DE3709429A1 - Hub- oder rotationskolbenpumpenanlage fuer niedrige druecke, insbesondere schmieroelpumpenanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hub- oder Rotationskolbenpumpenanlage für niedrige Drücke, insbesondere auf eine Schmierölpumpenanlage.

Schmierölpumpen sind in der Regel Kolbenpumpen mit einem unveränder­ lichen Fördervolumen pro Umdrehung und einem konstanten Drehzahlver­ hältnis der Drehzahl der zu schmierenden Maschine und der Drehzahl der Pumpenwelle.

Schmierölpumpen von Motoren fördern daher bei hohen Motordrehzahlen ein Vielfaches an Schmieröl wie im Leerlauf. Der Schmierölbedarf und der benötigte Schmieröldruck sind aber im Leerlauf kaum geringer als bei voller Motordrehzahl. Das Fördervolumen der Schmierölpumpe pro Umdrehung muß daher so groß sein, daß auch im Leerlauf eine ausreichen­ de Versorgung des Motors mit Schmieröl garantiert wird. Bei hohen Motor- und Pumpendrehzahlen steigt der von der Pumpe geförderte Volu­ menstrom auf ein Vielfaches der vom Motor verbrauchten Schmierölmenge. Der Überschußstrom wird heute über ein Druckbegrenzungsventil in die Ölwanne zurückgeleitet, sein Energieinhalt geht ungenutzt verloren. Wegen der relativen Größe der Pumpe steigt auch die Reibleistung linear mit der Pumpendrehzahl zu relativ hohen Größenordnungen an. Ebenso nimmt bei Rotationskolbenmaschinen die Beschleunigungsleistung der ro­ tierenden Kolben, die das relativ langsam zuströmende Fluid auf Kolben­ geschwindigkeit beschleunigen, quadratisch mit der Pumpendrehzahl zu.

Bekannte Schmierölpumpen haben aufgrund der genannten Verluste insbe­ sondere bei hohen Motordrehzahlen extrem schlechte Pumpenwirkungsgrade von 15-40%, wie Meßdiagramme beweisen.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie gekennzeich­ net ist, ermöglicht bei mittleren bis hohen Motor- bzw. Pumpendrehzahlen den Leistungsbedarf an der Pumpenwelle drastisch abzusenken und dennoch eine ausreichende Versorgung des Motors mit Schmieröl zu garantieren.

Dies wird dadurch erreicht, daß der Förderstrom einer Pumpe mit einem Fördervolumen, das unter der vom Motor verbrauchten Schmierölmenge liegt und einem Förderdruck, der über dem benötigten Schmieröldruck liegt, in einem speziellen Ventil mit einem direkt aus der Ölwanne kommen­ den Saugstrom so gemischt wird, daß der Mischungsdruck und der Ölstrom hinter dem Ventil gleich sind dem benötigten Schmieröldruck und der vom Motor verbrauchten Schmierölmenge.

Es ist ein Ventil bekannt, welches nach dem Injektorprinzip zwei Ströme unterschiedlichen Druckes so mischt, daß hinter dem Ventil ein Strom mit Mischungsdruck auftritt und durch Steuerung des Ventils das Volumen­ verhältnis der beiden Ströme und der Druck des Mischungsstromes fest­ gelegt werden können.

Weiterhin sind Anordnungen solcher Ventile in Verbindung mit Schmieröl­ pumpen bekannt, bei denen der Überschußstrom im Ventil mit einem Strom aus der Ölwanne gemischt wird und mit diesem gemeinsamen Druck auf die Saugseite der Pumpe geführt wird und so die an der Pumpe zu überwindende Druckdifferenz verringert. Weiterhin ist eine Anordnung bekannt, bei der mit Hilfe von zwei oder mehr Ventilen, welche separat geregelt werden können, der Förderstrom einer Pumpe in zwei Ströme unterschiedlichen Druckes und Volumenverhältnisses geteilt werden kann (Deutsche Patentoffenlegungsschriften DE 33 17 089 A1 und 34 18 384).

Im Unterschied zu diesen beiden Anordnungen wird bei der erfindungsge­ mäßen Anordnung der Förderstrom der Pumpe mit Hilfe eines ein- oder mehrstufigen Druckbegrenzungsventiles auf einen konstanten oder stück­ weise konstanten Förderdruck gehalten. Die Abströmdrossel des Druckbe­ grenzungsventils ist als verstellbare Treibdüse des Injektors ausgebildet und fördert über den Förderkanal direkt aus dem Ölbehälter Öl in den Mischungskanal und in den anschließenden Diffusor. Eine weitere Besonderheit dieser Schaltung ist, daß der von der Raupe erzeugte Strom vollständig zu dem Verbraucher fließt und nicht wie bei den bekannten Schaltungen in zwei oder mehr Ströme geteilt wird.

In Patentanspruch 1 wird Schutz für eine derartige Anordnung begehrt. Die übrigen Ansprüche sind auf weitere Ausformungen dieses ersten Patentan­ spruches gerichtet. Es zeigt

Abb. 1 eine erfindungsgemäße Schaltung mit einem Injektorventil, bei dem die Drossel der Treibdüse als einstufiges Druckbe­ grenzungsventil fungiert,

Abb. 2 ein Injektorventil, bei dem die Treibdüse durch ein zwei­ stufiges Druckbegrenzungsventil gedrosselt wird.

Abb. 1 zeigt das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Anordnung. Man gehe von einer Auslegmotordrehzahl n ₀ aus bei dem am Motor pro Zeiteinheit das Schmierölvolumen V ₀ mit dem Öldruck p ₀ benötigt wird. Heutige Anordnungen setzen Schmierölpumpen ein, deren Fördervolumen V _P größer oder gleich V ₀ ist und ein Druckbegrenzungsventil, welches den Differenzstrom (V _P - V ₀) in den Ölbehälter zurückleitet. Bei der Anordnung nach Abb. 1 ist bei der Auslegmotordrehzahl n ₀ das Fördervolumen V _P der Pumpe (1) wesentlich kleiner als V ₀ (V _P < V ₀) und der Druck p _L in der Leitung (2) vor dem Druckbegrenzungsventil (3) größer als p ₀ (p _L < p ₀). Die Drossel (4) des Druckbegrenzungsventils (3) wirkt als Drossel der Treibdüse (5) eines Injektors (6). Der Förderkanal (7) des Injektors (6) ist mit dem Ölbehälter (8) verbunden und saugt so aus dem Ölbehälter Öl an. Im Mischungskanal (9) des Injektors (6) werden die beiden Ölströme gemischt und im anschließenden Diffusor (10) die kinetische Energie in potentielle Druckenergie verwandelt. Bei dieser Anordnung werden Fördervolumen V _P und durch das Druckbe­ grenzungsventil bestimmter Förderdruck p _L , der Pumpe (1) und der Injektor (6) so ausgelegt, daß der zum Motor strömende Schmierölstrom das ge­ wünschte Volumen V ₀ und den gewünschten Druck p ₀ hat und die an der Pumpe erforderliche Drehleistung minimal wird.

In Abb. 2 ist ein zweistufiges Druckbegrenzungsventil (20) so mit einem Injektor verbunden, daß Teile des Drosselquerschnitts der Treibdüse bei unterschiedlichen Förderdrücken der Pumpe freigegeben werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die innere Drossel (21) bei einem ersten Förderdruck p _{L 1} der Pumpe öffnet und bei steigendem Fördervolumen der Pumpe diesen Druck p _{L 1} solange aufrecht erhält, bis der Treibdüsenteilquerschnitt (22) restlos geöffnet ist und bei weiter ansteigendem Fördervolumen der Pumpe der Förderdruck p _{L 2} erreicht wird. Bei diese Druck p _{L 2} öffnet die äußere Drossel (23) ihren Teilquerschnitt der Treibdüse und hält damit den Förder­ druck p _{L 2} aufrecht.

Claims (2)

1. Hub- oder Rotationskolbenpumpenanlage für niedrige Drücke, insbesondere Schmierölpumpenanlage, bei der in mindestens einem Auslegpunkt der zum Verbraucher strömende Fluidstrom in seinem Volumen V ₀ und seinem Druck p ₀ festgelegt sein soll, dadurch gekennzeichnet,
daß der von der Kolbenpumpe kommende Fluidstrom ein Volumen V _P hat, das kleiner ist als V ₀,
daß der von der Kolbenpumpe kommende Fluidstrom durch die mit einer Drossel (4) verstellbare Treibdüse (5) eines Injektors (6) ge­ führt wird und aus dem Förderkanal (7) Fluid des Volumens V _F mit sich in den Mischungskanal reißt, so daß in und hinter dem Diffusor (10) pro Zeiteinheit das Volumen V _P + V _F durch jeden Querschnitt strömt,
daß V _P + V _F im Auslegpunkt gleich V ₀ sind,
und daß die Drossel (4) der Treibdüse (5) gleichzeitig Drossel eines Druckbegrenzungsventils (3) ist, das den Pumpenförderstrom auf dem Förderdruck P _P hält, der größer ist als p ₀
und daß p _P und die Abmessungen des Injektors so gewählt werden, daß im Auslegpunkt hinter dem Diffusor der Druck p ₀ gegeben ist.

2. Pumpenanlage unter Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibdüse des Injektors durch mehrere Drosselelemente (21, 23) gedrosselt wird, die durch ein mehrstufiges Druckbegrenzungsventil (20) verstellt werden, welches stückweise nahezu konstante Förderdrücke p _Li hinter der Kolbenpumpe erreicht.