DE102011086175B3 - Rotationspumpe mit verbesserter Abdichtung - Google Patents

Abstract

Rotationspumpe mit verbesserter Abdichtung einer Steuerdruckkammer (5), umfassend: (a) ein Gehäuse (1) mit einem Einlass (3) und einem Auslass (4) für ein Fluid und einer mit dem Einlass (3) und dem Auslass (4) verbundenen Förderkammer (2), (b) ein in der Förderkammer (2) um eine Drehachse (R1) drehbares Förderrad (10), (c) ein das Förderrad (10) am Umfang umgebendes Stellglied (14), das mit dem Förderrad (10) Förderzellen (12) bildet und zur Verstellung des spezifischen Fördervolumens der Rotationspumpe im Gehäuse (1) relativ zum Förderrad (10) in eine Stellrichtung (S) und eine Stellgegenrichtung hin und her beweglich ist, (d) wobei das Stellglied (14) mit axial zugewandten Axialgegenflächen (6) unter Bildung jeweils eines axialen Dichtspalts und in einem Gleitkontakt mit einer dem äußeren Umfang des Stellglieds (14) zugewandten Umfangsgegenfläche (7) unter Bildung eines radialen Dichtspalts die Steuerdruckkammer (5) begrenzt, in die zur Druckbeaufschlagung des Stellglieds (14) ein Steuerfluid einleitbar ist, um auf das Stellglied (14) eine Stellkraft in die Stellrichtung (S) auszuüben, (e) eine Rückstelleinrichtung (8) zur Erzeugung einer auf das Stellglied (14) in die Stellgegenrichtung wirkenden Rückstellkraft (f) und ein an dem Stellglied (14) oder der Umfangsgegenfläche (7) angeordnetes, in dem Gleitkontakt befindliches Dichtelement (20; 30), (g) wobei zur Kompensation einer Änderung der Spaltweite eines der axialen Dichtspalte an dem Dichtelement (20; 30) ein Grundleckagequerschnitt (23, 24; 33, 34, 35, 36) vorgesehen ist, durch den Steuerfluid aus der Steuerdruckkammer (5) zu einer Niederdruckseite der Pumpe abströmen kann.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe, insbesondere eine Rotationsverdrängerpumpe, mit einer verbesserten Abdichtung im Bereich eines beweglichen Stellglieds der Pumpe. Die Rotationsverdrängerpumpe kann insbesondere eine Flügelzellen- oder Pendelschieberpumpe sein, grundsätzlich sind aber auch andere Pumpen mit der Erfindung realisierbar.
• Rotationspumpen weisen ein drehbares Förderrad und zur Verstellung ihres spezifischen Fördervolumens ein das Förderrad umgebendes, hin und her bewegliches Stellglied auf, das in eine Richtung seiner Beweglichkeit mit einem Steuerfluid und der vom Steuerfluid ausgeübten Steuerfluidkraft entgegen mit einer Rückstellkraft beaufschlagt wird. Der Druck des Steuerfluids hängt vom Druck des von der Pumpe geförderten Fluids ab. In den meisten Anwendungen wird von dem von der Pumpe geförderten Fluid ein Teil abgezweigt und dem Stellglied als das Steuerfluid aufgegeben. Das Stellglied bildet zur Abdichtung eines mit dem Steuerfluid beaufschlagten Steuerdruckraums an seinem Umfang im Gleitkontakt mit einer Gegenfläche einen radialen Dichtspalt und an seinen axialen Stirnseiten jeweils einen Dichtspalt. Aufgrund von Unterschieden in der Wärmedehnung der die Dichtspalte bildenden Komponenten ändern sich die Weiten der Dichtspalte in Abhängigkeit von der Pumpentemperatur. In den meisten Pumpenausführungen vergrößern sich die Dichtspalte bei Zunahme der Temperatur. Die Dichtspalte können sich auch durch Verschleiß, insbesondere beim Einlaufen, vergrößern. Fertigungstoleranzen sind eine weitere Ursache für Ungenauigkeiten hinsichtlich des Fördervolumens. Wird die Pumpe mittels des Steuerfluids abgeregelt, das Stellglied mit dem Steuerfluid also in Richtung einer Verringerung des spezifischen Fördervolumens beaufschlagt, verschiebt sich das Druckniveau, bei dessen Erreichen die Abregelung beginnt, mit der Temperatur und im Laufe der Zeit durch Verschleiß. Fertigungstoleranzen sind für Unterschiede von Pumpe zu Pumpe verantwortlich.
• Pumpen, wie die Erfindung sie u. a. betrifft, sind beispielsweise aus der WO 2006/066405 A1 , der WO 2007/128105 A1 , der WO 2010/142611 A1 , der US 2011/0189043 A1 und der DE 10 2006 061 326 B4 bekannt. Zur Verbesserung der Abdichtung kommen in den Umfangsdichtspalten angeordnete Dichtelemente zum Einsatz.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Einstellung eines bedarfsgerechten Fördervolumens bzw. Drucks einer verstellbaren Rotationspumpe, insbesondere Rotationsverdrängerpumpe, mit erhöhter Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
• Die Erfindung geht von einer Rotationspumpe, beispielsweise Rotationsverdrängerpumpe, aus, die ein Gehäuse mit einer Förderkammer, ein in der Förderkammer um eine Drehachse drehbares Förderrad und ein das Förderrad umgebendes Stellglied umfasst. Das Gehäuse weist auf einer Niederdruckseite einen Einlass und auf einer Hochdruckseite einen Auslass für ein Fluid auf. Einlass und Auslass sind mit der Förderkammer verbunden. Das Förderrad bildet mit dem Stellglied Förderzellen, die sich bei einem Drehantrieb des Förderrads in eine Drehrichtung des Förderrads auf einer mit dem Einlass kommunizierenden Niederdruckseite der Förderkammer vergrößern und auf einer mit dem Auslass kommunizierenden Hochdruckseite der Förderkammer verkleinern, um das Fluid vom Einlass zum Auslass zu fördern. Das Stellglied ist zur Verstellung des spezifischen Fördervolumens der Verdrängerpumpe im Gehäuse relativ zum Förderrad in eine Stellrichtung und eine Stellgegenrichtung hin und her beweglich. Das Stellglied begrenzt eine Steuerdruckkammer. Es ist an seinem äußeren Umfang in einem Gleitkontakt mit einer zugewandten Umfangsgegenfläche und bildet mit dieser im Gleitkontakt einen in Bezug auf die Drehachse des Förderrads radialen Dichtspalt. Ferner bildet es mit axial zugewandten Axialgegenflächen axiale Dichtspalte, um die Steuerdruckkammer zu begrenzen und in der Folge abzudichten. Die Umfangsgegenfläche und die Axialgegenflächen können vom Gehäuse gebildet werden, vorzugsweise unmittelbar vom Gehäuse. Ein Gehäusedeckel wird in diesem Zusammenhang als ein Bestandteil des Gehäuses betrachtet. So kann insbesondere eine der Axialgegenflächen von einem das Förderrad und das Stellglied aufnehmenden Gehäuseteil und eine axial gegenüberliegende andere Axialgegenfläche von einem Gehäusedeckel gebildet werden. Falls eine oder mehrere der Gegenflächen von einem im Gehäuse unbeweglich eingesetzten Einsatz oder mehreren jeweils unbeweglich eingesetzten Einsätzen gebildet wird oder werden, gelten auch derartige Einsätze als zum Gehäuse gehörig. Die Pumpe umfasst ferner eine Rückstelleinrichtung zur Erzeugung einer auf das Stellglied in die Stellgegenrichtung wirkenden Rückstellkraft, die vorzugsweise eine Federkraft ist. Die Rückstelleinrichtung kann zur Erzeugung der Rückstellkraft eine mechanische Feder aufweisen, beispielsweise eine Schraubendruckfeder, was auch bevorzugte Ausführungen einschließt, in denen die Rückstelleinrichtung aus einer mechanischen Feder besteht.
• Um den radialen Dichtspalt zu bilden, ist am Stellglied oder an der Umfangsgegenfläche ein Dichtelement angeordnet. Ist das Dichtelement an der Umfangsgegenfläche angeordnet, befindet es sich in dem Gleitkontakt mit dem Stellglied. Bevorzugter ist das Dichtelement am Stellglied angeordnet und im Gleitkontakt mit der Umfangsgegenfläche. Das Dichtelement ist am äußeren Umfang des Stellglieds oder an der Umfangsgegenfläche vorzugsweise in eine Aufnahme eingesetzt. Die Pumpe umfasst in bevorzugten Ausführungen eine Anpresseinrichtung zur Erzeugung einer auf das Dichtelement wirkenden Anpresskraft, die das Dichtelement in den Gleitkontakt drückt. Auf diese Weise können Änderungen der in einer zur Drehachse des Förderglieds orthogonalen Richtung gemessenen Spaltweite des radialen Dichtspalts zwischen Stellglied und Umfangsgegenfläche kompensiert werden.
• Im Betrieb der Pumpe leckt jedoch von der Hochdruckseite der Förderkammer Fluid über die axialen Dichtspalte in die Steuerdruckkammer. Diese Leckage erhöht den Druck in der Steuerdruckkammer und führt zu einer Verschiebung der Abregelung auf ein geringeres Druckniveau. Die Leckage über die axialen Dichtspalte ist wie eingangs erwähnt ebenfalls abhängig von Fertigungstoleranzen, dem Verschleiß und insbesondere der Pumpentemperatur, wobei zunehmender Verschleiß stets und Temperaturerhöhungen in den meisten Ausführungen zu einer Vergrößerung dieser Leckage und dementsprechend einer Verschiebung der Abregelung hin zu niedrigeren Pumpendrücken führen. Um Änderungen der in axialer Richtung gemessenen Spaltweite der axialen Dichtspalte oder gegebenenfalls der Spaltweite des radialen Dichtspalts zu kompensieren, ist an dem Dichtelement ein Grundleckagequerschnitt vorgesehen, durch den Steuerfluid aus der Steuerdruckkammer gezielt, nämlich in einer durch den Strömungsquerschnitt des Grundleckagequerschnitts vorgegebenen Weise, zur Niederdruckseite der Pumpe abströmen kann. In bevorzugten Ausführungen ist ein einziger oder sind mehrere Grundleckagequerschnitte ausschließlich am Dichtelement vorgesehen. Grundsätzlich können aber auch ein einziger oder mehrere Grundleckagequerschnitte am Dichtelement und zusätzlich ein einziger weiterer Grundleckagequerschnitt oder mehrere weitere Grundleckagequerschnitte an einer der Gegenflächen des Dichtelements vorgesehen sein. Die Gegenflächen des Dichtelements sind die Umfangsgegenfläche, mit der das Dichtelement im Gleitkontakt den radialen Dichtspalt bildet, und die Axialgegenflächen im Bereich der axialen Enden des Dichtelements. Durch den oder die erfindungsgemäßen Grundleckagequerschnitt(e) wird eine Grundleckage in vorgegebener Weise eingestellt, die unabhängig von Änderungen der axialen Spaltweite und somit unabhängig vom Verschleißzustand und der Pumpentemperatur und zudem nur mit ihrer eigenen Fertigungstoleranz, also der Fertigungstoleranz des Grundleckagequerschnitts, behaftet ist. Der wenigstens eine Grundleckagequerschnitt kann jedoch einfach und daher preiswert mit im Vergleich zu den Spaltmaßen geringer Fertigungstoleranz geformt werden. Der von der Pumpe einem Verbraucher, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, gelieferte Druck kann infolgedessen genauer als bei den herkömmlichen Pumpen eingestellt oder eingehalten werden.
• Das Dichtelement kann beispielsweise im Ganzen axial hinter dem Stellglied zurückstehen, so dass der Grundleckagequerschnitt an einem der axialen Enden des Dichtelements oder jeweils ein Grundleckagequerschnitt an beiden axialen Enden des Dichtelements in der axialen Verlängerung des Dichtelements über den gesamten Querschnitt des Dichtelements frei bleibt. Der Grundleckagequerschnitt oder die mehreren Grundleckagequerschnitte kann oder können insbesondere am Dichtelement geformt sein. In derartigen Ausführungen können das Stellglied und das Dichtelement die gleiche axiale Länge aufweisen oder das Dichtelement sogar an einem oder beiden axialen Enden geringfügig über die jeweilige Stirnfläche des Stellglieds in Richtung auf die jeweilige Axialgegenfläche vorragen. Die Formung am Dichtelement umfasst Ausführungen, in denen sich der Grundleckagequerschnitt an einer im Gleitkontakt befindlichen Dichtfläche in einem axial mittleren Bereich des Dichtelements erstreckt. Einer Anordnung des Grundleckagequerschnitts im Bereich eines der axialen Dichtspalte wird gegenüber der Anordnung nur im Bereich des radialen Dichtspalts der Vorzug gegeben. Insbesondere kann eine den Grundleckagequerschnitt bildende Ausnehmung an einem axialen Ende des Dichtelements vorgesehen, vorzugsweise an dem axialen Ende des Dichtelements geformt sein. Eine Ausnehmung oder Vertiefung kann auch am Dichtelement und ferner eine damit korrespondierende, einen gemeinsamen Strömungsquerschnitt bildende Ausnehmung oder Vertiefung an der gegenüberliegenden Gegenfläche, beispielsweise einer der Axialgegenflächen oder aber der den radialen Dichtspalt bildenden Umfangsgegenfläche geformt sein. Zweckmäßigerweise ist der Grundleckagequerschnitt oder sind die mehreren Grundleckagequerschnitte jedoch nur am Dichtelement geformt.
• In Weiterbildungen ist eine Ausnehmung, die den Grundleckagequerschnitt bildet, an einer der Umfangsgegenfläche zugewandten Vorderseite oder einer dem Stellglied zugewandten Rückseite des Dichtelements geformt. Dies gilt für bevorzugte Ausführungen, in denen das Dichtelement am Stellglied angeordnet ist. In Ausführungen, in denen das Dichtelement an der Umfangsgegenfläche angeordnet ist, wäre die den Grundleckagequerschnitt bildende Ausnehmung an einer dem äußeren Umfang des Stellglieds zugewandten Vorderseite oder einer der Gehäusewandung, in der das Dichtelement in solchen Ausführungen angeordnet wäre, zugewandten Rückseite des Dichtelements geformt. Die Ausnehmung erstreckt sich vorzugsweise bis zu einem axialen Ende des Dichtelements. Es kann insbesondere auch ein erster Grundleckagequerschnitt als Ausnehmung an der Vorderseite und ein weiterer, zweiter Grundleckagequerschnitt als Ausnehmung an der Rückseite des Dichtelements geformt sein. Erstreckt sich die Ausnehmung wie bevorzugt zum axialen Ende des Dichtelements, kann sie so geformt sein, dass sich das Dichtelement zum betreffenden axialen Ende hin allmählich oder vorzugsweise über einen Absatz bzw. eine Stufe an seiner Vorderseite oder seiner Rückseite verjüngt. Das Dichtelement kann sich am betreffenden axialen Ende auch umlaufend verjüngen, beispielsweise konisch. Einer stufigen bzw. absatzförmigen Verjüngung wird jedoch der Vorzug gegeben.
• Bevorzugt ist an beiden axialen Enden des Dichtelements jeweils ein Grundleckagequerschnitt vorgesehen. Die wenigstens zwei Grundleckagequerschnitte sind vorteilhafterweise am Dichtelement geformt. Die Grundleckagequerschnitte können beide an der Vorderseite oder beide an der Rückseite des Dichtelements geformt sein. Das Dichtelement kann auch an beiden axialen Enden sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite jeweils einen Grundleckagequerschnitt, also insgesamt wenigstens vier Grundleckagequerschnitte aufweisen.
• Für den Zusammenbau der Pumpe ist es vorteilhaft, wenn das Dichtelement hinsichtlich der Grundleckagequerschnitte oder grundsätzlich seiner Form nach spiegelsymmetrisch ist, die Grundleckagequerschnitte beispielsweise sspiegelsymmetrisch zu einer in Stellrichtung erstreckten Mittelachse des Dichtelements vorgesehen sind oder das Dichtelement an seiner Vorderseite wie an seiner Rückseite geformt, also spiegelsymmetrisch zu einer zwischen der Vorderseite und der Rückseite verlaufenden axialen Ebene ist. Die jeweilige Spiegelsymmetrie muss nicht unumgänglich perfekt sein. Vorteilhaft sind auch Ausführungen, in denen eine weitgehende Spiegelsymmetrie verwirklicht ist, so dass bei einem Einsetzen des Dichtelements in eine an der Umfangsgegenfläche oder bevorzugt dem Stellglied gebildeten Aufnahme die Vorderseite und die Rückseite miteinander oder das linke und das rechte axiale Ende miteinander vertauscht werden können.
• Der Grundleckagequerschnitt weist eine radial gemessene Höhe von vorzugsweise wenigstens 0,01 mm, bevorzugter wenigstens 0,05 mm auf. Sind wie bevorzugt mehrere Grundleckagequerschnitte vorhanden, gilt dies für jeden der Grundleckagequerschnitte jeweils. Ist nur ein einziger Grundleckagequerschnitt vorhanden, so weist dieser Grundleckagequerschnitt eine in Achsrichtung der Pumpe gemessene Breite von vorzugsweise wenigstens 5% der in die gleiche Richtung gemessenen Länge des Dichtelements auf. Die Breite beträgt vorzugsweise höchstens 50% der Länge des Dichtelements, d. h. der Grundleckagequerschnitt erstreckt sich vorteilhafterweise über höchstens 50% der Dichtelementlänge. Der Grundleckagequerschnitt ist in die Strömungsrichtung des ihn im Pumpenbetrieb durchströmenden Steuerfluids gesehen vorzugsweise überall gleich, d. h. konstant. Falls der Grundleckagequerschnitt jedoch der Größe oder Form nach variiert, gelten die bevorzugten Minimal- und Maximalgrenzen der Breite vorteilhafterweise über die gesamte Länge des Grundleckagequerschnitts. Sind mehrere Grundleckagequerschnitte vorhanden, so gelten die vorstehenden Bemessungsregeln für die Breite für die mehreren Grundleckagequerschnitte in der Summe, d. h. die mehreren Grundleckagequerschnitte weisen zusammengenommen eine Breite von vorzugsweise höchstens 50% der Gesamtlänge des Dichtelements auf. Der bevorzugte Minimalwert für die Breite gilt in derartigen Ausführungen ebenfalls für die Summe der Breiten der mehreren Grundleckagequerschnitte.
• In bevorzugten Ausführungen wird das Dichtelement mittels einer Anpresskraft in den Gleitkontakt gedrückt. Die Verdrängerpumpe umfasst in derartigen Ausführungen eine Anpresseinrichtung zur Erzeugung der Anpresskraft. Die Anpresskraft kann eine Federkraft sein, die von einem mechanischen oder pneumatischen Federglied oder mehreren Federgliedern erzeugt wird. Das Dichtelement kann auch selbst das Federglied der Anpresseinrichtung bilden, beispielsweise durch Ausbildung des Dichtelements als elastischer Dichtring, etwa als federelastischer O-Ring. Ein oder mehrere Federglieder können jedoch auch zusätzlich zum Dichtelement vorgesehen sein und auf das Dichtelement wirken, um dieses in den Gleitkontakt zu drücken.
• Die Anpresskraft kann insbesondere hydraulisch erzeugt werden. Eine hydraulische Anpresseinrichtung kann um ein oder mehrere Federglieder ergänzt, die Anpresskraft also hydraulisch und mechanisch erzeugt werden. Bevorzugter ist die Anpresseinrichtung jedoch als rein hydraulische Anpresseinrichtung gebildet, die Anpresskraft dementsprechende eine rein hydraulische Anpresskraft. Eine hydraulische Anpresseinrichtung kann konstruktiv einfach verwirklicht werden und ist robust und daher zeitstandfest, da eine zusätzliche Federeinrichtung, nämlich ein oder mehrere Federglieder, nicht noch zusätzlich verbaut werden muss und auch Materialermüdungserscheinungen nicht zu erwarten sind. Die hydraulische Anpresskraft kann vorteilhafterweise mittels des Steuerfluids erzeugt werden. Grundsätzlich kann die hydraulische Anpresskraft stattdessen aber auch mittels eines anderen Fluids, beispielsweise des an einem anderen Ort an der Hochdruckseite der Pumpe abgezweigten Fluids oder grundsätzlich sogar durch ein eigens zur Erzeugung der Anpresskraft herangeführtes, nicht von der Pumpe gefördertes Fluid erzeugt werden. Die Erzeugung der Anpresskraft durch Fluid aus dem Steuerdruckraum kann jedoch konstruktiv einfach verwirklicht werden und birgt auch nicht die Gefahr von das Regelverhalten der Pumpe störenden Rückwirkungen auf den Druck im Steuerdruckraum.
• Die Anpresseinrichtung umfasst in vorteilhaften Ausführungen einen Verbindungskanal, über den das Dichtelement an einer dem Gleitkontakt abgewandten Rückseite mit einem Fluid, bevorzugt dem Steuerfluid, beaufschlagbar ist. Der Verbindungskanal verbindet einen an der Rückseite des Dichtelements gebildeten Druckraum vorzugsweise mit dem Steuerdruckraum. Ist das Dichtelement am Stellglied angeordnet, erstreckt sich der Verbindungskanal im oder am Stellglied. Ist das Dichtelement an der Umfangsgegenfläche bzw. einer die Umfangsgegenfläche bildenden Gehäusewandung angeordnet, erstreckt sich der Verbindungskanal durch eine Wandung des Gehäuses oder ist als Vertiefung an einer der Axialgegenflächen oder der Umfangsgegenfläche gebildet, um das die Anpresskraft erzeugende Fluid zur Rückseite des Dichtelements zu führen.
• Für die Druckbeaufschlagung ist in ersten Ausführungen an der Rückseite des Dichtelements vorteilhafterweise eine Vertiefung vorgesehen. Um über die axiale Länge des Dichtelements eine möglichst gleichmäßige Druckbeaufschlagung zu erzielen, erstreckt sich die Vertiefung entsprechend über einen größeren, zweckmäßigerweise über den überwiegenden Teil der Länge und vorzugsweise über die gesamte Länge des Dichtelements. Ungeachtet der Anordnung des Dichtelements am Stellglied oder an der Umfangsgegenfläche kann die Vertiefung an der vom Gleitkontakt abgewandten Rückseite des Dichtelements geformt sein. Alternativ kann die Vertiefung oder kann zusätzlich eine korrespondierende Vertiefung der Rückseite des Dichtelements zugewandt am Stellglied oder an der Umfangsgegenfläche geformt sein. Die Vertiefung ist über den Verbindungskanal wie bereits erwähnt in bevorzugten Ausführungen mit dem Steuerdruckraum verbunden. Die Bereitstellung der Vertiefung nicht am Dichtelement, sondern in zweiten Ausführungen je nach dessen Anordnung entweder am Stellglied oder an der Umfangsgegenfläche erleichtert die Fertigung des Dichtelements in solch einer Geometrie, dass das Dichtelement keine vorbestimmte Vorderseite und Rückseite hat, sondern die Vorderseite und die Rückseite zumindest soweit gleich sein können, dass in Bezug auf den Einbau des Dichtelements nicht zwischen seiner Vorderseite und Rückseite unterschieden werden muss. Die Montage wird hierdurch erleichtert, die Gefahr eines inkorrekten Einbaus verringert.
• Die Vertiefung kann an der Rückseite des Dichtelements beispielsweise als Tasche oder Nut gebildet sein. Die Tasche oder Nut ist vorzugsweise axial langgestreckt. Bevorzugten Ausführungen entspricht es, wenn das Dichtelement im Querschnitt gesehen über seine gesamte Länge eine flache Nut oder einen flachen Kanal aufweist. So kann das Dichtelement im Querschnitt beispielsweise U-förmig sein, so dass im Bereich des Grunds eines derartigen U-förmigen Dichtelementprofils die Abdichtung zur Umfangsgegenfläche hin und mittels der beiden vom Grund aufragenden Schenkel des U-förmigen Querschnitts jeweils eine seitliche Abdichtung des Aufnahmeraums, in dem das Dichtelement angeordnet ist, erhalten wird und dadurch Leckagen des die Anpresskraft erzeugenden Druckfluids verringert werden. Für die Verteilung des Druckfluids zur Erzeugung der Anpresskraft geht bei Verteilung mittels einer Vertiefung somit an den Seiten keine Dichtfläche verloren.
• Das Dichtelement kann aus jedem für die Betriebsbedingungen der Pumpe geeigneten Werkstoff gefertigt sein, beispielsweise aus Alu oder Stahl oder vorteilhafterweise auch aus einem ausreichend temperaturfesten Kunststoff. Die Fertigung des Dichtelements aus Kunststoff oder gegebenenfalls auch nur eine Kunststoffbeschichtung hat in tribologischer Hinsicht Vorteile. Es kann mit höherer Sicherheit gewährleistet werden, dass das Dichtelement sich in seiner Aufnahme mit geringer Reibung bewegen kann, was jedenfalls für die bevorzugten Ausführungen vorteilhaft ist, in denen das Dichtelement in einer Aufnahme, die vorzugsweise vom Stellglied gebildet wird, in den Gleitkontakt gedrückt wird und daher quer zur Drehachse des Förderrads beweglich ist. Das Dichtelement kann insbesondere ein Einsatzgleitstück sein und quer zur Drehachse des Förderrads vorteilhafterweise zwischen Seitenwänden der Aufnahme eingefasst und von den Seitenwänden gleitgeführt werden.
• Das Merkmal der Erzeugung einer Anpresskraft, insbesondere mittels einer hydraulischen Anpresseinrichtung, ist auch für sich gesehen vorteilhaft und nicht nur in Verbindung mit dem Grundleckagequerschnitt. Eine derartige Rotationspumpe, insbesondere Verdrängerpumpe, kann gemäß den Merkmalen (a) bis (f) des Anspruchs 1 gestaltet sein und ferner eine Anpresseinrichtung zur Erzeugung der Anpresskraft, insbesondere die hydraulische Anpresseinrichtung aufweisen. Das Merkmal (g) muss bei solch einer Pumpe nicht, kann aber mit Vorteil zusätzlich verwirklicht sein. Das gilt im Weiteren auch für die bevorzugten Ausgestaltungen, die im Zusammenhang mit dem Grundleckagequerschnitt oder den vorzugsweise mehreren Grundleckagequerschnitten offenbart werden.
• Das Stellglied kann im Pumpengehäuse quer zur Drehachse des Förderrads linearbeweglich oder insbesondere in einem Drehgelenk schwenkbeweglich gelagert sein. Die Verstellbewegungen des Stellglieds in und gegen die Stellrichtung sind in derartigen Ausführungen entsprechend Linearbewegungen oder Schwenkbewegungen. In den schwenkbaren Ausführungen verläuft die Drehachse im Drehgelenk des Stellglieds parallel zur Drehachse des Förderrads. Die beispielhaft genannten Verstellanordnungen sind grundsätzlich bekannt. Ist das Stellglied schwenkbeweglich, so entspricht es bevorzugten Ausführungen, wenn das Stellglied an einer vom Dichtelement abgewandten Seite seines äußeren Umfangs ein inneres Gelenkelement und das Gehäuse ein äußeres Gelenkelement des Drehgelenks, das Stellglied somit die Gelenkwelle und das Gehäuse die Gelenkbuchse bilden. Eine einfache und daher besonders bevorzugte Ausgestaltung des Drehgelenks wird dann erhalten, wenn das äußere Gelenkelement das innere Gelenkelement über einen Winkel von höchstens nur 180°, vorzugsweise weniger als 180°, umgibt. Das äußere Gelenkelement ist als Mulde oder Lagerauge geformt, das sich über einen Winkel von wenigstens 180° in Richtung auf die den radialen Dichtspalt mit dem Stellglied bildende Umfangsgegenfläche öffnet. Das Stellglied stützt sich nach einer Seite im Drehgelenk ab und gegenüberliegend an der Umfangsgegenfläche des Gehäuses. Die Konstruktion wird vereinfacht, das Stellglied wird im Rahmen seiner Schwenkbeweglichkeit dennoch genau geführt. Das der Umfangsgegenfläche zugewandt offene äußere Gelenkelement – offen, da es sich über höchstens 180° erstreckt – wird sozusagen mittels der Umfangsgegenfläche geschlossen. Des Weiteren wird eine stabile und robuste Schwenklagerung erhalten.
• In Weiterbildungen ist die Förderkammer durch das Drehgelenk des Stellglieds hindurch mit entweder dem Einlass oder vorzugsweise dem Auslass der Pumpe verbunden. Das innere und das äußere Gelenkelement bilden in solchen Ausführungen ein Hohlgelenk. Der sich durch das Drehgelenk erstreckende Verbindungskanal kann zwar alleine vom Gehäuse, also im Bereich des äußeren Gelenkelements gebildet sein, mit Vorteil kann aber auch das innere Gelenkelement einen Teil des Querschnitts des Verbindungskanals bilden, indem das innere Gelenkelement an seinem äußeren Umfang eine Vertiefung bzw. Mulde aufweist, die den Teilquerschnitt des Verbindungskanals bildet. Dies trägt zu einer kompakten und einfachen Pumpenbauweise bei.
• Die vorstehend offenbarte Schwenklagerung des Stellglieds ist ebenfalls ein Merkmal, das für sich gesehen von Vorteil ist. Dieses Merkmal kann zwar mit Vorteil in Verbindung mit dem Dichtelement und insbesondere dem Grundleckagequerschnitt oder der Anpresseinrichtung verwirklicht sein. Eine Verdrängerpumpe nur mit den Merkmalen (a) bis (e) des Anspruchs 1 und zusätzlich dem Anspruch 14 entsprechend ist aber auch bereits für sich gesehen vorteilhaft.
• Die erfindungsgemäße Pumpe kann beispielsweise eine Schmierölpumpe für die Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Schmieröl oder für solch eine Verwendung vorgesehen sein. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich insbesondere um den Antriebsmotor eines Fahrzeugs handeln. Wird die Verdrängerpumpe wie bevorzugt in fester Drehzahlbeziehung von der Brennkraftmaschine angetrieben, erhöht sich das absolute Fördervolumen der Pumpe zumindest im Wesentlichen proportional mit der Pumpendrehzahl und somit der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Durch die Verstellbarkeit des spezifischen Fördervolumens, also des Fördervolumens pro Umdrehung des Förderrads, kann das absolute Fördervolumen der Pumpe an den tatsächlichen Bedarf der Brennkraftmaschine oder eines anderen mit dem Fluid zu versorgenden Aggregats, wie etwa eines Automatikgetriebes, angepasst werden.
• Vorteilhafte Merkmale werden auch in den Unteransprüchen und deren Kombinationen beschrieben.
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren erläutert. An den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale bilden jeweils einzeln und in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend erläuterten Ausgestaltungen vorteilhaft weiter. Es zeigen:
• 1 eine Rotationspumpe mit einem Stellglied und einem Dichtelement eines ersten Ausführungsbeispiels,
• 2 das Stellglied mit einer Aufnahme für das Dichtelement,
• 3 das Dichtelement des ersten Ausführungsbeispiels,
• 4 ein Dichtelement eines zweiten Ausführungsbeispiels,
• 5 ein Stellglied mit einer Aufnahme für das Dichtelement des zweiten Ausführungsbeispiels und
• 6 einen Endbereich des Stellglieds mit dem dort angeordneten Dichtelement des zweiten Ausführungsbeispiels.
• 1 zeigt eine Rotationspumpe, beispielhaft in Flügelzellenbauart. Die Pumpe ist in einer Seitenansicht auf ein Gehäuse 1 der Pumpe dargestellt. Ein Deckel des Gehäuses 1 ist abgenommen, so dass die Funktionskomponenten der Pumpe erkennbar sind. Das Gehäuse 1 bildet eine Förderkammer 2, in der ein Förderrad 10 um eine Drehachse R₁ drehbar angeordnet ist. Das Gehäuse 1 weist einen Einlass mit einem Einlasskanal 3 und einen Auslass mit einem Auslasskanal 4 für das Fluid auf. Die Förderkammer 2 umfasst eine Niederdruckseite und eine Hochdruckseite. Bei einem Drehantrieb des Förderrads 10 in die eingezeichnete Drehrichtung, dem Uhrzeigersinn, strömt Fluid über den Einlasskanal 3 auf der Niederdruckseite in die Förderkammer 2 und wird unter Erhöhung des Drucks auf der Hochdruckseite ausgestoßen und über den Auslasskanal 4 abgefödert.
• Das Förderrad 10 ist ein Flügelrad mit um die Drehachse R₁ verteilt angeordneten Flügeln 11. Das Förderrad 10 wird an seinem äußeren Umfang von einem Stellglied 14 umgeben, das beispielhaft als Stellring geformt ist. Beim Drehantrieb des Förderrads 10 gleiten dessen Flügel 11 über eine Innenumfangsfläche des Stellglieds 14. Die Drehachse R₁ ist zu einer parallelen zentralen Achse des Stellglieds 14 exzentrisch angeordnet, so dass das Förderglied 10 mit dem Stellring 14 auf der Niederdruckseite der Förderkammer 2 sich in Drehrichtung vergrößernde Förderzellen 12 bildet, die sich auf der Hochdruckseite wieder verkleinern. Aufgrund dieser mit der Drehzahl des Förderrads 2 periodischen Vergrößerung und Verkleinerung der Förderzellen 12 wird das Fluid von der Niederdruckseite zur Hochdruckseite und dort durch den Auslasskanal 4 gefördert.
• Das pro Umdrehung des Förderrads 10 geförderte Fluidvolumen, das so genannte spezifische Fördervolumen, kann verstellt werden. Das spezifische Fördervolumen hängt von der Exzentrizität, also dem Abstand zwischen der zentralen Achse des Stellglieds 14 und der Drehachse R₁ ab. Um diesen Achsabstand ändern zu können, ist das Stellglied 14 im Gehäuse 1 beweglich angeordnet, beispielhaft um eine Schwenkachse R₂ schwenkbeweglich. Für die Verstellung in eine Stellrichtung S, im Ausführungsbeispiel Schwenkrichtung S, wird das Stellglied 14 mit einem in die Stellrichtung S wirkenden Steuerfluiddruck beaufschlagt und diesem Steuerdruck entgegen in die Gegenstellrichtung mit einer Rückstellkraft. Die Rückstellkraft wird von einer Federeinrichtung mit einem oder mehreren mechanischen Federgliedern, im Ausführungsbeispiel einem einzigen Federglied 8, erzeugt. Das Federglied 8 ist als Schraubendruckfeder ausgeführt und angeordnet. Für die Druckbeaufschlagung mit dem Steuerfluid weist das Stellglied 14 an seiner von der Schwenkachse R₂ aus über die Drehachse R₁ gesehen gegenüberliegenden Seite einen funktional als Stellkolben wirkenden Stellglied-Einwirkbereich 16 auf, der beispielhaft mit dem ringförmigen Teil des Stellglieds 14 in einem Stück geformt ist. Zur einen Seite des Stellglied-Einwirkbereichs 16 ist im Gehäuse eine Steuerdruckkammer 5 gebildet, in die das Steuerfluid einleitbar ist, um auf den Stellglied-Einwirkbereich 16 und über diesen auf das Stellglied 14 die in die Stellrichtung S wirkende Stellkraft auszuüben. Die Rückstellkraft wirkt beispielhaft ebenfalls unmittelbar auf den Stellglied-Einwirkbereich 16.
• Die Steuerdruckkammer 5 wird vom Gehäuse 1 und dem Stellglied 14, insbesondere dessen Stellglied-Einwirkbereich 16, begrenzt. Das Stellglied 14 bildet mit Axialgegenflächen 6 des Gehäuses 1, die den beiden Stirnseiten des Stellglieds 14 axial gegenüberliegen, jeweils einen axialen Dichtspalt und an einem äußeren Umfangsbereich mit einer dort radial gegenüberliegenden Umfangsgegenfläche 7 des Gehäuses 1 einen radialen Dichtspalt, wobei die Begriffe ”axial” und ”radial” lediglich besagen sollen, dass die Spaltweite der axialen Dichtspalte axial, also parallel zur Drehachse R₁ gemessen werden und die Spaltweite des radialen Dichtspalts in eine zur Drehachse R₁ orthogonal weisende Richtung gemessen wird. Diese Richtung kann mit einer Radialen auf die Drehachse R₁ zusammenfallen oder die Drehachse R₁ in einem Abstand kreuzen. Die Dichtspalte trennen die Steuerdruckkammer 5 von der Niederdruckseite der Pumpe.
• Die Steuerdruckkammer 5 wird mit dem von der Pumpe geförderten Druckfluid gespeist. Das Steuerfluid wird auf der Hochdruckseite der Pumpe abgezweigt, entweder noch innerhalb des Gehäuses 1 oder an einer Stelle zwischen dem Gehäuse 1 und einem stromabwärts nächstgelegenen Verbraucher, beispielsweise zwischen einem stromabwärts der Pumpe angeordneten Filter und dem nächsten Verbraucher, und von der Abzweigstelle in die Steuerdruckkammer 5 zurückgeführt, um das Stellglied 14 in die Stellrichtung S mit dem Steuerfluiddruck zu beaufschlagen. Die Stellrichtung S ist so gewählt, dass sich die Exzentrizität zwischen Förderrad 10 und Stellglied 14 und dadurch das spezifische Fördervolumen verkleinert, wenn sich das Stellglied 14 in die Stellrichtung S bewegt. Die Beaufschlagung kann so ausgeführt sein, dass die Steuerdruckkammer 5 ständig mit dem Steuerfluid beaufschlagt ist oder über ein optionales Steuerglied gesteuert beaufschlagt werden kann. Im Ausführungsbeispiel ist über den äußeren Umfang des Stellglieds 14 verteilt nur eine einzige Steuerdruckkammer 5 gebildet, die sich vom Stellglied-Einwirkbereich 16 in Richtung auf eine Schwenklagerung des Stellglieds 14 erstreckt. In Weiterbildungen kann die Steuerdruckkammer 5 in Umfangsrichtung eine geringere Erstreckung aufweisen, beispielsweise sich im Wesentlichen nur über den Stellglied-Einwirkbereich 16 erstrecken, und in Umfangsrichtung auf die Schwenklagerung des Stellglieds 14 zu kann oder können beispielsweise eine oder zwei weitere Steuerdruckkammer(n) gebildet sein. Bei Ausbildung mehrerer Steuerdruckkammern kann die Druckbeaufschlagung beispielsweise so gestaltet sein, dass eine dieser Steuerdruckkammern ständig und eine andere über ein Steuerglied steuerbar wahlweise mit Steuerfluid beaufschlagt wird.
• Im radialen Dichtspalt bei 7 ist ein Dichtelement 20 angeordnet, um über den radialen Dichtspalt gesehen die fluidische Trennung bzw. Abdichtung der Steuerdruckkammer 5 gegen die auf der anderen Seite des radialen Dichtspalts gelegene Niederdruckseite zu verbessern. Aufgrund von Fertigungstoleranzen, Verschleiß und Temperaturänderungen verändert sich zum einen von Pumpe zu Pumpe gesehen, zum anderen im Verlaufe der Zeit und schließlich auch in Abhängigkeit vom Betriebszustand der jeweiligen Pumpe die Spaltweite des radialen Dichtspalts. Mittels des Dichtelements 20 werden diese Spaltweitenänderungen im radialen Dichtspalt kompensiert. Das Dichtelement 20 ist im radialen Dichtspalt im Gleitkontakt mit der Umfangsgegenfläche 7 und wird zum Zwecke der Kompensation an seiner von der Umfangsgegenfläche 7 abgewandten Rückseite mit einer Anpresskraft beaufschlagt, die das Dichtelement 20 in dem Gleitkontakt drückt. Obgleich es grundsätzlich denkbar wäre, das Dichtelement 20 in sich elastisch auszubilden, um die Anpresskraft zu erzeugen, wird im Ausführungsbeispiel die Anpresskraft extern, auf das Dichtelement 20 wirkend, erzeugt. Dies könnte zwar mittels zusätzlicher Federglieder oder gegebenenfalls auch nur eines einzigen Federglieds bewerkstelligt werden, im Ausführungsbeispiel wird die Anpresskraft jedoch wie bevorzugt hydraulisch erzeugt. Zur Erzeugung der Anpresskraft wird Steuerfluid aus der Steuerdruckkammer 6 an die Rückseite des Dichtelements 20 geführt. Zu diesem Zweck ist das Stellglied 14 mit einem Verbindungskanal 17 versehen, der auf kurzem Wege von der Rückseite des Dichtelements 20 in die Steuerdruckkammer 5 führt.
• Die 2 und 3 zeigen das Stellglied 14 und das Dichtelement 20 einzeln in jeweils einer perspektivischen Sicht. Das Stellglied 14 weist am äußeren Umfang seines Stellglied-Einwirkbereichs 16 der Umfangsgegenfläche 7 (1) gegenüberliegend eine Aufnahme 18 für das Dichtelement 20 und an einer Stirnseite den Verbindungskanal 17 auf. Der Verbindungskanal 17 ist an einer der beiden Stirnseiten des Stellglieds 14 als Vertiefung geformt. An der anderen Stirnseite kann ebenfalls ein Verbindungskanal geformt sein, vorteilhafterweise in gleicher Weise wie der Verbindungskanal 17, im Ausführungsbeispiel ist jedoch nur ein einziger Verbindungskanal 17 vorgesehen. Im zusammengebauten Zustand ist das Dichtelement 20 in der Aufnahme 18 angeordnet, so dass es mit einer dem Stellglied 14 abgewandten Vorderseite 21, der Dichtseite, der Umfangsgegenfläche 7 gegenüberliegt und im Gleitkontakt mit der Umfangsgegenfläche 7 ist, wenn es an seiner in der Aufnahme 18 befindlichen Rückseite 22 mit Druck beaufschlagt wird.
• Das Dichtelement 20 wird separat gefertigt und beim Zusammenbau der Pumpe in die Aufnahme 18 eingesetzt, ist also ein Einsatzstück. Es ist im eingesetzten Zustand relativ zum Stellglied 14 zumindest im Wesentlichen orthogonal zur Umfangsfläche 7 beweglich. Die einander gegenüberliegenden Seitenflächen 18a und 18b der Aufnahme 18 bilden im Rahmen dieser Radialbeweglichkeit Führungsflächen für das Dichtelement 20. Das Dichtelement 20 ist in der Aufnahme 18 ferner auch axial beweglich. Die Seitenflächen 18a und 18b führen das Dichtelement 20 auch im Rahmen dieser Beweglichkeit. Die axiale Beweglichkeit wird durch die Axialgegenflächen 6 des Gehäuses 1 begrenzt.
• Das Dichtelement 20 weist an seiner im eingesetzten Zustand in der Aufnahme 18 liegenden Rückseite 22 eine Vertiefung 25 auf, die der gleichmäßigen Verteilung des über den Verbindungskanal 17 zur Rückseite 22 geführten Steuerfluids über die Länge des Dichtelements 20 dient. Die Vertiefung 25 erstreckt sich über die gesamte Länge des Dichtelements 20. Sie ist beispielhaft als gerade, flache Nut geformt. Alternativ wäre auch denkbar, die Vertiefung 25 als eine Tasche zu formen, die sich an der Rückseite 22 nur über einen Teil der Länge des Dichtelements 20 erstreckt. Die Formung als durchgehende Vertiefung, beispielsweise als gerade Nut, ist jedoch einfach fertigbar und sorgt für eine axial gleichmäßige Druckbeaufschlagung. Um die Abdichtung im radialen Dichtspalt zu verbessern, ist die Vorderseite 21 in Richtung auf die Umfangsgegenfläche 7 vorgewölbt. Die Wölbung kann einer Wölbung der Umfangsgegenfläche 7 angepasst, insbesondere kongruent sein. Die Wölbung kann auch stärker ausgebildet sein, um im Gleitkontakt mit der Umfangsgegenfläche 7 eine Linienberührung oder zumindest einen an die Linienberührung angenäherten Kontakt zu erhalten. Wenn im Zusammenhang mit dem Dichtelement 20 von einem Gleitkontakt die Rede ist, sollen mit dem Begriff ”Gleitkontakt” insbesondere auch Zustände umfasst sein, in denen die beiden im Gleitkontakt befindlichen Flächen, einerseits die Vorderseite 21 des Dichtelements 20 und andererseits die Umfangsgegenfläche 7, mit dem Steuerfluid benetzt sind, das Steuerfluid somit im Gleitkontakt als Schmiermittel dient.
• In den axialen Endbereichen des Dichtelements 20 ist an der Vorderseite 21 jeweils ein Grundleckagequerschnitt geformt, ein linker Grundleckagequerschnitt 23 und ein rechter Grundleckagequerschnitt 24. Die Grundleckagequerschnitte 23 und 24 sind als Ausnehmungen geformt. Sie erstrecken sich vom jeweiligen axialen Ende ein Stück weit in Richtung auf eine axiale Mitte des Dichtelements 20 und enden jeweils an einem stufenförmigen Absatz. Das Dichtelement 20 weist über den größten Teil seiner axialen Länge an der Vorderseite 21 die gewölbte Dichtfläche auf, die in Ausbildung der Grundleckagequerschnitte 23 und 24 am jeweiligen axialen Ende stufenförmig abfällt. Die Ausnehmungen 23 und 24 dienen der Abführung von Steuerfluid aus dem Steuerdruckraum 5 zur Niederdruckseite der Pumpe. Sie bilden in diesem Sinne Abführ- oder Entlastungsquerschnitte, wie gesagt Grundleckagequerschnitte, für das Steuerfluid.
• Mit L ist eine parallel zur Drehachse R₁ erstreckte Längsachse und mit T eine parallel zur Stellrichtung S weisende Querachse des Dichtelements 20 bezeichnet. Die Grundleckagequerschnitte 23 und 24 sind im Querschnitt so bemessen, dass durch sie in der Summe eine Grundleckage zur Niederdruckseite abströmt. Wegen der Vorgabe einer Grundleckage mittels der am Dichtelement 20 geformten Grundleckagequerschnitte 23 und 24 kann ein bestimmtes Druckniveau in der Steuerdruckkammer 5, bei dem eine Stellbewegung in Stellrichtung S aus der in 1 vom Stellglied 14 eingenommenen Endlage heraus einsetzt, genauer vorgegeben werden, als bei Leckage nur über die vom Stellglied 14 und den Gegenflächen 6 und 7 begrenzten Dichtspalte.
• Eine zur Querachse T orthogonale, die Längsachse L enthaltende Ebene unterteilt das Dichtelement 20 in zwei zumindest im Wesentlichen gleiche Längshälften. Die Querachse T erstreckt sich in 3 auf der Höhe der axialen Mitte des Dichtelements 20. Das Dichtelement 20 ist spiegelsymmetrisch zu einer orthogonal zur Langsachse L weisenden, die Querachse T enthaltenden Ebene. Bei dem Einbau des Dichtelements 20 in die Aufnahme 18 ist man somit hinsichtlich der Orientierung des Dichtelements 20 nach ”links” und ”rechts” frei.
• 4 zeigt ein Dichtelement 30 in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das Dichtelement 30 weist nicht nur wie bereits das Dichtelement 20 zumindest im Wesentlichen Spiegelsymmetrie zu einer mittleren, parallel zur Stellrichtung S erstreckten Querachse T auf, sondern ist zumindest im Wesentlichen auch spiegelsymmetrisch bezüglich einer mittleren Ebene, die sowohl die Längsachse L als auch die Querachse T enthält. Das Dichtelement 30 weist mit anderen Worten eine Vorderseite 31 und eine Rückseite 32 auf, die zumindest im Wesentlichen gleich sind. Man muss somit beim Einsetzen des Dichtelements 30 nicht zwischen Vorderseite 31 und Rückseite 32 unterscheiden, vielmehr kann das Dichtelement 30 diesbezüglich unspezifisch in die Aufnahme 18 eingesetzt werden. Dies erleichtert den Einbau insbesondere auch in Großserien mittels Montageautomaten. Um die genannte Symmetrie bezüglich der L-T-Mittelebene zu erzielen, weist das Dichtelement 30 über die beiden Grundleckagequerschnitte 33 und 34 hinaus auch an der gegenüberliegenden Seite, in 4 der Rückseite 32, weitere Grundleckagequerschnitte 35 und 36 auf. Die Grundleckagequerschnitte 33 bis 36 sind jeweils wie die Grundleckagequerschnitte 23 und 24 des Dichtelements 20 geformt. Die von der Vorderseite 31 gebildete Dichtfläche entspricht der Dichtfläche an der Vorderseite 21 des Dichtelements 20. Hinter den Bezugszeichen 31 und 32 ist in 4 in Klammern angedeutet, dass Vorder- und Rückseite vertauscht werden können.
• 5 zeigt ein Stellglied 14 mit einer Aufnahme 18 in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Aufnahme 18 ist für den lageunspezifischen Einbau des Dichtelements 30 gegenüber der Aufnahme 18 des ersten Ausführungsbeispiels (2 und 3) modifiziert, indem eine der Verteilung des Steuerfluids dienende Vertiefung 15 in der Aufnahme 18 geformt ist. Die Vertiefung 15 des Stellglieds 14 ersetzt die im ersten Ausführungsbeispiel am Dichtelement 20 vorgesehene Vertiefung 25. Im Übrigen entspricht das Stellglied 14 dem Stellglied 14 des ersten Ausführungsbeispiels.
• 6 zeigt das Stellglied 14 im Bereich seines Stellglied-Einwirkbereichs 16 mit eingesetztem Dichtelement 30 und in einer Sicht auf die Stirnseite, an der der Verbindungskanal 17 geformt ist.
• Von den zum Dichtelement 30 und der Aufnahme 18 erläuterten Unterschieden abgesehen entspricht eine Verdrängerpumpe mit Dichtelement 30 einer Verdrängerpumpe mit Dichtelement 20, so dass auf die im Zusammenhang mit dem Dichtelement 20 gemachten Ausführungen verwiesen wird. Insbesondere können in der Verdrängerpumpe der 1 das Stellglied 14 und das Dichtelement 20 durch das Stellglied 14 und das Dichtelement 30 der 4 bis 6 ausgetauscht werden.
• Mit den Dichtelementen 20 und 30, die in der jeweils angepassten Aufnahme 18 des Stellglieds 14 angeordnet und mittels hydraulisch erzeugter Anpresskraft in den Gleitkontakt gedrückt werden, wird eine im gesamten Betriebstemperaturbereich und über die Lebensdauer der Verdrängerpumpe gleich bleibende Abdichtung im radialen Dichtspalt gewährleistet. Mittels der Grundleckagequerschnitte 23 und 24 und ebenso der Grundleckagequerschnitte 33 bis 36 wird eine genau vorgebbare Leckage eingestellt, durch die Steuerfluid aus dem Steuerdruckraum 5 in entsprechend genau vorgebbarer Weise zur Niederdruckseite der Pumpe abströmen kann. Diese gezielte Leckage dient der Kompensation von Spaltweitenänderungen der axialen Dichtspalte, die zwischen den Stirnseiten des Stellglieds 14 und den zugewandten Axialgegenflächen 6 gebildet sind und die aufgrund von Fertigungstoleranzen und insbesondere Temperaturschwankungen im Pumpenbetrieb und auch durch einen gewissen Verschleiß auftreten können. Beide Maßnahmen tragen dazu bei, dass das konstruktiv durch die Steuerdruckkammer 5 und den Stellkolben 16 sowie die Federeinrichtung 8 vorgegebene Druckniveau, bei dem das Stellglied 14 beginnt, sich aus der in 1 dargestellten Endlage für maximales spezifisches Fördervolumen in Stellrichtung S und somit in Richtung minimales spezifisches Fördervolumen zu bewegen, vergleichsweise invariant ist. Es kann genauer als im Stand der Technik auch bei Temperaturschwankungen, Verschleiß und Fertigungstoleranzen gewährleistet werden, dass der Abregelungsvorgang bei dem Druckniveau einsetzt, für das die Pumpe ausgelegt wurde.
• Auch die Schwenklagerung des Stellglieds 14 weist besondere Vorteile auf. Für die Schwenklagerung bilden das Gehäuse 1 und das Stellglied 14 miteinander ein Drehgelenk mit Gelenkelementen 9 und 19. Das Gelenkelement 9 wird vom Gehäuse 1 gebildet und ist das äußere Gelenkelement, nämlich die Gelenkbuchse des Drehgelenks 9, 19. Das Gelenkelement 19 wird vom Stellglied 14 gebildet und ist das innere Gelenkelement, nämlich die Gelenkwelle des Gelenkelements 9, 19.
• Eine erste Besonderheit besteht darin, dass das äußere Gelenkelement 9 das innere Gelenkelement 19 am äußeren Umfang über einen Winkel von höchstens, im Beispiel weniger als 180° umgreift, so dass das Stellglied 14 im Gelenk 9, 19 nur dann gehalten wird, wenn das Gelenkelement 19 in die vom Gelenkelement 9 gebildete Schale gedrückt wird. Andererseits wird im Gleitkontakt der Umfangsinnenfläche des Gelenkelements 9 und der zugewandten Umfangsaußenfläche 19a und 19b (2) des Gelenkelements 19 die Schwenkachse R₂ vorgegeben. Der offenen Seite des vom Gelenkelement 9 gebildeten Lagerauges gegenüberliegend ist über den radialen Dichtspalt zwischen dem Stellglied 14 und der Umfangsgegenfläche 7 ein Widerlager gebildet. Über den Umfang des Stellglieds 14 verteilt kann ein weiteres oder können mehrere weitere Widerlager gebildet sein, beispielsweise in Ausführungen, in denen eine oder mehrere weitere Steuerdruckkammer(n) wie etwa die optionale Steuerdruckkammer 5' vorhanden sind. Die Ausbildung des Gelenkelements 9 als ein zur Drehachse R₁ des Förderglieds 10 hin offenes Lagerauge ist vorteilhaft zum einen, um Überbestimmungen in der Lagerung des Stellglieds 14 zu vermeiden und somit die Schwenklagerung zu verbessern, aber auch um die Montage zu erleichtern.
• Eine zweite Besonderheit besteht darin, dass das Drehgelenk 9, 19 als Hohlgelenk gebildet ist, durch das sich der Auslasskanal 4 erstreckt, der die Hochdruckseite der Förderkammer 2 mit dem Pumpenauslass verbindet. Im Hohlgelenk bildet das Gelenkelement 19 einen Teil des Querschnitts des Auslasskanals 4. Den Restquerschnitt bildet das Gehäuse 1. Das Gelenkelement 19 weist hierfür an seinem äußeren Umfang eine Vertiefung oder Mulde 19c auf, ist also in Ausbildung des Drehgelenks 9, 19 nicht über seine gesamte äußere Umfangsfläche in einem Gleitkontakt mit dem Gelenkelement 9, sondern nur in einem links der Vertiefung und einem rechts der Vertiefung gelegenen Gleitbereich 19a und 19b. Das Stellglied 14 weist mit anderen Worten für seine Schwenklagerung und für die Bildung des Drehgelenks 9, 19 den linken Umfangsgleitbereich 19a, den rechten Umfangsgleitbereich 19b und für die Bildung des Auslasskanals 4 zwischen diesen beiden Gleitbereichen 19a und 19b die muldenförmige Vertiefung 19c auf.
• Bezugszeichenliste

1

Pumpengehäuse

2

Förderkammer

3

Einlasskanal

4

Auslasskanal

5

Steuerdruckkammer

6

Axialgegenfläche

7

Umfangsgegenfläche

8

Federglied

9

äußeres Gelenkelement

10

Förderrad

11

Flügel

12

Förderzelle

13

14

Stellglied

15

Vertiefung

16

Stellglied-Einwirkbereich

17

Verbindungskanal

18

Aufnahme

18a

Führung, Seitenfläche

18b

Führung, Seitenfläche

19

inneres Gelenkelement

19a

Umfangsgleitfläche

19b

Umfangsgleitfläche

19c

Vertiefung

20

Dichtelement

21

Vorderseite

22

Rückseite

23

Grundleckagequerschnitt

24

Grundleckagequerschnitt

25

Vertiefung

26

27

28

29

30

Dichtelement

31

Vorderseite

32

Rückseite

33

Grundleckagequerschnitt

34

Grundleckagequerschnitt

35

Grundleckagequerschnitt

36

Grundleckagequerschnitt

R₁

Drehachse Förderrad

R₂

Schwenkachse Stellglied

L

Längsachse Dichtelement

T

Querachse Dichtelement

S

Stellrichtung Stellglied

Claims (15)

1. Rotationspumpe mit verbesserter Abdichtung einer Steuerdruckkammer (5), umfassend: (a) ein Gehäuse (1) mit einem Einlass (3) und einem Auslass (4) für ein Fluid und einer mit dem Einlass (3) und dem Auslass (4) verbundenen Förderkammer (2), (b) ein in der Förderkammer (2) um eine Drehachse (R₁) drehbares Förderrad (10), (c) ein das Förderrad (10) am Umfang umgebendes Stellglied (14), das mit dem Förderrad (10) Förderzellen (12) bildet und zur Verstellung des spezifischen Fördervolumens der Rotationspumpe im Gehäuse (1) relativ zum Förderrad (10) in eine Stellrichtung (S) und eine Stellgegenrichtung hin und her beweglich ist, (d) wobei das Stellglied (14) mit axial zugewandten Axialgegenflächen (6) unter Bildung jeweils eines axialen Dichtspalts und in einem Gleitkontakt mit einer dem äußeren Umfang des Stellglieds (14) zugewandten Umfangsgegenfläche (7) unter Bildung eines radialen Dichtspalts die Steuerdruckkammer (5) begrenzt, in die zur Druckbeaufschlagung des Stellglieds (14) ein Steuerfluid einleitbar ist, um auf das Stellglied (14) eine Stellkraft in die Stellrichtung (S) auszuüben, (e) eine Rückstelleinrichtung (8) zur Erzeugung einer auf das Stellglied (14) in die Stellgegenrichtung wirkenden Rückstellkraft (f) und ein an dem Stellglied (14) oder der Umfangsgegenfläche (7) angeordnetes, in dem Gleitkontakt befindliches Dichtelement (20; 30), (g) wobei zur Kompensation einer Änderung der Spaltweite eines der axialen Dichtspalte an dem Dichtelement (20; 30) ein Grundleckagequerschnitt (23, 24; 33, 34, 35, 36) vorgesehen ist, durch den Steuerfluid aus der Steuerdruckkammer (5) zu einer Niederdruckseite der Pumpe abströmen kann.
2. Rotationspumpe nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundleckagequerschnitt (23, 24; 33, 34, 35, 36) am Dichtelement (20; 30) geformt ist oder am Dichtelement so vorgesehen ist, dass das Dichtelement im Ganzen an zumindest einem axialen Ende axial hinter dem Stellglied (14) zurücksteht.
3. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Dichtelement (20; 30) im Bereich des radialen Dichtspalts über die gesamte axiale Länge des Stellglieds (14) erstreckt und an beiden axialen Enden jeweils mit einer der Axialgegenflächen (6) einen Dichtspalt bildet.
4. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Grundleckagequerschnitt (23, 24; 33, 34, 35, 36) bildende Ausnehmung an einem axialen Ende des Dichtelements (20; 30) vorgesehen, vorzugsweise an dem axialen Ende des Dichtelements (20; 30) geformt ist.
5. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Grundleckagequerschnitt (23, 24; 33, 34, 35, 36) bildende Ausnehmung an einer der Umfangsgegenfläche (7) zugewandten Vorderseite (21; 31) oder einer dem Stellglied (14) zugewandten Rückseite (22; 32) des Dichtelements (20; 30) geformt ist, wobei sich die Ausnehmung vorzugsweise bis zu einem axialen Ende des Dichtelements (20; 30) erstreckt.
6. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden axialen Enden des Dichtelements (20; 30) jeweils ein Grundleckagequerschnitt (23, 24; 33, 34, 35, 36) vorgesehen, vorzugsweise am Dichtelement (20; 30) geformt ist.
7. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (20; 30) zwei oder mehr der Grundleckagequerschnitte (23, 24; 33, 34, 35, 36) aufweist und die Grundleckagequerschnitte (23, 24; 33, 34, 35, 36) spiegelsymmetrisch zu einer in Stellrichtung (S) erstreckten Querachse (T) des Dichtelements (20; 30) vorgesehen oder die Vorderseite (31) und die Rückseite (32) des Dichtelements (30) zumindest soweit gleich sind, dass das Dichtelement (30) wahlweise mit der Vorderseite (31) oder der Rückseite (32) zur Umfangsgegenfläche (7) weisend in eine Aufnahme (18) des Stellglieds (14) oder zum äußeren Umfang des Stellglieds (14) weisend in eine Aufnahme der Umfangsgegenfläche (7) eingesetzt werden kann.
8. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Anpresseinrichtung (17, 25; 15, 17) zur Erzeugung einer Anpresskraft, die das Dichtelement (20; 30) in den Gleitkontakt drückt, wobei die Anpresseinrichtung zur Erzeugung der Anpresskraft ein Federglied oder einen Verbindungskanal (17) umfasst, durch den das Dichtelement (20; 30) an einer dem Gleitkontakt abgewandten Rückseite (22; 32) mit einem Fluid, vorzugsweise dem Steuerfluid, beaufschlagbar ist.
9. Rotationspumpe nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stellglied (14) und dem Dichtelement (20; 30) an einer dem Gleitkontakt abgewandten Rückseite (22; 32) des Dichtelements (20; 30) oder dieser Rückseite zugewandt am Stellglied (14) eine Vertiefung (25; 15) geformt und über den Verbindungskanal (17) mit dem Fluid beaufschlagbar, vorzugsweise mit dem Steuerdruckraum (5) verbunden ist.
10. Rotationspumpe nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vertiefung (25; 15) axial bis in wenigstens einen der mit den Axialgegenflächen (6) gebildeten Dichtspalte, vorzugsweise über die gesamte Länge des Dichtelements (20; 30) oder des Stellglieds (14) bis in die mit den Axialgegenflächen (6) gebildeten Dichtspalte erstreckt.
11. Rotationspumpe nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (17) am Stellglied (14) als Durchgangskanal oder als Vertiefung an einer Oberfläche, vorzugsweise einer axialen Endfläche des Stellglieds (14) geformt ist.
12. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (20; 30) in einer Aufnahme (18) des Stellglieds (14) oder einer die Umfangsgegenfläche (7) bildenden Wandung quer zur Drehachse (R₁) des Förderrads (10) beweglich angeordnet ist, vorzugsweise als Einsatzgleitstück.
13. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (14) für die Verstellung des spezifischen Fördervolumens in einem Drehgelenk (9, 19) um eine Schwenkachse (R₂) schwenkbeweglich gelagert ist, das Stellglied (15) an einer vom Dichtelement (20; 30) abgewandten Seite ein inneres Gelenkelement (19) und das Gehäuse (1) ein äußeres Gelenkelement (9) des Drehgelenks (9, 19) bilden und das äußere Gelenkelement (9) das innere Gelenkelement (19) über einen Winkel von höchstens 180° umgibt.
14. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem der folgenden Merkmale: (i) die Rotationspumpe ist eine Schmierölpumpe für die Versorgung einer als Antriebsmotor eines Fahrzeugs dienende Brennkraftmaschine mit Schmieröl oder ist für solch eine Verwendung vorgesehen; (ii) die Rotationspumpe wird von einem Motor, vorzugsweise Verbrennungsmotor, in fester Drehzahlbeziehung angetrieben und dient der Versorgung des Motors oder eines von dem Motor angetriebenen anderen Aggregats mit dem Druckfluid.
15. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (14) in einem weiteren Gleitkontakt mit einer dem äußeren Umfang des Stellglieds (14) zugewandten weiteren Umfangsgegenfläche und mit den axial zugewandten Axialgegenflächen (6) eine weitere Steuerdruckkammer begrenzt, in die zur Druckbeaufschlagung des Stellglieds (14) das Steuerfluid oder ein anderes Steuerfluid einleitbar ist, um auf das Stellglied (14) eine weitere Stellkraft in oder gegen die Stellrichtung (5) auszuüben, am Stellglied (14) oder an der weiteren Umfangsgegenfläche ein in dem weiteren Gleitkontakt befindliches weiteres Dichtelement angeordnet ist und zur Kompensation einer Änderung der Spaltweite eines der axialen Dichtspalte, an dem weiteren Dichtelement oder einer der dem weiteren Dichtelement zugewandten Gegenflächen ebenfalls ein Grundleckagequerschnitt vorgesehen ist, durch den Steuerfluid aus der weiteren Steuerdruckkammer abströmen kann.

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