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DE102015122649A1 - Pumpe mit zwei Stellkolben - Google Patents

Pumpe mit zwei Stellkolben Download PDF

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DE102015122649A1
DE102015122649A1 DE102015122649.9A DE102015122649A DE102015122649A1 DE 102015122649 A1 DE102015122649 A1 DE 102015122649A1 DE 102015122649 A DE102015122649 A DE 102015122649A DE 102015122649 A1 DE102015122649 A1 DE 102015122649A1
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DE
Germany
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actuating
piston
actuator
rotary pump
fluid
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Withdrawn
Application number
DE102015122649.9A
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English (en)
Inventor
Sven Peters
Michael Ehringer
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Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Original Assignee
Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/30—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C2/34—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members
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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Rotationspumpe mit verstellbarem Fördervolumen, vorzugsweise einer Flügelzellenpumpe. Die Rotationspumpe umfasst dabei ein Gehäuse (2) mit einer Förderkammer (4), in die ein Einlass und ein Auslass für ein Fluid münden, wenigstens einen in der Förderkammer (4) um eine Rotationsachse (R) drehbaren Förderrotor (7), ein Stellorgan (3), das zur Veränderung des Fördervolumens relativ zum Förderrotor (7) in eine Stellrichtung und der Stellrichtung entgegen in eine Rückstellrichtung beweglich ist, eine Rückstelleinrichtung (8) zur Ausübung einer auf das Stellorgan (3) in die Rückstellrichtung wirkenden Rückstellkraft, einen beweglich geführten ersten Stellkolben (10), der zur Ausübung einer in die Stellrichtung auf das Stellorgan (3) wirkenden ersten Stellkraft vorgesehen ist, und einen beweglich geführten zweiten Stellkolben (11), der zur Ausübung einer in die Stellrichtung auf das Stellorgan (3) wirkenden zweiten Stellkraft vorgesehen ist. Es wird vorgeschlagen, dass die erste Stellkraft und die zweite Stellkraft in zumindest einem Betriebszustand auf einen voneinander unterschiedlichen Wert einstellbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe mit verstellbarem Fördervolumen. Die Rotationspumpe umfasst ein Gehäuse mit einer Förderkammer, in die ein Einlass und ein Auslass für ein zu förderndes Fluid münden, einen Förderrotor, der in der Förderkammer um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist, ein den Förderrotor umgebendes Stellorgan, das zur Verstellung des Fördervolumens der Rotationspumpe relativ zu dem Förderrotor in eine Stellrichtung und eine Rückstellrichtung beweglich ist, und eine Rückstelleinrichtung die das Stellorgan in die Rückstellrichtung bewegen kann. Ferner umfasst die Rotationspumpe eine gegen die Rückstelleinrichtung wirkende Stelleinrichtung, die einen beweglich geführten ersten Stellkolben und einen beweglich geführten zweiten Stellkolben aufweist.
  • Die Pumpe kann insbesondere dazu dienen, ein Aggregat eines Fahrzeugs, wie etwa eines Kraftfahrzeugs, mit Schmieröl, einem Arbeitsfluid oder einem Kühlfluid zu versorgen. Die Pumpe ist zweckmäßigerweise eine Verdrängerpumpe. In bevorzugten Anwendungen dient die Pumpe als Schmierölpumpe zur Versorgung eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit Schmieröl, ist also eine Motorschmierölpumpe.
  • Bei Motorschmierölpumpen entspricht es einer üblichen Bauart, dass ein der Beeinflussung des Fördervolumens dienendes Stellorgan, wie etwa ein schwenkbarer Stellring, mit dem von der Pumpe geförderten Öl, d. h. dem Öl von der Hochdruckseite des von der Pumpe versorgten Ölkreislaufs, beaufschlagt wird. Auf diese Weise wird der Fördervolumenstrom bei Erreichen einer bestimmten Druckschwelle begrenzt. In Abhängigkeit von den motorischen Randbedingungen, wie etwa Motordrehzahl, Motortemperatur, Notwendigkeit einer Kolbenkühlung und dergleichen mehr, kommt oftmals eine Verstellung des Fördervolumens, bevorzugt des spezifischen Fördervolumens, in Form von zwei oder gegebenenfalls auch mehr Druckstufen zum Einsatz. Alternativ oder ergänzend kann dabei eine Regelung der Pumpe in Abhängigkeit von einem Motorkennfeld, d. h. eine Kennfeldregelung, verwirklicht sein.
  • Die EP 049 838 A1 betrifft eine Flügelzellenpumpe mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse angeordneten Rotor und einem Stellring, der den Rotor umfänglich umgibt und eine Umfangswand einer Pumpenkammer bildet. Der Stellring kann um eine Schwenkachse verschwenkt werden. Die Pumpe umfasst weiterhin eine Stelleinrichtung zum Verschwenken des Stellrings in eine Stellrichtung und eine Rückstelleinrichtung, die den Stellring, wenn er nicht durch die Stelleinrichtung beaufschlagt ist, in eine Grundposition zurückführt. Bei der Rückstelleinrichtung handelt es sich um ein Federelement. Die Stelleinrichtung umfasst in einer Ausführung zwei Stellkolben, die in Umfangsrichtung um ca. 90° versetzt angeordnet sind und jeweils auf eine vom Stellring nach außen vorstehende Schulter einwirken können. Jedem der beiden Stellkolben kann über ein gemeinsames Druckkontrollventil Stellfluid von der Druckseite der Pumpe zugeführt werden. Dabei wird das Stellfluid immer beiden Stellkolben respektive den Stellkolbenkammern der beiden Stellkolben gleichzeitig zugeführt. Die US 4,259,039 betrifft ebenfalls eine Flügelzellenpumpe mit einem einstellbaren Fördervolumen. Zum Verstellen des Fördervolumens kann ein Stellorgan, das eine Außenumfangswand einer Pumpenkammer bildet, von einer Stelleinrichtung linear gegen die Kraft einer Rückstelleinrichtung in dem Gehäuse der Pumpe verschoben werden. Dadurch verändert sich eine Exzentrizität eines Förderrotors, der in der Pumpenkammer um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist, wodurch ein spezifisches Fördervolumen der Pumpe verändert wird. Eine weitere Flügelzellenpumpe mit einem linear verschiebbaren Pumpenkammergehäuse ist aus der DE 75 01 056 U bekannt. Die DE 34 46 603 A1 betrifft eine Verstell-Flügel-Verdrängerpumpe mit einem Gehäuse und einer von einem Stellorgan umgebenen Pumpenkammer, in der ein Förderrotor drehbar angeordnet ist. Das Stellorgan ist ein Stellring, der mittels einer Stelleinrichtung gegen die Kraft einer Rückstelleinrichtung um eine Schwenkachse verschwenkt werden kann, wodurch sich eine Exzentrizität des Rotors in der Pumpenkammer und dadurch eine spezifische Förderleistung der Pumpe ändert. Die DE 43 02 610 A1 betrifft eine regelbare Schmiermittelpumpe für ein Kraftfahrzeug mit einer Pumpenkammer, deren Umfangswand von einem Stellorgan gebildet ist. Innerhalb der Pumpenkammer ist ein Förderrotor drehbar gelagert. Das Stellorgan ist ein Stellring, der um eine Schwenkachse verschwenkt werden kann. In einer Ausführung umfasst die Stelleinrichtung einen Stufenkolben der gegen die Kraft einer Rückstelleinrichtung wirkt. Der Stufenkolben bildet eine erste und eine zweite Wirkfläche für ein Stellfluid. Während die erste Wirkfläche dauerhaft von einem von der Hochdruckseite abgeleiteten Stellfluid beaufschlagt wird, ist die zweite Wirkfläche über eine Leitung mit einer Stellfluidquelle verbunden, die mittels eines Ventils zu- und abschaltgeschaltet werden kann, wodurch eine auf den Stellring wirkende Kraft des Stufenkolbens variiert werden kann.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine im Fördervolumen mittels Stelleinrichtung verstellbare Rotationspumpe bereitzustellen, die eine verbesserte Modulation der Kraft, mit dem die Stelleinrichtung auf ein Stellorgan zum Verstellen des Fördervolumens wirkt, möglich macht. Die Stelleinrichtung soll schnell und genau auf Änderungen einer notwendigen Volumenänderung des Förderfluids reagieren können und dabei kostengünstig herzustellen sein. Ferner soll eine Schutzfunktion integriert werden, durch die in jedem Betriebszustand zuverlässig verhindert werden kann, dass der Pumpenausgangsdruck einen kritischen Wert überschreitet.
  • Diese Aufgaben werden durch die Rotationspumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Erfindung geht von einer Rotationspumpe mit verstellbarem Fördervolumen aus, die ein Gehäuse mit einer Förderkammer, ein Stellorgan, das zur Veränderung des Fördervolumens in eine Stellrichtung und der Stellrichtung entgegen in eine Rückstellrichtung beweglich ist, eine Stelleinrichtung zur Verstellung des Stellorgans in die Stellrichtung, eine Rückstelleinrichtung, die der Kraft der Stelleinrichtung entgegenwirkt, und einen in der Förderkammer angeordneten Förderrotor, der sich um eine Rotationsachse drehen kann, umfasst.
  • Die Förderkammer weist auf einer Niederdruckseite einen Förderkammereinlass und auf einer Hochdruckseite einen Förderkammerauslass für ein mittels des Förderrotors zu förderndes Fluid auf. Das Gehäuse kann einen Pumpenanschluss zur Verbindung der Pumpe mit einem Reservoir für das Fluid und einen vom Fluid auf der Niederdruckseite der Pumpe durchströmbaren Saugbereich umfassen. Der Saugbereich erstreckt sich vom Pumpenanschluss bis wenigstens zu einem Einlass der Förderkammer. Findet der Übergang vom niederen Druck auf den höheren Druck innerhalb der Förderkammer statt, wie dies bei Rotationspumpen der Fall sein kann, erstreckt sich der Saugbereich bis in die Förderkammer, endet aber auf der Niederdruckseite der Förderkammer.
  • Ist die Pumpe in einem Pumpenkreislauf angeordnet, erstreckt sich die Niederdruckseite der Pumpe von einem Reservoir, aus dem die Pumpe das Fluid ansaugt, über den Pumpenanschluss bis wenigstens zum Förderkammereinlass. Findet der Übergang von Niederdruck auf Hochdruck in der Förderkammer statt, umfasst die Niederdruckseite der Pumpe auch die Niederdruckseite der Förderkammer, erstreckt sich also auf der Niederdruckseite bis in die Förderkammer.
  • Die Hochdruckseite der Pumpe umfasst den im Gehäuse erstreckten Hochdruckbereich und erstreckt sich ferner bis wenigstens zu dem mit dem Fluid zu versorgenden Aggregat oder, falls die Pumpe mehrere Aggregate mit dem Fluid versorgt, bis zu jedem dieser Aggregate. Im Unterschied zu den Begriffen "Niederdruckseite" und "Hochdruckseite" bezeichnet der Begriff "Saugbereich" einen auf der Niederdruckseite der Pumpe nur innerhalb des Gehäuses erstreckten Strömungsbereich. Andererseits ist der Begriff "Saugbereich" nicht so auszulegen, dass die erfindungsgemäße Pumpe das Fluid aus dem Reservoir gegen die Schwerkraft ansaugen muss. Die Pumpe kann in ihrem Förderkreis auch an einer Stelle angeordnet sein, die tiefer als das Reservoir liegt, so dass die Pumpe das Fluid mit Unterstützung der Schwerkraft ansaugt. Die Pumpe kann auch vorgeladen werden, d. h. der Pumpe kann eine Vorladepumpe vorgeschaltet sein.
  • Die Stelleinrichtung zur Verstellung des Stellorgans, bei dem es sich beispielsweise um einen linear versschiebbaren Stellkolben oder einen verschwenkbaren Stellring handeln kann, umfasst einen ersten Stellkolben, der beweglich geführt ist und zur Ausübung einer in die Stellrichtung des Stellorgans auf das Stellorgan wirkenden ersten Stellkraft in einer ersten Stellkolbenkammer mit einem ersten Stellfluid beaufschlagt werden kann, und einen zweiten Stellkolben, der ebenfalls beweglich geführt ist und der zur Ausübung einer in die Stellrichtung des Stellorgans auf das Stellorgan wirkenden zweiten Stellkraft in einer zweiten Stellkolbenkammer mit einem zweiten Stellfluid beaufschlagt werden kann. Zumindest in einem Betriebszustand der Rotationspumpe können die auf den ersten Stellkolben wirkende erste Stellkraft und die auf den zweiten Stellkolben wirkende zweite Stellkraft auf Werte eingestellt werden, die sich voneinander unterscheiden. Das heißt, die auf den ersten Stellkolben wirkende erste Stellkraft unterscheidet sich in diesem Betriebszustand von der auf den zweiten Stellkoben wirkenden zweiten Stellkraft. In diesem Betriebszustand wirken zwei zumindest in ihrem Wert unterschiedliche Stellkräfte auf das Stellorgan. Dies kann dadurch erreicht werden, dass sich Stelldrücke mit der der erste und der zweite Stellkoben beaufschlagt werden voneinander unterscheiden oder dadurch, dass der erste Stellkoben eine mit Stellfluid beaufschlagbare Wirkfläche und der zweite Stellkolben eine mit Stellfluid beaufschlagbare Wirkfläche aufweist, wobei die mit Stellfluid beaufschlagbare Wirkfläche des ersten Stellkolbens größer oder kleiner ist, als die mit Stellfluid beaufschlagbare Wirkfläche des zweiten Stellkolbens. Grundsätzlich ist es denkbar, dass sich die Stellkräfte durch unterschiedlich hohe Stelldrücke und durch unterschiedlich große Wirkflächen voneinander unterscheiden. Vorzugsweise ist eine Stellkraft von Null auch eine Stellkraft im Sinne der Erfindung. Demnach bilden eine erste Stellkraft mit dem Wert Null und eine zweite Stellkraft mit dem Wert größer Null zwei Stellkräfte, die sich in ihrem Wert voneinander unterscheiden. Sind die Stellkräfte beispielsweise durch Stelldrücke variierbar, so können zwei in ihrem Wert unterschiedliche Stellkräfte durch einen fehlenden Stelldruck und einen vorhandenen Stelldruck eingestellt werden.
  • Der erste Stellkolben und der zweite Stellkolben können bezogen auf die Rotationsachse des Förderrotors radial und/oder axial nebeneinander angeordnet und relativ zueinander jeweils beweglich geführt sein. Der erste Stellkolben kann unabhängig von dem zweiten Stellkolben mit der ersten Stellkraft beaufschlagt oder von der ersten Stellkraft entlastet werden. Das Gleiche gilt für den zweiten Stellkolben, der unabhängig vom ersten Stellkolben mit der zweiten Stellkraft beaufschlagt oder von der zweiten Stellkraft entlastet werden kann. Die Rotationspumpe kann ein Fluidsystem aufweisen, das zur Versorgung der ersten und der zweiten Stellkolbenkammer ein von der Rotationspumpe gefördertes Fluid, insbesondere von der Hochdruckseite der Rotationspumpe, abzweigt. Die Begriffe „axial“ und „radial“ sind insbesondere auf die Rotationsachse des Förderrotors bezogen, so dass der Ausdruck „axial“ insbesondere eine Richtung bezeichnet, die parallel oder koaxial zu der Rotationsachse verläuft. Ferner bezeichnet der Ausdruck „radial“ insbesondere eine Richtung, die senkrecht zu der Rotationsachse verläuft.
  • Die erste Stellkolbenkammer für den ersten Stellkolben und die zweite Stellkolbenkammer für den zweiten Stellkolben bilden bevorzugt zwei getrennte Stellkolbenkammern, mit jeweils einer eigenen Zuleitung für das erste respektive das zweite Stellfluid.
  • Bei dem ersten Stellfluid und dem zweiten Stellfluid kann es sich bevorzugt um das gleiche Stellfluid handeln, das dem ersten Stellkolben und dem zweiten Stellkolben getrennt oder gemeinsam zugeführt werden kann, zum Beispiel um das von der Rotationspumpe geförderte Fluid. Das erste Stellfluid kann auch ein anderes Fluid sein, als das zweite Stellfluid. So kann zum Beispiel das erste Stellfluid das in der Pumpe geförderte Fluid sein, während das zweite Stellfluid zum Beispiel aus einen unter Druck stehenden Reservoir über eine separate Zuleitung zu dem zweiten Stellkolben respektive in die zweite Stellkolbenkammer fließen kann.
  • Das Fluidsystem kann so ausgelegt sein, dass während des Pumpenbetriebs zumindest eine der Stellkolbenkammern permanent mit dem Stellfluid versorgt wird. Das heißt in dieser permanent mit Stellfluid beaufschlagten Stellkolbenkammer kann immer ein Stellfluiddruck anliegen, der gleich oder zumindest abhängig von einem Pumpendruck ist, zum Beispiel dem Pumpendruck am Auslass der Rotationspumpe oder einem Druck nach zum Beispiel einem Filter in einer Zuleitung zu einem Verbraucher. Damit wirkt auf diesen Stellkolben während dem Pumpenbetrieb permanent eine Stellkraft größer Null.
  • Eine mit dem ersten Stellfluid beaufschlagbare Wirkfläche des ersten Stellkolbens kann im Wesentlichen genau so groß sein, wie eine mit den zweiten Stellfluid beaufschlagbare Wirkfläche des zweiten Stellkolbens. Die Wirkfläche des ersten Stellkolbens kann aber alternativ auch größer oder kleiner sein, als die Wirkfläche des zweiten Stellkolbens, und umgekehrt.
  • Statt mittels des Stellfluids können der erste Stellkolben und der zweite Stellkolben auch jeweils mit einem mechanischen Antrieb verbunden sein, der zum Beispiel angetrieben von einem Motor die lineare Stellbewegung des ersten und des zweiten Stellkolbens in die Stellrichtung des Stellorgans bewirkt und den ersten und/oder den zweiten Stellkolben kraftfrei schaltet, wenn das Stellorgan durch die Rückstelleinrichtung in die Rückstellrichtung bewegt werden soll.
  • Der erste Stellkolben und der zweite Stellkolben können zumindest im Wesentlichen parallel zueinander linear geführt und verstellt werden. Unter „zumindest im Wesentlichen parallel“ soll insbesondere eine Abweichung von einer parallelen Führung verstanden werden, die maximal 20 Grad, vorteilhaft maximal 10 Grad und besonders vorteilhaft maximal 5 Grad beträgt. Die Stellkolben können auch in einem Winkel zueinander geführt werden, zum Beispiel in einem Winkel zwischen 70° und 110°, bevorzugt zwischen 80° und 100°. Die Führung für den ersten Stellkolben und den zweiten Stellkolben kann beispielsweise durch das Gehäuse gebildet werden. Die Führung kann eine Führungshülse umfassen, die in das Gehäuse respektive eine Bohrung im Gehäuse form- und/oder kraftschlüssig eingefügt ist. Die Führung kann eine reibungsreduzierende Innenoberfläche aufweisen. Insbesondere bei einer parallelen Führung des ersten Stellkolbens und des zweiten Stellkolbens können die beiden Stellkolben auch eine gemeinsame Führung aufweisen, wenn beide Stellkolben beispielsweise eine halbzylindrische Form haben, die zumindest bereichsweise an den planen Seiten aneinander liegen und relativ zueinander bewegt werden können.
  • Die Führung kann beispielsweise auch durch ein Sinterbauteil gebildet sein. Dabei kann das Sinterbauteil an der Führung oberflächenverdichtet sein, d.h. das Sinterbauteil weist zumindest in einer die Führung bildenden Oberflächenschicht von der Führung bis in eine Tiefe von 0.1 mm oder tiefer eine durch Oberflächenverdichtung erhaltene Oberflächenschichtdicke auf, die um wenigstens 0.2 g/cm3 höher ist als eine Kerndichte eines unter der Oberflächenschicht liegenden Kernbereichs.
  • Der erste Stellkolben und/oder der zweite Stellkolben können wenigstens über die gesamte geführte Länge einfach zylindrisch sein. Alternativ kann wenigstens einer der beiden Stellkolben als mehrstufiger Kolben ausgebildet sein, das heißt, der erste Stellkolben kann ein mehrstufiger Kolben sein oder der zweite Stellkolben kann ein mehrstufiger Kolben sein oder der erste Stellkolben und der zweite Stellkolben können beide mehrstufige Kolben sein. Das Ende des ersten und/oder des zweiten Stellkolbens, das beim Verstellen der Stellorgans in die Stellrichtung in Kontakt mit dem Stellorgan ist, kann zum Beispiel flach oder gerundet oder gewölbt sein. Das heißt, der Kontakt des ersten und/oder zweiten Stellkolbens kann flächig oder im Wesentlichen punktförmig oder linienförmig sein. Das stellorganseitige Ende des Stellkolbens kann auch durch eine im Stellkolben drehbar gelagerte Kugel oder Tonne gebildet sein, wobei zum Beispiel das von der Pumpe geförderte Fluid als Schmiermittel für die Kugel oder Tonnen dienen kann.
  • Der erste Stellkolben und/oder der zweite Stellkolben können ein handelsüblicher Zylinderstift oder Zylinderbolzen sein. Der Zylinderstift oder Zylinderbolzen kann ein Stift oder Bolzen gemäß der DIN 7 oder der DIN 6325 oder der DIN 7979 sein, oder einem Stift oder Bolzen des ISO-Standards ISO 2338 oder ISO 8743 oder ISO 8735 oder eines anderen nationalen oder internationalen Standards entsprechen. Die Anmelderin behält sich ausdrücklich das Recht vor, auf den Aspekt, dass die Stellkolben genormte handelsübliche Zylinderstifte oder Zylinderbolzen sind, eine eigene Anmeldung einzureichen. Vorzugsweise bestehen die zwei Stellkolben aus dem gleichen Material. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass der erste Stellkolben aus einem ersten Material und der zweite Stellkolben aus einem zweiten Material bestehen, wobei das erste Material und das zweite Material voneinander unterschiedlich sind, insbesondere voneinander unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, um beispielsweise mit der Temperatur unterschiedlich ausprägende oder verändernde Leckage auszunutzen.
  • Die Maße des ersten Stellkolbens und des zweiten Stellkolbens werden grundsätzlich von der Baugröße der Rotationspumpe beeinflusst. Die Stellkolben können grundsätzlich eine beliebige Länge und einen beliebigen Durchmesser aufweisen. Für Rotationspumpen, die im Fahrzeugbereich eingesetzt werden, wo aufgrund der baulichen Gegebenheiten und der Gewichtsoptimierung bevorzugt kleinere Pumpen zum Einsatz kommen, kann die Länge des ersten und/oder des zweiten Stellkolbens zwischen 20mm und 80mm betragen, bevorzugt kann die Länge zwischen 40mm und 60mm liegen. Der erste Stellkolben und der zweite Stellkolben können identisch, das heißt, als solche gleich sein.
  • Ein lichter Abstand zwischen dem ersten Stellkolben und dem zweiten Stellkolben, insbesondere der Abstand der dem Stellorgan zugewandten Enden der beiden Stellkolben kann zwischen 1mm und 10mm betragen, bevorzugt kann der Abstand zwischen 3mm und 5mm liegen. Als lichter Abstand wird hier ein kürzester Abstand zwischen den Außenumfangsflächen der beiden Stellkolben bezeichnet. Der lichte Abstand wird dort gemessen, wo der erste Stellkolben und der zweite Stellkolben an dem Stellorgan anliegen. Bei Stellkolben mit gerundeten oder gewölbten stellorganseitigen Enden wird der Abstand am oder kurz vor dem Übergang des Stellkolbens in das stellorganseitige Stellkolbenende gemessen.
  • Der erste Stellkolben und der zweite Stellkolben können insbesondere aus einen gehärteten Material, wie beispielsweise Stahl gebildet sein, oder weisen zumindest einen dem Stellorgan zugewandten Endabschnitt auf, der gehärtet ist oder aus einem gehärteten Material besteht. Grundsätzlich kann zumindest das dem Stellorgan zugewandte Ende der Stellkolben mit einer verschleißfesten Beschichtung beschichtet oder durch einen verschleißfesten Aufsatz gebildet sein. Es ist ferner grundsätzlich denkbar, dass der gesamte Stellkolben beschichtet ist, beispielsweise mit einer verschleißfesten Beschichtung.
  • Das Stellorgan, insbesondere wenn es sich dabei um einen Stellring handelt, kann eine Kontaktfläche wie zum Beispiel eine Schulter aufweisen, auf die der erste Stellkolben und der zweite Stellkolben zur Verstellung der Stellorgans in Bezug auf die Schwenkachse des Stellrings tangential in die Stellrichtung einwirken können. Bevorzugt wirken der erste Stellkolben und der zweite Stellkolben nur durch Druck, der über den Kontakt der Stellkolben mit der Schulter übertragen wird, auf das Stellorgan ein. Die Schulter kann von dem Stellorgan im Verhältnis zum Rotor nach außen abragen. Alternativ kann die Schulter auch in das Stellorgan respektive einen Stellorgankörper in Richtung auf den Rotor eingearbeitet sein, das heißt, von einer Außenumfangsfläche des Stellorgans in Richtung des Rotors in den Stellorgankörper eingearbeitet sein.
  • Die Schulter kann in Umfangsrichtung des als Stellring ausgebildeten Stellorgans betrachtet eine Oberseite und eine Unterseite umfassen oder aufweisen. Der erste Stellkolben und er zweite Stellkoben können dann beispielsweise auf die Oberseite der Schulter einwirken, während die Rückstelleinrichtung auf die Unterseite der Schulter wirken kann. Stellkolben und Rückstelleinrichtung wirken vorzugsweise jeweils in einem nur auf Druck beruhenden Kontakt auf die Schulter in die Stellrichtung respektive die Rückstellrichtung ein. Unter einer „Umfangsrichtung“ soll insbesondere eine Richtung verstanden werden, die um die Rotationsachse verläuft.
  • Bei dem Stellorgan als Stellring kann die Schulter in einem Umfangsbereich des Stellorgans gebildet sein, der in Bezug auf die Rotationsachse des Rotors einer Schwenkachse, um die das Stellorgan verschwenkt werden kann, gegenüberliegt. Dieser Umfangsbereich kann sich über einen Bogenwinkel von α = ±40°, bezogen auf eine die Rotationachse und die Schwenkachse schneidende gerade Linie, erstrecken. Eine Kraft mit der der erste Stellkolben und der zweite Stellkolben auf das Stellorgan wirken, hängt dann auch von der Länge eines Hebelarms ab, die durch den Abstand der Schwenkachse und dem ersten respektive zweiten Stellkolben gegeben ist. Besonders wenn der erste Stellkolben und der zweite Stellkolben in Richtung quer zur Schwenkachse hintereinander oder radial versetzt zueinander angeordnet sind, ist der Hebelarm des ersten Stellkolbens unterschiedlich zum Hebelarm des zweiten Stellkolbens. Grundsätzlich können der Hebelarm des ersten Stellkolbens und der Hebelarm des zweiten Stellkolbens gleich sein, insbesondere dann wenn die Stellkolben axial nebeneinander und/oder axial versetzt zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise weist das Stellorgan lediglich eine einzige Schulter auf, auf die die zumindest zwei Stellkolben einwirken.
  • Die Rotationspumpe kann zusätzlich zu dem ersten Stellkolben und dem zweiten Stellkolben einen weiteren Stellkolben, zum Beispiel dritten Stellkolben, oder noch einen oder mehrere Stellkolben, zum Beispiel vierten, fünften, sechsten, und so weiter Stellkolben, umfassen. Der weitere Stellkolben oder jeder der weiteren Stellkolben kann durch einen versatzlosen, zum Beispiel zylindrischen Stift oder Bolzen, oder durch einen mehrstufigen Kolben gebildet sein. Jeder der weiteren Stellkolben weist eine Stellkolbenkammer auf, die mit einem Stellfluid, zum Beispiel über ein zugeordnetes Ventil individuell oder zusammen mit dem ersten oder dem zweiten oder wenigstens einem der weitere Stellkolben, beaufschlagt werden kann. Gleiches gilt für die motorangetriebenen Stellkolben. Jeder einzelne der weiteren Stellkolben kann in die Stellrichtung oder die Rückstellrichtung auf das Stellorgan respektive die Schulter des Stellorgans einwirken, zum Beispiel durch reinen Druckkontakt. Der weitere Stellkolben, mehrere der weiteren Stellkolben oder alle weiteren Stellkolben können in Umfangsrichtung des Stellorgans versetzt zu dem ersten Stellglied und dem zweiten Stellglied auf das Stellorgan in die Stellrichtung oder die Rückstellrichtung wirken, welches hierfür eine weitere Schulter oder mehrere weiteren Schultern aufweisen kann.
  • Der erste Stellkolben und der zweite Stellkolben und bevorzugt auch jeder weitere Stellkolben können in jeder Position des Stellorgans zumindest im Pumpenbetrieb stets an dem Stellorgan anliegen. Dies gilt insbesondere auch für den Fall, dass der jeweilige Stellkolben aktuell nicht mit einem Stellfluid beaufschlagt ist. Das ständige Anliegen der Stellkolben an dem Stellorgan kann beispielsweise alleine durch einen Unterdruck bewirkt werden, der in der Umgebung der äußeren Peripherie des Stellorgans wirkt, da dieser Raum innerhalb des Gehäuses einer Saugseite der Pumpe zuzurechnen ist. Das ständige Anliegen der Stellkolben kann ebenso durch eine ständige minimale Beaufschlagung der Stellkolben mit dem Stellfluid zum Beispiel mit einem Stellfluid unter einem Druck der knapp über dem Umgebungsdruck liegt, bewirkt werden. Alternativ können der erste und der zweite Stellkolben gemeinsam mittels eines einzigen Federglieds oder je eines Federglieds auf das Stellorgan vorgespannt sein, so dass auch beim Stillstand der Rotationspumpe der erste und der zweite Stellkolben immer an dem Stellorgan anliegen. Durch die Einbaulage der Rotationspumpe, zum Beispiel im Fahrzeug, kann auch die Schwerkraft genutzt werden, um zumindest in bestimmten Lagen des Fahrzeugs die Stellkolben in Kontakt mit dem Stellorgan zu halten.
  • Dadurch, dass die Stellkolben immer an dem Stellorgan anliegen, sei es durch die Federkraft, den permanenten Druck über Umgebungsdruck oder den Unterdruck in der äußeren Umgebung des Stellorgans, wird vorteilhaft verhindert, dass der Stellkolben beim Zuschalten des Stellfluids verschleiß- und/oder geräuschverursachend gegen das Stellorgan schlägt.
  • Durch das Fluidsystem kann das erste Stellfluid zum Beaufschlagen des ersten Stellkolbens und/oder das zweite Stellfluid zum Beaufschlagen des zweiten Stellkolbens von dem von der Rotationspumpe geförderten Fluid an einer Hochdruckseite der Rotationspumpe abgezweigt werden. So kann beispielsweise an der Hochdruckseite der Rotationspumpe eine erste Zuleitung abgezweigt werden, die das Fluid direkt in die erste Stellkolbenkammer führt. Das heißt, dass der erste Stellkolben in diesem Fall im Pumpenbetrieb ständig mit dem unter dem Druck der Hochdruckseite stehenden ersten Stellfluid beaufschlagt wird.
  • Die Rotationspumpe kann aber auch eine Drucksteuereinrichtung umfassen, die dazu vorgesehen ist, zur Einstellung unterschiedlicher Stellkräfte zumindest einen in der entsprechenden Stellkolbenkammer wirkenden Stelldruck zu verändern. Die Drucksteuereinrichtung ist vorzugsweise dem Fluidsystem zugeordnet. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgebildet, ausgelegt, ausgestaltet, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.
  • So kann die Drucksteuereinrichtung zum Beispiel wenigstens einen mit einer Stellfluidquelle, insbesondere mit der Hochdruckseite der Rotationspumpe, verbundenen Druckanschluss, wenigstens einen mit zumindest einer der Stellkolbenkammern verbundenen Arbeitsanschluss, wenigstens einen der Druckentlastung dienenden Entlastungsanschluss und wenigstens einen zumindest zwischen einer ersten Kolbenposition und einer zweiten Kolbenposition hin und her beweglichen Steuerkolben aufweisen. Der Steuerkolben kann diskret, kontinuierlich oder stufenweise in die zumindest zwei Kolbenpositionen verschoben werden. Der Steuerkolben verbindet in der ersten Kolbenposition den Arbeitsanschluss mit dem Druckanschluss, wodurch Stellfluid von der Stellfluidquelle, insbesondere der Hochdruckseite, in zumindest eine der Stellkolbenkammern fließen kann. In der zweiten Kolbenposition ist der Druckanschluss verschlossen und der Arbeitsanschluss ist mit dem Entlastungsanschluss verbunden, sodass das Stellfluid aus der zumindest einen Stellkolbenkammer zum Beispiel in ein zumindest im Wesentlichen druckloses Reservoir oder zur Saugseite der Rotationspumpe abfließen kann. Die Drucksteuereinrichtung kann zum Beispiel ein Steuerventil sein oder aufweisen, das zur gesteuerten Variation der Stellkraft, das erste Stellfluid in die erste Stellkolbenkammer oder das zweite Stellfluid in die zweite Stellkolbenkammer oder das erste Stellfluid in die erste Stellkolbenkammer und das zweite Stellfluid in die zweite Stellkolbenkammer leitet.
  • Zumindest einer der Stellkolben kann auch mit einer Vorspannkraft beaufschlagt sein, beispielsweise durch eine Feder und/oder einem geringen Fluiddruck. Beispielsweise ist dieser Stellkolben mit der Vorspannkraft beaufschlagt, wenn der Steuerkolben der Drucksteuereinrichtung in der zweiten Kolbenposition ist, indem die dem Steuerkolben zugeordnete Stellkolbenkammer unter einem über Umgebungsdruck liegendem Kammerdruck steht, auch wenn der Steuerkolben in der zweiten Kolbenposition ist. Mit der Drucksteuereinrichtung kann ein zumindest in einem der Stellkolbenkammern herrschender Stelldruck variiert werden.
  • Das Steuerventil ist vorzugsweise ein Elektromagnetventil. Das Steuerventil weist einen Signalanschluss für eine Verbindung mit einer externen Steuerung, beispielsweise einer Motorsteuerung auf. Das Steuerventil weist einen Elektromagneten und eine Spanneinrichtung auf, die einander entgegenwirken. Die der Spanneinrichtung entgegenwirkende Magnetkraft ist vorzugsweise zur Einstellung einer Kolbenposition vorgesehen, in der der Arbeitsanschluss des Steuerventils und damit die jeweilige Stellkolbenkammer mit dem Druckanschluss des Steuerventils und damit mit der Stellfluidquelle verbunden ist. Die Spannkraft der Spanneinrichtung des Steuerventils ist vorzugsweise zur Einstellung einer Kolbenposition vorgesehen, in der der Arbeitsanschluss des Steuerventils und damit die jeweilige Stellkolbenkammer mit dem Entlastungsanschluss des Steuerventils und damit mit dem Reservoir oder der Saugseite der Rotationspumpe verbunden ist.
  • Das Steuerventil kann ein Proportionalventil sein, mit dem der Stelldruck kontinuierlich verstellt werden kann. Es kann insbesondere aber auch ein Mehrwege-Schaltventil sein, das zwischen zwei, drei oder gegebenenfalls auch mehr Schaltzuständen und damit Kolbenpositionen umschaltbar ist. Mittels des Steuerventils kann das maximale Druckniveau, bei dessen Erreichen das Fördervolumen der Rotationspumpe abgeregelt wird, in Abhängigkeit von der Bauart des Steuerventils in einer oder mehreren Stufen oder aber kontinuierlich, grundsätzlich beliebig, vorzugsweise bis zu dem vom permanent mit Stelldruck beaufschlagten Stellkolben vorgegebenen Maximum, verstellt werden. Das Steuerventil kann ferner so eingerichtet sein, dass der Steuerkolben eine dritte Kolbenposition einnehmen kann und der Arbeitsanschluss sowohl vom Druckanschluss als auch vom Entlastungsanschluss getrennt ist, wenn der Steuerkolben die dritte Kolbenposition einnimmt. Die dritte Kolbenposition kann insbesondere eine Zwischenposition sein, die der Steuerkolben in Bewegungsrichtung zwischen der ersten und der zweiten Kolbenposition einnehmen kann. Grundsätzlich kann aber auch die erste Kolbenposition oder stattdessen die zweite Kolbenposition von den optional drei unterschiedlichen Kolbenpositionen die Zwischenposition sein. Es sind auch Ausführungen möglich, in denen das Steuerventil den Arbeitsanschluss in keiner Kolbenposition vollständig sowohl vom Druckanschluss als auch vom Entlastungsanschluss trennt, sondern den Arbeitsanschluss entweder nur vom Druckanschluss trennt, aber einen vergleichsweise geringen Fluss zwischen Arbeitsanschluss und Entlastungsanschluss zulässt, oder aber den Arbeitsanschluss vom Entlastungsanschluss trennt und gleichzeitig einen vergleichsweise geringen Fluss zwischen dem Arbeitsanschluss und dem Druckanschluss zulässt. Das Steuerventil kann genau zwei Schaltzustände oder genau drei Schaltzustände oder mehr als drei Schaltzustände aufweisen. Vorzugsweise sind die Schaltzustände durch die Kolbenpositionen definiert. Das Steuerventil kann ein binär wirkendes Schaltventil (Schwarz/Weiß-Ventil) oder ein Proportionalventil sein. Das Proportionalventil ist vorzugsweise pulsweitenmoduliert.
  • Durch die Drucksteuereinrichtung kann zusätzlich zur permanent auf das Stellorgan wirkenden Stellkraft eine weitere auf das Stellorgan wirkende Stellkraft eingestellt und/oder variiert werden, wodurch eine gesteuerte oder geregelte Verstellung des Stellorgans mit einer Schutzfunktion, durch die eine Verstellung des Stellorgans auch dann erfolgt, wenn die Drucksteuereinrichtung ausfällt oder deaktiviert ist, realisiert werden kann. Das Stellorgan ist bei aktiver und/oder ordnungsgemäß arbeitender Drucksteuereinrichtung vorzugsweise nur mit der Bereitstellung der zusätzlichen Stellkraft verstellbar. Wenn die Drucksteuereinrichtung aktiv ist und/oder ordnungsgemäß funktioniert kann das Stellorgan allein durch den permanent mit einer Stellkraft, insbesondere einem Stellfluid, beaufschlagten Stellkolben vorzugsweise nicht verstellt werden. Der permanent mit einer Stellkraft, insbesondere einem Stellfluid, beaufschlagte Stellkolben ist vorzugsweise so ausgelegt, dass die auf ihn wirkende Stellkraft, insbesondere der auf ihn wirkende Stelldruck, für eine alleinige Verstellung des Stellorgans erst dann groß genug ist, wenn ein vorgegebenes Druckniveau erreicht ist, welches höher ist als ein maximales Druckniveau auf das die aktive und/oder ordnungsgemäß arbeitende Drucksteuereinrichtung abregelt.
  • Bei ordnungsgemäßer Funktion der Drucksteuereinrichtung und/oder bei aktiver Drucksteuereinrichtung wird die Rotationspumpe durch die Drucksteuereinrichtung vorzugsweise auf einen maximalen Pumpenausgangsdruck abgeregelt. Durch diesen maximalen Pumpenausgangsdruck resultiert vorzugsweise eine auf den permanent mit Stellfluid beaufschlagten Stellkolben wirkende Stellkraft, die bei ordnungsgemäßer Funktion der Drucksteuereinrichtung und/oder bei aktiver Drucksteuereinrichtung stets kleiner ist als eine notwendige Stellkraft, die mindestens notwendig ist, um das Stellorgan allein zu verstellen. Damit ist bei ordnungsgemäß arbeitender und/oder aktiver Drucksteuereinrichtung vorzugsweise stets die durch die Drucksteuereinrichtung einstellbare zusätzliche Stellkraft, insbesondere zusätzlicher Stelldruck, notwendig, um das Stellorgan zu verstellen. Fällt die Drucksteuereinrichtung durch einen Defekt aus oder wird die Ansteuerung der Drucksteuereinrichtung in ausgewählten Betriebszuständen deaktiviert, erfolgt keine Abregelung der Rotationspumpe durch die Drucksteuereinrichtung, wodurch der Pumpenausgangsdruck über den maximalen Pumpenausgangsdruck ansteigen kann. Der permanent beaufschlagte Stellkolben begrenzt vorteilhaft diesen Anstieg auf einen Fail-safe-Pumpenausgangsdruck. Der Fail-safe-Pumpenausgangsdruck ist vorzugsweise größer als der maximale Pumpenausgangsdruck aber kleiner als ein kritischer Pumpenausgangsdruck, bei dem eine Beschädigung von Bauteilen erfolgen könnte.
  • Durch den Fail-safe-Pumpenausgangsdruck resultiert vorzugswiese eine auf den permanent beaufschlagten Stellkolben wirkende Stellkraft, die größer ist als die notwendige Stellkraft, um das Stellorgan allein zu verstellen. Dadurch wird ein sicherer Betrieb gewährleistet, auch wenn die Drucksteuereinrichtung ausfällt oder in bestimmten Betriebszuständen nicht angesteuert wird. Es kann dadurch eine genaue und flexible Anpassbarkeit an den Bedarf mit einer auch bei Ausfall der Drucksteuereinrichtung gewährleisteten Versorgungssicherheit realisiert werden. Es kann eine sogenannte Second-Level-Steuerung oder -regelung für das Fördervolumen der Rotationspumpe realisiert werden.
  • Die Rückstelleinrichtung kann ein oder mehrere die Rückstellkraft erzeugende Federelemente umfassen, zum Beispiel als Druckfedern ausgebildete Schraubenfedern. Statt des Federelements kann die Rückstellvorrichtung auch einen oder mehrere weitere Stellkolben aufweisen. Bei der Rückstelleinrichtung mit dem Federelement kann wenigstens einer der weiteren Stellkolben der Rückstelleinrichtung zugeordnet sein und in die Rückstellrichtung wirken, um die Rückstellkraft der Feder zu unterstützen. Dieser weitere Stellkolben kann in das Innere der Schraubenfeder hineinragen und an dem Stellorgan an liegen. Dies erlaubt in vorteilhafter Weise die Größe der Schraubenfeder zu reduzieren und die Rückstelleinrichtung klein zu bauen. Das Federelement verhindert vorteilhaft, dass das Stellorgan bei deaktivierter Stellfluidversorgung sich in eine undefinierte Stellung bewegt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Rotationspumpe beim Starten nach einem Stillstand, zum Beispiel eines Motorstillstands, wenn der Motor auch die Rotationspumpe antreibt, mit dem Ansaugen des Fluids beginnt.
  • Bei der Pumpe handelt es sich in bevorzugten Ausführungen um eine Verdrängerpumpe. Bei Verdrängerpumpen steigt das Fördervolumen proportional zur Fördergeschwindigkeit des Förderglieds, wenn keine das Fördervolumen verstellenden Maßnahmen getroffen werden. Handelt es sich bei der Pumpe wie bevorzugt um eine Rotationspumpe, steigt das Fördervolumen mit der Drehzahl des bei einer Rotationspumpe in der Förderkammer um eine Drehachse drehbaren Förderglieds. Die Proportionalität ist in vielen Anwendungen störend, insbesondere dann, wenn die Geschwindigkeit, mit der die Pumpe angetrieben wird, dem Bedarf des zu versorgenden Aggregats nicht angepasst werden kann. So werden in Fahrzeugen verwendete Pumpen, wie Schmierölpumpen, Getriebepumpen und andere Servopumpen in vielen Fällen mechanisch vom Antriebsmotor des Fahrzeugs angetrieben. Die Antriebsgeschwindigkeit der Pumpe ist in diesen Anwendungsfällen abhängig von der Drehzahl des Antriebsmotors und steht zumeist in einer festen Drehzahlbeziehung zur Drehzahl des Antriebsmotors. Auf derartige Anwendungen ist die Erfindung insbesondere gerichtet.
  • Das Stellorgan und die Aktuatoreneinrichtung, wie die Stell- und Rückstelleinrichtung, sind in bevorzugten Ausführungen dafür eingerichtet, das spezifische Fördervolumen einer Verdrängerpumpe zu verstellen. Im eingangs diskutierten Stand der Technik werden Verdrängerpumpen mit Stellorganen und Aktuatoreneinrichtungen, wie die Erfindung sie insbesondere auch betrifft, offenbart. Über die dort beschriebenen betrifft die Erfindung aber auch im Fördervolumen verstellbare Innenzahnradpumpen und Pendelschieberpumpen und grundsätzlich auch andere, im Fördervolumen verstellbare Pumpenbauarten. Insbesondere betrifft die Erfindung jedoch innenachsige Rotationspumpen.
  • Das Stellorgan kann mit dem Förderglied oder bei Pumpen mit mehreren Fördergliedern mit wenigstens einem der mehreren Förderglieder zur Verstellung des Fördervolumens zusammenwirken. Ist die Pumpe als Flügelzellenpumpe mit einem in der Förderkammer drehbaren Förderglied ausgeführt, kann das Stellorgan insbesondere ein das Förderglied umgebender Stellring sein, der im Gehäuse linearbeweglich oder schwenkbeweglich angeordnet ist, so dass bei einer Verstellbewegung des Stellorgans die Exzentrizität zwischen der Rotationsachse des Förderglieds und einer zentralen Längsachse des Verstellrings und dadurch das Fördervolumen verstellt wird. In ähnlicher Weise kann auch das Fördervolumen von Innenzahnringpumpen und Pendelschieberpumpen verstellt werden. Bei einer Innenzahnringpumpe kann insbesondere das innenverzahnte Hohlrad das Stellorgan bilden und für die Verstellung linearbeweglich oder schwenkbeweglich angeordnet sein. Ist die Pumpe als Außenzahnradpumpe ausgeführt, weist sie wenigstens zwei Förderglieder auf, die am Außenumfang verzahnt sind, sogenannte Außenzahnräder. Die Außenzahnräder stehen miteinander im Zahneingriff. Zur Verstellung des spezifischen Fördervolumens ist eines der Außenzahnräder relativ zum anderen axial verstellbar, so dass die Eingriffslänge der Außenzahnräder und dadurch das Fördervolumen der Pumpe verstellt werden kann. Das verstellbare Außenzahnrad ist Bestandteil einer axial verschiebbaren Verstelleinheit, die axial verschiebbare Kolben umfasst, zwischen denen das verstellbare Außenzahnrad drehbar gelagert ist. Die miteinander verbundenen Kolben bilden in derartigen Pumpenausführungen das Stellorgan der Stelleinrichtung.
  • Vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden auch in den Unteransprüchen und in den Kombinationen der Unteransprüche beschrieben.
  • Auch in den nachstehend formulierten Aspekten werden Merkmale der Erfindung beschrieben. Die Aspekte sind in der Art von Ansprüchen formuliert und können diese ersetzen. In den Aspekten offenbarte Merkmale können die Ansprüche ferner ergänzen und/oder relativieren, Alternativen zu einzelnen Merkmalen aufzeigen und/oder Anspruchsmerkmale erweitern. In Klammern gesetzte Bezugszeichen beziehen sich nachfolgend in Figuren illustrierte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Sie schränken die in den Aspekten beschriebenen Merkmale nicht unter den Wortsinn als solchen ein, zeigen andererseits jedoch bevorzugte Möglichkeiten der Verwirklichung des jeweiligen Merkmals auf.
  • Aspekt 1# Rotationspumpe mit verstellbarem Fördervolumen, vorzugsweise Flügelpumpe, die Rotationspumpe umfassend:
    • (a) ein Gehäuse (2) mit einer Förderkammer (4), in die ein Einlass und ein Auslass für ein Fluid münden,
    • (b) einen in der Förderkammer (4) um eine Rotationsachse (R) drehbaren Förderrotor (7),
    • (c) ein den Förderrotor (7) umgebendes Stellorgan (3), das zur Veränderung des Fördervolumens relativ zum Förderrotor (7) in eine Stellrichtung und der Stellrichtung entgegen in eine Rückstellrichtung beweglich ist,
    • (d) eine Rückstelleinrichtung (8) zur Ausübung einer auf das Stellorgan (3) in die Rückstellrichtung wirkenden Rückstellkraft (F),
    • (e) einen beweglich geführten ersten Stellkolben (10), der zur Bewegung des Stellorgans (3) in die Stellrichtung mit einer ersten Stellkraft beaufschlagbar ist.
  • Aspekt 2# Rotationspumpe nach dem vorgehenden Aspekt, wobei die Rotationspumpe einen beweglich geführten zweiten Stellkolben (11), der zur Bewegung des Stellorgans (3) in die Stellrichtung mit einer zweiten Stellkraft beaufschlagbar ist, umfasst.
  • Aspekt 3# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, wobei in wenigstens einem Betriebszustand die auf den ersten Stellkolben (10) wirkende erste Stellkraft und/oder die auf den zweiten Stellkolben (119 wirkende zweite Stellkraft einstellbar sind.
  • Aspekt 4# Rotationspumpe nach dem vorgehenden Aspekt, wobei sich die Größe der ersten Stellkraft von der Größe der zweiten Stellkraft unterscheidet.
  • Aspekt 5# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, wobei der erste Stellkolben (10) ein Zylinderstift oder -bolzen ist.
  • Aspekt 6# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, wobei der zweite Stellkolben (11) ein Zylinderstift oder -bolzen ist.
  • Aspekt 7# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, wobei der Zylinderstift der DIN 7 oder DIN 6325 oder DIN 7979 und/oder dem ISO-Standard ISO 2338 oder ISO 8734 oder ISO 8735 entspricht.
  • Aspekt 8# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, wobei der erste Stellkolben (10) und der zweite Stellkoben (11) identische Zylinderstifte oder -bolzen sind.
  • Aspekt 9# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, wobei der erste Stellkolben (10) und der zweite Stellkoben (11) Zylinderstifte oder -bolzen mit unterschiedlichen Durchmessern sind.
  • Aspekt 10# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, wobei die Stellkolben (11, 12) eine Länge von 20mm bis 80mm, bevorzugt von 40mm bis 60 mm haben.
  • Aspekt 11# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, wobei ein lichter Abstand zwischen den Stellkolben (10, 11) quer zu der Stellrichtung zwischen 2 mm und 10mm, bevorzugt zwischen 4 mm und 6 mm groß ist.
  • Aspekt 12# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, wobei die Zylinderstifte oder -bolzen aus einem gehärteten Metall, zum Beispiel Stahl, sind oder zumindest einen Endabschnitt aufweisen, der aus einem gehärteten Metall gebildet ist.
  • Aspekt 13# Rotationpumpe nach einem der vorgehenden Aspekte und einem Fluidsystem (6), das zur Versorgung der Stellkolbenkammern mit dem Stellfluid ein von der Rotationspumpe (1) gefördertes Fluid abzweigt.
  • Aspekt 14# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, wobei die erste Stellkraft durch ein erstes Stellfluid und die zweite Stellkraft durch ein zweites Stellfluid erzeugt wird.
  • Aspekt 15# Rotationspumpe nach dem vorgehenden Aspekt, wobei das erste Stellfluid den ersten Stellkolben in einer ersten Stellkolbenkammer und das zweite Stellfluid den zweiten Stellkolben in einer zweiten Stellkolbenkammer beaufschlagt.
  • Aspekt 16# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, wobei das Stellorgan (3) eine vom Förderrotor (7) weg nach außen abragende oder eine zum Förderrotor (7) hin nach innen einragende Schulter aufweist und die Stellkolben (10, 11) auf diese Schulter wirken.
  • Aspekt 17# Rotationspumpe nach dem vorgehenden Aspekt, wobei die Schulter in Umfangsrichtung des Stellorgans (3) gesehen eine Oberseite und eine Unterseite umfasst und die Stellkolben (10, 11) auf die Oberseite der Schulter und die Rückstelleinrichtung auf die Unterseite der Schulter wirken.
  • Aspekt 18# Rotationspumpe nach einem der zwei vorgehenden Aspekte, wobei die Stellkolben (10, 11) jeweils in einem nur auf Druck beruhenden Kontakt auf die Schulter wirken.
  • Aspekt 19# Rotationspumpe nach einem der zwei unmittelbar vorgehenden Aspekte, wobei die Schulter in einem Umfangsbereich des Stellorgans (3) gebildet ist, der in Bezug auf die Rotationsachse (R) des Förderrotors (7) der Schwenkachse (SA) gegenüberliegt. wobei sich der Umfangsbereich vorzugsweise über einen Bogenwinkel α = ±40°, bezogen auf eine die Rotationsachse (R) und die Schwenkachse (SA) schneidende gerade Linie, erstreckt.
  • Aspekt 20# Rotationspumpe nach dem vorgehenden Aspekt, wobei sich der Umfangsbereich über einen Bogenwinkel α = ±40°, bezogen auf eine die Rotationsachse (R) und die Schwenkachse (SA) schneidende gerade Linie, erstreckt.
  • Aspekt 21# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, wobei die Pumpe einen weiteren Stellkolben und optional noch einen oder mehrere weitere Stellkolben umfasst, wobei der jeweilige weitere Stellkolben durch einen Zylinderstift oder -bolzen oder einen versatzlosen oder gestuften Kolben gebildet ist, und wobei der jeweilige weitere Stellkolben in die Stellrichtung oder die Rückstellrichtung auf das Stellorgan (3) wirkt.
  • Aspekt 22# Rotationspumpe nach dem vorgehenden Aspekt, wobei der jeweilige weitere Stellkolben auf die Schulter nach Aspekt 13# wirkt oder in Umfangsrichtung versetzt zu dem ersten und dem zweiten Stellglied (10, 11) auf das Stellorgan (3) wirkt.
  • Aspekt 23# Rotationspumpe nach dem vorgehenden Aspekt in Verbindung mit Aspekt 19#, wobei das Stellorgan (3) mehr als eine Schulter aufweist und die Schultern in Umfangrichtung des Stellorgans (3) versetzt ausgebildet sind.
  • Aspekt 24# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, wobei der erste Stellkolben (10) und der zweite Stellkolben (11) und jeder optional weitere Stellkolben in jeder Position des Stellorgans (3) im Pumpenbetrieb stets an dem Stellorgan (3) anliegen, auch wenn der jeweilige Stellkolben (10, 11) nicht mit dem Stellfluid beaufschlagt ist.
  • Aspekt 25# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, wobei der erste Stellkolben (10) und der zweite Stellkolben (11) und jeder optional weitere Stellkolben in jeder Position des Stellorgans (3) bei Pumpenstillstand mittels eines Federelements in Kontakt mit dem Stellorgan (3) gehalten werden.
  • Aspekt 26# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, wobei das erste Stellfluid und/oder das zweite Stellfluid von dem von der Rotationspumpe geförderten Fluid an einer Hochdruckseite der Rotationspumpe abgezweigt wird
  • Aspekt 27# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekte, weiterhin umfassend eine Drucksteuereinrichtung.
  • Aspekt 28# Rotationspumpe nach dem vorgehenden Aspekt, wobei die Drucksteuereinrichtung ein Steuerventil, zur gesteuerten oder geregelten Variation des Drucks, mit dem das erste Stellfluid den ersten Stellkolben (11) beaufschlagt, und/oder des Drucks, mit dem das zweite Stellfluid den zweiten Stellkolben (11) beaufschlagt, ist.
  • Aspekt 29# Rotationspumpe nach dem vorgehenden Aspekt, wobei das erste Stellfluid und/oder das zweite Stellfluid von dem von der Rotationspumpe geförderten Fluid abgezweigt werden.
  • Aspekt 30# Rotationspumpe nach Aspekt 22#, wobei die eine Drucksteuereinrichtung, einen mit einer Hochdruckseite der Pumpe verbundenen Druckanschluss, einen mit der zweiten Stellkolbenkammer verbundenen Arbeitsanschluss, einen der Druckentlastung dienenden Entlastungsanschluss und einen zwischen einer ersten Kolbenposition und einer zweiten Kolbenposition hin und her beweglichen Steuerkolben aufweist, wobei der Arbeitsanschluss mit dem Druckanschluss verbunden ist, wenn der Steuerkolben die erste Kolbenposition einnimmt, und vom Druckanschluss getrennt und mit dem Entlastungsanschluss verbunden ist, wenn der Steuerkolben die zweite Kolbenposition einnimmt.
  • Aspekt 31# Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Aspekt, ferner umfassend eine an einer Hochdruckseite der Pumpe abzweigende und in die erste Stellkolbenkammer führende erste Zuleitung für eine ständige Beaufschlagung des ersten Stellkolbens (10) mit einem unter dem Druck der Hochdruckseite stehenden ersten Stellfluid.
  • Aspekt 32# Verwendung eines Zylinderstifts oder -bolzens als Stellkolben in einer Rotationspumpe mit verstellbarem Fördervolumen, vorzugsweise als der erste Stellkolben (10) in der Rotationspumpe (1) nach Aspekt1#.
  • Aspekt 33# Verwendung eines Zylinderstifts oder -bolzens als Stellkolben in einer Flügelpumpe mit verstellbarem Fördervolumen.
  • Aspekt 34# Verwendung eines Zylinderstifts oder -bolzens als Stellkolben nach einem der zwei unmittelbar vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zylinderstift der DIN 7 oder DIN 6325 oder DIN 7979 und/oder dem ISO-Standard ISO 2338 oder ISO 8734 oder ISO 8735 entspricht.
  • Aspekt 35# Rotationspumpe nach dem Aspekt# 13#, wobei das Fluidsystem (6) hergerichtet ist, um während des Pumpenbetriebs zumindest eine der Stellkolbenkammern permanent mit Stellfluid zu versorgen.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren erläutert. An den Ausführungsbeispielen offenbar werdende Merkmale bilden jeweils einzeln und in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche und die vorstehend erläuterten Ausgestaltungen und auch der Aspekte vorteilhaft weiter. Es zeigen:
  • 1 geregelte Rotationspumpe mit Stufenkolben.
  • 2 geregelte Rotationspumpe mit zwei Stellkolben, Prinzipskizze.
  • 3 detaillierte Darstellung einer geregelten Rotationspumpe gemäß der 2.
  • 1 zeigt eine geregelte Rotationspumpe 1. Die Rotationspumpe 1 hat ein Gehäuse 2, das einen Hohlraum 15 umgibt. In dem Hohlraum 15, der vollständig der Saugseite der Rotationspumpe zuzurechnen ist, ist ein Förderrotor 7 angeordnet, der um eine Rotationsachse R gedreht werden kann. Die Rotationsachse R ist Teil einer Welle, die antriebstechnisch mit einem nicht gezeigten Verbrennungsmotor verbunden sein kann, der in Abhängigkeit seiner momentanen Drehzahl die Umdrehungsgeschwindigkeit des Förderrotors 7 bestimmt. Der Förderrotor 7 ist ein mehrflügeliger Rotor.
  • Der Förderrotor 7 ist von einem Stellorgan 3 umgeben, das eine Umfangswand einer Pumpen- oder Förderkammer 4 bildet. Der Förderrotor 7 respektive dessen Flügel bilden mehrere Förderzellen 16, in denen das von der Rotationspumpe 1 geförderte Medium von einem Einlass in die Förderkammer 4 zu einem Auslass aus der Förderkammer 4 transportiert wird und dabei eine Druckerhöhung erfahren kann.
  • Das Stellorgan 3 ist ein Stellring, der um eine Schwenkachse SA in eine Stellrichtung und eine Rückstellrichtung verschwenkt werden kann. Das Stellorgan 3 weist eine Schulter 5 auf, auf die eine Stelleinrichtung 9 in die Stellrichtung und eine Rückstelleinrichtung 8 in die Rückstellrichtung einwirken können.
  • Die Stelleinrichtung 9 wird von einem Stufenkolben 17 gebildet, der mit einem Stellfluid beaufschlagt werden kann. Der Stufenkolben 17 weist eine erste Wirkfläche 18 und eine zweite Wirkfläche 19 auf, die unabhängig voneinander mit einem Stellfluid beaufschlagt werden können. Der Stufenkolben 17 ist in dem Gehäuse 2 in einer Bohrung geführt. Eine Führung des Stufenkolbens 17, in der der Stufenkolben 17 beweglich geführt ist, ist durch das Gehäuse 2 gebildet. Grundsätzlich kann die Führung durch ein vom Gehäuse 2 separates Bauteil, beispielsweise durch eine Hülse, gebildet sein. Das Gehäuse 2 kann grundsätzlich auch als ein Sinterbauteil ausgebildet sein. Die Führung des als Sinterbauteil gebildeten Gehäuses 2 kann oberflächenverdichtet sein. Auch ist es grundsätzlich denkbar, dass das separate Bauteil ein Sinterbauteil ist, das vorzugsweise im Führungsbereich oberflächenverdichtet ist.
  • Die Rückstelleinrichtung 8 ist durch ein Federelement gebildet, das sich mit einem Ende an dem Gehäuse 2 und mit dem anderen Ende an der Schulter 5 abstützt. Das Federelement hat eine vorgegebene Federkraft mit der es das Stellorgan 3 in eine Endposition verschwenken und dort halten kann, solange die Stelleinrichtung 9 nicht mit einer Stellkraft auf die Schulter 5 des Stellorgans drückt, die größer ist als die vorgegebene Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung 8.
  • Die Stellkraft der Stelleinrichtung 9 wird von einem Stellfluid bestimmt, dass über Zuleitungen L1 und L2 eines Fluidsystems 6 der Rotationspumpe 1 zu der ersten Wirkfläche 18 des Stufenkolbens 17 respektive der zweiten Wirkfläche 19 des Stufenkolbens 17 geleitet werden kann. Im gezeigten Beispiel kann das Stellfluid von einer Stellfluidquelle 14 durch die Zuleitung L2 direkt und während dem Pumpenbetrieb permanent an der ersten Wirkfläche 18 des Stufenkolbens 17 wirken. Das Stellfluid für die erste Wirkfläche 18 kommt aus der gleichen Stellfluidquelle 14 wie das Stellfluid für die zweite Wirkfläche 19. Das Stellfluid für die zweite Wirkfläche 19 wird aber durch ein Steuerventil 12 einer Drucksteuereinrichtung des Fluidsystems 6 geleitet. Das Steuerventil 12 hat mindestens zwei Schaltzustände, die jeweils durch eine Kolbenposition seines Steuerkolbens definiert sind. In dem ersten Schaltzustand des Steuerventils 12 ist die zweite Wirkfläche 19 über das Steuerventil 12 an der Stellfluidquelle 14 angebunden, wodurch das Stellfluid in die der zweiten Wirkfläche 19 zugeordnete Stellkolbenkammer strömt und die zweite Wirkfläche 19 beaufschlagt. In dem zweiten Schaltzustand des Steuerventils 12, der in der 1 gezeigt ist, ist die zweite Wirkfläche 19 mit einem Reservoir 13 direkt verbunden, wodurch das Stellfluid aus der der zweiten Wirkfläche 19 zugeordneten Stellkolbenkammer in das Reservoir 13 abströmt und druckentlastet wird. Das Steuerventil 19 ist als ein binär wirkendes Schaltventil, das mindestens zwei diskrete Schaltzustände aufweist, oder als ein pulsweitenmoduliertes Proportionalventil, das nicht nur diskrete Schaltzustände, sondern auch Zwischenstellungen zulässt, ausgebildet.
  • Die Stelleinrichtung 9 kann folglich mit unterschiedlichen Kräften auf die Schulter 5 des Stellorgans 3 einwirken, indem die zweite Wirkfläche 19 durch das Steuerventil 12 je nach Anforderung an eine momentane Förderleistung der Rotationspumpe zu oder abgeschaltet wird.
  • Das Steuerventil 12 ist ein Elektromagnetventil. Das Steuerventil 12 weist einen Signalanschluss auf, der mit einer externen Steuerung, beispielsweise einer Motorsteuerung, verbunden ist. Das Steuerventil 12 weist einen Elektromagneten und eine Spanneinrichtung auf, die einander entgegenwirken. Die der Spanneinrichtung entgegenwirkende Magnetkraft ist vorzugsweise zur Einstellung des ersten Schaltzustands vorgesehen, in der ein Arbeitsanschluss des Steuerventils 12 und damit die zweite Wirkfläche 19 mit einem Druckanschluss des Steuerventils 12 und damit mit der Stellfluidquelle 14 verbunden ist. Die Spannkraft der Spanneinrichtung des Steuerventils 12 ist zur Einstellung des zweiten Schaltzustands vorgesehen, in der der Arbeitsanschluss des Steuerventils 12 und damit die zweite Wirkfläche 19 mit einem Entlastungsanschluss des Steuerventils 12 und damit mit dem Reservoir 13 verbunden ist.
  • Durch das Steuerventil 12 kann zusätzlich zum permanent auf den Stufenkolben 17 wirkenden Stelldruck ein weiterer auf den Stufenkolben 17 wirkender Stelldruck eingestellt werden, wodurch eine gesteuerte oder geregelte Verstellung des Stellorgans 3 mit einer Schutzfunktion, durch die eine Verstellung des Stellorgans 3 auch dann erfolgt, wenn das Steuerventil 12 ausfällt oder deaktiviert ist, realisiert werden kann. Das Stellorgan 3 ist bei aktivem und/oder ordnungsgemäß arbeitendem Steuerventil 12 nur mit der Beaufschlagung mit dem zusätzlichen Stelldruck verstellbar. Wenn das Steuerventil 12 aktiv und/oder ordnungsgemäß funktioniert kann das Stellorgan 3 allein durch den permanent auf die erste Wirkfläche 18 wirkenden Stelldruck nicht verstellt werden. Die permanent mit dem Stelldruck beaufschlagte erste Wirkfläche 18 ist so ausgelegt, dass der auf sie wirkende Stelldruck für eine alleinige Verstellung des Stellorgans 3 erst dann groß genug ist, wenn ein vorgegebenes Druckniveau erreicht ist, welches höher ist als ein maximales Druckniveau auf das das aktive und/oder ordnungsgemäß arbeitende Steuerventil 12 abregelt.
  • Bei ordnungsgemäßer Funktion des Steuerventils 12 und/oder bei aktivem Steuerventil 12 wird die Rotationspumpe 1 durch das Steuerventil 12 auf einen maximalen Pumpenausgangsdruck abgeregelt. Durch diesen maximalen Pumpenausgangsdruck resultiert durch die permanent mit Stelldruck beaufschlagte erste Wirkfläche 18 eine permanent auf den Stufenkolben 17 wirkende Stellkraft, die kleiner ist als eine notwendige Stellkraft, die mindestens notwendig ist, um das Stellorgan 3 zu verstellen. Damit ist bei ordnungsgemäß arbeitendem und/oder aktivem Steuerventil 12 stets der durch das Steuerventil 12 einstellbare und auf die zweite Wirkfläche 19 wirkende Stelldruck zusätzlich notwendig, um das Stellorgan 3 zu verstellen. Fällt das Steuerventil 12 durch einen Defekt aus oder wird die Ansteuerung des Steuerventils 12 in ausgewählten Betriebszuständen deaktiviert, erfolgt keine Abregelung der Rotationspumpe 1 durch das Steuerventil 12, wodurch der Pumpenausgangsdruck über den maximalen Pumpenausgangsdruck ansteigen kann. Die permanent beaufschlagte erste Wirkfläche 18 begrenzt diesen Anstieg auf einen Fail-safe-Pumpenausgangsdruck. Der Fail-safe-Pumpenausgangsdruck ist größer als der maximale Pumpenausgangsdruck aber kleiner als ein kritischer Pumpenausgangsdruck, bei dem eine Beschädigung von Bauteilen erfolgen könnte. Durch den Fail-safe-Pumpenausgangsdruck resultiert durch die permanent beaufschlagte erste Wirkfläche 18 eine auf den Stufenkolben 17 permanent wirkende Stellkraft, die größer ist als die notwendige Stellkraft, um das Stellorgan 3 zu verstellen.
  • Die durch die permanent beaufschlagte erste Wirkfläche 18 resultierende und permanent auf den Stufenkolben 17 wirkende Stellkraft allein bestimmt bei ordnungsgemäßer und/oder aktiver Funktion des Steuerventils 12 nicht die Verstellung des Stellorgans 3. Die durch die permanent beaufschlagte erste Wirkfläche 18 resultierende Stellkraft verleiht dem Stufenkolben 17 eine Fail-Safe-Eigenschaft bei Ausfall des Steuerventils 12. Die durch die permanent beaufschlagbare erste Wirkfläche 18 resultierende und permanent wirkende Stellkraft dient zur Backup-Verstellung des Stellorgans 3 für den Fall, dass das Steuerventil 12 oder die zugeordnete Steuerungseinrichtung aufgrund eines Defekts ausfällt, beispielsweise wegen eines Kabelbruchs oder einer gelösten elektrischen Steckverbindung, oder wenn das Steuerventil 12 in bestimmten Betriebszuständen deaktiviert ist. Der Stufenkolben 17, insbesondere die erste Wirkfläche 18, ist so ausgelegt, dass im Falle eines Ausfalls oder Deaktivierung des Steuerventils 12 das Fördervolumen der Rotationspumpe 1 von Maximal in Richtung Minimal erst bei Erreichen eines Pumpenausgangsdrucks verstellt wird, der größer ist als ein größter Pumpenausgangsdruck, der sich bei ordnungsgemäßer und aktiver Funktion des Steuerventil 12 einstellt, und kleiner ist als ein Pumpenausgangsdruck, der zu einer Beschädigung zumindest eines Bauteils führen würde. Die erste Wirkfläche 18 dient zur Schutzabregelung der Rotationspumpe 1, wenn das Steuerventil 12 durch einen Defekt oder eine Deaktivierung ausfällt. Dadurch wird ein sicherer Betrieb gewährleistet, auch wenn das Steuerventil 12 ausfällt oder in bestimmten Betriebszuständen nicht angesteuert wird. Es kann dadurch eine genaue und flexible Anpassbarkeit an den Bedarf mit einer auch bei Ausfall des Steuerventils 12 gewährleisteten Versorgungssicherheit realisiert werden. Dadurch wird eine sogenannte Second-Level-Steuerung oder -regelung für das Fördervolumen der Rotationspumpe 1 realisiert.
  • Die 2 und 3 zeigen eine geregelte Rotationspumpe 1 mit einer Stelleinrichtung 9 die einen ersten Stellkolben 10 und einen zweiten Stellkolben 11 umfasst. In der 3 sind Elemente der Rotationspumpe 1, die identisch mit Elementen der Rotationspumpe 1 der 1 sind, mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Zur besseren Veranschaulichung der Erfindung sind die Rotationspumpen 1 der 1 und 3 bis auf die Stelleinrichtungen 9 im Wesentlichen identisch aufgebaut, was aber die Erfindung nicht auf diese beispielhafte Bauart beschränkt.
  • Die 2 zeigt skizzenhaft eine geregelte Rotationspumpe 1 mit einem Gehäuse 2, das einen Hohlraum 15 bildet, einem Stellorgan 3, das eine Förderkammer 4 umgibt, und einer Stelleinrichtung 9 sowie einer Rückstelleinrichtung 8, die beide an eine Schulter 5 des Stellorgans 3 anliegen.
  • Die Stelleinrichtung 9 umfasst einen ersten Stellkolben 10 und einem zweiten Stellkolben 11, die beide in je einer Bohrung in dem Gehäuse 2 geführt sind und zusammen mit dem Gehäuse 2 eine erste Stellkolbenkammer 10a für den ersten Stellkolben 10 und eine zweite Stellkolbenkammer 11a für den zweiten Stellkolben 11 bilden. Eine Führung des ersten Stellkolbens 10 und eine Führung des zweiten Stellkolbens 11, in denen die Stellkolben 10, 11 jeweils beweglich geführt sind, sind durch das Gehäuse 2 gebildet. Grundsätzlich können die Führung des ersten Stellkolbens 10 und/oder die Führung des zweiten Stellkolbens 11 durch ein vom Gehäuse 2 separates Bauteil, beispielsweise durch eine Hülse, gebildet sein. Das Gehäuse 2 kann grundsätzlich auch als ein Sinterbauteil ausgebildet sein. Die erste Führung und/oder die zweite Führung des Gehäuses 2 können dabei oberflächenverdichtet sein. Auch ist es grundsätzlich denkbar, dass das separate Bauteil ein Sinterbauteil ist, das vorzugsweise im Führungsbereich oberflächenverdichtet ist.
  • 3 zeigt in einer detaillierteren Darstellung die geregelte Rotationspumpe 1 der 2. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Rotationspumpe 1 ein Gehäuse 2, das einen Hohlraum 15 umgibt. In dem Hohlraum 15, der vollständig der Saugseite der Rotationspumpe zuzurechnen ist, ist ein Förderrotor 7 angeordnet, der um eine Rotationsachse R gedreht werden kann. Die Rotationsachse R ist zum Beispiel die Mittellängsachse einer Welle, die antriebstechnisch mit einem nicht gezeigten Verbrennungsmotor verbunden sein kann, der in Abhängigkeit seiner momentanen Drehzahl die Umdrehungsgeschwindigkeit des Förderrotors 7, der relativ zu dieser Welle nicht verdreht werden kann, bestimmt. Der Förderrotor 7 ist ein mehrflügeliger Rotor.
  • Der Förderrotor 7 ist von einem Stellorgan 3 umgeben, das eine Umfangswand einer Pumpen- oder Förderkammer 4 bildet. Der Förderrotor 7 respektive dessen Flügel bilden mehrere Förderzellen 16, in denen das von der Rotationspumpe 1 geförderte Medium von einem Einlass in die Förderkammer 4 zu einem Auslass aus der Förderkammer 4 transportiert wird und dabei eine Druckerhöhung erfahren kann.
  • Das Stellorgan 3 ist ein Stellring, der um eine Schwenkachse SA in eine Stellrichtung und eine Rückstellrichtung verschwenkt werden kann. Das Stellorgan 3 weist eine Schulter 5 auf, auf die eine Stelleinrichtung 9 in die Stellrichtung und eine Rückstelleinrichtung 8 in die Rückstellrichtung einwirken können.
  • Die Stelleinrichtung 9 wird im Ausführungsbeispiel von einem ersten Stellkolben 10 und einem zweiten Stellkolben 11 gebildet. Der erste Stellkolben 10 und der zweite Stellkolben 11 sind in Radialrichtung zur Rotationsachse R des Förderrotors 7 hintereinander versetzt angeordnet und verlaufen im Wesentliche parallel zueinander. Die Stellkolben 10, 11 wirken mit unterschiedlichen Hebelarmen auf das Stellorgan 3. In diesem Ausführungsbeispiel wirkt der zweite Stellkolben 11 mit einem längeren Hebelarm auf das Stellorgan 3 als der erste Stellkolben 10. In Axialrichtung zur Rotationsachse R fehlt den zwei Stellkolben 10, 11 ein Versatz zueinander, wodurch die zwei Stellkolben 10, 11 in Axialrichtung fluchtend zueinander angeordnet sind. Grundsätzlich können die Stellkolben 10, 11 mit dem gleichen Hebelarm auf das Stellorgan 3 einwirken. Zusätzlich oder alternativ können die zwei Stellkolben 10, 11 in Axialrichtung versetzt angeordnet sein. Im Ausführungsbeispiel werden der erste Stellkolben 10 und der zweite Stellkolben 11 jeweils durch einen handelsüblichen und bevorzugt genormten Zylinderstift oder Zylinderbolzen gebildet. Diese Zylinderstifte oder -bolzen können aus einem gehärteten Metall gebildet sein.
  • Der erste Stellkolben 10 und der zweite Stellkolben 11 sind in dem Gehäuse 2 in je einer Bohrung geführt. Die Bohrungen bilden neben der Führung für die Stellkolben 10, 11 eine erste Stellkolbenkammer 10a für den ersten Stellkolben 10 und eine zweite Stellkolbenkammer 11a für den zweiten Stellkolben 11. Die dem Stellorgan 3 abgewandten Enden des ersten Stellkolbens 10 und des zweiten Stellkolbens 11 bilden die Wirkflächen 18‘, 19‘ für ein Stellfluid.
  • Die Rückstelleinrichtung 8 ist durch ein Federelement gebildet, das sich mit einem Ende an dem Gehäuse 2 und mit dem anderen Ende an der Schulter 5 abstützt. Das Federelement hat eine vorgegebene Federkraft mit der es das Stellorgan 3 in eine Endeposition verschwenken und dort halten kann, solange die Stelleinrichtung 9 nicht mit einer Stellkraft auf die Schulter 5 des Stellorgans 3 drückt, die größer ist als die vorgegebene Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung 8.
  • Die Kraft der Stelleinrichtung 9 wird von einem Stellfluid bestimmt, dass über Zuleitungen L1 und L2 eines Fluidsystems 6 der Rotationspumpe 1 zu der ersten Stellkolbenkammer 10a respektive der zweiten Stellkolbenkammer 11a geleitet werden kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Stellfluid von einer Stellfluidquelle 14 durch die Zuleitung L2 während einem Pumpenbetrieb permanent und direkt in die zweite Stellkolbenkammer 11a geleitet werden und dort auf die Wirkfläche 18‘ des zweiten Stellkolbens 11 wirken. Das Stellfluid für die erste Stellkolbenkammer 10a kommt aus der gleichen Stellfluidquelle 14 wie das Stellfluid für die zweite Stellkolbenkammer 11a. Das Stellfluid für die zweite Stellkolbenkammer 11a wird aber durch ein Steuerventil 12 einer Drucksteuereinrichtung des Fluidsystems 6 geleitet. Das Steuerventil 12 hat mindestens zwei Schaltzustände, die jeweils durch eine Kolbenposition seines Steuerkolbens definiert sind. In dem ersten Schaltzustand des Steuerventils 12 ist die erste Stellkolbenkammer 10a über das Steuerventil 12 an der Stellfluidquelle 14 angebunden, wodurch das Stellfluid in die erste Stellkolbenkammer 10a strömt und auf die Wirkfläche 19‘ des ersten Stellkolbens 10 wirkt. In dem zweiten Schaltzustand des Steuerventils 12, der in der 3 gezeigt ist, ist die zweite Stellkolbenkammer 11a über das Steuerventil 12 mit einem Reservoir 13 direkt verbunden, wodurch das Stellfluid aus der der zweiten Stellkolbenkammer 11a in das Reservoir 13 abströmt und druckentlastet wird. In dem zweiten Schaltzustand des Steuerventils 12 ist lediglich die zweite Stellkolbenkammer 11a an der Stellfluidquelle 14 angebunden, wodurch lediglich der zweite Stellkolben 11 mit dem Stellfluid beaufschlagt wird. In dem ersten Schaltzustand des Steuerventils 12 sind die erste Stellkolbenkammer 10a und die zweite Stellkolbenkammer 11a an der Stellfluidquelle 14 angebunden, wodurch der erste Stellkolben 10 und der zweite Stellkolben 11 mit dem Stellfluid beaufschlagt werden. Das Steuerventil 12 ist als ein Elektromagnetventil ausgebildet. Der erste Schaltzustand stellt sich aktiv ein und der zweite Schaltzustand stellt sich passiv ein. Der erste Schaltzustand stellt sich durch Ansteuerung eines Elektromagneten des Steuerventils 12 ein. Der zweite Schaltzustand stellt sich durch eine Ventilfeder des Steuerventils 12 ein. Das Steuerventil 12 weist einen Signalanschluss auf, der mit einer externen Steuerung, beispielsweise einer Motorsteuerung, verbunden ist. Das Steuerventil 12 ist als ein binär wirkendes Schaltventil, das mindestens zwei diskrete Schaltzustände aufweist, oder als ein pulsweitenmoduliertes Proportionalventil, das nicht nur diskrete Schaltzustände, sondern auch Zwischenstellungen zulässt, ausgebildet.
  • Der Pumpenausgang der Rotationspumpe 1 bildet die Stellfluidquelle 14. Zur Beaufschlagung der Stellkolben 10, 11 mit dem Stellfluid wird ein von der Rotationspumpe 1 gefördertes Fluid nach einem Filter und/oder Kühler abgezweigt. Das Stellfluid ist als ein Pumpenausgangsdruck ausgebildet.
  • Die Stelleinrichtung 9 kann folglich mit unterschiedlichen Kräften auf die Schulter 5 des Stellorgans 3 einwirken, indem die Wirkfläche 19‘ des ersten Stellkolbens 10 durch das Steuerventil 12 je nach Anforderung an eine momentane Förderleistung der Rotationspumpe 1 zu oder abgeschaltet wird.
  • Durch das Steuerventil 12 kann zusätzlich zum permanent auf das Stellorgan 3 wirkenden Stelldruck ein weiterer auf das Stellorgan 3 wirkender Stelldruck eingestellt werden, der in die Stellrichtung und damit gegen die Rückstelleinrichtung 8 wirkt. Das Stellorgan 3 ist bei aktivem und/oder ordnungsgemäß arbeitendem Steuerventil 12 nur mit der Bereitstellung des zusätzlichen Stelldrucks verstellbar. Wenn das Steuerventil 12 aktiv und/oder ordnungsgemäß funktioniert kann das Stellorgan 3 allein durch den permanent mit dem Stelldruck beaufschlagten zweiten Stellkolben 11 nicht verstellt werden. Der permanent mit dem Stelldruck beaufschlagte zweite Stellkolben 11 ist so ausgelegt, dass der auf ihn permanent wirkende Stelldruck für eine alleinige Verstellung des Stellorgans 3 erst dann groß genug ist, wenn ein vorgegebenes Druckniveau erreicht ist, welches höher ist als ein maximales Druckniveau auf das das aktive und/oder ordnungsgemäß arbeitende Steuerventil 12 abregelt.
  • Bei ordnungsgemäßer Funktion des Steuerventils 12 und/oder bei aktivem Steuerventil 12 wird die Rotationspumpe 1 durch das Steuerventil 12 auf einen maximalen Pumpenausgangsdruck abgeregelt. Durch diesen maximalen Pumpenausgangsdruck resultiert eine auf den permanent beaufschlagten zweiten Stellkolben 11 wirkende Stellkraft, die kleiner ist als eine notwendige Stellkraft, die mindestens notwendig ist, um das Stellorgan 3 zu verstellen. Damit ist bei ordnungsgemäß arbeitendem und/oder aktivem Steuerventil 12 stets der durch das Steuerventil 12 einstellbare und auf den ersten Stellkolben 10 wirkende Stelldruck zusätzliche notwendig, um das Stellorgan 3 zu verstellen. Fällt das Steuerventil 12 durch einen Defekt aus oder wird die Ansteuerung des Steuerventils 12 in ausgewählten Betriebszuständen deaktiviert, erfolgt keine Abregelung der Rotationspumpe 1 durch das Steuerventil 12, wodurch der Pumpenausgangsdruck über den maximalen Pumpenausgangsdruck ansteigen kann. Der permanent beaufschlagte zweite Stellkolben 11 begrenzt diesen Anstieg auf einen Fail-safe-Pumpenausgangsdruck. Der Fail-safe-Pumpenausgangsdruck ist größer als der maximale Pumpenausgangsdruck aber kleiner als ein kritischer Pumpenausgangsdruck, bei dem eine Beschädigung von Bauteilen erfolgen könnte. Durch den Fail-safe-Pumpenausgangsdruck resultiert eine auf den permanent beaufschlagten zweiten Stellkolben wirkende Stellkraft, die größer ist als die notwendige Stellkraft, um das Stellorgan 3 zu verstellen.
  • Die durch die permanent beaufschlagte Wirkfläche 18‘ resultierende und permanent auf den zweiten Stellkolben 11 wirkende Stellkraft allein bestimmt bei ordnungsgemäßer und aktiver Funktion des Steuerventils 12 nicht die Verstellung des Stellorgans 3. Der auf die Wirkfläche 18‘ des zweiten Stellkolbens 11 permanent wirkende Stelldruck verleiht der Stelleinrichtung 9 eine Fail-Safe-Eigenschaft bei Ausfall des Steuerventils 12. Die durch den permanent wirkenden Stelldruck resultierende Verstellung dient als Backup-Verstellung des Stellorgans 3 für den Fall, dass das Steuerventil 12 oder die zugeordnete Steuerungseinrichtung aufgrund eines Defekts ausfällt, beispielsweise wegen eines Kabelbruchs oder einer gelösten elektrischen Steckverbindung, oder wenn das Steuerventil 12 in bestimmten Betriebszuständen deaktiviert ist. Der zweite Stellkolben 11, insbesondere seine Wirkfläche 18‘, ist so ausgelegt, dass im Falle eines Ausfalls oder Deaktivierung des Steuerventils 12 das Fördervolumen der Rotationspumpe 1 von Maximal in Richtung Minimal erst bei Erreichen eines Pumpenausgangsdrucks verstellt wird, der größer ist als ein größter Pumpenausgangsdruck, der sich bei ordnungsgemäßer und aktiver Funktion des Steuerventil 12 einstellt, und kleiner ist als ein Pumpenausgangsdruck, der zu einer Beschädigung zumindest eines Bauteils führen würde. Der zweite Stellkolben 11 dient zur Schutzabregelung der Rotationspumpe 1, wenn das Steuerventil 12 durch einen Defekt oder eine Deaktivierung ausfällt. Dadurch wird eine sicherer Betrieb gewährleistet, auch wenn das Steuerventil 12 ausfällt oder in bestimmten Betriebszuständen nicht angesteuert wird. Es kann dadurch eine genaue und flexible Anpassbarkeit an den Bedarf mit einer auch bei Ausfall des Steuerventils 12 gewährleisteten Versorgungssicherheit realisiert werden. Es wird dadurch eine sogenannte Second-Level-Steuerung oder -regelung für das Fördervolumen der Rotationspumpe 1 realisiert. Damit wird ein sicherer Betrieb gewährleistet, auch wenn das Steuerventil ausfällt oder in bestimmten Betriebszuständen nicht angesteuert wird.
  • In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Rotationspumpe 1 der 3 zusätzlich zu dem ersten Stellkolben 10 und dem zweiten Stellkolben 11 einen weiteren Stellkolben, zwei weitere Stellkolben, drei weitere Stellkolben oder mehr als drei weitere Stellkolben aufweisen. Dieser weitere Stellkolben oder diese weiteren Stellkolben können auf die Schulter 5 in die Stellrichtung und/oder die Rückstellrichtung wirken. Alternativ kann das Stellorgan in Umfangsrichtung mehr als eine Schulter 5 aufweisen auf die die weiteren Stellkolben in die Stellrichtung und/oder in die Rückstellrichtung wirken können.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rotationspumpe
    2
    Gehäuse
    3
    Stellorgan
    4
    Förderkammer
    5
    Schulter
    6
    Fluidsystem
    7
    Förderrotor
    8
    Rückstelleinrichtung
    9
    Stelleinrichtung
    10
    Stellkolben
    10a
    Stellkolbenkammer
    11
    Stellkolben
    11a
    Stellkolbenkammer
    12
    Steuerventil
    13
    Reservoir
    14
    Stellfluidquelle
    15
    Hohlraum
    16
    Förderzelle
    17
    Stufenkolben
    18
    Wirkfläche
    18‘
    Wirkfläche
    19
    Wirkfläche
    19‘
    Wirkfläche
    L1
    Leitung
    L2
    Leitung
    SA
    Schwenkachse
    R
    Rotationsachse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 049838 A1 [0004]
    • US 4259039 [0004]
    • DE 7501056 U [0004]
    • DE 3446603 A1 [0004]
    • DE 4302610 A1 [0004]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN 7 [0021]
    • DIN 6325 [0021]
    • DIN 7979 [0021]
    • ISO-Standards ISO 2338 [0021]
    • ISO 8743 [0021]
    • ISO 8735 [0021]
    • DIN 7 [0052]
    • DIN 6325 [0052]
    • DIN 7979 [0052]
    • ISO-Standard ISO 2338 [0052]
    • ISO 8734 [0052]
    • ISO 8735 [0052]
    • DIN 7 [0079]
    • DIN 6325 [0079]
    • DIN 7979 [0079]
    • ISO-Standard ISO 2338 [0079]
    • ISO 8734 [0079]
    • ISO 8735 [0079]

Claims (15)

  1. Rotationspumpe mit verstellbarem Fördervolumen, vorzugsweise Flügelzellenpumpe, die Rotationspumpe umfassend: (a) ein Gehäuse (2) mit einer Förderkammer (4), in die ein Einlass und ein Auslass für ein Fluid münden, (b) wenigstens einen in der Förderkammer (4) um eine Rotationsachse (R) drehbaren Förderrotor (7), (c) ein Stellorgan (3), das zur Veränderung des Fördervolumens relativ zum Förderrotor (7) in eine Stellrichtung und der Stellrichtung entgegen in eine Rückstellrichtung beweglich ist, (d) eine Rückstelleinrichtung (8) zur Ausübung einer auf das Stellorgan (3) in die Rückstellrichtung wirkenden Rückstellkraft, (e) wenigstens einen beweglich geführten ersten Stellkolben (10), der zur Ausübung einer in die Stellrichtung auf das Stellorgan (3) wirkenden ersten Stellkraft vorgesehen ist, (f) und wenigstens einen beweglich geführten zweiten Stellkolben (11), der zur Ausübung einer in die Stellrichtung auf das Stellorgan (3) wirkenden zweiten Stellkraft vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass (h) die erste Stellkraft und die zweite Stellkraft in zumindest einem Betriebszustand auf einen voneinander unterschiedlichen Wert einstellbar sind.
  2. Rotationspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stellkolben (10) in einer ersten Stellkolbenkammer (10a) mit einem ersten Stellfluid beaufschlagbar ist und der zweite Stellkolben (11) in einer zweiten Stellkolbenkammer (11a) mit einem zweiten Stellfluid beaufschlagbar ist, wobei zur Einstellung der unterschiedlichen Stellkräfte die zwei Stellkolben (10, 11) mit sich voneinander unterscheidenden Stelldrücken beaufschlagbar sind und/oder die zwei Stellkolben (10, 11) voneinander unterschiedliche mit dem Stellfluid beaufschlagbare Wirkflächen (18‘, 19‘) aufweisen.
  3. Rotationspumpe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Fluidsystem (6), das zur Beaufschlagung der Stellkolben (10, 11) mit dem Stellfluid ein von der Rotationspumpe (1) gefördertes Fluid abzweigt.
  4. Rotationspumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidsystem (6) dazu vorgesehen ist, während einem Pumpenbetrieb zumindest eines der Stellkolben (11) permanent mit dem Stellfluid zu beaufschlagen.
  5. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Drucksteuereinrichtung, die dazu vorgesehen ist, zur Einstellung der unterschiedlichen Stellkräfte den zumindest auf eines der Stellkolben (10) wirkenden Stelldruck zu verändern.
  6. Rotationspumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung zumindest ein Steuerventil (12) aufweist, das dazu vorgesehen ist, in einem Schaltzustand die Beaufschlagung des Stellkolbens (10) mit dem Stellfluid zuzuschalten und in einem anderen Schaltzustand die Beaufschlagung des Stellkolbens (10) mit dem Stellfluid abzuschalten.
  7. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stellkolben (10) und der zweite Stellkolben (11) dazu vorgesehen sind, bezogen auf eine um die Rotationsachse (R) gerichtete Richtung versatzlos auf das Stellorgan (3) einzuwirken.
  8. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stellkolben (10) und der zweite Stellkolben (11) zumindest im Wesentlichen parallel zueinander beweglich geführt sind.
  9. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stellkolben (10) und/oder der zweite Stellkolben (11) zumindest über seine gesamte geführte Länge einfach zylindrisch ist oder der erste Stellkolben (10) und/oder der zweite Stellkolben (11) durch einen mehrstufigen Kolben gebildet ist.
  10. Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein normierter Zylinderstift oder -bolzen den ersten Stellkolben (10) bildet und/oder ein normierter Zylinderstift oder -bolzen den zweiten Stellkolben (11) bildet.
  11. Rotationspumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Zylinderstift oder -bolzen der DIN 7 oder DIN 6325 oder DIN 7979 und/oder dem ISO-Standard ISO 2338 oder ISO 8734 oder ISO 8735 entspricht.
  12. Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgan (3) eine vom Förderrotor (7) weg nach außen abragende oder eine zum Förderrotor (7) hin nach innen einragende Schulter (5) aufweist, wobei die zwei Stellkolben (10, 11) auf diese Schulter (5) wirken, vorzugsweise jeweils in einem nur auf Druck beruhenden Kontakt.
  13. Rotationspumpe nach dem vorgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulter (5) in Umfangsrichtung des Stellorgans (3) gesehen eine Oberseite und eine Unterseite umfasst und die Stellkolben (10, 11) auf die Oberseite der Schulter (5) und die Rückstelleinrichtung (8) auf die Unterseite der Schulter wirken, vorzugsweise jeweils in einem nur auf Druck beruhenden Kontakt.
  14. Rotationspumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgang (3) um eine Schwenkachse (SA) schwenkbar ist und die Schulter (5) in einem Umfangsbereich des Stellorgans (3) gebildet ist, der in Bezug auf die Rotationsachse (R) des Förderrotors (7) der Schwenkachse (SA) gegenüberliegt, wobei sich der Umfangsbereich vorzugsweise über einen Bogenwinkel α = ±40°, bezogen auf eine die Rotationsachse (R) und die Schwenkachse (SA) schneidende gerade Linie, erstreckt.
  15. Rotationspumpe nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stellkolben (10) und der zweite Stellkolben (11) in jeder Position des Stellorgans (3) im Pumpenbetrieb stets an dem Stellorgan (3) anliegen, auch wenn der jeweilige Stellkolben (10, 11) nicht mit dem Stellfluid beaufschlagt ist.
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ISO 8734
ISO 8735
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