WO2012116675A2 - Vorrichtung und verfahren zur definierten längsverschiebung einer in einer antriebswelle mitdrehenden verstellvorrichtung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur definierten längsverschiebung einer in einer antriebswelle mitdrehenden verstellvorrichtung Download PDF

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WO2012116675A2
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working
pressure
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Andreas Schmidt
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Geräte- und Pumpenbau GmbH Dr. Eugen Schmidt
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/60—Control system actuates means
    • F05D2270/64—Hydraulic actuators

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the defined longitudinal displacement of a co-rotating in a drive shaft adjustment device along the center axis of the working shaft.
  • DE 2110776 A1 describes a fluid power machine with controllable impeller cross sections, in which a driven over the impeller, co-rotating adjusting spindle is arranged in the drive shaft, which can be longitudinally displaced by means of a piston drive arranged outside of the pump housing, provided with a controller in the working shaft ,
  • the adjustment device and the work spindle are not, as just described in the axial direction into each other, but arranged opposite each other in alignment.
  • the adjusting device is in turn taken over the impeller of the drive shaft.
  • the drive means of the drive shaft, a V-belt pulley, oppositely arranged separate actuator the adjusting device can be moved defined defined by means of negative pressure in this solution.
  • DE 10 2008 046 424 A1 proposed the use of electromagnetically operated adjusting devices, ie rotating Move components using a arranged in the pump housing solenoid.
  • a magnet armature is rigidly arranged at the opposite end of the adjusting element in the magnetic field of a pump housing integrated magnetic coil by means of which the guided in the drive shaft adjusting device can be moved linearly under the influence of the electromagnetic field of the magnetic coil.
  • a disadvantage of this solution is also that the production and assembly is very expensive, since the functional assemblies not uniform for several sizes, i. can be standardized, and therefore must be made separately for each pump size.
  • the invention is therefore based on the object, a device and a method for the defined longitudinal displacement of a co-rotating in a drive shaft adjustment along the shaft center axis of the drive shaft, in particular in connection with the regulation of liquid or gaseous flows in pumps or compressors to develop, which the aforementioned disadvantages eliminated in the prior art, while ensuring over the entire speed and temperature range, an active and reliable control of the longitudinal displacement with very low drive power, which is also suitable even for high-speed applications and even under the most unfavorable thermal boundary conditions, such as can be used in the vicinity of a turbocharger, while small and compact, robust and optimally utilizes the available space, also at the same time manufacturing and assembly technology is simple and inexpensive to produce, always ensures high reliability and reliability and even suitable for different pump sizes as a unit, ie "standardizable" can be produced, while at the same time can be easily and inexpensively integrated into any control circuits.
  • this object is achieved by a device and a method for the defined longitudinal displacement of a co-rotating in a drive shaft adjustment device along the center axis of the working shaft according to the features of the independent claims of the invention.
  • Figure 1 is a schematic representation of the principle of the invention for the defined longitudinal displacement of a co-rotating in a drive shaft adjustment device
  • Figure 2 a possible structural embodiment of the solution according to the invention for the defined longitudinal displacement of a co-rotating in a drive shaft adjustment in section in the side view.
  • a spring chamber 8 is arranged, and that at the drive end of the adjusting device 2, a spring system 9 is arranged such that means of a arranged in the spring chamber 8 return spring 10, the Ve Rsteilvoretti 2 is always returned after each axial displacement in
  • Erfindungschertiich is that at the opposite end of the drive member 5 of the drive shaft 1, a working chamber 12 is disposed, into which the through hole 7 opens, between the through hole 7 and arranged in this adjustment device 2, an annular space 11 is arranged, wherein at the Spring system 9 opposite end of the adjusting device 2 is arranged with the working chamber 12 in operative connection working piston 13 such that at pressure buildup in the working chamber 12, the adjusting device 2 against the spring force of the return spring 10 in the through hole 7 can be moved variably.
  • a pumping piston 18 is arranged with a piston passage bore 19, which opens into a housing 3 arranged in the pressure channel 17.
  • an eccentric bushing 21 is arranged, in which one hand with the Working chamber 6 connected suction kidney 22 and on the other hand on the circumference of the eccentric bushing 21 opposite a pressure kidney 23 is arranged, wherein the pressure kidney 23 has a arranged in the eccentric bushing 21 transfer hole 24, which opens into a further and in the drive shaft 1 adjacently arranged transfer hole 24 and so the pressure kidney 23 connects directly to the annulus 11.
  • a cylinder ring 25 is rotatably arranged with a piston bore 26 for the pump piston 18 so that in circumferential eccentric bushing 27 of the pump piston 18 in the piston bore 26 of the cylinder ring 25 "works", ie oscillating vertically moved up and down and pumping with closed solenoid valve 29 via the suction kidney 22 in the working space 6 medium located in the pressure kidney 23, which is conveyed from there via the transfer bores 24 and the annular space 11 in the working chamber 12.
  • a valve seat 27 is arranged, in the one hand, the pressure channel 17 and on the other hand connected to the working space 6 return line 28 opens, wherein in the valve seat 27 between the pressure channel 17 and the return line 28, a solenoid valve 29 is arranged.
  • solenoid valve 29 When rotating the drive shaft 1 and closed solenoid valve 29 causes the present invention in the piston bore 26 of the cylinder ring 25 oscillating vertically up and down moving pump piston 18 that pumped in the working space 6 medium via the suction kidney 22 into the pressure kidney 23, and from there via the Transfer bores 24 and the annular space 11 is conveyed into the working chamber 12.
  • FIG. 2 now shows one of the possible structural embodiments of the solution according to the invention in the design of a coolant pump for motor vehicles, with a control slide 35 displaceable by means of an adjusting device 2, which serves to vary the "effective" blade width of the impeller.
  • the bearing in the housing 3 in a bearing 4, driven by a drive element 5, in a pressurized medium filled working space 6 projecting drive shaft 1, in which a Versteilvorraum 2 receiving through hole 7 is arranged, is particularly characterized by the fact that working space side in the housing 3 rotatably arranged with a working space 6 towards the blind hole 14 provided pivot cylinder 15 is arranged, whose open bore end 16 opens into a pressure channel 17, wherein rotatably on the pivot cylinder 15 is a pump piston
  • the transfer region is formed in the suction kidney 22, which is open on one side wall, as an annular channel 30, which is directed outward, i.e. outwards. towards the working space 6, adjacent an annular gap filter 31 is arranged, so that in this area a transfer of cooling medium from the pump interior 14 into the annular channel 30 is possible, wherein the adjustment of the filter gap of the annular gap filter 31, the penetration of undesirable particle sizes of chips or grains of sand is prevented.
  • the drive shaft 1 is set in a rotating movement, so at the same time rotatably mounted on the drive shaft 1 eccentric bushing 21, which on the one hand with a side facing the diegelrad kiten side open suction kidney 22 and on the other hand provided with a through hole 7 in the drive shaft 1 open towards pressure kidney 23, set in a rotational movement.
  • the rotatably arranged on the outer jacket of the eccentric bush 21 cylinder ring 25 is offset with the arranged in this piston bore 26 in strokes.
  • the gaps between the housing 3 and the lock slider 35 are dimensioned so that even in the rear end position, an inflow of fluid from the working chamber 6 is ensured in the annular channel 30.
  • a "dynamic pressure" is built up from the piston bore 26 up to the pressure channel 17, this causes the medium pumped by the suction kidney 22 into the piston bore 26 to be pressed into the pressure kidney 23, and from there via the transfer bores 24 into the pressure chamber 23 Annulus 11 passes through this enters the working chamber 12 and there against the spring force of the return spring 10 causes a displacement of the working piston 13 and, for example, as shown in Figure 2, actuates a locking slide 35.
  • the stroke of the pump piston 18 in the piston bore 26 of the cylinder ring 25 is in the present embodiment game per revolution about 1 mm to 2 mm.
  • the inventive method for the defined longitudinal displacement of a co-rotating in a drive shaft 1 adjustment 2 by means of the device described above is characterized in that by means of a solenoid valve 29 by varying the pressure in the pressure channel 17, the adjusting device 2 can be moved in the longitudinal direction.
  • the inventive arrangement ensures over the entire speed and temperature range in all the embodiments presented an active and reliable control of the longitudinal displacement of the adjusting device 2 with very low drive power.
  • the present solution is suitable even for high speed applications.
  • the solution according to the invention is very small and uses the available space optimally, is very compact and works very robust and reliable.
  • the present solution is easy to manufacture and assembly technology and inexpensive to produce and always ensures high reliability. Even under very unfavorable thermal boundary conditions, such as in the vicinity of a turbocharger in a motor vehicle, and at the same time very limited installation space ensures the solution according to the invention due to the arrangement of a medium simultaneously cooled by the pump solenoid valve 29 optimum cooling with minimal volume and high reliability. Even if the control fails, a "fail-safe" function as described below can be realized by means of the solution according to the invention.
  • the solenoid valve 29 opens, the pressure in the pressure channel 17 and in the working chamber 12 falls off, and it takes place, in the design of the invention shown in Figure 2, a spring-loaded “retracting" the control slide 7 in the rear working position, for example the "Emergency operation", ie a "fail-safe” position.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Verstellvorrichtung entlang der Mittenachse der Arbeitswelle. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Verstellvorrichtung entlang der Wellenmittenachse der Antriebswelle, insbesondere in Verbindung mit der Regelung von flüssigen oder gasförmigen Volumenströmen bei Pumpen oder Verdichtern zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, dabei über den gesamten Drehzahl-, und Temperaturbereich eine aktive und zuverlässige Regelung der Längsverschiebung mit sehr geringer Antriebsleistung gewährleistet, die zudem selbst für Hochdrehzahlanwendungen geeignet ist und auch unter ungünstigsten thermischen Randbedingungen, wie z.B. in der Nähe eines Turboladers einsetzbar ist, dabei klein und kompakt aufgebaut ist, robust arbeitet und den vorhandenen Bauraum optimal ausnutzt, zudem gleichzeitig fertigungs- und montagetechnisch einfach und kostengünstig herstellbar ist, stets eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet und selbst für unterschiedliche Pumpenbaugrößen als Baueinheit geeignet, d.h. "standardisierbar" herstellbar ist, und dabei gleichzeitig einfach und kostengünstig in beliebige Regelkreisläufe eingebunden werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass am gegenüberliegenden Ende der Antriebswelle (1) eine Arbeitskammer (12) angeordnet ist, in die eine in der Antriebswelle (1) angeordnete Durchgangsbohrung (7) mündet, wobei an der Verstellvorrichtung (2) ein mit der Arbeitskammer (12) in Wirkverbindung tretender Arbeitskolben (13) derart angeordnet ist, dass bei Druckaufbau in der Arbeitskammer (12), mittels einer an der Antriebswelle (1) angeordneten, erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe die Verstellvorrichtung (2) entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder (10) variabel verfahren wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Versteilvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Versteilvorrichtung entlang der Mittenachse der Arbeitswelle.
Im Stand der Technik werden in Verbindung mit der Regelung von flüssigen oder gasförmigen Volumenströmen bei Pumpen oder Verdichtern Vorrichtungen zur definierten Längsverschiebung von in der Antriebswelle mitdrehenden Verstellvorrichtungen, d.h. entlang der Mittenachse der Antriebswelle, vorbeschrieben.
Beispielsweise beschreibt die DE 2110776 A1 eine Strömungs- Arbeitsmaschine mit regelbaren Laufradquerschnitten, bei der in der Antriebswelle eine über das Schaufelrad angetriebene, mitdrehende Verstellspindel angeordnet ist, welche mittels eines außerhalb des Pumpengehäuses angeordneten, mit einem Regler versehenen Kolbenantriebs in der Arbeitswelle längs verschoben werden kann.
Diese Lösung hat die Nachteile, dass sie einen sehr großen Bauraum erfordert, material- und kostenintensiv ist, zudem sehr störanfällig aufgebaut ist, bei Ausfall der Regelung nicht automatisch auf maximale Leistung umschaltet, und zudem unter dem Gesichtspunkt der Arbeitssicherheit ein hohes Risiko in sich birgt.
In anderen Bauformen sind die Versteilvorrichtung und die Arbeitsspindel nicht, wie soeben beschrieben in Achsrichtung ineinander, sondern gegenüberliegend fluchtend angeordnet.
Eine solche Bauform wird in der DE 37 32 038 C2 vorbeschrieben. In dieser Bauform wird die Versteilvorrichtung wiederum über das Schaufelrad von der Antriebswelle mitgenommen. Über ein am Pumpengehäuse, dem Antriebsmittel der Antriebswelle, einer Keilriemenscheibe, gegenüberliegend angeordnetes separates Betätigungselement kann die Versteilvorrichtung bei dieser Lösung mittels Unterdruck definiert verschoben werden.
Ein Ausfall der Regelung bewirkt, dass bei dieser Lösung mittels einer Rückstellfeder automatisch auf die maximale Pumpenleistung umgeschaltet wird.
Doch auch diese Bauform erfordert in Verbindung mit den Druckleitungen, dem erforderlichen Druckregler usw. einen sehr großen Bauraum und ist daher auch material- und kostenintensiv.
In anderen Lösungen wurden mit wesentlich geringerem Aufwand, und kleinerem Bauvolumen an der Antriebswelle Versteilvorrichtungen in Form von druckfederbeaufschlagten Thermostaten/Wachselementen integriert.
Derartige Lösungen wurden beispielsweise in der US-PS 4,828,455 oder auch in der DE 199 01 123 A1 vorbeschrieben.
Der wesentliche Nachteil dieser Lösungen besteht jedoch darin, dass sie für eine aktive Regelung der Kühlmittelfördermenge zu träge reagieren und keinesfalls nach der Erwärmung des Motors (d.h. im „Dauerbetrieb") die Motortemperatur so zu beeinflussen vermögen, dass im gesamten Arbeitsbereich des Motors sowohl die Schadstoffemission, wie auch die Reibungsverluste und auch der Kraftstoffverbrauch deutlich reduziert werden könnten.
Daher wurde beispielsweise in der DE 10 2008 046 424 A1 vorgeschlagen elektromagnetisch betätigte VerStellvorrichtungen einzusetzen, d.h. drehende Bauteile mit Hilfe einer im Pumpengehäuse angeordneten Magnetspule zu verschieben.
Bei dieser Lösung ist an der dem Verstellelement gegenüberliegenden Ende der Verstellvorrichtung im Magnetfeld einer im Pumpengehäuse integrierten Magnetspule starr ein Magnetanker angeordnet, mittels der die in der Antriebswelle geführte Verstellvorrichtung unter Einwirkung des elektromagnetischen Feldes der Magnetspule linear verschoben werden kann. Der Einbau derartiger elektromagnetisch betätigter Verstellelemente, beispielsweise in der Nähe des Turboladers, erfordert zwingend eine Kühlung der Magnetspule (und damit ein relativ großen „Bauraum"), da bei Temperaturen ab 120°C die Magnetspule zerstört würde.
Dieser wiederum zwingend erforderliche, relativ große„Bauraum", auch für die gemäß der DE 10 2008 046 424 A1 in einem Pumpengehäuse angeordnete Magnetspule, steht dem im Motorraum zur Verfügung stehenden, sehr stark begrenzten„Einbauraum" diametral entgegen.
Nachteilig bei dieser Lösung ist zudem auch, dass die Fertigung und die Montage sehr kosten intensiv ist, da die Funktionsbaugruppen nicht für mehrere Baugrößen einheitlich herstellbar, d.h. standardisierbar sind, und daher für jede Pumpenbaugröße separat angefertigt werden müssen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Verstellvorrichtung entlang der Wellenmittenachse der Antriebswelle, insbesondere in Verbindung mit der Regelung von flüssigen oder gasförmigen Volumenströmen bei Pumpen oder Verdichtern zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, dabei über den gesamten Drehzahl-, und Temperaturbereich eine aktive und zuverlässige Regelung der Längsverschiebung mit sehr geringer Antriebsleistung gewährleistet, die zudem selbst für Hochdrehzahlanwendungen geeignet ist und auch unter ungünstigsten thermischen Randbedingungen, wie z.B. in der Nähe eines Turboladers einsetzbar ist, dabei klein und kompakt aufgebaut ist, robust arbeitet und den vorhandenen Bauraum optimal ausnutzt, zudem gleichzeitig fertigungs- und montagetechnisch einfach und kostengünstig herstellbar ist, stets eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet und selbst für unterschiedliche Pumpenbaugrößen als Baueinheit geeignet, d.h. „standardisierbar" herstellbar ist, und dabei gleichzeitig einfach und kostengünstig in beliebige Regelkreisläufe eingebunden werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Versteilvorrichtung entlang der Mittenachse der Arbeitswelle nach den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche der Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit zwei Darstellungen zur erfindungsgemäßen Lösung.
Es zeigen dabei die:
Figur 1 : eine schematische Darstellung des Wirkprinzips der Erfindung zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Versteilvorrichtung;
Figur 2 : eine mögliche konstruktive Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle mitdrehenden Verstellvorrichtung im Schnitt in der Seitenansicht. Diese in der Figur 1 in Form einer schematischen Darstellung des Wirkprinzips der Erfindung im Achsschnitt, und in der Figur 2 in Form einer der möglichen konstruktiven Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung, im Schnitt in der Seitenansicht dargestellte, erfindungsgemäße Lösung zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle 1 mitdrehenden Verstellvorrichtung 2 entlang der Mittenachse der Arbeitswelle mit einer in/an einem Gehäuse 3 in einem Lager 4 gelagerten, von einem Antriebselement 5 angetriebenen, in einen mit druckbeaufschlagtem Medium gefüllten Arbeitsraum 6 hineinragenden Antriebswelle 1 , mit einer die Versteilvorrichtung 2 aufnehmenden Durchgangsbohrung 7, zeichnet sich dadurch aus, dass antriebsseitig in der Durchgangsbohrung 7 eine Federkammer 8 angeordnet ist, und dass am antriebsseitigen Ende der Versteilvorrichtung 2 eine Federnanlage 9 derart angeordnet ist, dass mittels einer in der Federkammer 8 angeordneten Rückstellfeder 10 die Versteilvorrichtung 2 nach jeder axialen Verschiebung stets in eine definierte Ausgangsposition zurückgeführt wird. Erfindungswesentiich ist dabei, dass an dem dem Antriebselement 5 gegenüberliegenden Ende der Antriebswelle 1 eine Arbeitskammer 12 angeordnet ist, in die die Durchgangsbohrung 7 mündet, wobei zwischen der Durchgangsbohrung 7 und der in dieser angeordneten Versteilvorrichtung 2 ein Ringraum 11 angeordnet ist, wobei an dem der Federanlage 9 gegenüberliegenden Ende der Versteilvorrichtung 2 ein mit der Arbeitskammer 12 in Wirkverbindung tretender Arbeitskolben 13 derart angeordnet ist, dass bei Druckaufbau in der Arbeitskammer 12 die Verstellvorrichtung 2 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 10 in der Durchgangsbohrung 7 variabel verfahren werden kann.
Kennzeichnend ist dabei, dass schwenkbar im Gehäuse 3 ein Pumpkolben 18 mit einer Kolbendurchlassbohrung 19 angeordnet ist, welche in einen im Gehäuse 3 angeordneten Druckkanal 17 mündet.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in diesem Zusammenhang darin, dass im Bereich des Pumpkolbens 18 auf der Antriebswelle 1 drehfest eine Exzenterbuchse 21 angeordnet ist, in welcher einerseits eine mit dem Arbeitsraum 6 verbundene Saugniere 22 und andererseits am Umfang der Exzenterbuchse 21 gegenüberliegend eine Druckniere 23 angeordnet ist, wobei die Druckniere 23 über eine in der Exzenterbuchse 21 angeordnete Übergabebohrung 24 verfügt, die in eine weitere und in der Antriebswelle 1 benachbart angeordnete Übergabebohrung 24 mündet und so die Druckniere 23 direkt mit dem Ringraum 11 verbindet.
Erfindungswesentlich ist in diesem Zusammenhang auch, dass am Außenmantel der Exzenterbuchse 21 ein Zylinderring 25 mit einer Kolbenbohrung 26 für den Pumpkolben 18 drehbar derart angeordnet ist, dass bei umlaufender Exzenterbuchse 27 der Pumpkolben 18 in der Kolbenbohrung 26 des Zylinderringes 25„arbeitet", d.h. sich pendelnd vertikal auf und abwärts bewegt und bei geschlossenem Magnetventil 29 über die Saugniere 22 im Arbeitsraum 6 befindliches Medium in die Druckniere 23 pumpt, welches von dort über die Übergabebohrungen 24 und den Ringraum 11 in die Arbeitskammer 12 gefördert wird.
Dabei ist kennzeichnend, dass im Gehäuse 3 ein Ventilsitz 27 angeordnet ist, in den einerseits der Druckkanal 17 und anderseits eine mit dem Arbeitsraum 6 verbundene Rücklaufleitung 28 mündet, wobei im Ventilsitz 27 zwischen dem Druckkanal 17 und der Rücklaufleitung 28 ein Magnetventil 29 angeordnet ist. Bei sich drehender Antriebswelle 1 und geschlossenem Magnetventil 29 bewirkt der erfindungsgemäß in der Kolbenbohrung 26 des Zylinderringes 25 sich pendelnd vertikal auf und abwärts bewegende Pumpkolben 18, dass im Arbeitsraum 6 befindliches Medium über die Saugniere 22 in die Druckniere 23 gepumpt, und von dort über die Übergabebohrungen 24 und den Ringraum 11 in die Arbeitskammer 12 gefördert wird.
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch, dass am Außenumfang des in der Kolbenbohrung 26 des Zylinderringes 25 verschiebbar gelagerten Bereiches des Pumpkolbens 18 Kolbenringe 32 angeordnet sind, die bei niedrigem Fertigungs- und Montageaufwand einen hohen Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Anordnung gewährleisten. In der Figur 2 ist nun eine der möglichen konstruktiven Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lösung in der Bauform einer Kühlmittelpumpe für Kraftfahrzeuge, mit einem mittels eines über die Versteilvorrichtung 2 verschiebbaren Stellschiebers 35 dargestellt, welcher der Variation der „wirksamen" Schaufelbreite des Flügelrades dient.
Die im Gehäuse 3 in einem Lager 4 gelagerte, von einem Antriebselement 5 angetriebene, in einen mit druckbeaufschlagtem Medium gefüllten Arbeitsraum 6 hineinragenden Antriebswelle 1 , in der eine die Versteilvorrichtung 2 aufnehmende Durchgangsbohrung 7 angeordnet ist, zeichnet sich besonders dadurch aus, dass arbeitsraumseitig im Gehäuse 3 drehfest ein mit einer zum Arbeitsraum 6 hin verschlossenen Sacklochbohrung 14 versehener Schwenkzylinder 15 angeordnet ist, dessen offenes Bohrungsende 16 in einen Druckkanal 17 mündet, wobei drehbar am Schwenkzylinder 15 ein Pumpkolben
18 mit einer Kolbendurchlassbohrung 19 angeordnet ist, und diese Kolbendurchlassbohrung 19 über eine im Bereich der Kolbendurchlassbohrung
19 im Schwenkzylinder 15 angeordnete Durchtrittsbohrung 20 in die Sacklochbohrung 14 des Schwenkzylinders 15 mündet.
Kennzeichnend ist in diesem Zusammenhang auch, dass der Übergabebereich in die an einer Seitenwand offene Saugniere 22 als Ringkanal 30 ausgebildet ist, dem nach außen, d.h. zum Arbeitsraum 6 hin, benachbart ein ringförmiger Spaltfilter 31 angeordnet ist, so dass in diesem Bereich ein Übertritt von Kühlmedium aus dem Pumpeninnenraum 14 in den Ringkanal 30 möglich ist, wobei über die Einstellung des Filterspaltes des ringförmigen Spaltfilters 31 das Eindringen von unerwünschten Partikelgrößen von Spänen oder Sandkörnern verhindert wird.
Wird nun bei dieser erfindungsgemäßen, in der Figur 2 dargestellten konkreten Ausführungsform über das Antriebselement 5, eine Riemenscheibe, die Antriebswelle 1 in eine drehende Bewegung versetzt, so wird gleichzeitig die drehfest auf der Antriebswelle 1 angeordnete Exzenterbuchse 21 , welche einerseits mit einer zur flügelradseitigen Seitenwand hin offenen Saugniere 22 und andererseits mit einer zur Durchgangsbohrung 7 in der Antriebswelle 1 hin offenen Druckniere 23 versehen ist, in eine Drehbewegung versetzt.
Dabei wird der am Außenmantel dieser Exzenterbuchse 21 drehbar angeordnete Zylinderring 25 mit der in diesem angeordneten Kolbenbohrung 26 in Hubbewegungen versetzt.
Der in der Kolbenbohrung 26 angeordnete Arbeitskolben 13 mit seiner im Arbeitskolben 13 angeordneten Kolbendurchlassbohrung 19 pendelt bei umlaufender Exzenterbuchse 21 leicht um den mit der Sacklochbohrung 14 versehenen Schwenkzylinder 15 in dessen Sacklochbohrung 14 die Kolbendurchlassbohrung 19 über eine im Schwenkzylinder 15 angeordnete Durchtrittsbohrung 20 mündet
Die in der Figur 2 dargestellte, mittels einer im Flügelrad als Insert angeordnete Flügelradbuchse des auf der Antriebswelle 1 angeordneten Flügelrades der Förderpumpe 33 liegt in der in dieser Figur 2 dargestellten Bauform an der Exzenterbuchse 21 an, wobei das Flügelrad mit der benachbarten Stirnseite des Zylinderringes 25 einen Spaltfilter 31 bildet, welchem exzenterbuchsenseitig benachbart der Ringkanal 30 angeordnet ist.
Diesem Ringkanal 30 ist die (offene Seitenwand der) Saugniere 22 seitlich benachbart angeordnet.
Dadurch ist über den ringförmigen Spaltfilter 31 ein kontinuierlicher Übertritt von Medium aus dem Arbeitsraum 6 in den Ringkanal 30 und über diesen in die im Bereich des Ringkanals 30 seitenwandseitig offene Saugniere 22 gewährleistet.
Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, wird in Verbindung mit einer Förderpumpe 33 sowohl im Arbeitsraum 6, und beispielsweise zugleich auch in einen Förderkreislauf 34 ein Förderdruck aufbaut.
Die erfindungsgemäße, rotierende Antriebswelle 1 bewirkt nun ein erfindungsgemäßes definiertes„Fördern" des Mediums aus dem Arbeitsraum 6 über die Saugniere 22 in die Kolbenbohrung 26 und von dort über die Kolbendurchlassbohrung 19, und bei einer Ausführung wie in Figur 2 dargestellt, weiter über eine Durchtrittsbohrung 20 und eine Sacklochbohrung 14 eines Schwenkzylinders 21 , in den vom Magnetventil 29 geregelten Druckkanal 17.
Bei geöffnetem Magnetventil 29 fließt das so geförderte Medium über das Magnetventil 29 und eine Rücklaufleitung 28 wieder zurück in den Arbeitsraum und der in Figur 2 dargestellte Stellschieber 35 liegt in seiner hinteren Endlagenstellung am Flügelrad der Förderpumpe 33 an.
Die Spaltmaße zwischen dem Gehäuse 3 und dem Stellschieber 35 sind dabei so bemessen, dass auch in der hinteren Endlage ein Zufluss von Fördermedium aus dem Arbeitsraum 6 in den Ringkanal 30 gewährleistet ist. Bei geschlossenem Magnetventil 29 wird von der Kolbenbohrung 26 bis hin zum Druckkanal 17 ein„Staudruck" aufgebaut, dieser bewirkt, dass das von der Saugniere 22 in die Kolbenbohrung 26 gepumpte Medium in die Druckniere 23 gepresst, und von dort über die Übergabebohrungen 24 in den Ringraum 11 gelangt, über diesen in die Arbeitskammer 12 eintritt und dort entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 10 eine Verschiebung des Arbeitskolbens 13 bewirkt und dabei beispielsweise, wie in der Figur 2 dargestellt, einen Stellschieber 35 betätigt.
Der Hub des Pumpkolbens 18 in der Kolbenbohrung 26 des Zylinderringes 25 beträgt im vorliegenden Ausführungsspiel pro Umdrehung ca. 1 mm bis 2 mm. Infolge der erfindungsgemäßen Anordnung reichen bereits sehr geringe Fördermengen für eine exakten Verschiebung des starr an der federbelasteten Verstellvorrichtung 2 angeordneten Arbeitskolbens 13 aus.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle 1 mitdrehenden Verstellvorrichtung 2 mittels der oben beschriebenen Vorrichtung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass mittels eines Magnetventils 29 durch Variation des Druckes im Druckkanal 17, die Verstellvorrichtung 2 in Längsrichtung definiert verfahren werden kann.
Bei „offenem", d.h. im vorliegenden Ausführungsbeispiel stromlosen Magnetventil 29 fördert die erfindungsgemäße Kolbenpumpe, wie bereits erläutert, Medium, hier Kühlmittel,„drucklos" über die Rücklaufleitung 28 des Magnetventils 29 in den Arbeitsraum 6 zurück. Wird nun mittels des Magnetventils 29 der Rückfluss des von der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe geförderten Mediums in die Rücklaufleitung 28 und damit zurück in den Arbeitsraum 6 gedrosselt oder auch ganz unterbunden, so wird das von der erfindungsgemäßen Anordnung geförderte Kühlmedium über den Ringraum 11 in die Arbeitskammer 12 gepresst und dadurch zunächst der Druck im Ringraum 11 wie auch in der Arbeitskammer 12 stufen los erhöht.
Dabei bewirkt das so in die Arbeitskammer 12 eingepresste Medium eine definierte, (über das Magnetventil 29) einstellbare Druckbeaufschlagung des, in Figur 2 dargestellten, Arbeitskolbens 13 der von der Rückstellfeder 10 federbelasteten Verstellvorrichtung 2, und damit eine definierten Längsverschiebung der in der Antriebswelle 1 mitdrehenden Versteilvorrichtung 2.
Diese definierte Druckbeaufschlagung der Querschnittsfläche des Arbeitskolbens 13 über das Magnetventil 29 ermöglicht nun, wie beispielsweise im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 dargestellt, ein exaktes translatorisches Verschieben einer in der Antriebswelle 1 mitdrehenden Versteilvorrichtung 2, und somit die Verstellung eines an dieser mitdrehenden Versteilvorrichtung 2 angeordneten, verschiebbaren mitdrehenden Stellschiebers 35 zur Variation der„wirksamen" Schaufelbreite eines Flügelrades einer Förderpumpe 33.
Die erfindungsgemäße Anordnung gewährleistet dabei über den gesamten Drehzahl-, und Temperaturbereich in all den vorgestellten Ausführungsformen eine aktive und zuverlässige Regelung der Längsverschiebung der Versteilvorrichtung 2 mit sehr geringer Antriebsleistung.
Auf Grund des Zwanglaufes durch den erfindungsgemäßen Exzenterantrieb der erfindungsgemäßen Pumpe ist die vorliegende Lösung selbst für Hochdrehzahlanwendungen geeignet.
Die erfindungsgemäße Lösung baut sehr klein und nutzt den vorhandenen Bauraum optimal aus, ist sehr kompakt aufgebaut und arbeitet sehr robust und zuverlässig. Dabei ist die vorliegende Lösung fertigungs- und montagetechnisch einfach und kostengünstig herstellbar und gewährleistet stets eine hohe Betriebssicherheit. Selbst unter sehr ungünstigen thermischen Randbedingungen, wie z.B. in der Nähe eines Turboladers in einem Kraftfahrzeug, und bei gleichzeitig sehr stark begrenzten Einbauraum gewährleistet die erfindungsgemäße Lösung infolge der Anordnung eines vom Fördermedium zugleich gekühlten Magnetventils 29 eine optimale Kühlung bei minimierten Bauvolumen bei hoher Zuverlässigkeit. Selbst bei Ausfall der Regelung ist mittels der erfindungsgemäße Lösung eine „Fail-safe" Funktion wie nachfolgend beschrieben realisierbar.
Im stromlosen Zustand öffnet das Magnetventil 29, der Druck im Druckkanal 17 und in der Arbeitskammer 12 fällt ab, und es erfolgt, in der in Figur 2 dargestellten Bauform der Erfindung, ein federbelastetes„Zurückfahren" des Regelschiebers 7 in die hintere Arbeitsstellung, beispielsweise den „Notbetrieb", d.h. eine„Fail-safe" Position.
Beim„Zurückfahren" der Verstellvorrichtung 2 wird das in der Arbeitskammer 12 befindliche, und auch das zu diesem Zeitpunkt von der erfindungsgemäßen Anordnung gepumpte Medium über den Druckkanal 17 und das (beim Zurückfahren der Verstellvorrichtung 2) offene Magnetventil 29 in die Rücklaufleitung 28 und von dort in den Arbeitsraum 6 zurück geleitet.
Beim „Halten" der Verstellvorrichtung 2 in einer Zwischenposition wird beispielsweise der Durchfluss durch das Magnetventil 29 gerade so weit frei gegeben, das nur das gerade zu diesem Zeitpunkt von der erfindungsgemäßen Anordnung gepumpte Medium aus dem Druckkanal 17 über das Magnetventil 29 in die Rücklaufleitung 28 und von dort in den Arbeitsraum 6 zurück fließt. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich besonders auch durch ihre in ihrer Längenausdehnung sehr kurze Bauform aus, die auch sehr geringe Bauräume optimal auszunutzen vermag.
Zudem ist die erfindungsgemäße Lösung als Baueinheit„standardisierbar" und kann so selbst für unterschiedliche Pumpenbaugrößen eingesetzt werden.
Dabei kann die erfindungsgemäße Lösung auch in unterschiedliche Regelkreisläufe einfach und kostengünstig eingebunden werden. Bezugszeichenzusammenstellung
1 Antriebsweile
2 Verstellvorrichtung
3 Gehäuse
4 Lager
5 Antriebselement
6 Arbeitsraum
7 Durchgangsbohrung
8 Federkammer
9 Federanlage
10 Rückstellfeder
11 Ringraum
12 Arbeitskammer
13 Arbeitskolben
14 Sacklochbohrung
15 Schwenkzylinder
16 Bohrungsende
17 Druckkanal
18 Pumpenkolben
19 Kolbendurchlassbohrung
20 Durchtrittsbohrung
21 Exzenterbuchse
22 Saugniere
23 Druckniere
24 Übergabebohrung
25 Zylinderring
26 Kolbenbohrung
27 Ventilsitz
28 Rückläufleitung Magnetventil Ringkanal Spaltfilter Kolbenring Förderpumpe Förderkreislauf Stellschieber

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle (1) mitdrehenden Versteilvorrichtung (2) entlang der Mittenachse der Arbeitswelle mit einer, in/an einem Gehäuse (3) in einem Lager (4) gelagerten, von einem Antriebselement (5) angetriebenen, in einen mit druckbeaufschlagtem Medium gefüllten Arbeitsraum (6) hineinragenden Antriebswelle (1) mit einer Durchgangsbohrung (7), dadurch gekennzeichnet,
- dass im Bereich der Durchgangsbohrung (7) eine Federkammer (8) angeordnet ist, und dass an der Versteilvorrichtung (2) eine Federnanlage (9) derart angeordnet ist, dass mittels einer in der Federkammer (8) angeordneten Rückstellfeder (10) die Verstellvorrichtung (2) nach jeder axialen Verschiebung in eine definierte Ausgangsposition zurückgeführt wird, und
- dass an dem dem Antriebselement (5) gegenüberliegenden Ende der Antriebswelle (1) eine Arbeitskammer (12) angeordnet ist, in die die Durchgangsbohrung (7) mündet, wobei an der Verstell Vorrichtung (2) ein mit der Arbeitskammer (12) in Wirkverbindung tretender Arbeitskolben (13) derart angeordnet ist, dass bei Druckaufbau in der Arbeitskammer (12) die Versteilvorrichtung (2) entgegen der Federkraft der Rückstellfeder (10) variabel verfahren wird, und
- dass schwenkbar im Gehäuse (3) ein Pumpkolben (18) mit einer Kolbendurchlassbohrung (19) angeordnet ist, welche in einen, im Gehäuse (3) angeordneten Druckkanal (17) mündet, und
- dass im Bereich des Pumpkolbens (18) die Antriebswelle (1) als Exzenterwelle ausgebildet ist, oder dass im Bereich des Pumpkolbens (18) auf der Antriebswelle (1) drehfest eine Exzenterbuchse (21) angeordnet ist, wobei im jeweiligen Exzenter einerseits eine mit dem Arbeitsraum (6) über eine/mehrere Zuflussöffnung/en verbundene Saugniere (22) angeordnet ist, und andererseits dieser Saugniere (22) am Umfang des Exzenters gegenüberliegend eine Druckniere (23) angeordnet ist, wobei die Druckniere (23) über eine/mehrere im Exzenter angeordnete Übergabebohrung/en (24) verfügt, welche die Druckniere (23) direkt mit dem Ringraum (11) verbindet/verbinden, und
- dass am Außenmantel der Exzenterbuchse (21) ein Zylinderring (25) mit einer Kolbenbohrung (26) für den Pumpkolben (18) drehbar angeordnet ist, so dass bei umlaufender Exzenterbuchse (21) in der Kolbenbohrung (26) des Zylinderringes (25) der Pumpkolben (18)„arbeitet", d.h. sich pendelnd in der Kolbenbohrung (26) vertikal auf und abwärts bewegt und
- dass im Gehäuse (3) ein Ventilsitz (27) angeordnet ist, in den einerseits der Druckkanal (17) und anderseits eine mit dem Arbeitsraum (6) verbundene Rücklaufleitung (28) mündet, und
- dass im Ventilsitz (27) zwischen dem Druckkanal (17) und der Rücklaufleitung (28) ein Magnetventil (29) angeordnet ist.
2. Verfahren zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle (1) mitdrehenden Versteilvorrichtung (2) mittels der Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Versteilvorrichtung (2) durch Variation des Druckes im Druckkanal (17) entlang der Mittenachse der Arbeitswelle (1) definiert verschoben wird.
3. Vorrichtung zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle (1 ) mitdrehenden Verstellvorrichtung (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass arbeitsraumseitig im Gehäuse (3) drehfest ein mit einer zum Arbeitsraum (6) hin verschlossenen Sacklochbohrung (14) versehener Schwenkzylinder (15) angeordnet ist, dessen offenes Bohrungsende (16) in den Druckkanal (17) mündet, wobei drehbar am Schwenkzylinder (15) ein Pumpkolben (18) mit einer Kolbendurchlassbohrung (19) angeordnet ist, und diese Kolbendurchlassbohrung (19) über eine im Bereich der Kolbendurchlassbohrung (19) im Schwenkzylinder (15) angeordnete Durchtrittsbohrung (20) in die Sacklochbohrung (14) des Schwenkzylinders (15) mündet.
4. Vorrichtung zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle (1) mitdrehenden Versteilvorrichtung (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Übergabebereich in die Saugniere (22) als Ringkanal (30) ausgebildet ist, dem zum Arbeitsraum (6) hin benachbart ein ringförmiger Spaltfilter (31) angeordnet ist.
5. Vorrichtung zur definierten Längsverschiebung einer in einer Antriebswelle (1) mitdrehenden Verstellvorrichtung (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang des in der Kolbenbohrung (26) des Zylinderringes (25) verschiebbar gelagerten Bereiches des Pumpkolbens (18) Kolbenringe (32) angeordnet sind.
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