DE102006018186A1

DE102006018186A1 - Pumpe

Info

Publication number: DE102006018186A1
Application number: DE102006018186A
Authority: DE
Inventors: Marco Bross
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2007-10-25

Abstract

Pumpe mit verstellbarer Förderleistung, mit: . mindestens einem Zylinder, . einem ersten und einem zweiten in dem mindestens einen Zylinder angeordneten Kolben, . einer Federeinrichtung, welche die beiden Kolben auseinanderdrückt, . einem in einer Wand des Zylinders im Bereich zwischen den beiden Kolben vorgesehenen Fluideinlass und einem in der Wand des Zylinders im Bereich zwischen den beiden Kolben vorgesehenen Fluidauslass, . einer die Kolbenbewegung des ersten Kolbens steuernden ersten Steuereinrichtung und einer die Kolbenbewegung des zweiten Kolbens steuernden zweiten Steuereinrichtung und . einer Verstelleinrichtung, die auf mindestens eine der beiden Steuereinrichtungen einwirkt und eine Verstellung der Kolbenbewegung des ersten Kolbens in Bezug auf die Kolbenbewegung des zweiten Kolbens ermöglicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
In Kraftfahrzeugen werden häufig Pumpen mit konstantem Fördervolumen eingesetzt. Derartige Pumpen sind vergleichsweise kostengünstig und finden Anwendung, z. B. als Motor- bzw. Getriebeölpumpe, Kühlmittelpumpe, Hydraulikpumpe für die Lenkung etc. Üblicherweise werden derartige Pumpen durch eine Welle des Motors bzw. des Getriebes angetrieben. Ihre tatsächliche Förderleistung ist somit drehzahlabhängig. Die Pumpe muss so ausgelegt sein, dass in jedem Betriebszustand, d. h. auch bei geringen Betriebsdrehzahlen eine hinreichende Förderleistung sichergestellt ist. Dies hat zur Folge, dass die Pumpe bei höheren Betriebsdrehzahlen eine unnötig hohe Förderleistung aufweist, wodurch unnötigerweise Energie vergeudet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Pumpe zu schaffen, deren effektive Förderleistung bedarfsgerecht einstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Das Grundprinzip der Erfindung besteht in einer Pumpe mit verstellbarer Förderleistung, die mindestens einen Zylinder, vorzugsweise aber mehrere Zylinder aufweist. In dem mindestens einem Zylinder sind ein erster und ein zweiter Kolben verschiebbar angeordnet. Die beiden Kolben werden durch eine Federeinrichtung auseinandergedrückt. Bei der Federeinrichtung kann es sich beispielsweise um eine in dem Zylinder zwischen den beiden Kolben angeordnete Druckfeder handeln. In der Wand des Zylinders ist im Bereich zwischen den beiden Kolben ein Fluideinlass und ein Fluidauslass vorgesehenen. Über den Fluideinlass kann Fluid in den Zylinder gesaugt werden. Über den Fluidauslass wird Fluid aus dem Zylinder abgepumpt. Das Ansaugen und das Abpumpen wird durch die Bewegung der beiden Kolben gesteuert. Jedem der beiden Kolben ist eine separate „Steuereinrichtung" zugeordnet. Es kann vorgesehen sein, dass die beiden Kolben durch die zugeordneten Steuereinrichtungen unabhängig voneinander steuerbar sind. Ferner ist eine „Verstellleinrichtung" vorgesehen, die auf eine oder auf beide Steuereinrichtungen einwirkt. Mittels der Verstelleinrichtung kann die Kolbenbewegung des ersten Kolbens in Bezug auf die Kolbenbewegung des zweiten Kolbens verstellt werden.
Vorzugweise arbeiten die den Kolben zugeordneten Steuereinrichtungen zyklisch, so dass sich zyklische Kolbenbewegungen ergeben. Vorzugsweise sind die Periodendauern der beiden Kolbenbewegungen gleich lang. In diesem Fall kann mittels der Verstelleinrichtung die Phasenlage der beiden Kolben in Bezug zueinander verstellt werden.
Die Steuereinrichtungen können als drehbar angeordnete Elemente ausgebildet sein, die eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen und die sich in Bezug auf den mindestens einen Zylinder drehen.
Bei der einen Steuereinrichtung kann es sich um hülsenartiges Element handeln, das einen glatten von der Kreisform abweichenden Innenumfang aufweist, der als „Steuer- oder Kulissenbahn" zur Steuerung des ersten Zylinders fungiert. Die „Steuer- bzw. Kulissenbahn" der ersten Steuereinrichtung kann z. B. oval, insbesondere elliptisch gestaltet sein.
Die zweite Steuereinrichtung kann als „nockenartiges" Element ausgebildet sein, dessen Außenumfang als Steuer- bzw. Kulissenbahn zur Steuerung des zweiten Zylinders fungiert, wobei die Steuer- bzw. Kulissenbahn des nockenartigen Elements ebenfalls eine sich von einer Kreiskontur unterscheide Kontur aufweist. Vorzugsweise ist die Steuer- bzw. Kulissenbahn, d. h. der Außenumfang des nockenartigen Elements, ebenfalls oval bzw. elliptisch gestaltet.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Zylinder mit seinen zwei darin verschieblich angeordneten Kolben im Bereich zwischen dem hülsenartigen Element und dem nockenartigen Element angeordnet.
Werden die beiden „Steuereinrichtungen" gleichzeitig gedreht, so bewegen sich auch die beiden Kolben gleichzeitig in dem mindestens einen Zylinder hin und her.
Rotieren die beiden „Steuereinrichtungen" mit gleicher Drehzahl und gleicher Phasenlage, so verschieben sich die zwei Kolben in dem mindestens einen Zylinder synchron hin und her. Sind die beiden Steuereinrichtungen so konzipiert, dass die Hübe der beiden Kolben gleich groß sind, so wird das zwischen den beiden Kolben befindliche Fluid lediglich hin- und hergeschoben, d. h. es wird kein Fluid übe den Fluideinlass in den Zylinder eingesaugt und auch kein Fluid über den Fluidauslass aus dem Kolben abgepumpt. Sind die Steuereinrichtungen jedoch so konzipiert, dass sich bei synchroner Bewegung der beiden Kolben unterschiedliche Kolbenhübe ergeben, so stellt sich ein „Pumpprozess" ein, bei dem über den Fluideingang Fluid in den zwischen den beiden Kolben befindlichen Zylinderbereich eingesaugt und über den Fluidausgang Fluid abgepumpt wird.
Werden die beiden Steuereinrichtungen in unterschiedlicher Phasenlage zueinander betrieben, so stellt sich eine größere Förderleistung ein. Bei oval bzw. elliptisch gestalteten Steuer- bzw. Kulissenbahnen der Steuereinrichtungen wird eine maximale Förderleistung erreicht, wenn die beiden Steuereinrichtungen mit gleicher Drehzahl und einer Phasendifferenz von 90° rotieren.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung bei maximaler Förderleistung;
2 das Ausführungsbeispiel der 1 bei minimaler Förderleistung; und
3 eine schematische Darstellung einer Verstelleinrichtung einer Pumpe gemäß der Erfindung.
1 zeigt eine Pumpe 1 mit vier Pumpzylindern 2-5. Die Pumpzylinder 2-5 sind in Bezug auf eine Drehachse 6 der Pumpe in Umfangsrichtung verteilt angeordnet und gleichmäßig 90° voneinander beabstandet. Jedem der Zylinder 2-5 sind zwei Kolben zugeordnet, nämlich ein innerer Kolben 2a, 3a, 4a, 5a und ein äußerer Kolben 2b, 3b, 4b, 5b. Zwischen den beiden Kolben eines jeden Zylinders ist jeweils eine Druckfeder 2c, 3c, 4c, 5c angeordnet, welche die zugeordneten Kolben 2a, 2b, bzw. 3a, 3b bzw. 4a, 4b bzw. 5a, 5b auseinander drückt. In den Zylinderwänden der Zylinder 2-5 ist jeweils ein Fluideingang 2d, 3d, 4d, 5d und ein Fluidausgang 2e, 3e, 4e, 5e vorgesehen. Den Fluideingängen 2c-5c und den Fluidausgängen 2e-5e ist jeweils ein Rückschlagventil zugeordnet. Über die Fluideingänge 2d-5d kann Fluid aus einem hier nicht näher dargestellten Fluidreservoir in die Zylinder 2-5 eingesaugt werden. Über die Fluidausgänge 2e-5e kann das in den Zylindern 2-5 zwischen den zugeordneten Kolben befindliche Fluid über hier nicht näher dargestellte Ausgangsleitungen abgepumpt werden.
Zur Steuerung der Kolben 2a, 2b bzw. 3a, 3b bzw. 4a, 4b, bzw. 5a, 5b ist ein „äußeres", elliptisch gestaltetes hülsenartiges Steuerelement 7 vorgesehen, das um die Drehachse 6 drehbar ist. Ein Innenumfang 8 des Steuerelements 7 bildet eine Steuer- bzw. Kulissenbahn, welche die „äußeren Kolben" 2b-5b steuert. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Anordnung lediglich das Grundprinzip schematisch erläutert. Selbstverständlich können sich die Zylinder 2-5 nicht bis unmittelbar an den Innenumfang 8 des äußeren Steuerelements 7 erstrecken.
Die inneren Kolben 2a-5a werden durch ein inneres Steuerelement 9 gesteuert. Das innere Steuerelement 9 hat die Form eines Doppelnockens mit einem ovalen bzw. elliptischen Außenumfang 20. Das innere Steuerelement 9 ist ebenfalls drehbar um die Drehachse 6 angeordnet.
Werden die beiden Steuerelemente 7, 9 angetrieben, z. B. mit gleicher Drehzahl, so bewegen sich während eines ersten 90°-Phasenabschnitts die beiden Kolben der Zylinder 3 und 5 auseinander, was zur Folge hat, dass über die Fluideingänge 3d und 5d Fluid in die Zylinder 3 und 5 eingesaugt wird. Gleichzeitig bewegen sich die Kolben der Zylinder 2 und 4 aufeinander zu, mit der Folge, dass das in den Zylindern 2 und 4 befindliche Fluid über die Fluidausgänge 2e bzw. 4e abgepumpt wird.
In dem darauf folgenden 90°-Phasenabschnitt ist es gerade umgekehrt, d. h. die Zylinder 2 und 4 saugen Fluid an, während die Zylinder 3 und 6 das angesaugte Fluid abpumpen.
Wie aus 1 ersichtlich ist, unterscheiden sich die Phasenlagen der beiden Steuerelemente 7, 9 um 90°. Bei einer derartigen Phasendifferenz von 90° erreicht die Pumpe 1 ihre maximale Förderleistung.
2 zeigt die Pumpe der 1, wobei hier jedoch um Unterschied zu 1 die beiden Steuerelemente 7, 9 ein- und dieselbe Phasenlage einnehmen. Befinden sich die beiden Steuerelemente 7, 9 in ein- und derselben Phasenlage, so werden bei einer Drehung der Steuerelemente 7, 9 mit gleicher Drehzahl die Kolbenpaare 2a, 2b bzw. 3a, 3b bzw. 4a, 4b bzw. 5a, 5b synchron in ihren jeweiligen Zylindern 2-5 hin und her verschoben. Sind die Steuerelemente 7, 9 so dimensioniert, dass die Hübe der beiden Kolben eines jeden Kolbenpaars gleich sind, so wird die Pumpe 1 zwar angetrieben, befindet sich jedoch im Zustand der „Nullförderung". Sind die Steuerelemente 7, 9 jedoch so konzipiert, dass sich die Hübe der Kolben der einzelnen Kolbenpaare unterscheiden, so wird weiterhin ein gewisser Volumenstrom gefördert, wobei sich die Pumpe 1 jedoch im Zustand der „Minimalförderung" befindet.
3 zeigt in schematisierter Darstellung das Grundprinzip einer mechanischen Verstelleinrichtung, mit der die Phasenlage der Steuerelemente 7, 9 in Bezug zueinander verstellt werden kann.
Das nockenartige Steuerelement 9 sitzt unmittelbar auf einer Antriebswelle 12. Auf der Antriebswelle 12 ist eine Schiebehülse 13 angeordnet, die über eine Geradverzahnung 14 drehfest mit der Antriebswelle 12 gekoppelt ist. Das Steuerelement 7 sitzt auf der Verschiebehülse 13 und ist über eine Schrägverzahnung 15 mit der Schiebehülse 13 drehgekoppelt. Das Steuerelement 7 ist über eine Axiallagerung 16 in Axialrichtung festgelegt.
Die Schiebehülse 13 kann durch einen Aktor 17 in axialer Richtung verschoben werden, was durch einen Pfeil 18 angedeutet ist. Ein Verschieben der Schiebehülse 13 auf der Antriebswelle 12 hat eine Relativdrehung des Steuerelements 7 in Bezug auf die Antriebswelle 12 bzw. in Bezug auf das Steuerelement 9 zur Folge. Durch axiales Verschieben der Schiebehülse 13 kann also die Phasenlage der beiden Steuerelemente 7, 9 in Bezug zueinander verstellt werden.

Claims

Pumpe (1) mit verstellbarer Förderleistung, mit: • mindestens einem Zylinder (2, 5), • einem ersten und einem zweiten in dem mindestens einen Zylinder (2-5) angeordneten Kolben (2a, 3a, 4a, 5a); (2b, 3b, 4b, 5b), • einer Federeinrichtung (2c, 3c, 4c, 5c), welche die beiden Kolben (2a, 2b; 3a, 3b; 4a, 4b; 5a, 5b) auseinanderdrückt, • einem in einer Wand des Zylinders (2-5) im Bereich zwischen den beiden Kolben (2a, 2b; 3a, 3b; 4a, 4b; 5a, 5b) vorgesehenen Fluideinlass (2d, 3d, 4d, 5d) und einem in der Wand des Zylinders (2-5) im Bereich zwischen den beiden Kolben (2a, 2b; 3a, 3b; 3a, 4b; 5a, 5b) vorgesehenen Fluidauslass (2e, 3e, 4e, 5e), • einer die Kolbenbewegung des ersten Kolbens (2a, 3a, 4a, 5a) steuernden ersten Steuereinrichtung (9), und einer die Kolbenbewegung des zweiten Kolbens (2b, 3b, 4b, 5b) steuernden zweiten Steuereinrichtung (7), und • einer Verstelleinrichtung (11), die auf mindestens eine der beiden Steuereinrichtungen (7, 9) einwirkt und eine Verstellung der Kolbenbewegung des ersten Kolbens (2a, 3a, 4a, 5a) in Bezug auf die Kolbenbewegung des zweiten Kolbens (2b, 3b, 4b, 5b) ermöglicht.
Pumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (2c, 5c) eine zwischen den Kolben (2a-5a; 2b-5b) angeordnete Druckfeder ist.
Pumpe (1) nach Anspruch 1 oder, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen (7, 9) die Kolben (2a-5a, 2b-5b) zyklisch steuern.
Pumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (11) dazu vorgesehen ist, die Phasenlage der beiden Kolben (2a-5a; 2b-5b) in Bezug zueinander zu verstellen.
Pumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fluideingang (2d-5d) und dem Fluidausgang (2e-5e) jeweils ein Rückschlagventil zugeordnet ist, wobei durch die Rückschlagventile sichergestellt ist, dass über den Fluideingang (2d-5d) Fluid ausschließlich in den Zylinder (2-5) einströmen und über den Fluidausgang (2e-5e) Fluid ausschließlich aus dem Zylinder (2-5) ausströmen kann.
Pumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen (7, 9) drehbare Elemente sind, die eine gemeinsame Drehachse (6) aufweisen.
Pumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuereinrichtung (9) ein nockenartiges Element ist, wobei ein Außenumfang (10) des nockenartigen Elements (9) eine sich von einem Kreis unterscheidende Kontur hat und als Steuerbahn zur Steuerung des zweiten Kolbens (2a-5a) fungiert.
Pumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuereinrichtung (7) ein hülsenartiges Element ist, wobei ein Innenumfang (8) des hülsenartigen Elements (7) eine sich von einem Kreis unterscheidende Kontur hat und als Steuerbahn zur Steuerung des zweiten Zylinders (2b-5b) fungiert.
Pumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (2-5) im Bereich zwischen dem nockenartigen Element (9) und dem hülsenartigen Element (7) angeordnet ist.
Pumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steuereinrichtungen (7, 9) von einer gemeinsamen Antriebswelle (12) angetrieben sind.
Pumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstellung einer der beiden Steuereinrichtungen (7, 9) in Bezug auf die Antriebswelle (12) fest ist.
Pumpe (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstellung der anderen Steuereinrichtung in Bezug auf die Antriebswelle durch Betätigen der Verstelleinrichtung (11) verstellbar ist.