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Dokumentenidentifikation DE102006024293A1 27.12.2007
Titel Schmiermittelversorgungsvorrichtung mit einer Schmiermittelpumpe mit integriertem Regelventil
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Mendl, Günther, Dr., 91171 Greding, DE;
Ehrhardt, Jens, 97877 Wertheim, DE
DE-Anmeldedatum 24.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006024293
Offenlegungstag 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse F16N 13/04(2006.01)A, F, I, 20060524, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F01M 1/02(2006.01)A, L, I, 20060524, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Schmiermittelversorgungsvorrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schmiermittelpumpe mit integriertem Regelventil, wobei ein Gehäuse der Schmiermittelpumpe eine Kolbenaufnahme für einen Regelkolben des Regelventils aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Kolbenaufnahme (4) in einem Gehäuseeinsatz (5) des Gehäuses (2) ausgebildet ist und dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Gehäuseeinsatzes (5) gegenüber dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Regelkolbens (10) gleich groß oder etwa gleich groß ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schmiermittelversorgungsvorrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schmiermittelpumpe mit integriertem Regelventil, wobei ein Gehäuse der Schmiermittelpumpe eine Kolbenaufnahme für einen Regelkolben des Regelventils aufweist.

Eine Schmiermittelversorgungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist bekannt. Die Schmiermittelpumpe pumpt Schmiermittel aus einem Schmiermittelreservoir in eine Hauptversorgungsleitung, die das Schmiermittel den zu schmierenden Komponenten zuführt. Die Schmiermittelversorgungsvorrichtung dient insbesondere zur Versorgung der Lager eines Verbrennungsmotors mit einer einen Schmiermittelbedarf abdeckenden Menge Schmiermittel. Dazu ist die Schmiermittelpumpe zum Beispiel so ausgelegt, dass sie eine Förderleistung aufweist, die den maximalen Schmiermittelbedarf deckt und damit in einigen Betriebssituationen eine über den Bedarf hinausgehende Menge Schmiermittel fördert. Diese Menge wird zum Beispiel durch rückführen (absteuern) des von der Schmiermittelpumpe über den Schmiermittelbedarf geförderten Schmiermittels durch einen Bypass zurück in das Schmiermittelreservoir korrigiert. Der Volumenstrom durch den Bypass wird von dem Regelventil bestimmt. Um in jeder Betriebssituation einen Schmiermitteldruck zu gewährleisten, der zur Schmierung tatsächlich benötigt wird, weist das Regelventil einen Regelkolben auf, der in Abhängigkeit des von der Schmiermittelpumpe aufgebauten Schmiermitteldrucks die Schmiermittelversorgung regelt. Dazu wird der Regelkolben einseitig mit dem Schmiermitteldruck beaufschlagt. Der Regelkolben wird vorteilhafterweise in einer im Gehäuse der Schmiermittelpumpe ausgebildeten Kolbenführung geführt. Ist der Regelkolben aus einem ersten Material und das Gehäuse aus einem zweiten, anderen Material hergestellt, das einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizient besitzt, so kommt es bei den im Betrieb auftretenden starken Temperaturschwankungen zu einer erhöhten Leckage an einem Führungsabschnitt der Kolbenaufnahme zur Führung des Regelkolbens, was zu einer geringeren Regelgenauigkeit und einer geringeren Regelgüte führt.

Die bekannte Kolbenaufnahme des Gehäuses soll eine geringere Leckage aufweisen, die eine höhere Regelgenauigkeit ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die Kolbenaufnahme in einem Gehäuseeinsatz des Gehäuses ausgebildet ist und dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Gehäuseeinsatzes gegenüber dem Wärmeausdehnungskoeftizienten des Materials des Regelkolbens gleich groß oder etwa gleich groß ist. Bei gleich großen oder etwa gleich großen Wärmeausdehnungskoeffizienten weisen der Regelkolben und die Kolbenaufnahme auch bei stark unterschiedlichen Temperaturen eine gleichbleibende Dichtigkeit auf. Dies führt zu einer verbesserten Regelgenauigkeit der Regelung des Schmiermitteldrucks. Weiterhin kann das Auslegungsspiel zwischen dem Regelkolben und der Kolbenaufnahme verkleinert werden, wodurch die unvermeidbare, geringe Leckage weiter verringert werden kann. Gleich große oder etwa gleich große Wärmeausdehnungskoeffizienten bedeutet dabei, dass sich die Wärmeausdehnungskoeftizienten der Materialien des Gehäuseeinsatzes und des Regelkolbens insbesondere im betriebsbedingten Temperaturbereich entsprechen oder weitgehend entsprechen. Das Gehäuse besteht bei der erfindungsgemäßen Schmiermittelversorgungsvorrichtung aus dem Gehäuseeinsatz und einem übrigen Gehäuse. Der Gehäuseeinsatz wird in eine dafür vorgesehene Einsatzaufnahme des übrigen Gehäuses – zum Beispiel durch Einpressen – eingesetzt und befestigt. Dabei kann das übrige Gehäuse aus einem Material bestehen, das einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizient besitzt als der Gehäuseeinsatz. Insbesondere besteht das übrige Gehäuse aus dem Material Aluminium. Aluminium ist leicht und gut bearbeitbar und daher ein besonders geeignetes Material zur Ausbildung des übrigen Gehäuses.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Kolbenaufnahme mindestens einen Führungsabschnitt aufweist, in dem der Regelkolben verlagerbar geführt wird. Die Lagerung des Regelkolbens im Führungsabschnitt ist eine Gleitlagerung, bei der der Regelkolben im Führungsabschnitt der Kolbenaufnahme gleitet. An den entsprechenden Gleitflächen kommt es zu der unvermeidbaren, geringen Leckage. Diese kann insbesondere durch Verringerung der Toleranzen zwischen Regelkolben und Kolbenaufnahme im Führungsabschnitt verringert werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Material des Regelkolbens Stahl ist. Stahl ist ein präzise bearbeitbares Material, das über einen weiten Temperaturbereich gleichbleibende Materialeigenschaften aufweist und eignet sich daher besonders zur Herstellung des Regelkolbens.

Weiterhin ist vorgesehen, dass das Material des Gehäuseeinsatzes Stahl ist, der sich vorzugsweise in seiner Zusammensetzung und/oder inneren Struktur von dem Stahl unterscheidet, aus dem der Regelkolben ausgebildet ist. Dabei ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des Stahls des Regelkolbens und der Wärmeausdehnungskoeffizient Stahls des Gehäuseeinsatzes gleich groß oder etwa gleich groß. Da der Regelkolben im Gehäuseeinsatz gleitend gelagert ist, sollte sich der Stahl des Gehäuseeinsatzes und der Stahl des Regelkolbens unterscheiden, um langfristig gute Gleiteigenschaften zu gewährleisten. Dazu können die beiden Stähle zum Beispiel als legierte Stähle ausgebildet mit unterschiedlicher Legierungszusammensetzung ausgebildet sein oder zum Beispiel eine unterschiedliche kristalline Struktur aufweisen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kolbenaufnahme zur Druckbeaufschlagung des Regelkolbens mindestens einen Anschlussbereich für eine Regeldruckleitung aufweist. Zur Druckbeaufschlagung wird der Regelkolben insbesondere mit dem Druck des von der Schmiermittelpumpe geförderten Schmiermittels beaufschlagt, das durch die Regeldruckleitung geleitet wird und über den Anschlussbereich in die Kolbenaufnahme gelangt. Dabei kann der am Auslass der Schmiermittelpumpe vorherrschende Schmiermitteldruck genutzt werden. Mit Vorteil wird jedoch der Schmiermitteldruck einer Hauptersorgungsleitung genutzt, der an den zu schmierenden Teilen herrscht. Da es zwischen dem Ausslass der Schmiermittelpumpe und der Hauptversorgungsleitung zu einem Druckverlust durch Leitungswiderstände und/oder einen zwischengeschalteten Filter kommt, ist der Schmiermitteldruck an der Hauptversorgungsleitung eine deutlich genauere Regelgröße als der Schmiermitteldruck am Auslass der Schmiermittelpumpe.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Verlagerung des Regelkolbens durch die Druckbeaufschlagung mindestens einer Wirkfläche des Regelkolbens und einem zugeordneten Rückstellelement erfolgt. Wird die an der Stirnfläche des Regelkolbens ausgebildete Wirkfläche durch das durch die Regeldruckleitung einströmende Schmiermittel mit Druck beaufschlagt, so verlagert sich der Regelkolben in eine Stellung, die durch den Schmiermitteldruck (beziehungsweise die Kraft, die sich aus dem Produkt aus Schmiermitteldruck und entsprechender Wirkfläche ergibt) und einer der Druckbeaufschlagung entgegenwirkende Rückstellkraft des Rückstellelements bestimmt wird. Das Rückstellelement ist insbesondere als Feder ausgebildet. Die Feder kann zum Beispiel eine Druckfeder sein, die an einem der Stirnfläche gegenüberliegenden Ende des Regelkolbens angeordnet ist und den Regelkolben ohne Druckbeaufschlagung vollständig in die Kolbenaufnahme verlagert.

Insbesondere ist vorgesehen, dass der Regelkolben als mehrstufiger Regelkolben ausgebildet ist, der mehrere Wirkflächen aufweist, die separat mit Druck beaufschlagbar sind. Die Wirkflächen können zum Beispiel an einer gestuften Stirnfläche des Regelkolbens ausgebildet sein, wobei eine kreisförmige Wirkfläche im Innern von einer oder mehreren ringförmigen Wirkflächen radial umgeben ist, die axial verschoben angeordnet sind. Jeder dieser Wirkflächen ist ein separater Anschlussbereich für eine Regeldruckleitung zugeordnet, sodass die Wirkflächen separat mit Druck beaufschlagbar sind. Durch die separat mit Druck beaufschlagbaren Wirkflächen kann der von der Schmiermittelversorgungsvorrichtung aufgebaute Schmiermitteldruck auf unterschiedliche Druckniveaus geregelt werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kolbenlage des Regelkolbens einen Volumenstrom durch eine Steuerleitung der Schmiermittelversorgungsvorrichtung bestimmt oder mitbestimmt. Dazu ist das Regelventil so in die Steuerleitung eingebaut, dass ein Steuerelement des Regelkolbens je nach Kolbenlage des Regelkolbens den Querschnitt der Steuerleitung im Bereich des Regelventils ändert. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuerleitung eine als Bypass ausgebildete Absteuerleitung ist, durch die ein Teil des von der Schmiermittelpumpe geförderten Schmiermittels zurück in ein Schmiermittelreservoir gelangen kann, aus dem die Schmiermittelpumpe das Schmiermittel pumpt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schmiermittelpumpe ein variables Verdrängungsvolumen aufweist, das mittels einer Verstelleinrichtung veränderbar ist. Das Verdrängungsvolumen bestimmt die Fördermenge pro Pumpzyklus. Durch eine Veränderung des Verdrängungsvolumens kann die Förderleistung der Pumpe ohne Änderung der Pumpfrequenz geändert werden.

Schließlich ist vorgesehen, dass die Schmiermittelpumpe eine Verstelleinrichtung aufweist, die das variable Verdrängungsvolumen verändert und die durch die Kolbenlage des Regelkolbens hydraulisch und/oder mechanisch gesteuert wird. Durch eine Rückwirkung des Schmiermitteldrucks des von der Schmiermittelpumpe geförderten Schmiermittels auf das Regelventil, das seinerseits auf die Verstelleinrichtung zur Veränderung des Verdrängungsvolumens der Schmiermittelpumpe mit variablem Verdrängungsvolumen wirkt, ergibt sich ein Regelkreis zur Regelung des Schmiermitteldrucks. Diese Anordnung der Schmiermittelpumpe in dem Regelkreis ist eine Ausführungsform einer volumenstromgeregelten Schmiermittelpumpe, die nur so viel Schmiermittel fördert, wie bei der Betriebssituation – zum Beispiel der Betriebssituation eines Verbrennungsmotors – zur Schmierung tatsächlich notwendig ist. Die volumenstromgeregelte Schmiermittelpumpe benötigt im Durchschnitt aller Betriebssituationen eine geringere Antriebsleistung als eine abgesteuerte Schmiermittelpumpe. Diese Antriebsleistung lässt sich insbesondere durch die höhere Regelgenauigkeit der erfindungsgemäßen Schmiermittelversorgungsvorrichtung weiter verringern.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

1 eine Teilansicht eines Gehäuses einer Schmiermittelpumpe mit einem Gehäuseeinsatz, der eine Kolbenaufnahme zur Führung eines Regelkolbens aufweist.

Die 1 zeigt einen Außenbereich 1 eines Gehäuses 2 einer dieses Gehäuse aufweisenden Schmiermittelpumpe 3, die Teil einer Schmiermittelvorrichtung eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs ist. Der Außenbereich 1 weist eine Kolbenaufnahme 4 auf, die in einem Gehäuseeinsatz 5 ausgebildet ist. Dieser Gehäuseeinsatz 5 ist in einer Einsatzaufnahme 6 eines übrigen Gehäuses 7 angeordnet und bildet mit diesem das Gehäuse 2. Die Kolbenaufnahme 4 ist zudem Teil eines nicht vollständig dargestellten Regelventils 8 und weist einen Führungsabschnitt 9 zur Gleitlagerung und Führung eines Regelkolbens 10 in Führungsrichtung (Doppelpfeil 11) auf. An einem Ende der Kolbenaufnahme 4 finden sich nicht dargestellte Anschlussbereiche für Regeldruckleitungen. Die Positionen der Anschlussbereiche sind durch die Pfeile 13, 14 gekennzeichnet. Der Regelkolben 10 ist als zweistufiger Regelkolben 15 ausgebildet und weist an seiner dem Ende 12 zugewandten, gestuften Stirnfläche 16 zwei axial gegeneinander verschobene, den Anschlussbereichen zugeordneten Wirkflächen 17, 18 auf. Das Ende 12 ist als entsprechend gestuftes Ende 18' ausgebildet. Die Wirkfläche 17 ist als Kreisfläche und die Wirkfläche 18 als Ringfläche ausgebildet. An einem der Stirnfläche 16 gegenüberliegenden Endbereich 19 des Regelkolbens 10 befindet sich ein Steuerelement 20 und eine Schulter 21 an der sich ein nicht dargestelltes, als Druckfeder ausgebildetes Rückstellelement abstützt. Das andere Ende des Rückstellelements stützt sich an einem Fixpunkt des Regelventils ab. Das Steuerelement 20 verlagert ein mechanisches Element, wie zum Beispiel einen Hebel und wirkt so auf einen Stellring zur Veränderung der Verdrängungsvolumens der Schmiermittelpumpe.

Der Regelkolben 10 ist aus einem Stahl gefertigt. Der Gehäuseeinsatz 5 und die Kolbenaufnahme 4 sind aus einem anderen Stahl gefertigt, der sich in seiner Zusammensetzung und/oder seiner inneren Struktur von dem Stahl unterscheidet, aus dem der Regelkolben 10 ausgebildet ist. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Stahls der Kolbenaufnahme 4 und der Wärmeausdehnungskoeffizient des Stahls des Regelkolbens 10 sind gleich. Die unterschiedlichen Stähle gewähren eine dauerhaft gute Gleitlagerung der Gleitflächen des Regelkolbens 10 im Führungsabschnitt 9 der Kolbenaufnahme 4. Das übrige Gehäuse 7 – also das Gehäuse 2 ohne den Gehäuseeinsatz 6 – ist aus Aluminium gefertigt.

Bei einer als volumenstromgeregelte Schmiermittelpumpe ausgebildeten Schmiermittelpumpe 3 ergibt sich folgender Aufbau und folgende Funktion der von der Schmiermittelpumpe 3 und dem Regelventil 8 gebildeten Schmiermittelversorgungsvorrichtung: Die Schmiermittelpumpe 3 ist zwischen einem Schmiermittelreservoir und einer Hauptversorgungsleitung der Hauptlager des Verbrennungsmotors angeordnet. Dabei versorgt die Hauptversorgungsleitung zum Beispiel die Lagerstellen der Kurbelwelle und die Lager der Nockenwelle des Verbrennungsmotors mit Schmiermittel, wobei ein der Betriebssituation entsprechender Schmiermitteldruck herrschen muss. Zum Erreichen dieses Drucks pumpt die volumenstromgeregelte Schmiermittelpumpe Schmiermittel aus dem Schmiermittelreservoir durch eine Zuführleitung, in der zum Beispiel ein Kühler und ein Filter angeordnet sind, in die Hauptversorgungsleitung. Um den Schmiermitteldruck nach Bedarf zu regeln, wirkt diese über die Regelleitungen auf die Wirkflächen 17, 18 des Regelkolbens 10. Ist der Schmiermitteldruck in der Hauptversorgungsleitung zum Beispiel zu hoch, so erhöht sich der Druck auf mindestens eine der Wirkflächen 17, 18 und der Regelkolben wird weiter aus seiner bisherigen Stellung verlagert. Diese Verlagerung überträgt sich auf das Steuerelement 20, das die Verstelleinrichtung mechanisch und/oder hydraulisch so ansteuert, dass sich das Verdrängungsvolumen der volumenstromgeregelten Schmiermittelpumpe verringert und die Förderleistung herabgesetzt wird. Durch die herabgesetzte Förderleistung verringert sich der Schmiermitteldruck der Hauptversorgungsleitung. Durch diese Rückwirkung des Schmiermitteldrucks auf die Förderleistung entsteht ein Regelkreis, der die Schmiermittelpumpe mit einstellbarem Verdrängungsvolumen zu einer volumenstromgeregelten Schmiermittelpumpe macht.

1
Außenbereich
2
Gehäuse
3
Schmiermittelpumpe
4
Kolbenaufnahme
5
Gehäuseeinsatz
6
Einsatzaufnahme
7
übriges Gehäuse
8
Regelventil
9
Führungsabschnitt
10
Regelkolben
11
Doppelpfeil
12
Ende
13
Pfeil
14
Pfeil
15
zweistufiger Kolben
16
Stirnfläche
17
Wirkfläche
18
Wirkfläche
18'
gestuftes Ende
19
Endbereich
20
Steuerelement
21
Schulter


Anspruch[de]
Schmiermittelversorgungsvorrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schmiermittelpumpe mit integriertem Regelventil, wobei ein Gehäuse der Schmiermittelpumpe eine Kolbenaufnahme für einen Regelkolben des Regelventils aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenaufnahme (4) in einem Gehäuseeinsatz (5) des Gehäuses (2) ausgebildet ist und dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Gehäuseeinsatzes (5) gegenüber dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Regelkolbens (10) gleich groß oder etwa gleich groß ist. Schmiermittelversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenaufnahme mindestens einen Führungsabschnitt aufweist, in dem der Regelkolben verlagerbar geführt wird. Schmiermittelversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Regelkolbens (10) Stahl ist. Schmiermittelversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Gehäuseeinsatzes (5) Stahl ist, der sich in seiner Zusammensetzung und/oder seiner inneren Struktur von dem Stahl unterscheidet, aus dem der Regelkolben (10) ausgebildet ist. Schmiermittelversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenaufnahme (4) zur Druckbeaufschlagung des Regelkolbens (10) mindestens einen Anschlussbereich für eine Regeldruckleitung aufweist. Schmiermittelversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerung des Regelkolbens (10) durch die Druckbeaufschlagung mindestens einer Wirkfläche (17, 18) des Regelkolbens (10) und einem zugeordneten Rückstellelement erfolgt. Schmiermittelversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkolben (10) als mehrstufiger Regelkolben (15) ausgebildet ist, der mehrere Wirkflächen (17, 18) aufweist, die separat mit Druck beaufschlagbar sind. Schmiermittelversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenlage des Regelkolbens (10) einen Volumenstrom durch eine Steuerleitung der Schmiermittelversorgungsvorrichtung bestimmt oder mitbestimmt. Schmiermittelversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelpumpe (3) ein variables Verdrängungsvolumen aufweist, das mittels einer Verstelleinrichtung veränderbar ist. Schmiermittelversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelpumpe (3) eine Verstelleinrichtung aufweist, die das variable Verdrängungsvolumen verändert und die durch die Kolbenlage des Regelkolbens hydraulisch und/oder mechanisch gesteuert wird.






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