DE102010020299B4 - Pumpe mit Reibkupplungs-Drehzahlregelung - Google Patents

Pumpe mit Reibkupplungs-Drehzahlregelung Download PDF

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Abstract

Pumpe umfassend a) ein Gehäuse (5) mit einer Förderkammer, die auf einer Niederdruckseite einen Einlass (32) und auf einer Hochdruckseite einen Auslass (36) für ein Fluid aufweist, b) ein in der Förderkammer (44) für die Förderung des Fluids beweglich angeordnetes Förderglied (40), c) ein von einem Motor drehantreibbares erstes Getriebeglied (6), d) ein vom ersten Getriebeglied drehantreibbares, relativ zu dem ersten Getriebegglied drehbares zweites Getriebeglied (20), e) ein vom zweiten Getriebeglied (20) drehantreibbares, relativ zu dem ersten Getriebeglied (6) und dem zweiten Getriebeglied drehbares drittes Getriebeglied (12), das auf das Förderglied (40) abtreibt, f) ein erstes Reibkupplungsglied (14), g) und ein drehbares zweites Reibkupplungsglied (20), das mit dem ersten Reibkupplungsglied über einen Reibspalt (19) in einem Reibschluss ist und im Reibschluss ein vom ersten Getriebeglied (6) erhaltenes Drehmoment mit Schlupf abstützt, h) wobei die Stärke des Reibschlusses verstellbar ist und dadurch der...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einer Reibkupplungs-Drehzahlregelung. Die Pumpe umfasst, generell betrachtet, einen Pumpenteil sowie einen mit diesem zusammenwirkenden Getriebeteil, der ein Eingangsdrehmoment auf den Pumpenteil überträgt. Der Pumpenteil umfasst ein Gehäuse mit einer Förderkammer, die auf einer Niederdruckseite einen Einlass und an der Hochdruckseite einen Auslass für ein Fluid aufweist, sowie ein in der Förderkammer für die Förderung des Fluids beweglich angeordnetes Förderglied.
  • Solche Pumpen, die beispielsweise als Rotations-Verdrängerpumpen, insbesondere Zahnradpumpen, bereitgestellt werden, haben ein auf die Drehzahl bezogenes, konstantes spezifisches Fördervolumen, d. h. das Fördervolumen ist proportional zur Drehzahl der Pumpe, solange der Füllgrad der von den Förderrädern gebildeten Förderzellen 100% beträgt. In vielen Anwendungsfällen ist diese Proportionalität störend. Bei einer Presse beispielsweise ist für den Eilgang eine hohe Menge an Drucköl notwendig, in der Endphase des Arbeitshubes der Presse wird jedoch nur noch hoher Druck gefordert, während der Bedarf an Öl-Fördervolumen auf Null zurückgeht. Da die Antriebsdrehzahl der Pumpe in der Regel konstant bleibt, entsteht ein unter hohem Druck stehender Ölstromverlust, der energieverlustbehaftet in einen Öltank zurückströmt. Störend ist ein solcher Östromüberschuss beispielsweise auch bei Motorschmierpumpen und Ölversorgungspumpen von automatischen Getrieben von Kraftfahrzeugen. Diese Aggregate benötigen zwar bei geringer Motordrehzahl und damit niedriger Pumpendrehzahl, insbesondere im Leerlauf, ein Mindestfördervolumen und bei hoher Drehzahl einen Mindestöldruck; der Fluidbedarf bei hoher Drehzahl liegt aber weit unterhalb der Proportionalitätslinie.
  • Das spezifische Fördervolumen von Pumpen sollte dem Bedarf des Verbrauchers, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, eines Automatikgetriebes oder einer Presse, angepasst, also verstellbar sein. Die Verstellung des spezifischen Fördervolumens erfolgt bei bekannten Verdrängerpumpen beispielsweise durch eine Verstellung des Fördereingriffs der Förderräder.
  • In der EP 1 363 025 A2 wird eine Verdrängerpumpe beschrieben, welche Förderräder aufweist, die relativ zueinander oder relativ zu dem Zufluss oder relativ zu dem Abfluss oder relativ zu dem Zufluss und dem Abfluss verstellbar sind. Die hier verwendete Verstelleinrichtung umfasst einen Kolben, der mit wenigstens einem der Förderräder gekoppelt ist, sowie ein gegen die Kolben-Verstellbewegung wirkendes Federelement. Bei der Verstellbewegung des Kolbens gegen die Federkraft des Federelements wird das spezifische Fördervolumen verändert.
  • Eine Zahnradpumpe mit einer Fördermengen verändernden Verschiebeeinheit ist ferner aus der DE 100 43 842 A1 bekannt, wobei vorgeschlagen wird, zwei Druckkammern mittels einer gedrosselten Druckleitung zu verbinden und eine der Druckkammern im Maximaldruck zu begrenzen, wodurch eine besonders kompakte Ausgestaltung der Zahnradpumpe, insbesondere in Hinsicht auf die Fördermengen verändernde Verschiebeeinheit erzielt werden soll.
  • Außenzahnradpumpen mit einem verstellbaren spezifischen Fördervolumen sind noch aus der DE 198 47 132 C2 , der DE 41 21 074 A1 und der DE 35 28 651 A1 bekannt.
  • Eine Innenzahnradpumpe mit verstellbarem spezifischem Fördervolumen wird in der EP 1 182 351 A1 besprochen, wobei hier zur Verstellung des spezifischen Fördervolumens eine drehbare Lagerung des Hohlrades in einem Exzenterring vorgeschlagen wird. Durch die Verstellung des Drehwinkels des Exzenterrings relativ zu dem Einlass und dem Auslass der Förderkammer wird das Fördervolumen verstellt.
  • Aus der DE 11 2005 000 894 T5 ist eine Vorrichtung zum Steuern bzw. Regeln von parasitären Verlusten in einer Fluidpumpe bekannt.
  • Aus der US 2006/0222552 A1 ist eine Schmiermittelpumpe bekannt, die vom Pumpenantrieb entkoppelt werden kann.
  • Aus der US 2010/0065392 A1 ist eine Pumpe mit einer radialen Koppelung bekannt.
  • Die bekannten Pumpen und ihre Verstellmechanismen erfordern einerseits oft hohe Betätigungs- bzw. Rückstellkräfte, andererseits bauen Gehäuse, die zueinander verschiebliche Pumpenräder unterbringen müssen, relativ groß. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Pumpe bereitzustellen, welche mindestens die oben genannten Nachteile bekannter Pumpen überwindet. Insbesondere soll die Bauart optimiert werden, speziell im Hinblick auf zu lange Verstellwege und notwendige hohe Verstellkräfte.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Pumpe gemäß dem Anspruch 1 gelöst; die Unteransprüche definieren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, wobei auch weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten hierin beschrieben werden.
  • Die erfindungsgemäße Pumpe hat, wie oben schon angedeutet, ein Gehäuse mit einer Förderkammer, die auf einer Niederdruckseite einen Einlass und auf einer Hochdruckseite einen Auslass für ein Fluid aufweist, sowie ein in der Förderkammer für die Förderung des Fluids beweglich angeordnetes Förderglied. Ferner weist die Pumpe ein Getriebe auf, mit einem von einem Motor drehantreibbaren ersten Getriebeglied, einem vom ersten Getriebeglied drehantreibbaren, relativ zu dem ersten Getriebeglied drehbaren zweiten Getriebeglied und einem drehbaren dritten Getriebeglied, das auf das oben genannte Förderglied abtreibt. Das dritte Getriebeglied ist von dem zweiten Getriebeglied drehantreibbar und relativ zum ersten Getriebeglied und zum zweiten Getriebeglied drehbar angeordnet. Ein erstes freies Reibkupplungsglied ist über einen Reibspalt mit einem zweiten Reibkupplungsglied in einem Reibschluss, und das zweite Reibkupplungsglied stützt ein vom ersten Getriebeglied erhaltenes Drehmoment mit Schlupf ab, wobei die Stärke des Reibschlusses verstellbar ist und dadurch der Schlupf insbesondere bis auf Null, verstellbar ist.
  • Man könnte die Erfindung auch so definieren, dass die Pumpe eine Reibkupplung im Antriebsstrang für das Förderglied aufweist, die eine verstellbare, schlupfbehaftete Drehmomentübertragung ermöglicht. Dabei wäre dann das Drehmoment-Eingangsglied über eine solche Reibkupplung mit einem Ausgangsglied verbunden, wobei es grundsätzlich möglich ist, dazwischen weitere Übertragungsglieder einzusetzen.
  • Es gibt eine Anzahl von im Rahmen der Erfindung umsetzbaren Möglichkeiten, das vom ersten Getriebeglied erhaltene Drehmoment mit Schlupf abzustützen, und eine erste davon betrifft die Abstützung in Richtung auf oder auf eines der Getriebeglieder, bevorzugt das zweite und/oder das dritte Getriebeglied. Es ist grundsätzlich auch möglich, den Schlupf in Richtung auf das Gehäuse der Pumpe oder einen anderen fest stehenden Teil abzustützen, wobei hier der Schlupf besonders groß wird.
  • Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion liegt darin, dass eine Reibkupplung in jedem Fall sehr klein bauend konstruiert werden kann. Um einen Schlupf über eine Reibkupplung her- und einzustellen, müssen grundsätzlich keine großen Verstellwege eingehalten werden, und hierdurch begrenzen sich auch die benötigten Stellkräfte bzw. Gegenstellkräfte sozusagen von selbst. Beispielsweise müssen Federn keine längeren Stellwege mit konstanter Kraft überwinden, so dass sie kleiner bauend dimensioniert werden können. Dies gilt natürlich auch für alle anderen erfindungsgemäß einsetzbaren Stellmittel.
  • Die vorstehend beschriebenen Getriebeglieder sind vorzugsweise Getriebeglieder der gleichen bzw. ein und derselben Getriebestufe. Alternativ kann aber auch ein mehrstufiges Getriebe verwendet werden, wobei die vorgenannten funktionellen Getriebeglieder auch in zwei oder mehr unterschiedlichen Stufen angeordnet sein können.
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eines der Reibkupplungsglieder relativ zu dem anderen verstellbar, um die Stärke des Reibschlusses durch ein Verstellen der Weite des Reibspalts verändern zu können. Die Verstellung bzw. der Verstellmechanismus kann dabei unterschiedlichste Formen annehmen, und bei einer Ausgestaltung ist das verstellbare Reibkupplungsglied mit einem von der Pumpe geförderten Druckfluid in Richtung auf eine Vergrößerung der Reibspaltweite beaufschlagbar; bevorzugt wirkt dem Druckfluid eine Federkraft entgegen und auf das verstellbare Reibkupplungsglied. Das verstellbare Reibkupplungsglied kann aber auch mittels einer zusätzlichen, insbesondere elektromagnetischen, Verstelleinrichtung in Abhängigkeit von einem Bedarf eines von der Pumpe zu versorgenden Aggregats verstellbar ein, beispielsweise über eine Kennfeldsteuerung, die verbraucherorientiert ist und speziell bei einem zu versorgenden Motor den Öldruck, die Motordrehzahl und die Motortemperatur sowie eventuell auch einen Lastfall berücksichtigt. Natürlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, Kombinationen der vorgenannten Verstellmechanismen bzw. Verstell-Aktuatoren zu verwenden, also möglicherweise eine gegen eine Federkraft wirkende elektromagnetische Verschiebeeinrichtung für das verstellbare Reibkupplungsglied oder eine durch Druckfluid betriebene (hydrodynamische oder hydromechanische) Verstelleinrichtung, die gegen ein elektromagnetisches Rückstellmittel wirkt.
  • Bei einer Ausgestaltung der Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung sind beide Reibkupplungsglieder so ausgeführt, dass sie bei einem Drehantrieb der Getriebeglieder ebenfalls eine Drehbewegung ausführen, wobei der Schlupf im Reibschluss kleiner als 0,3 sein sollte, insbesondere 0,1 betragen kann. Das Drehzahlverhältnis der Reibkupplungsglieder liegt entsprechend vorzugsweise wenigstens bei 0,7. Naturgemäß sind die genannten Schlupfwerte jeweils vom anliegenden Betriebszustand sowie von dem vorliegenden Pumpenaufbau abhängig, und sie können bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen die vorgenannten Werte sowohl überschreiten als auch unterschreiten, wenn die Umgebungsvariablen dies erfordern.
  • Die Reibkupplungsglieder bilden bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Reibschluss eine Koppel, wobei das erste Reibkupplungsglied mit dem ersten Getriebeglied oder dem dritten Getriebeglied für die Übertragung des Drehmoments gekoppelt ist bzw. mit dem betreffenden Getriebeglied drehmomentfest ist. Das zweite Reibkupplungsglied kann integral, d. h. als Baueinheit oder als gleiches Bauteil, mit dem zweiten Getriebeglied ausgebildet oder mit ihm verbunden sein. Insbesondere ist das zweite Reibkupplungsglied selbst das zweite Getriebeglied. Bei einer anderen Ausführungsform wird das zweite Reibkupplungsglied drehbar angeordnet und mit dem zweiten Getriebeglied für die Übertragung des Drehmoments gekoppelt, ist vorzugsweise drehmomentfest mit dem zweiten Getriebeglied verbunden.
  • Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens eines der Reibkupplungsglieder relativ zu demjenigen der Getriebeglieder, mit dem es drehmomentübertragend verbunden ist, axial hin und her bewegt werden kann, um die Weite des Reibspalts und dadurch den Schlupf zu verstellen. Für solche drehmomentübertragenden aber axial verstellbaren bzw. beweglichen Verbindungen eignen sich Verzahnungen, insbesondere Radverzahnungen mit Innen- und Außenverzahnung.
  • Bei einer bevorzugten Variante wird der Reibspalt mit einem Schmiermittel geschmiert; vorzugsweise ist das geförderte Fluid das Schmiermittel. Letzterer Fall kann insbesondere bei selbstschmierenden Ölpumpen gut umgesetzt werden, wo das Öl als Schmiermittel im Gehäuse ohnehin zur Verfügung steht. Die Schmierung im Reibspalt sorgt einerseits für einen kontinuierlich wirkenden bzw. voranschreitenden Reibeingriff bzw. ein möglichst ruckfreies Öffnen der Reibkupplung. Es hat aber auch die Funktion eines Kühlmittels und kann so unerwünschte Reibwärmeeffekte verhindern. Als weiterer Synergieeffekt kommt hinzu, dass das Schmiermittel bzw. das geförderte Fluid dazu in der Lage ist, die bei der Schlupf-Reibbewegung zwischen dem Reibkupplungsgliedern entstehende Energie aufzunehmen und zu dissipieren, d. h. die in das Öl im Reibspalt eingebrachten Scherkräfte nehmen Arbeit bzw. Leistung auf, so dass die Drehzahl am Abtriebsglied, nämlich am dritten Getriebeglied, das auf das Förderglied in der Pumpenförderkammer wirkt, bei gleich bleibender Pumpenleistungs- bzw. Pumpenarbeitsaufnahme geringer werden kann. Die Aufnahme dieser Leistung im Schmierfluid über eine gewisse Zeit bewirkt also eine materialschonende Energiedissipation, weil sich die Reibeffekte nicht direkt auf die an den Reibspalt angrenzenden Bauelemente auswirken.
  • Die Pumpe kann mit Vorteil so ausgebildet werden, dass um eine Drehachse des zweite Reibkupplungsglieds umlaufende Reibflächen, die miteinander in dem Reibschluss sind, zu der Drehachse eine Neigung > 0° und < 90°, vorzugsweise von wenigstens 20 und höchstens 70° aufweisen. Bevorzugt ist eine solche Reibfläche konisch, d. h. mit konstanter Neigung ausgebildet. Wenn die Reibflächen derart geneigt sind, wirkt die Tatsache, dass sie an drehenden Bauteilen angeordnet sind, in der Weise, dass Schmiermittel bzw. Förderfluid innerhalb des Reibspaltes durch Fliehkraftwirkung nach außen gedrückt und somit weiter transportiert wird. Dies sorgt einerseits für eine gleichmäßige und sich immer wieder erneuernde Schmierung im Reibspalt, andererseits wird das sich durch die Reibung erwärmende Fluid abtransportiert, wodurch die kontinuierliche Kühlung der Fläche sichergestellt ist. Die einzelnen Bauelemente sind so auszugestalten, dass der Schmierfilm immer aufrecht erhalten aber auch weitertransportiert wird, und dies kann durch die Winkelgestaltung aber auch durch die Dimensionierung der Reibflächen erfolgen.
  • Die genannten Getriebeglieder der Pumpe sind bei einer erfindungsgemäßen Variante Bestandteile eines Planetengetriebes, vorzugsweise der gleichen Stufe des Planetengetriebes, das bevorzugt nur einstufig ist. Letztere Ausgestaltung ist von der Bauart her am einfachsten zu realisieren, wobei das Planetengetriebe schon in der Regel sehr Raum sparend ausgeführt werden kann und damit dem Ziel entgegenkommt, eine Pumpe mit möglichst geringen Außendimensionen zu bauen.
  • Anders ausgedrückt wird vorteilhafterweise ein Getriebe mit wenigstens drei Freiheitsgraden bzw. drei Wellenfreiheitsgraden (dreiwelliges Getriebe) verwendet, und bevorzugt bilden die drei vorgenannten Getriebeglieder schon alleine ein solches Planetengetriebe. Das Planetengetriebe kann mindestens ein, vorzugsweise nur ein Hohlrad aufweisen, wobei bevorzugt der Reibspalt von der zentralen Drehachse des Planetengetriebes radial wenigstens so weit wie das Hohlrad entfernt ist. Man verlegt also den Reibspalt möglichst weit nach außen, was mehrere Vorteile birgt. Einerseits wirken die auftretenden Reibkräfte mit möglichst großen Hebeln, so dass sie zur Aufnahme von Drehmomenten geringer gehalten werden können, was sich positiv auf die Wärmeentwicklung auswirkt. Andererseits werden die transportierenden Fliehkräfte weiter außen höher, so dass der Fluidtransport im Reibspalt gut gesichert werden kann. Ein dritter Vorteil liegt darin, dass soweit außen im Gehäuse mit größerem Abstand zur Drehachse schon relativ schmale Bauteile im Umfang relativ große Flächen bilden, also mit geringem Platzaufwand große Reibflächen erzeugt werden können.
  • Bei einer Ausführungsform kann das zweite Getriebeglied einen Planetenträger des Planetengetriebes bilden, und außerdem besteht die Möglichkeit, das erste Getriebeglied als Planetengetriebe-Hohlrad auszubilden.
  • In einem vorteilhaften Anwendungsfall ist das erste Getriebeglied in fester Drehzahlbeziehung mit dem Motor gekoppelt, wobei die Pumpe vorzugsweise zur Versorgung des Motors mit vom Fluid gebildeten Schmiermittel dient. Der Motor kann insbesondere ein Verbrennungsmotor sein. Die Pumpe selbst ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung eine Rotationspumpe, beispielsweise eine außen- oder innenachsige Zahnradpumpe, eine Flügelzellenpumpe oder eine Pendelschieberpumpe.
  • Die Erfindung wird im Weiteren anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Sie kann die hierin beschriebenen Merkmale einzeln sowie in jedweder sinnvollen bzw. vorteilhaften Kombination umfassen. Es zeigen:
  • 1 eine Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Pumpe; und
  • 2 eine Zusammenbauzeichnung der Pumpe aus 1 im Mittellängsschnitt.
  • Die in den 1 und 2 dargestellte Pumpe ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 versehen worden. Ihr Aufbau und Ihre Funktion werden im Weiteren näher erläutert, wobei die Bezugnahme auf beide Figuren das Verständnis erleichtern wird.
  • Die Pumpe 1 weist ein Außen-Gesamtgehäuse auf, dessen äußerer Abschluss von dem Getriebedeckel 2, dem Zwischenstück 30 mit dem Öleintritt 31 und dem Ölaustritt 34 und dem Pumpendeckel 5 gebildet wird, der den Pumpendeckel-Flansch 46, das Förderkammergehäuse 48 und das Sonnenwellenlager 50 umfasst. Die drei feststehenden Einheiten des Gehäuses, nämlich der Getriebedeckel 2, das Zwischenstück 30 und der Pumpendeckel 5 werden miteinander verbolzt, wie durch die nicht bezeichneten Bolzenaufnahmelöcher angedeutet ist, die in 1 zu sehen sind.
  • Die Pumpe 1 dient dazu, ein Drehmoment, das an der Eingangswelle 3 (beispielsweise von einem Motor) aufgebracht wird, über die Sonnenwelle 12 auf das Pumpenritzel 40 einer Innenzahnradpumpe zu übertragen, welches mit seiner Ritzelaußenkontur 38 mit der Ritzelinnenkontur 43 des exzentrisch zur Sonnenwelle 12 gelagerten Pumpenrades 42 kämmt, das wiederum im Förderkammer-Gehäuse 48 sitzt, wobei die Förderkammer 44 ausgebildet wird.
  • Wie bei einer Innenzahnradpumpe üblich, fördert das Kämmen der Ritzelaußenkontur 38 mit der Ritzelinnenkontur 43 das Öl aus dem Öleintritt 31 über die Ansaugöffnung 32 der Pumpe und die beim Kämmen entstehenden Förderkammern zur Drucköl-Austragsöffnung 36 und weiter zum Ölaustritt 34, wobei die Bauteile 31, 32, 36 und 34 in dem gehäusefesten Zwischenstück 30 angeordnet sind.
  • Das aus dem Ölaustritt 34 ausgebrachte Öl soll unter anderem wieder für die Schmierung des Motors verwendet werden, der für den Drehmomenteintrag an der Eingangswelle 3 sorgt, und je nach Betriebszustand dieses Motors liegt ein anderer Ölbedarf vor. Um die Förderleistung anzupassen ist deshalb die Drehzahl der Sonnenwelle 12 einzustellen, was über eine Veränderung des auf die Sonnenwelle 12 aufgebrachten Drehmoments bewirkt werden kann, weil die Pumpe verlustbehaftet arbeitet und bei geringerem Antriebsmoment weniger schnell und bei höherem Antriebsmoment schneller drehen wird.
  • Die Übertragung des Drehmoments von der Eingangswelle 3 sowie die Drehmomentänderung wird über ein Getriebe mit einer Reibkupplung erreicht, wie im Weiteren erläutert wird.
  • Die im Getriebedeckel 2 gelagerte Eingangswelle 3 weitet sich an ihrem inneren Ende auf und setzt sich zunächst (von innen nach außen) in einem vorstehenden Hohlrad 6 fort, das eine Hohlrad-Außenverzahnung 7 und eine Hohlrad-Innenverzahnung 9 aufweist. Noch weiter außen bildet das Bauteil eine Federnut 4, in welcher ein Ende einer Feder 8 (Schraubenfeder) zu liegen kommt. Das Hohlrad 6 bildet ein erstes Getriebeglied im Sinne der hierin verwendeten allgemeinen Spezifikation.
  • Wenn im Weiteren das Wort ”axial” verwendet wird, so bezieht sich dies auf die gemeinsame Mittelachse der Sonnenwelle 12 und der Eingangswelle 3, die in 2 mit dem Bezugszeichen 11 angedeutet worden ist.
  • Axial verschieblich ist auf der Hohlrad-Außenverzahnung 7 des Hohlrades 6 das (erste) Reibkupplungsglied 14 gelagert, das ebenfalls mit einer Verzahnung, der Innenverzahnung 16, drehfest mit der Hohlrad-Außenverzahnung 7 kämmt. Es weist an seiner dem Hohlrad zugewandten Seite im äußeren Abschnitt eine (nicht bezeichnete) Federnut auf, welche die Fortsetzung der Federnut 4 des Hohlrades 6 bildet und das andere Ende der Feder 8 aufnimmt. An seiner Außenseite ist das Reibkupplungsglied 14, das im Weiteren auch als ”Topf” bezeichnet wird, im Getriebedeckel 2 gelagert; an seiner Innenseite bildet es einen konisch (in 2 nach rechts) aufgehenden Abschnitt aus, der im Weiteren als Topfreibfläche 18 bezeichnet wird.
  • Wie schon angedeutet, ist der Topf 14 über den Eingriff der Hohlradinnenverzahnung 9 und der Innenverzahnung 16 axial verschiebbar, und die Feder 8 drückt den Topf 14 vom Hohlrad 6 weg.
  • Im Weiteren werden die Bauteile in der Reihenfolge des Kraftflusses beschrieben (wobei auch die Funktion verdeutlicht wird). Im völlig eingekuppelten Zustand wird der Planetenträger 20 (bei der dargestellten Ausführungsform durch einen Öldruck (wie später noch genauer erläutert wird) mit seiner Planetenträger-Reibfläche 22, die konform zur konischen Topfreibfläche 18 des Topfes 14 ausgebildet ist, unter Überwindung der Federkraft an den Topf 14 gedrückt, so dass der Reibspalt 19 geschlossen ist. In diesem Fall wird das Drehmoment vom Hohlrad 6 über die Hohlrad-Außenverzahnung 7, die Innenverzahnung 16 des Topfes und die Topf-Reibflächen und Planetenträgerreibfläche 18, 22 ohne Schlupf und mit gleicher Drehzahl auf den Planetenträger 20 übertragen. Der Planetenträger 20 ist in der allgemeinen, hierin verwendeten Diktion das zweite Getriebeglied.
  • Der Planetenträger 20 sitzt frei drehbar auf der Sonnenwelle 12 und trägt in den Planetenlager 24 drei Planeten 10 die sich außen an der Hohrad-Innenverzahnung 9 des Hohlrades 6 abstützen; dabei übertragen sie mit der Drehbewegung des Planetenträgers 20 das Drehmoment auf das Ritzel der Sonnenwelle 12, sozusagen als Abtriebsdrehmoment des Getriebes und als Eingangsdrehmoment für den Pumpenteil, eingeleitet über das drehfest auf der Sonnenwelle gelagerte Pumpenritzel 40.
  • Über ein Kugellager 28 ist der Planetenträger 20 außen am Zwischenstück 30 gelagert, und die von ihm über die Planeten 10 angetriebene Sonnenwelle 12 bildet in der allgemeinen, hierin verwendeten Diktion das dritte Getriebeglied.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform ist das zweite Reibkupplungsglied gleichzeitig das zweite Getriebeglied, und es wird durch den Planetenträger 20 verkörpert. In der allgemeinen Diktion könnte man als zum zweiten Getriebeglied gehörig auch noch die Planeten 10 ansehen.
  • Die Reibkupplung wird – wie schon angedeutet – durch den Reibschluss im Reibspalt 19 zwischen der Topf-Reibfläche 18 des Topfes 14 und der Planetenträger-Reibfläche 22 des Planetenträgers gebildet, und die Drehmomentreduzierung und damit auch die Drehzahlreduzierung erfolgt durch das Herstellen bzw. Öffnen des Reibspaltes 19.
  • Dieses Öffnen geschieht dadurch, dass der Topf 14 gegen die Kraft der Feder 8 in Richtung auf das Hohlrad 6 verschoben wird, und dies erfolgt bei der dargestellten Ausführungsform über einen Öldruck. Nur schematisch ist dies durch das Bezugszeichen 39 angedeutet, das auf einen Pfeil weist, der andeutet, dass Drucköl vom Ölaustritt 34 gegen die Stirnseite des Topfes 14 drückt und damit gegen die Federkraft den Reibspalt 19 öffnet, d. h. die Topfreibfläche 18 und die Planetenträgerreibfläche 22 auseinander bringt. Wie schon eingangs angedeutet, kann eine solche Öffnungsverstellung in der Art einer Selbstregulierung erfolgen, jedoch auch gesteuert werden, beispielsweise durch mechanisch, hydromechanisch oder elektromechanisch bzw. elektromagnetisch aktuierbare Stellglieder und anhand von Kennfelddaten, die immer den aktuellen Ölbedarf berücksichtigen.
  • Wenn der Reibspalt 19 in der vorbeschriebenen Art und Weise geöffnet wird, entsteht ein Schlupf zwischen dem Topf 14 (Motordrehzahl) und dem Planetenträger 20, so dass sich in Abhängigkeit der Spaltbreite, also des Schlupfes, und des Energieverbrauchs auf der Pumpenabtriebsseite ein neues Gleichgewicht einstellen wird, bei dem Hohlrad 6, Planetenrad 10 und Sonnenrad 12 unterschiedliche Drehzahlen haben.
  • Schon aus Energiebetrachtungen ergibt sich, dass beim Öffnen des Reibspaltes 19, wenn in diesen Spalt Öl eindringt und durch Fliehkraft gefördert wird, die Abtriebsdrehzahl an der Sonnenwelle 12 kleiner wird, weil durch die Scherung im Öl, das sich im Reibspalt 19 befindet, Energie dissipiert wird. Der Schlupf zwischen Planetenträger 20 und Topf 14 wird bei sich vergrößerndem Spalt ebenfalls größer werden, so dass über die Einstellung der Spaltbreite auch eine Einstellung des Schlupfes erfolgen kann, d. h. eine Einstellung des Reibschlusses. Weil die Drehzahl der Pumpe und damit ihre Fördermenge von der Größer des Reibschlusses bzw. des Reibspaltes und damit von der Einstellung der Reibspaltbreite abhängt, ergibt sich schließlich die erfindungsgemäße Drehzahlregelungsmöglichkeit für die dargestellte Pumpe.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Pumpe
    2
    Getriebedeckel
    3
    Eingangswelle
    4
    Federnut
    5
    Pumpendeckel
    6
    Hohlrad
    7
    Hohlrad-Außenverzahnung
    8
    Feder
    9
    Hohlrad-Innenverzahnung
    10
    Planeten
    11
    Mittelachse
    12
    Sonnenwelle
    14
    Reibkupplungsglied (Topf)
    16
    Innenverzahnung
    18
    Topfreibfläche
    19
    Reibspalt
    20
    Planetenträger
    22
    Planetenträger-Reibfläche
    24
    Planetenlager
    26
    Planetenträger-Lagerung (Sonnenwelle)
    28
    Kugellager
    30
    Zwischenstück
    31
    Öleintritt
    32
    Ansaugöffnung der Pumpe
    34
    Ölaustritt
    36
    Drucköl-Austragsöffnung
    38
    Ritzelaußenkontur
    39
    Drucköl zur Spaltöffnung
    40
    Pumpenritzel
    42
    Pumpenrad
    43
    Radinnenkontur
    44
    Förderkammer
    46
    Pumpendeckel-Flansch
    48
    Förderkammer-Gehäuse
    50
    Sonnenwellenlager

Claims (16)

  1. Pumpe umfassend a) ein Gehäuse (5) mit einer Förderkammer, die auf einer Niederdruckseite einen Einlass (32) und auf einer Hochdruckseite einen Auslass (36) für ein Fluid aufweist, b) ein in der Förderkammer (44) für die Förderung des Fluids beweglich angeordnetes Förderglied (40), c) ein von einem Motor drehantreibbares erstes Getriebeglied (6), d) ein vom ersten Getriebeglied drehantreibbares, relativ zu dem ersten Getriebegglied drehbares zweites Getriebeglied (20), e) ein vom zweiten Getriebeglied (20) drehantreibbares, relativ zu dem ersten Getriebeglied (6) und dem zweiten Getriebeglied drehbares drittes Getriebeglied (12), das auf das Förderglied (40) abtreibt, f) ein erstes Reibkupplungsglied (14), g) und ein drehbares zweites Reibkupplungsglied (20), das mit dem ersten Reibkupplungsglied über einen Reibspalt (19) in einem Reibschluss ist und im Reibschluss ein vom ersten Getriebeglied (6) erhaltenes Drehmoment mit Schlupf abstützt, h) wobei die Stärke des Reibschlusses verstellbar ist und dadurch der Schlupf insbesondere bis auf Null verstellbar ist.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Reibkupplungsglieder (14) relativ zu dem anderen (20) verstellbar ist, um die Stärke des Reibschlusses durch Verstellen der Weite des Reibspalts (19) verstellen zu können.
  3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Reibkupplungsglied (14) mit einem von der Pumpe geförderten Druckfluid in Richtung auf eine Vergrößerung der Reibspaltweite beaufschlagbar ist und in bevorzugter Ausführung dem Druckfluid entgegen eine Federkraft auf das verstellbare Reibkupplungsglied (14) wirkt.
  4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Reibkupplungsglied (14) mittels einer zusätzlichen, insbesonderen elektromagnetischen, Verstelleinrichtung in Abhängigkeit von einem Bedarf eines von der Pumpe zu versorgenden Aggregats verstellbar ist.
  5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibkupplungsglieder (14, 20) im Reibschluss eine Koppel bilden und das erste Reibkupplungsglied (14) mit dem ersten Getriebeglied (6) oder dem dritten Getriebeglied (12) für die Übertragung des Drehmoments gekoppelt ist, vorzugsweise mit dem betreffenden Getriebeglied drehmomentfest ist.
  6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Reibkupplungsglied (20) integral mit dem zweiten Getriebeglied (20) ausgebildet oder verbunden ist, insbesondere das zweite Getriebeglied (20) selbst ist.
  7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Reibkupplungsglied drehbar und mit dem zweiten Getriebeglied für die Übertragung des Drehmoments gekoppelt ist, mit dem zweiten Getriebeglied vorzugsweise drehmomentfest ist.
  8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Reibkupplungsglieder (14) relativ zu demjenigen der Getriebeglieder (4), mit dem es Drehmoment übertragend verbunden ist, axial hin und her bewegt werden kann, um die Weite des Reibspalts (19) und dadurch den Schlupf zu verstellen.
  9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibspalt (19) mit Schmiermittel geschmiert, vorzugsweise das geförderte Fluid das Schmiermittel ist.
  10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass um eine Drehachse (7) des zweiten Reibkupplungsglieds (20) umlaufende Reibflächen (18, 22), die miteinander in dem Reibschluss sind, zu der Drehachse eine Neigung größer 0° und kleiner 90°, vorzugsweise von wenigstens 20° und höchstens 70° aufweisen.
  11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeglieder (6, 12, 20) Bestandteile eines Planetengetriebes, vorzugsweise der gleichen Stufe des Planetengetriebes sind, das vorzugsweise nur einstufig ist.
  12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe wenigstens ein, vorzugsweise nur ein Hohlrad (6) aufweist und der Reibspalt (19) von einer zentralen Drehachse des Planetengetriebes (11) radial wenigstens so weit wie das Hohlrad (6) entfernt ist.
  13. Pumpe nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Getriebeglied (20) einen Planetenträger bildet.
  14. Pumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erstes Getriebeglied das Hohlrad (6) des Planetengetriebes ist.
  15. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getriebeglied (6) in fester Drehzahlbeziehung mit dem Motor gekoppelt ist, die Pumpe vorzugsweise der Versorgung des Motors mit vom Fluid gebildetem Schmiermittel dient und der Motor insbesondere ein Verbrennungsmotor sein kann.
  16. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Rotationspumpe, beispielsweise eine außen- oder innenachsige Zahnradpumpe, eine Flügelzellenpumpe oder Pendelschieberpumpe ist.
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