DE102016210821A1 - Flügelzellenpumpe mit zwei Rotoren - Google Patents
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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 in1 gezeigten Rotorpumpe, wenn die Rotorpumpe in einem eingekuppelten Zustand ist, -
2B ist eine seitliche Querschnittansicht der in1 gezeigten Rotorpumpe, wenn die Rotorpumpe in einem ausgekuppelten Zustand ist, -
3 sind Nahansichten bestimmter Komponenten der in1 dargestellten Rotorpumpe, und -
4 ist ein Schaltplan eines Hydraulikkreislaufs, in dem die in1 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 mit10 bezeichnet. Die Rotorpumpe10 umfasst ein Gehäuse12 mit einem ersten Kurvenring14 und einem zweiten Kurvenring15 . Der erste Kurvenring sitzt zwischen einer ersten Druckplatte11 und einer zweiten Druckplatte12 , und der zweite Kurvenring15 sitzt neben der zweiten Druckplatte12 . Ein erster Rotor21 sitzt im ersten Kurvenring14 , und ein zweiter Rotor22 sitzt im zweiten Kurvenring15 . Eine Welle16 ist im ersten und zweiten Kurvenring14 und15 und dem Gehäuse12 angebracht. Die Welle16 wird von einem Lager18 und einer Rolle19 gestützt, die die Rotation der Welle16 innerhalb des ersten und zweiten Kurvenrings14 und15 und dem Gehäuse12 um eine Achse A-A ermöglichen. Die Welle16 wird durch eine weitere Rolle20 gestützt, die die Rotation der Welle16 im Verhältnis zum zweiten Rotor22 ermöglicht, wenn der zweite Rotor22 stationär ist. - Der erste Rotor
21 umfasst einen Flügelsatz23 . Die Flügel des Flügelsatz23 sind voneinander getrennt und um die Peripherie des ersten Rotors21 angeordnet. Der zweite Rotor22 umfasst einen Flügelsatz25 . Die Flügel des Flügelsatz25 sind voneinander getrennt und um die Peripherie des zweiten Rotors22 angeordnet. Weiter auf3 umfasst die Welle16 einen Zahnsatz46 , angeordnet um den Mittelabschnitt der Welle16 . Der Zahnsatz46 greift in einen Zahnsatz47 , der im Innern des ersten Rotors21 sitzt. Demnach ist die Welle16 kontinuierlich im ersten Rotor21 eingerastet, sodass die Rotation der Welle16 eine entsprechende Rotation des ersten Rotors21 erzeugt. - Eine Klauenkupplung
31 ist rund um die Welle16 angeordnet. Ein Kolben28 sitzt in einer Bohrung48 der Welle16 . Der Kolben28 ist mit der Welle16 mit einem Stift26 gekoppelt, der durch eine Bohrung29 im Kolben28 und diametral angeordnete Bohrungen35 der Klauenkupplung31 führt. Der Stift26 rastet in einem Paar von diametral angeordneten Nuten50 in der Welle16 ein. Demzufolge kann der Kolben28 in der Bohrung48 seitlich hin- und her gleiten, so weit, wie die Enden von Stift26 entlang den Nuten50 gleiten können. A Feder24 ist in einem Bereich52 zwischen dem Kolben28 und einer Fläche54 angeordnet. Wenn der Kolben28 gegen die Fläche54 gleitet, wird die Feder24 zwischen dem Kolben28 und der Fläche54 zusammengepresst. Ein Durchlass30 erstreckt sich vom Ende40 entlang der Welle16 zum Bereich52 . Der Durchlass30 schafft eine Verbindung zwischen dem Bereich52 und dem Äußeren der Welle30 . Das Ende40 umfasst einen Zahnsatz41 , 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 Pumpe10 antreibt. - Die Klauenkupplung
31 umfasst einen Zahnsatz36 , der in Abhängigkeit von der Position der Klauenkupplung31 im Verhältnis zur Welle16 selektiv in einen Zahnsatz49 im inneren Bereich des Kurvenrings22 eingreift. Die Rotation der Welle16 erzeugt demzufolge die Rotation des zweiten Rotors22 und damit die Rotation der Flügel25 wenn die Zähne36 der Klauenkupplung31 in die Zähne49 des Kurvenrings22 eingreifen. Wenn die Zähne36 nicht in die Zähne49 eingreifen, ist die Welle16 aus dem zweiten Rotor22 ausgerastet, sodass die Rotation der Welle16 keine direkte Rotation des zweiten Rotors22 erzeugt. - Das Einrasten der Klauenkupplung
31 in den zweiten Rotor22 wird von der Stellung der Klauenkupplung31 im Verhältnis zum zweiten Rotor22 bestimmt. Insbesondere ist die Klauenkupplung31 in einer ersten, eingerasteten Stellung, wenn ihre Zähne36 in die Zähne49 des zweiten Rotors22 eingreifen, und die Klauenkupplung31 ist in einer zweiten, ausgerasteten Stellung, wenn ihre Zähne36 nicht in die Zähne49 des zweiten Rotors22 eingreifen. Wenn die Klauenkupplung31 und damit der Kolben28 in der ersten Stellung ist, drehen sich der erste Rotor21 und der zweite Rotor22 zusammen mit der Rotation der Welle16 , sodass die Zweirotoren-Flügelzellenpumpe10 beispielsweise als Hochdruckpumpe arbeitet. Und wenn die Klauenkupplung31 und damit der Kolben28 in der zweiten Stellung sind, dreht sich nur der erste Rotor21 zusammen mit der Rotation der Welle16 , sodass die Zweirotoren-Flügelzellenpumpe10 beispielsweise als Niederdruckpumpe arbeitet. Zu beachten ist, dass ein Synchronisationsglied anstelle der Klauenkupplung31 zur Anwendung kommen kann. - In
2A und2B ist die Zweirotoren-Flügelzellenpumpe10 im Betrieb dargestellt. Insbesondere wenn die aus dem Hydraulikdruck im Durchlass30 und der Spannkraft der Feder24 vereinte Kraft auf den Kolben28 einwirkt und die vom Hydraulikdruck in der Bohrung48 erzeugte Gegenkraft auf dem Kolben28 überschreitet, bewegen sich der Kolben28 und damit die Klauenkupplung31 zur ersten Einraststellung, wie von Pfeil40 dargestellt. Und wenn die vom Hydraulikdruck in der Bohrung48 erzeugte Gegenkraft auf dem Kolben28 die aus dem Hydraulikdruck im Durchlass30 und der Spannkraft der Feder24 vereinte Kraft auf den Kolben28 überschreitet, bewegen sich der Kolben28 und damit die Klauenkupplung31 zur zweiten nicht eingerasteten Stellung, wie von Pfeil32 dargestellt. - Unter Bezugnahme auf
4 ist ein Hydraulikkreis100 dargestellt, in dem die Flügelzellenpumpe10 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung arbeitet. In dem Kreislauf100 ist die Flügelzellenpumpe10 durch das Komponentenpaar10a und10b gekennzeichnet. Die Komponente10a verwendet den ersten Rotor21 und die Komponente10b verwendet den zweiten Rotor22 . Der Hydraulikkreis100 umfasst einen Hauptantrieb106 , wie beispielsweise einen mit der Pumpe10 über eine Welle109 gekoppelten Motor. Zusätzlich zur Pumpe10 umfasst der Hydraulikkreis100 einen Regler108 , gekoppelt mit einem Druckentlastungsventil116 , einem Kupplungspaket104 , einem stufenlosen Getrieberad (CVT)102 und einem Tank oder einer Wanne für Hydraulikflüssigkeit110 . Die beiden Komponenten10a und10b werden über ein Synchronisationsglied112 selektiv miteinander gekoppelt. Alternativ können die beiden Komponenten10a und10b selektiv über die Klauenkupplung31 , wie weiter oben beschrieben, gekoppelt sein. Der Kreislauf100 kann als Einzelkreislauf oder zwei unabhängige Kreisläufe betrieben werden. - Wenn der Hydraulikkreis
100 in Betrieb ist, versetzt der Hauptantrieb106 den ersten Rotor21 der ersten Komponente10a mit einer gewünschten Drehzahl in Rotation, sodass die Pumpe10 Niederdruck-Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank oder der Wanne110 durch den Getrieberegler108 zum Kupplungspaket104 fördert. Wenn Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit gewünscht wird, beispielsweise um das CVT-Rad102 zu betreiben, überträgt der Getrieberegler108 ein Signal über eine Leitung114 an das Synchronisationsglied112 , um die beiden Komponenten10a und10b zu koppeln, sodass sich der zweite Rotor22 zusammen mit dem ersten Rotor21 dreht. Dementsprechend wird zusätzliche Hydraulikflüssigkeit von der Komponente10b durch ein Rückschlagventil107 gepumpt, sodass die Komponenten10a und10b als Hochdruckpumpe zur Förderung von Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit zum CVT-Getrieberad102 zusammenarbeiten. Wenn der Druck im Kreislauf100 auf einen vorgegebenen Maximaldruck steigt, lässt das Druckentlastungsventil116 so viel Hydraulikflüssigkeit ab, dass ein Überdruckaufbau im Kreislauf100 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 (10)
- 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.
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