DE102012213985A1

DE102012213985A1 - Pumpeneinrichtung

Info

Publication number: DE102012213985A1
Application number: DE102012213985.0A
Authority: DE
Inventors: Dieter Höhn; Marco Kirchner; Jörg Münzner
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2014-02-13
Also published as: US20150204329A1; EP2882976A1; CN204592073U; WO2014023744A1; JP2015525862A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpeneinrichtung (1) mit einer Antriebseinrichtung (2) zum Antrieb eines Förderelements (3) der Pumpeneinrichtung (1) und einer hydrostatischen Kupplung (5), mittels welcher eine Drehmomentübertragung zwischen der Antriebseinrichtung (2) und dem Förderelement (3) steuerbar ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass eine Saugseite (6) und eine Druckseite (7) der hydrostatischen Kupplung (5) über einen kupplungsfluid-führenden Kanal (8) miteinander verbunden sind, wobei in dem kupplungsfluid-führenden Kanal (8) eine Ventileinrichtung (9) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpeneinrichtung mit einer Antriebseinrichtung zum Antrieb eines Förderelements der Pumpeneinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der EP 2 386 773 A2 ist eine gattungsgemäße Pumpeneinrichtung mit einer Antriebseinrichtung zum Antrieb eines Förderelements der Pumpeneinrichtung und mit einer Gerotor-Kupplung bekannt, mittels welcher eine Drehmomentübertragung zwischen der Antriebseinrichtung und dem Förderelement steuerbar ist. Durch die derart ausgeschaltete Kupplungseinrichtung ist es möglich, nicht nur das volle Antriebsdrehmoment von der Antriebseinrichtung zum Förderelement zu übertragen, sondern alternativ auch beliebige Teildrehmomente und dies ohne die bei herkömmlichen Kupplungen, beispielsweise durch ein Schleifen der Kupplungsscheiben, auftretenden Verschleißerscheinungen.
Aus der EP 1 736 669 A2 ist eine weitere Pumpeneinrichtung in der Art einer regelbaren Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotoren bekannt, über die Kühlmitteltemperatur abhängig exakt und sanft, stufenlos geregelt werden kann. Die Kühlmittelpumpe weist dabei eine in einem Pumpenlager im Lagergehäuse gelagerte Pumpenwelle auf, eine den Lagerraum vom Pumpenraum abdichtende Dichtung sowie ein frei drehbares auf einem Gleitlager der Pumpenwelle angeordnetes Pumpenrad, das durch eine auf der Pumpenwelle angeordnete Kupplung in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels angetrieben wird. Die Kupplung ist auch in diesem Fall als Gerotor-Kupplung ausgebildet.
Aus der DE 2 031 508 A1 ist ein nach dem hydraulischen Prinzip, beispielsweise dem Gerotor-Prinzip arbeitender Antrieb bekannt. Es wird hierbei eine Vakuumpumpe durch eine hydraulische Maschine angetrieben, indem ein Fluidstrom durch die hydraulische Maschine geleitet wird.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Pumpeneinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine drehrichtungsunabhängige, drehzahlunabhängige, exakte und konstruktiv einfache Steuerung auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer an sich bekannten Pumpeneinrichtung, beispielsweise einer Ölpumpe, einer Wasserpumpe, einer Vakuumpumpe oder einer Kraftstoffpumpe in einem Kraftfahrzeug, zwischen einer Antriebseinrichtung und einem Förderelement der Pumpeneinrichtung, beispielsweise einem Laufrad, eine hydrostatische Kupplung beispielsweise eine Gerotor-Kupplung vorzusehen, mittels der eine Drehmomentübertragung zwischen der Antriebseinrichtung und dem Förderelement leicht steuerbar oder regelbar ist. Als Antriebseinrichtung kommt eine weitere Pumpe dessen Antriebswelle mit genutzt wird, eine Riemenscheibe, ein Zahnrad, ein Kettenrad oder ein ähnliches Antriebselement in Frage. Um dabei eine einerseits konstruktiv einfache, andererseits aber auch exakte Steuerung oder Regelung der Drehmomentübertragung in der hydrostatischen Kupplung zu ermöglichen, sind eine Saugseite und eine Druckseite der Gerotor-Kupplung über einen kupplungsfluid-führenden Kanal miteinander verbunden, wobei der kupplungsfluid-führende Kanal selbst von einem Kupplungsfluid, beispielsweise von Öl, durchströmt ist und wobei in dem kupplungsfluidführendem Kanal eine Ventileinrichtung angeordnet ist. Im Folgenden wird zwar üblicherweise von einer Gerotorkupplung gesprochen, wobei klar ist, dass hierunter selbstverständlich allgemein eine hydrostatische Kupplung verstanden werden soll. Eine derartige Ventileinrichtung kann beispielsweise einen verstellbaren Kolben aufweisen, der je nach Stellung einen Durchfluss durch die Ventileinrichtung und damit auch eine Drehmomentübertragung der Gerotor-Kupplung steuert. Durch die erfindungsgemäße Ventileinrichtung ist es somit möglich, eine Drehmomentübertragung in der Gerotor-Kupplung einerseits konstruktiv einfach und andererseits äußerst exakt zu steuern, so dass nicht nur ein Öffnen und ein Schließen der Gerotor-Kupplung möglich ist, sondern auch eine Übertragung von lediglich Teildrehmomenten. Wird somit beispielsweise die Antriebseinrichtung der Pumpeneinrichtung eingeschaltet und überträgt über eine Antriebswelle ein Drehmoment auf ein Innenzahnrad der Gerotor-Kupplung, so erfolgt druckabhängig vom in der Gerotor-Kupplung befindlichen Fluid eine Drehmomentübertragung an den Außenring und damit eine Drehmomentübertragung an das Förderelement der Pumpeneinrichtung. Soll das volle Drehmoment an das Förderelement übertragen werden, so wird die Ventileinrichtung in dem kupplungsfluid-führenden Kanal gesperrt, woraufhin der Druck des von der Gerotor-Kupplung geförderten Fluids ansteigt und dadurch die Kupplung schließt. Durch den steigenden Druck wird nun das Drehmoment von der Antriebseinrichtung über eine entsprechende Welle auf ein Innenzahnrad und von diesem auf den Außenring übertragen. Im Idealfall ist dabei die Druckseite der Gerotor-Pumpe komplett abgedichtet, so dass über das in der Kammer eingeschlossene Fluid, beispielsweise Öl, das Antriebsmoment vollständig an das Förderelement übertragen werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der kupplungsfluid-führende Kanal mit der Kanalführung der Hauptölpumpe des Verbrennungsmotors verbunden und ist somit in den Ölkreislauf des Verbrennungsmotors eingebunden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die Ventileinrichtungen und die Gerotor-Kupplung vorwärts und rückwärts durchströmbar und benutzbar. Die Kupplung ist in diesem Fall also im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Kupplungen in beide Drehrichtungen verwendbar, so dass die Pumpeneinrichtung rein theoretisch vorwärts oder rückwärts laufen kann und in beiden Drehrichtungen ein variables Einstellen eines übertragbaren Drehmoments an der Gerotor-Kupplung möglich ist.
Zweckmäßig weist die Ventileinrichtung einen verstellbaren Kolben auf, der je nach Stellung einen Durchfluss durch die Ventileinrichtung und damit die Drehmomentübertragung der Gerotor-Kupplung steuert. Zum Verstellen des Kolbens der Ventileinrichtung ist dabei eine Stelleinrichtung vorgesehen, die insbesondere als Wachsdehnelement, als hydraulische Stelleinrichtung, als pneumatische Stelleinrichtung, als elektrische Stelleinrichtung oder als Unterdruckdose ausgebildet ist. Bereits die Vielzahl der genannten möglichen Ausführungsformen der möglichen Stelleinrichtungen lässt erahnen, wie flexibel die erfindungsgemäße hydrostatische Kupplung einsetzbar ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Gerotor-Kupplung in ein Gehäuse der Pumpeneinrichtung integriert. Hierdurch kann eine besonders kompakte Bauform erreicht werden, was insbesondere in modernen und beengten Motorräumen von großem Vorteil ist.
Zweckmäßig ist der Kolben der Ventileinrichtung mittels einer Feder in eine die Ventileinrichtung verschließende Stellung vorgespannt. Eine derartige Feder wird zur Verwirklichung einer sogenannten „fail-safe-Funktion“ verwendet, so dass beim Ausfall der Stelleinrichtung die Feder dafür sorgt, dass die Ventileinrichtung schließt und damit ebenfalls auch die Gerotor-Kupplung geschlossen wird. Bei geschlossener Gerotor-Kupplung erfolgt eine volle Drehmomentübertragung von der Antriebseinrichtung auf das Förderelement und damit eine maximal mögliche Förderleistung der, mit der Abtriebsseite verbundenen Pumpeneinrichtung, was insbesondere bei der Ausbildung als Kühlmittelpumpe von großem Vorteil ist, da damit eine Überhitzung einer Brennkraftmaschine vermieden werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gerotor-Kupplung,
2 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Pumpeneinrichtung mit Gerotor-Kupplung,
3 eine erfindungsgemäße Pumpeneinrichtung in der Art einer Ölpumpe,
4 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene B-B aus 3,
5 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäß als Wasserpumpe ausgebildete Pumpeneinrichtung.
Entsprechend den 2 bis 5, weist eine erfindungsgemäße Pumpeneinrichtung 1 eine Antriebseinrichtung 2 zum Antrieb eines Förderelements 3, beispielsweise eines Laufrades 4 (vergleiche 5) der Pumpeneinrichtung 1 auf. Um ein möglichst feines Steuern bzw. Regeln der Pumpeneinrichtung 1 hinsichtlich ihrer Förderleistung zu ermöglichen, ist eine hydrostatische Kupplung 5, insbesondere eine Gerotor-Kupplung 5' (vergleiche auch 1) vorgesehen, mittels der eine Drehmomentübertragung zwischen der Antriebseinrichtung 2 und dem Förderelement 3 beeinflussbar ist. Die Pumpeneinrichtung 1 kann dabei beispielsweise als Ölpumpe ausgebildet sein (vergleiche 3 und 4) oder als Wasserpumpe (vergleiche 5) oder aber auch als Kraftstoffpumpe.
Bei der erfindungsgemäßen Gerotor-Kupplung 5 sind eine Saugseite 6 und eine Druckseite 7 über einen kupplungsfluid führenden Kanal 8 miteinander verbunden, wobei in dem kupplungsfluidführenden Kanal 8 eine Ventileinrichtung 9 angeordnet ist. Betrachtet man die Ventileinrichtung 9 genauer, so kann man erkennen, dass diese einen verstellbaren Kolben 10 aufweist, der je nach Stellung einen Durchfluss durch die Ventileinrichtung 9 und damit eine Drehmomentübertragung der Kupplung 5, 5' steuert. Ebenfalls vorgesehen ist eine Stelleinrichtung 12 zum Verstellen des Kolbens 10 der Ventileinrichtung 9, die insbesondere als Wachsdehnelement, als hydraulische Stelleinrichtung, als pneumatische Stelleinrichtung, beispielsweise als Unterdose, ausgebildet sein kann. Die Stelleinrichtung 12 ist dabei mit dem Kolben 10 wirkungsverbunden. Ebenfalls vorgesehen ist eine Feder 11, mittels der der Kolben 10 in eine die Ventileinrichtung 9 verschließende Stellung vorgespannt ist, wobei bei geschlossener Ventileinrichtung 9 bei einem Betrieb der Pumpeneinrichtung 1 ein Druckaufbau in der Kupplung 5, 5' erfolgt, wodurch eine volle Drehmomentübertragung von der Antriebseinrichtung 2 auf das Förderelement 3 gewährleistet werden kann. Dies ist insbesondere bei einer als Kühlmittelpumpe ausgebildeten Pumpeneinrichtung 1 von großem Vorteil, da hierdurch ein Überhitzen beispielsweise einer Brennkraftmaschine unterbunden werden kann.
Betrachtet man die Gerotor-Kupplung 5' der 1 näher, so kann man erkennen, dass diese in beide Richtungen, das heißt sowohl vorwärts als auch rückwärts durchströmbar ist, ebenso wie eine anzupassende, zugehörige Ventileinrichtung 9, so dass generell die gesamte Pumpeneinrichtung 1 sowohl in einem Vorwärtsbetrieb als auch in einem Rückwärtsbetrieb betrieben werden kann.
Die Gerotor-Kupplung 5' besitzt gemäß der 1 eine mit der nicht gezeigten Antriebseinrichtung 2 verbundene Antriebswelle 13, die in diesem Fall eine Drehmomentübertragung an einen Außenring 14 bewirkt. Darüber hinaus vorgesehen ist ein Innenring 15, der zumindest einen Zahn weniger als der Außenring 14 aufweist und zusammen mit dem Außenring 14 ein Verdrängungsvolumen 16 einschließt. Dabei kann entweder der Innenring 15 oder der Außenring 14 exzentrisch gelagert sein. Der Innenring 15 steht über eine drehfeste Verbindung, beispielsweise eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung mit dem Förderelement 3, beispielsweise über eine Welle 17 in Verbindung.
Wie der 1 weiter zu entnehmen ist, ist der Innenring 15 exzentrisch zum Außenring 14 gelagert. Generell kann selbstverständlich auch der Innenring 15 drehfest mit der Antriebseinrichtung 2 verbunden werden, wobei dann der Außenring 14 drehfest mit dem Förderelement 3 verbunden ist.
Betrachtet man die 2, so kann man die Kupplung 5, 5' in einer möglichen Ausführungsform erkennen, wobei die Bezugszeichen größtenteils aus der 1 übernommen sind. Um bei geschlossener Ventileinrichtung 9 eine möglichst volle Drehmomentübertragung zu erhalten, ist eine Spaltabdichtung 18 vorgesehen, mittels welcher eine unerwünschte Bypassströmung und damit ein Druckverlust im Verdrängungsvolumen 16 verhindert werden können. Gleichzeitig erfolgt in diesem Bereich eine Gleitlagerung 20 zu einem Gehäuse 19. Betrachtet man die 3 und 4, so kann die erfindungsgemäße Gerotor-Kupplung 3 bei einer als Ölpumpe ausgebildeten Pumpeneinrichtung 1 betrachtet werden, wobei insbesondere in 4 das Gleitlager 20 nochmals gut sichtbar ist.
In 5 ist eine als Wasserpumpe ausgebildete Pumpeneinrichtung 1 dargestellt, mit einem als Laufrad ausgebildeten Förderelement 3, einer Dichtung 21, die die Wasserpumpe gegenüber der Kupplung 5, 5' abdichtet sowie einem Gehäuse 19, in welche die Kupplung 5, 5' integriert ist. Die Kupplung 5, 5' weist dabei wiederum einen Innenring 15, einen Außenring 14 sowie ein Lager 22 zum Lagern der Antriebswelle 13 auf. Zusätzlich vorgesehen ist eine Abdeckscheibe 23.
Mit der erfindungsgemäßen Kupplung 5, 5' lässt sich die Pumpeneinrichtung 1 besonders exakt und problemlos steuern.
Das erläuterte Prinzip kann dabei in analoger Weise auch auf eine Innenzahnradpumpe, eine Außenzahnradpumpe, eine Flügelzellenpumpe und eine Pendelschieberzellenpumpe (PSZ) übertragen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2386773 A2 [0002]
EP 1736669 A2 [0003]
DE 2031508 A1 [0004]

Claims

Pumpeneinrichtung (1) mit einer Antriebseinrichtung (2) zum Antrieb eines Förderelements (3) der Pumpeneinrichtung (1) und einer hydrostatischen Kupplung (5), mittels welcher eine Drehmomentübertragung zwischen der Antriebseinrichtung (2) und dem Förderelement (3) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugseite (6) und eine Druckseite (7) der hydrostatischen Kupplung (5) über einen kupplungsfluid-führenden Kanal (8) miteinander verbunden sind, wobei in dem kupplungsfluid-führenden Kanal (8) eine Ventileinrichtung (9) angeordnet ist.
Pumpeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeneinrichtung (1) eine Ölpumpe, eine Vakuumpumpe, eine Wasserpumpe oder eine Kraftstoffpumpe ist.
Pumpeneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (9) einen verstellbaren Kolben (10) aufweist, welcher je nach Stellung einen Durchfluss durch die Ventileinrichtung (9) und damit die Drehmomentübertragung der hydrostatischen Kupplung (5) steuert.
Pumpeneinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) mittels einer Feder (11) in eine die Ventileinrichtung (9) verschließende Stellung vorgespannt ist.
Pumpeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (9) und die hydrostatische Kupplung (5) vorwärts und rückwärts durchströmbar und benutzbar sind.
Pumpeneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der kupplungsfluidführende Kanal (8) in die Kanalführung der Ölpumpe des Verbrennungsmotors integriert ist.
Pumpeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatische Kupplung nach dem Gerotor-Prinzip oder dem Innenzahnradpumpen-Prinzip oder dem Außenzahnradpumpenprinzip oder dem Pendelschieberzellenpumpen-Prinzip oder dem Flügelzellenpumpen-Prinzip arbeitet.
Pumpeneinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stelleinrichtung (12) zum Verstellen des Kolbens (10) der Ventileinrichtung (9) vorgesehen ist, die insbesondere als Wachsdehnelement, als hydraulische Stelleinrichtung, als pneumatische Stelleinrichtung, als elektrische Stelleinrichtung oder als Unterdruckdose ausgebildet ist.
Pumpeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatische Kupplung (5) in ein Gehäuse (19) der Pumpeneinrichtung (1) integriert ist.
Pumpeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidanbindung der hydrostatischen Kupplung (5) über ein einen Exzenter tragendes Bauteil der hydrostatischen Kupplung (5) erfolgt.
Pumpeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragung in der hydrostatischen Kupplung (5) sowohl mechanisch als auch hydraulisch erfolgen kann und damit eine Drehzahlsteigerung der Abtriebswelle (17) gegenüber der Antriebswelle (13) erreicht wird.