DE4428410C2 - Kompakte Regeleinheit für eine Flügelzellenpumpe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regeleinheit für die Verstellung eines Stellringes einer regelbaren Flügelzellenpumpe, wobei die Regeleinheit mindestens aus einem Stellkolben und einer Rückstellfeder besteht, welche auf einen Stellzapfen am Stellring der Flügelzellenpumpe wirken, wobei der Stellkolben und die Rückholfeder auf derselben Seite des Stellelementes angeordnet sind.

Eine entsprechende Reglereinheit für eine Flügelzellenpumpe ist aus der DE-34 46 603 A1 bekannt. Eine solche Flügelzellenpumpe weist einen zentralen Rotor mit radial beweglichen Flügeln auf, der innerhalb eines Stellringes exzentrisch rotiert. Zwischen den Flügeln des Rotors und der Innenwand des Stellringes wird ein Flügelzellenvolumen definiert, welches sich wegen der exzentrischen Position des Rotors relativ zum Stellring während eines Umlaufes ändert. Dieser Effekt wird zum Pumpen benutzt, indem in Bereichen, in welchen das Flügelzellenvolumen in Rotationsrichtung zunimmt, die Flügelzellen mit einem sogenannten Saugraum verbunden werden, während in den Bereichen, in denen das Flügelzellenvolumen in Rotationsrichtung abnimmt, diese Flügelzellen mit dem Druckraum der Pumpe verbunden sind. Bei regelbaren Flügelzellenpumpen ist die Exzentrizität des Stellringes gegenüber dem Rotor verstellbar, wodurch die Volumen­ änderung der Flügelzellen im Saug- und im Druckbereich vergrößert oder verkleinert wird, so daß dementsprechend auch das Fördervolumen der Pumpe insgesamt variiert wird.

Der Rotor ist z. B. im Gehäuse der Pumpe ortsfest gelagert und der Stellring kann dann an einem Ende um eine Achse parallel zur Rotorachse schwenkbar aufgehängt sein, während das andere Ende des Stellringes außen mit einem sogenannten Stellzapfen versehen ist. An diesem Zapfen greift eine Reglereinheit an, die aus einem Stellkolben und einer Rückstellfeder besteht. Üblicherweise greift auf einer Seite des Stellzapfens der Stellkolben an, während auf der gegenüberliegenden Seite des Zapfens eine Druckfeder anliegt. Der Zylinder oder Kolbenraum, in welchem der Stellkolben geführt und mit Druck beaufschlagt wird, ist mit dem Druckraum der Pumpe verbunden, und die relative Lage des Stellringes zum Rotor stellt sich so ein, daß der Kolben, welcher bei zunehmender Druckbeaufschlagung gegen die Kraft der Rückstellfeder den Stellzapfen und damit den Stellring der Flügelzellenpumpe verschiebt, die Exzentrizität des Stellringes mit zunehmendem Druck verkleinert, so daß der gewünschte Regeleffekt eintritt, indem hierdurch die Fördermenge der Pumpe verringert und damit, in einem System mit einem vereinfacht als Drossel angenommenen Verbraucher, der Ausgangsdruck auf einen Gleichge­ wichtszustand eingeregelt wird.

Derartige Pumpen finden z. B. als Schmiermittelpumpen in den Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen Verwendung.

Eine entsprechende Regeleinheit kann jedoch auch z. B. zur Steuerung eines Drosselventils oder an anderen Einstellelementen in einem Hydrauliksystem verwendet werden.

Bei den bekannten Regeleinheiten besteht jedoch ein Nachteil darin, daß sie relativ viel Platz beanspruchen. So muß z. B. bei der oben beschriebenen Flügelzellenpumpe auf der einen Seite des Zapfens des Stellringes im Gehäuse der Pumpe ein Zylinder bzw. ein Hohlraum für die Aufnahme und Führung des Stellkolbens vorgesehen werden und auf der anderen Seite muß eine entsprechende Halterung und Führung für die Rückstellfeder bereitgestellt werden.

Damit die Regelcharakteristik nicht allzu stark von den Kräften beeinflußt wird, die zwischen Rotor und Stellring in den Flügelzellen wirken, muß außerdem die wirksame Kolbenfläche hinreichend groß und die Feder entsprechend stark sein, um die gewünschte Regelcharakteristik zu enthalten. Dies belastet nicht nur den zwischen Kolben und Feder eingeklemmten Stellzapfen, sondern erfordert entsprechend großdimensionierte Kolben und Rückstellfedern. Die Reglereinheit nimmt daher einen beträchtlichen Teil des Gesamtvolumens einer Flügelzellenpumpe in Anspruch. Außerdem ist die Montage bzw. der Zusammenbau der Stellelemente mit dem Kolben und der Feder wegen der von diesen gegeneinander ausgeübten Kräfte schwierig, weil das Stellelement zwischen den gegeneinander drückenden Enden von Kolben und Feder eingesetzt werden muß.

Bei der aus der DE-34 46 603 A1 bekannten Regeleinheit ist ein Stellkolben, innerhalb dessen die Rückstellfeder aufgenommen ist, als ein die Rückstellfeder hydraulisch unterstützender Kolben vorgesehen, dem auf der gegenüberliegenden Seite des Stellringes der eigentliche Stellkolben entgegenwirkt. Die Anordnung der Feder in einem als Hohlzapfen ausgebildeten Kolben, bzw. das zusätzliche Vorsehen eines die Feder hydraulisch unterstützenden Kolbens, ist gegenüber anderen bekannten Flügelzellenpumpen in keiner Weise platzsparend, sondern ist relativ aufwendig, benötigt zusätzlichen Raum und auch eine entsprechende hydraulische Ansteuerung.

Aus der GB-874,962 ist ebenfalls eine Flügelzellenpumpe bekannt, bei welcher gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Feder im Inneren eines hohlen, als gleitender Kolben ausgebildeten Teiles angeordnet ist. Auch bei dieser Flügelzellenpumpe ist jedoch der eigentliche Stellkolben auf der der Wirkrichtung der Feder entgegengesetzten Seite angeordnet und greift von dort an dem kolbenartigen Teil an, in welchem die Feder aufgenommen ist.

Auch diese Variante ist daher relativ platzaufwendig.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Reglereinheit mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, die sich durch einen geringeren Platzbedarf und einen vereinfachten Zusammenbau auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stellkolben unmittelbar in den Druckraum der Flügelzellenpumpe hineinragt, bei welcher die Drehrichtung eines Rotors und die Exzentrizität eines Stellringes so eingestellt sind, daß der Druckraum radial außerhalb des Stellringes liegt, und daß der Stellkolben als Hohlzapfen ausgebildet ist, eine Druckfeder aufnimmt und unmittelbar mit dieser in Eingriff steht.

Das aus dem Druckraum herausragende Ende des Stellkolbens kann z. B. eine seitliche, vorzugsweise ringförmig umlaufende, Aussparung für den Eingriff mit dem Zapfen des Stellringes der Flügelzellenpumpe haben.

Erfindungsgemäß ist die Regeleinheit dadurch vereinfacht, daß die Drehrichtung des Rotors oder die Exzentrizität des Stellringes gegenüber dem Rotor von herkömmlichen Flügelzellenpumpen umgekehrt ist. Bei herkömmlichen Flügelzellenpumpen sind im Bereich der Flügelzellen axial in der Gehäusewand Öffnungen vorgesehen, die bei gegebener Rotationsrichtung und bei gegebener Exzentrizität im Druckbereich der Flügelzellen liegen, d. h. dort, wo das Flügelzellenvolumen in Drehrichtung abnimmt. Dagegen sind in dem Bereich der Flügelzellen, in dem ihr Volumen bei der gegebenen Exzentrizität des Stellringes in Drehrichtung zunimmt, radiale Öffnungen im Stellring vorgesehen, so daß der radial außerhalb des Stellringes liegende Bereich des Gehäuses einen Saugraum definiert. Die Bewegung des Stellringes wird dabei im allgemeinen so begrenzt, daß die Exzentrizität nur zu einer Seite hin auftreten und bestenfalls auf Null reduziert werden kann, nicht jedoch umgekehrt wird.

Bei einer Verschiebung der Exzentrizität zur anderen Seite hin oder wahlweise auch bei einer Umkehrung der Drehrichtung des Rotors werden aber die Rollen von Druck-, und Saugraum vertauscht. Bei einer solchen Flügelzellenpumpe wird also das Pumpmedium bzw. Öl axial durch Öffnungen in der Gehäusewand in die sich in Drehrichtung vergrößernden Flügelzellen eingesaugt, und wird dann in radialer Richtung durch Öffnungen im Stellring in den Raum außerhalb des Stellringes ausgestoßen. Das den Stellring aufnehmende Gehäuse wird damit zum Druckraum und ein in dieses Gehäuse hineinragender Stellkolben wird damit unmittelbar vom Druck der Pumpe beaufschlagt, ohne daß irgend ein separater Druckraum oder irgendwelche Zuleitungen zwischen der Druckseite der Pumpe und einem Druckraum des Stellkolbens erforderlich wären.

Dies vereinfacht die Ausgestaltung und Anordnung der Regeleinheit, weil nunmehr das Pumpengehäuse lediglich noch eine Führungsbohrung für die Aufnahme des Kolbens und der Feder aufweisen muß, die dann, nach dem Einsetzen des Kolbens mit der Feder und dem Ineingriffbringen des Kolbenendes mit dem Stellring oder Stellringzapfen, lediglich noch durch einen Deckel als Widerlager für die Feder verschlossen werden muß. Dieser Deckcel darf dabei jedoch nicht dicht abschließen oder muß eine Entlüftungsöffnung aufweisen, damit der Kolben nur unter dem Einfluß des Druckes im Innern des Gehäuses der Pumpe und dem Gegendruck der Feder bewegt wird.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen einzigen Figur.

Die Figur zeigt eine Flügelzellenpumpe, bei welcher die Drehrichtung des Rotors gegenüber herkömlichen Flügekzellenpumpen umgekehrt ist und damit Druck- und Saugseite der Pumpe ausgetauscht sind.

In der Figur erkennt man eine Flügelzellenpumpe, die insgesamt mit 20 bezeichnet ist und die nach außen durch ein Gehäuse 8 abgeschlossen ist, welches an geeigneten Aggregaten eines Kraftfahrzeuges montiert sein kann. Im Inneren des Gehäuses 8 ist ein Stellring 4 um eine Welle 9 schwenkbar gelagert. Der Stellring 4 hat im wesentlichen die Form eines Hohlzylinders mit dem zusätzlich daran angesetzten Stellzapfen 3 und einem Flanschansatz 28 für die Welle 9. Der Stellring 4 kann mit Hilfe des Stellzapfens 3 im Gehäuse 8 um die Welle 9 verschwenkt werden und liegt mit seinen Stirnseiten 4a dicht an den entsprechenden Gehäuseinnenflächen an.

In dem zylindrischen Hohlraum des Stellringes 4 befindet sich ein bezüglich des Gehäuses 8 ortsfester Rotor 10, der aus einer zentralen Welle 13, einem äußeren Führungsring 11, Flügel 12 und einem inneren Führungsring 14 besteht. Der Stellring 4 ist im allgemeinen exzentrisch hierzu verschwenkt oder verschoben. Der gesamte Rotor 10 wird über die im Gehäuse 8 gelagerte Welle 13 angetrieben, wobei sich die Flügel 12 in radialer Richtung stets so verschieben, daß sie sich mit ihren radial äußeren Kanten an die Innenwand des Stellringes 4 anlegen. Die Rotations­ richtung des Rotors wird durch einen Pfeil 29a auf der Welle 13 angedeutet. Bei der angegebenen Rotationsrichtung und der gezeigten, exzentrischen Position des Stellringes 4 bezüglich des Rotors 10 nimmt das zwischen dem äußeren Ring 11, benachbarten Flügeln 12 und der Innenwand des Stellringes 4 definierte Flügelzellenvolumen im rechten Teil der Figur zu, während es im linken Teil wieder abnimmt.

Dementsprechend wirkt der Raum 15 als Saugraum, während der Raum 26a ein Druckraum ist.

Die Feder 2 ist mit Spielpassung in der Sackbohrung 30 des Zapfens aufgenommen und wird so gleichzeitig geführt und zentriert. Die Feder 2 stützt sich entweder innen an der Gehäusewand des Gehäuses 8 oder auf einem Ansatz an der Innenwand des Gehäuses oder auf einem nicht dargestellten Verschlußdeckel 24 ab und spannt den Kolben 1 gegen den im Druckraum 26 wirkenden Druck vor. Je nach Verhältnis des Druckes im Druckraum 26a zur Federkraft der Feder 2 wird der Stellring 4 mehr oder weniger nach oben oder unten verschwenkt. Eine Abnahme des Druckes führt dabei zu einer Verschiebung des Kolbens 1 nach oben, was die Exzentrizität des Stellringes 4 zum Rotor 10 und damit auch die Förderleistung der Pumpe vergrößert. Eine Zunahme des Druckes führt zu einer Verschiebung des Kolbens 1 nach unten gegen die Kraft der Feder 2, wobei über den Mitnehmer 7 des Führungszapfens 16 der Stellzapfen 3 des Stellringes 4 mitbewegt wird und so die Exzentrizität der Pumpe und damit deren Förderleistung verkleinert. Bei einer gegebenen Feder und einer vorgegebenen Querschnittsfläche des Kolbens 1, die gegen die Kraft der Feder vom Druck beaufschlagt wird, stellt sich im allgemeinen, d. h. ab einer gewissen Mindestdrehzahl der Pumpen, abhängig vom hydraulischen Widerstand des Verbrauchers, ein im wesentlichen konstanter Druck am Ausgang der Pumpe bzw. im Druckraum 26 ein.

Wie man aus der Figur auch in der mehr oder weniger schematischen Darstellung erkennt, besteht bei der erfindungsgemäßen Pumpe nur noch auf einer Seite des Mitnehmerzapfens 3 ein Platzbedarf für die Aufnahme der beiden wesentlichen Elemente der Reglereinheit, nämlich des Kolbens 1 und der Rückstellfeder 2.

Die Herstellung der Pumpe wird also bei allen Ausführungsformen auch dadurch erleichtert, daß man nur noch auf einer Seite eine Gehäusebohrung für die gemeinsame Aufnahme von Kolben und Feder vorsehen muß. Außerdem wird der ohnehin vorhandene Kolben als Führungselement für die Feder genutzt.

Dabei ist die Rückstellfeder 2 nach wie vor als Druckfeder ausgebildet, wobei lediglich dafür Sorge zu tragen ist, daß die auf den Kolben wirkende Kraft der von der Rückstellfeder 2 ausgeübten Druckkraft entgegenwirkt, was in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die Ausbildung des den Stellring umgebenden Raumes als Druckraum bzw. die Verbindung dieses Raumes mit dem Druckraum 26a ereicht wird. Es versteht sich, daß bei der schematischen Wiedergabe in der Figur die relativen Größenverhältnisse der einzelnen Elemente nicht den tatsächlichen Verhältnissen entsprechen müssen und daß insbesondere die Reglereinheit insgesamt noch wesentlich kompakter aufgebaut werden kann. Es versteht sich, daß umgekehrt auch am Ende des Kolbens eine sich seitlich in eine Aussparung am Stellring 4 eingreifender Zapfen vorgesehen werden könnte.

An dem Deckel 24 ist außerdem noch ein Zentrieransatz 25 zur Fixierung des unteren Endes der Rückstellfeder 2 vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Regeleinheit ist nicht nur platzsparend, sondern erleichtert vor allem auch die Montage einer entsprechenden Pumpe, da nunmehr der Mitnehmerzapfen 3 des Stellringes 4 nicht mehr mühsam zwischen zwei unter Druck gegeneinander wirkende Teile eingefügt werden muß, sondern einfach in die Mitnehmer 7 eingesetzt werden kann, während der Kolben 1 sich z. B. in einer oberen Anschlagposition befindet, in die er unter der Wirkung der Rückstellfeder 2 gedrückt wird. Alternativ kann die Feder 2 auch nach der Montage des Stellringes 4 und dem Einsetzen des Stellzapfens 3 in die Mitnehmer 7 des Kolbens 1 montiert werden, indem sie zusammen mit dem Deckel 24 in die den Kolben aufnehmende Sackbohrung eingesetzt wird.

Gegenüber den bekannten Regeleinheiten für Flügelzellenpumpen, hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß der Stellring bzw. dessen Mitnehmerzapfen keinerlei Fixierung oder Zentrierung für die Druckfeder benötigt und somit kostengünstiger herstellbar ist. Weiterhin werden die am Mitnehmerzapfen des Stellringes ausgeübten Kräfte drastisch reduziert, weil die zwischen Kolben und Druckfeder wirkende Kraft unmittelbar zwischen diesen beiden aufgefangen und nicht über den Mitnehmerzapfen übertragen wird. Daneben wird auch der Zusammenbau der Pumpe erleichtert, wie bereits erwähnt. Der druckbeaufschlagte Raum ist durch den Kolben vom Deckel der entsprechenden, die Regeleinheit aufnehmenden Gehäusebohrung getrennt, so daß keine aufwendigen Dichtungsmaßnahmen ergriffen werden müssen.

Dabei versteht es sich, daß die Drehrichtung des Rotors 10 ebensogut entgegengesetzt sein kann, wenn stattdessen die Exzentrizität des Stellringes 4 bezüglich des Rotors 10 in der entgegengesetzten Richtung eingestellt wird. In beiden Fällen werden Druck- und Saugseite der Pumpe gegenüber herkömmlichen Pumpen vertauscht, d. h. das Pumpmedium bzw. Öl wird durch axial im Bereich der Flügelzellen liegende, nicht dargestellte Öffnungen (vor und/oder hinter der Zeichenebene) eingesaugt und im Druckbereich der Flügelzellen 33 in radialer Richtung durch entsprechende, nicht dargestellte Öffnungen im Stellring 4 ausgestoßen. Vom Außenraum des Stellringes 4 und innerhalb des Gehäuses 8 können dann nicht dargestellte Druckleitungen abzweigen, um die Verbraucher zu versorgen. Damit wird der gesamte, den Stellring 4 umgebende Raum zum Druckraum 26 und es bedarf keiner zusätzlichen Druckkammer, um den Kolben 1 mit Druck zu beaufschlagen. Bezüglich der Zu- und Ableitungen des Pumpmediums ergeben sich keine strukturellen Veränderungen an der Pumpe oder am Pumpengehäuse und die Stellgliedanordnung wird nochmals vereinfacht und verkleinert.

Claims (3)

1. Regeleinheit für die Verstellung eines Stellringes (4) einer regelbaren Flügelzellenpumpe, wobei die Regeleinheit mindestens aus einem Stellkolben (1) und einer Rückstellfeder (2) besteht, welche auf einen Stellzapfen (3) am Stellring (4) der Flügelzellenpumpe wirken, wobei der Stellkolben (1) und die Rückstellfeder (2) auf derselben Seite des Stell­ elementes (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben unmittelbar in den Druckraum der Flügelzellenpumpe hineinragt, bei welcher die Drehrichtung eines Rotors und die Exzentrizität eines Stellringes so eingestellt sind, daß der Druckraum radial außerhalb des Stellringes liegt, und daß der Stellkolben als Hohlzapfen (16) ausgebildet ist, eine Druckfeder (2) aufnimmt und unmittelbar mit dieser in Eingriff steht.

2. Regeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Führungs­ zapfens (16) eine seitliche Aussparung (7) für den Eingriff mit einem Stellelement (3) aufweist.

3. Regeleinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (1) aus mehreren, axial gemeinsam und in einer Richtung begrenzt gegeneinander beweglichen Teilkolben (1, 31) besteht, wobei mindestens ein Anschlag (22) oder mehrere getrennte Anschläge (22) jeweils für einen der Teilkolben (1, 20) vorgesehen sind, welche die gemeinsame Bewegung der Teilkolben (1, 20) nacheinander für die einzelnen Teilkolben begrenzen.