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Die
Erfindung betrifft eine regelbare Pumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe.
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Aus
der
DE 44 28 410 C2 sind
regelbare Pumpen, insbesondere Flügelzellenpumpen bekannt,
die als Schmiermittelpumpen in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen
Verwendung finden sollen. Die Flügelzellenpumpen weisen
einen zentralen Rotor mit radial beweglichen Flügeln auf, wobei
der Rotor innerhalb eines als Stellring ausgebildeten Stellelementes
angeordnet ist. Zwischen den Flügel des Rotors und einer
Innenwand des Stellrings sind Flügelzellenvolumina definiert,
welche sich bei einer exzentrischen Position des Rotors in Bezug
auf den Stellring während eines Umlaufs des Rotors verändern.
Dieser Effekt wird zum Pumpen benutzt, in dem in Bereichen, in welche
Flügelzellenvolumina in Rotationsrichtung zunehmen, die
Flügelzellen mit einem so genannten Saugraum verbunden werden,
während in den Bereichen, in die Flügelzellenvolumina
in Rotationsrichtung abnehmen, diese Flügelzellen mit dem
Druckraum der Pumpe verbunden sind. Durch eine Veränderung
der Position des Stellrings im Bezug auf den Rotor, ist es möglich,
das Vordervolumen insgesamt zu verändern. Bei der
DE 44 28 410 C2 erfolgt
eine Veränderung des Fördervolumens durch ein
Schwenken des Stellrings um einen Schwenkzapfen, der parallel zur
Drehachse des Rotors angeordnet ist.
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Eine
weitere regelbare Pumpe ist aus der
DE 103 53 027 A1 bekannt, wobei diese regelbare
Pumpe wie die Pumpe gemäß der
DE 44 28 410 C2 als Flügelzellenpumpe
ausgebildet ist, einen an einem Pumpengehäuse gelagerten
Rotor sowie ein den Rotor umgebendes Stellelement aufweist. Gemäß der
DE 103 53 027 A1 erfolgt
eine Veränderung des Vordervolumens der regelbaren Pumpe
durch ein Verschieben des Stellrings, wobei der Stellring dazu nach
Art eines Verstellkolbens verschiebbar gelagert ist. Um die Exzentrizität
des Stellrings gegenüber dem Rotor und damit das Fördervolumen
einzustellen, sind innerhalb des Pumpengehäuses ferner, dem
Stellring benachbart Druckräume ausgebildet, die mit einem
Leitungssystem, an das die Pumpen angeschlossen ist, derart verbunden
sind, das eine durch die Pumpe bewirkte Druckerhöhung in
dem Leitungssystem zu einer Verringerung des Fördervolumens
und eine Druckverminderung in dem Leitungssystem zu einer Erhöhung
des Fördervolumens führt, wobei über
eine auf den Stellring wirkende Feder, die dem Druck in dem Leitungssystem
entgegengesetzt ist, das Regelverhalten der Pumpe einstellbar ist.
Zur Abdichtung des Stellrings gegenüber dem Gehäuse
sind dabei an dem Gehäuse oder dem Stellelement Dichtelemente
vorgesehen, die mittels Federelementen vorgespannt sind und eine
stabile Führung der translatorischen Bewegung bewirken
sollen. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die Dichtelemente einem
hohen Verschleiß unterworfen sind, was die Lebensdauer
der regelbaren Pumpe einschränkt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Lebensdauer einer regelbaren
Pumpe zu erhöhen.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
dem Merkmal des Anspruchs 1.
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Gemäß der
Erfindung ist bei einer regelbaren Pumpe mit einem an einem Pumpengehäuse
gelagerten Rotor sowie einem den Rotor umgebenden Stellelement,
welches in dem Pumpengehäuse nach Art eines Verstellkolbens
verschiebbar gelagert ist, eine Gleit- und Dichtführung
vorgesehen, die an dem Pumpengehäuse eine erste Gleitfläche
und an dem Stellelement eine auf die erste Gleitfläche
bezogene zweite Gleitfläche aufweist. Durch die Gleit-
und Dichtführung wird eine dauerhaft präzise und
dichte Lagerung des Stellelements an dem Pumpengehäuse
erreicht, womit sich die Lebensdauer der Pumpe erhöht,
und es werden darüber hinaus separate Dichtelemente, die
mittels Federelementen vorgespannt sind, eingespart.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Gleit- und Dichtführung an dem Pumpengehäuse eine
dritte Gleitfläche und an dem Stellelement eine vierte
Gleitfläche aufweist, wobei die erste und die dritte Gleitfläche
vorzugsweise unterschiedlich ausgebildet sind. Durch eine beidseitige
Gleit- und Dichtführung wird eine hohe Präzision
erreicht, wobei eine unterschiedliche Ausgestaltung der ersten und
der dritten Gleitfläche eine besonders kostengünstige Fertigung
erlaubt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die erste und/oder die dritte Gleitfläche an dem Pumpengehäuse
an Gleitelementen ausgebildet sind, die als Einlagen in das Pumpengehäuse
integriert sind. Eine solche Ausgestaltung erlaubt es, die Erfindung
mit geringen Kosten zu realisieren.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Pumpengehäuse
aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Eine
solche Ausgestaltung erlaubt es, eine regelbare Pumpe mit einer
komplexen Geometrie bei geringen Fertigungskosten herzustellen.
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Gemäß weiterer
bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Gleitelemente als Gleitplatten aus Stahl, Gusseisenwerkstoffen oder
Lagerwerkstoffen gefertigt sind, vorzugsweise aus Stahl 100 Cr 6,
Werkzeugstahl C70 oder einer Vollkeramik, insbesondere aus Si3N4. Solche Gleitelemente
weisen sowohl eine besonders hohe Dauerhaltbarkeit als auch ein
günstiges tribologisches Verhalten auf.
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Besonders
geringe interne Verluste ergeben sich bei einer regelbaren Pumpe
dann, wenn – wie gemäß einer weiteren
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen – die
erste und/oder die dritte Gleitfläche eine fein geschliffene
Oberflächenstruktur Rz > 0,5 μm
aufweisen und insbesondere mit einer DLC-Beschichtung versehen sind.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung
im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch eine besonders bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Pumpe,
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2 einen
Schnitt durch die Pumpe in 1 gemäß der
Linie II-II in 1,
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3 eine
Ansicht auf ein Gleitelement der Pumpe in 1 gemäß der
Ansicht III in 1
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4 ein
Detail der Pumpe in 1 gemäß dem
Ausschnitt IV in 1 und
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5 eine
alternative Ausführungsform des Details in 4 gemäß dem
Ausschnitt V in 1.
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Die
anhand der 1 gezeigte regelbare Pumpe 100 gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
als Flügelzellenpumpe ausgebildet. Diese Pumpe 100 weist
ein Pumpengehäuse 102 auf, welches als Aluminium-Druckguss-Gehäuse
gefertigt ist und global betrachtet einen zylindrischen Mantel 104 sowie
zwei stirnseitige Begrenzungswände 106 aufweist.
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Im
Innern des Pumpengehäuses 102 ist ein Hohlraum 108 ausgebildet,
in welchem sich als Verstellelement 110 ein Stellring 112 befindet,
der in Richtung des Doppelpfeils A verschiebbar gelagert ist und
den Hohlraum 108 in drei Bereiche unterteilt, nämlich
einen im Innern des Stellrings 112 liegenden Pumpenarbeitsbereich 114 sowie
einen Druckbereich 116 und einen Gegenbereich 118.
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Im
Innern des Stellrings 112 ist ein Rotor 120 angeordnet,
der durch eine Antriebswelle 122 in Richtung des Pfeils
B antreibbar ist. Die Antriebswelle 122 ist an dem Pumpengehäuse 102 ortsfest
gelagert. An dem Rotor 120 sind in Bezug auf eine Rotorachse 124 radial
verlagerbare Flügel 126 angeordnet, die den Pumpenarbeitsbereich 114 in
fünf Flügelzellen 128 unterteilen, deren
Flügelzellenvolumina durch eine Rotation des Rotors 120 variieren.
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Der
Stellring 112, dessen kreiszylinderförmig ausgebildete
Innenwand 130 die Flügelzellen 128 begrenzt,
ist – wie bereits ausgeführt – in Richtung des
Doppelpfeils A quer zur Rotorachse 124 verlagerbar, sodass
eine Zylinderachse (nicht gezeigt) des Stellrings 112 je
nach dem, welche Druckverhältnisse herrschen, eine mehr
oder wenige exzentrische Lage gegenüber den Rotorachse 124 einnimmt. Die
Lage wird über den Druck eines durch die Pumpe 100 geförderten
Fluids, insbesondere eines Motoröls bestimmt, wozu der
Druckbereich 116 mit Kanälen des Leitungssystems,
an das die Pumpe 100 angeschlossen ist, in Verbindung steht.
Diese Verbindung kann auch in den Begrenzungswänden 106 des Pumpengehäuses 102,
insbesondere durch einen Kanal, der in eine Druckniere 132 mündet,
ausgebildet sein.
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Erhöht
sich der Druck in dem Druckbereich 116, wird der Stellrichtung 112 gegen
die Kraft einer Rückstellfeder 134, die an dem
Stellring 112 angreift und sich an dem Pumpengehäuse 102 abstützt,
verlagert, wodurch die Exzentrizität und damit das Fördervolumen
reduziert wird. Fällt der Druck im Druckbereich 116 ab,
drückt die Rückstellfeder den Stellring 112 zurück,
wodurch das Fördervolumen der Pumpe 100 erhöht
wird.
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Für
die Funktion der Pumpe 100 ist wesentlich, dass der Druckbereich 116 gegenüber
dem Gegenbereich 118 abgeschlossen ist. Diese Abdichtung erfolgt
bei der Pumpe 100 gemäß der besonders
bevorzugten Ausführungsform durch eine Gleit- und Dichtführung 136.
Diese Gleit- und Dichtführung 136 weist im Bereich
der Druckniere 132 ein Gleitelement 138 auf, an
welchem eine erste Gleitfläche 140 ausgebildet
ist. Diese Gleitfläche 140 ist im Wesentlichen eben
ausgebildet und erstreckt sich in einer zu der Rotorachse 124 parallelen
Ebene. Mit der ersten Gleitfläche 140 wirkt eine
an dem Stellring 112 ausgebildete, auf die erste Gleitfläche 140 bezogene zweite
Gleitfläche 142 derart zusammen, dass der Stellring 112 entlang
der ersten Gleitfläche 140 in Richtung des Doppelpfeils
A verlagert werden kann.
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Neben
der ersten und zweiten Gleitfläche 140, 142 weist
die Gleit- und Dichtführung 136 im Bereich einer
Saugniere 144 der Pumpe 100 eine dritte Gleitfläche 146,
die an dem Pumpengehäuse 102 ausgebildet ist,
sowie eine vierte Gleitfläche 148 auf, die an
dem Stellring 112 ausgebildet ist. Da die erste Gleitfläche 140 und
die dritte Gleitfläche 146 parallel zueinander
und einander bezüglich der Rotorachse 124 einander
gegenüberliegend angeordnet sind, wird im Zusammenwirken
mit der zweiten bzw. vierten Gleitfläche 142, 148 eine
sehr präzise Führung erreicht.
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Während
die dritten Gleitfläche 146 an dem Pumpengehäuse 102 ausgebildet
ist, ist die erste Gleitfläche 140 – wie
bereits dargelegt – an einem Gleitelement 138 ausgebildet,
wobei das Gleitelement 138 als separate Gleitplatte vorzugsweise
aus Stahl 100 Cr 6, Werkzeugstahl C70 oder Vollkeramik, insbesondere
aus Si3N4 gefertigt
und in das Pumpengehäuse 102 integriert ist. Damit
wird den Druckverhältnissen innerhalb des Pumpengehäuses 102 Rechnung
getragen, die durch eine hohe Flächenpressung auf der Seite
der Druckniere 132 und eine deutlich geringere Flächenpressung
auf der Seite der Saugniere 144 gekennzeichnet sind. Um
die Lebensdauer der Pumpe 100 weiter zu erhöhen,
ist in der ersten Gleitfläche 140 des Gleitelements 138 – wie
in 3 gezeigt – vorzugsweise eine Ölnut 150 vorgesehen,
die über einen in der Begrenzungswand 106 ausgebildeten
Kanal (nicht gezeigt) mit der Druckniere 132 in Verbindung
steht und eine Schmierung im Bereich der aufeinander gleitenden
ersten und zweiten Gleitfläche 140, 142 bewirkt.
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Das
Gleitelement 138, dessen Gleitfläche 140 eine
fein geschliffene Oberflächenstruktur Rz > 0,5 μm aufweist
und mit einer DLC-Beschichtung versehen ist, ist separat gefertigt
und in das Pumpengehäuse 102 eingepasst, wobei
dazu – wie in 4 gezeigt – Kanten
einer Aufnahmevertiefung 152, die parallel zu der Rotorachse 124 verlaufen,
schwalbenschwanzartig konturiert sein können. Im Bereich
der quer dazu verlaufenden Kanten ist vorgesehen, dass Gleitelement
in eine Fräsnut 154 einzusetzen. Alternativ ist vorgesehen,
ein Gleitelement 138 – wie in 5 gezeigt – einzukleben.
Das Gleitelement 138 weist eine Wanddicke von 0,6 mm bis
2,5 mm, vorzugsweise 0,7 mm bis 1,5 mm auf.
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- 100
- Pumpe
- 102
- Pumpengehäuse
- 104
- Mantel
- 106
- Begrenzungswand
- 108
- Hohlraum
- 110
- Stellelement
- 112
- Stellring
- 114
- Pumpenarbeitsbereich
- 116
- Druckbereich
- 118
- Gegenbereich
- 120
- Rotor
- 122
- Antriebswelle
- 124
- Rotorachse
- 126
- Flügel
- 128
- Flügelzelle
- 130
- Zylinderwand
- 132
- Druckniere
- 134
- Rückstellfeder
- 136
- Gleit-
und Dichtführung
- 138
- Gleitelement
- 140
- erste
Gleitfläche
- 142
- zweite
Gleitfläche
- 144
- Saugniere
- 146
- dritte
Gleitfläche
- 148
- vierte
Gleitfläche
- 150
- Ölnut
- 152
- Aufnahmevertiefung
- 154
- Fräsnut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4428410
C2 [0002, 0002, 0003]
- - DE 10353027 A1 [0003, 0003]