DE10353027A1

DE10353027A1 - Regelbare Pumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE10353027A1
Application number: DE2003153027
Authority: DE
Inventors: Tilo Dipl.-Ing. Koch; Marco Dipl.-Ing. Ruppel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2005-06-16
Also published as: FR2862354B1; FR2862354A1

Abstract

Bekannte Pumpen bewerkstelligen eine Änderung der Förderleistung durch eine Drehbewegung eines Stellrings um einen Drehpunkt bzw. einem hierzu vorgesehenen Stellzapfen, wobei ein federbelasteter Steuerkolben die Drehbewegung steuert, um eine Anpassung des Fördervolumens der Pumpe zu bewirken. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird demgegenüber eine Pumpe vorgeschlagen, bei welcher der Stellring (6) translatorisch verstellbar ausgeführt ist, der hierzu zwei diametral entgegengesetzte Abflachungen (20) an seiner Außenfläche (21) aufweist, die verschiebbar an entsprechend korrespondierend ausgebildeten Flächen (22) des Gehäuses (3) der Pumpe anliegen. DOLLAR A Die erfindungsgemäße regelbare Pumpe ist als Schmiermittelpumpe (Ölpumpe) für Brennkraftmaschinen vorgesehen.

Description

Die Erfindung geht aus von einer regelbaren Pumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe, nach der Gattung des Anspruchs 1.

Es ist bereits eine Pumpe bekannt ( DE 195 33 686 C2 ), bei der in einem Gehäuse der Pumpe ein drehbar untergebrachter Rotor vorgesehen ist, der über mehrere Flügel verfügt, welche sich in radialer Richtung so verschieben können, dass sie mit ihren radial äußeren Kanten stets an eine Innenwand eines den Rotor umgebenden Stellrings anliegen. Der Rotor wird in bekannter Weise von einer Welle angetrieben. Der Stellring kann mit Hilfe eines Stellzapfens im Gehäuse um die Welle verschwenkt werden. Eine Verdrehung des Stellrings bewirkt eine Veränderung der Exzentrizität des Stellrings zum Rotor, wodurch eine Veränderung des Förderstroms der Pumpe eintritt. Über einen federbelasteten Kolben, der an dem am Stellring vorgesehenen Stellzapfen des Stellrings angreift, erfolgt, abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Förderdruck und dem Ansaugdruck, eine Verstellung des Stellrings und damit eine Änderung der Exzentrizität, um so eine entsprechende Anpassung der Förderleistung der Pumpe zu erreichen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Pumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass sich eine Bauraumoptimierung der Regeleinrichtung der Pumpe, insbesondere eine Verringerung der Anzahl der Bauteile, ergibt. Vorteilhafterweise ist dabei der Entfall eines an sich üblichen Steuerkolbens der Pumpe, da der Stellring zugleich als Steuerkolben dienen kann. Der erfindungsgemäße einfachere Aufbau verringert außerdem die Kosten und ist auch robuster, wobei sich des Weiteren ein kürzerer Verstellweg bis zu einem vorgesehenen Maximalhub der Pumpe ergibt. Damit geht ebenfalls ein besseres Abregelverhalten der Pumpe einher. Sehr vorteilhaft ist die Minimierung der Anzahl der Bauteile sowie eine Vereinfachung der Bauteilgeometrie des Stellrings.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Pumpe möglich.

Durch Dichtelemente, die auf die Abflachungen des Stellrings oder Gehäuseflächen wirken, kann eine weitere verbesserte Abdichtung des Stellrings im Gehäuse erfolgen. Außerdem lässt sich durch Federvorspannung mittels Federelementen und/oder durch den Öldruck auf die Dichtelemente eine stabile Führung des Stellrings erzielen, wobei eine wirkungsvolle Abdichtung vorliegt.

Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine Pumpe gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
2 einen Querschnitt durch eine Pumpe gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
3 einen Schnitt einlang einer Linie III-III in 2.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist im Schnitt der Aufbau einer erfindungsgemäßen Pumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe, mit verstellbarer Exzentrizität zur Erzeugung eines variablen Volumenstroms im Querschnitt, gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, gezeigt. Derartige Pumpen dienen als Schmiermittelpumpe (Ölpumpe) für einen beispielsweise druckumlaufgeschmierten Verbrennungsmotor. Das Fluid, insbesondere in Form von Öl, wird über einen nicht näher dargestellten Saugstutzen an der Pumpe angesaugt und über eine Saugniere 4 unmittelbar zwischen einem Stellring 6 und einem Rotor 8 in das Innere der Pumpe gefördert. Ebenfalls mit dem Saugstutzen verbunden, ist ein Förderraum 10, der außerhalb des Stellrings 6 liegt und von einem ringförmigen Gehäuse 3 bzw. Gehäuseabschnitt der Pumpe umgeben ist. Die Pumpe ist vorzugsweise als Flügelzellenpumpe ausgebildet und besitzt hierzu als Pumpmittel mehrere Flügel 12. Denkbar ist aber auch eine Ausführung als Innenzahnradpumpe, bei welcher der Rotor die Form eines Zahnrades hat, um als Pumpmittel in einem mit entsprechender Verzahnung ausgeführten Außenrotor zur Verdichtung des Fluids zu kämmen, wobei ebenfalls über einen Stellring durch verändernde Exzentrizität eine Anpassung des Fördervolumens der Pumpe erfolgt.
Die Flügel 12 sind im Rotor 8 radial verschiebbar gelagert, so dass sie sich mit ihren radial äußeren Kanten 14 an eine Innenwand 15 des Stellrings 6 anlegen. Die Rotationsrichtung des Rotors 8 wird in der 1 durch einen Pfeil 17 gekennzeichnet. Der Rotor 8 wird von einer Welle 18 angetrieben. Der Stellring 6 ist exzentrisch zur Welle 18 bzw. zum Rotor 8 gelagert, so dass bei der angegebenen Rotationsrichtung 17 und der gezeigten, exzentrischen Position des Stellrings 6 bezüglich des Rotors 8 das zwischen einem äußeren Ring 19 des Rotors 8, benachbarten Flügeln 12 und der Innenwand 15 des Stellrings 6 definierte Flügelzellenvolumen von einer Ansaugseite mit der Saugniere 4 zu einer Druckseite mit einer Druckniere 5 hin abnimmt. Durch eine Drehung der Flügel 12 über die Antriebswelle 18 bzw. den Rotor 8 gelangt das fördernde Fluid von dem Ansaugseite mit der Saugniere 4 zu einer Druckseite 11 mit der Druckniere 5. Die Saugniere 4 beansprucht in dem Raum zwischen dem Rotor 8 und dem Stellring 6 eine größere Fläche als die Druckniere 5, wodurch es bei der eingezeichneten Drehrichtung 17 des Rotors 8 zu einer Verdichtung des Fluids zur Druckniere 5 hin kommt. Die Saugniere 4 ist nicht genau gegenüberliegend der Druckniere 5, sondern etwas versetzt zur Druckniere 5 angeordnet. Das Fluid verlässt die Pumpe aus der Druckniere 5 über einen nicht näher dargestellten Druckstutzen an der Pumpe.
Erfindungsgemäß erfolgt die Verstellung des geometrischen Fördervolumens durch eine lineare Verstellung bzw. geradlinige Bewegung des Stellrings 6 zum Rotor 8.
Vorteilhafterweise kann dabei auf einen bisher an sich notwendigen, federbelasteten Steuerkolben verzichtet werden. Der Stellring 6 dient somit gleichzeitig als Steuerkolben. Hierzu weist der Stellring 6 zwei diametral gegenüberliegende Abflachungen 20 seines Außenumfangs auf, die im Gehäuse 3 geführt werden.
Der Stellring 6 hat im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders, dessen Außenwand 21 die zwei um 180° voneinander beabstandete, jeweils etwa einen Winkelbereich von beispielsweise etwa 45° umschließende Abflachungen 20 seiner Außenwand 21 aufweist. Die Führung des Stellrings 6 erfolgt im Gehäuse 3 über entsprechend korrespondierend ausgebildete, gehäuseseitige, planparallele Flächen 22, die entsprechend zu den Abflachungen 20 diametral gegenüberliegend ausgeführt sind, so dass sich eine geradlinige (in der 1 horizontale) Führung des Stellrings 6 im Gehäuse 3 der Pumpe ergibt. Der Stellring 6 ist im Gehäuse 3 von zwei, ein Kreisringstück bildenden, nierenförmigen Räumen, dem Förderraum 10 und dem gegenüberliegenden, etwas kleineren Druckraum 11 umgeben. Der Förderraum 10 steht mit dem angesaugten Fluid der Saugniere 4 und der Druckraum 11 mit der Druckniere 5 mit dem erzeugten Druckfluid in Verbindung. Die Verstellung des Stellrings 6 erfolgt zum Beispiel hydraulisch durch Drucköl, bewirkt durch die Druckdifferenz zwischen dem Förderraum 10 und dem Druckraum 11.
Über eine Rückstellfeder 30, die zum Beispiel im Förderraum 10 untergebracht ist, erfolgt ein Anpressen des Stellrings 6 an einen der Rückstellfeder 30 gegen-überliegend vorgesehenen Anschlag 25 am Gehäuse 3, der im Druckraum 11 vorgesehen ist und zum Beispiel als Bolzen ausgeführt ist. Die Rückstellfeder 30 ist wie der Anschlag 25 um etwa 90 Grad versetzt zu den Anlageflächen 22 vorgesehen. Bei anfänglicher Förder leistung ist nur ein geringer Druckunterschied zwischen dem Druck im Förderraum 10 und dem Druck im Druckraum 11 vorhanden, so dass eine maximale Auslenkung des Stellrings 6 bzw. ein Maximalhub der Fall ist. Dieser entspricht der Ruhelage der Pumpe bei an dem Anschlag 25 anliegendem Stellring 6, wie die 1 zeigt. Bei zunehmendem Druckunterschied zwischen Druck im Förderraum 10 und dem Druck im Druckraum 11 durch die Förderung der Pumpe wird der Stellring 6 in Richtung der Rückstellfeder 30 (in der 1 nach links) gedrückt, wobei der Hub durch die abnehmende Exzentrizität geringer wird. Die Rückstellfeder 30, die den Stellring 6 gegen den Druckraum 11 zurückdrückt, ist zum Beispiel mit zwei parallel wirkenden Federn, beispielsweise kleine Schraubenfeder in großer Schraubenfeder, ausgeführt. Möglich ist auch, die Rückstellfeder 30 als Biegefeder auszuführen, die dann als Stanzbiegeteil aus Blech bauraumoptimiert verwirklicht werden kann.
Die Kraft auf den Stellring 6 ergibt sich durch den Druckunterschied zwischen dem Druck im Förderraum 10 und dem Druck im Druckraum 11, welche den Stellring 6 in Richtung kleinerer Exzentrizität der Pumpe bis zur maximalen Auslenkung mit vom Anschlag 25 abgehobenen Stellring 6 drückt (in der 1 nach links). Die translatorische Verschiebung des Stellrings 6 geht soweit, bis ein Nullhub bzw. ein geometrisches Fördervolumen von Null Liter pro Minute erreicht wird. Das Regelverhalten der Pumpe lässt sich daher durch entsprechende Anpassung/Dimensionierung der Rückstellfeder 30 erreichen.
Über im Gehäuse 3 der Pumpe gegenüber den Abflachungen 20 des Stellrings 6 untergebrachte Dichtelemente 33, die auf die Abflachungen 20 des Stellrings 6 wirken, kann eine weitere verbesserte Abdichtung des Stellrings 6, der im Druckgefälle zwischen dem Förderraum 10 und dem Druckraum 11 gelagert ist, erfolgen. Die Dichtelemente 33 können drucköl- und/oder auch federbelastet ausgebildet sein, um einen Ölübertritt von dem Druckraum 11 in den Förderraum 10 zu verhindern. Es sind vorzugsweise zwei oder mehr Dichtelemente 33 vorzusehen, die beidseitig den Abflachungen 20 oder auch auf einer Seite liegen können. Beispielsweise ist hierzu ein Schieberelement 28 vorgesehen, das in einer Nut 29 im Gehäuse 3 untergebracht ist und mit dem Schieberelement 28 auf die Abflachungen 20 des Stellrings 6 drückt.
Neben der beschriebenen Ausführung des Rotors 6 ist auch eine Ausführung des Rotors mit einem inneren Führungsring, der in einer zentralen Welle läuft und an einem äußeren Führungsring abstützt, möglich, wie sie beispielhaft der DE 44 28 410 C2 entnehmbar ist.
Die 2 zeigt ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Pumpe, wobei alle gleichen oder gleichwirkenden Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet worden sind. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 1 sind die Dichtelemente 33 nicht gegenüberliegend vorgesehen, sondern nur auf einer Seite der Abflachung 20 des Stellrings 6. Die zumindest zwei Dichtelemente 33 bzw. Dichtungen können, wie dargestellt, jeweils in einer Nut 29 im Stellring 6 eingebracht sein.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist es auch möglich, ähnlich wie bei 1, die beiden Nuten anstatt im Stellring 6 auf einer Seite im Gehäuse 3 der Pumpe vorzusehen. Denkbar ist auch, eine Nut mit der Dichtung 33 im Stellring 6 und die andere Dichtung 33 mit der entsprechenden Nut auf der selben Seite im Gehäuse 3 oder auf der gegenüberliegenden Seite im Gehäuse 3 vorzusehen.
Über ein Federelement 36 erfolgt ein Anpressen der Dichtelemente 33 bzw. Dichtungen an die korrespondierenden Gehäuseflächen 22. Möglich ist auch, die Vorspannung der Dichtelemente 33 anstelle der Federelemente 36 oder zusätzlich zu diesen über Öldruck zu realisieren. Durch die Federvorspannung mittels den Federelementen 36 oder durch den Öldruck wird der Stellring 6 für eine stabile Führung bei der translatorischen Bewegung gegen die Flächen 22 im Gehäuse 3 gedrückt, um so den Druckraum 11 gegenüber dem übrigen Pumpeninnenraum 10 wirkungsvoll abzudichten. Dies ist besonders bei der üblichen Ausführung des Stellrings 6 aus Stahl oder Sinterstahl und einem Gehäuse 3 aus einer Aluminiumlegierung über den Wärmegang der Pumpe von Vorteil.
Ein Dichtelement 33 mit dem Federelement 36 ist in 3, einem Schnitt entlang einer Linie III-III in 2, näher dargestellt. Als Dichtelement 33 können Dichtleisten aus Kunststoff, Sinterstahl oder Blech eingesetzt werden. Die Dichtungen 33 können als Verbundteil aus Kunststoff mit eingespritzter Biegefeder oder als Blechumformteil mit angeschweißter Biegefeder ausgeführt sein. Das Drucköl zum Anpressen der Dichtelemente 33 kann über einen Kanal 40 im Stellring 6 hinter die Dichtelemente 33 geführt werden. Der Kanal 40 führt von den Dichtelementen 33 zu dem Druckraum 11 und ist im Bereich einer der Abflachung 20 des Stellrings 6 vorgesehen. Der Kanal 40 verläuft von einer Stirnseite 39 des Stellrings 6 im Druckraum 11 zum Beispiel horizontal leicht gebogen zu den beiden Dichtungen 33. Im Falle, dass zumindest ein Dichtelement 33 im Gehäuse 3 untergebracht ist, kann der Kanal 40 sich auch im Gehäuse 3 erstrecken, um eine Verbindung vom Druckraum 11 zum Dichtelement 33 herstellen.

Claims

Regelbare Pumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe, mit einem Gehäuse, mit einem im Gehäuse angeordneten Rotor, mit einem den Rotor umgebenden, bezüglich des Rotors seine Lage veränderbaren Stellring, und mit am Rotor vorgesehenen Pumpmitteln, insbesondere ausgebildet in Form radial verschiebbarer oder verschwenkbarer Flügel, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellring (6) bezüglich des Rotors (8) im Gehäuse (3) translatorisch verstellbar ausgeführt ist.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellring (6) diametral gegenüberliegende Abflachungen (20) an seiner Außenwand (21) aufweist, die an korrespondierenden planen Flächen (22) im Gehäuse (3) anliegen.
Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) Dichtelemente (33) aufweist, die an den Abflachungen (20) des Stellrings (6) angreifen.
Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellring (6) Dichtelemente (33) aufweist, die an den Anlageflächen (22) des Gehäuses (3) angreifen.
Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (33) drucköl- und/oder federbelastet ausgeführt sind.
Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Dichtelemente (33) vorgesehen sind.
Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass über ein Federelement (36) an Anpressen der Dichtelemente (33) an die Dichtflächen (21; 22) erfolgt.
Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Druckölbelastung der Dichtelemente (33) ein Kanal (40) zu den Dichtelementen (33) vorgesehen ist, der mit einem Druckraum (11) der Pumpe in Verbindung steht.
Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (40) im Stellring (6) oder im Gehäuse (3) vorgesehen ist.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Stellring (6) eine Rückstellfeder (30) angreift.
Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüberliegend der Rückstellfeder (30) ein Anschlag (25) im Gehäuse (3) für den Stellring (6) ausgebildet ist.
Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (33) als Verbundteil aus Kunststoff mit eingespritzter Biegefeder (36) oder als Blechumformteil mit angeschweißter Biegefeder (36) ausgeführt sind.
Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellring (6) von zwei Räumen, von einem Förderraum (10) und von einem Druckraum (11) umgeben ist, derart, dass es bei vorliegendem Druckunterschied zu einem Verschieben des Stellrings (6) entgegen der Federkraft der Feder (30) im Gehäuse (3) kommt.
Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Förderraum (10) und in einer Saugniere (4) zwischen dem Rotor (8) und dem Stellring (6) im Wesentlichen der Druck des von der Pumpe angesaugten Fluids und in dem Druckraum (11) und einer Druckniere (5) zwischen dem Rotor (8) und dem Stellring (6) im Wesentlichen der von der Pumpe geförderte Druck des Fluids herrscht.