die Feder (10) zusammengepreßt und der Do^n verschoben. Damit öffnet sich die Düse (8)und das Hochdrucköl strömt mit hoher Geschwindigkeit durch den Niede^druckraum (12) in den Mischungskatial (13) und rei^t dabei Niederdrucköl mit pich in den Mischungskanal (13). Die Querschnittsfl=$che des Misctiungskanals ist durch einen auf eine^ Verlängerung de? Dorne? (9) sitzenden Verdrängungskörper (14) veränderbar. Dieser Verdrängungskörper (14) wird also mit dem Dorn (9) bewegt.

Hinter dem Mischungkanal (13) wird in einem Diffusor (15)die kinetische Energie in potentielle (Druck-) Energie umgewandelt. Die Veränderbarkeit der Querschnittsfläche des Mischungskanals dient der verbesserten Energieumwandlung (vgl. D.Pat.Anm. 34 09 934.4). Hinter dem Mischungskanal (13) bzw. im Diffusor (15) kann ein Nachsaugeventil (1 7) einen minimalen Saugdruck auch bei kritischen Pumpendrehzahlen und Stellungen des Druckbegrenzungsventils garantieren.

Abbildung 2 zeigt eine Einbaulösung nach Patentanspruch 4 und 5 zweier spezieller Druckbegrenzungsventile.

Der Saugraum (21 ) einer Zahnradpumpe (20) ist so vergrößert, daß zwei spezielle Druckbegrenzungsventile (24) darin Platz finden. Vom Förderkanal (22) führen Kanäle (23) zu diesen Druckbeg^enzungsventilen (24). Steigt der Druck im Förderkanal (22) bzw. in den Kanälen (23) zu stark an, werden die Dorne (25), die die Auslaßöffhungen (26) der Ventile verschließen gegen den D^uck der Federn (27) verschoben. Damit werden die Auslaßöffhungen (26) geöffnet. Die Auslaßöffnungen sind als D'J=en ausgebildet und so auf die "Zähne (29) de>~ Zahnräder gerichtet, da^ de~ Strahldruck wie bei einer Peltonturbine ein Drehmoment in Bewegungsrichtung der Zahnräder (28) bewirkt.

Die Vorteile dieser Ausführung sind,

1 . daß weiterhin preiswerte Zahnradpumpen mit nur wenigen bewegten TeilBn verwendet werden,

2. daß der Pum penbau raum nun geringfügig vergrößert werden muß,

3. daß der Wirkungsgrad des Enengienückgewinns in einigen Fällen höhen als bei den in den Patentansprüchen 1-3 gekennzeichneten Lösungen sein kann.

Abbildung 3 und 4 zeigen eine Ausführung, bei der ein Enengienückgewinn in einem Segnen'schen Rad vorgenommen wird (vgl. z.B. Sigloch, Technische Fluidmechanik/VDI-Verlag,Düsseldorf 1982 S.133 ff).

Abbildung 3 zeigt einen Schnitt parallel zur Achse bei einen Innenzahnnadpumpe (30). Die Achse desittn^nen -Zahnrades (31 ) ist venlängert und tnggt das Segner'sehe Rad (32), welches in einemvom Pumpenraum abgetrennten, luftgefüUten Raum (33) drehbar gelagert ist. Der Raum (33) weist einen Abfluß (34) zur Ölwanne auf. Vom Förderkanal (34) der Innenzahn^adpump» (30) führt ein Kanal (35) zun Hohlachse (36) des Segner'schen Rades (32) und von der Hohlachse (36) führen im Segner "sehen Rad Kanäle (37) zu den Auslaß düsen.

Strömt nun ein Fluid mit höherem als Atmosphänendnuck zu den Auslaßdüsen (38), so wird es in diesen beschleunigt und bewinkt einen Rückstoß und damit ein Drehmoment auf diese. Dies ist das bekannte Prinzip des Segner''sehen Rades, das z.B. bei Rasensprengern und Geschirrspülmaschinen Anwendung findet.

Abbildung 4 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Hohlachse (36) durch das Segner "sehe Rad (32). Die Kanäle (37) führen zu den Auslaßdüsen (38), die durch einen Dorn (39) verschlossen sind. Dieser Dorn (39) ist gegen den Drucke einer Feden (40) verschiebbar, sodaß die Auslaßdüsen (38) mit Dorn und Feder als Druckbegrenzungsventil winken.

Claims

PAT ENTANS PRÜC HE:

Pumpe (3) ,insbesondere Schmierölpumpe, bei der der Druck in der Förderleitung konstant gehalten wenden soll tind bei der eine Förderstromregulierung unabhängig von der Pumpendrehzahl und dem Fördervolumen der Pumpe durch ein Druckbegrenzungsventil^ ) vorgenommen wi»~d,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Druckbegrenzungsventil (1 ), welches nach dem Injektorprinzip Hochdruckfluid durch eine Düse (8), deren Querschnitts-Fläche verstellbar ist, auf die Saugseite der Pumpe führt und damit den saugsei tigen Pumpendrucjjc erhöht, so außerhalb des Pumpen- oder Motorgehäuses - vorzugsweise im Pumpensaugrohr in der Ölwanne - angeordnet ist, daß die Pumpe selber oder, das Pumpengehäuse oder das Motorgehäuse nicht eigens für den Einbau dieses Druckbegrenzungsventils (1) eingerichtet werden muß.

Pumpe unter Patentanspruch 1
zusätzlich dadurch gekennzeichnet,

daß bei dem nach dem Injektorprinzip arbeitenden Druckbegrenzungsventil (1 ) in Abhängigkeit von der Größe der Qu er schnitt? fläche der Düse (3) die minimale Querschnittsfläche des Mischungskanals (13) eingestellt wird.

3. Pumpe unter Patentanspruch 1 oder 2
zusätzlich dadurch gekennzeichnet,

daß in oder hinter der minimalen Querschnittsfläche des Mischungs kanals (13)oder in oder hinter dem Diffusor (15) ein oder mehrere Nachsaugventile (1 7) angebracht sind.

4. Zahnradpumpe (20) oder konstante Flügelzellenpumpe bei der eine Förderstrom^egulierung unabhängig von der Pumpendrehzahl oder dem Fördervolumen der Pumpe vorgenommen werden soll, dadurch gekennzeichnet,

daß ein oder mehrere Ventile (24), die einen Fluidfluß von der Förderseite zur Saugseite der Pumpe steuern und deren Auslaß öffnungen (26) als Düsen mit verstellbarer Querschnitts fläche ausgebildet sind, derartig im Saugraum der Pumpe angebracht sind, daß die Auslaßöffnungen (26) auf die Zähne (29) oder Flügel der Pumpenräder gerichtet sind und damit de^ Druck des Strahle? aus der Auslaßöffhung ein Drehmoment in Bewegungsrichtung der Pumpen^äde·-' erzeugt.

5. Pumpe unter Patentanspruch 4

zusätzlich dadurch gekennzeichnet,

daß das ode·^ die Ventile (24) als Druckbegrenzungsventile ausgebildet sind, die den Druck im Förderkanal konstant halten.

6. Pumpe (30), bei der eine Förderstromregulierung unabhängig von der Pumpendrehzahl und dem Fördervolumen der Pumpe vorgenommen werden soll und bei der ein zumindest teilweiser Rückgewinn von für eine zu große Fördermenge zuvielverbrauchter Energie vorgenommen werden soll,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Welle oder Achse eines Pumpenrades k^aftschlüssig mit der Hohlachse (36) eines Segner'schen Rades (32) verbunden ist und vom Förderkanal der Pumpe ein Kanal (35) zur Hohlachse (36) führt, sodaß Fluid vom Förderkanal (34) durch den Kanal (35), durch die Hohlachse (36) und durch die Kanäle (37) im Segneer'sehen Rad (32) zu den Auslaßdüsen (38) strömt, und daher der Rückstoß gegen diese

Auslaßdüsen ein Drehmoment auf das Segner'sehe Rad erzeugt und somit diese Drehmoment über den Kraftschluß auch auf das Pumpenrad wirkt

und daß der Fluidstrom durch das Segner'sche Rad gesteuert werden kann.

7. Pumpe unter Patentanspruch 6

zusätzlich dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuerung des Fluidstromes durch das Segner'sehe Rad (32) mit Hilfe von in den Auslaßdüsen (38) angebrachten Vorrichtungen geschieht, die als Druckbegrenzungsventile arbeiten , und somit den Pumpen förderdruck begrenzen.