-
Die
Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe mit Überdruckventil.
In einer bevorzugten Verwendung dient die Pumpe als Schmierölpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine.
-
Verdrängerpumpen
fördern
Fluide, im Allgemeinen Flüssigkeiten,
indem sie das angesaugte Fluid in einer Förderkammer komprimieren und
im komprimierten Zustand verdrängen.
Viskositätsschwankungen
des Fluids führen
zu Druckschwankungen. Tiefe Temperaturen des Fluids führen somit
zu hohen Drücken
auf der Hochdruckseite. Bei einer Verwendung der Verdrängerpumpe
beispielsweise als Schmierölpumpe
für einen
Verbrennungskolbenmotor eines Kraftfahrzeugs können hieraus im kalten Zustand
des Motors, insbesondere bei einem Kaltstart, Probleme entstehen.
-
Eine
weitere Eigenschaft von Verdrängerpumen
ist der im wesentlichen proportionale Anstieg des Volumenstroms
mit der Pumpengeschwindigkeit. In vielen Verwendungen, beispielsweise
den genannten oder auch in der Verwendung als Versorgungspumpe für eine Hydraulikmaschine,
beispielsweise eine Presse, ist der mit der Pumpengeschwindigkeit steigende
Volumensstrom störend,
da er in vielen Fällen
den Bedarf übersteigt.
So werden Schmierölpumpen
für Verbrennungskraftmaschinen
im Allgemeinen von der zu versorgenden Verbrennungskraftmaschine
angetrieben. Ein Verbrennungskolbenmotor eines Fahrzeugs weist im
Allgemeinen einen Bedarf auf, der in einem unteren Drehzahlbereich
bereits groß ist,
bei Erreichen einer Grenzdrehzahl jedoch abflacht, d.h. nicht mehr
oder allenfalls nur langsam steigt. Gegebenenfalls steigt der Bedarf
bei höheren
Drehzahlen ab einer weiteren Grenzdrehzahl wieder stärker oder überhaupt
erst wieder an. In dem Drehzahlbereich mit konstantem oder nur langsam steigendem
Bedarf wird überschüssiges Öl gefördert, das
energieverlustbehaftet in den Ölsumpf
zurückgeführt wird.
-
Um
der Gefahr von Bauteilzerstörungen,
insbesondere auf der Seite des zu versorgenden Aggregats, aufgrund
von zu großen
Fluiddrücken
zu begegnen und/oder den Bedarf übersteigende
Volumenströme
zu verhindern, ist bei solchen Versorgungspumpen der Einsatz von Überdruckventilen
bekannt, die ab Erreichen eines vorgegebenen Drucks Fluid von der
Hochdruckseite zurück
zu der Niederdruckseite leiten. Solche Ventile dienen entweder nur dem
Abbau von Druckspitzen oder nur der Anpassung des Volumenstroms
an den tatsächlichen
Bedarf. Oft handelt es sich um einfache Rückschlagventile, die in einer
Bohrung des Pumpengehäuses
angeordnet sind und einen Ventilkörper, einen Ventilsitz und
eine Feder umfassen, die den Ventilkörper in den Ventilsitz preßt. Der
Ventilkörper
wird der Feder entgegenwirkend mit dem Fluiddruck der Hochdruckseite
beaufschlagt. Übersteigt
der Fluiddruck eine vorgegebene Größe, hebt der Ventilkörper von
dem Ventilsitz ab und gibt einen Rückfluss des Fluids der Hochdruckseite
zu der Niederdruckseite frei. Verdrängerpumpen, wie sie die Erfindung
insbesondere betrifft, werden meist in Massenfertigung produziert. Der
Einbau eines Überdruckventils
verursacht jedoch Kosten, die in der Massenfertigung in besonderem Maße eine
Rolle spielen.
-
Die
DE 18 15 680 U beschreibt
eine Pumpe mit einem Überdruckventil.
Das Überdruckventil weist
einen Ventilkörper
und eine Feder auf, die den Ventilkörper gegen einen Ventilsitz
drückt.
Den Ventilsitz bildet unmittelbar ein Gehäuseteil der Pumpe.
-
Nach
der
FR 27 28 313 A1 bildet
eine Kartusche einen Ventilraum mit integriertem Ventilsitz für ein Überdruckventil.
-
Eine
aus der
DE 198 47 144 bekannte
Zahnradmaschine weist ein Überdruckventil
auf, das in einem Ventilraum eines Gehäuseteils der Zahnradmaschine
gebildet ist. Ein Schraubstopfen verschließt den Ventilraum.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, bei einer Verdrängerpumpe die Kosten für ein Überdruckventil zu
reduzieren.
-
Die
Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe mit
einem eine Förderkammer
bildenden Gehäuse, einer
Niederdruckseite und einer Hochdruckseite und wenigstens einem in
der Förderkammer
angeordneten Förderglied,
das eine Fördertätigkeit
ausüben kann
und im Betrieb der Pumpe auch ausführt, so dass ein von der Verdrängerpumpe
zu förderndes Fluid
von der Niederdruckseite durch die Förderkammer hindurch zu der
Hochdruckseite förderbar
ist oder im Betrieb gefördert
wird. Die Pumpe umfasst wenigstens ein Überdruckventil, das einen Ventilkörper, einen
Ventilsitz und eine den Ventilkörper
gegen den Ventilsitz drückende
Federeinrichtung umfasst und in dem Gehäuse angeordnet ist. Das Überdruckventil
ist mit der Hochdruckseite so verbunden, das der Ventilkörper mit
einem Fluiddruck der Hochdruckseite beaufschlagbar ist. Der Fluiddruck
wirkt einer von der Federeinrichtung ausgeübten Elastizitätskraft
entgegen. Erreicht der Fluiddruck die Größe der Elastizitätskraft
der Federeinrichtung, beginnt der Ventilkörper von dem Ventilsitz abzuheben.
Das Fluid der Hochdruckseite kann dann zwischen dem Ventilkörper und
dem Ventilsitz hindurch zurück
auf die Niederdruckseite strömen,
wodurch ein durch die Konstruktion des Überdruckventils, insbesondere durch
die Federkennlinie und gegebenenfalls eine Federvorspannung und
durch die Größe der mit
dem Fluiddruck der Hochdruckseite beaufschlagbaren Fläche des
Ventilkörpers,
vorgegebener Druck auf der Hochdruckseite nicht überschritten wird.
-
Der
Ventilsitz wird nicht unmittelbar von einer Wandung des Gehäuses geformt,
sondern wird von einem Einsatz gebildet, der separat von dem Gehäuse gefertigt
wird und in das Gehäuse
eingesetzt ist. Das für
die Massenfertigung kostspielige Formen der mit dem Ventilkörper in
Kontakt befindlichen Oberfläche
des Ventilsitzes entfällt.
Der diese Oberfläche
bildende Ventilsitzeinsatz kann als einfaches Teil kostengünstig ebenfalls
in der Massenfertigung hergestellt und anschließend in das Gehäuse eingesetzt werden.
-
Für den Einbau
des Ventilsitzeinsatzes ist es vorteilhaft, dass das Gehäuse ein
erstes Gehäuseteil und
ein zweites Gehäuseteil
umfasst, die zusammengefügt
sind und das erste Gehäuseteil
einen Ventilraum bildet, der an einer das zweite Gehäuseteil
in der Fügeverbindung
kontaktierenden Fügefläche des
ersten Gehäuseteils
eine Öffnung
für den Einsatz
aufweist. Der Einsatz ist an dieser Öffnung oder vorzugsweise in
dieser Öffnung
angeordnet. Obgleich weniger bevorzugt, soll jedoch nicht ausgeschlossen
werden, dass der Einsatz durch die Öffnung hindurch in den Ventilraum
eingesetzt wird, also von der Fügefläche des
ersten Gehäuseteils
aus gesehen hinter der Öffnung
beispielsweise an einem Boden des Ventilraums angeordnet ist. In
dem Ventilraum ist auch die Federeinrichtung angeordnet.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Federeinrichtung und der Einsatz so
angeordnet sind, dass die Federeinrichtung den Ventilkörper in
Richtung auf das zweite Gehäuseteil
gegen den Ventilsitz, d.h. gegen den Einsatz, drückt. Die Federeinrichtung ist
von dem zweiten Gehäuseteil
aus gesehen hinter dem Ventilkörper
in dem Ventilraum abgestützt,
so dass sie die Elastizitätskraft
in Richtung auf den Einsatz zu auf den Ventilkörper ausübt.
-
Der
Ventilraum weist wenigstens einen Auslass auf, durch den das zwischen
dem Ventilsitz und dem Ventilkörper
einströmende
Hochdruckfluid zu der Niederdruckseite hin aus dem Ventilraum entweichen
kann. Vorzugsweise ist ein weiterer Auslass vorgesehen, durch den
das Hochdruckfluid ebenfalls zu der Niederdruckseite entweichen
kann. Dieser weitere Auslass dient der zusätzlichen Entlastung des Ventilraums,
um sicher zu verhindern, dass sich von dem Einsatz aus gesehen hinter
dem Ventilkörper
ein nennenswerter Gegendruck aufbauen kann.
-
Da
der Ventilraum lediglich einen oder mehrere Auslässe für das Hochdruckfluid und eine
Stützfläche für die Federeinrichtung
bilden muss, kann das den Ventilraum bildende Gehäuseteil
preiswert gefertigt werden. Bevorzugt wird es in einem Verfahren
der Urformung bereits mit Ventilraum geformt. Das Gehäuseteil
ist vorzugsweise ein Gussteil. Alternativ kann der Ventilraum auch
nachträglich
geschaffen werden, aufgrund der Erfindung beispielsweise durch Bohren
einer einfachen Sackbohrung. Vorzugsweise umgibt eine Aussenwandung
des Gehäuseteils
den Ventilraum, so dass auch der Auslass oder die mehreren Auslässe auf
einfache Weise nachträglich
oder bevorzugter ebenfalls unmittelbar bei der Urformung des Gehäuseteils
gebildet werden können.
-
Der
Einsatz ist in das Gehäuse
vorzugsweise eingepresst. Anstatt oder zusätzlich zu einer Pressverbindung
kann der Einsatz mit dem Gehäuse
auch stoffschlüssig
verbunden sein oder beispielsweise eingeschraubt sein. Für die Belange
der Massenfertigung sind jedoch insbesondere Schraubverbindungen
keine bevorzugte Lösung.
-
Der
Einsatz hat über
die Schaffung des Ventilsitzes hinaus vorzugsweise keine weitere
Funktion, so dass er eine vorteilhaft einfache Form aufweisen kann.
In bevorzugten Ausführungen
ist er eine Scheibe oder ein einfacher Ringkörper mit einem Durchgang, den
der Ventilkörper
bis zum Erreichen eines vorgegebenen Fluiddrucks verschließt und von
dem der Ventilkörper
oberhalb des vorgegebenen Fluiddrucks gegen die elastische Rückstellkraft
der Federeinrichtung abhebt. Über
die Schaffung der Sitzfläche für den Ventilkörper hinaus
wird die Form des Einsatzes lediglich noch dadurch bestimmt, dass
der Einsatz den Ventilraum von seinem Durchgang abgesehen dicht
verschließt.
Diesen einfachen Anforderungen wird die preiswerte Massenfertigung
ohne weiteres gerecht.
-
Insbesondere
muss kein Gehäuseteil,
das eine Wandung der Förderkammer
bildet oder bewegte Pumpenteile lagert, auch noch den Ventilsitz
bilden. Solche Gehäuseteile
werden von einer derartigen Funktion entlastet. Umgekehrt sollte
der Einsatz über
seine Funktion im Überdruckventil
hinaus keine weitere Funktion haben. Der Einsatz ist vorzugsweise
einstückig.
-
Das
Gehäuse
umfasst ein erstes Gehäuseteil,
das einen Ventilraum bildet, in dem die Federeinrichtung angeordnet
ist, und ein zweites Gehäuseteil. Das Überdruckventil
ist vorzugsweise über
das zweite Gehäuseteil
mit der Hochdruckseite verbunden. Die beiden Gehäuseteile sind mittels Fügeverbindung
miteinander verbunden. Vorteilhafterweise ist wenigstens eines,
vorzugsweise genau eines, der Gehäuseteile mit einer dem anderen
der Gehäuseteile
zugewandt offenen Vertiefung versehen, durch die Fluid der Hochdruckseite
dem Überdruckventil
zuführbar
ist, um den Ventilkörper
von dem Ventilsitz abzuheben. Eine solche Fluidzuführung in
Form einer zu dem anderen Gehäuseteil
der Fügeverbindung
offenen Vertiefung, beispielsweise eine Nut oder Tasche kann vorteilhafterweise
unmittelbar bei der Urformung des betreffenden Gehäuseteils
geformt werden, vorzugsweise bei einem Gießen. Die Vertiefung ist vorzugsweise
in dem zweiten Gehäuseteil
geformt. Das zweite Gehäuseteil
ist vorzugsweise ein Gußteil.
-
Die
Pumpe kann eine innen- oder außenachsige
Zahnradpumpe, eine Flügelzellenpumpe
oder andere Pumpe vom Verdrängertyp
sein. Das wenigstens eine Förderglied
ist dementsprechend eines der Zahnräder einer Zahnradpumpe, ein
Flügelrad
oder beispielsweise ein Schneckenrad.
-
Die
Verdrängerpumpe
dient in bevorzugten Verwendungen als Versorgungspumpe für ein mit dem
Fluid zu versorgendes Aggregat, wobei das Fluid im wesentlichen
nicht verbraucht, sondern von der Pumpe in einem Kreislauf gefördert wird,
der zumindest die Pumpe und das zu versorgende Aggregat und die
erforderlichen Fluidleitungen umfasst. In solchen Verwendungen wird
die Pumpe vorzugsweise von dem Aggregat angetrieben. Das Aggregat
ist vorzugsweise eine drehmomenterzeugende Verbrennungskraftmaschine,
beispielsweise ein Hubkolbenmotor oder gegebenenfalls ein Rotationskolbenmotor,
die insbesondere den oder einen Antriebsmotor eines Fahrzeugs bilden
kann. Das zu pumpende Fluid ist vorzugsweise ein Schmieröl, insbesondere wenn
das zu versorgende Aggregat eine zu schmierende Verbrennungskraftmaschine
ist. Das Fluid kann jedoch auch eine Hydraulikflüssigkeit für eine hydraulisch betriebene
Maschine, beispielsweise eine Presse, sein. Um den von der Pumpe
geförderten
Volumenstrom und erzeugten Fluiddruck auf der Hochdruckseite dem
tatsächlichen
Bedarf anzupassen, kann die Pumpe eine Regeleinrichtung aufweisen,
mittels der der Volumenstrom und/oder der Fluiddruck auf der Hochdruckseite
der Pumpe in Abhängigkeit
von dem Fluiddruck der Hochdruckseite geregelt wird bzw. werden,
d.h. der Fluiddruck der Hochdruckseite bildet die oder zumindest
eine Regelgröße für die Regeleinrichtung.
Die Erfindung betrifft jedoch geregelte und ungeregelte Pumpen gleichermaßen.
-
Ist
die Pumpe zu einer geregelten Pumpe weiterentwickelt, wird es bevorzugt,
wenn der als Regelgröße verwendete
Fluiddruck von oder unmittelbar hinter dem zu versorgenden Aggregat
oder dem letzten von mehreren zu versorgenden Aggregaten abgenommen
und in die Regeleinrichtung zurückgeführt wird.
Handelt es sich bei dem zu versorgenden Aggregat um den Antriebsmotor
eines Fahrzeugs, so wird der Fluiddruck vorzugsweise von oder unmittelbar
hinter der sogenannten Hauptgalerie des Motors abgenommen. Das erfindungsgemäße Überdruckventil
wird jedoch mit einem Fluiddruck beaufschlagt, der vor dem zu versorgenden
Aggregat oder, im Falle von mehreren zu versorgenden Aggregaten,
vor dem ersten zu versorgenden Aggregat abgenommen wird. Der Fluiddruck
für das Überdruckventil
wird vorteilhafterweise so nah als möglich bei der Förderkammer
abgenommen, vorzugsweise noch innerhalb des Pumpengehäuses. Vorzugsweise
gilt dies für
jede Verwendung der Verdrängerpumpe,
ungeachtet der Frage, ob die Pumpe zusätzlich auch noch in Abhängigkeit
von einem tatsächlichen
Bedarf geregelt wird. Das erfindungsgemäße Überdruckventil kann bei solch
einer Bedarfsregelung gleichzeitig auch die hierfür erforderliche
Regeleinrichtung bilden, falls der für die Regeleinrichtung als
Regelgröße dienende Fluiddruck
vor dem zu versorgenden Aggregat abgenommen wird. In bevorzugten
Verwendungen dient das Überdruckventil
jedoch als reines Schutzventil, um Druckspitzen, wie sie insbesondere
aufgrund einer tiefen Temperatur des Fluids und der damit einhergehenden
erhöhten
Zähigkeit
auftreten können, abzubauen.
Insbesondere kann es als Kaltstartventil dienen, um einen Verbrennungskolbenmotor
und vorgeordnete Komponenten bei einem Kaltstart vor einem zu hohen Öldruck zu
schützen.
-
Bevorzugte
Ausführungen
der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe
werden auch in den Unteransprüchen
und deren Kombinationen beschrieben.
-
Nachfolgend
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand von Figuren erläutert. An dem Ausführungsbeispiel
offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder Merkmalskombination
die Gegenstände
der Ansprüche und
der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen vorteilhaft weiter.
Es zeigen:
-
1 Komponenten
einer Außenzahnradpumpe
vor dem Zusammenbau in einer Sicht auf einen Pumpeneinlass,
-
2 die
Komponenten der 1 in einer Sicht auf einen Auslass
der Pumpe,
-
3 eine
Ansicht der Pumpe auf einen Gehäusedeckel,
-
4 die
Pumpe in einem Zustand maximalen spezifischen Volumenstroms in dem
Schnitt A-A der 3,
-
5 die
Pumpe in einem Zustand maximalen spezifischen Volumenstroms in dem
Schnitt B-B der 3,
-
6 die
Pumpe in dem Zustand minimalen spezifischen Volumenstroms in dem
Schnitt B-B der 3,
-
7 eine
Ansicht der Pumpe auf die Seite mit dem Pumpeneinlass,
-
8 ein Überdruckventil
der Pumpe in dem Schnitt C-C der 3,
-
9 das
Detail X der 8 und
-
10 das Überdruckventil
in dem Schnitt D-D der 3.
-
1 zeigt
eine Außenzahnradpumpe,
die in Komponenten zerlegt ist. Bei den Komponenten handelt es sich
um ein außenverzahntes
erstes Zahnrad 1 mit einer Antriebswelle 8, ein
außenverzahntes
zweites Zahnrad 2, das auf einem Regelkolben mit zwei Kolbenkörpern 21 und 22 drehbar
gelagert ist, ein erstes Gehäuseteil 3 und
ein zweites Gehäuseteil 4 sowie
Verbindungsschrauben zum Zusammenschrauben der Gehäuseteile 3 und 4.
Das Gehäuseteil 4 ist
ein Gehäusedeckel,
der auf eine axiale Stirnseite des Gehäuseteils 3 aufgesetzt
wird, um das Gehäuseteil 3 mit
den darin aufgenommenen Komponenten an der einen Stirnseite abzudichten. Von
dem Gehäuseteil 3 ist
der Blick in eine Förderkammer 5 freigegeben,
in der im zusammengebauten Zustand der Pumpe die Zahnräder 1 und 2 drehbar
aufgenommen sind und die das zweite Gehäuseteil 4 im zusammengebauten
Zustand stirnseitig abdichtet. Ferner ist an der Stirnseite des
Gehäuseteils 3 ein
zu dem Gehäuseteil 4 hin
offener Ventilraum 13 zu erkennen, in dem ein Überdruckventil
gebildet ist. Das Gehäuseteil 3 weist
ferner einen Pumpeneinlass 6 auf, durch den ein von der
Pumpe zu förderndes Fluid
durch eine Fördertätigkeit
der Zahnräder 1 und 2 in
die Förderkammer 5 eingesogen
wird.
-
2 zeigt
die gleichen Komponenten in gleicher Lage und Ausrichtung in einer
um 180 gedrehten Ansicht auf einen Pumpenauslass 7. Das durch
den Einlass 6 einströmende
Fluid wird von den Zahnrädern 1 und 2 durch
die Förderkammer 5 gefördert und
mit einem höheren
Druck durch den Auslass 7 verdrängt. Der Einlass 6 liegt
auf einer Niederdruckseite und der Auslass 7 auf einer
Hochdruckseite der Pumpe. Die Niederdruckseite umfasst den Teil der
Pumpe und des zu der Pumpe führenden
stromabwärtigen
Leitungssystems, in dem das Fluid durch die Fördertätigkeit der Zahnräder 1 und 2 angesaugt wird
und erstreckt sich bis in die Förderkammer 5 hinein.
Innerhalb der Förderkammer
findet die Trennung zwischen der Niederdruckseite und der Hochdruckseite
statt. Die Hochdruckseite umfasst den Auslass 7 und erstreckt
sich vom Auslass 7 stromaufwärts bis in die Förderkammer 5 und
stromabwärts bis
zu dem mit dem Fluid zu versorgenden Aggregat oder im Falle von
mehreren Aggregaten bis zu dem stromabwärtigsten Aggregat und gegebenenfalls noch
ein wenig darüber
hinaus. Wird die Pumpe beispielsweise als Schmierölpume für einen
Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs verwendet, so reicht die Niederdruckseite
vom Ölsumpf
bis in die Förderkammer 5,
und die Hochdruckseite erstreckt sich von der Förderkammer 5 bis einschließlich zu
einem Filter stromabwärts
von dem Motor, durch den das Schmieröl schließlich wieder in den Ölsumpf gelangt.
-
Das
erste Zahnrad 1 sitzt verdrehgesichert auf der Antriebswelle 8 (1).
Die Antriebswelle 8 wird drehangetrieben. Durch den Zahneingriff
treibt das erste Zahnrad 1 das zweite Zahnrad 2 an.
Bei der Drehbewegung bilden die beiden Zahnräder 1 und 2 zwischen
ihren Zähnen
Förderzellen,
die in einem Umschlingungsbereich von der die Förderkammer 5 radial
begrenzenden Innenmantelfläche
des Gehäuseteils 3 dicht
umgeben werden. Das auf der Niederdruckseite angesaugte Fluid wird
in den Förderzellen durch
den Bereich der Umschlingung auf die Hochdruckseite gefördert und
dort durch die ineinandergreifenden Zähne verdrängt.
-
3 zeigt
die Pumpe in der Stirnansicht auf das Gehäuseteil 4. In 3 sind
insbesondere die in den 4, 5, 6, 8 und 10 gezeigten
Schnittebenen eingezeichnet. Eingezeichnet sind ferner die parallelen
Drehachsen der beiden Zahnräder 1 und 2,
nämlich
die erste Drehachse D1 des ersten Zahnrads 1 und die zweite
Drehachse D2 des zweiten Zahnrads 2.
-
4 zeigt
den Längsschnitt
A-A der 3. Zu erkennen sind der Einlass 6a in
und der Auslass 7a aus der Förderkammer 5. In dem
in 4 gezeigten Zustand ist die Eingriffslänge der
Zahnräder 1 und 2 maximal,
so dass der spezifische Volumenstrom, d.h. der Volumenstrom pro
Umdrehung, maximal ist. In vielen Anwendungen, beispielsweise als Schmierölpumpe für einen
Verbrennungskolbenmotor, wird die Pumpe von dem zu versorgenden
Aggregat angetrieben. Die Drehzahl der Pumpe erhöht sich somit mit der Antriebsgeschwindigkeit
des Aggregats. Würde
die Pumpe mit steigender Antriebsgeschwindigkeit in dem Zustand
des maximalen spezifischen Volumenstroms verbleiben, würde der
Volumenstrom in erster Näherung
proportional mit der Antriebsgeschwindigkeit steigen. In vielen
Anwendungen ist dies jedoch störend.
Die Pumpe ist daher so konstruiert, dass ihr spezifischer Volumensstrom
bedarfsgerecht verändert
werden kann.
-
Zu
diesem Zweck ist das zweite Zahnrad 2 auf dem Regelkolben
drehgelagert, der entlang der Drehachse D2 hin und her verschiebbar
in dem Pumpengehäuse 3, 4 gelagert
ist. Der Regelkolben umfasst die zwei Kolbenkörper 21 und 22 und
einen die Kolbenkörper 21 und 22 verbindenden
Bolzen 20. Das zweite Zahnrad 2 ist um die Drehachse
D2 verdrehbar mit dem Bolzen 20 verbunden. Der Bolzen ist mit
jedem der Kolbenkörper 21 und 22 fest
verbunden. Die Kolbenkörper 21 und 22 verlängern das zweite
Zahnrad 2 axial je zu einer Seite so, dass sie die Förderkammer 5 in
der axialen Flucht des Zahnrads 2 zu beiden Stirnseiten
des Zahnrads 2 abdichten. Die Form und die Größe der Kolbenkörper 21 und 22 sind
diesem Zweck entsprechend gewählt. Die
Welle 20 und die mittels der Welle 20 relativ
zueinander axial nicht bewegbaren Kolbenkörper 21 und 22 sind
in einem Kolbenraum 27 des Gehäuses 3, 4 entlang
der Drehachse D2 gleitend axial linear geführt und bilden in diesem Sinne
einen einheitlichen Regelkolben. Die Linearführung wird durch einen Ausschnitt
am äußeren Umfang
des Kolbenkörpers 22 erhalten.
Dieser in den 1 und 2 erkennbare
Ausschnitt ist erforderlich, da mit der Kolbenkörper 22 in die axiale Überdeckung
mit dem ersten Zahnrad 1 bewegt werden kann.
-
Eine
Federeinrichtung 26, die von einer im Zustand der maximalen
Eingriffslänge
auf Druck vorgespannten Spiralfeder gebildet wird, drückt den
Regelkolben 20–22 in
eine axiale Position, in der die Überdeckung der Zahnräder 1 und 2 maximal
ist. Um das Zahnrad 2 aus der axialen Position der maximalen
Eingriffslänge
in eine axiale Position geringerer Eingriffslänge bewegen zu können, ist
der Regelkolben 20–22 auf
einer ersten Kolbenseite gegen die Elastizitätskraft der Federeinrichtung 26 mit
einem Fluiddruck der Hochdruckseite beaufschlagbar. Die erste Kolbenseite
ist die von der Federeinrichtung 26 axial abgewandte Stirnseite
des Kolbenkörpers 22. Dieser
Fluidregeldruck wird in der Nähe
des zu versorgenden Aggregats, beispielsweise von der Hauptgalerie
eines mit Schmieröl
zu versorgenden Verbrennungskolbenmotors, abgenommen und über eine
Steuerleitung auf die erste Kolbenseite zurückgeführt.
-
In
dem in 5 dargestellten Schnitt B-B ist die Steuerleitung 9,
d.h. der im Pumpengehäuse 3, 4 gebildete
letzte Teil der Steuerleitung, erkennbar. 5 zeigt
die Pumpe ebenfalls in dem Zustand, in dem das zweite Zahnrad 2 die
axiale Position einnimmt, in der die Eingriffslänge der Zahnräder 1 und 2 und
damit der auf die Drehzahl bezogene Volumensstrom der Pumpe maximal
sind.
-
6 zeigt
die Pumpe im Schnitt B-B in dem Zustand, in dem das zweite Zahnrad 2 die
axiale Position einnimmt, in der die Eingriffslänge der Zahnräder 1 und 2 und
infolgedessen der spezifische Volumenstrom der Pumpe minimal sind.
Im Ausführungsbeispiel
ist eine einfache Volumenstromregelung ausgeführt, die dafür sorgt,
dass mit steigendem Fluidregeldruck der Regelkolben 20–22 gegen
die Elastizitätskraft
der Federeinrichtung 26 zunehmend aus der Position der
maximalen Eingriffslänge
in Richtung auf die Position der minimalen Eingriffslänge bewegt
wird. Die beiden axialen Endpositionen des Regelkolbens 20–22 werden
durch gehäuseseitige
Anschläge
bestimmt. In der Position maximaler Eingriffslänge liegt die erste Kolbenseite
axial auf Kontakt gegen eine von dem zweiten Gehäuseteil 4 gebildete
Anschlagfläche.
In der Position der minimalen Eingriffslänge liegt die von der Federeinrichtung 26 beaufschlagte
zweite Kolbenseite axial auf Kontakt gegen eine Anschlagfläche 28 des
ersten Gehäuseteils 3 (5).
Zwischen den beiden Endpositionen kann der Regelkolben 20–22 mit
dem von ihm gelagerten Zahnrad 2 kontinuierlich in jede
Zwischenposition bewegt werden. Die Zwischenpositionen ergeben sich
aus dem Kräftegleichgewicht
von Fluidregeldruck und Elastizitätskraft der Federeinrichtung 26.
-
Ein
besonderes Merkmal der Pumpe ist die Ausbildung eines Überdruckventils,
das ein mit dem Fluid zu versorgendes Aggregat und dessen zugeordnete
Komponenten, insbesondere Filter, vor zu großem Fluiddruck schützt. Ein
besonders großer Fluiddruck
kann insbesondere bei tiefen Temperaturen und dadurch bedingt hoher
Zähigkeit
des zu fördernden
Fluids entstehen. In einer bevorzugten Verwendung der Pumpe als Schmierölpumpe für einen Verbrennungskolbenmotor
besteht diese Gefahr insbesondere im kalten Zustand des Motors,
d.h. bei einem Kaltstart, und insbesondere zur kalten Jahreszeit.
Das Überdruckventil
bildet daher in erster Linie ein Kaltstartventil.
-
7 zeigt
die Seite der Pumpe, an der der Einlass 6 gebildet ist.
Auf der gleichen Seite ist auch das Überdruckventil 12 angeordnet.
In 7 sind von dem Überdruckventil 12 ein
Auslass 17 mit zwei Öffnungen,
ferner eine Entlastungsöffnung 18 und durch
die beiden Öffnungen
des Auslasses 17 hindurch eine Federeinrichtung 16 und
ein Ventilkörper 14 gezeigt.
Der Auslass 17 und die Entlastungsöffnung 18 sind mit
der Niederdruckseite verbunden.
-
8 zeigt
den ebenfalls in 3 eingetragenen Schnitt C-C
mit dem Überdruckventil,
das insgesamt mit den Bezugszeichen 12 gekennzeichnet ist. 9 zeigt
das Überdruckventil 12 im
Detail, und 10 zeigt das Überdruckventil 12 in
dem Schnitt D-D der 3.
-
Das Überdruckventil 12 ist
als einfaches Rückschlagventil
gebildet. Der Ventilkörper 14 ist eine
Kugel und wird von der Federeinrichtung 16 mit einer Elastizitätskraft
in einen Ventilsitz gedrückt,
der von einem Einsatz 15 gebildet wird. Der Ventilkörper 14,
der Ventilsitzeinsatz 15 und die Federeinrichtung 16 sind
in dem Ventilraum 13 angeordnet, der auch in den 1 und 2 zu
erkennen ist.
-
Die
Gehäuseteile 3 und 4 bilden
einander zugewandte Fügeflächen, über die
sie aneinander gefügt
und mittels Schraubverbindung zusammengedrückt werden. Der Ventilraum 13 weist
die Form einer Sackbohrung auf. Er erstreckt sich von seiner Öffnung an
der Fügefläche des
Gehäuseteils 3 aus parallel
zu den Drehachsen D1 und D2 der Zahnräder 1 und 2 in
das Gehäuseteil 3 hinein.
An seinem zu dem Gehäuseteil 4 hin
offenem Ende ist eine Verbreiterung geformt, die an ihrem inneren
Ende eine Schulter 19 bildet. Der Ventilsitzeinsatz 15 ist
in die Verbreiterung des Ventilraums 13 eingepresst, d.h.
er sitzt mit einem festen Presssitz in dem Ventilraum 13. Ferner
ist er axial durch eine Fügefläche des
Gehäuseteils 4 gesichert.
Die in dem Öffnungsende
in dem Ventilraum 13 gebildete Verbreiterung ist axial
ein wenig länger
als der Ventilsitzeinsatz 15. Der Ventilsitzeinsatz 15 ist
in die Verbreiterung so weit eingepreßt, daß er über die Fügefläche des Gehäuses 3 zumindest nicht
vorsteht und vorzugsweise plan mit ihr abschließt. Die Schulter 19 bildet
einen Anschlag, bis gegen den der Ventilsitzeinsatz 15 in
die Verbreiterung eingesetzt werden kann Der Ventilsitzeinsatz 15 bildet
an seiner in das Innere des Ventilsraums 13 weisenden Seite
den Ventilsitz für
den Ventilkörper 14.
Die Federeinrichtung 16, die im Ausführungsbeispiel als auf Druck
beaufschlagte Spiralfeder gebildet ist, drückt den Ventilkörper 14 axial
in den vom Ventilsitzeinsatz 15 gebildeten Ventilsitz und
stützt
sich an der axial gegenüberliegenden
Seite an dem Boden des Ventilraums 13 ab.
-
Der
Ventilsitzeinsatz 15 ist an seiner in das Innere des Ventilraums 13 weisenden
Seite umlaufend mit einer Innenfassung versehen, die den Ventilsitz
bildet. Die so gebildete Kontaktfläche für den Ventilkörper 14 läuft um einen
Durchgang, im Ausführungsbeispiel
ein zentrisches Loch, des Ventilsitzeinsatzes 15 um. Der
Durchgang wird wie bei herkömmlichen
Rückschlagventilen
auch im Schließzustand des Überdruckventils 12 von
dem Ventilkörper 14 dicht
verschlossen.
-
Besondere
Merkmale des Überdruckventils 12,
die je einzeln und insbesondere in ihrer Kombination Vorteile bringen,
sind die Bereitstellung des Ventilsitzes mittels eines separat von
den Gehäuseteilen 3 und 4 gefertigten
Ventilsitzeinsatzes 15, die Anordnung des Ventilsitzes
am Öffnungsende
des Ventilraums 13 an der Fügefläche des Gehäuseteils 3 mit der
Folge, dass der Ventilsitz von der Öffnung aus gesehen vor dem
Ventilkörper 14 angeordnet
ist, und ferner die Schaffung der Fluidzuführung für die Ansteuerung des Überdruckventils 12 über eine
vor dem Zusammenfügen
der Gehäuseteile 3 und 4 offene
Vertiefung 11, nämlich
eine Nut oder Tasche.
-
Da
der Ventilsitzeinsatz 15 mittels Fügeverbindung in dem Öffnungsende
des Ventilraums 13 angeordnet ist, bildet der Ventilsitzeinsatz 15 zugleich
den Ventilsitz und das für
die Federeinrichtung 16 benötigte Widerlager. Ein Abschlussdeckel,
der nur das Widerlager für
die Federeinrichtung 16 bildet und den Ventilraum 13 abdichtet,
wird daher eingespart. Die Federeinrichtung 16 wirkt aus
dem Ventilraum 13 heraus in Richtung auf dessen Öffnungsende,
was für
die Formung des Ventilraums 12 von Vorteil ist. Insbesondere
kann das Gehäuseteil 3 als Gussteil
bereits mit dem Ventilraum 13 geformt werden.
-
Die
beiden den Auslass 17 bildeten Öffnungen und die Entlastungsöffnung 18 sind
in einer Außenwandung
des Gehäuseteils 3 gebildet
und können
somit ebenfalls bereits bei dem Gießen des Gehäuseteils 3 geformt
werden. Der Auslass 17 verbindet im geöffneten Zustand des Ventils 12 den
Durchgang des Ventilsitzeinsatzes 15 auf kürzestem
Wege mit der Niederdruckseite der Pumpe. Der Auslass 17 ist
näher bei
dem Ventilsitzeinsatz 15 als bei dem Boden des Ventilraums 13 angeordnet.
Im Ausführungsbeispiel
ist der Auslass 17 von der Öffnung des Ventilraums 13 aus
gesehen unmittelbar hinter dem Ventilsitzeinsatz 15 gebildet
und wird im Schließzustand
des Ventils 12 noch teilweise von dem Ventilkörper 14 überdeckt.
Allerdings ist sichergestellt, dass der Ventilkörper 14 den Auslass 17 nicht
verstopfen kann. Die Entlastungsöffnung 18 verhindert, dass
sich in dem Ventilraum 13 in einem praktisch relevanten
Umfang ein Fluidrestvolumen ansammeln kann. Die Entlastungsöffnung 18 ist
deshalb näher bei
dem Boden des Ventilraums 13 als bei dem Ventilsitzeinsatz 15 angeordnet.
-
Da
der Ventilsitz an dem Öffnungsende
des Ventilraums 13 gebildet ist, das dem abschließenden Gehäuseteil 4 zugewandt
ist, muss das für
die Ansteuerung des Überdruckventils 12 benötigte Steuerfluid
der Hochdruckseite nicht durch das Innere des Gehäuseteils 3 zu
dem Ventilkörper 14 der
Federeinrichtung 16 entgegenwirkend geführt werden, sondern kann unmittelbar
an der Fügefläche des
Gehäuseteils 3 gebildet
werden. Dies geschieht durch die zu dem Gehäuseteil 3 offene Vertiefung 11 des
Gehäuseteils 4.
Die Vertiefung 11 überdeckt
in axialer Richtung den Durchgang des Ventilsitzeinsatzes 15. Das
die Fluidzuführung
als offene Vertiefung 11 gebildet ist, erleichtert ferner
die Formung der Fluidzuführung.
Die Vertiefung 11 kann unmittelbar bei einem Guss des Gehäuseteils 4 geformt
werden.
-
Die
Vertiefung 11 verbindet den Durchgang des Ventilsitzeinsatzes 15 mit
einer Stelle auf der Hochdruckseite der Pumpe, die zwischen der
Förderkammer 5 und
dem Auslass 7 aus dem Pumpengehäuse 3, 4 angeordnet
ist. Das Überdruckventil 12 wird
daher mit Fluid angesteuert, das noch keinen praktisch relevanten
Druckabfall erfahren hat. Dies kommt der Sicherheitsfunktion des Überdruckventils 12 entgegen. Übersteigt
der Fluiddruck in der Vertiefung 11 die Vorspannkraft der
Federeinrichtung 16, hebt der Ventilkörper 14 von dem Ventilsitzeinsatz 15 ab
und gibt den Durchfluss von der Vertiefung 11 durch den
Ventilsitzeinlass 15 zu dem Auslass 17 frei. Das Überdruckventil 12 ist
so dimensioniert, dass der Fluiddruck auf der Hochdruckseite einen vorgegebenen
Grenzwert, dessen Überschreiten
zu Schäden
im Fluidkreis auf der Hochdruckseite der Pumpe führen könnte, nicht überschreiten
kann, andererseits aber die von der Pumpe zu versorgenden Komponenten
angeströmt
und mit ausreichendem Volumenstrom durchströmt werden.
-
- 1
- erstes
Zahnrad
- 2
- zweites
Zahnrad
- 3
- erstes
Gehäuseteil
- 4
- zweites
Gehäuseteil,
Gehäusedeckel
- 5
- Förderkammer
- 6
- Einlass
- 7
- Auslass
- 8
- Antriebswelle
- 9
- Steuerleitung
- 10
-
- 11
- Vertiefung
- 12
- Überdruckventil
- 13
- Ventilraum
- 14
- Ventilkörper
- 15
- Ventilsitzeinsatz
- 16
- Federeinrichtung
- 17
- Auslass
- 18
- Entlastungsöffnung
- 19
- Sitz,
Schulter
- 20
- Bolzen
- 21
- Kolbenkörper
- 22
- Kolbenkörper
- 23
-
- 24
-
- 25
-
- 26
- Federeinrichtung
- 27
- Kolbenraum
- 28
- Anschlag