DE102004030473A1

DE102004030473A1 - Pumpe

Info

Publication number: DE102004030473A1
Application number: DE102004030473A
Authority: DE
Inventors: Ivo Agner
Original assignee: LuK Fahrzeug Hydraulik GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: EP1642032B1; WO2005001291A1; DE102004030473B4; DE502004011746D1; ATE483913T1; EP1642032A1

Abstract

Pumpe, wie Flügelzellenpumpe oder Rollenzellenpumpe, insbesondere für Getriebeöl/für Automatikgetriebe, mit einem Hubkonturring, mit einem Rotor mit radialen Schlitzen, in welchen Flügel oder Rollen radial verschieblich angeordnet sind, mit Seitenplatten oder Gehäuseseitenwänden, welche die Rotationsgruppe axial seitlich begrenzen, wobei in den Seitenplatten oder Gehäuseseitenwänden im Druckbereich der Pumpe die Ausstoßöffnungen, so genannte Drucknieren, angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, wie Flügelzellenpumpe oder Rollenzellenpumpe, insbesondere für Getriebeöl für Automatikgetriebe, mit einem Hubkonturring, mit einem Rotor mit radialen Schlitzen, in welchen Flügel oder Rollen radial verschieblich angeordnet sind, mit Seitenplatten oder Gehäuseseitenwänden, welche die Rotationsgruppe axial seitlich begrenzen, wobei in den Seitenplatten oder Gehäuseseitenwänden im Druckbereich Ausstoßöffnungen, so genannte Drucknieren, angeordnet sind.

Getriebepumpen für Automatikgetriebe arbeiten üblicherweise mit verschäumtem Getriebeöl und haben einen Saugfilter. Aufgrund der ungelösten Luft im Öl kann es zu Luftansammlungen im Filter kommen. Hierbei schließen sich viele kleine zu großen Luftblasen zusammen. Wird nun eine solche Luftblase angesaugt, kommt es zu Knackgeräuschen. Die Luftblase bewirkt, dass beispielsweise in einer Flügelzellenpumpe ein Großteil der Zelle mit Luft gefüllt ist und im Rahmen des über Druckausgleichskerben oder Zwischenkapazitäten (siehe DE 10027990 ), welche in dem so genannten Vorkompressionsbereich angeordnet sind, gesteuerten Druckausgleichsvorganges die Zeit nicht ausreicht, die Zelle mit Öl zu füllen. Der Druckausgleichsvorgang wird nun relativ schlagartig beim Öffnen der großen Drucknieren der Standardpumpen vollendet. Diese Schlagartigkeit erzeugt sehr hohe Druckspitzen, die sich im Knackgeräusch akustisch widerspiegeln.

Kritische Betriebszustände für diesen Fall sind:
Niedrige Drehzahlen und hohe Drücke, da hier aufgrund der geringen Strömungsgeschwindigkeiten durch den Filter die Luftblasenansammlungen besonders stark sind.

Das beim Starten entstehenden Geräusch, wenn das Ansaugrohr der Pumpe teilweise leer gelaufen ist.

Das Geräusch, wenn die Pumpe in Kavitation arbeitet, beispielsweise bei niedrigen Öltemperaturen. Die Kavitationsvakuole ist in der Wirkung direkt mit einer großen Luftblase vergleichbar.

In all diesen Zuständen ist bei einer Standardpumpe der Drehwinkel für die Druckausgleichsvorgänge im Vorkompressionsbereich nicht ausreichend, die Zelle zu füllen. Eine Beschleunigung der Druckausgleichsvorgänge durch z. B. größere Druckausgleichskerben im Vorkompressions bereich führt zu einer unzulässigen Verschlechterung des Geräusches durch ansteigende Druckgradienten in den anderen Betriebszuständen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Pumpe darzustellen, die diese Probleme nicht aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Pumpe, wie Flügelzellenpumpe oder Rollenzellenpumpe, insbesondere für Getriebeöl für Automatikgetriebe, mit einem Hubkonturring, mit einem Rotor mit radialen Schlitzen, in welchen Flügel radial verschieblich angeordnet sind, mit Seitenplatten oder Gehäuseseitenwänden, welche die Rotationsgruppe axial seitlich begrenzen, wobei in den Seitenplatten oder Gehäuseseitenwänden im Druckbereich Ausstoßöffnungen, so genannte Drucknieren, angeordnet sind, wobei die Summe der Querschnittsflächen beider Drucknieren eines Druckbereiches (einer Flut) der Pumpe, bezogen auf ein- und dieselbe Zelle, also innerhalb des Bereiches einer Zelle, über dem Drehwinkel im Vergleich zu Standardpumpen wesentlich verkleinert ist. Bevorzugt wird eine Pumpe, bei welcher die Summe der Querschnittsflächen beider Drucknieren eines Druckbereiches (einer Flut) der Pumpe, bezogen auf ein- und dieselbe Zelle, also innerhalb des Bereiches einer Zelle, sowohl bei einhubigen (einflutigen) als auch bei doppelhubigen, also zweiflutigen Flügelzellenpumpen oder Rollenzellenpumpen insgesamt nicht mehr als kleiner/gleich 40 mm² pro einem cm³ Zellvolumen über einem Drehwinkel von 20° beträgt. Diese Dimensionierung hat den Vorteil, dass bei Hochdruckgetriebepumpen mit Betriebsdrücken über 20 bar für die vorher genannten Betriebszustände ein akzeptables Geräuschverhalten zu erzielen ist.

Eine erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass die Summe der Querschnittsflächen beider Drucknieren eines Druckbereiches (einer Flut) der Pumpe, bezogen auf ein- und dieselbe Zelle, also innerhalb des Bereiches einer Zelle, über dem Drehwinkel im Wesentlichen linear oder leicht progressiv ansteigt.

Weiterhin wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher die Querschnittsflächen beider Drucknieren eines Druckbereiches, also der vorderen und der hinteren Druckniere, gleich groß, also symmetrisch angeordnet sind. Das hat den Vorteil, dass die axial wirkenden Druckflächen auf den Rotor ausgeglichen sind.

Eine weitere erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass die Querschnittsflächen beider Drucknieren eines Druckbereiches ungleich groß, also unsymmetrisch angeordnet sind. Auch wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher die Querschnittsfläche der Druckniere dieses Druckbereiches, welche mit dem Druckausgang verbunden ist, größer ist als z. B. die gegenü berliegende Querschnittsfläche der Druckniere dieses Druckbereiches, welche nicht mit dem Druckausgang verbunden ist (also keine Durchgangsöffnung besitzt und damit einen so genannten Schattenport darstellt). Das hat den Vorteil, dass die mit dem Druckausgang verbundene Druckniere weniger Widerstand und damit weniger Verluste beim Ausstoßen des Fluids aus der zu verdichtenden Zelle erzeugt.

Es ist hier unwesentlich, ob nur eine Druckniere direkt mit dem Druckausgang verbunden ist oder beide (bezogen auf einen Druckbereich), da das Öl praktisch an den Flügelseiten vorbei von der vorlaufenden Zelle in die zu befüllende Zelle fließen kann.

Man kann deswegen das Öffnungsverhalten auch unsymmetrisch gestalten, d.h., die Druckniere auf der einen Seite etwas schneller öffnen lassen als auf der anderen Seite, bezogen auf den selben Druckbereich. Das ist insofern von Vorteil, wenn die Druckniere nur einer Seitenplatte direkt mit dem Druckausgang verbunden ist, um gerade auf dieser Seite noch eine große Querschnittsfläche zu erzielen.

Daher wird weiterhin eine Pumpe bevorzugt, bei welcher das Flächenverhältnis der Druckniere eines Druckbereiches, die mit dem Druckausgang verbunden ist, zu der Druckniere des selben Druckbereiches, die nicht mit dem Druckausgang verbunden ist, kleiner gleich 70 zu 30 beträgt, wenn die Drucknieren über einem Drehwinkel von 20° geöffnet sind.

Eine erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass die Querschnittsflächen der (sanft öffnenden) Drucknieren durch Überdeckung der Drucknierenkanten der Seitenplatten mit der Hubringkontur erzeugt werden. Das hat folgende Vorteile: Wenn die Zelle wegen großer Luftblasen oder Kavitation oder ähnlichem nicht richtig gefüllt ist, kann das verbleibende Öl aufgrund der Fliehkraft in der Zelle nach außen geschleudert werden. Hierbei erscheint es zweckmäßiger, nach Öffnen der Drucknieren mit dem von der Druckseite rückfließenden Öl eine Ölsäule vor sich her zu schieben, als das Öl direkt in die Luftblase oder Vakuole reinschießen zu lassen.

Auch wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher die Querschnittsflächen der (sanft öffnenden) Drucknieren durch Überdeckung der Drucknierenkanten der Seitenplatten mit dem Rotor erzeugt werden. Weiterhin wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher die Querschnittsflächen der (sanft öffnenden) Drucknieren durch Schaffung sich stetig erweiternder Drucknieren an den Seitenplatten oder Seitenwänden bzw. am Konturring erzeugt werden.

Weiterhin gibt es die Möglichkeit, eine Flächenminderung der Drucknierenflächen durch eine große Druckkerbe, eine Abflachung oder Ähnliches zu realisieren. Da dies aber aus Platzgründen bei mehrhubigen Flügelzellenpumpen im Ausstoßbereich erfolgen muss, geht diese Fläche direkt zusätzlich als Ausstoßfläche verloren und erzeugt zusätzliche Druckverluste bei höheren Drehzahlen.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben.
1 zeigt zwei Aufsichten auf eine Rotationsgruppe mit den erfindungsgemäßen Drucknieren.
2 zeigt zwei Aufsichten auf eine Rotationsgruppe mit Drucknieren einer Standardpumpe.
3 zeigt eine Kurve mit der Ableitung des Zellvolumens nach dem Drehwinkel über dem Drehwinkel und den entsprechenden Winkelbereichen der erfindungsgemäßen Druckniere.
1 zeigt in Aufsicht eine Rotationsgruppe mit der erfindungsgemäßen Druckniere von beiden Seiten. Innerhalb eines Hubkonturrings 1 ist ein Rotor 3 drehbar angeordnet. Der Rotor 3 weist mehrere radial verschiebliche Flügel 5 auf, welche in Flügelschlitzen 7 im Rotor gleiten. Die Drehrichtung des Rotors für die beiden Ansichten wird jeweils durch einen Drehrichtungspfeil 9 angegeben. In 1b z. B. ergeben sich bei der Drehrichtung 9 vergrößernde Zellen im Bereich 11, welche aus der dort vorhandenen Saugniere 12 Öl ansaugen können. Im Druckbereich ist die erfindungsgemäße Querschnittsfläche 13 einer Druckniere eines Druckbereiches (einer Flut) der Pumpe, bezogen auf ein- und dieselbe Zelle, also innerhalb des Bereiches einer Zelle, dargestellt, die teilweise durch eine Aushöhlung 15 in der Seitenplatte hinter dem Hubkonturring (1) sich fortsetzt und über dem Drehwinkel etwa eine konstante oder leicht zunehmende Breite aufweist. Vor dem Druckbereich ist im Vorkompressionsbereich eine Druckausgleichskerbe 17 angeordnet, welche eine gewisse Vorkompression im Großkreisbereich schon zulässt, bevor die Querschnittsfläche 13 einer Druckniere eines Druckbereiches (einer Flut) der Pumpe, bezogen auf ein- und dieselbe Zelle, also innerhalb des Bereiches einer Zelle, zum Auslass geöffnet wird. Die Drucknieren beginnen da oder etwas später, wo der vorlaufende Flügel der betrachteten Zelle mit seiner öffnenden Kante den Vorkompressionsbereich (Großkreisbereich) verlässt. Dabei kann die Lage der Drucknieren und damit der Ausstoßbereich in Drehrichtung vorverschoben sein gegenüber einer Standardpumpe. Der Ausstoßbereich kann im Hubkonturring (1) durch eine parabelförmige Konturfunktion ausgebildet sein. Die generelle Funktion einer derartigen Flügelzellenpumpe mit ihren Ansaug- und Ausstoßvorgängen ist bekannt. In der Ansicht in 1a wird die andere Seite der Rotationsgruppe dargestellt. Auch hier ist die Querschnittsfläche 13 einer Druckniere eines Druckbereiches (einer Flut) der Pumpe, bezogen auf ein- und dieselbe Zelle, also innerhalb des Bereiches einer Zelle, mit einem Teilbereich 15 durch eine Aushöhlung in der Seitenplatte hinter dem Hubkonturring dargestellt. Auf dieser Druckplattenseite entfällt allerdings die Vorkompressionskerbe 17.
Im Gegensatz dazu weisen Standardflügelzellenpumpen, wie in 2 dargestellt, hinter der Vorkompressionskerbe 17 eine Druckniere 19 auf, welche sich sofort mit einem sehr großen Querschnitt öffnet und damit sofort die Zelle im Druckbereich relativ widerstandsfrei mit dem gesamten Druckbereich außerhalb der Rotationsgruppe verbindet. Alle anderen Bauteile haben die gleiche Struktur wie in 1 und sollen daher zur Vermeidung von Wiederholungen nicht noch einmal beschrieben werden.
In 3 ist die Kurve der Ableitung des Zellvolumens, welches zwischen zwei Flügeln, dem Rotor, dem Ring und den Planflächen der Seitenplatten ausgebildet wird, nach dem Drehwinkel über dem Drehwinkel dargestellt, bezogen auf den nachlaufenden Flügel. Zusätzlich ist unter der Kurve der Bereich 33 für die Vorkompressionskerbe 17 und der Bereich 35, wo die erfindungsgemäße Druckniere geöffnet ist, schematisch dargestellt.
Die Kurve 20 stellt also die Ableitung des Zellvolumens nach dem Drehwinkel, aufgetragen über dem Drehwinkel dar. Der Bereich 22 der Kurve 20 stellt damit die oben genannte Funktion im Ansaugbereich der Flügelzellenpumpe dar. Er erstreckt sich bis zum Punkt 24, und dort geht die Funktion in den Vorkompressionsbereich 26 über. Der Vorkompressionsbereich 26 ist im so genannten Großkreisbereich der Hubkontur angeordnet. Im Punkt 28 geht die Funktion aus dem Vorkompressionsbereich dann in den Ausstoßbereich 30 der Flügelzellenpumpe über. Ab diesem Punkt 38 wird die Verbindung der Zelle mit der Druckniere hergestellt bis zum Punkt 32. Der Ausstoßbereich 30 erstreckt sich bis zum Punkt 32. Da es sich in diesem Fall um eine doppelhubige, (zweiflutige) Pumpe handelt, wiederholt sich die Hubkontur und damit auch die oben genannte Funktion.

Claims

Pumpe, wie Flügelzellenpumpe oder Rollenzellenpumpe, insbesondere für Getriebeöl für Automatikgetriebe, mit einem Hubkonturring (1), mit einem Rotor (3) mit radialen Schlitzen (7), in welchen Flügel (5) oder Rollen radial verschieblich angeordnet sind, mit Seitenplatten oder Gehäuseseitenwänden, welche die Rotationsgruppe axial seitlich begrenzen, wobei in den Seitenplatten oder Gehäuseseitenwänden im Druckbereich der Pumpe die Ausstoßöffnungen, so genannte Drucknieren, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Querschnittsflächen (13) beider Drucknieren eines Druckbereiches (einer Flut) der Pumpe, bezogen auf ein- und dieselbe Zelle, also innerhalb des Bereiches einer Zelle, über dem Drehwinkel im Vergleich zu Standardpumpen wesentlich verkleinert ist, insbesondere nicht mehr als kleiner/gleich 40 mm² pro einem cm³ Zellvolumen über einem Drehwinkel von 20° beträgt.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Summe der Querschnittsflächen (13) beider Drucknieren eines Druckbereiches (einer Flut) der Pumpe, bezogen auf ein- und dieselbe Zelle, also innerhalb des Bereiches einer Zelle, über dem Drehwinkel im Wesentlichen linear oder leicht progressiv ansteigt.
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen (13) der Drucknieren eines Druckbereiches, also der vorderen und der hinteren Druckniere, gleich groß, also symmetrisch angeordnet sind.
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen (13) beider Drucknieren eines Druckbereiches ungleich groß, also unsymmetrisch angeordnet sind.
Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (13) der Druckniere eines Druckbereiches, welche mit dem Druckausgang verbunden ist, größer ist als die Querschnittsfläche (13) der Druckniere dieses Druckbereiches, welche nicht mit dem Druckausgang verbunden ist (ein so genannter Schattenport ohne Durchgangsöffnung).
Pumpe nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenverhältnis der Druckniere eines Druckbereiches, die mit dem Druckausgang verbunden ist, zur der Druckniere dieses Druckbereiches, die nicht mit dem Druckausgang verbunden ist (Schattenport), kleiner gleich 70 zu 30 beträgt; wenn die Drucknieren über einen Drehwinkel von 20° geöffnet sind.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen (13) der Drucknieren eines Druckbereiches durch Überdeckung (15) der Drucknierenkanten der Seitenplatten mit der Hubringkontur (1) erzeugt werden.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen (13) der Drucknieren eines Druckbereiches durch Überdeckung der Drucknierenkanten der Seitenplatten mit dem Rotor (3) erzeugt werden.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen (13) der Drucknieren durch Schaffung sich stetig erweiternder Drucknieren an den Seitenplatten oder Seitenwänden bzw. am Konturring (1) erzeugt werden.