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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rotationspumpe mit variablem
Durchfluss und insbesondere auf eine Zahnradpumpe für Öl gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Solch eine Pumpe ist z. B. aus
GB-A-1152188 oder
BE-A-443167 bekannt.
Wie bekannt, umfasst eine Zahnradpumpe einen Trägerkörper, der eine Ansaugöffnung,
die im Betrieb mit einem Öltank
verbunden ist, abgrenzt, und eine Abgabeöffnung, die im Betrieb mit
einem Abgabekreis verbunden ist, und nimmt zwei gezahnte Rotoren,
die ineinander greifen und eine Vielzahl von Öffnungen abgrenzen, damit Öl von der
Ansaugöffnung
zu der Abgabeöffnung
transportiert wird, auf.
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Die
bekannten Zahnradpumpen des oben beschriebenen Typs werden z. B.
in Kraftfahrzeugen verwendet, um das Öl zu einem Schmierkreislauf
einer entsprechenden internen Verbrennungsmaschine, deren Antriebswelle
einen der Rotoren der Pumpe antreibt und folglich die Drehgeschwindigkeit
der Rotoren einstellt, zu befördern.
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Im
Betrieb ist es notwendig, die Bedingungen sowohl der Sicherstellung
einer ausreichenden Flussrate des Öls zu dem Schmierkreislauf
bei kleinsten Zuständen
der Drehung als auch der Begrenzung der Flussrate und folglich des Öldrucks
bei hohen Drehgeschwindigkeiten zu erfüllen.
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Zu
diesem Zweck sind die bekannten Pumpen des oben beschriebenen Typs
mit einem entsprechenden Bypassventil, das gemäß dem vorliegenden Druck in
dem Abgabekreis das Überschussöl von der
Abgabeöffnung
zu dem Tank zurückführen kann,
ausgestattet.
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Obwohl
sie weit verbreitet sind, sind die bekannten Pumpen des oben beschriebenen
Typs unbefriedigend, weil das Öl,
das durch das Bypassventil zurückgeführt wird,
durch die Pumpe verdichtet wird, die folglich entsprechende mechanische
Verdichtungsenergie von der Mo torwelle aufnimmt, ohne dass diese
Energie danach wirklich verwendet wird.
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GB-A-1152188 offenbart
eine Rotationspumpe mit positiver Verschiebung, die extern ineinander greifende
Zahnräder
aufweist. Ein Schaft ist vorgesehen, ein Zahnrad relativ zu dem
anderen eingreifenden Zahnrad zu bewegen, wodurch die Ausgabe der Pumpe
als Antwort auf den vorliegenden Öldruck auf der Druckseite der
Zahnräder
verändert
wird.
BE-A-443167 offenbart
einen hydraulischen Kreislauf einer ähnlichen Pumpe. Gemäß einer
Veränderung
offenbart
BE-A-443167 ebenfalls
eine Pumpe und einen Motor, die in einer einzigen hydraulischen Vorrichtung,
die eine Antriebswelle und eine Ausgabewelle aufweist, die koaxial
sind und in entsprechende Gruppen von Zahnrädern, die einen Abschnitt einer
Reihe axial fixierter Zahnrädern
bilden, eingreifen, vorgesehen sind. Die Eingabe- und Ausgabewellen
sind axial verschiebbar, um in eine größere oder kleinere Anzahl von
Zahnrädern
einzugreifen, um die Winkelgeschwindigkeit der Ausgabewelle zu verändern.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Rotationspumpe mit variablem
Durchfluss, insbesondere für Öl, zu schaffen,
die es ermöglicht
die oben beschriebenen Probleme einfach und ökonomisch zu lösen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Rotationspumpe mit variablem Durchfluss, insbesondere
für Öl, wie in
Anspruch 1 definiert, vorgesehen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen,
die eine nicht einschränkende
Ausführungsform
der Pumpe zeigen, beschrieben werden, in denen:
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1 eine
bevorzugte Ausführungsform
der Pumpe mit variablem Durchfluss, insbesondere für Öl, perspektivisch
und zum Zwecke der Klarheit mit entfernten Teilen dar, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurde;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines Details der Pumpe aus 1;
und
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3 ist
eine weitere perspektivische Ansicht der Pumpe aus 1 mit
in Schnittansicht gemäß der Linie
III-III aus 2 dargestellten Teilen, darstellt.
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In 1 stellt
Bezugszeichen 1 eine Pumpe mit variablem Durchfluss, insbesondere
eine Pumpe, die in ein Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) eingebaut werden
kann, um Öl
zu einem Schmierkreis einer internen Verbrennungsmaschine (nicht
gezeigt) des Kraftfahrzeuges zu befördern, dar.
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Unter
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen ist die Pumpe 1 vom Zahnradtyp und umfasst
einen Trägerkörper 2,
der auf eine Art und Weise, die bekannt ist und nicht im Detail
beschrieben wird, mit einem Abschnitt des Motors integral verbunden
werden kann und der eine Ansaugöffnung 3 (2),
die mit einem Öltank
(nicht dargestellt) verbunden werden kann, und eine Abgabeöffnung 4,
die mit einem Schmier- oder Abgabekreis verbunden werden kann, aufweist.
Der Körper 2 begrenzt
einen Raum 5, der mit dem Außenraum über die Öffnungen 3 und 4 in Verbindung
steht, und nimmt zwei Sätze 6 und 7 aus Zahnrädern 10 bzw. 11,
die auf der Außenseite
gezahnt sind, auf.
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Die
Räder 10 und 11 jedes
Satzes 6, 7 sind entlang entsprechender Achsen 12 und 13,
die parallel zueinander sind, aufeinandergesetzt und jedes Rad greift
mit einem entsprechenden Rad 10, 11 des anderen
Satzes ineinander. Die Räder 10, 11 haben die
gleiche axiale Dicke, sind in festen axialen Positionen angeordnet
und können
sich um die entsprechenden Achsen 12 und 13 drehen,
um das Öl
von der Öffnung 3 zu
der Öffnung 4 durch
eine Vielzahl von Unterteilungen 14, die durch den Körper 2 und die
Räder 10, 11 abgegrenzt
werden, zu befördern.
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Die
Räder 11 sind
in einer freien Art und Weise mit einem zylindrischen Bolzen 15 (2),
der mit dem Körper 2 verbunden
ist, verstiftet, wobei wenigstens einige der Räder 10 durch eine
koaxiale Welle 16, die mit dem Körper 2 in einer festen
axialen Position und drehenden Weise verbunden ist, gedreht werden.
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Die
Welle 16 umfasst einen externen Endabschnitt 17,
mit dem ein Zahnrad 18 in einer festen Position verstiftet
ist, das durch eine Antriebswelle (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeuges über eine
Kette (nicht gezeigt), die sich um das Zahnrad 18 selbst legt,
angetrieben wird.
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Die
Welle 16 umfasst zusätzlich
einen gekerbten Endabschnitt (nicht sichtbar), mit dem ein koaxialer
Körper 20 verzahnt
ist, der die Form einer Schale hat, und der mit dem gekerbten Abschnitt selbst
in einer axial gleitenden und winkelbezogenen festen Art und Weise
verbunden ist. Der Körper 20 ist durch
eine seitliche Oberfläche 21 außen, die
zwei abgeflachte Abschnitte 22 aufweist, begrenzt, ist komplementär zu in
den Rädern 10 vorgesehenen axialen
Sitzen 23 und greift in die Sitze 23 selbst in einer
axial gleitenden und winkelbezogenen festen Art und Weise ein.
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Der
Körper 20 bildet
ein Teil einer Regeleinheit 25, um die Flussrate der Pumpe 1 gemäß dem Abgabedruck
des Öls
zu verändern.
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Die
Einheit 25 umfasst ebenfalls eine Welle 26, die
sich koaxial zu dem Körper 20 auf
der gegenüberliegenden
Seite der Welle 16 angeordnet befindet, und ein axiales
Ende 27, das an den Körper 20 angrenzt,
ein in einer Schnittansicht gleiches äußeres Profil wie der Körper 20 aufweist
und zwei integrale Vorsprünge 28,
die dem Körper 20 gegenüberliegen,
umfasst.
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Die
Welle 26 definiert die bewegliche Einheit eines einseitig
wirkenden hydraulischen Stellgliedes 29, das ein Teil der
Einheit 25 bildet, und umfasst eine vorgespannte Feder 30,
die axial zwischen den Körper 20 und
eine axiale Schulter 31 der Welle 16 eingefügt ist.
Das Stellglied 29 umfasst zusätzlich eine Steuerungskammer 32,
die in einem Holraumabschnitt 33, der im Innenraum einen
zu dem des Endes 27 komplementären Querschnitt aufweist, vorgesehen
ist, die durch das Ende 27 selbst abgegrenzt ist und mit
der Öffnung 4 über einen
Kanal 34 in Verbindung steht. Folglich ist die Welle 26 in
Bezug auf den Abschnitt 33 winkelmäßig fixiert und gleitet axial
in einer gegen Fluide abgedichteten Weise unter der Einwirkung des
Druckes in der Kammer 32, um den Körper 20 gegen die
Federwirkung der Feder 30 zu verschieben.
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Unter
Bezug auf 1 umfasst die Pumpe 1 zusätzlich eine
Hydraulikspeichervorrichtung 35, die wiederum einen zylindrischen
Hohlraum 36, der in dem Körper 2 entlang einer
Achse 38 vorgesehen ist, umfasst. Der Hohlraum 36 wirkt
in einer axial gleitenden und gegen Fluide abdichtenden Art und
Weise mit einer Platte 39 zusammen, die zwei Kammern 40 und 41 auf
gegenüberliegenden
axialen Seiten abgrenzt, von denen die Kammer 40 ein variables
Volumen aufweist und mit der Öffnung 4 über einen
nicht gezeigten Abschnitt in Verbindung steht, während die Kammer 41 vorzugsweise
in Verbindung mit dem Tank gesetzt wird und eine vorgespannte Feder 42 aufnimmt,
die axial zwischen die Platte 39 selbst und einen fixierten
Anschlagring 43 eingefügt
ist. Die Platte 39 ist den entgegenwirkenden Axialvorschüben des
Druckes in der Kammer 40 und der Federwirkung der Feder 42 ausgesetzt,
damit Öl
zwischen der Kammer 40 und der Öffnung 4 gemäß dem Abgabedruck überführt wird
und damit Veränderungen
des Abgabedruckes kompensiert werden.
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Ausgehend
von einer äußeren Kante,
ist auf einem Abschnitt der seitlichen Oberfläche, die die Kammer 41 begrenzt,
eine Kerbe 45 vorgesehen, die der Vorrichtung 35 ebenfalls
die Funktion eines Sicherheitsbypassventils verleiht. Im Betrieb
wird, wenn der Abgabedruck ansteigt, die Feder 42 durch die
Platte 39 progressiv komprimiert und das Volumen der Kammer 40 steigt
bis zu einem Grenzwert, der einem ma ximalen Abgabedruckniveau entspricht,
wenn die Kammer 40 in Verbindung mit der Kerbe 45 kommt,
an und das Öl
fließt
aus der Kammer 40 nach außen.
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Ausgehend
von einem Anfangszustand, in dem der Motor in Zuständen minimaler
Rotation läuft, hält die Rückstellkraft
der Feder 30 den Körper 20 und
die Welle 26 in einer Endposition, in der die Vorsprünge 28 gegen
eine Bodenwand der Kammer 32 anliegen und die Welle 26 unverbunden
mit den Rädern 10 ist,
während
der Körper 20 mit
allen Rädern 10 verbunden
ist und die Sätze 6 und 7 vollständig dreht,
die folglich den Antriebsrotor bzw. angetriebenen Rotor der Pumpe 1 festlegen.
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Wenn
die Drehgeschwindigkeit des Motors und folglich der Welle 16 ansteigt,
steigt die Flussrate der Pumpe 1 derart an, dass der Abgabedruck
ebenfalls ansteigt. Wenn der Druck in der Kammer 32 einen
Schwellenwert erreicht, der abhängig
von der Rückstellkraft
der Feder 30 ist, bewegen sich die Welle 26 und
der Körper 20 gegen
die Wirkung der Feder 30. Während dieser Versetzung wird
der Körper 20 von
einigen Rädern 10 getrennt,
während gleichzeitig
die Welle 26 in die Sitze 23 der Räder 10 eingreift,
die durch den Körper 20 freigelassen
werden. Wenn eine Gleichgewichtsposition erreicht worden ist (in 3 schematisch
durch die gestrichelte Linie angezeigt) wird nur ein Abschnitt A
der Sätze 6, 7 durch
den Körper 20 gedreht
und die Antriebsrotoren und angetriebenen Rotoren der Pumpe 1 festgelegt,
während
ein verbleibender Abschnitt B der Sitze 6, 7 in
einer festgelegten Position durch die Welle 26 gehalten
wird, so dass sich das Volumen jeder Unterteilung 14, die Öl fördert, in
Bezug auf den oben beschriebenen anfänglichen Zustand verkleinert.
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Wenn
der Druck in der Kammer 32 abfällt, z. B. aufgrund eines Anstiegs
des Ölverbrauchs
des Abgabekreises oder aufgrund eines Abfalls der Geschwindigkeit
der Welle 16, werden die Welle 26 und der Körper 20 aufgrund
des Axialvorschubs der Feder 30 zurückgezogen, so dass der Körper 20 in
die anderen Räder 10 eingreift,
so dass die Anzahl von Rädern
des Abschnittes A und das Volumen der Unterteilungen 14 ansteigt,
während
sich die Anzahl an Rädern
des Abschnitts B verkleinert.
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Es
ist aus dem Vorhergehenden offensichtlich, dass die Zylinderkapazität der Pumpe 1 variabel ist,
aufgrund der Einheit 25, die es folglich ermöglicht, die
Flussrate der Abgabe aus der Öffnung 4 einfach und
effizient gemäß dem Abgabedruck
zu regulieren, ohne Energie, die dann gegenwärtig nicht gebraucht wird,
bei der Verdichtung der Flussraten des Öls zu verschwenden, was andererseits
die Situation bei den bekannten Lösungen ist, die mit Bypassventilen ausgestattet
sind.
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In
der Tat reguliert die Einheit 25 die Anzahl von Rädern 10 und 11,
die zu den Abschnitten A und B der Sätze 6 und 7 gehören und
folglich die axiale Dicke der Antriebsrotoren und angetriebenen
Rotoren, die durch den Drehabschnitt A der Sitze 6 und 7 festgelegt
werden. Folglich verändert
die Einheit 25 die axiale Dimension der beweglichen Unterteilungen 14,
deren Volumen proportional zu der Flussrate des durch die Pumpe 1 verteilten Öls ist.
Durch winkelmäßiges Blockieren
des Abschnitts B der Sitze 6 und 7 verhindert
die Welle 26, dass dieser Abschnitt B durch Reibung mit
dem Abschnitt A angetrieben wird.
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Zusätzlich wird
die Flussrate genau reguliert, weil die Sitze 6, 7 eine
relativ große
Anzahl von Rädern 10, 11,
die die gleiche axiale Dicke aufweisen, umfassen und gleichzeitig
ist die Einheit 25 sehr einfach und kompakt.
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Letztlich
ermöglicht
die Vorrichtung 35 jede Temperatur und relativ plötzliche
Abfälle
und Spitzen des Drucks im Abgabekreis zu kompensieren und gleichzeitig
das Öl
abzulassen, wenn der Abgabedruck einen maximalen Sicherheitslevel
erreicht.
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Letztlich
ist es aus der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich, dass
Modifikationen und Varianten, die nicht den Schutz der vorliegenden
Erfindung, wie in den beigefügten
Ansprüchen
definiert, verlassen, an der beschriebenen und dargestellten Pumpe 1 gemacht
werden können.
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Insbesondere
kann die Pumpe 1 vom Kolbentyp anstatt vom Zahnradtyp sein
und/oder sie kann für
andere Anwendungen als die angedeuteten verwendet werden.
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Zusätzlich können die
Anzahl und Dimensionen der Räder 10 und 11 und
die Form der Welle 26 und des Körpers 20 unterschiedlich
von den dargestellten sein und/oder ein anderer Antrieb als vom Kettentyp
kann vorgesehen sein.