DE102006022528A1

DE102006022528A1 - Pumpen- oder Kompressoraggregat

Info

Publication number: DE102006022528A1
Application number: DE102006022528A
Authority: DE
Inventors: Axel Hinz; Günther VOGEL; Uwe Greiff; René LENZ; Christoph KÖHLER; Augusto Rodrigues; Dieter Dinkel; Rüdiger BRIESEWITZ
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2007-09-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp, umfassend einen Elektromotor (2) mit einer Antriebswelle (4), die drehbar gelagert ist, und in ein Gehäuse (8) eingreift. Es ist ein, eine Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung wandelndes Getriebe (6), umfassend wenigstens zwei relativ zueinander verdrehbare Exzentersegmente (18, 19) vorgesehen. Zur Veränderung von einem wirksamen Exzentersummenmaß (e<SUB>Sigma</SUB>) ist ein elastisches Mittel (24) zwecks elastischer Vorspannung zwischen den Exzentersegmenten (18, 19) eingespannt, wobei die Exzentersegmente (18, 19) ineinander integriert angeordnet sind, indem ein radial äußeres Exzentersegment (19) ein radial inneres Exzentersegment (18) ringförmig umgreift. Der sonst konstruktiv vorgegebene, quasi-lineare Zusammenhang zwischen Motordrehmoment und Motordrehzahl wird mit Hilfe von einem stufenlosen Getriebemechanismus aufgehoben. Das Exzentersummenmaß e<SUB>Sigma</SUB> auf der Abtriebsseite wird in Abhängigkeit von dem Bremsmoment variabel eingestellt. Im Ergebnis wird ein besonders kostengünstigeres, kleinbauendes Aggregat unter Verwendung von einem kostengünstigen Elektromotor (2) ermöglicht. Indem die in dem elastischen Mittel (24) gespeicherte Energie bei anderen Kurbeldrehwinkeln alpha zur Verfügung gestellt werden kann, erfolgt weiterhin zeitweise eine Energiespeicherung und Energierückführung in das System.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp zur Verwendung für eine schlupfgeregelte Bremsanlage.

Konventionelle Aggregate enthalten ein Getriebe mit konstanter Übersetzung. Beispielsweise bei blockiergeschützten Bremsaggregaten hat dies zur Folge, dass die Motorbelastung im ABS-Rückförderbetrieb bei hoher Wellenleistung, unter relativ hohen fahrerinitierten Bremsdrücken bis etwa 200 bar, stark ansteigt. Ein anderer Anwendungsfall betrifft jedoch ESP-Regelzyklen, welche grundsätzlich nur ein mittleres Druckniveau bis etwa 100 bar aber einen hohen Förderstrom erfordern. Speziell bei konventionellen Aggregaten, deren Leistungsdaten primär für hohe Förderströme ausgelegt sind, weil diese beispielsweise große Kolbendurchmesser sowie eine relativ große Getriebeübersetzung aufweisen, ist es theoretisch denkbar, dass der Elektromotor im (ABS-)Hochdruckbereich nicht mehr das erforderliche Drehmoment aufbringt. Blockierströme führen jedoch zu einer unzulässig hohen elektrischen Belastung von einem elektrischen Fahrzeugbordnetz. Bei der Konstruktion einer schlupfgeregelten Bremsanlage besteht bisher die schwierige Aufgabe, einen Abstimmungskompromiss zwischen ABS- und ESP-Optimierung aufzusuchen.

Aus der WO 93/01073 A1 ist ein Getriebe mit einer Exzentervorrichtung zur Variation des Fördervolumens bekannt. Dabei ist ein exzentrischer Wellenzapfen drehfest sowie axial verschiebbar in einem Steuerschieber aufgenommen, welcher seinerseits drehbar sowie axial verschiebbar in einem Gehäuse gelagert ist. Auf dem Wellenzapfen, sowie seitlich neben dem Steuerschieber, befindet sich ein Exzenterring, der relativ zu dem Wellenzapfen verdrehbar, und auch innerhalb gewisser Grenzen relativ zu dem Steuerschieber verdrehbar angeordnet ist. Zwischen Steuerschieber und Exzenterring ist ein elastisches Mittel eingespannt. Dabei wird durch eine axiale Verschiebung von dem Steuerschieber, relativ zum Gehäuse, eine relative Verdrehung des Exzenterrings in Relation zu dem Wellenzapfen ermöglicht. Indem der jeweilige hydraulische Druck also auf den Steuerschieber einwirkt, und bei Bedarf eine Verstellbewegung initiieren kann, wird eine automatische Anpassung von dem Fördervolumen ermöglicht.

Die vorstehend beschriebene Anordnung erfordert eine große Teileanzahl und verursacht unter anderem deshalb einen hohen konstruktiven und logistischen Aufwand. Prinzipiell gleiches gilt für eine Vorrichtung, welche aus der DE 20 2004 005 443 U1 bekannt geworden ist, und ebenfalls eine automatische Fördermengenvariation ermöglichen soll. Weil der Aufwand zur Integration von derartigen Sondergetriebebauformen unangemessen steigt, und auch eine Anpassung von dem Gehäuse erfordert, sind die Chancen für eine industrielle Nutzung gering. Jedenfalls beruhen die vorbekannten Vorrichtungen nach bisheriger Kenntnis auf nicht industriell genutzten Konzepten, was auch mit deren erhöhtem Aufwand korreliert. Daher besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, eine bauraumneutrale Lösung vorzuschlagen, die einfach im Sinne von einem Baukasten, also ohne hochgradige Änderungen oder Montageprobleme, an Stelle einer Lagerschale nach der DE 196 36 508 A1 in Gehäuse integrierbar ist.

Die Aufgabe wird mit der Gesamtheit der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Gemäß einer ersten Lösung sind relativ zueinander verdrehbare Exzentersegmente, zwischen denen ein elastisches Element eingespannt ist, ineinander integriert vorgesehen, also nicht nebeneinander angeordnet, indem ein radial äußeres Exzentersegment ein radial inneres Exzentersegment ringförmig umgreift. Im Ergebnis wird eine übersichtliche und folglich kostengünstige Konstruktion erhalten, welche einfach im Sinne von einem Baukasten – im Austausch gegen ein konventionelles Getriebe – in einem Gehäuse anordbar ist. Das Getriebe kann als Teil des Motors angesehen werden. Zumindest ist es nicht am Gehäuse befestigt, sondern wird zusammen mit dem Elektromotor 2 oder kurz vor dem Anbau des Elektromotors als kompaktes, gesondertes Modul, in das Gehäuse eingeführt. Weiterhin wird eine wesentlich vereinfachte und kostengünstigere Motorenauswahl ermöglicht, indem der konstruktiv vorgegebene, quasi-lineare Zusammenhang zwischen Motordrehmoment und Motordrehzahl mit Hilfe von einem stufenlosen Getriebemechanismus aufgehoben wird. Denn das Exzentersummenmaß e_Σ auf der Abtriebsseite wird in Abhängigkeit von dem Bremsmoment, welches proportional zu Querkräften F_K ist, variabel eingestellt. Im Ergebnis wird ein besonders kostengünstiges Aggregat unter Verwendung von einem kostengünstigen Elektromotor ermöglicht. Indem die in dem elastischen Mittel gespeicherte Energie bei anderen Motordrehwinkeln zur Verfügung gestellt werden kann, erfolgt weiterhin zweitweise eine Energiespeicherung und eine Energierückführung in das Getriebesystem.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das radial äußere Exzentersegment unter Zwischenordnung von Lagermitteln – insbesondere unter Zwischenordnung einer Gleitlagerung – auf dem radial inneren Exzentersegment abgestützt. Diese Maßnahme ermöglicht eine beanspruchungsgerechte Konstruktion, wobei eine Verkürzung der Wellenlänge nicht nur zur Minaturisierung sondern auch dazu beiträgt, Biegemomente zu reduzieren. Dies gilt insbesondere für Ausführungsformen, bei der die Antriebswelle auf zwei Lagern gelagert ist, und einen frei auskragenden Abschnitt aufweist, welcher mit dem Getriebe und insbesondere mit den Exzentersegmenten versehen ist. Denn für derartige Konstruktionen ist eine Minimierung der wirksamen Biegemomente essentiell.

Zur Verringerung der Reibungsarbeit kann es sinnvoll sein, dass das radial äußere Exzentersegment unter Zwischenordnung von Wälzlagermitteln auf dem radial inneren Exzentersegment abgestützt ist. Grundsätzlich sind jedoch auch robuste Lösungen unter Verwendung von Gleitlagerungen empfehlenswert, wenn Reibungsarbeit nicht besonders dominiert.

Bevorzugt ist das radial äußere Exzentersegment als multifunktionaler Lagerring ausgebildet, welcher eine radial äußere Wälzkörperlauffläche zur koaxial-drehbaren Abstützung von einem Lageraußenring aufweist, sowie eine radial innere Lauffläche zwecks Abstützung auf dem radial inneren Exzentersegement aufweist.

Zur Begrenzung der relativen Verdrehbarkeit ist jedes der Exzentersegmente mit einem Anschlagmittel versehen, welches den relativen Verdrehwinkel zwischen den Exzentersegmenten begrenzt. Jedes der Exzentersegmente, oder wenigstens ein mit diesem drehfest verbundenes Bauteil, verfügt über eine Aufnahme zur Übertragung der Kräfte des elastischen Mittels. Die Aufnahme ist so ausgebildet, dass das elastische Mittel dazu dienen kann, die Exzentersegmente nach Wegfall der hydraulischen Beanspruchung wieder in eine Ruhelage zu verschwenken, innerhalb derer maximale Summenexzentrizität vorliegt. Umgekehrt verfügt das Getriebe über die kleinste wirksame Summenexzentrizität, wenn die Exzentersegmente infolge hoher Torsionskräfte maximal entgegen der Wirkung des elastischen Mittels gegeneinander verdreht sind. Dadurch ist das elastische Mittel auch dafür geeignet und bestimmt, die Exzentersegmente bei Rückgang oder Wegfall der Last in eine Position zurück zu stellen, in der eine größere Summenexzentrizität vorliegt.

Wenn die Exzentersegmente radial innerhalb von dem Lageraußenring angeordnet sind, führt dies zu einer weiter verdichteten Bauweise. Gleiches gilt für Ausführungen, bei denen das elastische Mittel in dem Lageraußenring angeordnet ist. Verdichtet Bauweise wird ebenfalls ermöglicht, wenn die Antriebswelle zur Aufnahme von einem oder mehreren Getriebebauelementen, wie insbesondere zur Aufnahme von dem elastischen Mittel, hohl ausgebildet ist.

Wenn der Lageraußenring topfförmig mit einem geschlossenen Boden ausgebildet ist, wird Schmierstoff besser vor Auswaschungen geschützt.

Gute Ergebnisse bei ausreichender Federsteifigkeit werden erzielt, wenn das elastische Mittel als Schraubenfeder ausgebildet ist. Zur Erhöhung der Federsteifigkeit, der Dauerfestigkeit und der Dämpfungseigenschaften können mit Vorteil Schraubenfedern in Mehrdrahttechnik vorgesehen sein, bei denen ein schraubenförmig gewundener Kerndraht mit einem oder mehreren, nebeneinander liegenden Drähten, innerhalb einer Lage, oder in mehreren, übereinander liegenden, gewundenen Drahtlagen versehen ist. Weitere Federvarianten erstrecken sich auf Torsionsfedern, Tellerfedern oder vergleichbare Elastoelemente wie Elastomere.

Gemäß einer nebengeordneten Lösung des Problems ist zusätzlich ein Wandler zur Wandlung einer relativen Verdrehbewegung der Exzentersegemente in eine axial-translatorische Verschiebungsbewegung eines Exzentersegementes vorgesehen. Mit anderen Worten ist ein zweites Rot-/Trans-Getriebe vorgesehen. Durch die Rotations-Translations-Wandlung wird es ermöglicht, Federelemente einzusetzen, die eine besonders steife Federkennlinie sowie schwingungsdämpfende Eigenschaften aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform ist ein Tellerfederpaket zwischen dem radial äußeren Exzentersegment, und einem wellenfesten Unwuchtausgleichelement eingespannt. Die Tellerfedern weisen bei geringem Federweg eine hohe Federsteifigkeit auf, so dass diese einen geringen Einbauraum beanspruchen. Dreh-Schwingungen werden besonders effektiv bedämpft. Das Unwuchtausgleichselement reduziert ebenfalls Schwingungen.

Mit Vorteil ist der Wandler als kleinbauendes Schraubgetriebe ausgebildet, wobei die Antriebswelle eine schraubenförmige Nut aufweist, in die das radial äußere Exzentersegment formschlüssig mit einem Mitnehmer eingreift. Dadurch ist das radial äußere Exzentersegment gewissermaßen axialverschieblich in Relation zu dem radial inneren Exzenter angeordnet. Eine geringe Baugröße wird ermöglicht.

Gemäß einer zusätzlich nebengeordneten Lösung des Problems wird zwecks aktiver Umschaltung zwischen einem minimalen und einem maximalen Exzentersummenmass, bei einem Exzentertrieb mit zwei begrenzt relativ zueinander verdrehbaren Exzentersegementen, vorgeschlagen Mittel zur Umkehrung einer Antriebswellendrehrichtung vorzusehen, die eine Veränderung von dem wirksamen Exzentersummenmaß ermöglichen.

Eine besonders vorteilhafte Auswirkung der Erfindung besteht darin, dass auf Basis einer einzigen Motorkennlinie eine Variation einer Pumpen-Förderkennlinie ermöglicht wird. Dadurch sind maximal erforderliche elektrische Ströme des Elektromotors absenkbar, so dass auch Leiterquerschnitte, wie beispielsweise der Leiterquerschnitt einer elektrischen Verbindung zwischen dem Elektromotor und einem elektronischen Regler zur Elektromotor- und Bremsenregelung, reduziert werden kann. Als Folge kann der Durchmesser einer Durchgangsbohrung für die Leiterdurchführung reduziert werden, so dass in dem Gehäuse anders nutzbarer Bauraum geschaffen wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung und anhand der Zeichnung hervor. In der Zeichnung zeigt:
1 Getriebebereich eines Pumpenaggregates im Schnitt sowie vergrößert,
2 ein Lager aus 1, umfassend ein Exzentersegment, ein elastisches Mittel, Wälzkörper sowie einen topfartigen Lagerring im Schnitt sowie vergrößert,
3 eine Ausführungsform wie in 1 mit einem mehrteiligen Lagerring,
4 eine Getriebevariante mit einer Tellerfeder wobei das Getriebe zwischen Lagern eingespannt ist,
5 Getriebebereich einer weiteren Ausführungsform mit Hohlwelle und Torsionsfeder in perspektivischem Schnitt sowie vergrößert,
6 zwecks allgemeiner Erläuterung ein konventioneller Lagerring von einem bekannten Getriebe im Schnitt sowie vergrößert,
7 eine Berechnungsskizze,
8a-e einige Prinzipskizzen zwecks Verdeutlichung des Exzentersummenmaß e_Σ bei unterschiedlicher Relativverdrehung der Exzentersegmente,
9 schematisch sowie perspektivisch eine Lösung mit einem drehrichtungsabhängig schaltbaren Getriebe,
10a, b Skizzen zur Verdeutlichung von unterschiedlichem Exzentersummenmaß bei der Lösung gemäß 9, und
11 Vergleichsschaubild mit einer Implementierung des Getriebe gemäß 9 in eine Antiblockiervorrichtung im Schnitt.
Ein Elektromotor-Pumpen-Aggragat 1 verfügt über einen Elektromotor 2, umfassend einen Stator mit einem topfförmigen Motorgehäuse, welches Permanentmagneten, eine vorzugsweise als Bürstenhalteplatte ausgebildeten Lagerschild 3 sowie einen Rotor aufnimmt. Der Rotor umfasst eine Antriebswelle 4, einen Kommutator 5 zur Beaufschlagung durch nicht gezeichnete Kohlebürsten, und ein, eine Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung wandelndes, Getriebe 6 vom Exzentertyp mit einer drehfest an der Antriebswelle 4 angeordneten Exzentrizität. Diese kann einstückig mit der Antriebswelle 4, oder als gesondertes Bauteil vorgesehen sein.
Prinzipiell ist es möglich, einen Bürstenmotor vom Gleichstromtyp durch einen bürstenlosen, elektronisch kommutierten Elektromotor 2 zu ersetzen, ohne die Erfindung zu verlassen. Die Antriebswelle 4 ist innerhalb von zwei Lagern, von denen wenigstens ein Lager 7 im wesentlichen vollständig in einem Gehäuse 8 für eine Pumpe aufgenommen ist, drehbar platziert, und durchgreift einen Wellendurchgang 9 vom Lagerschild 3, wobei dieser, zwecks Ausbildung einer Spalt- oder Labyrinthdichtung, weitestgehend bis zum Umfang der rotierenden Antriebswelle 4 reicht.
Das Gehäuse 8 verfügt über eine abgestufte Sackbohrung 10, wobei eine Bohrungsstufe 11 zur Aufnahme von dem Lager 8 dient, und wobei eine weitere Bohrungsstufe 12 einen Kurbelraum 13 ausbildet, in den rechtwinklig zur Mittelachse M der Sackbohrung 10 gerichtete Aufnahmebohrungen 14, 15 für Kolben 16, 17 einmünden.
Bei grundsätzlich bekannten Motor-Pumpenaggregaten kommt ein Getriebe 6 unter Verwendung von einem Nadellager entsprechend 6 zum Einsatz. Der wellenseitige Exzenter wird dabei von dem Nadellager umfassend eine Nadelhülse 20 mit Nadeln 21 und mit einem Nadelkäfig 22 umgriffen, wobei die Kolben 16, 17 von radial außen auf einem zylindrischen Mantel 23 der Nadelhülse 20 abgestützt sind. Die Nadeln 21 laufen unmittelbar auf einer entsprechend feinbearbeiteten Lauffläche von dem wellenfesten Exzenter, welcher vorzugsweise einstückig mit der Antriebswelle 4 ausgebildet ist. Eine Weiterbildung mit einem, als separaten Exzenterring ausgebildeten, Innenring ist ebenfalls möglich.
Ausgehend von einem oben beschriebenen, grundsätzlich bekannten Aggregataufbau ist ein neuartiges Getriebe 6 gemäß 1 gekennzeichnet, indem es baukastenartig einfach durch Austausch des konventionellen Nadellager-Moduls wie folgt erhalten werden kann.
Ringförmig um das wellenfeste Exzentersegment 18 mit seiner Exzentrizität e₁ ist ein zweites, radial äußeres Exzentersegment 19 mit einer Exzentrizität e₂ vorgesehen, welches relativ zu dem wellenfesten Exzentersegment 18 verdrehbar angeordnet ist. Folglich sind die Exzentersegemente 18, 19 in besonders raumsparender Art und Weise zwecks Reduktion der Baulänge ineinander integriert. Durch eine relative Verdrehung der Exzentersegmente 18, 19 um einen Verdrehwinkel β zueinander, wird eine Veränderung von einem wirksamen Exzentersummenmaß e_Σ bewirkt. Mit anderen Worten ist die wirksame Exzentrizität e zur Verdrängung der Kolben 16, 17 nicht einheitlich fest vorgegeben, sondern kann zwischen einem maximalen Exzentersummenmaß e_Σmax und einem minimalen Exzentersummenmaß e_Σmin beliebig variiert werden. Zwischen den Exzentersegmenten 18, 19 ist ein elastisches Mittel 24 – nach 1 eine Schraubenfeder – vorgesehen. Die Schraubenfeder kann derart elastisch vorgespannt zwischen den Exzentersegmenten 18, 19 vorgesehen sein, dass die Exzentersegmente 18, 19 in einer Ruhelage prinzipiell ein maximales oder ein minimales Exzentersummenmaß e_Σ aufweisen.
Zur Abstützung von dem elastischen Mittel 24 ist dieses mit Anschlagmitteln, insbesondere mit einem oder mehreren Mitnehmern 25 versehen, welche formschlüssig in zugeordnete Aufnahmen, wie insbesondere Ausnehmungen 26 von der Antriebswelle 4 und von dem radial äußeren Exzentersegment 19 eingreifen. Wie die Zeichnung erkennen lässt, kann die Antriebswelle 4 eine Quernut 27 in einer Stirnfläche von einem Exzenterzapfen aufweisen, um einen Drahtbügel 28 des elastischen Mittels 24 aufzunehmen. Das andere Ende vom elastischen Mittel 24 weist mit Vorteil einen abgekröpften Schenkel 29 auf, welcher in eine Sackbohrung 30 vom radial äußeren Exzentersegment 19 eingeführt ist. Die Anschlagmittel können den maximalen Verdrehwinkel β begrenzen, indem diese sowohl bei maximalem Exzentersummenmaß e_Σmax, wie auch bei minimalem Exzentersummenmaß e_Σmin zur Anlage gelangen. Schließlich kann jedes der Exzentersegmente 18, 19 mit einem oder mehreren Anschlagmitteln zur gegenseitigen Anlage versehen sein.
Wie aus der 1 und 2 hervorgeht, ist das radial äußere Exzentersegment 19 für eine besonders robuste Ausgestaltung unter Zwischenordnung von Lagermitteln, insbesondere unter Zwischenordnung einer Gleitlagerung, auf dem radial inneren Exzentersegment 18 abgestützt. Wenn eine besonders reibungsarme Ausführung gewünscht ist, kann stattdessen eine Zwischenordnung von Wälzlagermitteln vorgesehen sein. Im Sinne einer modular austauschbaren Exzenterlagereinheit ist das radial äußere Exzentersegment 19 jedenfalls als multifunktionaler Lagerring ausgebildet, der eine radial äußere Wälzkörperlauffläche 31 zur koaxial-drehbaren Abstützung von einem Lageraußenring 32 aufweist, sowie mit einer radial inneren Lauffläche 33 zwecks Abstützung auf dem radial inneren Exzentersegement 18. Alle Getriebebauelemente, d. h. insbesondere die Exzentersegmente 18, 19, das elastische Mittel 24, und auch die entsprechenden Lagermittel befinden sich für optimales Packaging im Inneren von dem Lageraußenring 32. Folglich nimmt das Getriebe 6 wenig Einbauraum in Anspruch, und kann einfach als eigenständiges Modul in konventionelle Gehäuse 8 integriert werden.
Indem der Lageraußenring 32 topfförmig mit einem geschlossenen Boden 34 ausgebildet ist, kann gewährleistet werden, dass möglichst wenig Schmierstoff durch Leckageflüssigkeiten ausgewaschen wird. Diese Gestaltung eignet sich daher für besonders dauerfeste Ausführungsformen.
Eine Variante nach 3 ist mit der Besonderheit verknüpft, dass der Lageraußenring 32a nicht als einstückiges Blechpressteil ausgebildet ist, sondern als gebauter Lagerring mit einem gesonderten, weitgehend zylindrischen Mantel und mit einem gesonderten Boden 34a, welcher in eine Ausnehmung eingesetzt ist. Derartige Varianten eignen sich primär zu Erprobungszwecken, weil der Aufwand für die Herstellung der Getriebebauteile begrenzt ist.
Prinzipiell ist das elastische Mittel 24 ein hochbeanspruchtes Maschinenelement. Wenn dieses als Schraubenfeder auszubilden ist, empfiehlt sich eine dauerfeste Gestaltung, indem diese in Mehrdrahttechnik konstruiert ist, wobei ein schraubenförmig gewundener Kerndraht mit einem oder mehreren, nebeneinander liegenden Drähten, innerhalb einer Lage, oder in mehreren, übereinander liegenden, gewundenen Drahtlagen versehen ist. Dabei wird durch die redundant vorgesehenen Federdrähte nicht nur die Dauerfestigkeit erhöht, sondern es wird auch eine vorteilhafte Dämpfungswirkung gegenüber Schwingungsneigung erzielt. Folglich kann auch die Laufruhe erhöht werden. Weiter Varianten zur Befederung sind in Torsionsfedern, Tellerfedern oder Elastoelementen zu erblicken.
Eine noch weiter verdichtete Konstruktion – in Hinblick auf deren Baugröße – beruht auf dem Gedanken, die Antriebswelle 4 zur Aufnahme von einem oder mehreren Getriebebauelementen, wie insbesondere zur Aufnahme von dem elastischen Mittel 24, hohl auszubilden, wie dies ergänzend in 5 verdeutlicht ist. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn das elastische Mittel 24 als stabförmige Torsionsfeder ausgebildet ist, welche die Antriebswelle 4 weitgehend durchgreift.
Eine andere, kompakte Lösung des Problems mit hervorragender Laufruhe, geht aus 4 hervor. Dabei ist das elastische Mittel 24 nicht unmittelbar zwischen den Exzentersegmenten 18, 19 wirksam. Vielmehr sind die Exzentersegmente 18, 19 ineinander integriert angeordnet, indem ein radial äußeres Exzentersegment 19 ein radial inneres Exzentersegment 18 ringförmig umgreift, sowie mit einem Wandler 35 zur Wandlung einer relativen Verdrehbewegung der Exzentersegemente 18, 19 zueinander in eine axial-translatorische Verschiebungsbewegung eines der Exzentersegemente 18, 19 in Relation zu dem jeweils anderen Exzentersegement 18, 19. Durch diese Maßnahme können Mitnehmer für das elastische Mittel 24 entfallen.
Mit Vorteil ist der Wandler 35 als Schraubengetriebe 6 ausgebildet, wobei das lose, radial äußere und nicht das wellenfeste, radial innere Exzentersegement 19 für die Axialverschiebung ausgewählt ist. Wie aus der 4 hervorgeht, weist das wellenfeste Exzentersegment 18 eine schraubenförmige Nut 36 auf. Das radial äußere Exzentersegment 19 weist einen Mitnehmer 37 auf, der formschlüssig in die Nut 36 eingreift. Daher werden Axialkräfte, die in das radial äußere Exzentersegment 19 fließen, in die Antriebswelle 4 eingeleitet. Die Nut 36 weist eine Steigung auf, welche bei natürlicher Antriebswellendrehrichtung n und bei entsprechenden Querkräften F_K bewirkt, dass das radial äußere Exzentersegment 19 bestrebt ist, gegen die Beaufschlagung von dem elastischen Mittel 24 zu wirken. Dieser Effekt verstärkt sich mit fortschreitenden Querkräften F_K.
Bei dieser Lösung ist ein Tellerfederpaket als elastisches Mittel 24 integriert, welches sich einerseits unmittelbar an dem Exzentersegment 19 und andererseits an einem wellenfesten Massenausgleichselement 38 abstützt. Das Massenausgleichselement 38 ist auf einen Wellenzapfen 39 aufgepresst, und weiterhin in einem Wälzlager 40 gelagert. Weil der Exzenter beidseits in Lagern 7, 40 abgestützt ist, werden Wellendurchbiegungen weitgehend vermieden, und es ergibt sich ein ruhiger Lauf.
Ein anderes Getriebe 41 für eine Antiblockiervorrichtung nach 9 bis 11 stimmt weitgehend mit den vorstehend beschriebenen Varianten überein. Im Unterschied zu diesen Konstruktionen besteht eine wesentliche Besonderheit jedoch darin, dass eine Schaltvorrichtung vorgesehen und angepasst ist, um zusammen mit einem drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor infolge Drehrichtungsumkehr einen Schaltvorgang herbeizuführen. Im weiteren Unterschied zu vorstehend beschriebenen Konstruktionen findet eine fest gestufte Umschaltung zwischen zwei extremen Endlagen statt, wie beispielhaft aus 10 hervorgeht. Mit anderen Worten wird je nach Drehrichtung stets ein minimales oder ein maximales Exzentersummenmaß e_Σ geboten, so dass eine stufenlose Anpassung des Exzentersummenmaß e_Σ entfällt. Wie 10 exemplarisch zeigt, tritt je nach Drehrichtung eine Summierung oder Subtraktion der Teilexzentrizitäten e1 und e2 statt. Dementsprechend sind zusätzliche Mittel für die Drehrichtungsumkehr des Elektromotors 42 vorgesehen, die Bestandteil von einem elektronischen Regler sein können, und grundsätzlich dazu vorgesehen ist, einen bürstenlosen Elektromotor elektronisch zu kommutieren. Alternativ sind Schaltmittel vorgesehen, welche dazu dienen, einen Bürstenmotor mittels Umpolung zu reversieren. Die Schaltmittel sind örtlich an, auf oder in einem integrierten elektronischen Regler angeordnet, welcher nicht nur zur Ansteuerung von dem Elektromotor 42 dient, sondern weiterhin für die Ansteuerung von nicht gezeichneten ektromagnetischen Ventilen in dem Gehäuse 43 verantwortlich ist. Gemäß einer anderen Variante sind die Schaltmittel an oder in dem Elektromotor 42, vorzugsweise im Bereich von einem Lagerschild 44 oder einer Bürstenhalteplatte, angeordnet.
Für die Bereitstellung der definierten Endlagen sind in prinzipieller Übereinstimmung mit den vorstehend beschriebenen Varianten Anschlagmittel vorgesehen, welche zwischen den Exzentersegmenten wirksam sind, und den relativen Verdrehwinkel zueinander begrenzen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eines der Exzentersegmente 18, 19 eine Passfeder 45 in einer Ausnehmung aufweisen, und an dem jeweils anderen Exzentersegment 19, 18 ist ein Anschlag für die Passfeder 45 angeordnet.
Die 11 verdeutlicht in einem oberen Figurenteil eine konventionelle Antiblockiervorrichtung umfassend Elektromotor 42, Gehäuse 43 mit Pumpe und elektrohydraulischen Ventilen, sowie mit einem nicht gezeigten Regler zur elektrischen oder elektronischen Ansteuerung von Elektromotor 42 und Ventilen, wobei ein völlig konventionelles Getriebe 46 implementiert ist. Ein unterer Figurenteil verdeutlicht eine Implementierung von einem drehrichtungsabhängig schaltenden Getriebe 41 gemäß den 9 und 10, wobei deutlich wird, dass ein einfacher Getriebeaustausch ermöglicht ist, ohne wesentliche Änderungen an dem Gehäuse 43 oder dem Elektromotor 42 vornehmen zu müssen, um in den Genuss einer Schaltvorrichtung zu gelangen. Der Kurbelraum 13 bleibt erhalten, wobei jedoch die beiden Kolben 16, 17 weitgehend koaxial – und nicht zueinander deaxiert – vorzusehen sind, um keine Vorzugsdrehrichtung zu erzeugen. Die Antriebswelle 4 erfordert ein angepasstes Exzentersegment 19 zum Anschlag von der Passfeder 45.
Im Getriebe 41 wird durch das radial äußere Exzentersegment 19 die Summenexzentrizität e_Σ von etwa e = 0,5 mm auf etwa e = 1,5 mm erhöht – oder umgekehrt reduziert-, indem das Exzentersegment 19 in gewissem Umfang, wie beispielsweise um 180° relativ zu dem radial inneren Exzentersegment 18 verdreht wird. Die relative Verdrehung findet statt, sobald die Drehrichtung des Elektromotors 42 verändert wird. Für eine leichtgängige Funktion ist es sinnvoll, wenn zwischen radial innerem und radial äußerem Exzentersegement 18, 19 möglichst wenig Reibung herrscht. Die lässt sich durch eine geschmierte Spielpassung im Sinne eines Gleitlagers erzielen.
Die Montage von dem Getriebe 41 geschieht wie folgt. Das radial äußere Exzentersegment 19 wird auf das radial innere Exzentersegment 18 aufgefädelt. Ein Zwischenraum wird mit Schmiermittel aufgefüllt. Anschließend wird der Anschlag in Form von der Passfeder 45 in die Nut von dem radial inneren Exzentersegment 18 eingepresst. Dabei ist auf korrekte Positionierung zu achten. Damit wird ein Abrutschen des radial äußeren Exzentersegmentes 19 vermieden. Der Elektromotor 42 wird zusammen mit dem Getriebe 41 an dem Gehäuse 43 montiert, und danach werden Pumpenpatronen mit den Kolben 16, 17 in das Gehäuse 43 eingesetzt.
Alle Getriebe 6, 41 sind mit folgenden Vorteilen verknüpft:

– Schaffung eines einfachen Getriebes ohne Erhöhung des Bauraumes (Kurbelraum)
– wenig und einfache zusätzliche Teile (nur ein zusätzliches Exzentersegment 19 und eine Passfeder 45 oder Anschlagmittel) und minimale Änderung an bestehenden Lagerkonfigurationen
– erhöhte Leistungsabgabe (Fördermenge im ESP-Betrieb) gegenüber reduzierter Leistungsaufnahme (Stromaufnahme im ABS-Betrieb)
– eine einzige Motorkennlinie ermöglicht zwei unterschiedliche Pumpenkennlinien, entsprechend der jeweils geschalteten, effektiven Summenexzentrizität (e = 1,5/0,5mm)

Die Erfindung eignet sich primär für schlupfgeregelte elektrohydraulische Bremssysteme für Kraftfahrzeuge, deren Gehäuse 8, 43 mit hydraulischen Kanälen, mit elektrohydraulischen Ventilen, sowie mit einem elektronischen Regler zur Ansteuerung der elektrohydraulischen Ventile versehen ist, und wobei weiterhin ein oder mehrere Sensoren, beispielsweise Drucksensoren und/oder Raddrehsensoren, und der Elektromotor 2, 42 sowie die elektrohydraulischen Ventile mit dem elektronischen Regler zwecks Schlupfregelung vernetzt sind, sowie bevorzugt miteinander kommunizieren.
Die Erfindung ermöglicht eine verbesserte Anpassung der Charakteristik von einem Elektromotor 2, 42 zur Verwendung bei einem derartigen Motor-Pumpen-Aggregat, indem für niedrige Förderdrücke ein hohes Verdrängungsvolumen ermöglicht wird, während bei hohen Förderdrücken ein automatisch oder gesteuert verringertes Verdrängungsvolumen bereit gestellt wird, und wobei diese Zusammenhänge im Rahmen einer verbesserten Antiblockierregelung, einer verbesserten Fahrstabiliätsregelung oder einer Chassis-Regelung ausgenutzt werden. Wenn eine elektronische, mechanische oder sonstige Vernetzung zwischen dem Motor 2, 42 oder dem Getriebe 6, 41 einerseits und einem elektronischen Regler für die Bremsenregelung andererseits vorgesehen ist, wird es ermöglicht, gezielte Änderungen in dem Motor- oder Getriebebereich für die Verbesserung von Regelaufgaben auszunutzen, was mehr Freiheiten für die Bremsenregelung eröffnet.
Obwohl die Beschreibung primär anhand von einer Pumpe für eine Bremsregelungsanlage erfolgte, lassen sich die Vorteile einfach im Zusammenhang mit anderen Verdrängeraggregaten wie insbesondere mit pneumatischen Kompressoren oder anderen Anlagen realisieren, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.

1: Pumpen- oder Kompressoraggregat
2: Elektromotor
3: Lagerschild
4: Antriebswelle
5: Kommutator
6: Getriebe
7: Lager
8: Gehäuse
9: Wellendurchgang
10: Sackbohrung
11: Bohrungsstufe
12: Bohrungsstufe
13: Kurbelraum
14: Aufnahmebohrung
15: Aufnahmebohrung
16: Kolben
17: Kolben
18: Exzentersegment
19: Exzentersegment
20: Nadelhülse
21: Nadel
22: Nadelkäfig
23: Mantel
24: elastisches Mittel
25: Mitnehmer
26: Ausnehmung
27: Quernut
28: Drahtbügel
29: Schenkel
30: Sackbohrung
31: Wälzkörperlauffläche
32, 32a: Lageraußenring
33: Lauffläche
34, 34a: Boden
35: Wandler
36: Nut
37: Mitnehmer
38: Massenausgleichselement
39: Wellenzapfen
40: Wälzlager
41: Getriebe
42: Elektromotor
43: Gehäuse
44: Lagerschilde
45: Passfeder
46: konventionelles Getriebe
47: Bund
M: Mittelachse
e_1,2: Exzentrizität
e_res: resultierende Exzentrizität
e_Σ: Exzentersummenmaß
α: Kurbeldrehwinkel
β, γ: Teilwinkel
α_res: resultierender Kurbeldrehwinkel
β: relativer Verdrehwinkel
F_K: Querkraft
n: Antriebswellendrehrichtung

Claims

Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp, umfassend einen Elektromotor (2) mit einer Antriebswelle (4), die drehbar gelagert ist, und in ein Gehäuse (8) eingreift, mit einem, eine Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung wandelnden Getriebe (6), umfassend wenigstens zwei relativ zueinander verdrehbare Exzentersegmente (18, 19) zur Veränderung von einem wirksamen Exzentersummenmaß (e_Σ), sowie umfassend wenigstens ein elastisches Mittel (24), welches zwecks elastischer Vorspannung zwischen den Exzentersegmenten (18, 19) eingespannt ist, wobei die Exzentersegmente (18, 19) ineinander integriert angeordnet sind, indem ein radial äußeres Exzentersegment (19) ein radial inneres Exzentersegment (18) ringförmig umgreift.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das radial äußere Exzentersegment (19) unter Zwischenordnung von Lagermitteln, insbesondere unter Zwischenordnung einer Gleitlagerung, auf dem radial inneren Exzentersegment (18) abgestützt ist.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das radial äußere Exzentersegment (19) unter Zwischenordnung von Wälzlagermitteln auf dem radial inneren Exzentersegment (18) abgestützt ist.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das radial äußere Exzentersegment (19) als multifunktionaler Lagerring ausgebildet ist, der eine radial äußere Wälzkörperlauffläche (31) zur koaxial- drehbaren Abstützung von einem Lageraußenring (32, 32a) aufweist, sowie mit einer radial inneren Wälzkörperlauffläche (33) zwecks Abstützung auf dem radial inneren Exzentersegment (18)
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Exzentersegmente (18, 19) mit einem Anschlagmittel versehen ist, welches einen relativen Verdrehwinkel (β) zwischen den Exzentersegmenten (18, 19) begrenzt.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Exzentersegmente (18, 19), oder wenigstens ein mit diesem drehfest verbundenes Bauteil, eine Aufnahme zur Übertragung des Kräfte des elastischen Mittels (24) aufweist.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentersegmente (18, 19) radial innerhalb von dem Lageraußenring (32, 32a) angeordnet sind.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Mittel (24) in dem Lageraußenring (32, 32a) angeordnet ist.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (32, 32a) topfförmig mit einem geschlossenen Boden (34, 34a) ausgebildet ist.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (4) zur Aufnahme von einem oder mehreren Getriebebauelementen, wie insbesondere zur Aufnahme von dem elastischen Mittel (24), hohl ausgebildet ist, und dass das elastische Mittel (24) die Antriebswelle (4) zumindest teilweise durchgreift.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Mittel (24) als Schraubenfeder ausgebildet ist.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Mittel (24) als Torsionsfeder ausgebildet ist.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp, umfassend einen Elektromotor (2) mit einer Antriebswelle (4), die drehbar gelagert ist, und in ein Gehäuse (8) eingreift, und mit einem, eine Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung wandelnden Getriebe (6), umfassend wenigstens zwei relativ zueinander verdrehbare Exzentersegmente (18, 19) zur Veränderung von einem wirksamen Exzentersummenmaß (e_Σ), sowie umfassend wenigstens ein elastisches Mittel (24) zur elastischen Vorspannung von einem Exzentersegment (18) in Relation zum anderen Exzentersegment (19), wobei die Exzentersegmente (18, 19) ineinander integriert angeordnet sind, indem ein radial äußeres Exzentersegment (19) ein radial inneres Exzentersegment (18) ringförmig umgreift, sowie mit einem Wandler (35) zur Wandlung einer relativen Verdrehbewegung der Exzentersegemente (18, 19) zueinander in eine axialtranslatorische Verschiebungsbewegung eines Exzentersegementes (19) in Relation zum anderen Exzentersegement (18).
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler als Schraubengetriebe (6) ausgebildet ist, und dass die Antriebswelle (4) eine schraubenförmige Nut (36) aufweist, in die das radial äußere Exzentersegment (19) formschlüssig mit einem Mitnehmer (37) eingreift.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Mittel (24) mittelbar oder unmittelbar zwischen dem radial äußeren Exzentersegement (19) und dem Gehäuse (8) abgestützt ist.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (4) ein drehfestes Massenausgleichelement (38) aufweist, und dass das elastische Mittel (24) auf dem Massenausgleichelement (38) abgestützt ist.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp, umfassend einen Elektromotor (42) mit einer Antriebswelle (4), die drehbar gelagert ist, und in ein Gehäuse (43) eingreift, mit einem, eine Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung wandelnden Getriebe (41), umfassend wenigstens zwei relativ zueinander verdrehbare Exzentersegmente (18, 19) zur Veränderung von einem wirksamen Exzentersummenmaß (e_Σ), wobei die Exzentersegmente (18, 19) ineinander integriert angeordnet sind, indem ein radial äußeres Exzentersegment (19) ein radial inneres Exzentersegment (18) ringförmig umgreift, und wobei dem Elektromotor Mittel zur Umkehr der Antriebswellendrehrichtung (n) sind, um durch Antriebswellendrehrichtungsumkehr eine Veränderung von dem wirksamen Exzentersummenmaß (e_Σ) zu ermöglichen.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentersegmente (18, 19) Anschlagmittel aufweisen, um die relative Verdrehbarkeit der Exzentersegmente (18, 19) zueinander zu begrenzen.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausnehmung in einem Exzentersegment (18) eine Passfeder (45) aufnimmt, welche als Anschlagmittel dient.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagmittel derart an den Exzentersegmenten (18, 19) platziert sind, dass bei gegenseitiger Anlage der Anschlagmittel, in Abhängigkeit von der gewählten Drehrichtung, entweder ein minimales Exzentersummenmaß e_Σmin oder ein maximales Exzentersummenmaß e_Σmax vorgesehen ist.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (42) elektronisch kommutiert ist, und dass eine Kommutierungselektronik in einem elektronischen Regler eines Antiblockierregelungssystems vorgesehen ist.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (42) elektronisch kommutiert ist, und dass die Kommutierungselektronik an oder in dem Elektromotor (42) vorgesehen ist.
Pumpen- oder Kompressoraggregat vom Verdrängertyp nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (42) vom Bürstentyp ist, und dass zwecks Drehrichtungsumkehr ein elektronischer Regler eines Antiblockierregelungssystems mit Mitteln zur Umpolung der Elektromotorbestromung versehen ist.