DE10231197B4

DE10231197B4 - Schmiermittelpumpanlage

Info

Publication number: DE10231197B4
Application number: DE2002131197
Authority: DE
Inventors: Douglas G. Hunter; Albin J. Niemiec
Original assignee: SLW Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: JP2003201976A; JP4061142B2; DE10231197A1

Abstract

Schmiermittelpumpanlage für die Schmierung einer Vorrichtung mit einer drehzahlveränderlichen Welle und einem Schmiermittelkreis, mit: einer ersten Pumpe (210) veränderlicher Verdrängung, die in Abhängigkeit von einem Steuersignal verstellbar ist, und einer zweiten Pumpe (214) fester Verdrängung, die mit der Welle verbunden ist, wobei ein Ausgang der zweiten Pumpe (214) ein Betätigungssignal liefert, das mit der Drehzahl der drehzahlveränderlichen Welle zunimmt, um die Verdrängung der ersten Pumpe (210) in Abhängigkeit von der Drehzahl der drehzahlveränderlichen Welle zu ändern, während ein Teil der Förderleistung der zweiten Pumpe (214) zu dem Einlass der ersten Pumpe (210) geführt wird, um den Einlassstrom der ersten Pumpe (210) zu verstärken, wobei ein Teil der Förderleistung der zweiten Pumpe (214) zu dem Auslass der ersten Pumpe (210) geleitet wird, während ein Teil der Förderleistung der zweiten Pumpe (214) zu einem Speicher (Ölsumpf) geleitet wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein Fluidpumpen und insbesondere eine verstellbare Flügelpumpe sowie die Regelung und den Betrieb der Pumpe unter sich ändernden Motordrehzahlbedingungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Hydraulische Getriebeanordnungen und Strömungsverteileranlagen können eine Flügelpumpe verwenden. Derartige Pumpen haben typischerweise einen Rotor mit mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten Flügeln, die von dem Rotor getragen werden und in Schlitzen des Rotors relativ zu diesen gleitbar sind. Der Rotor und die Flügel wirken mit der Innenkontur eines Exzenterringes zusammen, der relativ zu einer Achse des Rotors und den Flügeln exzentrisch gelagert ist, um Kammern zwischen dem Exzenterring, dem Rotor und den Flügeln zu bilden. Aufgrund der Exzentrizität zwischen dem Exzenterring und dem Rotor und den Flügeln ändern die Kammern ihr Volumen bei ihrer Bewegung mit dem rotierenden Rotor, wobei ihr Volumen größer wird, wenn sie sich an einer Einlassöffnung vorbei bewegen, und ihr Volumen kleiner wird, wenn sie sich an einer Auslassöffnung vorbei bewegen. Um die Exzentrizität zwischen dem Exzenterring und dem Rotor zu ändern, kann der Exzenterring um eine ortsfeste Achse im Pumpengehäuse geschwenkt werden. Durch Schwenken des Exzenterringes wird die Volumenänderung der Kammern beim Gebrauch der Pumpe und somit die Verdrängungseigenschaft der Pumpe variiert. Eine Beschreibung von Problemen vorbekannter Pumpen enthält der Abschnitt „Hintergrund der Erfindung” der oben genannten anhängigen US Serial No. 10/021,566. Eine Beschreibung einer verbesserten Pumpe und eines verbesserten Steuerverfahrens folgt weiter unten.
Wenngleich eine derartige Pumpe den geeigneten Öldruck und die Strömungsregelung verbessert, sind Verbesserungen hinsichtlich der Ölregelung wünschenswert.
Ein typischer Verbrennungsmotor erfordert eine bestimmte Strömungsrate des Schmieröls, das innerhalb eines bestimmten Druckbereichs zugeführt wird, wobei die Strömungsrate und der Druck sich mit der Drehzahl der Kurbelwelle, der Motortemperatur und der Motorlast ändern. Eine Pumpe mit fester Verdrängung, die bei hohen Drehzahlen und unter Kaltstartbedingungen arbeitet, kann extrem hohe Öldrücke erzeugen, und bei hoher Temperatur und niedriger Drehzahl kann der Öldruck niedriger als erwünscht sein. Eine Erhöhung der Verdrängung der Ölpumpe zum Verbessern des Ölsdrucks bei hoher Temperatur und niedriger Drehzahl führt zu einem höheren Leistungsverbrauch bei allen Betriebszuständen und verschlechtert den hohen Öldruck bei hoher Drehzahl und niedriger Temperatur. Es ist wünschenswert, für eine verbesserte Regelung gegenüber herkömmlichen Pumpen mit fester Verdrängung zu sorgen, welche mit höherem Wirkungsgrad arbeiten, und die Förderleistung und den Druck der Pumpe entsprechend der Motordrehzahl und den Motorbetriebsbedingungen zu optimieren.
Außerdem bedingen derzeitige Energieeinsparerfordernisse für Kraftfahrzeugaggregate in Verbindung mit erhöhter Pumpenverdrängung zum Betätigen veränderlicher Nocken/Ventilsteuersysteme effizientere Motorschmiersysteme.
US 5,398,505 und JP 6146882 offenbaren ein Fluiddruckantriebssystem für ein Fahrzeug mit folgenden Bauteilen:
Mit einem Reservoirtank, in dem eine Menge eines Fluids gespeichert ist, einer kapazitätsvariablen Ölpumpe, die Fluid aus dem Reservoirtank saugt und das geförderte Fluid entlädt, einer Steuereinrichtung zum Einstellen einer Menge des von der variablen Ölpumpe entladenen Fluids, einem Verteilerventil, das einen Einlasskanal zur Aufnahme des Fluids von der kapazitätsvariablen Ölpumpe, einen ersten Auslasskanal und einen zweiten Auslasskanal aufweist, wobei das Verteilerventil eine feste Menge des Fluids aus dem ersten Auslasskanal und die verbleibende Menge des Fluids aus dem zweiten Auslasskanal entlädt, einem ersten Kanal, der den ersten Auslasskanal des Verteilerventils und den Reservoirtank verbindet, einem zweiten Kanal, der den Auslasskanal des Verteilerventils und den Reservoirtank verbindet, einer Servolenkvorrichtung, die mit einem Lenkrad verbunden ist und in dem ersten Kanal angeordnet ist, einem Hydraulikmotor, der in dem zweiten Kanal angeordnet ist und einem Kühlgebläse, das drehbar auf dem Hydraulikmotor montiert ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert. Gegenstand der Erfindung ist eine Schmiermittelpumpanlage zum Schmieren eines Motors oder eines Gerätes, der bzw. das eine mit veränderlicher Drehzahl rotierende Welle hat. Die Schmiermittelpumpanlage umfasst eine erste Schmiermittelpumpe veränderlicher Verdrängung, die in Abhängigkeit von einem Steuersignal verstellbar ist. Eine zweite Pumpe fester Verdrängung ist mit einer Welle des Motors verbunden, um einen Steuereingang zum Verstellen der Pumpeigenschaften der verstellbaren Verdrängerpumpe zu liefern und dadurch einen Solldruck im Ölkreis des Motors zu erzielen.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Schmiermittelpumpanlage für die Schmierung einer Vorrichtung mit einer drehzahlveränderlichen Welle und einem Schmiermittelkreis, mit:
einer ersten Pumpe (210) veränderlicher Verdrängung, die in Abhängigkeit von einem Steuersignal verstellbar ist, und
einer zweiten Pumpe (214) fester Verdrängung, die mit der Welle verbunden ist, wobei der Ausgang der Pumpe (214) ein Betätigungssignal liefert, das mit der Drehzahl der drehzahlveränderlichen Welle zunimmt, um die Verdrängung der ersten Pumpe (210) in Abhängigkeit von der Drehzahl der drehzahlveränderlichen Welle zu ändern,
während ein Teil der Förderleistung der zweiten Pumpe (214) zu dem Einlass der ersten Pumpe (210) geführt wird, um den Einlassstrom der ersten Pumpe (210) zu verstärken,
wobei ein Teil der Förderleistung der zweiten Pumpe (214) zu dem Auslass der ersten Pumpe (210) geleitet wird,
während ein Teil der Förderleistung der zweiten Pumpe (214) zu einem Speicher (Ölsumpf) geleitet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele, den beiliegenden Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen hervor:
1 ist eine perspektivische Ansicht einer verstellbaren Flügelpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Ansicht der Flügelpumpe der 1, bei der eine Seitenplatte entfernt ist, um die inneren Teile der Pumpe zu zeigen;
3 ist eine Draufsicht auf die Pumpe in 2, die den Exzenterring in seiner Nullverdrängungsstellung zeigt;
4 ist eine Draufsicht auf die Pumpe in 2, die den Exzenterring in seiner Stellung maximaler Verdrängung zeigt;
5 ist eine schematische Schnittansicht eines Regelventils, das den Exzenterring der Pumpe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung schwenkt;
6 ist eine vergrößerte, fragmentarische Schnittansicht, die einen Teil des Rotors und einen Flügel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist eine vergrößerte, fragmentarische Schnittansicht des Rotors und Flügels, die eine Dichtung zwischen dem Flügel und Rotor zeigt, wenn der Flügel innerhalb seines Schlitzes im Rotor gekippt ist;
8 ist eine schematische Darstellung des Hydraulikkreises der Flügelpumpe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Drei-Wege-Regelventil;
8A ist eine schematische Darstellung eines Hydraulikkreises zu 8, der ein drehzahlgeregeltes veränderliches Ventil umfasst;
8B ist ein Hydraulikschema ähnlich der 8A, bei dem jedoch ein Druckminderventil in der Pumpregelanlage gezeigt ist;
9 ist eine schematische Darstellung des Hydraulikkreises einer Flügelpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Drei-Wege-Regelventil und einem kavitationsgeschützten Ventil;
9A ist eine schematische Darstellung eines Hydraulikkreises der 9, der ein drehzahlgeregeltes verstellbares Ventil enthält;
9B ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts des kavitationsgeschützten Ventils der 9A;
10 ist eine schematische Ansicht des Exzenterringes der Flügelpumpe in seiner Nullverdrängungsstellung und Maximalverdrängungsstellung;
11 ist ein Hydraulikschema ähnlich der 9A, in dem jedoch ein Gerotorauslass mit dem Ölsumpf verbunden ist;
12 ist ein Hydraulikschema ähnlich der 9A, bei dem jedoch die Motor-Ölregelanlage eine Förderung von der Gerotorpumpe zu der Auslassöffnung umfasst, wobei der Druckunterschied zwischen dem Auslass der Gerotorpumpe und dem Auslass der Flügelpumpe zum Regeln des Durchflusssteuerventils verwendet wird;
13 ist ein Hydraulikschema, das die drehzahlgeregelte veränderliche Sollregelung ohne Durchflusssteuerventil zeigt.
14 ist eine Schnittansicht eines für die 11 relevanten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei dem eine veränderliche Sollregelung mit hydraulischen Steuerdrücken verwendet wird, die unmittelbar auf den Exzenterring einwirken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Es wird nun ausführlicher auf die Zeichnungen Bezug genommen. Die 1 bis 3 zeigen eine verstellbare Flügelpumpe 10 mit einem Rotor 12 und zugehörigen Flügeln 14, die drehbar angetrieben werden, um Strömungsmittel durch einen Pumpeneinlass 16 anzusaugen, den Druck des Strömungsmittels zu erhöhen und das Strömungsmittel unter Druck aus einem Auslass 18 der Flügelpumpe 10 abzugeben. Ein Exzenterring 20 wird von einem Gehäuse 22 der Flügelpumpe 10 getragen und ist relativ zu dem Rotor 12 schwenkbar, um die Verdrängung der Pumpe zu ändern. Eine derartige Flügelpumpe 10 wird bei zahlreichen Anwendungen einschließlich Motorschmier- und Getriebeanwendungen in großem Umfang eingesetzt.
Das Gehäuse 22 hat vorzugsweise einen zentralen Gehäusekörper 24, der eine innere Kammer 26 bildet, in dem der Exzenterring 20 und der Rotor 12 angeordnet sind. Das Gehäuse 22 umfasst ferner zwei Endplatten 28, 30 an gegenüberliegenden ebenen Seiten des zentralen Gehäusekörpers 24, um die Kammer 26 einzuschließen. Eine Nut 32, die in einer Innenfläche 34 des zentralen Gehäusekörpers 24 gebildet ist, enthält einen Schwenkstift 36 zwischen dem Exzenterring 20 und dem Gehäuse 22, um Schwenkbewegungen des Exzenterringes 20 relativ zu dem Gehäuse 22 zu ermöglichen und zu steuern. Beabstandet zu der Nut 32 und vorzugsweise an einer diametral gegenüberliegenden Stelle ist eine Sitzfläche 38 in dem zentralen Gehäusekörper 24 vorgesehen. Die Sitzfläche 38 ist mit dem Exzenterring 20 in zumindest bestimmten Stellungen des Exzenterringes in Anlage bringbar, um eine Strömungsmittel-Abdichtung zwischen ihnen zu bilden. Der Exzenterring 20 oder der zentrale Gehäusekörper 24 oder auch beide können eine elastomere oder auch andere Dichtung 40 tragen, die zumindest teilweise die Sitzfläche bildet und eine Leckage zwischen dem Exzenterring 20 und dem Gehäuse 22 mindert.
Der Exzenterring 20 hat eine durch die Innenfläche 41 definierte Öffnung und befindet sich innerhalb der Kammer 26 des Gehäuses 22. Der Exzenterring 20 hat an seiner Außenfläche eine Nut 42, die teilweise den Schwenkstift 36 aufnimmt, um Schwenkbewegungen zwischen dem Exzenterring 20 und dem zentralen Gehäusekörper 24 zu ermöglichen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Exzenterring so ausgebildet sein, dass ein Abschnitt des Exzenterringes den Schwenkstift umgibt, um für eine robustere Positionierung des Schwenkpunktes zu sorgen. Diese Schwenkbewegung des Exzenterringes 20 wird durch Anlage der Außenfläche des Exzenterringes 20 an der Innenfläche 34 des zentralen Gehäusekörpers 24 (oder auch durch Steuerkolben 72 und 74, wie weiter unten erläutert wird) begrenzt. Wie in den 4 und 10 zu sehen ist, wird der Exzenterring 20 entgegen dem Uhrzeigersinn in Anlage mit dem Gehäuse 22 in seiner ersten Stellung geschwenkt, in der die Flügelpumpe 10 ihre maximale Verdrängung hat. Wie am besten in den 3 und 10 zu sehen ist, kann der Exzenterring 20 im Uhrzeigersinn aus seiner ersten Stellung in eine zweite Stellung geschwenkt werden, in der die Flügelpumpe 10 ihre minimale Verdrängung hat. Natürlich kann der Exzenterring 20 in jede Lage zwischen der ersten und zweiten Stellung einschließlich der ersten und zweiten Stellung bewegt werden, um die Verdrängung der Pumpe in gewünschter Weise zu ändern. Der Exzenterring 20 hat eine Innenfläche, die allgemein kreisförmig ist, jedoch auch konturiert oder exzentrisch ausgebildet sein kann, um das Betriebsverhalten der Flügelpumpe 10 zu verbessern oder zu ändern. Der Exzenterring 20 kann ferner an seiner Außenfläche eine zweite Nut 44 haben, die in der Lage ist, die Dichtung 40 in Anlage mit der Innenfläche 34 des zentralen Gehäusekörpers 24 aufzunehmen, um eine Strömungsmittel-Abdichtung zwischen dem Exzenterring 20 und dem zentralen Gehäusekörper 24 zu bilden. Die Dichtung erteilt die Kammer 26 im wesentlichen in zwei Kammerabschnitte 26a, 26b beidseitig zur Dichtung, um zu ermöglichen, dass eine Druckdifferenz zwischen den getrennten Kammerabschnitten 26a, 26b der Kammer erzeugt wird. Die Druckdifferenz kann dazu benutzt werden, um den Exzenterring 20 zwischen seiner ersten und zweiten Stellung bzw. in seine erste oder zweite Stellung zu schwenken und dadurch die Pumpenverdrängung zu steuern.
Um Strömungsmittel durch die Flügelpumpe 10 zu bewegen, ist eine rotierende Verdrängergruppe 50 im Gehäuse 22 vorgesehen. Die rotierende Verdrängergruppe 50 besteht aus einer zentralen Antriebswelle 52, dem Rotor 12, der von der Antriebswelle 52 getragen und von diesem angetrieben wird, und mehreren Flügeln 14, die von dem Rotor 12 gleitend getragen werden und mit diesem drehbar sind. Die Antriebswelle 52 ist in ihrer Lage zwecks Drehung um ihre eigene Achse 53 festgelegt. Der Rotor 12 ist mit der Antriebswelle 52 drehfest verbunden, um mit dieser um die Achse 53 der Antriebswelle 52 gedreht zu werden.
Wie dargestellt, ist der Rotor 12 ein allgemein zylindrisches Bauteil mit mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten und axial sowie radial verlaufenden Schlitzen 54, die zur Außenfläche 56 des Rotors 12 hin offen sind und die innerhalb der Außenfläche 56 enden. Jeder Schlitz 54 ist so ausgebildet, dass er einen getrennten Flügel 14 gleitend aufnimmt, derart, dass die Flügel relativ zu dem Rotor 12 zwischen einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen Stellung bewegbar sind. Jeder Schlitz 54 im Rotor 12 endet vorzugsweise an einer kleinen Kammer 58, die so ausgebildet ist, dass sie unter Druck stehendes Strömungsmittel aufnimmt. Das unter Druck stehende Strömungsmittel in einer Kammer 58 wirkt auf den Flügel 14 in dem zugehörigen Schlitz 54, um den Flügel 14 radial nach außen gleiten zu lassen, bis er an der Innenfläche 34 des Exzenterringes 20 anliegt. Vorzugsweise ist der Strömungsmitteldruck innerhalb der Kammer 58 und des Schlitzes 54 im Betrieb der Flügelpumpe 10 ausreichend, um einen praktisch kontinuierlichen Kontakt zwischen den Flügeln 14 und der Innenfläche 41 des Exzenterringes 20 aufrecht zu erhalten.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist an dem Rotor 12 ein Flügelausfahrglied 60 beweglich angeordnet, das an einem oder mehreren der Flügel 14 angreift und bewirkt, dass die Flügel 14 radial nach außen über den Umfang des Rotors 12 hinaus bewegt werden. Dies erleichtert das Starten der Flügelpumpe 10, indem sichergestellt wird, dass immer mindestens zwei der Flügel 14 sich über den Umfang des Rotors 12 hinaus erstrecken. Ohne das Flügelausfahrglied 60 können die Flügel 14 dazu neigen, in ihrer eingefahrenen Stellung zu bleiben und sich nicht über die Außenfläche 56 des Rotors 12 hinaus zu erstrecken, so dass beim anschließenden Drehen des Rotors 12 ohne nach außen ragende Flügel 14 nicht genügend Strömungsmittel verdrängt wird, um ein Ansaugen der Flügelpumpe 10 zu erreichen und den Auslass der Pumpe zu erhöhen. Somit wird kein Druck in den Kammern 58 oder Schlitzen 54 des Rotors 12 erzeugt, und daher wirkt kein Druck auf die Flügel 14, um die Flügel auszufahren, und die Flügelpumpe 10 saugt daher nicht an. Ein derartiger Zustand ist beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik beim Kaltstart eines Kraftfahrzeuges anzutreffen.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Flügelausfahrglied 60 ein Ring, der in einer ringförmigen Ausnehmung 62 gleitend angeordnet ist. Die ringförmige Ausnehmung 62 ist in einer Stirnfläche des Rotors 12 gebildet und hat einen Durchmesser, der ausreicht, um sicherzustellen, dass sich immer mindestens zwei der Flügel 14 über den Umfang des Rotors 12 hinaus erstrecken. Die Ausnehmung 62 bildet eine äußere Schulter 64 und eine innere Schulter 66, zwischen denen das Flügelausfahrglied 60 gleiten kann. Das Flügelausfahrglied 60 gleitet in der Ausnehmung 62, wenn Flügel 14 auf ihn einwirken; die Flügel 14 werden durch Anlage am Exzenterring 20 radial nach innen verstellt, wodurch das Flügelausfahrglied 60 in Richtung auf die diametral gegenüberliegenden Flügel 14 verschoben wird, was bewirkt, dass sie über den Umfang des Rotors 12 hinaus ausgefahren werden. Das Flügelausfahrglied 60 wird zwischen dem Rotor 12 und der angrenzenden Seitenplatte des Gehäuses 22 beim Zusammenbau der Flügelpumpe 10 gehalten. Ein zweiter Ring kann ggf. auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Rotors vorgesehen werden.
Zweckmäßigerweise sind die Schlitze 54 im Rotor 12, wie in den 6 und 7 dargestellt, so dimensioniert, dass sich ein Strömungsmittelfilm an der Vorderseite und Rückseite 68, 69 jedes Flügels 14 bilden kann. Der Strömungsmittelfilm stützt die Flügel 14 beim Drehen des Rotors 12 ab. Der Strömungsmittelfilm verhindert Verschleiß des Flügelschlitzes und bildet tatsächlich eine Lagerfläche. Außerdem sollte die Größe der Schlitze 54 so sein, dass ein Flügelkippen verhindert wird, während jedoch Strömungsmittel in eine Kontaktdichtung zwischen dem Rotor 12 und den Flügeln 14 in ihren Kontaktbereichen eindringen kann, sollte ein Flügelkippen auftreten, in dem Ausmaß, in dem ein Flügelkippen vorhanden ist. Die Kontaktdichtungen sorgen dafür, dass die Einwirkung des unter Druck stehenden Strömungsmittels auf die Flügel 14 erhalten bleibt, und verhindern eine Leckage bzw. ein Ausströmen desselben aus den Schlitzen 54. Eine derartige Leckage würde anderenfalls drohen aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Strömungsmittel in den Kammern 58 und Schlitzen 54, in denen der Auslassdruck der Pumpe herrscht, und Niederdruckteilen des Pumpzyklus (nahezu überall außer im Auslass der Pumpe). Durch Verhindern dieser Leckage wird sichergestellt, dass eine ausreichende hydrostatische Kraft die Flügel 14 radial nach außen in Richtung auf den Exzenterring 20 drückt, um die Kontinuität des Kontaktes zwischen den Flügeln 14 und dem Exzenterring 20 zu verbessern.
Um Strömungsmittel zu verdrängen, ist der Exzenterring 20 exzentrisch zu der Antriebswelle 52 und dem Rotor 12 angeordnet. Diese Exzentrizität erzeugt einen veränderlichen Spalt zwischen dem Exzenterring 20 und dem Rotor 12. Der veränderliche Spalt bildet Pumpkammern 70 zwischen benachbarten Flügeln 40, dem Rotor 12 und der Innenfläche des Exzenterringes 20, wobei die Pumpkammern bei ihrer Drehung ein veränderliches Volumen haben. Insbesondere vergrößert sich das Volumen jeder Pumpkammer 70 bei einem Teil der Drehbewegung, wodurch in dieser Pumpkammer 70 ein Druckabfall erzeugt wird, durch den Strömungsmittel angesaugt wird. Nach Erreichen des maximalen Volumens nimmt dann das Volumen jeder Pumpkammer 70 wieder ab, um den darin herrschenden Druck zu vergrößern, bis die Pumpkammer zu einem Auslass ausgerichtet ist und Strömungsmittel durch den Auslass bei dem Auslassdruck der Flügelpumpe 10 getrieben wird. Die Exzentrizität bildet somit größer und kleiner werdende Pumpkammern 70, die sowohl für einen verringerten Druck zum Ansaugen von Strömungsmittel durch den Einlass der Flügelpumpe 10 und danach für einen Druckanstieg des Strömungsmittels sorgen, das dann aus dem Auslass der Flügelpumpe 10 abgegeben wird.
Der Grad der Exzentrizität bestimmt die Betriebseigenschaften der Flügelpumpe 10. Mehr Exzentrizität erzeugt eine höhere Durchflussrate durch die Flügelpumpe 10, und weniger Exzentrizität erzeugt eine geringere Durchflussrate. In der sogenannten „Nullverdrängungsstellung” bzw. der zweiten Stellung des Exzenterringes 20, die in 3 dargestellt ist, ist die durch die Innenöffnung 41 definierte Öffnung im wesentlichen koaxial zu dem Rotor 12 ausgerichtet, so dass die Pumpkammern 70 ein im wesentlichen konstantes Volumen während ihrer gesamten Drehung haben. In diesem Zustand wird das Volumen der Pumpkammern 70 weder größer noch kleiner, um den Strömungsmitteldruck darin zu erhöhen, wodurch ein Minimalzustand bzw. Nullverdrängungszustand der Flügelpumpe 10 erzeugt wird. Vorzugsweise sollte es eine Mindestverdrängung der Pumpe geben, die einwandfreie Betriebseigenschaften der Pumpe aufrecht erhält. Wenn sich der Exzenterring 20 in seiner ersten bzw. Maximalverdrängungsstellung oder irgendeiner Stellung zwischen maximaler und minimaler Verdrängung befindet, ändert sich die Größe der Pumpkammern 70 zwischen ihrem maximalen Volumen und minimalen Volumen bei Drehung des Rotors 12, wodurch eine erhöhte Pumpenverdrängung erzielt wird.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, können zwei Kolben 72, 74 zum Steuern des Schwenkens und Positionieren des Exzenterringes 20 verwendet werden, wobei die Kolben 72, 74 in entgegengesetzten Richtungen wirken, um den Exzenterring 20 zwischen seiner ersten und zweiten Stellung zu schwenken. Wünschenswerterweise kann jeder Kolben 72, 74 auf unterschiedliche Strömungsmittel-Drucksignale ansprechen, die zwei unterschiedlichen Stellen im Strömungsmittelkreis entnommen werden können, wobei eines von dem Regelventil kommen muss. Somit können zwei unterschiedliche Teile des Strömungsmittelkreises dazu verwendet werden, die Verstellung des Exzenterringes 20 und somit den Betrieb und die Verdrängung der Flügelpumpe 10 zu steuern. Die Kolben 72, 74 können je nach Bedarf unterschiedliche Größe haben, um die von den Strömungsmittel-Signalen auf die Kolben ausgeübte Kraft zu ändern. Außerdem können einer oder beide der Kolben 72, 74 von einer Feder oder einem anderen Mechanismus vorgespannt werden, um die Steuerung der Bewegung des Exzenterringes 20 und des Betriebs der Pumpe zu unterstützen. Als andere Möglichkeit kann, wenn eine Dichtung 40 zwischen dem Exzenterring 20 und dem Gehäuse 22 vorhanden ist, ein gesteuertes Volumen an Druckmittel unmittelbar in den Kammerabschnitten 26a, 26b auf gegenüberliegenden Seiten der Dichtung 40 angeordnet werden. Strömungsmittel unterschiedlichen Volumens und Drucks kann beidseitig zu der Dichtung 40 vorgesehen werden, um die Bewegung des Exzenterrings 20 zu steuern. Natürlich kann irgendeine Kombination dieser Stellglieder dazu verwendet werden, die Bewegung und Stellung des Exzenterringes 20 bei Betrieb der Flügelpumpe 10 zu steuern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, wie am besten in 10 gezeigt ist, die Schwenkachse 76, um die der Exzenterring 20 schwenkt, wünschenswerterweise so angeordnet, dass der Exzenterring 20 zwischen seiner ersten und zweiten Stellung im wesentlichen linear bewegbar ist. Zu diesem Zweck wird der Exzenterring 20 um eine Schwenkachse 76 geschwenkt, die bezüglich der Achse 53 der Antriebswelle um die halbe Wegstrecke in Richtung der Exzentrizität des Exzenterringes 20 zwischen seiner ersten und zweiten Stellung versetzt ist. Mit anderen Worten, ist die Schwenkachse 76 des Exzenterringes 20 zu der Achse 53 der Antriebswelle um die Hälfte der maximalen Exzentrizität des Exzenterringes 20 relativ zu der Achse 53 der Antriebswelle und somit relativ zu dem Rotor 12 versetzt. Die Schwenkbewegung des Exzenterringes 20 erfolgt längs einer zumindest etwas gekrümmten Bahn. Dadurch, dass die Schwenkachse 76 des Exzenterringes 20 in der beschriebenen Weise angeordnet wird, wird die Bewegungsbahn des Exzenterringes 20 zwischen seiner ersten und zweiten Stellung im wesentlichen linear. Eine nicht lineare bzw. zusammengesetzte Bewegung des Exzenterringes 20 hat einen Einfluss auf den Spalt zwischen dem Rotor 12 und dem Exzenterring 20. Das Betriebsverhalten und die Betriebseigenschaften der Flügelpumpe 10 werden durch diesen Spalt beeinflusst.
Dementsprechend kann die nicht lineare Bewegung des Exzenterringes 20 bei seiner Schwenkbewegung die Größe der Kammern in der gesamten Flügelpumpe 10 und vor allem im Bereich des Einlasses 16 und Auslasses 18 der Pumpe variieren. Beispielsweise kann das Volumen der Pumpkammern 70 geringfügig größer werden, wenn sie sich dem Auslass 18 nähern, wodurch der darin herrschende Druck verringert wird und eine ineffiziente Druckbeaufschlagung des Strömungsmittels an der Auslassöffnung zur Folge hat. Das Versetzen der Schwenkachse 76 des Exzenterringes 20 gemäß der vorliegenden Erfindung sorgt in erwünschter Weise für eine Bewegung des Exzenterringes 20, die derartige Zentrierfehler verringert und die Steuerung der Betriebseigenschaften der Pumpen erleichtert, um das Betriebsverhalten und den Wirkungsgrad der Pumpe zu verbessern. Die Erfindung ermöglicht ferner eine einfachere Pumpenkonstruktion, bei der sich der Mittelpunkt der durch die Innenfläche 41 definierte Öffnung des Exzenterringes auf einer im wesentlichen linearen Bahn bewegt. Außerdem sollte die Flügelpumpe 10 mit geringerem luft- bzw. fluidbedingtem Geräusch arbeiten.
Um das Zuführen von Drucksignalen zu den Stellgliedern zu steuern, die ihrerseits die Bewegung des Exzenterringes 20 steuern, reagiert vorzugsweise ein einzelnes Steuerventil 80 auf zwei Vorsteuer-Drucksignale und ihre Zuführung zu den Stellgliedern. Wie in 5 gezeigt, hat das Steuerventil 80 einen Schieberabschnitt 82 mit mehreren ringförmigen Nuten und Stegen zwischen benachbarten Nuten, die für eine Dichtungsanlage an einer Bohrung 84 sorgen, von der der Schieberabschnitt 82 aufgenommen wird. Das Steuerventil 80 hat ferner einen Kolbenabschnitt 86 in Form einer äußeren Hülse 88 und einem inneren Kolben 90, der in der Hülse 88 gleitend gelagert ist. Eine erste Feder 92 ist zwischen dem Kolben 90 und dem Schieberabschnitt 82 angeordnet, um den Schieberabschnitt 82 in seine Lage vorzuspannen, und eine zweite Feder 94 ist zwischen der Hülse 88 und dem Kolben 90 angeordnet, um den Kolben 90 in Richtung weg von der Hülse 88 vorzuspannen.
Wie in den 5 und 8 gezeigt, hat das Steuerventil 80 einen ersten Einlass 96, durch den von der Flügelpumpe 10 abgegebenes Strömungsmittel einer Kammer 98 zugeführt wird, in der der Kolben 90 angeordnet ist, um eine Kraft auf den Kolben 90 in eine Richtung entgegengesetzt zu der Vorspannkraft der zweiten Feder 94 auszuüben. Ein zweiter Einlass 100 bringt von der Flügelpumpe 10 abgegebenes Strömungsmittel mit dem Schieberabschnitt 82 in Verbindung. Ein dritter Einlass 102 führt Strömungsmitteldruck aus einer stromabwärtigen Druckquelle aus einem zweiten Abschnitt des Strömungsmittelkreises zu einer Kammer 104, die zwischen den Kolben 90 und der äußeren Hülse 88 gebildet ist. Ein vierter Einlass 106 verbindet den zweiten Abschnitt des Strömungsmittelkreises mit einem entgegengesetzt zu dem Kolben 90 angeordneten Ende 108 des Schiebeabschnittes 82. Zusätzlich zu den Einlässen hat das Steuerventil 80 einen ersten Auslass 110 der mit einem Speicher 112 verbunden ist, einen zweiten Auslass 114, der mit dem ersten Stellglied 74 (oder der Kammer 26b) verbunden ist, und einen dritten Auslass 116, der mit dem zweiten Stellglied 72 oder der Kammer 26a verbunden ist. Wie bereits oben erwähnt, steuern das erste und zweite Stellglied 72, 74 die Bewegung des Exzenterringes 20, um die Verdrängung der Flügelpumpe 10 zu ändern.
Um mehr ins Einzelne zu gehen, hat der Kolben 90 einen zylindrischen Körper 120 mit einer darin gebildeten Sackbohrung 122 zur Aufnahme und Halterung eines Endes der ersten Feder 92. Ein vergrößerter Kopf 124 an einem Ende des Kolbens 90 ist gleitend gelagert in der Kammer 96, die beispielsweise im Pumpengehäuse 22 gebildet sein kann und so ausgebildet ist, dass sie an der äußeren Hülse 88 angreift, um die Bewegung des Kolbens 90 in dieser Richtung zu begrenzen. Die äußere Hülse 88 ist vorzugsweise durch einen Presssitz oder in anderer Weise gegen eine Bewegung in der Kammer 98 gesichert. Die außere Hülse 88 hat eine Bohrung 126, die den Körper 120 des Kolbens 90 gleitend aufnimmt, einen radial einwärts verlaufenden Rand 128 an einem Ende zur Begrenzung von Bewegungen des Schieberabschnittes 82 in Richtung auf den Kolben 90, und ein durchmesserverringertes entgegengesetztes Ende 130, das die ringförmige Kammer 104 bildet, in der die zweite Feder 94 angeordnet ist. Die ringförmige Kammer 104 kann ebenfalls unter Druck stehendes Strömungsmittel aus dem Einlass 102 empfangen, das auf den Kolben 90 einwirkt.
Der Schieberabschnitt 82 ist allgemein zylindrisch und wird von der Bohrung 84 eines Körpers wie z. B. des Pumpengehäuses 22 aufgenommen. Der Schieberabschnitt 82 hat eine Sackbohrung 32, ist an einem Ende 134 offen und an seinem anderen Ende 108 geschlossen. Eine erste Ausnehmung 136 in der Außenseite des Schieberabschnittes 82 führt zu einem oder mehreren Kanälen 138, die in die Sackbohrung 132 münden. Die erste Ausnehmung 136 ist wahlweise zu dem dritten Auslass 116 ausgerichtet, um das gesteuerte Druckmittelvolumen, das die Verdrängung an dem zweiten Stellglied 72 (Kammer 26a) hoch hält, durch den Schieberabschnitt 82 über die erste Ausnehmung 136, entsprechend der Kanäle 138, die Sackbohrung 132 und den ersten Auslass 110, der zu dem Speicher 112 führt, zurückströmen zu lassen. Dies verringert das Volumen und den Druck des Strömungsmittels am zweiten Stellglied 72 (Kammer 26a). In der gleichen Weise hat der Schieberabschnitt 82 eine zweite Ausnehmung 140, die zu entsprechenden in der Sackbohrung 132 mündenden Kanälen 142 führt und die wahlweise zu dem zweiten Auslass 114 ausrichtbar ist, um das gesteuerte Druckmittelvolumen, das die Verdrängung an dem ersten Stellglied 74 (Kammer 26b) niedrig hält, durch das Steuerventil 80 über die zweite Ausnehmung 140, entsprechende Kanäle 142, die Sackbohrung 132 und den ersten Auslass 110 zum Speicher 112 zurückströmen zu lassen.
Der Schieberabschnitt 82 hat ferner eine dritte Ausnehmung 144, die zwischen der ersten und zweiten Ausnehmung 136, 140 angeordnet und zu dem zweiten Einlass 100 allgemein ausgerichtet ist. Die dritte Ausnehmung 144 hat eine axiale Länge, die größer als der Abstand zwischen dem zweiten Einlass 100 und dem zweiten Auslass 114 und größer als der Abstand zwischen dem zweiten Einlass 100 und dem dritten Auslass 116 ist. Wenn daher der Schieberabschnitt 82 weit genug in Richtung auf den Kolbenabschnitt 86 verschoben wurde, verbindet die dritte Ausnehmung 144 den zweiten Auslass 114 mit dem zweiten Einlass 100, um zu ermöglichen, dass unter dem Auslassdruck stehendes Strömungsmittel durch den zweiten Auslass 114 aus dem zweiten Einlass 100 strömt. Dies vergrößert das Volumen und den Druck des auf das erste Stellglied 74 wirkenden Strömungsmittels. Wenn dementsprechend der Schieberabschnitt 82 ausreichend weit von dem Kolbenabschnitt 86 weg verschoben wurde, verbindet die dritte Ausnehmung 144 den zweiten Einlass 100 mit dem dritten Auslass 116, um zu ermöglichen, dass unter dem Pumpenauslassdruck stehendes Strömungsmittel aus dem zweiten Einlass 100 durch den dritten Auslass 116 strömt. Dies vergrößert das Volumen und den Druck des auf das zweite Stellglied 72 wirkenden Strömungsmittels. Aus dem oben stehenden ist ersichtlich, dass eine Verstellung des Schieberabschnittes 82 das Ablassen von Strömungsmittel aus der Verdrängungs-Steuerkammer durch die erste bzw. zweite Ausnehmung 136, 140 steuert, wenn sie zu dem zweiten bzw. dritten Auslass 114, 116 ausgerichtet sind. Eine Verstellung des Schieberabschnittes 82 ermöglicht ferner eine Verstärkung bzw. Vergrößerung der Vorsteuer-Drucksignale durch die dritte Ausnehmung 144, wenn sie zu dem zweiten bzw. dritten Auslass 114, 116 ausgerichtet ist.
Zweckmäßigerweise wird die Verstellung des Schieberabschnittes 82 zumindest teilweise durch zwei getrennte Strömungsmittelsignale aus zwei getrennten Abschnitten des Strömungsmittelkreises gesteuert. Wie dargestellt, wird unter dem Pumpenauslassdruck stehendes Strömungsmittel der Kammer 98 so zugeführt, dass es den Kopf 124 des Kolbens 90 beaufschlagt und den Kolben 90 in Richtung auf den Schieberabschnitt 82 zu verschieben sucht. Dies erzeugt eine (durch die erste Feder 92 übertragene) Kraft, die den Schieberabschnitt 82 zu verschieben sucht. Dieser Kraft wirken zumindest teilweise die zweite Feder 94 und das Druckmittelsignal von einem zweiten Punkt im Strömungsmittelkreis entgegen, das dem entfernten Ende 108 des Schieberabschnittes 82 und der Kammer 104 zwischen der äußeren Hülse 88 und dem Kolben 90 zugeführt wird, was auf den Kopf 124 des Kolbens 90 in eine Richtung einwirkt, in der die Tendenz besteht, den Kolben von der äußeren Hülse zu trennen. Die Bewegung des Schieberabschnittes 82 kann in der gewünschten Weise durch die Wahl geeigneter Federn 92, 94, Druckmittelsignalen und/oder relativen Flächenbereichen des Kolbenkopfes 124 und des Endes 108 des Schieberabschnittes, auf das die Drucksignale wirken, gesteuert werden. Um die Kalibrierung des Steuerventils 80 zu erleichtern, wird die zweite Feder 94 im Hinblick auf eine Steuerung der Anfangs- bzw. Ruhekompression der ersten Feder 92 zur Steuerung der Kraft, die sie auf den Schieberabschnitt 82 und den Kolben 90 ausübt, gewählt.
In Abhängigkeit von diesen verschiedenen Kräften, die von den Federn 92, 94 und den auf den Kolben 90 und den Schieberabschnitt 82 wirkenden Druckmittelsignalen erzeugt werden, wird der Schieberabschnitt 82 so bewegt, dass bestimmte Ausnehmungen mit bestimmten Einlässen oder Auslässen ausgerichtet werden, um die Druckbeaufschlagung des ersten und zweiten Stellgliedes 72, 74 (oder der Kammerabschnitte 26a, 26b) zu steuern. Wenn, wie in 5 zu sehen ist, der Schieberabschnitt 82 nach unten bewegt wird, überbrückt die dritte Ausnehmung 144 den Spalt zwischen dem zweiten Einlass 100 und dem dritten Auslass 116, so dass von der Flügelpumpe 10 abgegebenes Druckmittel dem zweiten Stellglied 72 zugeführt wird. Durch diese Bewegung des Schieberabschnittes 82 wird vorzugsweise auch die zweite Ausnehmung 140 zu dem zweiten Auslass 114 ausgerichtet, um das Volumen und den Druck des Strömungsmittels an dem ersten Stellglied 74 zum Speicher 112 zurückzuführen. Der Exzenterring 20 wird somit von dem zweiten Stellglied 72 in Richtung auf seine erste Stellung verstellt, wodurch die Verdrängung der Flügelpumpe 10 vergrößert wird. Wenn der Schieberabschnitt 82 nach oben (in 5) getrieben wird, überbrückt die dritte Ausnehmung 144 den Spalt zwischen dem zweiten Einlass 100 und dem zweiten Auslass 114, wodurch unter dem Pumpenauslassdruck stehendes Strömungsmittel dem ersten Stellglied 74 zugeführt wird. Durch diese Bewegung des Schieberabschnittes 82 wird vorzugsweise auch die erste Ausnehmung 136 zu dem dritten Auslass 116 ausgerichtet, um das an dem zweiten Stellglied 72 anstehende Druckmittel zum Speicher 112 zurückzuführen. Der Exzenterring 20 wird somit in Richtung auf seine zweite Stellung bewegt, wodurch die Verdrängung der Flügelpumpe 10 verringert wird. Der Schieberabschnitt 82 wirkt mit der Bohrung 84 und den Auslässen in der Art und Weise eines „Vier-Wege-Richtungsventils” zusammen. Auf diese Weise werden Volumen und Druck durch zwei getrennte Druckmittelsignale gesteuert, die aus zwei unterschiedlichen Abschnitten des Strömungsmittelkreises entnommen werden können. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das erste Druckmittelsignal von dem von der Flügelpumpe 10 abgegebenen Strömungsmittel gebildet, und da zweite Druckmittelsignal wird von einer stromabwärtigen Druckmittelquelle des Strömungsmittelkreises erzeugt. Auf diese Weise können der Wirkungsgrad und das Betriebsverhalten der Pumpe durch eine leistungsfähigere Steuerung/Regelung verbessert werden.
Wie am besten in 9 zu sehen ist, kann ein Einlassstromventil 150 in dem Strömungsmittelkreis vorgesehen werden, um wahlweise zu ermöglichen, dass unter Pumpenauslassdruck stehendes Strömungsmittel in den Pumpeneinlass 16 zurückströmt, wenn die Flügelpumpe 10 mit Drehzahlen arbeitet, bei denen Atmosphärendruck nicht ausreicht, um den Pumpeneinlass 16 der Flügelpumpe 10 mit Strömungsmittel zu füllen. Dies mindert die Kavitation und überwindet eine Drosselung der Strömung zum Pumpeneinlass 16 der Flügelpumpe 10 oder das Fehlen potentieller Strömungsmittelenergie. Um dies zu erreichen, kann das Einlassstromventil 150 ein Schieberventil sein, das in einer Bohrun 152 eines Körpers wie z. B. des Pumpengehäuses 22 gleitend gelagert ist, so dass es mit dem aus dem Pumpenauslass 18 abgegebenen Strömungsmittel in Verbindung steht. Wie gezeigt, enthält der Strömungsmittelkreis die Flügelpumpe 10, wobei der Pumpenauslass 18 zu einem Motor-Schmiermittelkreis 154 durch einen Zuführkanal 156 führt, der mit der das Einlassstromventil 150 enthaltenden Bohrung 152 verbunden ist. Stromab des Motor-Schmiermittelkreises 154 wird Strömungsmittel zu einem Speicher 112 zurückgeführt, wobei ein Teil dieses Strömungsmittels durch einen Vorsteuer-Strömungsmittelkanal 158 geführt wird, der zu dem Einlassstromventil 150 führt, um dem Einlassstromventil 150 gegebenenfalls ein Vorsteuer-Drucksignal zuzuführen. Ferner kann eine Feder 159 vorgesehen werden, um das Einlassstromventil 150 vorzuspannen. Aus dem Speicher wird Strömungsmittel durch einen Einlasskanal 160 dem Pumpeneinlass 16 der Flügelpumpe 10 zugeführt. Der Einlasskanal 160 kann durch die das Einlassstromventil 150 enthaltende Bohrung 152 verlaufen und wird von dem Zuführkanal 156 durch einen Steg 162 des Einlassstromventils 150 getrennt, der eine im wesentlichen strömungsmitteldichte Abdichtung gegenüber dem Gehäuse bildet.
Somit wirkt von der Flügelpumpe 10 abgegebenes Strömungsmittel auf den Steg 162 über den Kanal 156, der mit einer Auslassleitung 157 in Verbindung steht, und es hat die Tendenz, das Einlassstromventil 150 in eine Richtung entgegengesetzt zu der Feder 159 und dem Vorsteuer-Drucksignal zu verstellen, das dem Einlassstromventil 150 durch den Vorsteuer-Strömungskanal 158 zugeführt wird. Wenn der Druck des von der Flügelpumpe 10 abgegebenen Strömungsmittels groß genug ist, um die Kraft der Feder und den Vorsteuerdruck aus dem Kanal 158 zu überwinden, wird das Einlassstromventil 150 so verstellt, dass sein Steg 162 weit genug bewegt wird, um den Einlasskanal 160 zu öffnen, wodurch eine Verbindung zwischen dem Zuführkanal 156 und dem Einlasskanal 160 durch die Bohrung 152 und den Kanal 161 ermöglicht wird, wie in 9 dargestellt ist. Ein Teil des von der Flügelpumpe 10 abgegebenen Strömungsmittels wird somit in den Pumpeneinlass 16 der Flügelpumpe 10 zusammen mit aus dem Speicher 112 zugeführtem Strömungsmittel aus den oben genannten Gründen zurückgeführt. Dies in den Einlass 16 angesaugte Druckmittel führt zu einer „Aufladung” des Pumpeneinlasses, um sicherzustellen, dass die Flügelpumpe 10 Flüssigkeit und nicht Luft bzw. Gas ansaugt. Dies verhindert eine Kavitation und verbessert den Wirkungsgrad und das Betriebsverhalten der Pumpe.
Der Zweck des Einlassstromventils 150 und seiner Aufladungswirkung besteht darin, vorhandene Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie am Einlass umzuwandeln, um die Strömungsgeschwindigkeit und dadurch die Ansaugwirkung der Pumpe zu erhöhen.
Es wird nun auf die 8A Bezug genommen, in der ein anderes Ausführungsbeispiel für die Steuerung einer Pumpanlage mit veränderlicher Verdrängung dargestellt ist, welche allgemein bei 200 gezeigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Steuereingang zum Steuern der Verdrängung der verstellbaren Verdrängerpumpe 210 durch ein Steuerventil 212 gebildet. Eine Pumpe 214 fester Verdrängung ist vorgesehen, die einen festen Strom in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle eines Motors erzeugt. Die Pumpe fester Verdrängung wird vorzugsweise von einer Innenzahnradpumpe (Gerotor-Pumpe) gebildet; es können jedoch auch andere Pumpen fester Verdrängung, die durch die Bewegung einer rotierenden Welle betätigt werden, verwendet werden. Die Pumpe 214 fester Verdrängung und die Pumpe 210 veränderlicher Verdrängung können von der selben Welle oder verschiedenen Wellen angetrieben werden, die mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist bzw. sind.
Der Auslass der Pumpe 214 ist mit einem Steuerkolben 216 zum Vorspannen des Steuerventils 212 verbunden, das in seiner Betriebsweise dem Steuerventil 80 in 5 entspricht. Der Steuerkolben 216 ist durch eine Feder 218 „mechanisch geerdet”, die den Steuerkolben in eine Richtung entgegen Bewegungen vorspannt, welche durch den Einlassdruck von der Pumpe 214 durch die hydraulische Leitung 220 hervorgerufen wird. Eine zweite Feder 222 ist mit dem Schieberabschnitt 224 des Steuerventils 212 und dem Steuerkolben 216 verbunden. Der Schieberabschnitt 224 wird auf einer ersten Seite mit dem hydraulischen Druck der Vorsteuer-Leitung 226 aus dem Motor-Schmiermittelkreis 228 und auf der anderen Seite von der Kraft der Feder 222 beaufschlagt. Der Auslassdruck der Pumpe 214 wandert durch die Leitung 220, um die Kompression der Feder 222 zu erhöhen und die Kraft der Feder 218 zu überwinden. Eine Auslassleitung 230 führt ferner Strömungsmittel in die Auslassöffnungen, um Kavitation bei höheren Motordrehzahlen zu verhindern; sie enthält jedoch einen kalibrierten Strömungswiderstand 232, um einen kalibrierten Druck dem Steuerkolben 216 zuzuführen, der mit der Motordrehzahl gekoppelt ist. Beim Start des Motors hat die Pumpe 219 ihre maximale Verdrängung aufgrund der Feder 234. Der Druck aus der Pumpe 214 positioniert den Steuerkolben 216, wodurch die Feder 222 komprimiert wird. Hierdurch wird der Regel-Solldruck für das Steuerventil 212 eingestellt. Wenn sich der Motordruck in dem Motor-Schmiermittelkreis 228 aufbaut und den Solldruck übersteigt, spannt der Druck in der Vorsteuer-Leitung 226 den Spulenabschnitt 224 in Richtung einer Rückhubstellung vor, wodurch die Verdrängung der Pumpe 210 verringert und dadurch der Solldruck erreicht wird. Wenn der Motordruck niedrig ist, bewegt sich der Schieberabschnitt 224 in der entgegengesetzten Richtung. Im Niederdruckzustand spannt die Feder 222 den Schieberabschnitt 212 in Richtung auf eine Vorhubstellung vor, wodurch die Verdrängung der Pumpe 210 vergrößert und somit der Solldruck erreicht wird. Der Strom aus der Pumpe 214 wird in die Einlassöffnung geleitet, was die „Aufladung” der Pumpe unterstützt, um eine Kavitation der Pumpe bei hohen Motordrehzahlen zu verhindern.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 8B ist das Hydrauliksystem das gleiche wie in 8A; es wird jedoch ein Druckregelventil 236 zum Stabilisieren der Regelung des Systems verwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel hält das Druckregelventil 236 einen vorgegebenen Druck in der Leitung 237 mittels einer Druckrückführung aus der Leitung 239 aufrecht, die entgegen der Feder 241 auf das Druckregelventil 236 einwirkt. Wenn daher der Druck in der Leitung 237 zu hoch ist, wird der auf das Druckregelventil 236 wirkende Strom gedrosselt, und wenn der Druck in der Leitung 237 zu niedrig ist, wird das Druckregelventil 236 geöffnet. Dies sorgt für einen stabilisierten Leitungsdruck zum Betätigen der Steuerkolben bzw. Steuerkammern der Pumpe 210.
Die 9A und 9B zeigen die selbe Konstruktion wie die 8A; es ist jedoch das Einlassstromventil 150 gezeigt, das zur Beaufschlagung der Einlassöffnung dient, um dabei mitzuhelfen, Kavitation bei hohen Pumpendrehzahlen in Abhängigkeit von dem Ansaugdruck zu verhindern. Überschüssige Geschwindigkeitsenergie aus der Innenzahnradpumpe durch die Drosselstelle 232 wird somit dazu verwendet, die Druckbeaufschlagung des Einlasses zu unterstützen. Dies ist ein Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 9, das den Auslassdruck als Anzeige für mögliche Ansaugschwierigkeiten verwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden somit sowohl die Innenzahnradpumpe wie auch das Einlassstromventil 150 zur Druckbeaufschlagung des Einlasses verwendet. Es könnte jedoch das eine oder andere dieser Systeme stattdessen zur Druckbeaufschlagung des Einlasses verwendet werden. Die Leitung B ist mit atmosphärischem Druck verbunden. Das Einlassstromventil ist bei niedrigen Drehzahlen inaktiv; wenn sich jedoch ein Unterdruck in der Einlassleitung D aufbaut, öffnet der Druckunterschied das Einlassstromventil 150, und Auslassdruck wird von der Pumpe zurück in den Pumpeneinlass 16 geleitet, und zwar durch die Leitung C. Dies ist außerdem in 9B dargestellt, in der der Unterdruck der Leitung D die Feder 259 bei höheren Motordrehzahlen komprimiert und die Leitung A mit der Leitung C verbindet, um eine beschleunigte Zuführung von Auslassdruck in die Einlassseite durch das Einlassstromventil zu ermöglichen. Die Druckdifferenz zwischen den Leitungen D und B komprimiert somit die Feder 159 zum Aktivieren der Druckbeaufschlagung des Pumpeneinlasses.
Es wird nun auf 11 Bezug genommen. Das dort gezeigte System entspricht dem in 9 gezeigten, abgesehen davon, dass die Vorderleistung der Innenzahnradpumpe lediglich zu dem Speicher durch die Leitung 240 geschickt wird, wobei die Drosselstelle 232 in der Leitung 240 vorgesehen ist.
In 12 ist die Betriebsweise wieder gleich wie in 9A; die Bewegung des Steuerkolbens 216 wird jedoch durch die Druckdifferenz an eine Öffnung 232a und die kalibrierte Leitung 220 aus der Innenzahnradpumpe gesteuert. Die Leitung 242 ist mit dem Pumpenauslass verbunden. Auf diese Weise wird der Ölstrom aus der Pumpe 214 normalerweise in dem Motor-Schmiermittelkreis verwendet.
Die 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem der Steuerkolben 216a als veränderliche Sollwertvorgabe dient, die unmittelbar auf die Feder 234 der Pumpe veränderlicher Verdrängung einwirkt, um für eine unmittelbare Sollwerteingabe zum Positionieren des Steuerkolbens 216a zu sorgen. Die Stellung des Steuerkolbens 216a stellt somit den Sollwert ein. Bei diesem Ausführungsbeispiel beaufschlagt die kalibrierte Ausgangsleistung der Innenzahnradpumpe durch die Leitung 246 den Steuerkolben 216a, und die Vorsteuer-Druckleitung aus dem Motor-Schmiermittelkreis 248 ist mit der Rückhubseite der Pumpe veränderlicher Verdrängung verbunden. Die unmittelbare Vorsteueranordnung ist etwas einfacher insofern, als der auf die Feder 234 wirkende veränderliche Druck gegen den Vorhub-Kolben wirkt, wodurch eine unmittelbare Sollwertvorgabe auf der Grundlage der Förderleistung der Pumpe erzeugt wird. Dem Druck 248 für den Rückhub der Pumpe zum Verringern der Pumpenverdrängung wirkt die Feder 234 entgegen. Die Förderleistung der Innenzahnradpumpe 214 wird dem Steuerkolben 216a zugeführt, um die Kompression der Feder 234 zu vergrößern oder zu verringern. Dies variiert den Druck, bei dem die Verdrängungsverringerung beginnt. Bei größer werdender Motordrehzahl erhöht daher der Steuerkolben 216a den Druck auf die Feder 234, und dies erhöht daher den Druck, der für den Schmiermittelkreis 248 erforderlich ist, um die Verdrängung der Pumpe zu verringern.
Die 14 zeigt eine Schnittansicht eines Pumpengehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es grundsätzlich in 11 dargestellt ist. In 11 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines Kolbens für einen veränderlichen Sollwert dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wirkt eine Innenzahnradpumpe 310 zusammen mit einer Kolbenanordnung 312 für einen veränderlichen Sollwert, die einen äußeren Abschnitt 334a und einen inneren Abschnitt 334 umfasst, die als Einheit zum Verstellen eines Durchflusssteuerventils 314 wirken, welches mit dem Motor-Schmiermittelkreis 316 hydraulisch verbunden ist. Eine Betätigung des Durchflusssteuerventils 314 bewegt den Exzenterring 318 der Pumpe durch Beaufschlagen oder Entlasten der Steuerkammern 320 und 322. Der Exzenterring 318 wird in Richtung auf eine Maximalverdrängungsstellung von einer Feder 324 vorgespannt. Die Kammer 320 ist mit einer verdrängungsvergrößernden hydraulischen Leitung 326 verbunden, und die Kammer 322 ist mit einer verdrängungsverringernden Leitung 328 verbunden. Außerdem wird von der Flügelpumpe abgegebenes Strömungsmittel dem Ventil durch eine Leitung 330 zugeführt, um die Kammern 322 und 320 mit hydraulischem Steuerdruck zu beaufschlagen. Die Kolbenanordnung 312 umfasst eine Feder 332, die die Kolbenanordnung 312 in Richtung auf das Durchflusssteuerventil 314 vorspannt. Eine zweite Feder 336 ist an einem Abstandsstück 340 abgestützt, um die Kolbenanordnung 312 entgegen der Feder 332 vorzuspannen. Eine Feder 342 greift an der Kolbenanordnung 312 auf einer ersten Seite an und wirkt gegen einen Aufnahmebereich 344 des Ventils 314. Eine Ventilbetätigungs-Kammer 346 spannt das Ventil 314 in Richtung auf die Kolbenanordnung 312 vor, während Druck aus der Innenzahnradpumpe in die Kammer 348 mittels einer Leitung 350 zugeführt wird, um die Federn 342 und 236 zu komprimieren und dadurch das Ventil 314 in die entgegengesetzte Richtung zu drücken. Die Verwendung der dritten Feder 332 sorgt (im Vergleich zu den anderen Ausführungsbeispielen) eine andere Beziehung zwischen dem Solldruck und der Motordrehzahl bei niedrigen Drehzahlen. Bei größer werdender Drehzahl stellt der Druck der Innenzahnradpumpe zusammen mit der auf das Ventil 314 wirkenden Kraft der Feder 342 den vorgegebenen Sollwert für das Ventil 314 ein. Rückführdruck aus dem Motor-Schmiermittelkreis, der in die Kammer 346 eintritt, verstellt das Ventil 314 zum Erreichen des erwünschten Schmiermittelsolldrucks. Das Ventil verstellt sich somit zu dem Öldruck hin, der durch den Auslassdruck der Innenzahnradpumpe oder die Feder 342 und den Druck des Motor-Schmiermittelkreises durch eine Bewegung des Vier-Wege-Ventils 314 eingestellt wird. Das Ventil vergrößert bei seiner Bewegung in Richtung auf die Kammer 346 die Verdrängung der Pumpe, und wenn der Öldruck aus dem Motor-Öldruckeingang größer wird als der Sollwert, bewegt sich das Ventil 314 entgegen der Kraft der Feder 342 in Richtung auf den Kolben 312, welcher das Ventil 314 zu der verdrängungsverringernden Leitung hin verstellt, bis der korrekte Sollwertdruck erreicht und das Ventil in der in der Zeichnung dargestellten Art und Weise in der neutralen Stellung angeordnet ist. Die Kanäle 348 und 350 ermöglichen das Ablassen von Strömungsmittel aus entweder der verdrängungsverringernden Leitung oder verdrängungsvergrößernden Leitung in die Kammer 352, welche Strömungsmittel durch den Kanal 354 ablässt. Bei diesem Ausführungsbeispiel liefert die anfängliche Vorspannung der Feder 332 einen höheren Solldruck am unteren Ende des Motordrehzahlbereiches.
Die Pumpenanlage gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt somit zahlreiche Merkmale, die den Aufbau und den Betrieb der Pumpe erleichtern, eine deutlich verbesserte Regelung von Betriebsparametern und Förderleistung der Pumpe ermöglichen und das Betriebsverhalten und den Wirkungsgrad der Pumpe insgesamt verbessern. Wünschenswerterweise erfüllt die Flügelpumpe der Erfindung die unterschiedlichen Anforderungen an die Schmierung für Verbrennungsmotoren bei allen Geschwindigkeiten. Natürlich kann die Flügelpumpe auch in Getrieben oder anderen Strömungsmittelverteilereinrichtungen verwendet werden.
Wenngleich schließlich bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung in gewissen Einzelheiten hier beschrieben wurden, wird jedoch der Schutzbereich der Erfindung durch die folgenden Ansprüche definiert. Abwandlungen und Anwendungen für die erfindungsgemäß ausgebildete Pumpe, die sich innerhalb des Rahmens der Erfindung bewegen, sind dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich.

Claims

Schmiermittelpumpanlage für die Schmierung einer Vorrichtung mit einer drehzahlveränderlichen Welle und einem Schmiermittelkreis, mit: einer ersten Pumpe (210) veränderlicher Verdrängung, die in Abhängigkeit von einem Steuersignal verstellbar ist, und einer zweiten Pumpe (214) fester Verdrängung, die mit der Welle verbunden ist, wobei ein Ausgang der zweiten Pumpe (214) ein Betätigungssignal liefert, das mit der Drehzahl der drehzahlveränderlichen Welle zunimmt, um die Verdrängung der ersten Pumpe (210) in Abhängigkeit von der Drehzahl der drehzahlveränderlichen Welle zu ändern, während ein Teil der Förderleistung der zweiten Pumpe (214) zu dem Einlass der ersten Pumpe (210) geführt wird, um den Einlassstrom der ersten Pumpe (210) zu verstärken, wobei ein Teil der Förderleistung der zweiten Pumpe (214) zu dem Auslass der ersten Pumpe (210) geleitet wird, während ein Teil der Förderleistung der zweiten Pumpe (214) zu einem Speicher (Ölsumpf) geleitet wird.
Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpe (210) und die zweite Pumpe (214) beide von der drehzahlveränderlichen Welle angetrieben werden.
Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpe (210) eine Flügelpumpe mit einem Exzenterring (20; 318) zum Ändern ihrer Verdrängung in Abhängigkeit von dem Steuersignal ist.
Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass der zweiten Pumpe (214) einen kalibrierten Strömungswiderstand (232) zum Erzeugen eines kalibrierten Drucksignales aufweist, das von der Pumpenantriebsgeschwindigkeit abhängt und als Steuersignal dient.
Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerkolben (216) auf einer Seite durch einen Druck des Steuersignals und auf einer zweiten Seite durch eine ortsfest abgestützte Feder (218) positioniert wird, wobei die Stellung des Steuerkolbens (216) in einer Bohrung als Referenzwert für ein Regelsystem dient, um einen vorgegebenen geregelten Solldruck in dem Schmiermittelkreis (228) zu erzeugen.
Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein multifunktionales Ventil (212), das die Verdrängung der ersten Pumpe (210) steuert, indem Druckmittel zu einer Vorhub- oder Rückhub-Seite der ersten Pumpe (210) in Abhängigkeit von dem Steuerkolben, der auf das Ventil (212) in einer ersten Richtung wirkt, und einem Druckeingangssignal aus dem Schmiermittelkreis (228), das auf das Ventil (212) in einer zweiten Richtung wirkt, geleitet wird.
Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das multifunktionale Ventil (212) ein Schieberventil mit einer Vorspannfeder (222) ist, die zwischen den Steuerkolben (216) und das Schieberventil geschaltet ist, dass der Steuerkolben (216) die Vorspannfeder (222) komprimiert und das Ventil (212) vorspannt, um eine Sollwertposition in Abhängigkeit von einem Steuereingang aus der zweiten Pumpe (214) zu erzeugen, dass das Ventil (212) Kanäle zum Zuführen von Strömungsmittel zu der ersten Pumpe (210) hat, und dass ein Steuerdruck aus dem Schmiermittelkreis (228) auf das Ventil (212) entgegen der Vorspannfeder (222) wirkt, um den vorgegebenen Solldruck zu suchen.
Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpe (210) eine Flügelpumpe ist, die einen verstellbaren Exzenterring (20; 318) zum Ändern der Verdrängung der ersten Pumpe (210) aufweist, wobei der Steuerstrom unmittelbar auf den Exzenterring einwirkt, um den Exzenterring entweder in eine Vorhub- oder Rückhub-Richtung zu verstellen, und zwar in Abhängigkeit von dem Sollwert, der durch die Stellung des Steuerkolbens (216) und der Vorspannfeder (222) eingestellt wird.
Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei hydraulische Kolben (72, 74) den Exzenterring (20, 318) betätigen und dass das multifunktionale Ventil (212) für eine Beaufschlagung der Kolben (72, 74) sorgt, um den Exzenterring im Sinne einer Vergrößerung oder Verringerung der Verdrängung in Abhängigkeit von veränderlichen Sollwertsignalen aus der zweiten Pumpe (214) und dem Schmiermittelkreis (228) zu verstellen, wodurch das multifunktionale Ventil (212) verstellt wird, um den von der zweiten Pumpe (214) eingestellten Sollwert zu suchen.
Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterring (20; 318) in Richtung auf eine Maximalverdrängungsstellung durch eine Feder vorgespannt ist, die von einem Betätigungsstrom aus dem multifunktionalen Ventil (212) überwunden wird, um dadurch die Verdrängung der ersten Pumpe (210) zu steuern.
Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorspannfeder zum Vorspannen des Steuerkolbens (216) vorgesehen ist, um bei dem anfänglichen Start eines zugehörigen Motors einen höheren Solldruck zu erzeugen.
Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Vorspannfeder, die mit dem Steuerkolben verbunden und gegen ein Stellglied komprimiert wird, wobei die Stellung des Steuerkolbens ein Referenzwert zum Erzeugen eines Sollwertes erzeugt, auf den die Verdrängung der ersten Pumpe (210) geregelt wird.
Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied ein Steuerkolben ist, der den Exzenterring berührt, und dass ein Steuerdruck aus dem Schmiermittelkreis (228) von der entgegengesetzten Seite des Exzenterringes aus auf den Steuerkolben wirkt.
Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsmittel, das dem Stellglied zugeführt wird, aus einer Auslassleitung (237) der ersten Pumpe (210) herrührt.
Schmiermittelpumpanlage nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Druckregelventil (236), das den Druck in der Auslassleitung (237), der zur Steuerung des Stellglieds verwendet wird, regelt.