DE3734928A1 - Kolbenpumpe und leistungsregelventil fuer eine kolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbesondere Radial­ kolbenpumpe, mit einem Gehäuse mit einem Druckmittelzulauf und einem Druckmittelauslauf und ein Leistungsregelventil für eine Kolbenpumpe.

Eine Leistungsregelung einer Kolbenpumpe war bisher nur in einem relativ begrenzten Umfange möglich. So wurde für die­ sen Zweck z.B. eine Drehzahlregelung der Pumpe oder eine Druckregelung vorgenommen. Eine gute Leistungsregelung ist jedoch insbesondere im Kraftfahrzeugbereich erwünscht, so z.B. wenn mit einer Pumpe Verbraucher versorgt werden sol­ len, die in ihrer Leistungsabnahme schwankend sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpumpe zu schaffen, deren Leistungsabgabe mit ein­ fachen Mitteln und relativ genau geregelt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in die Ansaugleitung oder im Ansaugbereich der Kolbenpumpe ein Leistungsregelventil mit einem Ventilgehäuse, das mit einem Strömungskanal zwischen einem Einlauf und einem Auslauf ver­ sehen ist, angeordnet ist, wobei das Leistungsregelventil mit einem Drehkolben versehen ist, dessen Drehachse senk­ recht zum Einlauf liegt, und der eine derartige Form aufweist, daß er in einer Endstellung einen maximalen Durchflußquerschnitt freiläßt, der sich in Richtung auf eine andere Endstellung hin verkleinert, in der der Durchflußquer­ schnitt einen Minimalwert erreicht oder ganz geschlossen ist.

Durch die Anordnung eines Leistungsregelventiles in der Saug­ leitung der Kolbenpumpe läßt sich auf einfache Weise und relativ genau die Abgabeleistung der Kolbenpumpe regeln. Praktisch wird eine kontinuierliche Leistungsregelung durch Verändern des Saugquerschnittes der Pumpe erreicht. Das Lei­ stungsregelventil kann dabei in die Kolbenpumpe selbst ein­ gebaut oder an diese angeflanscht werden. Ebenso ist auch eine Anordnung in der von einem Tank kommenden Ansaugleitung möglich.

Das Leistungsregelventil selbst kann grundsätzlich von be­ kannter Bauart sein. So kann z.B. der Drehkolben so ausge­ bildet sein, daß er in einem Schnitt in der Ebene des Einlaufes und senkrecht zu seiner Drehachse wenigstens annähernd eine Halbkreisform aufweist. Größe und Form des Drehkolbens richten sich selbstverständlich nach der Form und der Größe des abzusperrenden Strömungskanales.

In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Drehkolben wenigstens annähernd ei­ ne Zylinderform aufweist, wobei der Zylinder auf einer Seite bis fast zur Mittellinie hin eine Abflachung oder eine Aussparung aufweist.

Je nach Stellung des Drehkolbens ist somit der Strömungs­ kanal gesperrt oder - wenn die Abflachung parallel zur Strö­ mungsrichtung ausgerichtet ist bzw. die Aussparung sich mit dem Einlauf deckt, ein maximaler Durchflußquerschnitt offen.

Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung des Drehkolbens mit einer Abflachung besteht darin, daß die durch die Abflachung entstandene Steuerkante beginnend von dem größten Durchfluß­ querschnitt aus in einem positiven Winkel von der Mittel­ linie aus schräg nach außen ansteigt.

Durch diese Ausgestaltung wird ein besseres Regelverhalten, d.h. eine gleichmäßige Leistungsänderung bei einer Verstel­ lung des Drehkolbens erreicht.

Eine weitgehend lineare Kennlinie über den gesamten Verdreh­ winkel und damit eine lineare Veränderung der Durchflußmenge wird erreicht, wenn in einer weiteren vorteilhaften Weiter­ bildung vorgesehen ist, daß die ansteigende Steuerkante im Endbereich kurz vor der minimalen Durchflußstellung oder der Schließstellung in Richtung zur Mittellinie hin abgebogen ist.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, daß der Zylinder einen freien Innenraum aufweist, der mit der Aussparung und dem Auslauf verbunden ist.

Wenn die Aussparung wenigstens annähernd eine Tropfenform aufweist, wird ebenfalls ein besseres Regelverhalten (lineare Veränderung) erreicht.

Zur exakten Festlegung und ggf. zur Einstellung bzw. Verände­ rung der Öffnungsstellungen des Drehkolbens kann vorgesehen sein, daß in dem Gehäuse wenigstens eine Anschlagschraube oder ein Anschlagstift angeordnet ist, die bzw. der in einer oder in beiden Endstellungen an dem Drehkolben anschlägt. Bei Bedarf kann die Anschlagschraube bzw. der Stift auch justierbar sein.

In einer einfachen Ausgestaltung kann hierzu vorgesehen sein, daß in der Steuerkante eine Ausnehmung für die An­ schlagschraube in der minimalen Durchfluß- oder Schließstel­ lung angeordnet ist. Gleiches gilt für die Ausgestaltung mit der Aussparung in dem Zylinder.

Eine weitere sehr vorteilhafte und nicht naheliegende Ausge­ staltung des Drehkolbens besteht darin, daß dieser mit einer Verbindungsleitung versehen ist, über die in Schließstellung des Ventiles eine Verbindung zwischen dem Einlauf und dem Auslauf hergestellt ist.

Bei einer vollständigen Absperrung der Ansaugleitung würde sich ein Unterdruck in der Kolbenpumpe einstellen, wodurch u.a. auch axiale Kräfte auftreten würden. Durch die Aufrecht­ erhaltung eines Minimalstromes über die Verbindungsleitung wird ein Unterdruckaufbau vermieden, womit eine Kräftekompen­ sation und ein besseres Regelverhalten erreicht wird. Weiter­ hin dient diese Verbindungsleitung auch dazu, daß die Pumpe nicht heißläuft, denn es bleibt ein Minimaldurchfluß beste­ hen. Gleichzeitig wird damit auch ein nachgeschalteter Ver­ braucher gekühlt bzw. stets mit einer Restmenge versorgt. Ein weiterer Vorteil der Verbindungsleitung, die praktisch als gezielte Blende wirkt, besteht darin, daß dadurch die Pumpe bei Abregelung nur geringe Geräusche erzeugt. Dies bedeutet, sie ist auch im abgeregelten Zustand leise.

Die Verbindungsleitung kann auf verschiedene Weise herge­ stellt werden.

In einfacher Weise wird hierzu eine Umfangsnut in den Dreh­ kolben eingebracht, die in Schließstellung eine Verbindung zwischen dem Einlauf und dem Auslauf herstellt.

Die Verstellung des Drehkolbens kann manuell oder automa­ tisch, z.B. über einen Stellantrieb, erfolgen.

Dies bedeutet, man kann die Leistungsabgabe der Pumpe in Ab­ hängigkeit vom Bedarf des oder der Verbraucher steuern oder regeln. Ebenso läßt sich damit auch eine viskositätsunab­ hängige Saugregelung erreichen.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Leistungsregelventil in Schließstellung

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in der Fig. 1 (mit einem um 90 Grad gedrehten Drehkolben)

Fig. 3 eine Ansicht des Leistungsregelventiles von der Einlaufseite aus

Fig. 4 Darstellung von Kennlinienverläufen

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein Leistungsregelventil

anderer Bauart nach der Linie V-V der Fig. 6

Fig. 6 eine Stirnansicht (mit Teilschnitt) des Ventiles nach Fig. 5 aus Pfeilrichtung A der Fig. 5 gesehen

Fig. 7 eine vergrößerte Draufsicht auf die Aussparung in dem Drehkolben nach den Fig. 5 und 6.

Eine Kolbenpumpe, z.B. eine Radialkolbenpumpe 1, ist auf der Einlaufseite mit einem Leistungsregelventil 2 versehen. Da die Radialkolbenpumpe 1 von bekannter Bauart ist, ist sie in der Fig. 1 nur gestrichelt in ihrem Umriß dargestellt. Das Leistungsregelventil 2 nach den Fig. 1-3 weist ein Gehäuse 3 auf, das über einen Gewindeanschlußstutzen 4 mit der Kolbenpumpe 1 in nicht näher dargestellter Weise verbunden ist. In dem Gehäuse 3 befindet sich ein Strömungskanal 5 zwischen einem Einlauf 6 und einem Auslauf 7.

In eine Bohrung des Gehäuses 3 ist quer zur Strömungsrich­ tung d.h. senkrecht zum Einlauf 6 ein Drehkolben 8 eingesetzt.

In einem Schnitt in Strömungsrichtung und senkrecht zu sei­ ner Drehachse 9 weist der Drehkolben wenigstens annähernd eine Halbkreisform auf (siehe Fig. 2). Wie weiter aus der Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Zylinder auf einer Seite bis fast zur Mittellinie 10 hin abgefräst, d.h. er besitzt eine Steuerkante 11, die eine Verbindung zwischen dem Einlauf 6 und dem Auslauf 7 herstellt, wobei diese Position den maxima­ len Durchflußquerschnitt definiert. Durch Drehung des Dreh­ kolbens 8 wird somit der Saugquerschnitt der Pumpe verän­ dert. Die Drehung kann durch einen aufgeflanschten Antrieb (nicht dargestellt) erfolgen, der über nicht näher darge­ stellte Verbindungsglieder mit dem Drehkolben 8 verbunden ist. Hierzu kann z.B. der Drehkolben 8 außenseitig eine Aussparung 12 aufweisen, in die ein Stellantrieb eingreift.

Die Stellung des Drehkolbens 8 muß nicht unbedingt erfaßt werden. Über die von der Pumpe angesaugte Fördermenge werden ein oder mehrere Verbraucher betrieben, z.B. ein Hydromotor. Dessen Reaktion kann erfaßt werden und z.B. über eine Elek­ tronikschaltung wird dann der Stellantrieb für den Drehkol­ ben 8 nachgeregelt. Dies bedeutet der Antrieb selbst kann ohne Rückführungen sein. Damit wird die Saugregelung weitge­ hend viskositätsunabhängig.

Durch eine entsprechende Gestaltung des Drehkolbens bzw. der Abfräsung bzw. Abflachung läßt sich das Ansaugverhalten bzw. der Ansaugquerschnitt der Kolbenpumpe beeinflussen. Dies ist prinzipmäßig in der Fig. 4 dargestellt, wobei auf der Abszis­ se 13 der Drehwinkel α des Drehkolbens 8 und auf der Ordi­ nate 14 die Durchflußmenge V angegeben sind. Die in diesem Diagramm dargestellte gestrichelte Linie 15 stellt die Durch­ flußmenge dar, wenn die Abflachung 11 etwas knapp über der Mittellinie 10 parallel dazu verläuft. Aus Abdichtgründen ist die Steuerkante 11 etwas über der Mittellinie 10 angeord­ net.

Aus der Linie 16 ist ersichtlich, daß bei einer Steuerkante 11, die beginnend von größten Querschnitt in einem positiven Winkel von der Mittellinie 10 aus schräg nach außen ansteigt ein besseres Regelverhalten erreicht wird. Wie ersichtlich wird eine Proportionalität zwischen Drehwinkeländerung des Drehkolbens und Mengenänderung erreicht. Hierzu ist es auch erforderlich, daß die Steuerkante 11 im Endbereich 17 kurz vor der minimalen Durchflußstellung oder der Schließstellung in Richtung zur Mittellinie 9 hin wieder abgebogen ist.

Zur Vermeidung eines Unterdruckes bei Abregelung ist die Um­ fangswand des Drehkolbens 8 mit einer Umfangsnut 18 als Ver­ bindungsleitung zwischen dem Einlaß 6 und dem Auslaß 7 verse­ hen. Die Umfangsnut 18 ist aus der Fig. 1, die die geschlos­ sene Stellung des Drehkolbens 8 im Unterschied zu der offe­ nen Stellung in der Fig. 2 darstellt, und aus der Fig. 3, in der der Drehkolben 8 wiederum in Offenstellung dargestellt ist, ersichtlich. Neben einer Saugdruckentlastung dient die Umfangsnut 18 auch als Schmierstelle zur Vermeidung von Temperaturschocks. Ebenso kann sie bei genauer Fertigung als Blende zur Erreichung eines Mindestförderstromes dienen, die die Mindestversorgung von nachgeschalteten Verbrauchern sicher stellt. Ebenso werden Pumpengeräusche im abgeregelten Zustand, die durch Kavitation entstehen können, reduziert.

Ein justierbarer Endanschlag für beide Drehrichtungen durch eine Anschlagschraube 19 oder einen Anschlagstift erlaubt Änderungen bezüglich einem minimalen und einem maximalen Öffnungsquerschnitt. Die Anschlagschraube 19 ist in eine Bohrung in dem Gehäuse 3 eingesetzt und ragt mit ihrem unteren Ende bis zur Steuerkante 11. Wenn die Anschlagschraube 19 außerhalb der Drehachse 9 angeordnet ist, kann sie beide Endstellungen definieren. Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß sie in der maximalen Öffnungsstellung mit ihrer Unterseite auf die Steuerkante 11 drückt und damit einen Anschlag bildet. Wird der Drehkolben 8 in Pfeilrichtung A in Schließstellung gedreht, so liegt die Anschlagschraube 19 mit ihrem Schaft in einer Ausnehmung 20 in dem Drehkolben, die von der Steuerkante 11 aus einge­ bracht ist.

Die Herstellung des Drehkolbens 8 kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, daß man in einen Zylinder die Umfangsnut 18 einbringt und anschließend mit einem Formfräser die Ab­ flachung mit der Steuerkante 11 einfräst.

In den Fig. 5-7 ist eine andere Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Leistungsregelventiles dargestellt. Grundsätzlich ist es jedoch von gleichem Aufbau, weshalb für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet worden sind. Der wesentliche Unterschied gegenüber dem in den Fig. 1-3 darge­ stellten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß der Einlauf 6 nicht von einer Stirnseite aus, sondern von der Seite her erfolgt, wobei der Auslauf 7 wieder an einer Stirnseite ange­ ordnet ist. Auf diese Weise baut das Leistungsventil kürzer.

Durch den geänderten Einlauf 6 ist auch der Einbau des Dreh­ kolbens 8 anders. Er liegt, wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, in Längsrichtung des Leistungsregelventiles, wobei er ebenfalls außenseitig eine Aussparung 12 für einen Stellan­ trieb aufweist. Der Drehkolben 8 ist mit einer Aussparung 21 in seiner Umfangswand versehen und weist einen freien Innen­ raum 22 auf, der über die Aussparung 21 - entsprechend ihrer Stellung - mit dem Einlauf 6 und dem Auslauf 7 in Verbindung steht, wozu der Drehkolben 8 auf seiner hinteren Stirnseite ebenfalls eine Öffnung aufweist, die mit dem Auslauf 7 fluch­ tet.

In den Fig. 5 und 6 ist eine Stellung der Aussparung 21 dar­ gestellt, in der gerade eine teilweise Fluchtung mit dem Einlauf 6 stattfindet. Dreht man den Drehkolben 8 im Uhrzei­ gersinn, so findet eine völlige Deckung der Aussparung 21 mit dem Einlauf 6 und damit ein maximaler Durchfluß statt. Umgekehrt bei einer Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn wird der Einlauf abgesperrt. Die Umfangswand des Drehkolbens 8 kann ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1-3 mit einer Umfangsnut 18 zur Aufrechterhaltung eines Min­ deststromes versehen sein.

Um ein Regelverhalten zu erreichen, das dem in der Fig. 4 dargestellten gleich oder wenigstens ähnlich ist, kann man die Form der Aussparung 21 entsprechend ausgestalten. Dies bedeutet, daß sie in der Draufsicht gesehen von der Kreis­ form abweicht und eine wenigstens annähernd tropfenförmige Ausgestaltung besitzt (siehe Fig. 7).

Claims (13)

1. Kolbenpumpe, insbesondere Radialkolbenpumpe, mit einem Gehäuse mit einem Druckmittelzulauf und einem Druckmittel­ auslauf, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ansaugleitung oder im Ansaugbereich der Kolbenpumpe (1) ein Leistungsregelventil (2) mit einem Ventilgehäuse (3), das mit einem Strömungskanal (5) zwischen einem Einlauf (6) und einem Auslauf (7) versehen ist, angeordnet ist, wo­ bei das Leistungsregelventil (2) mit einem Drehkolben (8) versehen ist, dessen Drehachse (9) senkrecht zum Einlauf liegt, und der eine derartige Form aufweist, daß er in einer Endstellung einen maximalen Durchflußquerschnitt freiläßt, der sich in Richtung auf eine andere Endstellung hin verklei­ nert, in der der Durchflußquerschnitt einen Minimalwert er­ reicht oder ganz geschlossen ist.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkolben (8) in einem Schnitt in der Ebene des Ein­ laufs und senkrecht zu seiner Drehachse (9) wenigstens annä­ hernd eine Halbkreisform aufweist.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkolben (8) wenigstens annähernd eine Zylinderform aufweist, wobei der Zylinder auf einer Seite bis fast zur Mittellinie (10) hin eine Abflachung (11) oder eine Ausspa­ rung (21) aufweist.

4. Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Abflachung entstandene Steuerkante (11) für die Strömung beginnend von dem größten Querschnitt aus in einem positiven Winkel (a) von der Mittellinie aus schräg nach außen ansteigt.

5. Kolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ansteigende Steuerkante (11) im Endbereich kurz vor der minimalen Durchfluß- oder Schließstellung in Richtung zur Mittellinie (10) hin abgebogen ist.

6. Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder einen freien Innenraum aufweist, der mit der Aussparung (21) und dem Auslauf (7) verbunden ist.

7. Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (21) wenigstens annähernd eine Tropfenform aufweist.

8. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (3) des Leistungsregelventiles (1) eine An­ schlagschraube oder ein Anschlagstift (19) angeordnet ist, die in einer oder beiden Endstellungen an dem Drehkolben (8) anschlägt.

9. Kolbenpumpe nach Anspruch 4 oder 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerkante (11) eine Ausnehmung (20) für die An­ schlagschraube oder -stift (19) in der minimalen Durchfluß- oder Schließstellung angeordnet ist.

10. Kolbenpumpe nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Endanschläge der Anschlagschraube bzw. des Stif­ tes (19) justierbar ist.

11. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkolben (8) des Leistungsregelventiles (2) mit einer Verbindungsleitung (18) versehen ist, über die im abgesperr­ ten Zustand eine Verbindung zwischen dem Einlauf (6) und dem Auslauf (7) besteht.

12. Kolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung als Umfangsnut (18) ausgebildet ist.

13. Leistungsregelventil für eine Kolbenpumpe, insbesondere Radialkolbenpumpe, gekennzeichnet durch ein in die Saugleitung der Kolbenpumpe einsetzbares Ventil­ gehäuse (3) mit einem Strömungskanal (5) zwischen einem Ein­ lauf (6) und einem Auslauf (7) und mit einem Drehkolben (8), dessen Drehachse senkrecht zum Einlauf liegt, wobei der Dreh­ kolben eine derartige Form aufweist, daß er in einer Endstel­ lung einen maximalen Durchflußquerschnitt frei läßt, der sich in Richtung auf eine andere Endstellung verkleinert, in der der Durchflußquerschnitt einen Minimalwert erreicht oder ganz geschlossen ist.