DE4302610C2 - Verfahren zum Regeln der Pumpleistung von Schmiermittelpumpen und Schmiermittelpumpe hierfür - Google Patents
Verfahren zum Regeln der Pumpleistung von Schmiermittelpumpen und Schmiermittelpumpe hierfürInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Pumpleistung einer Schmiermittel
pumpe eines Motors, welcher das Schmiermittel benötigt und gleichzeitig die Pumpe antreibt,
wobei über den am Pumpenausgang oder an einer Verbrauchsstelle herrschenden Druck die
effektive Pumpleitung reduziert wird.
Daneben betrifft die vorliegende Erfindung eine regelbare Schmiermittelpumpe für einen Motor,
insbesondere Flügelzellenpumpe, wobei die Schmiermittelpumpe für einen Antrieb durch den
Motor ausgelegt ist, den sie mit Schmiermittel versorgt und wobei die Schmiermittelpumpe zur
Anpassung an den Schmiermittelbedarf des Motors eine druckgesteuerte Regeleinrichtung
aufweist.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Schmiermittelpumpe, insbesondere Flügelzel
lenpumpe, mit Druckregelung, sind aus der deutschen Patentschrift DE 33 33 647 C2 und der
deutschen Offenlegungsschrift DE 40 11 671 A1 bekannt.
Im bekannten Fall wird der Druck vom Ausgang der Pumpe auf einen Regelkolben gegeben, der
von der entgegengesetzten Seite her direkt oder indirekt von einer Druckfeder beaufschlagt wird.
Der Kolben wirkt auf den Hubring der Flügelzellenpumpe und beeinflußt damit deren Exzentrizität
und Fördermenge. Pumpe und Regeleinrichtung sind dabei so ausgestaltet, daß der Kolben bei
zunehmendem Druck am Ausgang der Pumpe den Hubring in Richtung kleinerer Exzentrizität
verschiebt, so daß durch die Verringerung des Fördervolumens der Druck am Ausgang der
Pumpe begrenzt wird. Durch die Verwendung geeigneter Gegendruckfedern und Geometrien der
Regeleinrichtung läßt sich die Regelcharakteristik einer solchen Pumpe in weiten Grenzen
variieren.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf Flügelzellenpumpen beschränkt.
Insbesondere kann die Erfindung auch angewendet werden auf alle regelbaren Pumpen,
insbesondere auch auf solche, die lediglich eine sogenannte Verlustregelung aufweisen, d. h.
welche bei Überschreiten eines vorgebbaren Druckes überschüssiges Schmiermittel über einen
Bypaß an Verbrauchsstellen vorbeileiten, wobei lediglich die durch das System gepumpte
Schmiermittelmenge (effektive Fördermenge) verringert wird, nicht jedoch die durch die Pumpe
selbst geförderte Menge. Selbstverständlich sind gegenüber einem solchen System regelbare
Pumpen bevorzugt, bei denen unmittelbar die Förderleistung der Pumpen bzw. deren
Fördermenge und nicht nur deren effektives Fördervolumen beeinflußbar ist.
Dabei wird unter dem Begriff "effektives Fördervolumen" dasjenige Volumen des Schmiermittels
verstanden, welches pro Zeiteinheit durch die Verbrauchsstellen, die entsprechenden Zu- und
Ableitungen und gegebenenfalls etwaige vorgeschaltete Aggregate, wie z. B. Ölfilter, unter Druck
gepumpt wird. Öl, welches z. B. über Bypaß-Leitungen ab- und zu einem Pumpensumpf
zurückgeleitet wird, wird dabei nicht als Teil des effektiven Fördervolumens angesehen. Auch das
Ableiten von Öl über Bypaß-Leitungen begrenzt den Druck am Ausgang der Pumpe und im
gesamten System, wodurch allerdings keine Energieeinsparung zu erzielen ist. Eine nennenswerte
Energiereduzierung wird nur erreicht, wenn von vornherein das von der Pumpe geförderte
Volumen dem Bedarf angepaßt wird wie bei regelbaren Flügelzellenpumpen oder bei mehrstufigen
Koristantpumpen mit Registerregelung.
Derartige Schmiermittelpumpen finden vor allem Verwendung für die Schmierstellenversorgung
an Verbrennungsmotoren, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Der Schmiermittelbedarf bzw. Mindestbedarf eines Verbrennungsmotors ist jedoch von einer Reihe
unterschiedlicher Faktoren abhängig. Ein wesentlicher Faktor ist dabei vor allem die Betriebs
temperatur des Motors und/oder der betreffenden Schmierstellen sowie auch des Schmiermittels.
Im kalten Zustand hat das im allgemeinen als Schmiermittel verwendete Öl eine hohe Viskosität
und läßt sich nur schlecht durch enge Zwischenräume in den Schmierstellen hindurchdrücken.
Gleichzeitig ist jedoch auch der Schmiermittelbedarf im kalten Zustand des Verbrennungsmotors
nicht übermäßig hoch, da die gegeneinander beweglichen Teile im kalten Zustand im allgemeinen
auch ein kleineres Spiel gegeneinander haben und die Viskosität des Öles groß ist und daher
weniger Öl durchgesetzt werden kann.
Bei dieser Ausgangslage hat man in der Vergangenheit die effektive Förderleistung der
Schmiermittelpumpe so eingestellt, daß am Ausgang der Pumpe ein vorgegebener Maximaldruck
nicht überschritten wurde. Es versteht sich, daß im kalten Zustand eines Motors, wegen des in
diesem Temperaturbereich hochviskosen Öls beim Anlaufen des Motors und der damit direkt
gekoppelten Schmiermittelpumpe der Druck am Ausgang der Schmiermittelpumpe zunächst relativ
steil ansteigt, da der Fließwiderstand des Öls durch die Schmiermittelstellen relativ groß ist. Dabei
besteht die Gefahr, daß einzelne Komponenten im Schmiermittelsystem, wie z. B. ein Ölfilter,
durch die Beaufschlagung mit einem zu hohen Druck beschädigt oder zerstört werden. Aus
diesem Grunde ist im Regelfall eine Druckbegrenzung vorgesehen, welche entweder das zuviel
geförderte Schmiermittel über einen Bypaß ableitet oder aber die Fördermenge der Pumpe
unmittelbar begrenzt, so daß das geförderte Schmiermittel bei dem vorgegebenen Grenzdruck
durch das Schmiermittelsystem hindurchbefördert werden kann. Mit zunehmender Temperatur
nimmt jedoch der Fließwiderstand im Schmiermittelsystem ab, so daß die Fördermenge allmählich
gesteigert werden kann, was unter anderem dadurch geschieht, daß der Druck etwas unterhalb
des Grenzdruckes absinkt, wodurch die effektive Fördermenge bzw. die Pumpenleistung
entsprechend erhöht wird. Die Regelcharakteristik der bekannten regelbaren Pumpen ist dabei
im allgemeinen so eingestellt, daß der Ausgangsdruck näherungsweise konstant bleibt und
lediglich die Fördermenge in Abhängigkeit vom Fließwiderstand im Schmiermittelsystem variiert.
Dabei war man in der Vergangenheit der Ansicht, daß durch eine derartige Regelung dem
unterschiedlichen Schmiermittelbedarf eines Verbrennungsmotors im kalten und im warmen
Zustand hinreichend Rechnung getragen wird. Aus Kostengründen sind Schmierölpumpen für
Verbrennungsmotoren generell so ausgelegt, daß sie bei der maximalen Betriebstemperatur und
einem Öl der niedrigsten zulässigen Viskosität (= kritischster Schmierzustand) mit einer gewissen
Reserve noch den Ölbedarf des Motors sicher decken, und zwar bei beliebigen Drehzahlen. Der
Auslegungspunkt für die Pumpenkapazität ist dabei der Ölbedarf des Motors bei Leerlaufdrehzahl
im heißen Zustand und mit entsprechend niedrig viskosem Öl. Auch in diesem Zustand muß die
Pumpe eine gewisse Mindestfördermenge und damit einen gewissen Mindestöldruck bereitstellen,
wobei die Pumpenwelle im allgemeinen direkt mit dem Motor gekoppelt ist, wie bereits erwähnt.
Ein anderer kritischer Zustand sind hohe Drehzahlen bei heißem Motor. Hier wird ein erheblich
höherer Öldruck benötigt als bei niedrigen Drehzahlen. Die an sich bekannte Druckregelung wird
deshalb mit einer entsprechenden Sicherheitsreserve auf diesen Betriebszustand eingestellt.
Da man im Stand der Technik den Druck auf diesem hohen Niveau konstant hält, der nur
ausnahmsweise bei hohen Temperaturen und gleichzeitig niedrigen Drehzahlen unterschritten
wird, so ist klar, daß über einen weiten Bereich normaler Betriebszustände hinweg eine wesentlich
größere Ölmenge durch das System gepumpt und ein wesentlich höherer Öldruck aufrechterhalten
wird als es dem tatsächlichen Bedarf (Mindestölbedarf bzw. Mindestöldruck) entspricht. Hält man
den Druck konstant, so ergeben sich für unterschiedliche Temperaturen die sogenannten
Schluckkurven von Verbrennungsmotoren in Abhängigkeit von der Drehzahl, wie sie in Fig. 1
schematisch dargestellt sind.
In der Regel nimmt der volumetrische Wirkungsgrad der Ölpumpen mit abnehmender Temperatur
zu, und zwar bedingt durch geringere Leckageverluste. Gleichzeitig nimmt der Schmierölbedarf
des Motors mit fallender Temperatur ab. Dies hat zur Folge, daß bei niedrigeren Temperaturen
als der maximalen Betriebstemperatur von den Ölpumpen in jedem Betriebszustand, d. h. bei
beliebiger Motordrehzahl, mehr Öl gefördert wird als der Motor benötigt. Die Motordurchsatz
mengen der Fig. 1 geben also nicht wieder, welche Ölmenge der Motor tatsächlich bei der
angegebenen Drehzahl und Temperatur als Mindestschmiermittelmenge benötigt, sondern
lediglich das, was er bei konstantem Druck und den angegebenen Temperaturen und Drehzahlen
an Schmiermittel aufnimmt. Das Fördern von an sich nicht in dieser Menge benötigtem
Schmiermittel unter Druck kostet selbstverständlich Energie.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern von
Schmiermittelpumpen für Motoren und eine entsprechende Schmiermittelpumpe zu schaffen,
welche insgesamt einen geringeren Energiebedarf haben. Die durch die Schmiermittelpumpe
zusätzlich verbrauchte Antriebsleistung des Motors soll zusätzlich noch weiter verringert werden,
indem eine bessere Anpassung an den tatsächlichen Schmiermittelbedarf des Motors
vorgenommen wird.
Hinsichtlich des eingangs genannten Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß über
eine Temperatur- und/oder Drehzahlerfassung eine zusätzliche, unabhängige Begrenzung der
Förderleistung stattfindet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist weiterhin vorgesehen, daß die über die Temperaturre
gelung zugelassene Fördermenge mit der Temperatur zunimmt.
Hinsichtlich der eingangs genannten regelbaren Schmiermittelpumpe wird die der Erfindung
zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, mit einem
Drehzahlsensor und/oder einem Temperatursensor und einem Stellglied, welche neben der
Druckregeleinrichtung die effektive Fördermenge in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder der
Temperatur regulieren.
Die Aussage: "unabhängig von einer etwaigen Druckregelung" bedeutet im Sinne der vorliegenden
Erfindung nicht notwendigerweise, daß die Temperatur- bzw. Drehzahlregelung ohne jeden Einfluß
auf die Druckregelung ist oder etwa von einer etwaigen Druckregelung in jedem Betriebszustand
unbeeinflußt bleibt, sondern lediglich, daß Temperatur und/oder Drehzahl als zusätzliche,
unabhängige Parameter für die Einstellung einer Ölfördermenge und des daraus resultierenden
Öldruckes verwendet werden.
Damit wird die Fördermenge nicht nur so eingestellt, daß an den Verbrauchsstellen oder etwaigen
vor- oder nachgeschalteten Aggregaten, ein vorgebbarer Maximaldruck nicht überschritten wird,
sondern es kann in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder der Drehzahl zusätzlich eine
weitere Begrenzung der Fördermenge eingeregelt werden, so daß der Druck am Ausgang der
Pumpe oder an den für die Pumpenregelung vorgesehenen Druckmeßstellen noch deutlich
unterhalb des vorgebbaren Maximaldruckes bleibt, wenn nämlich das System z. B. bei der an
geeigneten Stellen gemessenen Temperatur oder im niedrigen Drehzahlbereich einen
entsprechend geringeren Schmiermittelbedarf hat, so daß das Schmiermittel nicht unter dem in
besonders kritischen Betriebszuständen erforderlichen höheren Druck bzw. in einer entsprechend
kleineren Menge bereitgestellt werden muß (siehe Fig. 2).
Eine derartige zusätzliche unabhängige Begrenzung der Förderleistung über eine Temperatur
und/oder Drehzahlerfassung ist dem Stand der Technik nicht entnehmbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erfindungsgemäße Schmiermittel
pumpe eine regelbare Flügelzellenpumpe. Regelbare Flügelzellenpumpen haben den Vorteil, daß
sich bei ihnen über eine mechanische Verstellung ihres Hubringes in relativ einfacher Weise das
Fördervolumen einstellen läßt. Dies hat den Vorteil, daß die Pumpenwelle unmittelbar mit dem
Motor gekoppelt sein kann und dennoch eine vom Motor unabhängige Regelung des Fördervolu
mens möglich ist. Selbstverständlich sind auch andere Regeleinrichtungen denkbar, bei welchen
beispielsweise die Drehzahl, mit welcher eine Schmiermittelpumpe angetrieben wird, über druck
und/oder temperaturbezogen arbeitende Stellglieder geregelt wird. Dies erfordert allerdings einen
unabhängigen Antrieb für die Pumpe.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist als Stellglied ein Keil mit einem
Thermostaten, wie zum Beispiel einem Bimetallstreifen, vorgesehen, dessen eine Keilflanke mit
dem Hubring in Eingriff tritt, so daß bei einer Verschiebung des Keils der Hubring verstellt wird.
Als Teil des Stellgliedes bzw. als Stellglied selbst kann beispielsweise ein Bimetallstreifen
vorgesehen werden, wobei ein solcher Bimetallstreifen zusätzlich auch so ausgestaltet und
angeordnet werden kann, daß er, falls gewünscht, unmittelbar mit dem Hubring in Eingriff tritt und
diesen je nach der Temperatur des Bimetallstreifens verstellt.
Auch andere Meßsensoren und Ansteuerungsmethoden sind dem Fachmann geläufig. Messung
und Ansteuerung können beispielsweise auch über elektrische Elemente erfolgen, wie z. B.
temperaturabhängige elektrische Bauteile, insbesondere Widerstände, die in einem elektrischen
Regelkreis gemessen werden und als Ausgangsgröße ein elektrisches Signal abgeben, das eine
dem elektrischen Signal entsprechende Verstellung eines Stellgliedes hervorruft.
Ein Sonderfall eines solchen Systems ist z. B. ein Stufenkolben, dessen eine Teilfläche zur
Druckregelung vom Ausgangsdruck der Pumpe oder dem Druck an einer Verbrauchsstelle
beaufschlagt wird. Eine weitere Fläche des Stufenkolbens kann wahlweise mit Druck beaufschlagt
werden und zwar in Abhängigkeit von der Drehzahl oder der Temperatur über ein temperatur
bzw. drehzahlgesteuertes Ventil. Bei niedriger Temperatur oder Drehzahl kann beispielsweise das
Ventil geöffnet sein, so daß auch die zweite Teilfläche des Stufenkolbens mit Druck beaufschlagt
wird, was zu einer stärkeren Verstellung des Stufenkolbens führt, so daß der Hubring so
eingestellt wird, daß sich ein kleineres Fördervolumen und damit ein relativ kleiner Betriebsdruck
einstellt. Bei höherer Temperatur oder Drehzahl wird das Ventil über die Temperatur- bzw.
Drehzahlansteuerung geschlossen, so daß nur noch eine kleinere Teilfläche des Kolbens von
Druck beaufschlagt wird, so daß die Pumpe auf einen höheren Ausgangsdruck und eine höhere
Förderleistung eingestellt wird.
Die entsprechenden Regel- und Ansteuerelemente sollten so einfach wie möglich aufgebaut sein,
damit die Pumpe insgesamt nicht wesentlich komplizierter wird. Dies gilt vor allem für die
Verwendung der Pumpe in Standardsituationen, z. B. bei Verbrennungsmotoren. Im Falle von
Motoren oder generell Systemen mit Schmiermittelbedarf, die sehr stark wechselnden
Betriebszuständen ausgesetzt sind, kann jedoch auch eine aufwendigere Temperatursteuerung
der Schmiermittelmenge angebracht und sinnvoll sein, sofern diesem zusätzlichen Aufwand eine
entsprechend große Energieeinsparung aufgrund der dadurch möglichen Reduzierung der
geförderten Schmiermittelmenge gegenübersteht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der zugehörigen
Figuren.
Es zeigen
Fig. 1 die Motordurchsatzmengen eines Motors in Abhängigkeit von der Drehzahl eines
Motors bei verschiedenen Temperaturen,
Fig. 2 den erforderlichen Mindestöldruck eines Motors in Abhängigkeit von der Drehzahl,
Fig. 3 die Motordurchsatzmengen in Verbindung mit der Mindestdruckkurve gemäß Fig. 2,
Fig. 4 das Prinzip einer Temperaturansteuerung des Hubringes einer Flügelzellenpumpe
mittels eines Keils,
Fig. 5 die Temperaturansteuerung des Hubringes über ein Bimetallelement,
Fig. 6 die Temperaturansteuerung der Hubringverstellung über ein elektrisch gesteuertes
Element und
Fig. 7 eine Flügelzellenpumpe mit einem Stufenkolben als gleichzeitig druck- und
temperaturabhängiges Regelelement.
In Fig. 1 erkennt man insgesamt vier sogenannte Motordurchsatzmengen eines Motors bei den
Temperaturen T1 = 25°C, T2 = 50°C, T3 = 90°C und T4 = 130°C. Aufgetragen ist die
Ölfördermenge bzw. die vom Motor aufgenommene Menge in Litern pro Minute gegenüber der
Motordrehzahl. Dem Verlauf der einzelnen Kurven entnimmt man, daß die bei konstantem Druck
durchgesetzte Schmiermittelmenge mit zunehmender Drehzahl ansteigt, wobei allerdings dieser
Anstieg nicht proportional zur Drehzahl ist.
Gleichzeitig erkennt man jedoch an dem unterschiedlichen Kurvenverlauf für verschiedene
Temperaturen, daß bei einer gegebenen Drehzahl der Motor bei niedrigerer Temperatur erheblich
weniger Öl benötigt als bei hoher Temperatur.
Bei den in Fig. 1 gezeigten Motordurchsatzmengen hat der Druck in den Zuleitungen zum Motor
immer den gleichen Wert (z. B. 5 bar).
Dieser Druck wird dabei so ausgelegt, daß im kritischsten Zustand, d. h. beim größten Ölbedarf,
also bei der höchsten Temperatur und der höchsten Drehzahl, mit einem Öl der niedrigsten
zulässigen Viskosität der Ölbedarf des Motors noch gedeckt wird.
Aus Fig. 2 entnimmt man dabei, daß der Mindestöldruck typischerweise mit der Drehzahl bis auf
einen Wert von etwa 5 bar im Schmiermittelsystem ansteigt. Selbstverständlich hängen die
genauen Werte und der Kurvenverlauf sehr stark von der Art und Größe des Motors und der
konkreten Ausgestaltung des Schmiermittelsystems ab, so daß die angegebenen Zahlen nur als
Beispielswerte zu verstehen sind und den Erfindungsgegenstand nicht einschränken sollen. Die
Pumpen nach dem Stand der Technik sind daher im allgemeinen so ausgelegt worden, daß sie
unabhängig von der Temperatur und im wesentlichen auch unabhängig von der Drehzahl den
Druck immer auf dem Wert hielten, der für das betreffende Schmiermittelsystem als Mindest
öldruck unter kritischen Betriebsbedingungen vorgesehen war (z. B. die erwähnten 5 bar). Die
typischerweise verwendeten Flügelzellenpumpen erreichen ohne weiteres auch wesentlich höhere
Ausgangsdrücke. In der Praxis waren demzufolge bisher lediglich Druckbegrenzungen
vorgesehen, die den Druck konstant hielten, wobei lediglich ein Grenzdruck gewählt wurde, der
mit einer gewissen Sicherheitsreserve oberhalb des höchsten Mindestöldruckes in kritischen
Betriebszustanden lag und der schon bei relativ niedrigen Drehzahlen erreicht wird.
Insbesondere bei niedrigen Temperaturen wird der durch die Druckbegrenzung vorgesehene
Maximaldruck sehr schnell erreicht und eine nicht geregelte Pumpe fördert dabei vor allem im
niedrigen Drehzahlbereich wesentlich mehr Öl als es dem Bedarf des Motors entspricht.
Herkömmliche, geregelte Pumpen fördern zwar immer nur soviel Öl, wie es dem eingestellten
Maximaldruck entspricht, jedoch ist dieser Druck nur bei hohen Drehzahlen auch der erforderliche
Mindestöldruck. In allen anderen Betriebszuständen können Druck und Fördermenge ohne
weiteres geringer sein. Dabei ergibt sich vor allem für niedrige Drehzahlen und bei niedrigen
Betriebstemperaturen ein beträchtlich es Einsparpotential, indem beispielsweise über eine
drehzahl- und temperaturabhängige Steuerung der Motoröldruck deutlich unter den Begrenzungs
wert herkömmlicher Systeme herabgeregelt wird, auf welchen das Regelsystem ansonsten zum
Schutz von druckempfindlichen Bauteilen eingestellt ist. Dabei ergeben sich Fördermengen bzw.
Motordurchsatzmengen für den Motor, die in Fig. 3 gestrichelt dargestellt sind, wobei man
erkennt, daß auch bei hohen Betriebstemperaturen und niedrigen Drehzahlen noch ein
beträchtliches Einsparpotential vorhanden ist. Derartige Betriebszustände treten beispielsweise
im Stadtverkehr bei Kraftfahrzeugmotoren häufig auf. Durch die verringerte Ölmenge, die dem
Motor in diesem Betriebszustand zugeführt wird, die jedoch für den Schmierbedarf völlig
ausreichend ist, verringert man die Energieaufnahme der Schmiermittelpumpe und damit auch den
Gesamtenergiebedarf des Motors. Damit ist eines der wesentlichen Ziele der vorliegenden
Erfindung erreicht. Bei der Kombination aus Druckregelung und Temperaturregelung wird also in
den Ölstrom nur soviel Energie eingebracht, wie zur Sicherstellung einer ausreichenden
Ölversorgung des Motors notwendig ist. Beispiele für technische Realisierungen sind in den
Fig. 4 bis 7 dargestellt.
In Fig. 4 ist schematisch eine Flügelzellenpumpe 1 mit einem verstellbaren Hubring 2 dargestellt.
Ebenfalls schematisch dargestellt ist ein Temperaturregler für die Exzentrizität des Hubringes 2
bezüglich der Pumpenwelle 6. Der Temperaturregler 3 besteht aus einem Temperatursensor bzw.
einem thermosensiblen Element 4, einem Keil 5 und einer Feder 7, die in einer Reihe neben dem
Hubring angeordnet sind. Der Temperaturregler 3 befindet sich beispielsweise im Inneren eines
Pumpengehäuses und steht in direktem Kontakt mit dem zu fördernden Öl, welches durch radiale
Öffnungen in den Hubring eindringt und durch axiale Öffnungen im Pumpengehäuse wieder
austreten kann. Damit wird das thermosensible Element 4 im wesentlichen auf der Temperatur
des Schmiermittels gehalten. Im einfachsten Fall könnte das Element 4 beispielsweise ein
Element sein, dessen thermische Ausdehnung in dem interessierenden Temperaturbereich relativ
groß ist (beispielsweise könnte das Element 4 ein Gasvolumen enthalten). Bei einer Temperatur
erhöhung würde sich dann das Element 4 ausdehnen und dabei den Keil 5 gegen die Wirkung
der Feder 7 nach rechts verschieben, so daß der Hubring 2 um die Achse 8 nach oben
schwenken könnte. Hierzu ist beispielsweise eine Druckfeder 9 vorgesehen, welche auf einen
Stellzapfen 10 des Hubringes 2 einwirkt und diesen nach oben gegen eine Flanke des Keiles
drückt. Um die gewünschte Einstellcharakteristik der Pumpe zu erhalten, d. h. eine Zunahme der
Fördermenge mit steigender Temperatur, ist dabei der Hubring 2 relativ zu der Pumpenwelle 6
so angeordnet, daß die Hubringexzentrizität bezüglich der Welle 6 durch das Verschwenken des
Hubringes 2 nach oben um die Achse 8 zunimmt, wenn sich also der Keil 5 nach rechts bewegt.
Umgekehrt wird bei abnehmender Temperatur der Hubring 2 von der einen Flanke des Keiles 5
gegen die Wirkung der Feder 9 nach unten gedrückt, wenn die Temperatur des Schmiermittel
systems abnimmt bzw. niedriger ist, wobei sich der Keil 5 von rechts nach links verschiebt. Durch
geeignete Führungen kann man dafür sorgen, daß der Keil 5 sich nicht in Querrichtung zu seinem
vorgesehenen Stellweg verschieben kann.
In Fig. 5 kann die Flügelzellenpumpe im wesentlichen identisch mit der Flügelzellenpumpe der
Fig. 4 sein, lediglich die Regelrichtung 3 ist durch eine Blattfeder bzw. einen Bimetallstreifen 4′
ersetzt, welcher gleichzeitig die Funktion eines Temperatursensors und eines Stellgliedes
übernimmt. Mit zunehmender Temperatur dehnen sich die beiden fest miteinander verbundenen
Metallstreifen des Bimetallstreifens 4′ unterschiedlich aus, so daß je nach der relativen Anordnung
dieser beiden Metallelemente die Krümmung der Blattfeder 4′ zu- oder abnimmt und die
Exzentrizität des Hubringes 2 bezüglich der Pumpenwelle entsprechend verkleinert oder
vergrößert wird.
In Fig. 6 ist ein elektrisch ansteuerbarer Temperaturregler als Stellglied 5 dargestellt, wobei die
von einem Temperatursensor erfaßte Temperatur gemessen und in ein entsprechendes
Steuersignal umgesetzt wird, welches den Hubring in der gewünschten Richtung verstellt, d. h. so,
daß seine Exzentrizität mit steigender Temperatur des Schmiermittels zunimmt. Die übrigen
Einzelheiten der Vorspannung des Hubringes 2 durch eine Feder 9 und die relative Anordnung
von Hubring 2, Lagerachse 8 und Pumpenwelle 6 kann mit der Ausführungsform nach Fig. 4 im
wesentlichen identisch sein.
In Fig. 7 ist eine weitere Variante der Verstellung des Hubringes einer Flügelzellenpumpe
gezeigt. Hierbei sind die druckabhängige Regelung, die temperaturabhängige Regelung und
gegebenenfalls auch eine drehzahlabhängige Regelung an ein und demselben Stellglied 5
realisiert, welches in diesem Fall ein Stufenkolben ist. Beispielsweise wird eine erste Teilfläche
11 des Stufenkolbens 5 andauernd vom Ausgangsdruck P2 der Pumpe beaufschlagt, so daß
hierdurch eine Maximaldruckbegrenzung bereitgestellt wird. Daneben weist eine zweite Stufe des
Kolbens 5 eine Fläche 12 auf, die mit einem Druck P1 beaufschlagbar ist, welcher im einfachsten
Fall mit dem Druck P2 identisch ist und von derselben Quelle herrührt. In einer Zuleitung zu dem
Druckraum, von welchem aus die Fläche 12 mit Druck beaufschlagt werden kann, ist ein
ansteuerbares Ventil 13 vorgesehen, das temperatur- und/oder drehzahlabhängig schaltet. Bei
niedrigen Drehzahlen und/oder niedrigen Temperaturen kann beispielsweise das Ventil 13 geöffnet
sein, so daß beide Flächen 11 und 12 mit Druck beaufschlagt werden und dadurch eine größere
Gesamtkraft gegen die Feder 9 wirkt als wenn nur die Fläche 11 mit Druck beaufschlagt würde.
Hubring und Welle der Flügelzellenpumpe sind dabei so angeordnet, daß die Exzentrizität des
Hubringes durch eine Bewegung des Stellgliedes bzw. Stufenkolbens 5 nach unten in Fig. 7
verringert wird. Bei steigender Temperatur und/oder Drehzahl wird das Ventil 13 geschlossen, so
daß nur noch die Fläche 11 mit Druck beaufschlagt wird und der Hubring unter der Wirkung der
Feder 9 wieder in Richtung größerer Exzentrizität und damit einer höheren Förderleistung der
Flügelzellenpumpe verstellt wird. Wie bereits erwähnt, kann das Ventil nicht nur temperatur
abhängig, sondern auch drehzahlabhängig geschaltet werden. Man hat damit neben der reinen
Maximaldruckbegrenzung und Fördervolumenregelung eine zusätzliche Begrenzung des
Fördervolumens in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder der Drehzahl des Motors.
Zwar wird der Aufbau der Pumpe durch die zusätzlich vorgesehenen Regelelemente etwas
komplizierter, die mit der Pumpe erzielbaren Energieeinsparungen wiegen jedoch diesen kleinen
Nachteil ohne weiteres auf, zumal beispielsweise die Ausführungsform gemäß Fig. 5 eine sehr
einfache Realisierungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Zusatzregelung zeigt.
Claims (8)
1. Verfahren zum Regeln der Pumpleistung einer Schmiermittelpumpe eines Motors,
welcher das Schmiermittel benötigt und gleichzeitig die Pumpe antreibt, wobei über
den am Pumpenausgang oder an einer Verbrauchsstelle herrschenden Druck die
effektive Pumpleistung reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Tempe
ratur- und/oder Drehzahlerfassung eine zusätzliche unabhängige Begrenzung der
Förderleistung stattfindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Temperaturrege
lung zugelassene Fördermenge mit steigender Temperatur und/oder Drehzahl zunimmt.
3. Regelbare Schmiermittelpumpe für einen Motor, insbesondere Flügelzellenpumpe (1),
wobei die Schmiermittelpumpe für einen Antrieb durch den Motor ausgelegt ist, den
sie mit Schmiermittel versorgt und wobei die Schmiermittelpumpe zur Anpassung an
den Schmiermittelbedarf des Motors eine druckgesteuerte Regeleinrichtung (2) auf
weist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung (3) vorgesehen ist mit
einem Drehzahlsensor und/oder einem Temperatursensor (4) und einem Stellglied (5),
welche neben der Druckregeleinrichtung die effektive Fördermenge in Abhängigkeit
von der Drehzahl oder der Temperatur regulieren.
4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine regelbare Flügelzel
lenpumpe ist.
5. Schmiermittelpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied ein
beweglicher Keil ist, der mit einer Keilflanke mit dem Hubring der Flügelzellenpumpe in
Eingriff tritt.
6. Schmiermittelpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Temperatursensor ein Bimetallstreifen ist, der vorzugsweise gleichzeitig auch die Funktion
des Stellgliedes übernimmt.
7. Schmiermittelpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Regelelement der Pumpe elektrisch ansteuerbar ist.
8. Schmiermittelpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Stellglied ein Stufenkolben ist, dessen zumindest einer Teil über ein temperatur- und/oder
drehzahlabhängig ansteuerbares Ventil mit Druck beaufschlagbar ist.
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