DE10126445A1 - Kolbenpumpe mit Speicherraum zur Erzeugung eines bedarfsgerechten Förderstroms - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zur Förderung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Förderung von Schmiermitteln oder dgl., mit einem Zylinderraum (2), der bei einem Druckhub des Pumpenkolbens (4) saugseitig durch ein erstes Sperrventil (5) gegenüber einem Vorratsbehälter für die zu fördernde Flüssigkeit und druckseitig durch ein zweites Sperrventil (8) gegenüber einem Flüssigkeitsverbraucher absperrbar ist und in dem der Pumpenkolben (4) über einen Antrieb hin und her bewegbar geführt ist, sowie mit einem Speicherraum (6), der mit dem Zylinderraum (2) über eine offene Überströmöffnung (7) in Verbindung steht, und in dem ein über ein Federelement (10) belasteter Druckkolben (9) hin und her bewegbar angeordnet ist, der in bezug auf die Überströmöffnung (7) ein Steuerventil bildet und durch den bei einem Saughub des Pumpenkolbens (4) Flüssigkeit aus dem Speicherraum (6) zum Verbraucher gefördert wird.

Description

Zur Förderung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Förderung von Schmiermitteln an Getrieben, Kolbenbrennkraftmaschinen oder dergl., ist aus DE-A-24 39 327 eine einfache Kolbenpumpe bekannt, bei der in einem Pumpengehäuse über einen Exzente­ rantrieb ein Kolben hin und her geführt wird und über inte­ grierte Ventile die Flüssigkeit, hier das Schmiermittel, in einem Saughub aus einem Vorratstank angesaugt und beim Druck­ hub in das Rohrsystem der Lagerung eingedrückt wird. Über saugseitig und druckseitig angeordnete Rückschlagventile ist sichergestellt, daß jeweils beim Saughub der Zylinderraum aus dem Vorrat gefüllt und beim Druckhub die angesaugte Flüssig­ keit druckseitig ausgepreßt wird. Über eine Rückstellfeder ist sichergestellt, daß der Kolben über einen einfachen, mit einer Welle des Getriebes in Wirkverbindung stehenden Rollex­ zenter hin und her bewegt werden kann. Der Nachteil dieser vorbekannten Pumpenanordnung besteht darin, daß beispielswei­ se beim Einsatz als Schmiermittelpumpe der beim Druckhub auf­ gebaute Öldruck im Schmiersystem während des Saughubs auf­ grund des kontinuierlichen Schmiermittelabflusses absinkt und so ein wechselnder Öldruck an der Einsatzstelle ansteht.

Aus DE-PS 9 23 047 ist eine Kolbenölpumpe bekannt, bei der der Pumpenkolben das Öl aus einem Zylinderraum in einen Speicher­ raum fördert, in dem ein federbelasteter Druckkolben angeord­ net ist. Der Zylinderraum ist saugseitig gegenüber dem Ölvor­ rat und druckseitig gegenüber dem Speicherraum jeweils durch ein Rückschlagventil absperrbar. Beim Druckhub des Pumpenkol­ bens wird das Öl aus dem Zylinderraum in den Speicherraum ge­ fördert, der in offener Verbindung zum Ölverbraucher steht. Da beim Druckhub des Pumpenkolbens der geförderte Volumen­ strom größer ist als der während des Druckhubes vom Ölver­ braucher abgenommenen Volumenstroms, wird der Speicherraum durch Verschieben des Druckkolbens gegen die Rückstellkraft seines Federelementes gefüllt. Dadurch ist sichergestellt, daß zum einen während des Saughubes des Pumpenkolbens aus dem Speicherraum Öl unter Druck zum Ölverbraucher nachfließen kann und zum anderen auch während des Druckhubes des Pumpen­ kolbens der durch die Federkonstante des auf den Druckkolben wirkenden Federelementes in Verbindung mit dessen Kolbenflä­ che definierte Öldruck praktisch konstant bleibt. Durch eine Abströmöffnung im Speicherraum zum Ölvorrat ist sicherge­ stellt, daß nach dem Erreichen eines vorgegebenen Füllvolu­ mens im Speicherraum jeder Überschuß über dieses Volumen ab­ fließen kann.

Damit ist es möglich, die geförderte Flüssigkeit druckseitig mit möglichst konstantem Druck zur Verfügung zu stellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpumpe der vorbezeichneten so Bauart zu verbessern, daß eine be­ darfsgerechte Flüssigkeitsversorgung, beispielsweise eine Schmiermittelversorgung der Ventilsteuerung an einer Kolben­ brennkraftmaschine oder von öldruckgesteuerten Stellelementen erzielt wird.

Diese Aufgabe wird mit einer Kolbenpumpe gelöst, die die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Eine derart ausge­ staltete Kolbenpumpe hat den Vorteil, daß beim Druckhub eine über dem vom Verbraucher benötigten Mengenbedarf hinausgehen­ de Flüssigkeitsmenge in den Speicherraum eingedrückt wird. Hierbei wird der Druckkolben gegen das vorzugsweise vorge­ spannte Federelement vorgeschoben, das dann entsprechend zu­ sammengedrückt wird und der Speicherraum mit einer entspre­ chenden Flüssigkeitsmenge unter Druck gefüllt wird. Gleich­ zeitig wird der Verbraucher weiterhin aus dem Zylinderraum mit Flüssigkeit versorgt. Sobald der Saughub einsetzt, schließt das Sperrventil des Zylinderraums zum Flüssigkeits­ verbraucher, so daß unter der Kraftwirkung des Federelementes durch den Druckkolben weiterhin Flüssigkeit aus dem Speicher­ raum durch eine offene Abflußöffnung zum Verbraucher abfliessen kann. Hierdurch ist die Aufrechterhaltung eines Mindest­ druckniveaus auf der Druckseite zum Verbraucher hin gewähr­ leistet.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben. Durch die offene Überströmöffnung zwischen Zylin­ derraum und Speicherraum ist gewährleistet, daß bei einem er­ höhten Flüssigkeitsvolumen im Speicherraum dieses während des Saughubes in den Zylinderraum solange abströmt, bis der Druckkolben die Überströmöffnung verschließt. Der Druckkolben bildet somit ein Steuerventil. Der Vorteil besteht darin, daß eine im Speicherraum enthaltene Überschußmenge nicht in den Ölvorrat abläuft sondern unter Aufrechterhaltung des Druckni­ veaus in den Zylinderraum zurückströmt. Das Sperrventil des Zylinderraums bleibt hierbei zunächst geschlossen. Erst wenn durch den Druckkolben die Überströmöffnung verschlossen wird und der Saughub noch nicht abgeschlossen ist, kann aus dem Ölvorrat ein entsprechendes Volumen angesaugt werden. Damit ist sichergestellt, daß nur so viel Volumen aus dem Ölvorrat ergänzt ist, wie auch tatsächlich aus dem Speicherraum vom Ölverbraucher abgenommen worden ist. Durch die Druckbeauf­ schlagung des Pumpenkolbens während des Saughubes ergibt sich eine entsprechende Energierückgewinnung.

Der Antrieb des Pumpenkolbens kann über einen Nockentrieb er­ folgen, wobei es dann zweckmäßig ist, wenn der Pumpenkolben über Rückholfedern am Pumpengehäuse abgestützt ist. Der Pum­ penkolben kann aber auch mit einem Zwangsantrieb, beispiels­ weise einem Kurbeltrieb in Verbindung stehen.

Aufbau und Funktion der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe werden anhand einer schematischen Zeichnung in verschiedenen Ar­ beitsphasen beschrieben.

Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Ausführungsform für eine Ölversorgung weist ein Pumpengehäuse 1 mit einem Zy­ linderraum 2 auf, der über eine Ansaugöffnung 3 mit einem hier nicht näher dargestellten Vorratsbehälter für die zu fördernde Flüssigkeit, hier Schmieröl, in Verbindung steht. Im Zylinderraum 2 ist ein Pumpenkolben 4 über einen Antrieb A, beispielsweise einen Kurbeltrieb, hin und her bewegbar ge­ führt. Dem Zylinderraum 2 ist saugseitig zum Vorratsbehälter hin ein Sperrventil 5 zugeordnet, das hier schematisch als Rückschlagventil dargestellt ist. Der Zylinderraum 2 steht ferner über eine, durch ein Rückschlagventil 8 verschließbare Abströmöffnung mit einer Förderleitung 11 zum Verbraucher in Verbindung.

Im Pumpengehäuse 1 ist ferner ein Speicherraum 6 angeordnet, der mit dem Zylinderraum 2 über eine offene Überströmöffnung 7 in Verbindung steht. Im Speicherraum 6 ist ein Druckkolben 9 ebenfalls hin und her bewegbar geführt, wobei der Druckkol­ ben 9 durch die Kraft eines zweckmäßigerweise vorgespannten Federelementes 10 belastet ist. Der Speicherraum 6 steht fer­ ner über eine offene Abflußöffnung 12 mit der Förderleitung 11 zum Verbraucher in Verbindung.

Die offene Überströmöffnung 7 zwischen dem Zylinderraum 2 und dem Speicherraum 6 ist nun so angeordnet, daß sie in den Zy­ linderraum 2 im Bereich der oberen Totpunktstellung des Pum­ penkolbens 4 ausmündet. In bezug auf den Speicherraum 6 ist sie so positioniert, daß bis zur möglichen oberen Totpunkt­ stellung des Druckkolbens 9 ein Abstand gegeben ist, der in etwa dem Hubvolumen des Pumpenkolbens 4 im Zylinderraum 2 entspricht.

Die Funktionsweise der dargestellten Kolbenpumpe ist in vier verschiedenen Arbeitsphasen dargestellt. In der Phase I be­ findet sich der Pumpenkolben 4 in seiner oberen Totpunktstel­ lung und hat dabei aus dem Zylinderraum 2 das gesamte Ölvolu­ men in die Förderleitung 11 ausgeschoben, wobei die vom Ver­ braucher nicht unmittelbar abgenommene Menge in den Speicher­ raum 6 eingeschoben wird. Da das über die Förderleitung 11 zum Verbraucher abströmende Ölvolumen geringer ist als das aus dem Zylinderraum 2 in den Speicherraum 6 eingedrückte Öl­ volumen, wird der Druckkolben 9 gegen die Kraft des Federele­ mentes 10 verschoben, so daß der Speicherraum 6 mit einem entsprechenden Ölvolumen gefüllt ist. Das Federelement 10 wird hierbei zusammengedrückt. Mit dem Ende der Bewegung des Pumpenkolbens 4 in Förderrichtung wird durch die Rückstell­ kraft des Federelementes 10 der Druckkolben 9 bereits in Ar­ beitsrichtung, d. h. seine obere Totpunktstellung vorgescho­ ben, so daß weiterhin ein entsprechender Volumenstrom aus dem Speicherraum 6 über die Förderleitung 11 zum Verbraucher ab­ fließt. Das saugseitige Sperrventil 5 zum Vorratsbehälter ist hierbei geschlossen.

Sobald nun, wie für Phase II dargestellt, mit der Bewegung des Pumpenkobens 4 vom oberen zum unteren Totpunkt die Saug­ phase beginnt, fließt über die Überströmöffnung 7 aus dem Speicherraum 6 Öl in den Zylinderraum 2 zurück. Da hierbei durch den Druckkolben 9 der Druck aufrechterhalten wird, bleibt das Sperrventil 5 zum Vorratsbehälter verschlossen.

Erst wenn, wie aus Phase II ableitbar, der Druckkolben 9 die Überströmöffnung 7 wie ein Steuerventil verschließt, kann aufgrund des Druckabfalls das Rückschlagventil 8 schließen und gleichzeitig das Rückschlagventil 5 öffnen und Öl aus dem Vorrat angesaugt werden. Gleichzeitig wird durch den Druck­ kolben 9 aus dem Speicherraum 6 über die offene Abflußöffnung 12 Öl in die Förderleitung 11 ausgeschoben.

Sobald nun, wie in Phase III dargestellt, der Pumpenkolben 4 seine untere Totpunktstellung erreicht hat und der Zylinder­ raum 2 vollständig mit Öl gefüllt ist, schließt das Sperrven­ til 5. Zu diesem Zeitpunkt ist der Druckkolben 9 noch nicht vollständig in seine Totpunktstellung vom Federelement 10 zu­ rückbewegt worden, so daß weiterhin über die Abflußöffnung 12 ein entsprechender Volumenstrom zum Verbraucher abfließt.

Sobald, wie für Phase IV dargestellt, der Druckhub des Pum­ penkolbens beginnt, wird aus dem Zylinderraum 2 bei gleich­ zeitiger Öffnung des Rückschlagventils 8 Öl in die Förderlei­ tung 11 und damit auch in den Speicherraum 6 gefördert. Da nun, wie vorstehend erwähnt, das Fördervolumen der Pumpe deutlich höher ist als der vom Verbraucher über die Förder­ leitung 11 abgezogenen Volumenstrom, wird wieder der Druck­ kolben 9 unter gleichzeitiger Vorspannung des Federelementes 10 im Speicherraum 6 zurückgeschoben, so daß dieser sich wie­ der füllen kann, bis dann die für Phase II dargestellte Kol­ benstellung erreicht ist und Öl aus dem Zylinderraum 2 unmit­ telbar in den Speicherraum 6 überströmen kann, wie dies für die Phase II dargestellt ist.

Aus dieser Darstellung der Funktionsweise ist ersichtlich, daß trotz der Hin- und Herbewegung des Pumpenkolbens durch die Anordnung des Speicherraums 6 und des federbelasteten Druckkolbens 9 der Verbraucher über die Druckleitung 13 be­ darfsgerecht mit Flüssigkeit versorgt.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Zy­ linderraum 2 und der Speicherraum 6 in einem Pumpengehäuse 1 zu einer Baueinheit zusammengeschlossen. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig, sondern es ist auch möglich, den Zylinderraum 2 mit seinem Pumpenkolben 4 und dem Speicherraum 6 mit seinem durch ein Federelement belasteten Druckkolben 9 in zwei gesonderten Baueinheiten vorzusehen, wobei dann die Überströmöffnung 7 durch eine entsprechende Verbindungslei­ tung ersetzt wird. Auch bei einer derartigen Trennung muß die Ausmündung der Verbindungsleitung in den Zylinderraum 2 im Bereich der oberen Totpunktstellung des Pumpenkolbens 4 vor­ gesehen sein, während die Ausmündung in den Speicherraum 6 mit entsprechendem Abstand zur oberen Totpunktstellung des Hubkolbens 9 vorgesehen sein muß, um nach dem Schließen der Ausmündung der Überströmleitung des Speicherraums 6 ein aus­ reichendes Speichervolumen zur Verfügung zu haben, das auch während des Saughubes an den Verbraucher unter Druck noch ab­ gegeben werden kann.

In der Praxis wird eine derartige Kolbenpumpe so ausgelegt werden, daß vom Flüssigkeitsverbraucher das während eines Druckhubes des Pumpenkolbens insgesamt geförderte Flüssig­ keitsvolumen während der Zeit des Saughubes des Pumpenkolbens 4 im wesentlichen aus dem Speicherraum 6 vom Verbraucher ab­ genommen wird. Das bedeutet, daß während des Druckhubes im wesentlichen das gesamte Fördervolumen in den Speicherraum 6 gedrückt wird, aus dem es dann während des Saughubes abgege­ ben wird.

Erst wenn die Abnahme durch den Verbraucher geringer ist als das Fördervolumen, dann wird der Druckkolben 9 im Speicher­ raum 6 bei entsprechender Positionierung der Überströmöffnung 7 so weit zurückgedrückt, daß beim Einsetzen des Saughubes aus dem Speicherraum 6 Flüssigkeit unter Druck in den Zylin­ derraum 2 zurückströmen kann, bis der Druckkolben 9 die Über­ strömöffnung 7 absperrt.

Sollte durch eine Störung, beispielsweise eine Verstopfung oder dgl. beim Flüssigkeitsverbraucher eine deutlich geringe­ re Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit abgenommen werden, dann wird die Flüssigkeit im wesentlichen zwischen dem Zylinder­ raum 2 und dem Speicherraum 6 im Kreislauf geführt, wobei während des Saughubes des Pumpenkolbens 4 der Flüssigkeits­ druck aus dem Speicherraum 6 die Kolbenbewegung unterstützt und hierbei Antriebsleistung gespart wird. Erst wenn durch den Druckkolben 9 die Überströmöffnung 7 wieder über einen Teil des Saughubes abgesperrt wird, kann aus dem Vorrat das Sperrventil 5 ein entsprechendes Flüssigkeitsvolumen in den Zylinderraum 2 angesaugt werden. Es kann auch in der Förder­ leitung 11 ein konventionelles Überdruckventil angeordnet werden, um eventuelle Überkapazitäten im Fördervolumen, bei­ spielsweise bei kaltem Öl als zu fördernder Flüssigkeit ab­ zubauen.

Claims (7)

1. Kolbenpumpe zur Förderung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Förderung von Schmiermitteln oder dgl., mit einem Zylin­ derraum (2), der bei einem Druckhub des Pumpenkolbens (4) saugseitig durch ein erstes Sperrventil (5) gegenüber einem Vorratsbehälter für die zu fördernde Flüssigkeit und druck­ seitig durch ein zweites Sperrventil (8) gegenüber einem Flüssigkeitsverbraucher absperrbar ist und in dem der Pumpen­ kolben (4) über einen Antrieb hin und her bewegbar geführt ist, sowie mit einem Speicherraum (6), der mit dem Zylinder­ raum (2) über eine offene Überströmöffnung (7) in Verbindung steht, und in dem ein über ein Federelement (10) belasteter Druckkolben (9) hin und her bewegbar angeordnet ist, der in bezug auf die Überströmöffnung (7) ein Steuerventil bildet und durch den bei einem Saughub des Pumpenkolbens (4) Flüs­ sigkeit aus dem Speicherraum (6) zum Verbraucher gefördert wird.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmöffnung (7) zwischen dem Zylinderraum (2) und dem Speicherraum (6) am Zylinderraum (2) im Bereich der obe­ ren Totpunktstellung des Pumpenkolbens (4) angeordnet ist und in der Wandung des Speicherraumes (6) mit Abstand in bezug auf die obere Totpunktstellung des Druckkolbens (9) angeord­ net ist.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Zylinderraum (2) und der Speicherraum (6) neben­ einander in einem Pumpengehäuse (1) angeordnet sind.

4. Pumpenkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Federkonstante des Federelementes (10) so ausgelegt ist, daß bei gegebener Fläche des Druckkolbens (9) ein vorgegebenes Druckniveau für den Flüssigkeitsverbrau­ cher auch beim Saughub des Pumpenkolbens (4) aufrechtgehalten werden kann.

5. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Pumpenkolben (4) über wenigstens eine Rückholfeder am Pumpengehäuse (1) abgestützt ist.

6. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Pumpenkolben (4) mit einem Nockentrieb als Antrieb in Verbindung steht.

7. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Pumpenkolben mit einem Zwangsantrieb in Verbindung steht.