DE102008059981A1

DE102008059981A1 - Regelbare Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE102008059981A1
Application number: DE102008059981A
Authority: DE
Inventors: Gregory Bloomfield Hills Mordukhovich
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2028-12-03
Also published as: CN101451526A; US20090148324A1; US7946833B2; DE102008059981B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung sieht eine Flügelzellenpumpe mit variabler Verdrängung und hoher Effizienz vor. Die regelbare Flügelzellenpumpe umfasst eine Vielzahl von länglichen, axial verlaufenden Einsätzen, die in dem Rotor angeordnet sind. Einer der Einsätze ist zwischen jedem benachbarten Flügelpaar angeordnet. Die Einsätze sind in axial verlaufenden Taschen in dem Rotor aufgenommen und sind durch Federn mit dem Rotor gekoppelt. Bei niedrigeren Rotationsgeschwindigkeiten sind die Einsätze zurückgezogen und die Verdrängung der Pumpenkammern ist ein Maximum. Bei höheren Rotationsgeschwindigkeiten sind die Einsätze in die Pumpenkammern vorgerückt und reduzieren deren Verdrängung wirksam. Somit gleicht die regelbare Pumpe die variierende Antriebsdrehzahl aus und erzielt eine verbesserte Gleichförmigkeit der Fluidströmung, indem sie eine maximale Verdängung bei niedrigen Drehzahlen und eine reduzierte Verdrängung bei höheren Drehzahlen vorsieht.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenlegung betrifft eine regelbare Flügelzellenpumpe und im Spezielleren eine regelbare Flügelzellenpumpe mit einer drehzahlabhängigen Verdrängung.
Hintergrund
Die Angaben in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformation in Bezug auf die vorliegende Offenlegung und können den Stand der Technik darstellen oder nicht.
Die Mehrzahl von Personenkraftwagen und Leicht- und mittelschweren LKW verwendet automatische Getriebe mit Hydraulikfluid-Steuerkreisen. Eine Hydraulikpumpe innerhalb des Getriebes stellt eine Strömung eines mit Druck beaufschlagten Hydraulikfluids bereit, die durch Ventile gesteuert ist, um verschiedene Kupplungen und Bremsen zu betätigen und das gewünschte Übersetzungs(Drehzahl)-Verhältnis auszuwählen und zu erzielen.
Die Größe einer Hydraulikpumpe, die oft durch die/den verfügbare/n oder erzeugte/n Hydraulikfluid-Strömungsrate und -druck gekennzeichnet ist, kann in einem automatischen Getriebe problematisch sein. Einerseits muss sie groß genug sein, um für eine/n ausreichende/n Strömung und Druck bei niedrigen Drehzahlen zu sorgen, um einen korrekten Betrieb der Ventile, Kupplungen und Bremsen zu ermöglichen. Eine Konfigurati on, die dies erreicht, wird jedoch unweigerlich für eine/n übermäßige/n Strömung und Druck bei hohen Drehzahlen sorgen, wobei eine Strömung durch ein Druckregelventil zu einem Sumpf zurückgeleitet wird. Solch eine übermäßige Pumpenkapazität bei hohen Drehzahlen ist offensichtlich ineffizient, ist aber ein unerwünschtes, im Wesentlichen jedoch unvermeidbares Ergebnis davon, dass die Pumpe für eine ausreichende Fluidversorgung bei niedrigen Drehzahlen dimensioniert ist.
Eine Lösung für dieses Problem war die Verwendung von zwei Pumpen: eine erste Pumpe mit geringerem Volumen und eine zweite Pumpe mit größerem Volumen. Diese Lösung ist weniger effizient als eine einzige Pumpe, erfordert dennoch ein Druckregelventil, und erfordert auch Steuervorrichtungen, die zwischen den beiden Pumpen in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Betriebsablauf schalten.
Regelbare Flügelzellenpumpen sind auf dem technischen Gebiet bekannt. Solche Pumpen besitzen jedoch den Nachteil einer Ineffizienz, die herkömmliche Konstantpumpen nicht aufweisen. Somit wäre eine Flügelzellenpumpe mit einem Verstellvermögen, das die Effizienz einer herkömmlichen Konstant-Flügelzellenpumpe aufweist, wünschenswert. Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung sieht eine Flügelzellenpumpe mit variabler Verdrängung und hoher Effizienz vor. Die regelbare Flügelzellenpumpe umfasst eine Vielzahl von länglichen, axial verlaufenden Einsätzen, die in dem Rotor angeordnet sind. Einer der Einsätze ist zwischen jedem benachbarten Flügelpaar angeordnet. Die Einsätze sind in axial verlaufenden Taschen in dem Rotor aufgenommen und sind durch Spann- und Druckfedern mit dem Rotor gekoppelt. Bei niedrigeren Rotationsgeschwindigkeiten sind die Einsätze zurückgezogen und die Verdrängung der Pumpenkammern ist ein Maximum. Bei höheren Rotationsgeschwindigkeiten sind die Einsätze in die Pumpenkammern vorgerückt und reduzieren deren Verdrängung wirksam. Somit gleicht die regelbare Pumpe die variierende Antriebsdrehzahl aus und erzielt eine verbesserte Gleichförmigkeit der Fluidströmung, indem sie eine maximale Verdrängung bei niedrigen Drehzahlen und eine reduzierte Verdrängung bei höheren Drehzahlen vorsieht.
Die regelbare Flügelzellenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung findet verbreitet Anwendung und ist geeignet zur Verwendung in automatischen Getrieben, Verbrennungsmotoren, hydraulischen Steuersystemen und allen anderen Hydraulikpumpeninstallationen, in denen die Antriebsdrehzahl an die Pumpe einer relativ breiten Schwankung unterworfen ist und ein relativ konstanter Druck- und Strömungsratenausgang erwünscht ist.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine regelbare Flügelzellenpumpe vorzusehen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine regelbare Flügelzellenpumpe mit hoher Effizienz vorzusehen.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine regelbare Flügelzellenpumpe vorzusehen, die eine Vielzahl von axial verlaufenden Einsätzen in dem Rotor aufweist.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine regelbare Flügelzellenpumpe vorzusehen, die eine Vielzahl von axial verlaufenden Taschen in dem Rotor aufweist.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine regelbare Flügelzellenpumpe vorzusehen, die eine Vielzahl von axial verlaufenden Einsätzen aufweist, die an dem Rotor durch Federn angebracht sind.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine regelbare Flügelzellenpumpe vorzusehen, die eine höhere Verdrängung bei niedrigeren Rotationsgeschwindigkeiten und eine geringere Verdrängung bei höheren Rotationsgeschwindigkeiten aufweist.
Weitere Ziele, Vorteile und Anwendungsgebiete werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung offensichtlich. Es sollte einzusehen sein, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele nur Illustrationszwecken dienen sollen und den Schutzumfang der vorliegenden Offenlegung nicht einschränken sollen.
Zeichnungen
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich Illustrationszwecken und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenlegung in keiner Weise einschränken.
1 ist eine seitliche Aufrissansicht mit aufgebrochenen Abschnitten eines automatischen Getriebes, das die vorliegende Erfindung beinhaltet;
2 ist eine Vollschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer regelbaren Flügelzellenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung; und
3 ist eine fragmentarische perspektivische Darstellung eines Rotors einer weiteren Ausführungsform einer regelbaren Flügelzellenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Die nachfolgende Beschreibung ist rein beispielhaft und soll die vorliegende Offenlegung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen nicht Weise einschränken.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 1 und 2 ist ein beispielhaftes automatisches Getriebe veranschaulicht und allgemein durch die Bezugsziffer 10 bezeichnet. Das automatische Getriebe 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit verschiedenen Öffnungen, Flächen, Flanschen und Durchgängen, die die vielen Komponenten des automatischen Getriebes 10 aufnehmen, fixieren und unterstützen. Zu diesen Komponenten gehören eine Eingangswelle 14 und eine Ausgangswelle 16. Eine regelbare Flügelzellenpumpe 20 wird mit Rotationsenergie von einer Komponente des automatischen Getriebes 10 versorgt. Wie oben angeführt, ist das automatische Getriebe 10 nur eine Anwendung für eine regelbare Flügelzellenpumpe 20 gemäß der vorliegenden Erfindung. Sie findet verbreitet Anwendung und Nutzen in Installationen und Vorrichtungen, die ungeachtet einer relativ stark variierenden Eingangsdrehzahl einen relativ konstanten Druck- und Strömungsausgang erfordern.
Die regelbare Flügelzellenpumpe 20 umfasst ein typisch zylindrisches Pumpengehäuse 22, das einen inneren zylindrischen Hohlraum 24 definiert. Das Pumpengehäuse 22 definiert eine Einlassöffnung 26, die Hydraulikfluid durch eine Leitung oder einen Durchgang 28 aus einem Sumpf 32 in dem unteren Abschnitt des Getriebegehäuses 12 saugt. Das Pumpengehäuse 22 definiert auch eine Auslassöffnung 36, die mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid an eine/n Versorgungs- oder Zufuhrleitung oder -durchgang 38 und optional ein Druckregelventil 42 liefert.
Angeordnet an einer Achse, die von der Achse des inneren zylindrischen Hohlraumes 24 versetzt ist, wie es herkömmliche Praxis ist, befindet sich ein Pumpenrotor 50. Der Pumpenrotor 50 ist vorzugsweise zylindrisch und umfasst eine Vielzahl von axial verlaufenden und radial orientierten schmalen Schlitzen 52, die frei verschiebbar eine gleiche Vielzahl von Flügeln 54 aufnehmen und festhalten. Die Flügel 54 sind durch eine Zentrifugalkraft in engem Kontakt mit der Fläche des inneren zylindrischen Hohlraumes 24 gehalten, wenn der Pumpenrotor 50 rotiert.
Zwischen jedem benachbarten Paar von Flügeln 54 befindet sich ein/e breitere/r, axial verlaufende/r und radial orientierte/r Schlitz oder Tasche 56. Jede/r der breiteren Schlitze oder Taschen 56 nimmt verschiebbar ein/en die Verdrängung reduzierendes/n Element oder Einsatz 60 auf. Die Elemente oder Einsätze 60 sind durch Spannfedern 62 in den breiteren Schlitzen oder Taschen 60 festgehalten. Jedes/r der Elemente oder Einsätze 60 ist durch zumindest zwei der Spannfedern 62 festgehalten, wenngleich mehr, z. B. drei oder vier, verwendet werden können, falls gewünscht, um eine verbesserte radiale Stabilität zu erzielen. Zusätzlich, wenngleich die radial innere Begrenzung der Bewegung der Einsätze oder Elemente 60 typischerweise durch das vollständige Zusammendrücken der Spannfedern 62 bestimmt sein wird, kann die radiale Einwärts- und Auswärtsbewegung der Elemente oder Einsätze 60 durch Anschläge 64 begrenzt sein, die die Form von Schultern, Stiften, Vorsprüngen oder anderen bewegungsbegrenzenden Merkmalen annehmen können.
Im Betrieb zeigt eine regelbare Flügelzellenpumpe 20 gemäß der vorliegenden Erfindung eine maximale Verdrängung und somit eine maximale Strömung pro Umdrehung des Rotors 50 bei niedrigen Drehzahlen. Im Zustand maximaler Verdrängung sind die Elemente oder Einsätze 60 innerhalb der Schlitze oder Taschen 56 des Rotors 50 vollständig zurückgezogen. Wenn die Drehzahl des Rotors 50 infolge einer Zunahme der Betriebsdrehzahl von Komponenten des automatischen Getriebes 10 zunimmt, verschieben die Elemente oder Einsätze 60 sich radial nach außen in Bezug auf den Rotor 50 und nehmen ein zunehmendes Volumen in dem Raum zwischen jedem Paar von benachbarten Flügeln 54 ein, wodurch die Verdrängung der Flügelzellenpumpe 20 und das gepumpte Volumen pro Umdrehung der Flügelzellenpumpe 20 reduziert sind.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 ist ein Abschnitt einer weiteren Ausführungsform einer regelbaren Flügelzellenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und durch die Bezugsziffer 70 bezeichnet. Die regelbare Flügelzellenpumpe 70 umfasst das zylindrische Pumpengehäuse 22, das einen inneren zylindrischen Hohlraum 24, die Einlassöffnung 26 und die Auslassöffnung 36 definiert, die in 2 allesamt veranschaulicht sind. Die regelbare Flügelzellenpumpe 70 umfasst auch einen Rotor 72, der eine Vielzahl von axial verlaufenden und radial orientierten Schlitzen 52 definiert, die jeweils einen Flügel 54 aufnehmen. Mit der Vielzahl von Schlitzen 52 alternierend ist eine gleiche Vielzahl von Kanälen oder Nuten 74 mit axial verlaufenden Eingängen 76, die durch ein gegenüberliegendes symmetrisches Paar von überhängenden Lippen oder Schultern 78 definiert sind. In jedem/r der Kanäle oder Nuten 74 befinden sich T-förmige Elemente oder Einsätze 80. Die T-förmigen Einsätze 80 besitzen einen breiteren Abschnitt 82, der erste und zweite Schultern oder Flansche 84 definiert, die gerade etwas kleiner sind als die Breite der Kanäle oder Nuten 74 und näher zur Mitte des Rotors 72 angeordnet sind, und einen schmaleren Abschnitt 86, der gerade etwas kleiner ist als die Breite der axial verlaufenden Eingänge 76. Auf beiden Seiten der T-förmigen Einsätze 80 befinden sich Druckfedern 88. Die Druckfedern 88 können Schraubenfedern sein, wobei in diesem Fall zumindest zwei auf jeder Seite des T-förmigen Elements 80 verwendet werden, oder können bevorzugter Blattfedern oder Wellenfedern sein, die axial entlang der Schultern oder Flansche 84 verlaufen.
Es wird daher einzusehen sein, dass, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 72 zunimmt, eine Zentrifugalkraft auf die T-förmigen Elemente oder Einsätze 80 wirken wird, und diese sich von ihren zurückgezogenen Positionen in dem Rotor 72 radial nach außen verschieben werden, um die Verdrängung der regelbaren Flügelzellenpumpe 70 zu reduzieren. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 72 abnimmt, werden die Druckfedern 88 die Zentrifugalkraft überwinden und die T-förmigen Elemente oder Einsätze 80 werden sich zurückziehen.
Es wird auch einzusehen sein, dass, wenn die T-förmigen Elemente oder Einsätze 80 ausfahren und in der ausgefahrenen Position über eine Zeitspanne arbeiten, Hydraulikfluid die Kanäle oder Nuten 74 hinter, d. h. radial innen von den T-förmigen Elementen oder Einsätzen 80, füllen wird. Wenn der Rotor 72 sich verlangsamt, kann diese Ansammlung von Hydraulikfluid das Zurückziehen der T-förmigen Elemente oder Einsätze 80 verlangsamen. Um das Herausströmen von Hydraulikfluid aus den Bereichen der Kanäle oder Nuten 74 hinter den T-förmigen Elementen oder Einsätzen 80 zu erleichtern, sind ein oder mehrere Kanäle oder Schlitze 90, die halbkreisförmig oder sonst wie entsprechend maschinell bearbeitet geformt sind, über jede/n der Kanäle oder Nuten 74 hinweg angeordnet, die eine Tiefe aufweisen, die vorzugsweise der Tiefe der Kanäle oder Nuten 74 entspricht. Diese Kanäle oder Schlitze 90 erleichtern die Strömung von Hydraulikfluid sowohl in den als auch aus dem Bereich hinter den T-förmigen Elementen oder Einsätzen 80.
Es wird einzusehen sein, dass mit beiden Ausführungsformen 20 und 70 der regelbaren Flügelzellenpumpe die genaue Beziehung zwischen Drehzahl und Pumpströmung derart eingestellt sein kann, um bestimmten Strömungsanforderungen und Strömung/Drehzahl-Verhältnissen gerecht zu werden. Zum Beispiel sollte einzusehen sein, dass Spannfedern 62 und Druckfedern 88 mit einer höheren Federrate die selbstausgleichende Natur der vorliegenden Erfindung verschieben werden, indem höhere Rotationsgeschwindigkeiten erforderlich sind, bevor eine Reduktion der Verdrängung und Strömung pro Umdrehung erfolgt, während Spannfedern 62 und Druckfedern 688 mit einer niedrigeren Federrate bewirken werden, dass die Reduktion der Verdrängung und Strömung pro Umdrehung bei niedrigeren Rotationsgeschwindigkeiten erfolgt.
Es sollte auch einzusehen sein, dass jede Vorbelastung der Spannfedern 62 und der Druckfedern 88 die Schwellenrotationsgeschwindigkeit der Rotoren 50 bzw. 72 erhöhen wird, bei der die Elemente oder Einsätze 60 und 80 beginnen, sich zu bewegen, und beginnen, die Verdrängung der Flügelzellenpumpen 20 und 70 zu reduzieren. Demzufolge kann eine sorgfältige Auswahl der Federrate und der Vorbelastung der Spannfedern 62 und der Druckfedern 88 wie auch der radialen Positionen und der Massen der Elemente oder Einsätze 60 und 80 Flügelzellenpumpen 20 und 70 ergeben, die einen Strömungs- und Druckausgang mit einer guten Gleichförmigkeit über einen weiten Rotationsgeschwindigkeitsbereich bereitstellen.
Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich von beispielhafter Natur und Abwandlungen, die nicht von dem wesentlichen Inhalt der Erfindung abweichen, sollen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen und liegen innerhalb desselben. Solche Abwandlungen sind nicht als Abweichung von dem Geist und Schutzumfang der Erfindung zu betrachten.

Claims

Regelbare Flügelzellenpumpe, die in Kombination umfasst: ein Gehäuse, das einen zylindrischen Pumphohlraum definiert und eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung definiert, und einen Rotor, der in dem zylindrischen Pumphohlraum angeordnet ist, wobei der Rotor eine Vielzahl von ersten axialen Schlitzen und einen Flügel definiert, der verschiebbar in jedem der ersten Schlitze aufgenommen ist, wobei der Rotor auch eine Vielzahl von zweiten axialen Schlitzen und ein Volumen reduzierendes Element, das in jedem der zweiten Schlitze aufgenommen ist, und ein Mittel zum Steuern einer radialen Position der Elemente in Bezug auf eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors definiert, wobei eine Verdrängung der Flügelzellenpumpe sich reduziert, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors zunimmt.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, wobei die Einlassöffnung in fluidtechnischer Verbindung mit einem Sumpf steht.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, wobei der Rotor ein Zylinder ist, der exzentrisch in dem Gehäuse angeordnet ist.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Steuern Spannfedern umfasst.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Steuern Druckfedern umfasst.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, welche ferner Anschläge in den zweiten axialen Schlitzen umfasst, um eine Translation der Elemente zu begrenzen.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, wobei die ersten axialen Schlitze schmaler sind als die zweiten axialen Schlitze.
Regelbare Flügelzellenpumpe, die in Kombination umfasst: ein Gehäuse, das einen Pumphohlraum mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung definiert, und einen Rotor, der in dem Pumphohlraum angeordnet ist, wobei der Rotor eine erste Vielzahl von axialen Schlitzen und einen Flügel definiert, der in jedem der ersten Vielzahl von axialen Schlitzen aufgenommen ist, wobei der Rotor auch eine zweite Vielzahl von axialen Schlitzen, einen Einsatz, der in jedem der zweiten Vielzahl von axialen Schlitzen aufgenommen ist, und ein Mittel zum Variieren einer radialen Position der Einsätze in Ansprechen auf eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors definiert.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8, wobei das Mittel zum Variieren die Einsätze bei niedrigeren Rotationsgeschwindigkeiten in Richtung des Rotors verschiebt und die Einsätze bei höheren Rotationsgeschwindigkeiten von dem Rotor weg verschiebt.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8, wobei die Einlassöffnung in fluidtechnischer Verbindung mit einem Sumpf steht.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8, wobei der Pumphohlraum zylindrisch ist und der Rotor ein Zylinder ist, der exzentrisch in dem Pumphohlraum angeordnet ist.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8, wobei die erste Vielzahl von axialen Schlitzen schmaler ist als die zweite Vielzahl von axialen Schlitzen.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8, wobei das Mittel zum Variieren Spannfedern umfasst.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8, wobei das Mittel zum Variieren Druckfedern umfasst.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8, welche ferner Anschläge in der zweiten Vielzahl von axialen Schlitzen umfasst, um eine Translation der Einsätze zu begrenzen.
Regelbare Flügelzellenpumpe, die in Kombination umfasst: ein Gehäuse, das einen zylindrischen Hohlraum, einen Einlass und einen Auslass definiert, und einen Rotor, der in dem zylindrischen Hohlraum angeordnet ist, wobei der Rotor eine Vielzahl von schmaleren axialen Schlitzen und einen Flügel definiert, der in jedem der schmaleren axialen Schlitze aufgenommen ist, wobei der Rotor auch eine Vielzahl von breiteren axialen Schlitzen, einen Einsatz, der in jedem der breiteren axialen Schlitze aufgenommen ist, und ein Mittel zum Einstellen von radialen Positionen der Einsätze in Ansprechen auf eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors definiert.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 16, wobei die radialen Positionen der Einsätze bei niedrigeren Drehzahlen zurückgezogen sind und bei höheren Drehzahlen ausgefahren sind.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 16, wobei das Mittel zum Einstellen Spannfedern oder Druckfedern umfasst.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 16, wobei der Rotor ein Zylinder ist, der exzentrisch in dem zylindrischen Hohlraum angeordnet ist.
Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 16, wobei der Einlass in fluidtechnischer Verbindung mit einem Sumpf steht.