DE102007007293A1

DE102007007293A1 - Verstellbare Verdrängerpumpe

Info

Publication number: DE102007007293A1
Application number: DE102007007293A
Authority: DE
Inventors: Johannes Burdiak; Giovanni Giarratano; Peter Schmid; Thomas Wekenmann; Ralf Zischka
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2008-08-21

Abstract

Eine verstellbare Verdrängerpumpe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Rotorensatz 2 lagert, welcher zumindest aus einem Rotor 3, Rotorenelementen 4 und einem Kurvenring 5 gebildet ist. Vorgesehen ist wenigstens ein Arbeitsraum 7, welcher durch die Rotorenelemente 4 in Arbeitszellen 8 unterteilt ist. Das Volumen der Arbeitszellen 8 ist durch eine Veränderung der Exzentrität zwischen Rotor 3 und Kurvenring 5 einstellbar. An der den Rotorenelementen 4 zugewandten Innenfläche des Kurvenrings 5 ist ein Einsatzelement 11 eingesetzt, dessen von dem Kurvenring 5 abgewandte Innenfläche die Lauffläche 12 für die Rotorenelemente 4 bildet. Das Einsatzelement 11 ist derart ausgebildet, dass die Gleitreibung zwischen den Rotorenelementen 4 und der Lauffläche 12 reduziert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine verstellbare Verdrängerpumpe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Gehäuse, das einen Rotorensatz lagert, welcher zumindest aus einem Rotor, Rotorenelementen und einem Kurvenring gebildet ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Stand der Technik
Eine gattungsgemäße Verdrängerpumpe ist aus der DE 199 42 466 A1 bekannt.
Die gattungsgemäße Verdrängerpumpe ist als einhubige, verstellbare Flügelzellenpumpe ausgebildet, deren Fördervolumen verstellbar ist und welche für eine Servolenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs Verwendung findet.
Die aus der DE 199 42 466 A1 bekannte Flügelzellenpumpe weist ein Gehäuse auf, in welchem ein Rotorensatz, im wesentlichen bestehend aus einem Rotor, Rotorenelementen (Flügeln) und einem Kurvenring, gelagert ist. Zwischen der Innenwandung des Gehäuses und dem Rotorensatz ist dabei ein Außenring (auch als Zwischenring bezeichnet) eingesetzt. Der Rotor wird von dem Kurvenring umschlossen. Zwischen dem Kurvenring und dem Rotor ist ein Arbeitsraum ausgebildet, welcher durch die Rotorenelemente in Arbeitszellen unterteilt ist.
Bei der gattungsgemäßen Verdrängerpumpe ist vorgesehen, dass das Volumen der Arbeitszellen durch eine Veränderung der Exzentrität zwischen Rotor und Kurvenring eingestellt wird.
Der Arbeitsraum ist seitlich bzw. an seinen Stirnseiten durch zwei Seitenplatten (auch als Steuerplatten oder Stirnplatten bezeichnet) bzw. alternativ dazu direkt durch das Gehäuse oder einen Gehäusedeckel begrenzt. Die Seitenplatten, das Gehäuse und der Gehäusedeckel können in bekannter Weise eine Pumpensaugöffnung und eine Pumpendrucköffnung aufweisen, die dazu dienen, Fluid in den Arbeitsraum zu saugen bzw. aus dem Arbeitsraum auzulassen.
Bei verstellbaren Verdrängerpumpen gemäß dem Stand der Technik ist der Kurvenring aus dem Werkstoff 100Cr6 gebildet, welcher für die Funktion des Kurvenrings grundsätzliche Vorteile bietet. Dadurch erhält der Kurvenring eine Innenfläche – welche die Laufbahn für die Rotorenelemente darstellt – die sehr hart und aggressiv ist. Bedingt dadurch ist der Verschleiß, der sich über die Betriebsdauer sowohl an der Innenfläche/Lauffläche des Kurvenrings als auch an den Rotorenelementen einstellt relativ hoch.
Der Verschleiß sowohl an den Rotorenelemente als auch an der Lauffläche derselben führt dazu, dass die Funktion der Verdrängerpumpe beeinträchtigt wird, da im Lauf der Lebensdauer eine undefinierte Menge von Fluid entweichen kann.
Um den Verschleiß an den Rotorenelementen sowie der Laufbahn des Kurvenrings zu reduzieren, ist es bekannt, die Rotorenelemente mit einer Spezialbeschichtung zu versehen, welche die Gleitreibung reduzieren soll. Bei der Spezialbeschichtung kann es sich beispielsweise um Balint-C handeln. Von Nachteil ist jedoch, dass dadurch relativ hohe Zusatzkosten entstehen.
Offenbarung der Erfindung
Technische Aufgabe
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verstellbare Verdrängerpumpe zu schaffen, bei der der Verschleiß der Rotorenelemente reduziert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst.
Technische Lösung
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird in kostengünstiger und effektiver Weise die Gleitreibung zwischen den Rotorenelementen und deren Lauffläche reduziert, ohne dass der Kurvenring in seiner Funktionalität beeinträchtigt wird. Aufwändige Spezialbeschichtungen der Rotorenelemente sind hierfür nicht notwendig.
Die Erfinder haben erkannt, dass der Verschleiß an den Rotorenelementen und deren Lauffläche in einfacher Weise dadurch reduziert werden kann, dass der Kurvenring nicht mehr die Funktion übernimmt für die Rotorenelemente die Lauffläche bereitzustellen. Bisherige Lösungen sahen immer vor, dass der Kurvenring sowohl die Aufgabe zu erfüllen hat, durch seine Positionsänderung zu dem Rotor das Volumen der Arbeitszellen zu verändern als auch die Lauffläche für die Rotorenelemente zu bilden. Diese Kombination führte jedoch dazu, dass bisher, aufgrund des für den Kurvenring notwendigen Werkstoffs, eine sehr harte und aggressive Lauffläche für die Rotorenelemente in Kauf genommen werden musste. Dadurch, dass nunmehr erfindungsgemäß ein von dem Kurvenring unabhängiges Teil, nämlich das Einsatzelement, die Lauffläche für die Rotorenelemente bildet, lässt sich die Lauffläche auf die spezifischen Anforderungen abstimmen, so dass die Gleitreibung zwischen den Rotorenelementen und der Lauffläche reduziert wird, um den Verschleiß sowohl an den Rotorenelementen als auch an der Lauffläche derselben zu reduzieren.
Die Reduzierung der Gleitreibung zwischen den Rotorenelementen und der Lauffläche kann auf unterschiedliche Art und Weise erreicht werden. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Einsatzelement vorzugsweise vollständig, zumindest jedoch dessen Innenfläche, aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften gebildet ist. Dies ermöglicht in besonders einfacher Weise, dass die Gleitreibung zwischen der Lauffläche und den Rotorenelementen reduziert wird.
In einer hierzu alternativen oder ergänzenden Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass das Einsatzelement als Gleitring ausgebildet ist, welcher an der Innenfläche des Kurvenrings drehbar gelagert ist. Dadurch, dass sich der Gleitring mit den Rotorenelementen (zumindest teilweise/langsam) mitdreht, wird die Reibkraft zwischen den Rotorenelementen und der Lauffläche reduziert. Eine weitere Reduzierung kann in dieser Ausführungsform dadurch erreicht werden, dass die Lauffläche oder der gesamte Gleitring aus einem Material hergestellt ist, welches gute Gleiteigenschaften aufweist. Hierzu können auch Materialien mit bekannten guten Notlaufeigenschaften eingesetzt werden.
Von Vorteil ist es, wenn der Gleitring derart ausgestattet und/oder in den Kurvenring eingelegt ist, dass die Drehbewegung des Gleitrings gegenüber dem Kurvenring erst bei Erreichen einer definierten Reibkraft zwischen den Rotorenelementen und der Lauffläche einsetzt.
Die Reibkraft kann dabei derart definiert werden, dass unterhalb des definierten Wertes mit keinem relevanten Verschleiß zu rechnen ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen. Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig dargestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigt:
1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe; und
2 eine stirnseitige Ansicht auf einen Rotorensatz, in dessen Kurvenring das erfindungsgemäße Einsatzelement eingepresst bzw. eingelegt ist.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Verstellbare Verdrängerpumpen sind aus dem allgemeine Stand der Technik hinlänglich bekannt, weshalb nachfolgend lediglich die für die Erfindung wesentlichen Merkmale näher beschrieben werden. Dies erfolgt im Ausführungsbeispiel anhand einer einhubigen Flügelzellenpumpe mit variablem Fördervolumen. Eine derartige Flügelzellenpumpe ergibt sich aus der DE 199 42 466 A1 , auf die hiermit Bezug genommen wird.
Die in 1 dargestellte Flügelzellenpumpe weist ein Gehäuse 1 mit einem Rotorensatz 2 auf, der im wesentlichen aus einem Rotor 3, Rotorenelementen 4 und einem Kurvenring 5 besteht. Im Ausführungsbeispiel ist in einer Bohrung des Gehäuses 1 ein Außenring 6 zur Aufnahme des Rotorensatzes 2 eingesetzt. Der Außenring 6 stellt dabei die Freigängigkeit des Kurvenrings 5 sicher und überträgt Querkräfte aus dem Kurvenring 5 in das Gehäuse 1.
Zwischen dem Kurvenring 5 und dem Rotor 3 ist ein Arbeitsraum 7 ausgebildet, welcher durch die Rotorenelemente 4 in Arbeitszellen 8 unterteilt ist. Die Rotorenelemente sind im Ausführungsbeispiel als Flügel 4 ausgebildet.
Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Flügelzellenpumpe weist ferner zwei Seitenplatten 9a, 9b auf, welche in bekannter Weise den Rotorensatz 2 seitlich begrenzen und die eine nicht dargestellte Pumpensaugöffnung und eine Pumpendrucköffnung aufweisen. Die Seitenplatten 9a, 9b können als separate Teile auch entfallen und einstückig mit der an den Rotorensatz 2 angrenzenden Gehäusewand des Gehäuses 1 oder einer Wand eines Gehäusedeckels 10 ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe weist in bekannter Weise eine nicht näher bezeichnete erste und eine zweite Kammer auf, die auf zwei Seiten einer Außenumfangsfläche des Kurvenrings 5 zwischen dem Kurvenring 5 und dem Außenring 6 ausgebildet sind und welche zur Verschiebung des Kurvenrings 5 druckbeaufschlagt werden können. Eine Druckbeaufschlagung der Außenumfangsfläche des Kurvenrings 5 ist aus dem allgemeinen Stand der Technik, beispielsweise aus der DE 199 17 506 B4 , hinlänglich bekannt. Die Kammern sind durch geeignete Dichtungselemente voneinander getrennt.
Wie sich aus 1 und 2 ergibt, ist erfindungsgemäß an der den Rotorenelementen 4 zugewandten Innenfläche des Kurvenrings 5 ein Einsatzelement 11 eingesetzt. Dabei bildet die von dem Kurvenring 5 abgewandten Innenfläche des Einsatzelements 11 die Lauffläche 12 für die Rotorenelemente 4. Das Einsatzelement 11 ist derart ausgebildet, das die Gleitreibung zwischen den Rotorenelementen 4 und der Lauffläche 12 reduziert ist, d. h. geringer ist als die Gleitreibung gemäß dem Stand der Technik, bei der die Rotorenelemente 4 direkt auf der harten Innenfläche des Kurvenrings 5 (z. B. aus dem Werkstoff 100Cr6) gelaufen sind. Das erfindungsgemäße Einsatzelement 11 dient somit zur Reduzierung der Gleitreibung zwischen den Rotorenelementen 4 und deren Lauffläche 12 (die nunmehr erfindungsgemäß durch das Einsatzelement 11 gebildet wird).
Im Ausführungsbeispiel ist eine ringförmige Ausbildung des Einsatzelements 11 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel ist ferner eine – verglichen mit dem Kurvenring 5 – geringe Wandstärke des Einsatzelements 11 vorgesehen. Das Einsatzelement 11 ist aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften gebildet. Hierzu sind aus dem allgemeinen Stand der Technik verschiedene Materialien bekannt, z. B. Bronze, Grauguss (GG) oder Kugelgraphitgrauguss (GGG). Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Einsatzelement 11 aus Grauguss oder Kugelgraphitgrauguss gebildet ist.
Das Einsetzen des Einsatzelements 11 in den Kurvenring 6 kann in unterschiedlicher Art und Weise erfolgen. In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das ringförmige Einsatzelement 11 in den Kurvenring 5 eingepresst ist. Somit wird eine sichere und stabile Verbindung zwischen dem Einsatzelement 11 und dem Kurvenring 5 erzeugt.
In einer hierzu alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Einsatzelement 11 als Gleitring ausgebildet ist, welcher an der Innenfläche des Kurvenrings 5 drehbar gelagert ist. In diesem Fall wird das Einsatzelement 11 in den Kurvenring 5 lediglich eingelegt. Das Einlegen eines Einsatzelements 11 in einer Ausgestaltung als gleitgelagerter Gleitring führt dazu, dass die Umlaufgeschwindigkeit der Rotorenelemente 4 auf der Lauffläche 12 durch die Eigendrehbewegung des Gleitrings 11 reduziert wird. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Eigendrehbewegung des Gleitrings 11 erst einsetzt, wenn die Reibkraft der Flügel 4 eine kritische Größe erreicht. Der Hub der Arbeitszellen 8 wird durch die Drehbewegung des Gleitrings 11 nicht beeinträchtigt.
In den 1 und 2 sind beide Ausgestaltungen prinzipmäßig dargestellt, da sich eine prinzipmäßige Darstellung eines Einsatzelements 11, welches in den Kurvenring 5 eingepresst ist, nicht von einem Einsatzelement 11 unterscheidet, welches in einer Ausgestaltung als Gleitring in den Kurvenring 5 lediglich eingelegt ist. In einer Ausgestaltung des Einsatzelements 11 derart, dass dieses in den Kurvenring 5 eingepresst wird, entfällt selbstverständlich der Richtungspfeil für die Eigendrehbewegung des Einsatzelements 11, da sich in diesem Fall das Einsatzelement 11 nicht gegenüber dem Kurvenring 5 dreht.
Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich in besonderer Weise für Verdrängerpumpen, die bei Servolenkvorrichtungen von Fahrzeugen, insbesondere von Personenfahrzeugen und Nutzfahrzeugen, zum Einsatz kommen.

1: Gehäuse
2: Rotorensatz
3: Rotor
4: Rotorenelemente
5: Kurvenring
6: Außenring
7: Arbeitsraum
8: Arbeitszellen
9a, 9b: Seitenplatten
10: Gehäusedeckel
11: Einsatzelement
12: Lauffläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19942466 A1 [0002, 0004, 0022]
- DE 19917506 B4 [0026]

Claims

Verstellbare Verdrängerpumpe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Gehäuse, das einen Rotorensatz lagert, welcher zumindest aus einem Rotor, Rotorenelementen und einem Kurvenring gebildet ist, und wenigstens ein Arbeitsraum, welcher durch die Rotorenelemente in Arbeitszellen unterteilt ist, wobei das Volumen der Arbeitszellen durch Veränderung der Exzentrität zwischen Rotor und Kurvenring einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der den Rotorenelementen (4) zugewandten Innenfläche des Kurvenrings (5) ein Einsatzelement (11) eingesetzt ist, dessen von dem Kurvenring (5) abgewandte Innenfläche die Lauffläche (12) für die Rotorenelemente (4) bildet, wobei das Einsatzelement (11) derart ausgebildet ist, dass die Gleitreibung zwischen den Rotorenelementen (4) und der Lauffläche (12) reduziert ist.
Verstellbare Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (11) aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften gebildet ist.
Verstellbare Verdrängerpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (11) aus Grauguss (GG) oder Kugelgraphitgrauguss (GGG) gebildet ist.
Verstellbare Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (11) ringförmig ausgebildet ist.
Verstellbare Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (11) in den Kurvenring (5) eingepresst ist.
Verstellbare Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (11) als Gleitring ausgebildet ist, welcher an der Innenfläche des Kurvenrings (5) drehbar gelagert ist.
Verstellbare Verdrängerpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (11) derart in den Kurvenring (5) eingelegt ist, dass die Drehbewegung des Gleitrings (11) gegenüber dem Kurvenring (5) erst bei Erreichen einer definierten Reibkraft zwischen den Rotorenelementen (4) und der Lauffläche (12) einsetzt.