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TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Verstellpumpen (Pumpen mit variabler Verdrängung) und insbesondere auf Flügelzellenpumpen.
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HINTERGRUND
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Mechanische Systeme, wie Verbrennungsmotoren und Automatikgetriebe, beinhalten typischerweise eine Schmierpumpe, um Schmieröl unter Druck für viele der beweglichen Komponenten und/oder Subsysteme der mechanischen Systeme bereitzustellen. In den meisten Fällen wird die Schmierpumpe durch eine mechanische Verbindung zu den mechanischen Systemen angetrieben, so dass die Betriebsdrehzahl und die Leistung der Pumpe mit der Betriebsdrehzahl der mechanischen Systeme variiert. Während die Schmierungsanforderungen des mechanischen Systems auch mit der Betriebsgeschwindigkeit des mechanischen Systems variieren, ist das Verhältnis zwischen der Variation der Pumpenleistung und der Variation der Schmierungsanforderungen des mechanischen Systems im Allgemeinen leider nicht linear. Der Unterschied in diesen Anforderungen wird noch verschärft, wenn temperaturbedingte Schwankungen der Viskosität und anderer Eigenschaften des Schmieröls und des mechanischen Systems berücksichtigt werden.
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Um diesen Unterschieden zu begegnen, wurden die Festverdrängungsschmierpumpen nach dem Stand der Technik im Allgemeinen so konzipiert, dass sie sicher und effektiv bei hohen oder maximalen Öltemperaturen arbeiten, was zu einer Überversorgung mit Schmieröl bei den meisten Betriebsbedingungen des mechanischen Systems führt, und ein Ablauf- oder Druckentlastungsventil wurde vorgesehen, um das überschüssige Schmieröl wieder in den Pumpeneinlass oder die Ölwanne „ablaufen“ zu lassen, um Überdruckbedingungen im mechanischen System zu vermeiden. Unter bestimmten Betriebsbedingungen, wie beispielsweise niedrigen Öltemperaturen, kann die Überproduktion von druckbeaufschlagtem Schmieröl 500% des Bedarfs des mechanischen Systems ausmachen, daher, obwohl solche Systeme recht gut funktionieren, führen sie zu einem erheblichen Energieverlust, da Energie verwendet wird, um das nicht benötigte Schmieröl unter Druck zu setzen, das dann durch das Druckentlastungsventil „abgelassen“ wird.
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In jüngster Zeit werden Verstellpumpen als Schmierölpumpen eingesetzt. Solche Pumpen beinhalten im Allgemeinen einen Schwenkring oder einen anderen Mechanismus, der mit den Flügeln und dem Rotor betrieben werden kann, um die volumetrische Verdrängung der Pumpe und damit ihre Leistung bei einer Betriebsdrehzahl zu verändern. Typischerweise wird ein Rückkopplungsmechanismus in Form eines Kolbens in einer Steuerkammer oder einer Steuerkammer, die direkt auf den Schwenkring wirkt, mit druckbeaufschlagtem Schmieröl aus dem Ausgang der Pumpe versorgt, entweder direkt oder über eine Ölleitung im mechanischen System, wodurch die Verdrängung der Pumpe verändert wird, um die Pumpe zu betreiben, um Überdrucksituationen im Motor über den gesamten erwarteten Betriebsbereich des mechanischen Systems zu vermeiden.
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Während solche Verstellpumpen im Vergleich zu Pumpen mit gleichbleibender Verdrängung eine gewisse Verbesserung der Energieeffizienz bewirken, kann es Probleme geben, bei denen der Rotor übermäßige Spannungen erfährt und brechen kann.
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BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Offenbarung sieht eine Pumpe mit variabler Verdrängung (Verstellpumpe) vor, die die Spannung besser über die Rotorstruktur verteilt und so das Risiko eines Risses und/oder Versagens des Rotors reduziert. Die Verstellpumpe beinhaltet ein Gehäuse, einen Flügelsteuerring, einen Rotor, eine Vielzahl von Flügeln (können auch als Lamellen oder Schaufeln bezeichnet werden), einen Gleitring, ein Vorspannelement und ein Regelventil. Das Gehäuse definiert eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung. Der Rotor kann von einer Antriebswelle angetrieben und koaxial zur Antriebswelle ausgerichtet werden. Der Rotor definiert eine Vielzahl von Primärrippen und eine Vielzahl von entsprechenden Sekundärrippen mit einer Öffnung und einer optionalen gekrümmten Oberfläche, die zwischen jeder Primärrippe und Sekundärrippe definiert ist. Jede Primärrippe definiert eine Primärrippendicke und jede Sekundärrippe definiert eine Sekundärrippendicke, die kleiner als die Primärrippendicke ist.
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Die Vielzahl der Flügel in der vorgenannten Verstellpumpe ist im Rotor verschiebbar angeordnet. Jeder Flügel in der Vielzahl von Flügeln stößt an den Flügelsteuerring an einem nahegelegenen Ende jedes Flügels an, während das distale Ende jedes Flügels an der Innenfläche des Gleitrings anliegt. Der Gleitring kann über einen Drehpunkt schwenkbar am Gehäuse befestigt sein. Der Gleitring definiert einen Versdrängungssteuerungsbereich mit einem ersten Abschnitt des Gehäuses. Der Gleitring arbeitet mit dem Flügelsteuerring, dem Rotor und der Vielzahl von Flügeln zusammen, um eine Vielzahl von Pumpkammern zu bilden, die nacheinander mit den Ein- und Auslassöffnungen verbunden werden. Die Vorspanneinrichtung wirkt auf den Gleitring und drückt den Gleitring über eine erste Kraft in eine erste Richtung. Ein Regelventil ist ebenfalls vorgesehen, um einen variierenden Eingangs-Arbeitsfluiddruck über eine Eingangs-Arbeitsfluidströmung in den Verdrängungssteuerungsbereich über die Einlassöffnung zu erzeugen, wodurch eine zweite Kraft auf den Gleitring um das Schwenkmittel in eine zweite Richtung erzeugt wird. Die zweite Richtung ist entgegengesetzt zur ersten Richtung. Die zweite Kraft kann konfiguriert sein, um sich in Bezug auf die erste Kraft zu verändern, um das Volumen jeder Pumpkammer zu variieren, während sich der Rotor über die Antriebswelle dreht. Da der variierende Druck des Eingangs-Arbeitsfluids auf die Vielzahl der Flügel und den Rotor ausgeübt wird, ist ein Teil des Rotors so konfiguriert, dass er sich elastisch biegt.
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In der vorstehenden Ausführungsform ist mindestens eine der Sekundärrippen im Rotor so konfiguriert, dass sie sich biegt, wenn der variierende Druck des Eingangs-Arbeitsfluids auf den Rotor und die Vielzahl der Flügel ausgeübt wird. Es versteht sich auch, dass sich die optionale gekrümmte Oberfläche, die angrenzend an die mindestens eine Sekundärrippe definiert ist, sich auch biegen kann, wenn der variierende Druck des Eingangs-Arbeitsfluids auf den Rotor ausgeübt wird. Der Rotor der vorgenannten Ausführungsform kann auch einen äußeren Rippenbereich angrenzend an jede Öffnung, jede Sekundärrippe und jede Primärrippe beinhalten. Der äußere Rippenbereich des Rotors kann konfiguriert sein, um sich gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf ein distales Ende der Primärrippe zu drehen. Es versteht sich, dass jede gekrümmte Oberfläche im Rotor eine gekrümmte Rotoroberflächendicke definiert, die kleiner ist als die Sekundärrippendicke. Die vorgenannte(n) gekrümmte(n) Oberfläche(n) kann(können) an der Basis der Sekundärrippe und/oder gegebenenfalls an einem Umfangsbereich der Sekundärrippe definiert sein. Da jede Sekundärrippe und die an die entsprechende Sekundärrippe angrenzende(n) gekrümmte(n) Oberfläche(n) Dicken definieren, die relativ kleiner als die Primärrippendicke sind, sind die Sekundärrippenstrukturen zusammen mit entsprechenden gekrümmten Oberflächen im Rotor so konfiguriert, dass sie sich elastisch biegen, wenn der variierende Druck des Eingangs-Arbeitsfluids auf den Rotor ausgeübt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Verstellpumpe vorgesehen, die ein Gehäuse, einen flexiblen Rotor, einen Flügelsteuerring, eine Vielzahl von Flügeln, einen Gleitring, ein Vorspannelement und ein Regelventil beinhaltet. Das Gehäuse definiert eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung, wobei die Einlassöffnung in Fluidverbindung mit dem Regelventil steht. Der flexible Rotor kann von einer Antriebswelle rotierend angetrieben und koaxial zur Antriebswelle ausgerichtet sein. Der Rotor definiert eine Vielzahl von Primärrippen und eine Vielzahl von entsprechenden Sekundärrippen mit einer zwischen jeder Sekundärrippe und jeder entsprechenden Primärrippe definierten Öffnung. Jede Primärrippe definiert eine Primärrippendicke und jede Sekundärrippe definiert eine Sekundärrippendicke, die kleiner als die Primärrippendicke ist. Die Rotordicke in der Nähe der Antriebswellenöffnung kann mindestens so dick sein wie die Primärrippendicke.
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In der vorgenannten Ausführungsform kann der Flügelsteuerring zwischen dem Rotor und dem Gehäuse angeordnet sein, wobei der Flügelsteuerring konfiguriert ist, um sich innerhalb eines Umfangs des Rotors zu bewegen. Der Flügelsteuerring kann eine Außenfläche beinhalten, die an einem nahegelegenen Ende für jeden Flügel in der Vielzahl der Flügel anliegt. Die Vielzahl der Flügel kann auch verschiebbar im Rotor in einer Vielzahl von entsprechenden Flügelschlitzen angeordnet sein. Darüber hinaus kann der Gleitring über einen Drehpunkt schwenkbar am Gehäuse befestigt sein, um einen Versdrängungssteuerungsbereich mit einem ersten Abschnitt des Gehäuses zu definieren. Der Gleitring kann konfiguriert sein, um mit dem Flügelsteuerring, dem Rotor und der Vielzahl der Flügel zusammenzuwirken, um eine Vielzahl von Pumpenkammern zu bilden, die nacheinander mit den Einlass- und Auslassöffnungen verbunden sind, wenn dem Verdrängungssteuerungsbereich ein variierendes Eingangs-Arbeitsfluid zugeführt wird. Die Vorspanneinrichtung kann auf den Gleitring einwirken, um den Gleitring über eine erste (Feder-/Vorspann-) Kraft in eine erste Richtung zu drücken. Das Regelventil ist jedoch konfiguriert, um über eine Eingangsarbeitsfluidströmung in den Verdrängungssteuerungsbereich einen variierenden Eingangsarbeitsfluiddruck zu erzeugen, der dadurch eine zweite Kraft auf den Gleitring um das Schwenkmittel in eine zweite Richtung erzeugt. Die zweite Richtung ist entgegengesetzt zur ersten Richtung. Die zweite Kraft (über das Regelventil) ist beabsichtigt, sich gegenüber der ersten Kraft zu verändern, so dass das Volumen jeder Pumpkammer variiert wird, während sich der flexible Rotor über die Antriebswelle dreht.
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In der vorgenannten Ausführungsform ist mindestens eine Sekundärrippe im Rotor so konfiguriert, dass sie sich biegt, wenn der variierende Druck des Eingangsarbeitsmittels auf den Rotor wirkt. Jede Sekundärrippe im Rotor kann, muss aber nicht unbedingt benachbart zu jedem Flügelschlitz angeordnet sein. Es versteht sich auch, dass die Vorspannelemente eine Feder sein können, aber nicht zwingend eine sein müssen.
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Die vorliegende Offenbarung und ihre besonderen Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, ersichtlich.
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Figurenliste
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Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung, dem besten Modus, den Ansprüchen und den dazugehörigen Zeichnungen:
- 1 ist eine teilweise Draufsicht auf einen herkömmlichen verwendeten Rotor und Flügel, die in einer herkömmlichen Verstellpumpe verwendet werden können.
- 2 ist eine Draufsicht auf eine exemplarische nicht einschränkende Verstellpumpe (mit abgenommener Abdeckung) gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
- 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3--3 in 2.
- 4 ist eine vergrößerte Teilansicht des flexiblen Rotors in 2.
- 5 ist eine Draufsicht auf den flexiblen Rotor von 3.
- 6 ist eine teilweise isometrische Ansicht des flexiblen Rotors von 3.
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Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf ähnliche Teile in der Beschreibung mehrerer Ansichten der Zeichnungen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es wird nun ausführlich auf die derzeit bevorzugten Kompositionen, Ausführungsformen und Methoden der vorliegenden Offenbarung verwiesen, die die derzeit den Erfindern besten bekannten Methoden zur Ausübung der Offenbarung darstellen. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen nur exemplarisch für die vorliegende Offenbarung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert sein kann. Daher sind die hierin offenbarten spezifischen Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Grundlage für jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung und/oder als repräsentative Grundlage für die Unterweisung eines Fachmanns, die vorliegende Offenbarung unterschiedlich anzuwenden.
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Mit Ausnahme der Beispiele oder, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben, sind alle numerischen Größen in dieser Beschreibung, die Materialmengen oder Reaktions- und/oder Verwendungsbedingungen angeben, als durch das Wort „ungefähr“ modifiziert zu verstehen, um den größtmöglichen Umfang der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben. Im Allgemeinen wird die Umsetzung innerhalb der angegebenen numerischen Grenzen bevorzugt. Auch gilt, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben: Prozent, „Teile von“ und Verhältniswerte sind Gewichtsangaben bzw. auf das Gewicht bezogen; die Beschreibung einer Gruppe oder Klasse von Materialien, die für einen bestimmten Zweck im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung geeignet oder bevorzugt sind, impliziert, dass Mischungen von irgendwelchen zwei oder mehreren der Mitglieder der Gruppe oder Klasse gleichermaßen geeignet oder bevorzugt sind; die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgenden Verwendungen derselben Abkürzung und gilt entsprechend für normale grammatikalische Variationen der ursprünglich definierten Abkürzung; und, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, wird die Messung einer Eigenschaft durch dieselbe Technik bestimmt, auf die zuvor oder später für dieselbe Eigenschaft Bezug genommen wurde.
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Es ist auch zu verstehen, dass diese vorliegende Offenbarung nicht auf die im Folgenden beschriebenen spezifischen Ausführungsformen und Methoden beschränkt ist, da spezifische Komponenten und/oder Bedingungen selbstverständlich variieren können. Darüber hinaus wird die hier verwendete Terminologie nur zur Beschreibung bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet und soll in keiner Weise einschränkend sein.
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Es ist auch zu beachten, dass die Singularform „ein“, „eine“ und „der/die/das“, wie sie in der Spezifikation und den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, mehrere Referenzen umfasst, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes anzeigt. So ist beispielsweise vorgesehen, dass die Referenz auf eine Komponente im Singular eine Vielzahl von Komponenten umfasst.
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Der Begriff „umfassend“ ist gleichbedeutend mit „einschließend“, „habend“, „enthaltend“ oder „gekennzeichnet durch“. Diese Bedingungen sind inklusive und stellen eine offene Menge dar und schließen zusätzliche, nicht erwähnte Elemente oder Verfahrensschritte nicht aus.
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Der Ausdruck „bestehend aus“ schließt jedes Element, jeden Schritt oder jede Zutat aus, die nicht im Anspruch angegeben ist. Der Ausdruck „im Wesentlichen bestehend aus“ beschränkt den Umfang eines Anspruchs auf die spezifizierten Materialien oder Schritte sowie auf solche, die die grundlegenden und neuartigen Eigenschaften des beanspruchten Gegenstands nicht wesentlich beeinträchtigen.
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Die Begriffe „umfassend“, „bestehend aus“ und „im Wesentlichen bestehend aus“ können alternativ verwendet werden. Wird einer dieser drei Begriffe verwendet, kann der derzeit offenbarte und beanspruchte Gegenstand die Verwendung eines der beiden anderen Begriffe beinhalten.
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Durchweg in dieser Anmeldung, wenn auf Veröffentlichungen verwiesen wird, werden die Offenlegungen dieser Veröffentlichungen in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen, um den Stand der Technik, auf den sich diese vorliegende Offenbarung bezieht, besser zu beschreiben.
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Die nachfolgende detaillierte Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll weder die vorliegende Offenbarung noch die Anwendung und Verwendung der vorliegenden Offenbarung einschränken. Darüber hinaus besteht keine Absicht, an eine Theorie gebunden zu sein, die im vorstehenden Hintergrund oder in der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt wird.
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Unter Bezugnahme auf 1 werden ein herkömmlicher Rotor, Flügelsteuerring und Flügel in einer Teilansicht dargestellt. Wenn die Flügel 140 (angeordnet in den Flügelschlitzen 138) der herkömmlichen Verstellpumpe gedreht werden, wird Spannung auf die Basisecken 145 (siehe 1) der Flügelnuten 138 im Rotor 136 durch die Biegung des Rotors 136 an den Basisecken 145 und durch die Biegung der Flügel 140 aufgebracht. Die hoch beanspruchten Basisecken 145 des Rotors 136 sind in 1 dargestellt. Es versteht sich, dass die Dicke an jeder Basisecke 145 im traditionellen Rotor 136 die gleiche vorbestimmte Dicke aufweist.
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Wie angegeben, können die Basisecken 145 durch Drehen/Verdrehen/Biegen der in den Schlitzen 138 angeordneten Flügel 140 einer Spannung ausgesetzt werden, so dass eine weitere unerwünschte Biegung und Rissbildung im Rotor 136 an den Basisecken 145 bewirkt werden kann. Es versteht sich, dass der Öleinlassdruck innerhalb der herkömmlichen variablen Pumpe eine Torsionskraft auf einen Flügel 140 ausüben kann, jedes Mal, wenn der Flügel 140 in Druckänderungen zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung eingeführt wird. Der relativ signifikante Öleinlassdruck (aufgrund der Druckdifferenz zwischen Einlass und Auslass) kann dazu führen, dass sich ein oder mehrere Flügel 140 innerhalb der Schlitze 138 verbiegen. Infolgedessen kann der Rotor 136 in einer oder mehreren Basisecken 145 eine übermäßige Spannung erfahren, so dass der Rotor 136 im Bereich 151 zwischen (oder nahe) den Basisecken 145 oder an den Basisecken 145 reißen kann, wodurch ein Ausfall der Pumpe verursacht wird. Dementsprechend besteht die Notwendigkeit, eine robustere Verstellpumpe zu entwickeln, die solche Schäden am Rotor verhindert.
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Unter Bezugnahme auf die 2-4 ist eine robuste Verstellpumpe 10 der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt, um das vorgenannte Spannungs-/Rissproblem an den Basisecken des Rotors zu überwinden. Ein Beispiel für eine nicht einschränkende robuste Pumpe 10 der vorliegenden Offenbarung enthält ein Gehäuse 12, in dem ein Schwenkzapfen 14 befestigt ist. Ein Gleitring 16 ist schwenkbar am Zapfen 14 gelagert und bei 18 auf einer im Gehäuse 12 ausgebildeten Fläche 20 verschiebbar gelagert. Der Gleitring 16 wird durch eine Druckfeder 22, die in einer im Gehäuse 12 ausgebildeten zylindrischen Öffnung 24 angeordnet ist, in die in 2 in durchgezogenen Linien dargestellte Position gedrückt und liegt an einer am Gleitring 16 ausgebildeten Lasche 26 an.
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Eine Pumpenantriebswelle 28 der vorliegenden Offenbarung kann im Gehäuse 12 durch ein Nadellager 30 drehbar gelagert sein, wobei die Antriebswelle 28 ein verzahntes Ende 32 (siehe 3) aufweist, das mit einer Verzahnung 34 verbunden ist, die auf einem flexiblen Pumpenrotor 36 ausgebildet ist. Wie in 2 dargestellt, weist der Pumpenrotor 36 eine Vielzahl von darin ausgebildeten radialen Schlitzen 38 auf, wobei in jedem Schlitz 38 ein Flügelelement 40 verschiebbar angeordnet ist. Die Flügel 40 werden durch ein Paar Flügelsteuerringe 42 und die Zentrifugalkraft zu einer Innenfläche 44, die am Gleitring 16 ausgebildet ist, nach außen gedrückt. Während sich der flexible Rotor 36 über die Antriebswelle 28 dreht, stößt ein distales Ende 41 jedes Flügels 40 an die Innenfläche 44 des Gleitrings 16 und gleitet gegen diese. Der Flügelsteuerring 42 ist durchgängig und kann daher einen festen Durchmesser beibehalten.
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Daher ist unter Bezugnahme auf 2 in Bezug auf eine verstellbare Flügelzellenpumpe 10 der vorliegenden Offenbarung ein Gehäuse 12 enthalten, das eine Auslassöffnung 46 und eine Einlassöffnung 48 für die Pumpe 10 definiert. Wie in 2 dargestellt, werden eine Vielzahl von Pumpkammern 47 durch die Flügel 40, den flexiblen Rotor 36 und die Oberfläche 44 gebildet. Die Kammern 47 drehen sich mit dem flexiblen Rotor 36 und dehnen sich während der Drehung aus und ziehen sich zusammen. Die Einlassöffnung 48 nimmt Flüssigkeit aus einem Behälter auf, nicht dargestellt, da in der sich ausdehnenden Kammer 47 ein Vakuum erzeugt wird und die Flüssigkeit zu den anderen Kammern 47 geleitet wird. Die Flügel 40 transportieren das Fluid in den Kammern 47 von der Einlassöffnung 48 zur Auslassöffnung 46. Wie in 2 zu sehen ist, wenn sich der Pumpenrotor 36 kontinuierlich gegen den Uhrzeigersinn dreht, dehnen sich die Kammern 47 im Bereich der Einlassöffnung 48 kontinuierlich aus, um Flüssigkeit aufzunehmen, und ziehen sich im Bereich der Auslassöffnung 46 zusammen, um Flüssigkeit abzugeben.
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Die Antriebswelle 28 weist eine Mittelachse 50 auf, die von einer Achse 52 gekreuzt wird, die durch die Mittelachse 54 des Schwenkzapfens 14 verläuft. Die Achsen 52 und 50 werden von einer Achse 56 gekreuzt, die rechtwinklig zur Achse 52 angeordnet ist. In der Position des Gleitrings 16, die durch durchgezogene Linien in 2 dargestellt ist, befindet sich die Mitte der Innenfläche 44 des Gleitrings bei 58. Wenn der Gleitring 16 jedoch auf die minimale Verdrängung bewegt wird, wie durch gestrichelte Linien (siehe 2) dargestellt, befindet sich die Mitte der Innenfläche 44 des Gleitrings bei 60.
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Die Position des Gleitrings 16 wird durch Steuerdruck in einer Kammer 62 bestimmt, die sich um den Außenumfang des Rings 16 vom Schwenkzapfen 14 zu einem Dichtungselement 64 erstreckt, das in einer im Gleitring 16 ausgebildeten gekrümmten Oberfläche 66 angeordnet ist. Somit ist die Steuerflüssigkeit auf eine im Wesentlichen halbzylindrische Kammer 62 beschränkt. Die Feder (oder Vorspanneinrichtung) 22 wirkt gegen das Steuerfluid in der Kammer 62, so dass bei steigendem Druck in der Steuerkammer 62 der Pumpenring 16 um den Schwenkzapfen 14 im Uhrzeigersinn bewegt wird. Die linke Seite, wie in 2 zu sehen, des Gleitrings 16, der flexible Rotor 36 und die Kammern 47 sind durch einen Deckel 70 verschlossen, der durch eine Vielzahl von Verbindungselementen 72 am Gehäuse 12 befestigt ist. Die Leckage aus den Kammern 47 radial nach außen über den Deckel 70 hinaus wird durch einen Dichtring 74 (dargestellt in 2-3) verhindert, der in einer gekrümmten Oberfläche 76 (dargestellt in 2-3) angeordnet ist, die im Gleitring 16 ausgebildet und durch einen elastischen Stützring 78 in Richtung Deckel gedrückt wird. Jede Fluidleckage, die in radialer Einwärtsrichtung auftritt, durchläuft das Lager 30.
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Der Fluiddruck in der Steuerkammer 62 wird über ein Regelventil mit der Bezeichnung 80 zugeführt. Da der Druck in der Kammer 62 über das Regelventil 80 aufgebaut wird, schwenkt der Pumpenring 16 um den Zapfen 14 im Uhrzeigersinn gegen die Feder 22 und reduziert so die Exzentrizität zwischen der Mittelachse 50 des flexiblen Rotors 36 und der Mittelachse der Innenfläche 44. Somit wird die Mittelachse der Innenfläche 44 von Position 58 in Richtung Position 60 bewegt. Wenn die Achse die Position 60 erreicht, wurde die minimale Pumpenverdrängung erreicht und die an dieser Stelle zugeführte Flüssigkeit reicht aus, um die Anforderungen an den Durchfluss des Drehmomentwandlers, die Anforderungen an die Getriebeschmierung und die im System auftretende Leckage zu erfüllen.
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Unter den meisten Betriebsbedingungen befindet sich die Achse der Innenfläche 44 bei niedrigen Geschwindigkeiten in Position 58 und bei hohen Geschwindigkeiten in Position 60. Da die Flügel 40 von der Einlassöffnung 48 zur Auslassöffnung 46 und umgekehrt gedreht werden, findet ein Druckübergang mit den Kammern 47 statt. Der Druckübergang erfolgt entlang einer Linie, die durch die Mittelachse 50 des flexiblen Rotors 36 und die Achse der Innenfläche 44 verläuft. Es versteht sich auch, dass, wenn die Flügel 40 und der flexible Rotor 36 über die Einlassöffnung 48 und die Auslassöffnung 46 gedreht werden, der flexible Rotor 36 der vorliegenden Offenbarung konfiguriert ist, sich zu biegen und einen Teil der Energie aus dem variierenden Eingangsöldruck 107 zu absorbieren, wodurch eine übermäßige Biegung / Spannung an den Basisecken 45 (4) des Rotors 36 reduziert wird, und um eine übermäßige Biegung / Spannung in den Flügeln 40 gegenüber dem flexiblen Rotor 36 zu reduzieren. Dadurch wurde das Risiko einer Beschädigung des flexiblen Rotors 36 reduziert.
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Daher stellt die vorliegende Offenbarung, wie in 2-6 dargestellt, eine robuste Verstellpumpe 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung dar, wobei die Pumpe 10 einen flexiblen Rotor 36 beinhaltet, der besser in der Lage ist, einem variierenden Eingangs-Arbeitsfluiddruck 107 standzuhalten. Die Verstellpumpe 10 verteilt die Spannung aus dem variierenden Eingangsöldruck 107 besser auf die flexible Rotorstruktur und reduziert so das Risiko, dass der flexible Rotor 36 bricht und/oder ausfällt. Die Verstellpumpe 10 beinhaltet ein Gehäuse 12, einen Flügelsteuerring 42, einen flexiblen Rotor 36, eine Vielzahl von Flügeln 40, einen Gleitring 16, ein Vorspannelement 22 und ein Regelventil 80. Das Gehäuse 12 definiert eine Einlassöffnung 48 und eine Auslassöffnung 46. Der flexible Rotor 36 kann von einer Antriebswelle 28 angetrieben und koaxial zur Antriebswelle 28 ausgerichtet sein. Der flexible Rotor 36 definiert eine Vielzahl von Primärrippen 82 und eine Vielzahl von entsprechenden Sekundärrippen 84 mit einer Öffnung 86 und einer optionalen gekrümmten Oberfläche 88, die zwischen jeder Primärrippe 82 und Sekundärrippe 84 definiert ist. Jede Primärrippe 82 definiert eine Primärrippendicke 90 und jede Sekundärrippe 84 definiert eine Sekundärrippendicke 92, die kleiner ist als die Primärrippendicke 90. (Siehe 3 und 6). Dementsprechend ist, wie in 3 dargestellt, der Flügelring 42 auf der Flügelringtasche 51 angeordnet (siehe auch 6). Wie in 6 dargestellt, versteht es sich, dass die Dicke 91 der Flügelringtasche 51 (Flügelringtaschendicke 91) gleich der Primärrippendicke 90 sein kann. Der Ölfluss 53 in der Ölpumpe wird jedoch nicht beeinträchtigt, obwohl die Flügelringtaschenoberfläche 51 (3) den Flügelsteuerring 42 trägt. Aufgrund der verringerten Dicke der Sekundärrippe 84 versteht es sich, dass jede Oberfläche der Sekundärrippe 84 gegenüber der Primärrippe 82 um ein Spiel 43 versetzt ist (siehe 3). Das Spiel 43 zwischen der Primärrippe 82 und der Sekundärrippe 84 ermöglicht es, dass Öl 53 (oder Fluid) am Flügelring 42 vorbeifließt, wie im nicht einschränkenden Beispiel in 4 gezeigt.
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Wie in 2 dargestellt, sind die Vielzahl der Flügel 40 in der vorgenannten Verstellpumpe 10 verschiebbar in den entsprechenden Flügelschlitzen 38 des flexiblen Rotors 36 angeordnet. Jeder Flügel 40 in der Vielzahl der Flügel 40 stößt an den Flügelsteuerring 42 an einem nahegelegenen Ende 49 jedes Flügels 40 an, während das distale Ende 41 jedes Flügels 40 an der Innenfläche des Gleitrings 16 anliegt. Der Gleitring 16 kann über einen Drehpunkt 14 schwenkbar am Gehäuse 12 befestigt sein. Der Gleitring 16 definiert einen Verdrängungssteuerungsbereich 62 mit einem ersten Abschnitt 13 des Gehäuses 12. Der Gleitring 16 arbeitet mit dem Flügelsteuerring 42, dem flexiblen Rotor 36 und der Vielzahl von Flügeln 40 zusammen, um eine Vielzahl von Pumpkammern 47 zu bilden, die nacheinander mit den Ein- und Auslassöffnungen (48 bzw. 46) verbunden sind. Die Vorspanneinrichtung 22 wirkt auf den Gleitring 16 und drückt den Gleitring 16 über eine erste Kraft 103 in eine erste Richtung 102. Ein Regelventil 80 ist ebenfalls vorgesehen, um einen variierenden Eingangs-Arbeitsfluiddruck 107 über einen Eingangs-Arbeitsfluidstrom vom Regelventil 80 zum Verdrängungssteuerungsbereich 62 über die Einlassöffnung 48 zu erzeugen, der dadurch eine zweite Kraft 104 auf den Gleitring 16 um die Schwenkmittel in einer zweiten Richtung 105 erzeugt. Die zweite Richtung 105 ist entgegengesetzt zur ersten Richtung 102. Die zweite Kraft 104 kann konfiguriert sein, um mit Bezug auf die erste Kraft 103 zu variieren, um das Volumen jeder Pumpkammer 47 zu variieren, während sich der flexible Rotor 36 über die Antriebswelle 28 dreht. Da der variierende Eingangs-Arbeitsfluiddruck 107 auf die Vielzahl der Flügel 40 und den flexiblen Rotor 36 aufgebracht wird, ist mindestens ein Teil des flexiblen Rotors 36 zum elastischen Biegen konfiguriert.
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In der vorstehenden Ausführungsform ist mindestens eine der Sekundärrippen 84 im flexiblen Rotor 36 so konfiguriert, dass sie sich biegt, wenn der variierende Druck des Eingangs-Arbeitsfluids 107 auf den flexiblen Rotor 36 und die Vielzahl der Flügel 40 aufgebracht wird. Es versteht sich auch, dass sich die optionale gekrümmte Oberfläche 88, die angrenzend an die mindestens eine Sekundärrippe 84 definiert ist, sich auch biegen kann, wenn der variierende Druck des Eingangs-Arbeitsfluids 107 auf den flexiblen Rotor 36 aufgebracht wird. Jede optionale gekrümmte Oberfläche 88 ist integral und verbunden mit der Primärrippe 82 und der Sekundärrippe 84. Wie in den 4 und 5 dargestellt, kann der flexible Rotor 36 der vorstehenden Ausführungsform auch einen Bereich äußerer Rippen 96 angrenzend an jede Öffnung 86, jede Sekundärrippe 84 und jede Primärrippe 82 beinhalten. Darüber hinaus kann die Stärke der äußeren Rippen 55 (6) größer sein als die Stärke der Primärrippen 90. Der Bereich äußerer Rippen 96 des flexiblen Rotors 36 kann konfiguriert sein, um sich bis zu etwa fünf Grad gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf ein distales Ende 97 der Primärrippe 82 (am Scheitelpunkt 95) flexibel zu drehen und sich dann wieder in die in 3 dargestellte Ausgangsposition des Rotors zu drehen, ohne dass die Rotorstruktur bricht, da jede Sekundärrippe 84 (mit einer reduzierten Dicke 92) eine Steifigkeit definiert, die relativ geringer ist als die Steifigkeit der Primärrippe 82. Dementsprechend ist der Rotor 36 konfiguriert, um sich in mindestens einem Bereich mit der Sekundärrippe und der Außenrippe elastisch zu biegen oder sich elastisch zu verformen, wenn die zweite Kraft 104 (siehe 2) auf die Vielzahl der Flügel 40 und den Rotor 36 ausgeübt wird.
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Es versteht sich, dass jede gekrümmte Oberfläche 88 im flexiblen Rotor 36 eine Dicke einer gekrümmten Rotorfläche definiert, die kleiner als die Primärrippendicke 90 (aber größer als die Sekundärrippendicke 92) ist. Die vorgenannte(n) optionale(n) gekrümmte(n) Oberfläche(n) 88 kann an der Basis 85 der Sekundärrippe 84 und/oder optional an einem Umfangsbereich 87 der Sekundärrippe 84 definiert sein - wie in 6 dargestellt. Da jede Sekundärrippe 84 und die optionale(n) gekrümmte(n) Oberfläche(n) 88 angrenzend an die entsprechende Sekundärrippe 84 Dicken definieren, die relativ kleiner als die Primärrippendicke 90 sind, ist mindestens eine der Sekundärrippen-Strukturen 84 zusammen mit den entsprechenden gekrümmten Oberflächen 88 im flexiblen Rotor 36 konfiguriert, um sich elastisch zu biegen (oder zu verformen), wenn der variierende Eingangs-Arbeitsfluiddruck 107 auf den flexiblen Rotor 36 und die Flügel aufgebracht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Flügelzellenpumpe 10 mit variabler Verdrängung (Verstellpumpe) vorgesehen, die ein Gehäuse 12, einen flexiblen Rotor 36, einen Flügel-Steuerring 42, eine Vielzahl von Flügeln 40, einen Gleitring 16, ein Vorspannelement 22 und ein Regelventil 80 beinhaltet. Das Gehäuse 12 definiert eine Einlassöffnung 48 und eine Auslassöffnung 46, wobei die Einlassöffnung 48 in Fluidverbindung mit dem Regelventil 80 steht. Der flexible Rotor 36 kann von einer Antriebswelle 28 drehend angetrieben und koaxial zur Antriebswelle 28 ausgerichtet sein. Der flexible Rotor 36 definiert eine Vielzahl von Primärrippen 82 und eine Vielzahl von entsprechenden Sekundärrippen 84 mit einer zwischen jeder Sekundärrippe 84 und jeder entsprechenden Primärrippe 82 definierten Öffnung 86. Jede Primärrippe 82 definiert eine Primärrippendicke 90 und jede Sekundärrippe 84 definiert eine Sekundärrippendicke 92, die kleiner ist als die Primärrippendicke 90.
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In der vorgenannten Ausführungsform kann der Flügelsteuerring 42 zwischen dem flexiblen Rotor 36 und dem Gehäuse 12 angeordnet sein, wobei der Flügelsteuerring 42 konfiguriert ist, um sich innerhalb eines Umfangs des flexiblen Rotors 36 zu bewegen. Der Flügelsteuerring 42 kann eine Außenfläche 47 (2) beinhalten, die an einem nahegelegenen Ende 41 für jeden Flügel 40 in der Vielzahl der Flügel 40 anliegt. Die Vielzahl der Flügel 40 kann auch verschiebbar im flexiblen Rotor 36 in einer Vielzahl von entsprechenden Flügelschlitzen 38 angeordnet sein. Darüber hinaus kann der Gleitring 16 über einen Schwenkpunkt 14 schwenkbar am Gehäuse 12 befestigt sein, um einen Verdrängungssteuerungsbereich 62 (2) mit einem ersten Abschnitt 13 des Gehäuses 12 zu definieren. Der Gleitring 16 kann konfiguriert sein, um mit dem Flügelsteuerring 42, dem flexiblen Rotor 36 und der Vielzahl von Flügeln 40 zusammenzuwirken und eine Vielzahl von Pumpenkammern 47 zu bilden, die nacheinander mit den Einlass- und Auslassöffnungen (48 bzw. 46) verbunden sind, wenn dem Verdrängungssteuerungsbereich 62 ein variierender Arbeitsfluidstrom/Druck 107 zugeführt wird. Die Vorspanneinrichtung 22 kann auf den Gleitring 16 einwirken, um den Gleitring 16 über eine erste (Feder-/Vorspann-) Kraft 103 in eine erste Richtung 102 zu drücken. Das Regelventil 80 ist jedoch konfiguriert, um einen variierenden Eingangs-Arbeitsfluiddruck 107 über einen Eingangs-Arbeitsfluidstrom in den Verdrängungssteuerungsbereich 62 zu erzeugen, der dadurch eine zweite Kraft 104 auf den Gleitring 16 um das Schwenkmittel in eine zweite Richtung 105 erzeugt. Die zweite Richtung 105 ist entgegengesetzt zur ersten Richtung 102. Die zweite Kraft 104 (über das Regelventil 80) soll gegenüber der ersten Kraft 103 variieren, um das Volumen jeder Pumpkammer 47 zu variieren, während sich der flexible Rotor 36 über die Antriebswelle 28 dreht.
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In der vorgenannten Ausführungsform ist mindestens eine Sekundärrippe 84 im flexiblen Rotor 36 so konfiguriert, dass sie sich biegt, wenn der variierende Druck des Eingangs-Arbeitsfluids 107 auf den flexiblen Rotor 36 aufgebracht wird. Jede Sekundärrippe 84 im flexiblen Rotor 36 kann, muss aber nicht unbedingt benachbart zu jedem Flügelschlitz 38 angeordnet sein. Es versteht sich auch, dass das Vorspannelement 22 eine Feder sein kann, aber nicht unbedingt eine Feder sein muss.
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Daher kann der flexible Rotor 36 gemäß den vorstehend genannten verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung von einer Antriebswelle 28 angetrieben und mit der Antriebswelle 28 koaxial ausgerichtet sein. (siehe 2) Die Vielzahl der Flügel 40 kann im flexiblen Rotor 36 innerhalb der entsprechenden Flügelnuten 38 verschiebbar angeordnet sein. Der Gleitring 16 kann über einen Schwenkpunkt 14 schwenkbar am Gehäuse 12 befestigt sein. Der Gleitring 16 kann ferner einen Verdrängungssteuerungsbereich 62 mit einem ersten Abschnitt 13 des Gehäuses 12 definieren. Der Gleitring 16 kann mit dem Flügelring 42, dem flexiblen Rotor 36 und den Flügeln 40 zusammenwirken, um eine Vielzahl von Pumpkammern 47 zu bilden, die nacheinander mit den Ein- und Auslassöffnungen (48 bzw. 46) verbunden sind. Die Vorspanneinrichtung 22 (oder eine Feder) kann auf den Gleitring 16 einwirken und den Gleitring 16 über eine erste Kraft 103 in eine erste Richtung 102 drücken. Darüber hinaus kann ein Steuergerät/Regelventil 80 vorgesehen sein, um einen variierenden Eingangs-Arbeitsfluiddruck 107 über einen Eingangs-Arbeitsfluidstrom in den Verdrängungssteuerungsbereich 62 zu erzeugen und dadurch eine zweite Kraft 104 auf den Gleitring 16 um das Schwenkmittel 14 in einer zweiten Richtung 105 entgegen der ersten Richtung 102 zu erzeugen. Die zweite Kraft 104 kann konfiguriert sein, um in Bezug auf die erste Kraft 103 zu variieren (die zweite Kraft 104 ist größer als die erste Kraft 103 oder kleiner als die erste Kraft 103), um das Volumen/Größe jeder Pumpkammer 47 zu variieren, indem der Gleitring 16 hin und her geschwenkt wird (zwischen der ersten Richtung 102 und der zweiten Richtung 105), während sich der flexible Rotor 36 und die Flügel 40 über die Antriebswelle 28 drehen. Es versteht sich, dass der Flügelring 42 es dem distalen Ende 41 jedes Flügels 40 in der Vielzahl der Flügel 40 ermöglicht, an einer Innenfläche 44 des Gleitrings 16 anzuliegen und kontinuierlich entlang zu gleiten, wenn sich der flexible Rotor 36 (und die Flügel 40) innerhalb des Gleitrings 16 dreht. (Siehe 2-3).
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Obwohl in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung mindestens eine exemplarische Ausführungsform vorgestellt wurde, ist zu beachten, dass es eine Vielzahl von Varianten gibt. Es ist auch zu beachten, dass die exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu dienen, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken. Vielmehr wird den Fachleuten durch die vorstehende detaillierte Beschreibung eine komfortable Anleitung zur Umsetzung der exemplarischen Ausführungsform oder der exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung gestellt. Es ist zu verstehen, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen dargelegt sind, abzuweichen.
