Titel

Pumpenanordnung umfassend eine Flügelzellenpumpe Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Eine solche Pumpenanordnung umfasst wenigstens eine Flügelzellenpumpe mit einem Rotor und einem den Rotor umgebenden Exzenterring, dessen Exzentrizität in Bezug auf den Rotor veränderbar ist, sowie Stellmittel zur Veränderung der Exzentrizität des Exzenterringes.

Stand der Technik

Aus der DE 102 39 364 A1 ist eine als Flügelzellenpumpe ausgebildete

Schmiermittelpumpe für eine Brennkraftmaschine bekannt, die einen Rotorkör- per, radial im Rotorkörper verschiebbare Rotorflügel sowie einen Hubring aufweist, dessen Lage bezüglich der Rotordrehachse zur Veränderung des Fördervolumens in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einstellbar ist. Die Einstellung erfolgt mittels einer Einrichtung, die einen in einer Ventilbohrung eines Druckregelventils geführten Stellkolben umfasst, der am Hubring angelenkt ist. Auf einer Kolben-Vorderseite ist der Stellkolben von Motoröldruck beaufschlagt, wobei die Kolben-Vorderseite mit der Kolbenrückseite über eine Drosselbohrung in Verbindung steht. Auf der Kolbenrückseite ist ein Druckraum ausgebildet, in dem zusätzlich ein Federelement aufgenommen ist. Über eine hydraulische Leitung steht der Druckraum in Verbindung mit der Saug- seite der Ölpumpe. Der Hubring ist an einer dem Kolben gegenüberliegenden

Seite an einem gehäusefesten Punkt um eine Achse schwenkbar gelagert, so dass eine Hubbewegung des Stellkolbens zu einem Verschwenken des Hubrings der Flügelzellenpumpe und damit zur Verstellung der Lage des Hubrings bezüglich der Rotordrehachse führt. Mittels der Einrichtung ist demnach eine druckge- regelte Flügelzellenpumpe umsetzbar, deren Leistungsaufnahme dem Öldruckbedarf der Brennkraftmaschine angepasst ist. Aus der DE 10 2005 040 702 A1 geht eine Rotationspumpe zur Erzeugung eines Druckmittelstroms für einen Verbraucher hervor, welche eine

druckmittelbeaufschlagte Stelleinrichtung zur Veränderung der Exzentrizität eines Kurvenrings relativ zu einem Rotor der Pumpe umfasst. Die

druckmittelbeaufschlagte Stelleinrichtung umfasst ein Stromregelventil, mittels dessen wahlweise eine von zwei Druckkammern an gegenüberliegenden Außenseiten des Kurvenrings mit Druck beaufschlagbar bzw. entlastbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Pumpenanordnung mit einer Steuer- oder regelbaren Flügelzellenpumpe anzugeben, die einfach aufgebaut und somit kostengünstig herstellbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

Die vorgeschlagene Pumpenanordnung umfasst eine Flügelzellenpumpe mit einem Rotor und einem den Rotor umgebenden Exzenterring, dessen Exzentrizität in Bezug auf den Rotor veränderbar ist, sowie Stellmittel zur Veränderung der Exzentrizität des Exzenterrings. Erfindungsgemäß umfassen die Stellmittel zwei vorzugsweise hydraulisch betätigbare Kolben, die koaxial in Bezug auf eine Achse, an sich gegenüberliegenden Außenumfangsflächen des Exzenterrings abgestützt sind, so dass deren Hübe eine lineare Verschiebung des Exzenterrings entlang dieser Achse bewirken. Die vorgeschlagene Pumpenanordnung weist den Vorteil auf, dass der Exzenterring einfach gestaltet und ggf. zugleich als Gehäuseteil dienen kann. Die Abstützung der beiden Kolben an sich gegenüberliegenden Außenumfangsflächen des Exzenterrings macht eine darüber hinaus gehende Verbindung der Kolben mit dem Exzenterring entbehrlich. Insbesondere kann auf eine aufwendige Anlenkung des Exzenterrings an einem Kolben oder einem Gehäuseteil verzichtet werden, da zur Regelung der Förderleistung der Flügelzellenpumpe der Exzenterring lediglich linear verschoben und nicht verschwenkt wird. Indem die lineare Verschiebung zudem mechanisch bewirkt wird, entfällt die Ausbildung von Druckräumen an der Außenseite des Exzenter- rings, die mit Dichtmitteln fluidisch zu trennen sind. Die mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Kolben der vorliegenden Pumpenanordnung sind zueinander beabstandet angeordnet, so dass aufwendige Abdichtungsmaßnahmen nicht erforderlich sind. Das vorgeschlagene Konzept erweist sich somit als besonders einfach umsetzbar, was sich wiederum günstig auf die Herstellungskosten einer solchen Pumpenanordnung auswirkt.

Um eine lineare Verschiebung des Exzenterrings zu bewirken, wird ein Kolben mit Druck beaufschlagt, während der andere Kolben entlastet wird. In Abhängigkeit von der jeweiligen Richtung der Verschiebung kann auf diese Weise die Exzentrizität des Exzenterrings verringert oder vergrößert werden. Dadurch ist die Förderleistung der Flügelzellenpumpe bedarfsgerecht steuerbar.

Bevorzugt umfassen die Stellmittel ferner eine Feder, deren Federkraft den Exzenterring in Richtung der Achse beaufschlagt, welche zugleich die gemeinsame Längsachse der beiden Kolben bildet. Die Feder ist vorzugsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet und koaxial zu einem Kolben angeordnet, indem sie beispielsweise diesen Kolben umgibt. Dadurch wird der Bauraumbedarf der Kolben-Feder Anordnung verringert. Weiterhin vorzugsweise ist die Feder einerseits unmittelbar am Exzenterring und andererseits an einem Gehäuseteil der Pumpenanordnung abgestützt. Die Federkraft der Feder ist bevorzugt derart ausgelegt, dass sie den Exzenterring in eine Lage maximaler Exzentrizität drückt, wenn an beiden Kolben der gleiche Druck anliegt. Wird der Druck an dem der Feder gegenüber liegenden Kolben einseitig erhöht, wird der Exzenterring entgegen der Federkraft der Feder in eine Lage reduzierter Exzentrizität bewegt. Damit nimmt auch der Förderdruck der Flügelzellenpumpe ab.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Kolben unterschiedliche Kolbendurchmesser besitzen, wobei vorzugsweise der Durchmesser eines Kolbens kleiner als die Höhe des Exzenterrings ist. Der kleinere Kolbendurchmesser schafft Raum für die Anordnung der Feder, welche demzufolge ebenfalls unmittelbar an der Außenumfangsfläche des Exzenterrings abstützbar ist. Ferner kann der Außendurchmesser der Feder geringfügig kleiner als der größere Kolbendurchmesser gewählt werden, so dass die Stellmittel, d.h. der Kolben und die Kolben-Feder-Anordnung, jeweils in zylinderförmige Ausnehmungen eines den Exzenterring umgebenden Gehäuseteils der Pumpenanordnung einsetzbar sind, die den gleichen Durchmessers besitzen. Dadurch wird die Gestaltung des Gehäuses der Pumpenanordnung vereinfacht.

Vorteilhafterweise ist an wenigstens einem Kolben ein Hubanschlag ausgebildet. Der Hubanschlag begrenzt die Kolbenbewegung und damit das Maß der axialen

Verstellung des Exzenterrings. Vorzugsweise ist der Hubanschlag in Form eines radial verlaufenden Absatzes ausgebildet. Hierzu kann an dem betreffenden Kolben ein den Durchmesser vergrößernder Bundbereich angeordnet sein. Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Exzenterring wenigstens eine außenumfangsseitig angeordnete Ausnehmung zur Aufnahme eines Kolbens und/oder eines an einem Kolben ausgebildeten Zapfens besitzt. Der Eingriff eines Kolbens bzw. Zapfens in eine solche Ausnehmung bewirkt eine Führung des Exzenterrings. Dadurch ist sichergestellt, dass der Exzenterring le- diglich linear verschoben wird. Zugleich ist durch die Führung eine präzise Veränderung der Exzentrizität gewährleistet. Anstelle einer Ausnehmung im Bereich wenigstens einer Außenumfangsfläche kann der Exzenterring außenumfangsei- tig auch einen Anschliff aufweisen, welche als Stützfläche für einen Kolben bzw. einen Kolbenzapfen dient.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung begrenzen die dem Exzenterring abgewandten Stirnflächen der Kolben jeweils einen Druckraum, welcher nach Maßgabe einer Steuereinrichtung zur Betätigung der Kolben wahlweise mit Druck beaufschlagbar oder entlastbar ist. Sofern die axiale Verschie- bung des Exzenterrings in eine erste Richtung von der Federkraft einer Feder bewirkt wird, bedarf es keiner zusätzlichen Druckbeaufschlagung des Druckraums in dieselbe Richtung wirkenden Kolbens. Um eine axiale Verschiebung des Exzenterrings entgegen der Federkraft der Feder zu ermöglichen, muss jedoch der Kolben bzw. der Druckraum entlastbar sein.

Um die erforderliche Druckbeaufschlagung bzw. Entlastung der von den Kolben begrenzten Druckräume zu bewirken, wird ferner vorgeschlagen, dass die Stellmittel eine Ventilanordnung zur Druckbeaufschlagung bzw. Entlastung der Druckräume nach Maßgabe der Steuereinrichtung umfassen. Über hydraulische Lei- tungen sind die Druckräume mit wenigstens einem Arbeitsanschluss der Ventilanordnung verbunden. Vorzugsweise umfasst die Ventilanordnung ein als Schie- berventil ausgebildetes Mehrwegeventil. Weiterhin vorzugsweise ist die Ventilanordnung elektromagnetisch betätigbar. Eine solche Ventilanordnung ist kostengünstig realisierbar.

Weiterhin bevorzugt ist die Ventilanordnung über wenigstens eine Druckleitung mit der Druck- und/oder Saugseite der Flügelzellenpumpe verbindbar, wodurch die Versorgung mit einem Druckmittel sichergestellt ist. Ferner kann die Steuerung der Ventilanordnung in Abhängigkeit vom in einer Druckleitung vorhandenen Druck erfolgen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpenanordnung,

Figur 2 einen Längsschnitt durch die Pumpenanordnung der Figur 1 und

Figur 3 eine schematische Darstellung des hydraulischen Systems der Pumpenanordnung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die in der Figur 1 dargestellte Pumpenanordnung umfasst eine Flügelzellenpumpe 1 mit einem Rotor 2, der radial verlaufende Ausnehmungen 17 zur Aufnahme von Flügeln 16 besitzt. Die Flügel 16 sind in den Ausnehmungen 17 verschiebbar geführt und mittels Federringe 18 in Richtung eines den Rotor 2 umgebenden Exzenterrings 3 radial vorgespannt, so dass sich Pumpenräume 19 zwischen den Flügeln 16 ergeben. Die Exzentrizität e des Exzenterrings 3 bewirkt, dass sich bei einer Rotation des Rotors 2 das Volumen der Pumpenräume 19 verändert. Mit kleiner werdendem Volumen nimmt der Druck in einem Pumpenraum 19 zu, bis eine in einem Gehäuseboden ausgebildete Auslassbohrung 20 erreicht ist, über welche das druckbeaufschlagte Fluid einer Druckleitung 14 zugeführt wird. Der Zulauf des Fluids erfolgt über eine Zulaufbohrung 21 , die in einem Winkelabstand zur Auslassbohrung 20 ebenfalls in dem Gehäuseboden angeordnet ist. Der Exzenterring 3 weist außenumfangseitig zwei sich gegenüber liegende Ausnehmungen 8 auf, in welche jeweils ein Kolben 4.1 , 4.2 eingreift. Die Kolben 4.1 , 4.2 dienen als Stellmittel 4 zur Veränderung der Exzentrizität e des Exzenterrings 3. Die Kolben 4.1 , 4.2 weisen unterschiedliche Durchmesser auf, wobei der

Durchmesser di des ersten Kolbens 4.1 der Höhe H des Exzenterrings 3 entspricht (siehe Figur 2) und der Durchmesser d ₂ des zweiten Kolbens 4.2 kleiner als die Höhe H des Exzenterrings 3 gewählt ist. Dies schafft Raum für die Anordnung einer Feder 6, die den zweiten Kolben 4.2 umgibt und einerseits am Exzen- terring 3 sowie andererseits an einem Gehäuseteil 22 der Pumpenanordnung abgestützt ist. Der Außendurchmesser der Feder 6, welche als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, ist kleiner als der Außendurchmesser di des ersten Kolbens 4.1 gewählt, so dass die Anordnung umfassend die Feder 6 und den Kolben 4.2 in etwa den gleichen Raumbedarf wie der Kolben 4.1 besitzt.

Am Kolben 4.1 ist ein Zapfen 9 ausgebildet, der in die Ausnehmung 8 des Exzenterrings 3 eingreift und den gleichen Durchmesser d ₂ wie der Kolben 4.2 besitzt. Der Exzenterring 3 kann auf diese Weise mit zwei identischen Ausnehmungen 8 ausgebildet werden. Zur Abstützung der Feder 6 ist der Exzenterring 3 im Be- reich der Ausnehmung 8 für den Kolben 4.2 zudem mit einer Abflachung 23 versehen.

Am Kolben 4.2 ist ein Hubanschlag 7 in Form eines Ringbundes ausgebildet. Der Hub des Kolbens 4.2 und damit die maximale Verschiebung des Exzenterrings 3 in wenigstens eine axiale Richtung sind somit begrenzt.

Die Kolben 4.1 , 4.2 und die Feder 6 sind koaxial in Bezug auf eine Achse 5 angeordnet, entlang welcher der Exzenterring 3 über die Stellmittel 4 verschiebbar ist. Hierzu werden die Kolben 4.1 und 4.2 nach Maßgabe einer Steuereinrich- tung 12 wahlweise druckbeaufschlagt bzw. entlastet. Über die Hubbewegungen der Kolben wird auf diese Weise eine axiale Verschiebung des Exzenterrings 3 bewirkt. Die Druckbeaufschlagung bzw. Entlastung der Kolben 4.1 , 4.2 erfolgt über Druckräume 10, 1 1 , welche von den Stirnflächen der Kolben 4.1 , 4.2 begrenzt werden, die dem Exzenterring 3 abgewandt sind. Die Druckbeaufschla- gung bzw. Entlastung ist mittels der Steuereinrichtung 12 steuerbar, die über eine Steuerleitung 24 mit einer Ventilanordnung 13 verbunden ist. Die Ventilanord- nung umfasst ein als Magnetventil 13.2 ausgebildetes Servoventil sowie einen Ventilschieber 13.1 , der in einer ersten Schaltstellung eine Druckbeaufschlagung des Druckraums 10 und eine Druckentlastung des Druckraums 1 1 bewirkt und in einer zweiten Schaltstellung einen Druckausgleich zwischen den Druckräumen 10 und 1 1 ermöglicht. In der ersten Schaltstellung wird der Exzenterring 3 demnach von dem Kolben 4.1 entgegen der Federkraft der Feder 6 in Richtung des Kolbens 4.2 verschoben, wobei die Exzentrizität e des Exzenterrings 3 abnimmt. In der zweiten Schaltstellung erfolgt ein Ausgleich des hydraulischen Drucks in den Druckräumen 10, 1 1 , so dass die Federkraft der Feder 6 den Exzenterring 3 zurück in die andere Richtung bewegt, so dass die Exzentrizität e wieder zunimmt. Der Ventilschieber 13.1 ist hierzu einerseits von der Federkraft einer Feder 25 und andererseits von einem Druck beaufschlagt, der in einem Steuerraum 26 herrscht. Der Druck im Steuerraum 26 ist veränderbar, indem vorliegend der Steuerraum 26 über das Magnetventil 13.2 mit einer Druckleitung 14 verbindbar ist. Zwischen der Druckleitung 14 und dem Magnetventil 13.2 kann optional eine Drossel 15 angeordnet sein.