DE102020105618A1 - Ölpumpenschieber mit variabler verdrängung und bogenfeder - Google Patents

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Sean McGowan
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Abstract

Eine Kraftfahrzeug-Verstellpumpe umfasst einen Pumpenkörper mit einer Pumpenwelle, die sich durch den Pumpenkörper erstreckt. Ein Rotor ist mit der Pumpenwelle verbunden und dreht sich gemeinsam mit der Pumpenwelle. Der Rotor hat mehrere radial nach außen gerichtete Schlitze. Ein Schaufelträgerring trägt mehrere Schaufeln, die einzeln gleitend in einem der Schlitze des Rotors aufgenommen werden. Ein Schieber ist drehbar mit dem Pumpenkörper verbunden, wobei sich der Rotor und der Flügelstützring in einer Innenwand des Schiebers befinden. Eine Bogenfederteller, die ein Vorspannungselement definiert, berührt den Schieber direkt, um den Schieber so vorzuspannen, dass er sich um einen Krümmungsbogen dreht.

Description

  • EINLEITUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Öl- und Hydraulikflüssigkeitspumpen und insbesondere auf Verstellpumpen, die in PKW- und LKW-Systemen verwendet werden.
  • In Kraftfahrzeugen wird üblicherweise eine Verstellpumpe verwendet, um unter Druck stehendes Öl zu verschiedenen Motorkomponenten zu fördern. Bekannte Verstellpumpen, die zu diesem Zweck eingesetzt werden, werden direkt durch die Rotation einer Motorkomponente, wie z.B. einer Welle, in Rotation versetzt und ändern daher ihre Drehzahl mit der sich ändernden Motordrehzahl. Pumpen mit variabler Verdrängung bieten eine variable Ölfördermenge.
  • Bekannte Pumpen mit variabler Verdrängung, die für diese Funktion verwendet werden, verwenden eine Druckfeder, die eine Vorspannungskraft liefert, um die Fördermenge der Pumpe zu variieren. Druckfedern sind einfach und erfordern nur geringe oder gar keine Einstellung, erfordern aber oft den Einbau von verstärkten Federsitzflächen außerhalb des für einen Gleitabschnitt der Pumpe erforderlichen Raumes. Die Federsitzflächen und ein Abstand, der die Ausdehnung und Kontraktion der Feder ermöglicht, erhöhen das Gewicht und die Kosten der Pumpe und vergrößern den für die Pumpe erforderlichen Raum. Darüber hinaus biegt sich die Druckfeder während des Betriebs aus der Achse und erfordert in der Regel ein zentrales Ausrichtungselement, um die Federkraft über den gesamten Betriebsbereich der Druckfeder konstant zu halten. Darüber hinaus ist die Auslenkung der Druckfeder über einen Bereich zwischen 30 % und 70 % Auslenkung nicht linear, wodurch ein ungleichmäßiger Pumpenausgangsstrom über diesen Federbetriebsbereich entsteht.
  • Während also die derzeitigen Fahrzeugölsystem-Verstellpumpen ihren Zweck erfüllen, besteht ein Bedarf an einer neuen und verbesserten Verstellpumpe und einem Verfahren zum Betrieb einer Verstellpumpe für den Betrieb des Ölsystems von Fahrzeugen.
  • BESCHREIBUNG
  • Nach mehreren Gesichtspunkten umfasst eine Verstellpumpe einen Pumpenkörper mit einer durch den Pumpenkörper verlaufenden Pumpenwelle. Die Pumpenwelle dreht sich in Bezug auf eine Längsachse der Pumpenwelle. Ein Schieber ist drehbar mit dem Pumpenkörper verbunden. Einen Bogenfederteller, die ein Vorspannungselement definiert, berührt den Schieber direkt, um den Schieber so vorzuspannen, dass er sich um einen Krümmungsbogen innerhalb des Pumpenkörpers dreht.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Spannstift in einer Spannstiftvertiefung des Schiebers positioniert, wobei der Spannstift den Schieber drehbar mit einer Innenwand des Pumpenkörpers verbindet.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird der Bogenfederteller an einem Ende des Bogenfedertellers zwischen dem Spannstift und dem Pumpenkörper verankert.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält der Schieber eine Dichtung, die in einem Dichtungshohlraum positioniert ist. Eine von dem Bogenfederteller erzeugte Kraft ist gleich einer entgegengesetzt gerichteten Druckkraft, die gegen eine Fläche des Schiebers zwischen dem Dichtungshohlraum und dem Spannstifthohlraum wirkt.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Rotor mit der Pumpenwelle verbunden und dreht sich gemeinsam mit der Pumpenwelle, wobei der Rotor mehrere radial nach außen gerichtete Schlitze aufweist.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung trägt ein Lamellenstützring mehrere Lamellen, wobei die Lamellen einzeln gleitend in einem der Schlitze des Rotors aufgenommen werden und sich die Lamellen mit dem Lamellenstützring durch Drehung des Rotors drehen.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst der Schieber eine kreisförmige Innenwand, wobei der Rotor und der Flügelstützring innerhalb der Innenwand des Schiebers positioniert sind.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung haben die Schaufeln ein äußeres Ende, das in direktem Kontakt mit der Innenwand des Schiebers gehalten wird, während sich der Schaufelstützring mit dem Rotor mitdreht.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Achse des Flügelstützrings in Bezug auf die Längsachse der Pumpenwelle außermittig positioniert, so dass die Drehung des Flügelstützrings bei gedrehten Positionen des Schlittens einen unrunden Weg in Bezug auf die Längsachse der Pumpenwelle definiert.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung berührt der Bogenfederteller direkt den Schieber an einem freien Ende des Bogenfedertellers, der eine konvexe Oberfläche definiert.
  • Nach mehreren Gesichtspunkten umfasst eine Verstellpumpe einen Pumpenkörper mit einer durch den Pumpenkörper verlaufenden Pumpenwelle. Ein Rotor ist mit der Pumpenwelle verbunden und dreht sich gemeinsam mit der Pumpenwelle. Der Rotor hat mehrere radial nach außen gerichtete Schlitze. Ein Schaufelträgerring trägt mehrere Schaufeln, die einzeln gleitend in einem der Schlitze des Rotors aufgenommen werden. Ein Schieber ist drehbar mit dem Pumpenkörper verbunden, wobei sich der Rotor und der Flügelstützring in einer Innenwand des Schiebers befinden. Einen Bogenfederteller, der ein Vorspannungselement definiert, berührt den Schieber direkt, um den Schieber so vorzuspannen, dass er sich um einen Krümmungsbogen dreht.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Spannstift in einer Spannstiftvertiefung des Schiebers positioniert, wobei der Spannstift den Schieber drehbar mit einer Innenwand des Pumpenkörpers verbindet. Der Spannstift verankert den Bogenfederteller am Pumpenkörper an einem Ende des Bogenfedertellers zwischen dem Spannstift und dem Pumpenkörper.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst der Schieber einen Dichtungshohlraum mit einer Dichtung, die innerhalb des Dichtungshohlraums positioniert ist und eine Innenwand des Pumpenkörpers berührt, wobei die Dichtung das Eindringen von Flüssigkeit in eine äußere Kammer, die zwischen dem Schieber und dem Pumpenkörper positioniert ist, begrenzt.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine durch den Bogenfederteller erzeugte Belastungskraft gleich einer entgegengesetzt gerichteten Druckkraft, die gegen eine Oberfläche des Schiebers in der äußeren Kammer wirkt.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung hat ein erstes Ende des Bogenfedertellers einen konvex geformten Teil in direktem Gleitkontakt mit einem gekrümmten Außenwandteil des Schiebers, der dazu dient, den Reibungskontakt zwischen dem Bogenfederteller und dem Schieber zu minimieren.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält der Bogenfederteller ein zweites Ende, das in einem Schlitz sitzt, der in einer Wand des Pumpenkörpers geschaffen wurde.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung drehen sich die Pumpenwelle und der Rotor in Bezug auf eine Längsachse der Pumpenwelle, wobei der Flügelstützring einen unrunden Bewegungsweg definiert, wenn sich die Pumpenwelle um die Längsachse dreht.
    Eine Verstellpumpe umfasst nach mehreren Gesichtspunkten einen Pumpenkörper mit einer durch den Pumpenkörper verlaufenden Pumpenwelle. Die Pumpenwelle dreht sich in Bezug auf eine Längsachse der Pumpenwelle. Der Rotor ist mit der Pumpenwelle verbunden und dreht sich zusammen mit der Pumpenwelle in Bezug auf die Längsachse der Pumpenwelle. Der Rotor hat mehrere radial nach außen gerichtete Schlitze. Ein Lamellenstützring trägt mehrere Lamellen, die einzeln gleitend in einer der Nuten des Rotors aufgenommen und durch Kontakt zwischen den Lamellen und dem Rotor während der Drehung des Rotors gedreht werden. Der Schaufelträgerring bewegt sich auf einer unrunden Bewegungsbahn, wenn sich die Pumpenwelle um die Längsachse dreht. Ein Schieber ist drehbar mit dem Pumpenkörper verbunden, wobei sich der Rotor und der Flügelstützring in einer Innenwand des Schiebers befinden. Einen Bogenfederteller, der ein Vorspannglied definiert, den Schieber direkt berührt, um den Schieber so vorzuspannen, dass er sich um einen Krümmungsbogen dreht. Eine durch den Bogenfederteller erzeugte Vorspannkraft wirkt auf die Pumpenwelle und widersetzt sich der Gesamtdruckkraft einer Flüssigkeit in einer äußeren Kammer zwischen Schieber und Pumpenkörper.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Spannstift in einer Spannstiftvertiefung des Schiebers positioniert. Der Spannstift verbindet den Schieber drehbar mit einer Innenwand des Pumpenkörpers. Der Bogenfederteller umfasst ein erstes Ende, das eine konvexe Oberfläche definiert, die direkt mit dem Schieber in Kontakt kommt, und ein zweites Ende, das zwischen dem Spannstift und dem Pumpenkörper am Pumpenkörper verankert ist.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält der Bogenfederteller ein erstes Ende, das eine konvexe Oberfläche definiert, die direkt mit dem Schieber in Kontakt steht, und ein zweites Ende, das in einem Schlitz sitzt, der in einer Wand des Pumpenkörpers erzeugt wurde.
  • Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der hier gegebenen Beschreibung ergeben. Es sollte verstanden werden, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zur Veranschaulichung dienen und nicht den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränken sollen.
  • Figurenliste
  • Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
    • 1 ist eine Draufsicht auf eine Verstellpumpe mit einem nach einem exemplarischen Aspekt abgenommenen Pumpendeckel;
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht der Verstellpumpe aus 1 von oben;
    • 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Bogenfeder für die Verstellpumpe aus 1;
    • 4 ist eine perspektivische Ansicht der Bogenfeder von 3, die außerdem einen Spannstift zeigt, der einen Drehpunkt für die Bogenfeder darstellt;
    • 5 ist eine Draufsicht auf die Verstellpumpe aus 1, die in einer vollständig vorgespannten und gedrehten Position eines Schiebers gezeigt wird;
    • 6 ist eine frontale, perspektivische Ansicht der Bogenfeder von 3; und
    • 7 ist eine Frontalansicht eines Schiebers der Verstellpumpe aus FIG: 1.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die gegenwärtige Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken.
  • Unter Bezugnahme auf 1 bietet ein Verstellpumpensystem 10 der vorliegenden Offenbarung eine Verstellpumpe 12 mit einem Pumpenkörper 14, der z.B. aus lasergeschnittenem, gehärtetem und dampfbehandeltem Stahl oder aus Schmiedestahl oder einem pulverisierten Metall hergestellt ist. Die Verstellpumpe 12 wird mit abgenommenem Enddeckel gezeigt, um die inneren Komponenten sichtbar zu machen. Ein Rotor 16 ist mit einer Pumpenwelle 18 verbunden und dreht sich durch axiale Drehung mit dieser. Die Pumpenwelle 18 kann durch ein Rotationsbauteil (nicht abgebildet) eines Kraftfahrzeugmotors 19, schematisch dargestellt, gedreht werden und ändert daher die Drehzahl direkt mit einer Änderung der Drehzahl in Umdrehungen pro Minute des Motors 19. Die Pumpenwelle 18 und damit der Rotor 16 drehen sich in Bezug auf eine auf den Betrachter gerichtete Längsachse 20, wie in 1 dargestellt.
  • Der Rotor 16 trägt mehrere Schaufeln, die in Bezug auf die Längsachse 20 radial nach außen gerichtet sind. Die Lamellen können in ihrer Menge variieren und umfassen unter anderem eine erste Lamelle 22, eine zweite Lamelle 24, eine dritte Lamelle 26, eine vierte Lamelle 28, eine fünfte Lamelle 30, eine sechste Lamelle 32 und eine siebte Lamelle 34. Die Schaufeln sind einzeln verschiebbar in einem von mehreren Schaufelschlitzen des Rotors 16 angeordnet, so wie z.B. die erste Schaufel 22 verschiebbar in einem ersten Schaufelschlitz 36 angeordnet ist. Während der Drehung der Pumpenwelle 18 werden die Flügel, wie der erste Flügel 22, abwechselnd radial nach außen 38 in Bezug auf die Längsachse 20 und entgegengesetzt radial nach innen 40 in Bezug auf die Längsachse 20 verschoben. Die Drehung des Rotors 16, der die Schaufeln dreht, erzeugt eine Pumpwirkung für eine Flüssigkeit wie das in der Verstellpumpe 12 aufgenommene Motoröl. Die Schaufeln haben ein äußeres Ende 42, das während der Drehung des Rotors 16 direkt mit einer kreisförmigen Innenwand 44 eines Schiebers 46 in Kontakt kommen kann oder innerhalb eines Freiraums von diesem gehalten wird.
  • Der Schieber 46 ist im Pumpenkörper 14 mit einem Spannstift 48 drehbar gelagert, wobei der Spannstift 48 einen Drehpunkt für die Hin- und Herdrehung des Schiebers 46 in Bezug auf einen Drehbogen 50 definiert. Ein Vorspannglied, das nach mehreren Gesichtspunkten einen Bogenfederteller 52 z.B. aus Federstahl definiert, ist an einem Ende am Spannstift 48 verankert und berührt an einem freien Ende des Bogenfedertellers 52 direkt den Schieber 46, um den Schieber 46 um den Drehbogen 50 in entgegengesetzter Drehrichtung, wie in 1 gesehen, vorzuspannen. Die hydraulischen Kräfte im Pumpenkörper 14 wirken der Vorspannkraft entgegen, die durch den Bogenfederteller 52 während des Betriebs der Verstellpumpe 12 erzeugt wird.
  • Das vom Motor 19 abgegebene Niederdrucköl wird über eine Strömungsleitung 56 zur Verstellpumpe 12 geleitet und in einen Niederdruck-Ansaugraum 60 geleitet. Aus dem Niederdruck-Ansaugraum 60 wird das Öl sowohl oberhalb als auch unterhalb der gegenüberliegenden Enden des Dias 46 (auf den Betrachter zu und von ihm weg, wie in 1 dargestellt) geleitet, wo das Öl in einen Strömungskanal 62 des Dias 46 fließt. Der Strömungskanal 62 befindet sich zwischen der kreisförmigen Innenwand 44 des Schiebers 46 und einer äußeren Umfangswand 64 des Rotors 16. Der Strömungskanal 62 vergrößert sich kontinuierlich von einem Eintrittsende zu einem Mittelpunkt 66 des Strömungskanals 62, der sich beispielsweise in der Nähe der für die zweite Schaufel 24 gezeigten temporären Position befindet. Von der Mitte 66 nimmt der Durchflusskanal 62 dann kontinuierlich im Durchgangsbereich zu einem sich verjüngenden geometrischen Auslass 68 ab, wo das durch die Rotation der Flügel unter Druck gesetzte Öl aus der Verstellpumpe 12 austritt. Eine Öldruckregeleinrichtung 70, wie z.B. ein Ölsteuer-Regelventil, die mit einem Ölkanal in Verbindung steht, kommuniziert über einen Kanalanschluss 72 mit einer Außenkammer 74. Die äußere Kammer 74 ist zwischen dem Schieber 46 und dem Pumpenkörper 14 vorgesehen, um Platz für einen freien Bewegungsbogen des Schiebers 46 zu schaffen, wenn sich der Schieber 46 in Bezug auf den Spannstift 48 dreht.
  • Der Öldruck im Ölkanal und damit am Kanalanschluss 72 ist im Allgemeinen anders als der Öldruck am Niederdruck-Saugrohr 60. Um zu verhindern, dass Öl in der Außenkammer 74 mit dem Niederdruck-Ansaugraum 60 in einem Strömungsweg zwischen einer Außenwand 76 des Schiebers 46 und einem Innenwandteil 78 des Pumpenkörpers 14 ausgetauscht wird, ist ein Dichtungselement 80 zwischen der Außenwand 76 und dem Innenwandteil 78 angeordnet. Das Dichtungselement 80 wird in einem Dichtungshohlraum 82 zusammen mit einem Vorspannelement 84 aus z.B. einem elastischen Material positioniert, das das Dichtungselement 80 kontinuierlich in Kontakt mit dem Innenwandabschnitt 78 vorspannt. Das Dichtungselement 80 und das Vorspannelement 84 drehen sich daher gemeinsam mit dem Schieber 46, wenn sich der Schieber 46 in Bezug auf die durch den Spannstift 48 definierte Drehachse dreht.
  • Unter Bezugnahme auf 2 und wiederum auf 1 berühren die Flügel, wie z.B. der beispielhafte zweite Flügel 24, direkt die Flügelstützringe 86, und wenn die Flügelstützringe 86 in eine achsenfremde Position in Bezug auf die Längsachse 20 der Pumpenwelle 18 verschoben werden, werden die Flügel abwechselnd dazu veranlasst, sich innerhalb der Flügelschlitze, wie z.B. dem ersten Flügelschlitz 36, nach innen und nach außen zu verschieben. Die beiden Schaufelträgerringe 86 sind gleitend auf den entgegengesetzten Seiten des Rotors 16 angeordnet. Die Schaufeln erhöhen den Öldruck und erzeugen während der Rotation des Rotors 16 einen Ölstrom, indem das am Niederdruck-Einlasshohlraum 60 aufgenommene Öl durch den Strömungskanal 62 und über den Auslass 68 verdrängt wird, wenn die Schaufelstützringe 86 gegenüber der Längsachse 20 der Pumpenwelle 18 aus der Achse verschoben werden.
  • Zur Einleitung des Pumpvorgangs wird die Achse der beiden Flügelstützringe 86 durch Drehen des Schiebers 46 unter Verwendung der Vorspannkraft des Bogenfedertellers 52 in eine achsenfremde Position in Bezug auf die Längsachse 20 der Pumpenwelle 18 verschoben. Wie bereits erwähnt, stehen die äußeren Enden der Schaufeln 42 in direktem Gleitkontakt mit der kreisförmigen Innenwand 44 des Schiebers 46 oder sind in einem Mindestabstand zu dieser angeordnet. Die Schaufeln haben auch ein inneres Ende 88, das die Schaufelträgerringe 86 direkt berührt (von denen nur einer in dieser Ansicht gezeigt ist). Da die Schaufeln gleich lang sind, durchlaufen die Schaufelträgerringe 86 eine nach außen gerichtete Position in Bezug auf die Längsachse 20, während die Pumpenwelle 18 um die Längsachse 20 rotiert, eine nach innen gerichtete Bewegungsbahn 90. Die Schaufeln verschieben sich innerhalb des Schaufelschlitzes, in dem die einzelnen Schaufeln angeordnet sind, während sich die Schaufelträgerringe 86 drehen, radial nach innen oder radial nach außen. Zum Beispiel ist die erste Schaufel 22 in den und in einer im Wesentlichen maximal radial nach außen versetzten Position innerhalb des ersten Schaufelschlitzes 36 dargestellt, während die fünfte Schaufel 30 in einer im Wesentlichen vollständig radial nach innen versetzten Position innerhalb ihres Schaufelschlitzes dargestellt ist. Dadurch wird eine größere Oberfläche der ersten Schaufel 22 am Mittelpunkt 66 innerhalb des Strömungskanals 62 freigelegt. Die Lamellenschlitze, wie der erste Lamellenschlitz 36, enthalten auch einen Flüssigkeitseintritt und -austritt durch den Kanal 92, damit das Öl in die Schlitze hinein oder aus ihnen heraus fließen kann, um eine freie Gleitbewegung der Lamelle innerhalb des jeweiligen Lamellenschlitzes zu ermöglichen.
  • Um den Reibungskontakt zwischen dem Bogenfederteller 52 und dem Schieber 46 zu minimieren, definiert ein freies erstes Ende 94 des Bogenfedertellers 52 eine Kurve mit einem konvex geformten Abschnitt, der in direktem Kontakt mit einem gekrümmten Außenwandabschnitt 96 des Schiebers 46 steht. Ein geformtes zweites Ende 98 des Bogenfedertellers 52 berührt direkt den Spannstift 48 und wird in der Einbaulage des Bogenfedertellers 52 zwischen dem Spannstift 48 und einer Innenwand 100 des Pumpenkörpers 14 kraftschlüssig gefangen.
  • Unter Bezugnahme auf 3 und wiederum auf 1 und 2, bietet der konvex geformte Teil des freien ersten Endes 94 des Bogenfedertellers 52 eine konvexe Oberfläche 102. Das geformte zweite Ende 98 des Bogenfedertellers 52 bietet eine konkave Oberfläche 104 zur Aufnahme des Spannstiftes 48. Zwischen dem freien ersten Ende 84 und dem geformten zweiten Ende 88 des Bogenfedertellers 52 erstreckt sich eine gekrümmte Wand 106.
  • Unter Bezugnahme auf 4 und erneut auf 1 bis 3 ahmt ein Krümmungsradius der konkaven Fläche 104 des geformten zweiten Endes 98 des Bogenfedertellers 52 einen Krümmungsradius 108 des Spannstifts 48 nach. Dadurch wird sichergestellt, dass der Kontakt zwischen der konkaven Oberfläche 104 und einer Außenfläche des Spannstifts 48 aufrechterhalten wird.
  • Unter Bezugnahme auf 5 und erneut auf 1 bis 4 ist eine Vorspannkraft 110, die durch den zur Pumpenwelle 18 hin wirkenden Bogenfederteller 52 erzeugt wird, kleiner, gleich oder größer als eine Gesamtdruckkraft 112 der Flüssigkeit in der äußeren Kammer 74, die gleich und entgegengesetzt zur Vorspannkraft des Bogenfedertellers 52 wirkt, um den Schieber 46 gegen die Vorspannkraft des Bogenfedertellers 52 zu bewegen. Die Gesamtdruckkraft 112, die z.B. als mehrfache Druckkraftpfeile dargestellt ist, wird durch den Ölrückführdruck erzeugt, der am Kanalanschluss 72 vom Motorhauptkanal (nicht abgebildet) anliegt und die Außenkammer 74 unabhängig vom Öldruck, der in den Niederdruck-Einlassraum 60 geleitet wird, unter Druck setzt. Nach mehreren Gesichtspunkten erstreckt sich ein Stoß oder Anschlag 114 vom äußeren Wandteil 116 des Dias 46 nach außen. Der Anschlag 114 berührt direkt den inneren Wandabschnitt 78 des Pumpenkörpers 14 und definiert eine maximale Rotationsposition des Schiebers 46.
  • Nach mehreren Gesichtspunkten berührt das zweite Ende 98 des Bogenfedertellers 52 direkt den Spannstift 48 und wird in der Einbaulage des Bogenfedertellers 52 kraftschlüssig zwischen dem Spannstift 48 und einer Innenwand 118 des Pumpenkörpers 14 gefangen. Nach weiteren Gesichtspunkten wird das zweite Ende 98 des Bogenfedertellers 52 so modifiziert, dass es in einem in der Wand des Pumpenkörpers 14 geschaffenen Schlitz 120 reibschlüssig eingefangen wird. In jeder ihrer Konfigurationen ist der Bogenfederteller 52 in einer zweiten äußeren Kammer 122 positioniert, die sich zwischen dem Schieber 46 und dem Pumpenkörper 14 befindet und die unter Druck stehender Flüssigkeit wie dem in den Niederdruck-Ansaugraum 60 eintretenden Niederdruck-Öl ausgesetzt ist.
  • Unter Bezugnahme auf 6 und wiederum auf 1 bis 5 werden eine Belastungslänge, eine Dicke und eine Breite des Bogenfedertellers 52 unter Verwendung der bekannten Gleichungen 1, 2 und 3 unten für einen in Biegung belasteten Kragträger bei einem Elastizitätsmodul des gewählten Materials bestimmt. Die Belastungslänge wird auf der Grundlage eines Abstands 124 zwischen einem ersten Berührungspunkt 126 des ersten Endes 94 des Bogenfedertellers 52 mit dem Außenwandteil 96 des Schiebers 46 (wie in 2 dargestellt) und einem zweiten Berührungspunkt 128 der konkaven Fläche 104 des zweiten Endes 98 des Bogenfedertellers 52 mit dem Spannstift 48 für die in 5 gezeigte Einbaukonfiguration des Bogenfedertellers 52 bestimmt. Eine Federdicke 130 und eine Federbreite 132 fließen ebenfalls in die Bestimmung der Belastbarkeit des Bogenfedertellers 52 ein. Biegemoment M = FL
    Figure DE102020105618A1_0001
    wobei: (F) ist die angewandte Kraft und (L) ist die Länge des Balkens bei der Krafteinwirkung (Abstand 124) Durchbiegung  ( δ ) = FL 3 / 3 EI
    Figure DE102020105618A1_0002
    wobei:
    • E= Elastizitätsmodul, und
    • I = Trägheitsmoment
    Steigung  ( θ ) = FL 2 / 2 EI
    Figure DE102020105618A1_0003
  • Bezogen auf 7 und nochmals auf 5 und 6 ist die aufgebrachte Kraft F (Vorspannkraft 110) des Bogenfedertellers 52 mindestens gleich der Gesamtdruckkraft 112, die zum Bewegen des Schiebers 46 gegen die Vorspannkraft 110 des Bogenfedertellers 52 wirkt. Wie oben erwähnt, wird die Gesamtdruckkraft 112, die unten als Fp definiert ist, als Rückkopplungsdruck von der Hauptgalerie des Motors erzeugt. Die Gesamtdruckkraft 112 kann aus Gleichung 4 wie folgt berechnet werden: Druckkraft Fp = P × A
    Figure DE102020105618A1_0004
    wobei
    • P = Rückkopplungsdruck; und
    • A = Fläche, über die der Druck wirkt, definiert als eine Fläche 134 des Schiebers 46, über die der Rückführdruck wirkt, zwischen dem Dichtungshohlraum 82 und einem Spannstifthohlraum 136, in dem der Spannstift 48 sitzt.
  • Während sich die vorliegende Offenbarung auf hydraulische Verstellpumpen richtet, die in Ölsystemen von Kraftfahrzeugmotoren verwendet werden, kann die Verstellpumpe der vorliegenden Offenbarung auch in anderen Systemen wie Auflade-, Servolenkungs-, Klimaanlagen- und Automatikgetriebepumpen verwendet werden.
  • Eine Verstellpumpe der vorliegenden Offenbarung bietet mehrere Vorteile. Dazu gehört die Bereitstellung eines Bogenfederteller-Vorspannungselements, das kleiner als herkömmliche Spiralfedern ist, wodurch der Platzbedarf der Verstellpumpe reduziert wird. Der Bogenfederteller bietet eine besser vorhersehbare lineare Federkraft als eine gewickelte Feder. Die Durchbiegung des Bogenfedertellers ist linearer als bei einer Spiralfeder, insbesondere innerhalb einer Durchbiegung von 30% bis 70% der Spiralfeder, wodurch eine linearere Pumpenleistung erzielt wird. Gewicht und Kosten werden auch für die Verstellpumpe der vorliegenden Offenbarung reduziert, da eine Schraubenfederhalterung nicht erforderlich ist.
  • Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist lediglich beispielhafter Natur, und Abweichungen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sollen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Solche Abweichungen sind nicht als eine Abweichung vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.

Claims (10)

  1. Eine Kraftfahrzeug-Verstellpumpe, umfassend: einen Pumpenkörper mit einer durch den Pumpenkörper verlaufenden Pumpenwelle, wobei sich die Pumpenwelle in Bezug auf eine Längsachse der Pumpenwelle dreht; einem Schieber, der drehbar mit dem Pumpenkörper verbunden ist; und einen Bogenfederteller, der ein Vorspannungselement definiert, das direkt mit dem Schieber in Kontakt steht, um den Schieber so vorzuspannen, dass er sich in einem Krümmungsbogen innerhalb des Pumpenkörpers dreht.
  2. Die Kraftfahrzeug-Verstellpumpe nach Anspruch 1, ferner enthaltend einen in einer Spannstiftvertiefung des Schiebers positionierten Spannstift, wobei der Spannstift den Schieber drehbar mit einer Innenwand des Pumpenkörpers verbindet.
  3. Die Kraftfahrzeug-Verstellpumpe nach Anspruch 2, wobei der Bogenfederteller an einem Ende des Bogenfedertellers zwischen dem Spannstift und dem Pumpenkörper verankert ist.
  4. Die Kraftfahrzeug-Verstellpumpe nach Anspruch 2, wobei der Schieber eine in einem Dichtungshohlraum positionierte Dichtung aufweist und wobei eine durch den Bogenfederteller erzeugte Belastungskraft gleich einer entgegengesetzt gerichteten Druckkraft ist, die gegen eine Oberfläche des Schiebers zwischen dem Dichtungshohlraum und dem Spannstifthohlraum wirkt.
  5. Die Kraftfahrzeug-Verstellpumpe nach Anspruch 1, ferner umfassend einen mit der Pumpenwelle verbundenen und mit der Pumpenwelle mitdrehenden Rotor, wobei der Rotor mehrere radial nach außen gerichtete Schlitze aufweist.
  6. Die Kraftfahrzeug-Verstellpumpe nach Anspruch 5, ferner enthaltend einen Flügelstützring, der mehrere Flügel trägt, wobei die Flügel einzeln gleitend in einem der Schlitze des Rotors aufgenommen werden und sich die Flügel durch die Drehung des Rotors mit dem Flügelstützring drehen.
  7. Die Kraftfahrzeug-Verstellpumpe nach Anspruch 6, wobei der Schieber eine kreisförmige Innenwand aufweist, wobei der Rotor und der Flügelstützring innerhalb der Innenwand des Schiebers angeordnet sind.
  8. Die Kraftfahrzeug-Verstellpumpe nach Anspruch 7, wobei die Flügel ein äußeres Ende haben, das in direktem Kontakt mit der Innenwand des Schiebers gehalten wird, während sich der Flügel stützring mit dem Rotor mitdreht.
  9. Die Kraftfahrzeug-Verstellpumpe nach Anspruch 7, wobei eine Achse des Flügelstützrings in Bezug auf die Längsachse der Pumpenwelle außeraxial angeordnet ist, wobei die Drehung des Flügelstützrings bei gedrehten Positionen des Schiebers einen unrunden Weg in Bezug auf die Längsachse der Pumpenwelle definiert.
  10. Die Kraftfahrzeug-Verstellpumpe nach Anspruch 1, wobei der Bogenfederteller an einem Ende des Bogenfedertellers, das eine konvexe Oberfläche definiert, direkt mit dem Schieber in Kontakt kommt.
DE102020105618.4A 2015-10-14 2020-03-03 Ölpumpenschieber mit variabler verdrängung und bogenfeder Pending DE102020105618A1 (de)

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