DE102013217819A1

DE102013217819A1 - Doppelhubige Flügelzellenpumpe für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102013217819A1
Application number: DE102013217819.0A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Bader; Stephan Brussa; Christof Röck; Wolfgang Nickl
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-03-12
Also published as: WO2015032562A1

Abstract

Es wird eine doppelhubige Flügelzellenpumpe (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, umfassend einen Stator (2) und einen Rotor (3), wobei der Rotor (3) sich radial erstreckende Rotorschlitze (4, 5) aufweist, in denen Flügel (6) angeordnet sind, die sich in radialer Richtung frei bewegen können, mit dem Rotor mitrotieren und durch Fliehkraft unter Drehzahl sowie durch Drucköl auf der Flügelrückseite an den Hubring der Pumpe (1) anlegen, wobei bei einer vorgegebenen Anzahl von Rotorschlitz-Flügel Paaren das Verhältnis von Rotorschlitzbreite (B) zu Flügeldicke (A) derart groß ist, dass ein in ungünstigster Toleranzlage vorhandener Flügel (6) bei Startdrehzahl unter allen vorgegebenen Betriebsbedingungen aufgrund der reduzierten Scherkraftwirkung des Öls sicher ausfährt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine doppelhubige Flügelzellenpumpe für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, bei Automatgetrieben hydraulische Pumpen, beispielsweise Innenzahnrad- oder Flügelzellenpumpen, einzusetzen, welche dazu dienen, den zum Betrieb des Getriebes erforderlichen hydraulischen Druck und das erforderliche Fördervolumen der hydraulischen Steuerung zur Verfügung zu stellen, wodurch die Kühlung und Schmierung des Getriebes und die Aktuierung der Schaltelemente des Getriebes gewährleistet werden.
Insbesondere ist bekannt, bei Automatgetrieben von Fahrzeugen doppelhubige Flügelzellenpumpen einzusetzen, bei denen in Schlitzen des Rotors der Pumpe Flügel angeordnet sind, welche sich in radialer Richtung frei bewegen können, mit dem Rotor mitrotieren und durch Fliehkraft unter Drehzahl sowie durch Drucköl auf der Flügelrückseite (Hinterflügelunterstützung) an den Hubring der Pumpe anlegen bzw. an die Innenkontur des Hubringes gepresst werden. Bei doppelhubigen Flügelzellenpumpen ist der Volumenstrom proportional zur Antriebsdrehzahl der Pumpe. Nach dem Stand der Technik sind alle Rotorschlitze gleichmäßig groß und breit gefertigt.
Bei derartigen Pumpen kann es bei Kälte bzw. zähem Öl, insbesondere in Kombination mit Luft im Pumpenbereich, beim Starten des Fahrzeugs zu Problemen mit dem Druckaufbau der Pumpe kommen, was auf ein Leerlaufen des hydraulischen Systems und auf das Nichtanliegen der Flügelzellen am Hubring zurückzuführen ist.
Hierbei ist unter anderem möglich, dass der Motor des Fahrzeugs beim Starten kurz rückwärts dreht, so dass die mit dem Motor gekoppelte Pumpe kurz entgegen die Förderrichtung der Pumpe läuft, wodurch die Flügel durch die Hubringkontur in die Rotorschlitze gedrückt werden. Läuft die Pumpe dann wieder in Förderrichtung, reicht die normale Starterdrehzahl bei niedrigen Temperaturen bzw. bei zähem Öl nicht mehr aus, um die Flügel wieder aus den Rotorschlitzen heraus zu bekommen und gegen den Hubring zu bewegen.
Ferner kann auch ohne ein Zurückdrehen des Motors vorkommen, dass die Flügel bei niedrigen Temperaturen bzw. bei zähem Öl und durch die damit verbundenen hohen Scherkräfte im Rotorschlitz der Hubringkontur nicht mehr ausreichend folgen können. Zudem verhindert Luft im hydraulischen System in beiden Fällen die Unterstützung durch den Hinterflügelbereich. Erst bei stark erhöhten Drehzahlen bewegen sich die Flügel wieder in Richtung des Hubringes, was aufgrund der hohen Drehzahlen zu starken Druckspitzen führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine doppelhubige Flügelzellenpumpe für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs anzugeben, durch deren Verwendung das Kaltstartverhalten verbessert wird und die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme weitgehend vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Untersuchungen haben einerseits gezeigt, dass sich bei doppelhubigen Flügelzellenpumpen die in größeren Rotorschlitzen (d.h. in Rotorschlitzen mit einer größeren Breite) angeordneten Flügel durch die auf diese Weise reduzierte Scherkraftwirkung des kalten Öls leichter aus den Rotorschlitzen bewegen und damit ein besseres Kaltstartveralten aufweisen. Werden andererseits alle Rotorschlitze so groß gefertigt, dass eine Bewegung der Flügel bei Kälte sichergestellt wird, verschlechtert sich in nachteiliger Weise der Wirkungsgrad der Pumpe erheblich.
Gemäß der Erfindung wird eine doppelhubige Flügelzellenpumpe für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, bei der bei einer geringen, vorgegebenen Anzahl von Rotorschlitz-Flügel Paaren das Verhältnis von Rotorschlitzbreite zu Flügeldicke derart groß ist, dass ein in ungünstigster Toleranzlage vorhandener Flügel bei Startdrehzahl unter allen vorgegebenen Betriebsbedingungen sicher ausfährt.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist bei einer vorgegebenen Anzahl der Rotorschlitze der Pumpe das Nennmaß der Breite minus die maximale Toleranz bei der Herstellung der Rotorschlitze derart gewählt, dass ein in ungünstigster Toleranzlage hinsichtlich der Flügeldicke (d.h. mit maximal möglicher Dicke) vorhandener und einem derartig ausgeführten Rotorschlitz zugeordneter Flügel bei Startdrehzahl unter allen vorgegebenen Betriebsbedingungen sicher ausfährt. Die übrigen Rotorschlitze sind mit einem hinsichtlich des Wirkungsgrades optimierten, geringeren Nennmaß der Breite ausgeführt.
Vorzugsweise ist maximal die Hälfte der Rotorschlitze der Pumpe hinsichtlich der Breite derart groß dimensioniert.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption verbessert sich das Kaltstartverhalten der Pumpe deutlich, wobei der Wirkungsgrad nur geringfügig negativ beeinflusst wird. Durch das dadurch entstehende größere Flügel-Rotorschlitz-Spiel kann bei tiefen Temperaturen das dann zähflüssige Öl die Flügel nicht in hohem Maße am Ausfahren hindern, so dass in der Pumpe ein erster Druck aufgebaut wird; ist ein erster Druck aufgebaut, entsteht ein Hinterflügeldruck der die weiteren Flügel, die den nicht groß dimensionierten Rotorschlitzen zugeordnet sind, in Richtung des Hubringes ausfahren lässt.
Im Rahmen einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung können sämtliche Rotorschlitze hinsichtlich der Breite mit einem hinsichtlich des Wirkungsgrades optimierten, geringeren Nennmaß ausgeführt sein, wobei die Flügeldicken der Flügel mit unterschiedlichen Nennmaßen ausgeführt sind, so dass bei einer geringen, vorgegebenen Anzahl von Flügeln das Verhältnis von Rotorschlitzbreite zu Flügeldicke derart groß ist, dass ein in ungünstigster Toleranzlage vorhandener derartig ausgeführter Flügel bei Startdrehzahl unter allen vorgegebenen Betriebsbedingungen sicher ausfährt.
Vorzugsweise ist maximal die Hälfte der Flügel derart ausgeführt, dass das Verhältnis von Rotorschlitzbreite zu Flügeldicke derart groß ist, dass ein in ungünstigster Toleranzlage vorhandener derartig ausgeführter Flügel bei Startdrehzahl unter allen vorgegebenen Betriebsbedingungen sicher ausfährt.
Im Rahmen weiterer Ausführungsformen der Erfindung kann ein geringer Teil der Flügel derart ausgeführt sein, dass bei Rotorschlitzen mit einem hinsichtlich des Wirkungsgrades optimierten, geringeren Nennmaß das Verhältnis von Rotorschlitzbreite zu Flügeldicke derart groß ist, dass ein in ungünstigster Toleranzlage vorhandener derartig ausgeführter Flügel bei Startdrehzahl unter allen vorgegebenen Betriebsbedingungen sicher ausfährt, wobei bei einem geringen Teil der übrigen Rotorschlitze der Pumpe das Nennmaß der Breite minus die maximale Toleranz bei der Herstellung der Rotorschlitze derart gewählt ist, dass ein in ungünstigster Toleranzlage hinsichtlich der Flügeldicke vorhandener und einem derartig ausgeführten Rotorschlitz zugeordneter Flügel bei Startdrehzahl unter allen vorgegebenen Betriebsbedingungen sicher ausfährt.
Es ist auch möglich, dass bei einer geringen, vorgegebenen Anzahl von Rotorschlitz-Flügel Paaren ein Verhältnis von Rotorschlitzbreite zu Flügeldicke gemäß der Erfindung dadurch erzielt wird, dass bei diesen Rotorschlitz-Flügel Paaren die Rotorschlitzbreite vergrößert und die Flügeldicke reduziert wird, um den Effekt zu erzielen, dass ein in ungünstigster Toleranzlage vorhandener Flügel bei Startdrehzahl unter allen vorgegebenen Betriebsbedingungen sicher ausfährt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht eines Teils des Rotors einer doppelhubigen Flügelzellenpumpe zur Veranschaulichung der Möglichkeiten der Änderung des Verhältnisses von Rotorschlitzbreite zu Flügeldicke; und
2: eine Schnittansicht einer gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgeführten doppelhubigen Flügelzellenpumpe
Der Aufbau von doppelhubigen Flügelzellenpumpen ist dem Fachmann bestens bekannt, so dass im Rahmen der Figurenbeschreibung nur die erfindungsrelevanten Bauteile beschrieben und erläutert werden.
Gegenstand der 1 ist ein Teil eines Rotors 3 einer doppelhubigen Flügelzellenpumpe. Der Rotor ist mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet und weist Rotorschlitze 7 auf, wobei der dargestellte Flügel mit dem Bezugszeichen 8 versehen ist.
Gemäß der Erfindung ist bei einer vorgegebenen Anzahl von Rotorschlitz-Flügel Paaren das Verhältnis von Rotorschlitzbreite B zu Flügeldicke A derart groß, dass ein in ungünstigster Toleranzlage, d.h. mit der maximal möglichen Dicke vorhandener Flügel 8 bei Startdrehzahl unter allen vorgegebenen Betriebsbedingungen aufgrund der reduzierten Scherkraftwirkung des Öls sicher ausfährt.
In der beigefügten 2 ist eine doppelhubige Flügelzellenpumpe 1 gezeigt. Hierbei sind der Stator mit dem Bezugszeichen 2 und der Rotor mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet. Der Rotor 3 weist sich radial erstreckende Schlitze 4, 5 auf, in denen jeweils ein Flügel 6 angeordnet ist.
Gemäß der Erfindung ist eine geringe Anzahl der Rotorschlitze der Pumpe 1 größer dimensioniert, als nach dem Stand der Technik bekannt; insbesondere ist bei diesen Rotorschlitzen das Nennmaß der Breite minus die maximale Toleranz bei der Herstellung der Rotorschlitze derart gewählt, dass ein in ungünstigster Toleranzlage (d.h. mit maximal möglicher Dicke) vorhandener und einem derartig ausgeführten Rotorschlitz zugeordneter Flügel 6 bei Startdrehzahl unter allen vorgegebenen Betriebsbedingungen sicher ausfährt. Die derartig ausgeführten Rotorschlitze sind in der beigefügten Figur mit dem Bezugszeichen 4 versehen, wobei die nach dem Stand der Technik kleiner dimensionierten Rotorschlitze mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet sind.
Durch die erfindungsgemäße Dimensionierung der Rotorschlitze 4 können sich die diesen Rotorschlitzen 4 zugeordnete Flügel 6 aufgrund der reduzierten Scherkraftwirkung des kalten Öls leichter aus den Rotorschlitzen 4 in Richtung des Hubringes bewegen. Da erfindungsgemäß lediglich eine geringe Anzahl der Rotorschlitze 4 derart groß dimensioniert sind, resultiert die erfindungsgemäße Maßnahme in einer geringfügigen Verschlechterung des Wirkungsgrades einer doppelhubigen Flügelzellenpumpe 1.
Bezugszeichenliste

1: doppelhubige Flügelzellenpumpe
2: Stator
3: Rotor
4: gemäß der Erfindung dimensionierter Rotorschlitz
5: nach dem Stand der Technik dimensionierter Rotorschlitz
6: Flügel
7: Rotorschlitz
8: Flügel
A: Flügeldicke
B: Rotorschlitzbreite

Claims

Doppelhubige Flügelzellenpumpe (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Stator (2) und einen Rotor (3), wobei der Rotor (3) sich radial erstreckende Rotorschlitze (4, 5) aufweist, in denen Flügel (6) angeordnet sind, die sich in radialer Richtung frei bewegen können, mit dem Rotor mitrotieren und durch Fliehkraft unter Drehzahl sowie durch Drucköl auf der Flügelrückseite an den Hubring der Pumpe (1) anlegen, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorgegebenen Anzahl von Rotorschlitz-Flügel Paaren das Verhältnis von Rotorschlitzbreite (B) zu Flügeldicke (A) derart groß ist, dass ein in ungünstigster Toleranzlage vorhandener Flügel (6) bei Startdrehzahl unter allen vorgegebenen Betriebsbedingungen aufgrund der reduzierten Scherkraftwirkung des Öls sicher ausfährt.
Doppelhubige Flügelzellenpumpe (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorgegebenen Anzahl der Rotorschlitze (4) der Pumpe (1) das Nennmaß der Breite (B) minus die Toleranz derart gewählt ist, dass ein in ungünstigster Toleranzlage vorhandener und einem derartig ausgeführten Rotorschlitz (4) zugeordneter Flügel (6) bei Startdrehzahl unter allen vorgegebenen Betriebsbedingungen sicher ausfährt.
Doppelhubige Flügelzellenpumpe (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass maximal die Hälfte der Rotorschlitze (4) der Pumpe (1) derart ausgeführt sind, dass das Nennmaß der Breite (B) minus die Toleranz derart gewählt ist, dass ein in ungünstigster Toleranzlage vorhandener und einem derartig ausgeführten Rotorschlitz (4) zugeordneter Flügel (6) bei Startdrehzahl unter allen vorgegebenen Betriebsbedingungen sicher ausfährt.
Doppelhubige Flügelzellenpumpe (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorschlitze mit einem hinsichtlich des Wirkungsgrades optimierten Nennmass der Breite (B) ausgeführt sind, wobei die Flügeldicken der Flügel (6) mit unterschiedlichen Nennmaßen ausgeführt sind, so dass bei einer vorgegebenen Anzahl von Flügeln (6) das Verhältnis von Rotorschlitzbreite (B) zu Flügeldicke (A) derart groß ist, dass ein in ungünstigster Toleranzlage vorhandener derartig ausgeführter Flügel (6) bei Startdrehzahl unter allen vorgegebenen Betriebsbedingungen sicher ausfährt.
Doppelhubige Flügelzellenpumpe (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass maximal die Hälfte der Flügel (6) derart ausgeführt ist, dass das Verhältnis von Rotorschlitzbreite (B) zu Flügeldicke (A) derart groß ist, dass ein in ungünstigster Toleranzlage vorhandener derartig ausgeführter Flügel (6) bei Startdrehzahl unter allen vorgegebenen Betriebsbedingungen sicher ausfährt.