DE102016210821A1

DE102016210821A1 - Flügelzellenpumpe mit zwei Rotoren

Info

Publication number: DE102016210821A1
Application number: DE102016210821.2A
Authority: DE
Inventors: Tushar P Khanzode; Richard F. Olenzek; Terrence D. Hogan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2016-12-29
Anticipated expiration: 2036-06-17
Also published as: DE102016210821B4; CN106286285A; US9599108B2; US20160377077A1; CN106286285B

Abstract

Eine Flügelzellenpumpe beinhaltet einen ersten Kurvenring und einen zweiten Kurvenring, einen ersten Rotor, der im ersten Kurvenring sitzt, und einen zweiten Rotor, der im zweiten Kurvenring sitzt, und eine Welle. Der erste Rotor rastet in der Welle ein, sodass sich der erste Rotor im Verhältnis zum ersten Kurvenring um eine sich durch die Welle erstreckende Achse dreht, und der zweite Rotor rastet selektiv in der Welle ein, sodass sich der zweite Rotor selektiv im Verhältnis zum zweiten Kurvenring um die Achse dreht. Ein in die Welle eingesetzter Kolben verschiebt sich in der Welle zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung hin und her. In der ersten Stellung rastet die Welle im zweiten Rotor ein, sodass sich der zweite Rotor im Verhältnis zum zweiten Kurvenring um die Achse dreht, und in der zweiten Stellung rastet die Welle aus dem zweiten Rotor aus, sodass sich der zweite Rotor nicht mehr im Verhältnis zum zweiten Kurvenring dreht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Pumpe für Kraftfahrzeuge. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Flügelzellenpumpe mit zwei Rotoren.
HINTERGRUND
Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, welche die vorliegende Offenbarung betreffen und können den Stand der Technik darstellen oder auch nicht.
Viele stufenlose Automatikgetriebe (CVT) in modernen Kraftfahrzeugen verwenden geregelte Hydraulikflüssigkeit (beispielsweise Getriebeöl) zur Betätigung von CVT-Riemengetrieben (oder Kettengetrieben), um in turbogeladenen Downsizing-Motoren ein gewünschtes Verhältnis zur Optimierung der Kraftstoffeffizienz zu erzielen. Die Regelung dieser Hydraulikflüssigkeit erfolgt durch einen Ventilkörper, der den Hydraulikflüssigkeitsstrom zu Riemenscheibenkolben sowie zu anderen Kupplungs- und Bremsaktuatoren leitet. Der Ventilkörper wird mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, normalerweise von einer Getriebe- oder Flügelzellenpumpe, die von der Motor-Abtriebswelle oder von der Getriebe-Antriebswelle angetrieben wird.
Beispielsweise erzeugt in bestimmten Konfigurationen eine Konstantpumpe einen zur Motordrehzahl proportionalen Durchsatz. Die Pumpe ist oft bemessen, um Hydraulik-Druck- und Volumenanforderungen des Getriebes bei Leerlaufdrehzahlen des Motors zu erfüllen. Pumpen mit größerem Durchmesser und höherem Verdrängungsvolumen zur Erfüllung der Getriebeanforderungen in der Nähe der Leerlaufdrehzahl des Motors tragen oft zu Umdrehungsverlusten des Getriebes bei und senken den Getriebewirkungsgrad. Eine große Pumpe erzeugt einen viel stärkeren Ölfluss als vom Getriebe bei höheren Motordrehzahlen verbraucht, mit höherem Energieverbrauch der Pumpe, der zu Verlusten des gesamten Getriebewirkungsgrads führt.
Demzufolge richtete sich die vorliegende Erfindung an eine Pumpe, die den Getriebewirkungsgrad verbessert und dabei die hydraulischen Anforderungen des Getriebes erfüllt.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Flügelzellenpumpe beinhaltet einen ersten Kurvenring und einen zweiten Kurvenring, einen ersten Rotor, der im ersten Kurvenring sitzt, und einen zweiten Rotor, der im zweiten Kurvenring sitzt, und eine Welle. Der erste Rotor rastet in der Welle ein, sodass sich der erste Rotor im Verhältnis zum ersten Kurvenring um eine sich durch die Welle erstreckende Achse dreht, und der zweite Rotor rastet selektiv in der Welle ein, sodass sich der zweite Rotor selektiv im Verhältnis zum zweiten Kurvenring um die Achse dreht. Ein in die Welle eingesetzter Kolben verschiebt sich in der Welle zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung hin und her. In der ersten Stellung rastet die Welle im zweiten Rotor ein, sodass sich der zweite Rotor im Verhältnis zum zweiten Kurvenring um die Achse dreht, und in der zweiten Stellung rastet die Welle aus dem zweiten Rotor aus, sodass sich der zweite Rotor nicht mehr im Verhältnis zum zweiten Kurvenring dreht.
Weitere Eigenschaften, Vorteile und Anwendungsgebiete werden aus der hier bereitgestellten Beschreibung offensichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung und sind nicht dazu beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise zu begrenzen. Die Komponenten in den Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, die Betonung liegt vielmehr auf der Darstellung der erfindungsgemäßen Prinzipien. In den Figuren bezeichnen darüber hinaus gleiche Nummern die gleichen Komponenten in allen Ansichten. Zu den
Zeichnungen:
1 ist eine perspektivische Querschnittansicht einer Rotorpumpe gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung,
2A ist eine seitliche Querschnittansicht der in 1 gezeigten Rotorpumpe, wenn die Rotorpumpe in einem eingekuppelten Zustand ist,
2B ist eine seitliche Querschnittansicht der in 1 gezeigten Rotorpumpe, wenn die Rotorpumpe in einem ausgekuppelten Zustand ist,
3 sind Nahansichten bestimmter Komponenten der in 1 dargestellten Rotorpumpe, und
4 ist ein Schaltplan eines Hydraulikkreislaufs, in dem die in 1 dargestellte Rotorpumpe gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung läuft.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich beispielhaft und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen zu begrenzen.
Hinsichtlich der Zeichnungen, ist eine Flügelzellenpumpe mit zwei Rotoren, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert, in 1 dargestellt und mit 10 bezeichnet. Die Rotorpumpe 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit einem ersten Kurvenring 14 und einem zweiten Kurvenring 15. Der erste Kurvenring sitzt zwischen einer ersten Druckplatte 11 und einer zweiten Druckplatte 12, und der zweite Kurvenring 15 sitzt neben der zweiten Druckplatte 12. Ein erster Rotor 21 sitzt im ersten Kurvenring 14, und ein zweiter Rotor 22 sitzt im zweiten Kurvenring 15. Eine Welle 16 ist im ersten und zweiten Kurvenring 14 und 15 und dem Gehäuse 12 angebracht. Die Welle 16 wird von einem Lager 18 und einer Rolle 19 gestützt, die die Rotation der Welle 16 innerhalb des ersten und zweiten Kurvenrings 14 und 15 und dem Gehäuse 12 um eine Achse A-A ermöglichen. Die Welle 16 wird durch eine weitere Rolle 20 gestützt, die die Rotation der Welle 16 im Verhältnis zum zweiten Rotor 22 ermöglicht, wenn der zweite Rotor 22 stationär ist.
Der erste Rotor 21 umfasst einen Flügelsatz 23. Die Flügel des Flügelsatz 23 sind voneinander getrennt und um die Peripherie des ersten Rotors 21 angeordnet. Der zweite Rotor 22 umfasst einen Flügelsatz 25. Die Flügel des Flügelsatz 25 sind voneinander getrennt und um die Peripherie des zweiten Rotors 22 angeordnet. Weiter auf 3 umfasst die Welle 16 einen Zahnsatz 46, angeordnet um den Mittelabschnitt der Welle 16. Der Zahnsatz 46 greift in einen Zahnsatz 47, der im Innern des ersten Rotors 21 sitzt. Demnach ist die Welle 16 kontinuierlich im ersten Rotor 21 eingerastet, sodass die Rotation der Welle 16 eine entsprechende Rotation des ersten Rotors 21 erzeugt.
Eine Klauenkupplung 31 ist rund um die Welle 16 angeordnet. Ein Kolben 28 sitzt in einer Bohrung 48 der Welle 16. Der Kolben 28 ist mit der Welle 16 mit einem Stift 26 gekoppelt, der durch eine Bohrung 29 im Kolben 28 und diametral angeordnete Bohrungen 35 der Klauenkupplung 31 führt. Der Stift 26 rastet in einem Paar von diametral angeordneten Nuten 50 in der Welle 16 ein. Demzufolge kann der Kolben 28 in der Bohrung 48 seitlich hin- und her gleiten, so weit, wie die Enden von Stift 26 entlang den Nuten 50 gleiten können. A Feder 24 ist in einem Bereich 52 zwischen dem Kolben 28 und einer Fläche 54 angeordnet. Wenn der Kolben 28 gegen die Fläche 54 gleitet, wird die Feder 24 zwischen dem Kolben 28 und der Fläche 54 zusammengepresst. Ein Durchlass 30 erstreckt sich vom Ende 40 entlang der Welle 16 zum Bereich 52. Der Durchlass 30 schafft eine Verbindung zwischen dem Bereich 52 und dem Äußeren der Welle 30. Das Ende 40 umfasst einen Zahnsatz 41, der beispielsweise in eine Kette eingreift, die wiederum in eine Abtriebswelle eines Motors oder eines Antriebswelle eines Getriebes eingreift, sodass die Rotation der Motorabtriebswelle bzw. der Getriebeantriebswelle die Pumpe 10 antreibt.
Die Klauenkupplung 31 umfasst einen Zahnsatz 36, der in Abhängigkeit von der Position der Klauenkupplung 31 im Verhältnis zur Welle 16 selektiv in einen Zahnsatz 49 im inneren Bereich des Kurvenrings 22 eingreift. Die Rotation der Welle 16 erzeugt demzufolge die Rotation des zweiten Rotors 22 und damit die Rotation der Flügel 25 wenn die Zähne 36 der Klauenkupplung 31 in die Zähne 49 des Kurvenrings 22 eingreifen. Wenn die Zähne 36 nicht in die Zähne 49 eingreifen, ist die Welle 16 aus dem zweiten Rotor 22 ausgerastet, sodass die Rotation der Welle 16 keine direkte Rotation des zweiten Rotors 22 erzeugt.
Das Einrasten der Klauenkupplung 31 in den zweiten Rotor 22 wird von der Stellung der Klauenkupplung 31 im Verhältnis zum zweiten Rotor 22 bestimmt. Insbesondere ist die Klauenkupplung 31 in einer ersten, eingerasteten Stellung, wenn ihre Zähne 36 in die Zähne 49 des zweiten Rotors 22 eingreifen, und die Klauenkupplung 31 ist in einer zweiten, ausgerasteten Stellung, wenn ihre Zähne 36 nicht in die Zähne 49 des zweiten Rotors 22 eingreifen. Wenn die Klauenkupplung 31 und damit der Kolben 28 in der ersten Stellung ist, drehen sich der erste Rotor 21 und der zweite Rotor 22 zusammen mit der Rotation der Welle 16, sodass die Zweirotoren-Flügelzellenpumpe 10 beispielsweise als Hochdruckpumpe arbeitet. Und wenn die Klauenkupplung 31 und damit der Kolben 28 in der zweiten Stellung sind, dreht sich nur der erste Rotor 21 zusammen mit der Rotation der Welle 16, sodass die Zweirotoren-Flügelzellenpumpe 10 beispielsweise als Niederdruckpumpe arbeitet. Zu beachten ist, dass ein Synchronisationsglied anstelle der Klauenkupplung 31 zur Anwendung kommen kann.
In 2A und 2B ist die Zweirotoren-Flügelzellenpumpe 10 im Betrieb dargestellt. Insbesondere wenn die aus dem Hydraulikdruck im Durchlass 30 und der Spannkraft der Feder 24 vereinte Kraft auf den Kolben 28 einwirkt und die vom Hydraulikdruck in der Bohrung 48 erzeugte Gegenkraft auf dem Kolben 28 überschreitet, bewegen sich der Kolben 28 und damit die Klauenkupplung 31 zur ersten Einraststellung, wie von Pfeil 40 dargestellt. Und wenn die vom Hydraulikdruck in der Bohrung 48 erzeugte Gegenkraft auf dem Kolben 28 die aus dem Hydraulikdruck im Durchlass 30 und der Spannkraft der Feder 24 vereinte Kraft auf den Kolben 28 überschreitet, bewegen sich der Kolben 28 und damit die Klauenkupplung 31 zur zweiten nicht eingerasteten Stellung, wie von Pfeil 32 dargestellt.
Unter Bezugnahme auf 4 ist ein Hydraulikkreis 100 dargestellt, in dem die Flügelzellenpumpe 10 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung arbeitet. In dem Kreislauf 100 ist die Flügelzellenpumpe 10 durch das Komponentenpaar 10a und 10b gekennzeichnet. Die Komponente 10a verwendet den ersten Rotor 21 und die Komponente 10b verwendet den zweiten Rotor 22. Der Hydraulikkreis 100 umfasst einen Hauptantrieb 106, wie beispielsweise einen mit der Pumpe 10 über eine Welle 109 gekoppelten Motor. Zusätzlich zur Pumpe 10 umfasst der Hydraulikkreis 100 einen Regler 108, gekoppelt mit einem Druckentlastungsventil 116, einem Kupplungspaket 104, einem stufenlosen Getrieberad (CVT) 102 und einem Tank oder einer Wanne für Hydraulikflüssigkeit 110. Die beiden Komponenten 10a und 10b werden über ein Synchronisationsglied 112 selektiv miteinander gekoppelt. Alternativ können die beiden Komponenten 10a und 10b selektiv über die Klauenkupplung 31, wie weiter oben beschrieben, gekoppelt sein. Der Kreislauf 100 kann als Einzelkreislauf oder zwei unabhängige Kreisläufe betrieben werden.
Wenn der Hydraulikkreis 100 in Betrieb ist, versetzt der Hauptantrieb 106 den ersten Rotor 21 der ersten Komponente 10a mit einer gewünschten Drehzahl in Rotation, sodass die Pumpe 10 Niederdruck-Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank oder der Wanne 110 durch den Getrieberegler 108 zum Kupplungspaket 104 fördert. Wenn Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit gewünscht wird, beispielsweise um das CVT-Rad 102 zu betreiben, überträgt der Getrieberegler 108 ein Signal über eine Leitung 114 an das Synchronisationsglied 112, um die beiden Komponenten 10a und 10b zu koppeln, sodass sich der zweite Rotor 22 zusammen mit dem ersten Rotor 21 dreht. Dementsprechend wird zusätzliche Hydraulikflüssigkeit von der Komponente 10b durch ein Rückschlagventil 107 gepumpt, sodass die Komponenten 10a und 10b als Hochdruckpumpe zur Förderung von Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit zum CVT-Getrieberad 102 zusammenarbeiten. Wenn der Druck im Kreislauf 100 auf einen vorgegebenen Maximaldruck steigt, lässt das Druckentlastungsventil 116 so viel Hydraulikflüssigkeit ab, dass ein Überdruckaufbau im Kreislauf 100 verhindert wird.
Die Beschreibung der Erfindung ist nur als Beispiel zu verstehen und Variationen, die sich nicht vom Kern der Erfindung entfernen, werden als im Rahmen der Erfindung befindlich vorausgesetzt. Solche Variationen sollen nicht als eine Abweichung vom Sinn und Umfang der Erfindung betrachtet werden.

Claims

Flügelzellenpumpe, umfassend: einen ersten Kurvenring und einen zweiten Kurvenring; einen ersten Rotor, der im ersten Kurvenring sitzt, und einen zweiten Rotor, der im zweiten Kurvenring sitzt; eine Welle, in der der erste Rotor einrastet, sodass sich der erste Rotor im Verhältnis zum ersten Kurvenring um eine sich durch die Welle erstreckende Achse dreht, und in der der zweite Rotor selektiv einrastet, sodass sich der zweite Rotor selektiv im Verhältnis zum zweiten Kurvenring um die Achse dreht; ein in der Welle angeordneter Kolben, konfiguriert zur Hin- und Herbewegung zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung in der Welle; worin die Welle in der ersten Stellung im zweiten Rotor einrastet, sodass sich der zweite Rotor im Verhältnis zum zweiten Kurvenring um die Achse dreht, und die Welle in der zweiten Stellung aus dem zweiten Rotor ausrastet, sodass sich der zweite Rotor im Verhältnis zum zweiten Kurvenring nicht dreht.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, weiter umfassend eine um die Welle herum angeordnete Klauenkupplung, die die Welle in den zweiten Rotor ein- oder ausrastet.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 2, worin die Welle ein Nutenpaar enthält, und der Kolben eine Bohrung enthält, durch die ein Stift gesteckt wird, der in den Nuten einrastet und sich darin mit der Verschiebung der Klauenkupplung zwischen erster und zweiter Stellung hin- und herbewegt.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, weiter umfassend eine in der Welle sitzende Feder, zwischen dem Kolben und einer Innenfläche in der Welle, und worin der Kolben die erste Stellung einnimmt, wenn die Feder den Kolben von der Innenfläche weg stößt.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 3, worin der Kolben die zweite Stellung einnimmt, wenn die Kolbenbewegung die Feder zwischen der Innenfläche und dem Kolben zusammenpresst.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, worin der erste Rotor eine erste Vielzahl von Flügeln enthält, und diese erste Vielzahl von Flügeln im Abstand voneinander und um die Außenfläche des ersten Rotors herum zwischen dem ersten Rotor und dem ersten Kurvenring angeordnet ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, worin der zweite Rotor eine zweite Vielzahl von Flügeln enthält, und diese zweite Vielzahl von Flügeln im Abstand voneinander und um die Außenfläche des zweiten Rotors herum zwischen dem zweiten Rotor und dem zweiten Kurvenring angeordnet ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Gehäuse, wobei der erste und zweite Kurvenring im Gehäuse sitzen.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, weiter umfassend eine erste Druckplatte, angeordnet zwischen dem ersten Rotor und dem Gehäuse.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, weiter umfassend eine zweite Druckplatte, angeordnet zwischen dem zweiten Rotor und dem Gehäuse.