DE102004056608A1

DE102004056608A1 - Viscous medium e.g. lubricating oil, supplying vane pump for motor vehicle`s automatic transmission, has vanes loaded in radial direction by leaf springs, which exert forces that act radially inward in direction of rotation axis of rotor

Info

Publication number: DE102004056608A1
Application number: DE200410056608
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Drabek
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2006-06-08

Abstract

The pump has radially movable vanes (4) arranged in a rotor (1) and including external sealing edges (4a) sliding at a lift curve of a stator (2). The vanes are loaded in a radial direction by leaf springs (6), where spring forces exerted by the leaf springs act radially inward in a direction of a rotation axis of the rotor. The springs are supported at the rotor and arranged within an area of radially arranged slots. An independent claim is also included for a application of a vane pump for supplying viscous medium e.g. cooling oil or lubricating oil to a transmission e.g. automatic transmission, of a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe zur Förderung eines viskosen Mediums, insbesondere eines Öles nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bekannt durch die DE 101 42 712 A1 .The invention relates to a vane pump for conveying a viscous medium, in particular an oil according to the preamble of claim 1, known by the DE 101 42 712 A1 ,

Durch die gattungsbildende Druckschrift wurde eine Flügelzellenpumpe zur Förderung von Fluiden bekannten, bei welcher ein Rotor mit in radialer Richtung geführten Flügeln in einem exzentrisch zum Rotor angeordneten Hubkurvenring umläuft, welcher Bestandteil eines Gehäuses bzw. eines Stators ist. Die Flügel weisen in ihrem radial äußeren Bereich Dichtkanten auf, welche gegen eine Hubkurve, d. h. die Innenfläche des Hubkurvenringes anlaufen. Die Flügel sind in radialer Richtung durch Federelemente belastet, welche sich einerseits am Rotor abstützen und andererseits die Flügel radial nach außen drücken, damit die Dichtkanten auch bei niedriger Rotordrehzahl an der Hubkurve anliegen und keine Verluste durch Leckage entstehen. Die bekannte Flügelzellenpumpe wird jedoch nicht allen Anforderungen gerecht, insbesondere, wie sie bei der Versorgung von Kraftfahrzeuggetrieben mit Kühl- und/oder Schmieröl auftreten. Dort werden unterschiedliche Förderströme bei unterschiedlichen Temperaturen verlangt, die zu einer Veränderung der Viskosität des Fördermediums führen.By the generic document was a vane pump for promotion of fluids known in which a rotor with in the radial direction out wings in an eccentric to the rotor arranged Hubkurvenring rotates, which Part of a housing or a stator is. The wings point in their radially outer area Sealing edges, which against a lift curve, d. H. the inner surface of the Start lifting cam ring. The wings are loaded in the radial direction by spring elements which are supported on the one hand on the rotor and on the other hand the wings radially outward to press, so that the sealing edges even at low rotor speed at the lift curve and no losses due to leakage. The well-known vane pump However, it does not meet all requirements, in particular how they occur in the supply of motor vehicle transmissions with cooling and / or lubricating oil. There are different flow rates at different Temperatures required, leading to a change in the viscosity of the fluid to lead.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flügelzellenpumpe der eingangs genannten Art in ihrer Pumpencharakteristik beeinflussbar zu machen, wobei dies mit einfachen Mittel realisiert werden soll.It Object of the present invention, a vane pump of the beginning mentioned type in their pump characteristic can be influenced, where this is to be realized with simple means.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an den Flügeln des Rotors Federkräfte angreifen, welche radial nach innen, also in Richtung auf die Rotationsachse wirken und somit der Zentrifugalkraft entgegengerichtet sind. Die Federkräfte werden von Federelementen ausgeübt, welche auf die radial gleitend angeordneten Flügel einwirken. Mit dieser ertindungsgemäßen Maßnahme wird der Vorteil erreicht, dass die Pumpencharakteristik beeinflussbar ist. Die nach innen gerichtete, an den Flügeln angreifende Federkraft wirkt der drehzahlabhängigen Zentrifugalkraft entgegen und bewirkt somit eine Aufhebung oder Verringerung der Zentrifugalkraft. Dies hat zur Folge, dass die Flügel unterhalb der Drehzahl, bei welcher die Zentrifugalkraft kleiner als die Federkraft ist, nicht nach außen an die Hubkurve angedrückt werden, sondern einen Radialspalt bilden. Aufgrund dieser Leckageverluste wird ein geringerer Strom gefördert. Dies ist für bestimmte Anwendungen vorteilhaft. Bei höheren Drehzahlen dagegen, bei welchen die Zentrifugalkraft größer als die Federkraft wird, werden die Dichtkanten der Flügel an die Hubkurve gedrückt und die Radialspalte geschlossen, so dass ein maximaler Ölstrom gefördert wird. Vorteilhaft ist ferner, dass sich bei kaltem Getriebe, d. h. Öl mit hoher Viskosität bei geringeren Drehzahlen geringere Schleppmomente ergeben. Die Realisierung der Federkraft kann durch ein beliebig gestaltetes Federelement, beispielsweise auch eine innen angreifende Zugfeder, welche an den Flügeln und am Rotor angreift, realisiert werden.These The object is solved by the features of claim 1. According to the invention, it is provided that on the wings of the rotor spring forces attack, which act radially inward, ie in the direction of the axis of rotation and thus are directed opposite to the centrifugal force. The spring forces are exerted by spring elements, which act on the radially sliding arranged wings. With this ertindungsgemäßen measure of the Advantage achieved that the pump characteristic can be influenced. The inward, acting on the wings spring force acts the speed-dependent Centrifugal force and thus causes a repeal or Reduction of centrifugal force. As a result, the wing below the speed at which the centrifugal force is less than the spring force is not pressed against the lift curve to the outside, but form a radial gap. Because of these leakage losses a lower power is promoted. This is for certain applications advantageous. At higher speeds, however, at which the centrifugal force is greater than the spring force will be, the sealing edges of the wings to the Lifting curve pressed and the radial gaps closed, so that a maximum oil flow is promoted. It is also advantageous that in cold gear, d. H. Oil with high viscosity result in lower drag torques at lower speeds. The Realization of the spring force can be achieved by an arbitrarily designed Spring element, for example also an internally acting tension spring, which on the wings and engages the rotor can be realized.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Federelement als Blattfeder ausgebildet, welches sich vorteilhafterweise – wie ein Biegebalken – mit seinen Enden am Rotor abstützt und mit seinem mittleren Bereich an einem Flügelelement befestigt ist. Infolge der Biegespannung ist die Blattfeder bestrebt, in eine gestreckte Lage zurückzukehren, und zieht damit das Federelement radial nach innen. Vorteilhaft bei dieser Lösung ist, dass sie einfach und kostengünstig realisiert werden kann.To An advantageous embodiment of the invention is the spring element formed as a leaf spring, which advantageously - like a Bending beam - with its ends supported on the rotor and is fastened with its middle region to a wing element. As a result The bending stress is the leaf spring endeavored in a stretched Able to return and thus pulls the spring element radially inward. Advantageous in this solution is that it can be realized easily and inexpensively.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die durch das Federelement erzeugte Federkraft temperaturabhängig – vorteilhaft erweise nimmt die Federkraft bei zunehmender Temperatur ab. Damit wird der Vorteil erreicht, dass bei warmen Getriebe und geringerer Ölviskosität der volle Förderstrom erreicht wird, während bei kaltem Getriebe infolge der Radialspalte zwischen Dichtkanten und Hubkurve ein geringerer Förderstrom erzeugt wird.To a further advantageous embodiment of the invention is the spring force generated by the spring element temperature-dependent - advantageous decreases the spring force with increasing temperature. This will be the Advantage achieved that with warm gear and lower oil viscosity of the full flow is achieved while in cold gear due to the radial gap between sealing edges and lift curve a lower flow is produced.

Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe ist besonders vorteilhaft für Automatgetriebe von Kraftfahrzeugen für die Kühl- und/oder Schmierölversorgung, weil insbesondere dort die Parameter Temperatur und Drehzahl häufig wechseln.The Vane pump according to the invention especially advantageous for Automatic transmissions of motor vehicles for the supply of cooling and / or lubricating oil, because especially there the parameters temperature and speed change frequently.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.One embodiment The invention is illustrated in the drawing and will be described below described in more detail.

Die einzige Figur zeigt einen Ausschnitt aus einer Flügelzellenpumpe, die in ihrem Aufbau dem Stand der Technik, beispielsweise der eingangs genannten gattungsbildenden Druckschrift entspricht. Ein Rotor 1 wird von einer nicht dargestellten Antriebswelle angetrieben und rotiert in einem exzentrisch angeordneten Stator 2, welcher vorzugsweise als Hubkurvenring mit einer inneren Hubkurve 2a ausgebildet ist. Im Rotor 1 sind, über den Umfang verteilt, radial ausgerichtete Schlitze 3 angeordnet, welche Flügelelemente 4 gleitend in sich aufnehmen. Die Flügel 4 sind in den Schlitzen 3 in radialer Richtung geführt und weisen eine äußere Dichtkante 4a auf, welche in der zeichnerischen Darstellung mit der Hubkurve 2a einen Radialspalt 5 bildet. Der Flügel 4 weist ferner eine radial innen liegende Stirnfläche 4b auf, an welcher ein als Blattfeder 6 ausgebildetes Federelement mittels eines Befestigungselementes 7, z. B. einer Schraube gehalten ist. Die Blattfeder 6 weist zwei äußere Enden 6a, 6b, welche sich am Rotor 1 abstützen, und einen mittleren Bereich 6c auf, an welchem das Befestigungselement 7 angeordnet ist. Die Blattfeder 6 ist – in radialer Richtung – nach außen durchgebogen und übt aufgrund ihrer elastischen Auslenkung radial nach außen eine nach innen gerichtete Federkraft (Rückstellkraft), dargestellt durch einen Pfeil F, auf den Flügel 4 aus. Die Federkraft F zieht den Flügel 4 somit radial nach innen in Richtung der Rotationsachse a. Aufgrund der Federkraft F wird zwischen der Hubkurve 2a des Stators 2 und der Dichtkante 4a des Flügels 4 ein Radialspalt 5 gebildet. Bei sich drehendem Rotor 1 sind die Flügel 4 – zusätzlich zu der beschriebenen Federkraft F – einer drehzahlabhängigen Zentrifugalkraft unterworfen, welche durch einen Pfeil Z dargestellt ist. Federkraft F und Zentrifugalkraft Z wirken somit in entgegengesetzte Richtungen. Die Federkraft F wird so eingestellt, dass sie die Zentrifugalkraft Z bis zu einer bestimmten Grunddrehzahl kompensiert, d. h. größer oder gleich Z ist. In diesem Drehzahlbereich von 0 bis zur Grunddrehzahl befinden sich die Flügel 4 in zurückgezogener Innenposition und bilden den Radialspalt 5. Wird die Grunddrehzahl überschritten, wird die Zentrifugalkraft Z größer als die Federkraft, und die Flügel 4 werden nach außen gedrückt, so dass deren Dichtkante 4a an der Hubkurve 2a anliegt – der Radialspalt 5 wird minimiert. Damit wird der maximale Förderstrom erreicht.The single FIGURE shows a section of a vane pump, which corresponds in its construction to the prior art, for example, the generic type document mentioned above. A rotor 1 is driven by a drive shaft, not shown, and rotates in an eccentrically arranged stator 2 , which preferably as Hubkurvenring with an inner Hubkurve 2a is trained. In the rotor 1 are, distributed over the circumference, radially aligned slots 3 arranged which wing elements 4 gliding in. The wings 4 are in the slots 3 guided in the radial direction and have an outer sealing edge 4a which, in the graphic representation with the lift curve 2a a radial gap 5 forms. The wing 4 also has a radially inner end face 4b on, on which one as a leaf spring 6 trained spring element by means of a fastener 7 , z. B. a screw is held. The leaf spring 6 has two outer ends 6a . 6b , which are on the rotor 1 support, and a middle range 6c on which the fastener 7 is arranged. The leaf spring 6 is - bent in the radial direction - outwards and exerts due to their elastic deflection radially outwardly an inwardly directed spring force (restoring force), represented by an arrow F, on the wing 4 out. The spring force F pulls the wing 4 thus radially inward in the direction of the axis of rotation a. Due to the spring force F is between the lift curve 2a of the stator 2 and the sealing edge 4a of the grand piano 4 a radial gap 5 educated. With rotating rotor 1 are the wings 4 - In addition to the described spring force F - subjected to a speed-dependent centrifugal force, which is represented by an arrow Z. Spring force F and centrifugal force Z thus act in opposite directions. The spring force F is adjusted so that it compensates for the centrifugal force Z up to a certain base speed, that is greater than or equal to Z. In this speed range from 0 to the base speed are the wings 4 in retracted position inside and form the radial gap 5 , If the basic speed is exceeded, the centrifugal force Z is greater than the spring force, and the wings 4 are pushed outward so that their sealing edge 4a at the lift curve 2a is applied - the radial gap 5 is minimized. This achieves the maximum flow rate.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Federelement 6 temperaturabhängig ausgebildet, d. h. die Federkraft F nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Ein temperaturabhängiges Federelement 6 ist insbesondere für eine Flügelzellenpumpe vorteilhaft, die für die Kühl- und/oder Schmierölversorgung von Automatgetrieben von Kraftfahrzeugen verwendet wird. Bei kaltem Getriebe besitzt das Öl eine relativ hohe Viskosität, die zu einem erhöhten Widerstand und erhöhter Leistungsaufnahme der Pumpe führt. Bei niedriger Temperatur und hoher Federkraft wird somit der Flügel 4 radial nach innen gezogen und bildet einen Radialspalt 5, d. h. es wird ein geringerer Ölstrom gefördert. Mit steigender Öltemperatur während der Warmlaufphase nimmt die Federkraft ab, die Zentrifugalkraft überwiegt, und die Flügel 4 werden nach außen gegen die Hubkurve 2a gedrückt, so dass eine maximale Förderleistung bei geringerer Ölviskosität erreichbar ist.According to a further embodiment of the invention, the spring element 6 formed temperature-dependent, ie the spring force F decreases with increasing temperature. A temperature-dependent spring element 6 is particularly advantageous for a vane pump which is used for the cooling and / or lubricating oil supply of automatic transmissions of motor vehicles. When the gearbox is cold, the oil has a relatively high viscosity, resulting in increased resistance and increased power consumption of the pump. At low temperature and high spring force is thus the wing 4 pulled radially inwards and forms a radial gap 5 , ie it is a lesser flow of oil promoted. With increasing oil temperature during the warm-up phase, the spring force decreases, the centrifugal force outweighs, and the wings 4 Be outward against the lift curve 2a pressed, so that a maximum flow rate with lower oil viscosity can be achieved.

Abweichend von dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei welchem das Federelement als Blattfeder ausgebildet ist, sind andere Ausführungen für ein erfindungsgemäßes Federelement möglich, z. B. eine Schraubenzugfeder, die zwischen Rotor bzw. Rotorachse und Flügel angeordnet ist und eine Zugkraft nach innen auf die Flügel ausübt. Ebenso ist es denkbar, dass auf die Flügel eine von außen nach innen gerichtete Druckfederkraft einwirkt.deviant from the embodiment described above, in which the spring element is designed as a leaf spring are other versions for a Inventive spring element possible, z. B. a Schraubenzugfeder, between the rotor or rotor axis and wings is arranged and exerts a pulling force inwards on the wings. As well it is conceivable that on the wings one from the outside inwardly directed compression spring force acts.

11: Rotorrotor
22: Statorstator
2a2a: Hubkurvestroke curve
33: Schlitzslot
44: Flügelwing
4a4a: Dichtkantesealing edge
4b4b: Stirnfläche (innen)End face (inside)
55: Radialspaltradial gap
66: Blattfederleaf spring
6a6a: äußeres Endeouter end
6b6b: äußeres Endeouter end
6c6c: mittlerer Bereichmiddle Area
77: Befestigungselementfastener

Claims

Vane pump for conveying a viscous medium, in particular an oil with in a rotatable about an axis A arranged rotor ( 1 ) radially movable arranged wings ( 4 ), which at a Hubkurve ( 2a ) of a stator ( 2 ) sliding outer sealing edges ( 4a ), wherein the wings ( 4 ) by spring elements ( 6 ) are loaded in the radial direction, characterized in that the spring load is directed inwardly (on the axis a).

Vane pump according to claim 1, characterized in that the spring elements as leaf springs ( 6 ) are formed, which on the rotor ( 1 ) are supportable.

Vane pump according to claim 1 or 2, characterized in that the wings ( 4 ) in radially aligned slots ( 3 ) and that the spring elements or leaf springs ( 6 ) in the radially inner region of the slots ( 3 ) are arranged.

Vane pump according to claim 2 or 3, characterized in that the leaf springs ( 6 ) on the rotor ( 1 ) supportable ends ( 6a . 6b ) and one middle area each ( 6c ), on which the leaf springs ( 6 ) with the wings ( 4 ) are connected.

Vane pump according to claim 4, characterized in that the leaf springs ( 6 ) via a respective fastening element ( 7 ) on an inner end face ( 4b ) the wing ( 4 ) are attached.

Vane pump according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the spring elements ( 6 ) a temperaturabhängi ge spring force have.

Vane pump according to claim 6, characterized in that the inwardly acting Spring force (F) decreases with increasing temperature.

Vane pump according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that between the sealing edges ( 4a ) and the lift curve ( 2a ) of the stator radial gaps ( 5 ) are formed, which are adjustable by selecting the spring force.

Vane pump according to claim 8, characterized in that the spring force is selected so that it is up to a predetermined basic speed of the rotor ( 1 ) larger than those on the wings ( 4 ) is attacking centrifugal force and thereby a defined radial gap ( 5 ).

Use of a vane pump according to one of previous claims to promote of cooling and / or lubricating oil in a transmission, in particular an automatic transmission of a motor vehicle