-
Die Erfindung betrifft eine Pumpe und insbesondere eine Schmiermittelpumpe für ein Kraftfahrzeug.
-
Für die Schmiermittelversorgung von Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen werden derzeitig zumeist als Verdrängerpumpen arbeitende Zahnradpumpen eingesetzt. Bei diesen Schmiermittelpumpen sind in der Regel zwei Förderrotoren vorgesehene, die zahnradförmig ausgebildet sind und miteinander kämmen. Zumindest einer der Förderrotoren wird dabei rotierend angetrieben. Durch die rotatorische Bewegung der beiden Förderrotoren wird das Öl von einer mit einem Einlass verbundenen Niederdruckseite der Pumpe durch einen zwischen den beiden Förderrotoren ausgebildeten Förderspalt auf die Hochdruckseite befördert.
-
Schmiermittelpumpen von Kraftfahrzeugen werden in der Regel in Abhängigkeit von der Drehzahl des mit dem Schmiermittel zu versorgenden Verbrennungsmotors angetrieben, üblicherweise direkt oder indirekt über ein mechanisches Getriebe von dem Verbrennungsmotor selbst. Die Drehzahl der Schmiermittelpumpe steigt dementsprechend mit der Drehzahl der Verbrennungsmotors. Da ungeregelte Zahnradpumpen ein konstantes spezifisches Fördervolumen haben, d.h. pro Umdrehung unabhängig von der Drehzahl im Wesentlichen die gleiche Schmiermittelmenge fördern, steigt die Fördermenge proportional mit der Pumpendrehzahl und somit mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors. Der Bedarf eines Hubkolben-Verbrennungsmotors steigt bis zu einer gewissen Grenzdrehzahl ebenfalls in etwa proportional zur Motordrehzahl; oberhalb dieser Grenzdrehzahl ist der Anstieg des Schmiermittelbedarfs dagegen deutlich geringer als der Anstieg der Motorendrehzahl. Demnach fördern solche Zahnradpumpen nach dem Überschreiten der Grenzdrehzahl regelmäßig über Bedarf. Überschüssiges Schmiermittel wird dann über einen Bypass wieder in den Schmiermittelbehälter, d.h. in der Regel die Ölwanne, zurückbefördert. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass das Fördern von nicht benötigtem Schmiermittel den Verbrauch des Kraftfahrzeugs unnötig erhöht.
-
Um ein Fördern von Schmiermittel über Bedarf zu vermeiden, wurden verstellbare Pumpen entwickelt, die weiterhin direkt oder indirekt von dem mit Schmieröl zu versorgenden Verbrennungsmotor angetrieben werden, die aber eine zusätzliche (d.h. von der Drehzahl des Verbrennungsmotors unabhängige) Beeinflussung der Fördermenge ermöglichen.
-
Eine solche regelbare Schmiermittelpumpe in Form einer Zahnradpumpe ist beispielsweise aus der
DE 102 22 131 A1 bekannt. Diese umfasst ein Gehäuse mit einem darin angeordneten ersten Förderrotor, der über eine Welle direkt oder indirekt von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Der erste Förderrotor kämmt mit einem zweiten Förderrotor, der in längsaxialer Richtung verschiebbar innerhalb des Gehäuses gelagert ist. Durch eine relative Verschiebung der zwei Förderrotoren zueinander kann deren längsaxiale Überdeckung und somit die Breite des zwischen den zwei Förderrotoren ausgebildeten Förderspalts beziehungsweise des durch die Breite des Förderspalts definierten, wirksamen Förderraums eingestellt werden. Die Verstellung des zweiten Förderrotors in längsaxialer Richtung erfolgt dabei hydraulisch, wobei an den beiden längsaxialen Enden des zweiten Förderrotors jeweils ein Druckraum ausgebildet ist. Ein erster Druckraum ist dabei über eine Druckleitung mit der Hochdruckseite der Zahnradpumpe verbunden. Der zweite Druckraum ist über ein schaltbares Wegeventil in einer ersten Schaltstellung mit dem ersten Druckraum oder in einer zweiten Schaltstellung des Wegeventils mit einem Ölsumpf, in dem das zu fördernde Schmiermittel bei atmosphärischem Druck vorgehalten wird, verbunden. In der ersten Schaltstellung des Wegeventils wird somit in beiden Druckräumen derselbe Fluiddruck eingestellt, wobei eine größere, den zweiten Druckraum begrenzende Stirnseite des zweiten Förderrotors dafür sorgt, dass dieser in diejenige Endstellung bewegt beziehungsweise in dieser gehalten wird, in der die Zahnradpumpe die größte spezifische Fördermenge erzeugt. In der zweiten Schaltstellung des Wegeventils wird der zweite Förderrotor dagegen wegen des deutlich höheren Fluiddruck in dem ersten Druckraum in eine Stellung mit verringertem spezifischen Fördervolumen verschoben. Dabei wird die entsprechende Stellung des zweiten Förderrotors durch die Gegenkraft einer beim Verschieben des zweiten Förderrotors deformierten Schraubenfeder definiert.
-
AT 500 629 A1 betrifft eine Zahnradpumpe mit veränderbarem Fördervolumen mit zwei miteinander im Zahneingriff stehenden außenverzahnten Zahnrädern, welche in einem Förderraum eines Pumpengehäuses drehbar gelagert sind, wobei zumindest eines der beiden Zahnräder über eine Antriebswelle antreibbar ist und eines der beiden Zahnräder, in Richtung der Achse dieses Zahnrades verschiebbar ausgebildet ist, wobei ein zwischen einer Innenseitenwand des Förderraumes des Pumpengehäuses und einer Stirnseite des verschiebbaren Zahnrades definiertes Spaltmaß veränderbar ist.
-
Aus
DE 35 28 651 A1 ist eine Zahnradpumpe bekannt, bei der das eine umlaufende Pumpenrad axial verschiebbar im Pumpengehäuse gelagert ist und wobei mindestens an der einen Stirnwand dieses Pumpenrades ein axial verschiebbares Schiebeteil angreift, das den vom Pumpenrad erfüllten Arbeitsraum gegenüber dem anderen, axial ortsfesten Pumpenrad abzudecken vermag. wobei das Schiebeteil auf seinem, dem anderen, ortsfest gelagerten Pumpenrad zugewandten Teilseiner Mantelfläche eine Umrißform aufweist, die der Bahn der Zahnköpfe dieses Pumpenrades gleich ist.
-
Eine solche Ausgestaltung einer Zahnradpumpe ermöglicht, die spezifische Fördermenge trotz eines direkten oder indirekten Antriebs durch einen Verbrennungsmotor und somit trotz einer zu der Motordrehzahl proportionalen Antriebsdrehzahl der Zahnradpumpe an den tatsächlichen Bedarf des Verbrennungsmotors anzupassen. Dabei sind wegen der Verwendung des Wegeventils jedoch lediglich zwei Schaltstellung möglich.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte gattungsgemäße Pumpe anzugeben. Insbesondere sollte eine Pumpe angegeben werden, die eine möglichst kontinuierliche Anpassung der spezifischen Fördermenge in Abhängigkeit von einem tatsächlichen Bedarf an dem zu fördernden Fluid ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Pumpe gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Pumpe sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
-
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, dass bei einer Pumpe, deren Fördermenge mittels eines Regelventils regelbar ist, wobei die Regelung in Abhängigkeit von einer Stellung eines beweglich innerhalb eines Regelraums des Regelventils angeordneten Trennkolbens erfolgt, der den Regelraum in einen ersten und einen zweiten Druckraum unterteilt, wobei die Stellung des Trennkolbens in Abhängigkeit von der Differenz der Fluiddrücke in den beiden Regeldruckräumen erfolgt, die Genauigkeit der Regelung negativ beeinflusst werden kann, wenn die Trennung der beiden Druckräume mittels des Trennkolbens nur unzureichend ist und somit ein ungewollter Übertritt von Regelfluid in einer relevanten Menge aus dem einen Druckraum in den anderen Druckraum möglich ist. Diese Problematik kann sich insbesondere stellen, wenn für den beweglich in dem Regelraum angeordneten Trennkolben keine separate Dichtung vorgesehen ist, sondern die Abdichtung lediglich auf einer möglichst exakten Passung des Trennkolbens innerhalb des Regelraums beruht. Problematisch daran kann insbesondere sein, dass sich die Güte der Passung und damit die Breite des zwischen dem Trennkolben und der Wand des Regelraums ausgebildeten Trennspalts temperaturabhängig verändern kann, wie dies insbesondere der Fall ist, wenn ein den Regelraum ausbildendes Gehäuse des Regelventils einerseits und der Trennkolben andererseits aus unterschiedlichen Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgebildet sind.
-
Ein solcher Übertritt von Regelfluid aus einem der Druckräume in den anderen Druckraum soll erfindungsgemäß vermieden werden, indem von dem einen Druckraum in den Trennspalt eintretendes Regelfluid abgeführt wird, bevor es in den anderen Druckraum gelangen könnte.
-
Dementsprechend ist eine gattungsgemäße Pumpe mit regelbarer Fördermenge, bei der die spezifische Fördermenge in Abhängigkeit von dem mittels eines Regelventils einstellbaren Steuerdruck eines Steuerfluids regelbar ist, wobei das Regelventil einen innerhalb eines Regelraums beweglich angeordneten Trennkolben aufweist, der den Regelraum in einen ersten und einen zweiten Druckraum unterteilt, indem eine Kontaktfläche des Trennkolbens an einer Kontaktfläche einer Wand des Regelraums anliegt, erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass von zumindest einer der Kontaktflächen in dem Regelraum ein Ablaufkanal abgeht, der in einen Ablaufraum mündet, in dem der Druck im Betrieb der Pumpe geringer als in dem ersten und dem zweiten Druckraum ist.
-
Dabei werden unter den „Kontaktflächen” diejenigen Flächen(abschnitte) der Mantelfläche des Trennkolbens und der Wand des Regelraums verstanden, die in zumindest einer Stellung, die der Trennkolben im Rahmen der Regelung innerhalb des Regelraums einnehmen kann, im direkten Kontakt mit der entsprechenden Gegenkontaktfläche steht.
-
Bei der Pumpe, bei der es sich vorzugsweise um eine Schmiermittelpumpe für ein Kraftfahrzeug und insbesondere um eine Schmiermittelpumpe zur Versorgung eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs mit Schmiermittel handelt, kann es sich besonders bevorzugt um eine Zahnradpumpe handeln, die ein Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass für das zu fördernde Fluid, einen drehbar innerhalb des Gehäuses angeordneten Förderrotor, der mit zumindest einem Abschnitt des Gehäuses einen Förderraum ausbildet, wobei der Förderrotor zur Verstellung der Fördermenge der Pumpe in längsaxialer Richtung verschiebbar innerhalb des Gehäuses gelagert ist. Dabei kann zudem vorgesehen sein, dass dieser längsaxial verschiebbare Förderrotor mit einem feststehenden Förderrotor kämmt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe kann vorgesehen sein, dass der erste Druckraum über eine erste Druckleitung und der zweite Druckraum über eine zweite Druckleitung mit einer mit der Hochdruckseite der Pumpe verbundenen Förderleitung für ein zu förderndes Fluid verbunden ist, wobei die zweite Druckleitung stromab der ersten Druckleitung aus der Förderleitung abgeht. Dadurch wird erreicht, dass der Fluiddruck in dem zweiten Druckraum stets zumindest geringfügig geringer als der Fluiddruck in dem ersten Druckraum ist. Dies ist zumindest auf die unweigerlich anfallenden Strömungsverluste in dem Abschnitt der Förderleitung zwischen dem Abgang der ersten Druckleitung und dem Abgang der zweiten Druckleitung zurückzuführen. Hinzu kann kommen, das in diesem Abschnitt der Förderleitung eine oder mehrere Abzweigungen angeordnet sein können, über die gefördertes Fluid zur Zuführung an einen oder mehrere Verbraucher abgezweigt werden kann. Ein solches Abzweigen von Fluid würde die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druckraum weiter erhöhen.
-
Eine solche Pumpe, insbesondere in Anwendung als Schmiermittelpumpe, ermöglicht eine kontinuierliche Regelung der spezifischen Fördermenge in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Fluidbedarf, da der Druck des zu fördernden Fluids im Bereich des Abgangs der zweiten Druckleitung und damit auch in dem zweiten Druckraum als relevante Regelgröße dient, die, gegebenenfalls in Wechselwirkung mit dem (veränderlichen) Fluiddruck im Bereich des Abgangs der ersten Druckleitung und damit in dem ersten Druckraum und oder einer von einem vorgespannten Federelements erzeugten Gegenkraft, die Stellung des Trennkolbens innerhalb des Regelraums und damit die Fördermenge der Pumpe beeinflusst.
-
Eine solche Funktionalität der Pumpe kann konstruktiv einfach umgesetzt werden, wenn bei dieser ein Verschlusskolben vorgesehen ist, der eine Steueröffnung in der Wand des Regelraums in Abhängigkeit von der Stellung des Trennkolbens mehr oder weniger mit dem ersten Druckraum verbindet, wodurch ein Übertritt von Steuerfluid in einen Steuerdruckraum regelbar ist, wobei die Stellung des längsaxial verschiebbaren Förderrotors in Abhängigkeit von dem Druck des Steuerfluids in dem Steuerdruckraum eingestellt wird. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Steuerdruckraum an einer Seite von dem längsaxial verschiebbaren Förderrotor selbst begrenzt wird. In diesem Fall dient das von dem ersten Regeldruckraum über die Steueröffnung in den Steuerdruckraum eintretende Regelfluid gleichzeitig als Steuerfluid, mit dem die Bewegung des längsaxial verschiebbaren Förderrotors bewirkt wird. Möglich ist aber auch eine indirekte Betätigung des längsaxial verschiebbaren Förderrotors durch das Regelfluid, beispielsweise indem dieses auf einen Kolben wirkt, der über ein separates Steuerfluid den Förderrotor betätigt. Bei dem Verschlusskolben kann es sich um den Trennkolben selbst handeln. Vorzugsweise kann jedoch vorgesehen sein, dass der Verschlusskolben über eine Kolbenstange (zumindest bezüglich der längsaxialen Richtung der Kolbenstange) fest mit dem Trennkolben verbunden ist.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe kann vorgesehen sein, dass der Ablaufkanal von der Kontaktfläche des Trennkolbens abgeht. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Abgang des Ablaufkanals unabhängig von der jeweiligen Stellung des Trennkolbens stets innerhalb des zwischen den Kontaktflächen ausgebildeten Trennspalts angeordnet ist. Bei einer Positionierung des Abgangs des Ablaufkanals innerhalb der von der Wand des Regelraums ausgebildeten Kontaktfläche sollte dagegen sichergestellt werden, dass dieser so positioniert ist, dass dieser in jeder Stellung, die der Trennkolben innerhalb des Regelraums einnehmen kann, innerhalb des Trennspalts positioniert ist.
-
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe kann zudem vorgesehen sein, dass der Ablaufkanal eine in der Kontaktfläche umlaufende Nut umfasst. Dadurch kann erreicht werden, dass in den Trennspalt eintretendes Fluid möglichst vollumfänglich aufgenommen und über den Ablaufkanal abgeführt werden kann.
-
Eine konstruktiv einfache Ausgestaltung des Trennkolbens der erfindungsgemäßen Pumpe kann vorsehen, dass der Trennkolben mit einer sich durch den ersten und/oder den zweiten Druckraum erstreckenden Kolbenstange verbunden ist, wobei die Kolbenstange zumindest einen Endkolben aufweist, der den ersten oder den zweiten Druckraum von dem Ablaufraum oder einem anderen, fluidleitend mit dem Ablaufraum verbundenen Raum trennt. Dabei kann zumindest einer der Endkolben als Verschlusskolben dienen, über den eine Steueröffnung zur Ansteuerung des längsaxial verschiebbaren Förderrotors mehr oder weniger verschließbar ist.
-
Bei einer solchen Ausgestaltung des Trennkolbens kann dann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass sich der Ablaufkanal durch die Kolbenstange und den Endkolben erstreckt. Dies stellt eine konstruktiv einfache Ausgestaltung einer Verbindung des Abgangs des Ablaufkanals im Bereich der von dem Trennkolben ausgebildeten Kontaktfläche mit dem Ablaufraum dar.
-
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pumpe kann zudem vorgesehen sein, dass der Trennkolben über ein Federelement in Richtung einer schließenden Stellung des Regelventils beaufschlagt ist. Dabei wird unter „geschlossener Stellung“ des Regelventils diejenige Stellung verstanden, in der die spezifische, von der Pumpe förderbare Fördermenge am größten ist. Dadurch kann gegebenenfalls erreicht werden, dass die Pumpe bei einer Fehlfunktion des Regelventils stets die maximale spezifische Förderleistung erbringt.
-
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
-
1: eine erfindungsgemäße Schmiermittelpumpe in einem perspektivischen Längsschnitt;
-
2: eine vergrößerte Darstellung des Regelventils der Schmiermittelpumpe gemäß der 1 in einer geschlossenen Stellung einer Kolbeneinheit des Regelventils;
-
3: eine Darstellung gemäß der 2 mit der Kolbeneinheit des Regelventils in einer geöffneten Stellung;
-
4: eine Darstellung gemäß der 3 mit einer alternativen Ausgestaltung der Kolbeneinheit des Regelventils; und
-
5: einen Vergleich der Druckverläufe einer erfindungsgemäßen Pumpe mit einer konventionellen Vergleichspumpe.
-
Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Pumpe in einem perspektivischen Längsschnitt. Die Pumpe ist als Schmiermittelpumpe für ein Kraftfahrzeug vorgesehen und dient insbesondere dazu, einen Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs mit Schmiermittel zu versorgen. Dabei ist vorgesehen, dass die Pumpe als Tauchpumpe innerhalb eines Sumpfs des Schmiermittels angeordnet und somit zumindest teilweise von dem zu fördernden Schmiermittel umgeben ist. Der Sumpf des Schmiermittels kann insbesondere in einer unterhalb eines Zylinderkurbelgehäuses positionierten Ölwanne des Verbrennungsmotors angeordnet sein.
-
Die Pumpe umfasst ein Gehäuse 10, in dem zwei zahnradförmige Förderrotoren 12, 14 drehbar gelagert sind. Ein erster (12) der Förderrotoren ist dazu in einer Lagereinheit 16 drehbar gelagert. Die Lagereinheit 16 umfasst zwei Lagerkolben 18, 20, von denen jeweils einer auf einer Seite (bezogen auf die längsaxiale Richtung) des ersten Förderrotors 12 angeordnet ist. Der erste Förderrotor 12 ist drehfest auf einer Welle 22 angeordnet, deren Endabschnitte drehbar innerhalb der Lagerkolben 18, 20 gelagert sind. Der erste Förderrotor 12 ist gemeinsam mit der Lagereinheit 16 in einem Innenraum des Gehäuses 10 in Grenzen in längsaxialer Richtung verschiebbar gelagert. Ein zweiter (14) der Förderrotoren ist drehangetrieben und kämmt mit dem ersten Förderrotor 12, wobei die Länge des Eingriffs der beiden Förderrotoren 12, 14 durch eine längsaxiale Verschiebung des ersten Förderrotors 12 veränderbar ist.
-
In dem Gehäuse 10 der Pumpe ist ein Förderraum ausgebildet, der von den zwei kämmenden Förderrotoren 12, 14 in eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite unterteilt wird. Der Niederdruckraum ist mit einem Einlass 24 für das zu fördernde Fluid, d.h. das Schmiermittel, und der Hochdruckraum mit einem Auslass 26 für das zu fördernde Schmiermittel verbunden. Der Einlass 24 ist als offener, in dem Sumpf des Schmiermittels angeordneter Saugstutzen 28 ausgebildet, während der Auslass 26 in einer Befestigungsfläche 30 endet, über die die Pumpe an eine entsprechende Befestigungsfläche an der Unterseite des Zylinderkurbelgehäuses anschraubbar ist. Dadurch wird ein Anschluss des Auslasses 26 der Pumpe an einen in das Zylinderkurbelgehäuse integrierten Schmiermittelkanal erreicht.
-
Durch eine Verschiebung des ersten Förderrotors 12 und somit eine Änderung der Länge des Eingriffs der beiden Förderrotoren 12, 14 kann das von diesen definierte wirksame Fördervolumen des Förderraums und damit die spezifische Fördermenge der Pumpe verändert werden.
-
Ein Verschieben des ersten Förderrotors 12 zur Veränderung der spezifischen Fördermenge erfolgt kombiniert hydraulisch in Wechselwirkung mit einem ersten Federelement 38. Dazu werden von dem den ersten Förderrotor 12 aufnehmenden Innenraum des Gehäuses 10 in Verbindung mit den beiden Lagerkolben 18, 20 auf beiden Seiten der Lagereinheit 16 Fluidräume 32, 34 ausgebildet, die mit dem Schmiermittel befüllbar sind. Dabei ist ein erster Fluidraum 32 über eine Öffnung 36 in dem Gehäuse 10 mit dem Sumpf des Schmiermittels verbunden. Der erste Fluidraum 32 ist somit stets mit Schmiermittel mit in etwa atmosphärischem Druck gefüllt. Innerhalb des ersten Fluidraums 32 ist weiterhin das vorgespannte erste Federelement 38 angeordnet, das somit den ersten Förderrotor 12 in diejenige Stellung beaufschlagt, in der die Länge des Eingriffs mit dem zweiten Förderrotor 14 und folglich die spezifische Förderleistung der Pumpe am größten ist.
-
Von dem zweiten, als Steuerdruckraum dienenden Fluidraum 34 geht eine Steueröffnung 40 ab, die in einen Regelraum eines in das Gehäuse 10 der Pumpe integrierten Regelventils 42 mündet. Innerhalb des zylindrischen Regelraums ist eine Kolbeneinheit axial beweglich gelagert. Die Kolbeneinheit umfasst einen Trennkolben 44, der den Regelraum in einen ersten Druckraum 46 und einen zweiten Druckraum 48 unterteilt. Auf beiden längsaxialen Seiten des Trennkolbens 44 erstreckt sich eine Kolbenstange 50, die beispielsweise einen kreuzförmigen Querschnitt aufweisen kann. Der sich durch den ersten Druckraum 46 erstreckende Teil der Kolbenstange 50 endet in einem Endkolben 52, der als Verschlusskolben 54 dient und in Abhängigkeit von der Stellung des Trennkolbens 44 und damit der gesamten Kolbeneinheit die Steueröffnung 40 mehr oder weniger verschließt beziehungsweise freigibt und damit ein geregeltes Überströmen eines in dem ersten Druckraum 46 enthaltenen Steuerfluids in den zweiten Fluidraum 34 ermöglicht. Dabei kann die Steueröffnung 40 mittels des Verschlusskolbens 54 in einer ersten Stellung des Trennkolbens 44 (und damit der gesamten Kolbeneinheit) im Wesentlichen vollständig verschlossen sein, wie dies in der 2 dargestellt ist. In einer zweiten Stellung des Trennkolbens 44 (und damit der gesamten Kolbeneinheit) wird die Steueröffnung 40 dagegen im Wesentlichen vollständig freigegeben, wie dies in der 3 dargestellt ist.
-
Bei dem in dem ersten Druckraum 46 enthaltenen Fluid handelt es sich um Schmiermittel, das auf der Hochdruckseite der Pumpe abgezweigt wird. Dazu ist der erste Druckraum 46 über eine nicht gezeigte erste Druckleitung, die insbesondere in das Gehäuse 10 der Pumpe integriert sein kann, mit dem Auslass 26 der Pumpe verbunden. Strömt somit bei zumindest teilweise geöffnetem Regelventil 42 Schmiermittel aus dem ersten Druckraum 46 über die Steueröffnung 40 in den zweiten Fluidraum 34, wird bei ausreichendem Druck des Schmiermittels in dem zweiten Fluidraum 34 der erste Förderrotor 12 mitsamt der Lagereinheit 16 entgegen der von dem ersten Federelement 38 erzeugten Federkraft in längsaxialer Richtung (in der 1 nach rechts) verschoben. Dabei wird das erste Federelement 38 weiter vorgespannt, was in einer erhöhten, durch das erste Federelement 38 erzeugten Gegenkraft resultiert. Der hydraulische Druck in dem ersten Fluidraum 32 bleibt dagegen im Wesentlichen gleich, da überschüssiges Schmiermittel über die Öffnung 36 in dem Gehäuse 10 der Pumpe in den Sumpf des Schmiermittels ausgebracht wird. Durch die Steueröffnung 40 erfolgt in Abhängigkeit von der Stellung der Kolbeneinheit eine mehr oder weniger große Begrenzung der in den zweiten Fluidraum 34 überströmenden Menge des Schmiermittels.
-
Die Stellung des Trennkolbens 44 und damit der Kolbeneinheit innerhalb des Regelraums des Regelventils 42 wird grundsätzlich durch eine Wechselwirkung des in dem ersten Druckraum 46 vorherrschenden Fluiddrucks in Verbindung mit der den ersten Druckraum 46 begrenzenden Fläche des Trennkolbens 44 sowie der Kraft eines vorgespannten zweiten Federelements 56 einerseits und dem in dem ersten Druckraum 46 vorherrschenden Fluiddruck in Verbindung mit der den ersten Druckraum 46 begrenzenden Fläche des Verschlusskolbens 54, sowie dem Fluiddruck in dem zweiten Druckraum 48 in Verbindung mit der den zweiten Druckraum 48 begrenzenden Fläche des Trennkolbens 44 andererseits beeinflusst. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die den ersten Druckraum 46 begrenzenden Flächen des Trennkolbens 44 einerseits und des Verschlusskolbens 54 andererseits gleich groß sind, so dass sich die über den Fluiddruck in dem ersten Druckraum 46 auf diese Flächen ausgeübten, entgegengesetzt gerichteten Kräfte ausgleichen. Im Ergebnis wird somit die Stellung der Kolbeneinheit in dem Regelraum nur durch die Höhe des Fluiddrucks in dem zweiten Druckraum 48 in Wechselwirkung mit der Federkraft des zweiten Federelements 56 beeinflusst
-
Der zweite Druckraum 48 ist mit Schmiermittel gefüllt, dass auf der Hochdruckseite der Pumpe stromab derjenigen Stelle, an der Schmiermittel für den ersten Druckraum 46 entnommen wird, abgezweigt und über eine nicht gezeigte zweite Druckleitung dem zweiten Druckraum 48 zugeführt wird. Dabei kann der Abgang der zweiten Druckleitung stromab des Abgangs der ersten Druckleitung innerhalb des Auslasses 26 der Pumpe angeordnet sein. Möglichst ist aber auch, den Abgang der zweiten Druckleitung einer von dem Zylinderkurbelgehäuse ausgebildeten Schmiermittelleitung anzuordnen. Durch die stromabwärts des Abgangs der ersten Druckleitung gelegene Anordnung des Abgangs der zweiten Druckleitung ist der Fluiddruck des dem zweiten Druckraum 48 zugeführten Schmiermittel stets zumindest geringfügig niedriger als der Fluiddruck des dem ersten Druckraum 46 zugeführten Schmiermittel.
-
Die die Stellung der Kolbeneinheit 16 in dem Regelraum beeinflussenden Parameter, d.h. die den zweiten Druckraum 48 begrenzende Fläche des Trennkolbens 44 sowie die Federsteifigkeit des zweiten Federelements 56, sind unter Berücksichtigung des zu erwartenden Fluiddrucks in dem zweiten Druckraum 48 derart ausgelegt, dass der Verschlusskolben 54 die Steueröffnung 40 bei vergleichsweise niedrigen Antriebsdrehzahlen der Pumpe vollständig verschließt. Steigt dagegen die Antriebsdrehzahl der Pumpe, damit die absolute Fördermenge und folglich der hydraulische Druck auf der Hochdruckseite der Pumpe, führt ein zunehmender Fluiddruck in dem zweiten Druckraum 48 zu einem Verschieben der Kolbeneinheit 16 unter zunehmender Vorspannung des zweiten Federelements 56 in die Steueröffnung 40 zunehmend öffnende Stellungen, wodurch Schmiermittel aus dem ersten Druckraum 46 über die Steueröffnung 40 in den zweiten Fluidraum 34 überströmen kann. Dadurch wird der erste Förderrotor 12, wie beschrieben, teilweise aus dem Eingriff mit dem zweiten Förderrotor 14 gebracht und dementsprechend die spezifische Fördermenge der Pumpe reduziert.
-
Ein solches Abregeln der Pumpe erfolgt dabei nicht zwangsläufig proportional zu einer ansteigenden Antriebsdrehzahl der Pumpe, sondern berücksichtigt einen möglichen Druckabfall zwischen dem Abgang der ersten Druckleitung und der zweiten Druckleitung auf der Hochdruckseite der Pumpe. Sofern in diesem Abschnitt Schmiermittel für einen oder mehrere Verbraucher abgezweigt wird, geht deren tatsächlicher Schmiermittelbedarf in die Regelung der Pumpe ein. Ist der Schmiermittelbedarf dieser Verbraucher vergleichsweise groß, führt dies zu einem relativ geringen Druck in dem zweiten Druckraum 48 und damit zu einer nicht oder nur vergleichsweise gering erfolgenden Abregelung der Pumpe.
-
Da die Regelung der Fördermenge der Pumpe im Wesentlichen von dem Fluiddruck in dem zweiten Druckraum 48 abhängt, sollte möglichst vermieden werden, dass Schmiermittel aus dem ersten Druckraum 46, in dem dieses stets mit höherem Druck als in dem zweiten Druckraum 48 vorliegt, über den Trennspalt, den die entsprechenden Kontaktflächen des Mantels des Trendkolbens 44 sowie der Wand des Regelraums zwischen sich ausbilden, in den zweiten Druckraum 48 gelangt. Ein solcher Übertritt von Schmiermittel würde nämlich den Druck in dem zweiten Druckraum 48 verändern und somit die bedarfsangepasste Regelung der Pumpe verfälschen.
-
Für den Trennspalt sind keine zusätzlichen Dichtelemente vorgesehen, da diese eine reibungsarme Beweglichkeit der Kolbeneinheit 16 in dem Druckraum, die für eine feinfühlige Regelung vorteilhaft ist, nachteilig beeinflussen würden. Die Breite des Trennspalts wird somit ausschließlich von der Güte der Passung, d.h. der Anpassung der Außenabmessungen des Trennkolbens 44 und der Innenabmessungen des Regelraums im Bereich der Kontaktflächen aufeinander, bestimmt. Da für den Betrieb der Pumpe stets eine reibungsarme Beweglichkeit der Kolbeneinheit innerhalb des Regelraums erforderlich ist, die zudem über einen größeren Temperaturbereich sichergestellt werden muss, kann es erforderlich sein, für diese, die Breite des Trennspalts definierenden Abmessungen vergleichsweise große Toleranzen vorzusehen. Dies führt jedoch zumindest in einzelnen Abschnitten dieses Temperaturbereichs zu einem relativ schlechten Dichtungsverhalten des innerhalb des Regelraums geführten Trennkolbens 44.
-
Um einen Übertritt von Schmiermittel aus dem ersten Druckraum 46 in den zweiten Druckraum 48 möglichst zu vermeiden, ist in die Kolbeneinheit erfindungsgemäß ein Ablaufkanal 58 integriert, über den Schmiermittel, das aus dem ersten Druckraum 46 in den Trennspalt eintritt, in einen Ablaufraum abgeführt werden kann, in dem der Druck geringer als in dem ersten Druckraum 46 und in dem zweiten Druckraum 48 ist. Im vorliegenden Fall erfolgt ein Abführen dieses übertretenden Schmiermittels in die Ölwanne und somit in den Sumpf des Schmiermittels, in dem in etwa atmosphärischer Druck herrscht. Dazu erstreckt sich der Ablaufkanal 58 bis auf die dem ersten Druckraum 46 abgewandte Seite des Verschlusskolbens 54, auf der infolge der Anordnung einer Übertrittsöffnung 60 derselbe (in etwa atmosphärische) Druck wie in dem Sumpf des Schmiermittels herrscht.
-
Der Ablaufkanal 58 umfasst eine in der Mantelfläche des Trennkolbens umlaufende Nut 62, mindestens einen sich ausgehend von dem Grund der Nut 62 erstreckenden, radial verlaufenden Abschnitt 64 sowie einen sich an den radial verlaufenden Abschnitt 64 anschließenden, sich in Längsrichtung der Kolbeneinheit erstreckenden Abschnitt 66.
-
In der 4 ist eine alternative Ausgestaltung des Regelventils und insbesondere des Verlaufs des Ablaufkanals 58 dargestellt. Dort erstreckt sich der sich in Längsrichtung der Kolbeneinheit erstreckende Abschnitt 66 bis zu der dem zweiten Druckraum 48 abgewandten Seite eines Endkolbens 52, dessen Außendurchmesser deutlich kleiner als der Außendurchmesser des Trennkolbens 44 ist. Diese Seite des Endkolbens 52 begrenzt einen Niederdruckraum 68, der ebenfalls über eine nicht gezeigte Übertrittsöffnung mit dem Sumpf des Schmiermittels in fluidleitender Verbindung steht. Im Übrigen ist der Ablaufkanal 58 des Regelventils gemäß der 4 vergleichbar zu dem Ablaufkanal 58 des Regelventils gemäß der 1 bis 3. Dieser umfasst somit ebenfalls eine umlaufende Nut 62, mindestens einen radial verlaufenden Abschnitt 64 sowie den sich in Längsrichtung der Kolbeneinheit erstreckenden Abschnitt 66.
-
Die 5 verdeutlicht noch einmal den Effekt, der durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Trennkolbens 44 beziehungsweise der Kolbeneinheit mit der Integration des Ablaufkanals 58 erzielt werden kann. Dort ist zum einen als durchgehende Kurve der Verlauf des Drucks p des Schmiermittels in [bar] an einer Stelle auf der Hochdruckseite der Pumpe über der Drehzahl n eines Verbrennungsmotors, der für den direkten Antrieb der Pumpe genutzt wird, dargestellt. Es ist erkennbar, dass der Druck bei der erfindungsgemäßen Pumpe ausgehend von der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors bei ca. 800 1/min zunächst im Wesentlichen proportional mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors bis zum Erreichen einer Drehzahl von ca. 3800 Umdrehungen pro Minute ansteigt, um dann über dem weiteren Verlauf des Drehzahlbands nahezu konstant zu bleiben. Bei einer Pumpe, die, mit Ausnahme des nicht vorgesehenen Ablaufkanals zu der verglichenen erfindungsgemäßen Pumpe identisch ist, erfolgt dagegen ein Abknicken des Druckverlaufs bei ca. 4400 1/min mit anschließend abnehmendem Druckniveau (vgl. gestrichelte Kurve). Dieses Abknicken des Druckverlaufs ist auf die ungewollte Beeinflussung des Regelverhaltens des Regelventils infolge eines Übertritts von Schmiermittel aus dem ersten Druckraum 46 in den zweiten Druckraum 48 begründet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Gehäuse
- 12
- erster Förderrotor
- 14
- zweiter Förderrotor
- 16
- Lagereinheit
- 18
- Lagerkolben
- 20
- Lagerkolben
- 22
- Welle
- 24
- Einlass
- 26
- Auslass
- 28
- Saugstutzen
- 30
- Befestigungsfläche
- 32
- erster Fluidraum
- 34
- zweiter Fluidraum
- 36
- Öffnung
- 38
- erstes Federelement
- 40
- Steueröffnung
- 42
- Regelventil
- 44
- Trennkolben
- 46
- erster Druckraum
- 48
- zweiter Druckraum
- 50
- Kolbenstange
- 52
- Endkolben
- 54
- Verschlusskolben
- 56
- zweites Federelement
- 58
- Ablaufkanal
- 60
- Übertrittsöffnung
- 62
- Nut des Ablaufkanals
- 64
- radial verlaufender Abschnitt des Ablaufkanals
- 66
- in Längsrichtung der Kolbeneinheit erstreckender Abschnitt des Ablaufkanals
- 68
- Niederdruckraum
