DE10354577A1 - Pumpeneinrichtung, insbesondere zur Förderung von Getriebeöl - Google Patents

Pumpeneinrichtung, insbesondere zur Förderung von Getriebeöl Download PDF

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DE2003154577
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Peter Bernhardt
Wolfgang Dipl.-Ing. Rapp
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/18Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber
    • F04C14/22Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber by changing the eccentricity between cooperating members

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Abstract

Es wird eine Pumpeneinrichtung, insbesondere zur Förderung von Getriebeöl, vorgeschlagen, die eine in einem zweigeteilten Gehäuse (2) angeordnete Flügelzellenpumpe (3) umfasst, wobei die beiden Gehäusehälften (2', 2'') des Gehäuses (2) zueinander axial verschiebbar sind, so dass ein stufenlos verstellbarer Förderstrom realisierbar ist, wobei zum stufenlosen Verstellen des Förderstromes ein Hubring oder eine weitere geeignete Einrichtung vorgesehen ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpeneinrichtung, insbesondere eine Pumpeneinrichtung zur Förderung von Getriebeöl gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei Automatgetrieben für Pkw- und Nkw-Anwendung gewinnt die Reduzierung der Verlustleistungen und damit die Steigerung des Wirkungsgrads zunehmend an Bedeutung. Untersuchen haben gezeigt, dass hier insbesondere die Verlustleistungen der Getriebeölpumpe eine maßgebliche Rolle spielen. Um diese Verlustleistungen zu begrenzen, werden vermehrt bedarfsorientiert arbeitende Pumpenbauformen eingesetzt, d.h. Pumpen, die genau die hydraulische Leistung bzw. den Volumenstrom abgeben, die vom Getriebe benötigt wird. Die Verlustleistungsreduzierung spielt insbesondere bei Stufenlos-Automatgetrieben eine große Rolle, da derartige Getriebe prinzipbedingt einen schlechteren Wirkungsgrad als beispielsweise Stufenautomatgetriebe aufweisen.
  • Bei Stufenlos-Automatgetrieben hat sich bislang kein einheitliches Pumpenkonzept durchsetzen können. Üblicherweise werden vermehrt Flügelzellenpumpen eingesetzt. Um bedarfsorientiert Förderstrom zur Verfügung zu stellen, kann bei einer Ausführungsform dieser Pumpen die geometrische Fördermenge, beispielsweise durch einen verstellbaren Hubring stufenlos verstellt werden. Außerdem existieren zweiflutige Flügelzellenpumpen mit zwei Ansaug- und zwei Druckausgangsquerschnitten, bei denen bei Überschreiten einer definierten Drehzahl eine der Saugöffnungen mit einem der Druckausgänge verbunden wird, sodass der Förderstrom zurückgeht um anschließend mit weiterer Drehzahlsteigerung wieder anzusteigen; dieses Konzept wird auch dazu genutzt, um mit einer Pumpe einen Niederdruck- und einen Hochdruckkreis aufzubauen, wobei eine Saug- und eine Druckseite für einen Niederdruckzweig und die andere Saug- und Druckseite für einen Hochdruckzweig genutzt werden.
  • Des weiteren sind Flügelzellenpumpen mit mehreren (mehr als zwei) Saugöffnungen und mehreren Druckausgängen bekannt; dadurch ergeben sich mehr Stufen im Volumenstromverlauf, wobei die Stufen dann allerdings nicht so große Unterschiede in den Förderströmen vor/nach dem Schaltvorgang aufweisen.
  • Betrachtet man den Pumpenwirkungsgrad so hat die schaltbare Flügelzellenpumpe Vorteile; ein Nachteil ist jedoch der Sprung in der Förderstromkennlinie beim Kurzschluss einer Saug- mit einer Druckseite, welcher als Momentensprung im Aufnahmemoment und damit als Ruck im Fahrzeug spürbar ist. Zudem lässt sich der Förderstrom der Pumpe nicht exakt an den Bedarf des Getriebes koppeln, da die Förderstromkennlinie in erster Linie von der Motordrehzahl abhängt. Diesbezüglich bietet die Flügelzellenpumpe mit stufenlos verstellbarem Förderstrom Vorteile, da das geometrische Fördervolumen dem Bedarf des Getriebes unmittelbar angepasst werden kann und keine direkte Abhängigkeit von der Motordrehzahl vorliegt; allerdings hat die Flügelzellenpumpe mit stufenlos verstellbarem Förderstrom Nachteile in der Realisierung von großen Förderstromänderungsgradienten, da die Verstellgeschwindigkeit des Hubrings den maximal möglichen Förderstromänderungsgradienten definiert.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpeneinrichtung, insbesondere eine Pumpeneinrichtung zur Förderung von Getriebeöl anzugeben, welche die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll der Förderstrom der erfindungsgemäßen Pumpeneinrichtung einerseits stufenlos einstellbar sein, so dass auf geringe bis mittlere Änderungen des Förderstromgradienten reagiert werden kann und andererseits sollen große Förderstromgradienten realisierbar sein. Des weiteren soll der bei einer schaltbaren Flügelzellenpumpe für den Fahrer spürbare Momentensprung vermieden bzw. weitgehend reduziert werden. Ferner soll das Förderstromanforderungsprofil des Getriebes exakter abgebildet werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Demnach wird eine Pumpeneinrichtung vorgeschlagen, umfassend ein zweigeteiltes Gehäuse, wobei die beiden Gehäusehälften axial verschiebbar sind, so dass ein vorzugsweise mittels eines Hubrings stufenlos verstellbarer, geometrischer Förderstrom realisierbar ist und eine schaltbare Flügelzellenpumpe, bei der die Saug- und Druckseiten hydraulisch miteinander verbindbar sind, so dass dadurch entweder der Förderstrom deutlich zurückgeht und/oder ein Niederdruck- und ein Hochdruckkreis realisierbar sind.
  • Erfindungsgemäß ist der Maximalbetrag des Förderstromänderungsgradienten durch gleichzeitige Betätigung des Hubrings und der Einbeziehung aller Saugöffnungen und Druckausgänge erzielbar; dieser liegt deutlich höher als bei einer Pumpe, bei der nur der Förderstrom über einen Hubring o.ä. stufenlos eingestellt werden kann oder bei der nur die Möglichkeit der Verbindung von Saugöffnungen und Druckausgängen besteht. Der Momentensprung beim Abschalten eines Förderkreises der schaltbaren Pumpe durch gleichzeitige Betätigung des Hubrings ist in vorteilhafter Weise verzögert gestaltet, sodass die Auswirkungen im Fahrzeug deutlich vermindert werden.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es stellen dar:
  • 1: Ein Volumenstrom-Antriebsdrehzahl-Diagramm für eine Pumpe mit stufenlos verstellbarem Förderstrom;
  • 2: Ein Volumenstrom-Antriebsdrehzahl-Diagramm für eine schaltbare Flügelzellenpumpe mit zwei Ansaug- und zwei Druckausgangsquerschnitten;
  • 3: Ein Volumenstrom-Antriebsdrehzahl-Diagramm für eine schaltbare Flügelzellenpumpe mit drei Ansaug- und drei Druckausgangsquerschnitten;
  • 4: Ein Volumenstrom-Antriebsdrehzahl-Diagramm für eine erfindungsgemäße Pumpe; und
  • 5: Eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Pumpeneinrichtung.
  • In 1 ist der Verlauf des Volumenstroms einer stufenlos verstellbaren Pumpe als Funktion der Antriebsdrehzahl gezeigt. Ein Vorteil einer derartigen Pumpe be steht darin, dass das Fördervolumen dem Bedarf des Getriebes unmittelbar angepasst werden kann; wie der Figur zu entnehmen ist, entstehen Nachteile in der Realisierung von großen Förderstromgradienten, die jedoch von einer schaltbaren Flügelzellenpumpe erzielbar sind, wie in 2 und 3 veranschaulicht.
  • Die erfindungsgemäße Pumpeneinrichtung ist eine Kombination aus einer stufenlos verstellbaren Pumpe und einer schaltbaren Pumpe, so dass die Vorteile beider Pumpen kombiniert und die Nachteile vermieden werden können. Dies wird dadurch realisiert, dass eine schaltbare Flügelzellenpumpe in ein zweiteiliges Gehäuse mit zueinander axial verschiebbaren Gehäusehälften zum stufenlosen Verstellen des Förderstromes angeordnet ist.
  • Gemäß 5 umfasst die Pumpeneinrichtung 1 ein zweigeteiltes Gehäuse 2, wobei die beiden Gehäusehälften 2', 2'' zueinander axial verschiebbar sind, so dass ein stufenlos verstellbar Förderstrom realisierbar ist. Vorzugsweise ist zum stufenlosen Verstellen des Förderstromes ein Hubring vorgesehen. Des weiteren umfasst die erfindungsgemäße Pumpeneinrichtung 1 eine schaltbare Flügelzellenpumpe 3, enthaltend einen Rotor 4, Flügel 5, sowie zwei Saugöffnungen 6 und zwei Druckausgänge 7, die hydraulisch miteinander verbindbar sind, so dass dadurch entweder der Förderstrom deutlich zurückgeht und/oder ein Niederdruck- und ein Hochdruckkreis realisierbar sind. Im Rahmen weiterer Ausführungsformen können mehr als zwei Saugöffnungen bzw. Druckausgänge vorgesehen sein.
  • Erfindungsgemäß ist am Übergang der Innenkonturen der axial verschiebbaren Gehäusehälften 2', 2'' keine Stufe o.ä. vorhanden. Die Abdichtung der Gehäusehälften 2', 2'' gegeneinander wird über eine enge Spalte zwischen den beiden Gehäusehälften realisiert. Vorzugsweise werden zur Abdichtung geeignete Dichtelemente (Runddichtring, A-Ring mit geeigneten Werkstoffen) verwendet.
  • In 4 ist der Verlauf des Volumenstromes der erfindungsgemäßen Pumpeneinrichtung als Funktion der Antriebsdrehzahl dargestellt. Hierbei liegt der Volumenstromgradient liegt deutlich höher als bei einer stufenlos verstellbaren Pumpe oder einer schaltbaren Pumpe. Außerdem ist der einer schaltbaren Flügelzellenpumpe für den Fahrer spürbare Momentensprung signifikant reduziert.
  • Um Leckagen innerhalb der Pumpeneinrichtung 1 auszugleichen, können Bauteile zur Spaltkompensation vorgesehen sein. Beispielsweise kann es sich hierbei um druckbeaufschlagte Axialscheiben und/oder um Flügel, die durch Druck oder durch Federkraft an die Gehäuseinnenwand angelegt werden handeln.
  • Die Verschiebung einer Gehäusehälfte und die Verbindung einer oder mehrerer Saugöffnungen mit einem oder mehreren Druckausgängen erfolgt gemäß der Erfindung über hydraulisch- oder elektromagnetisch angesteuerte Ventile. Es ist auch denkbar, beide Gehäusehälften axial verschiebbar zu gestalten, um das geometrische Fördervolumen noch stärker ansteigen zu lassen.
  • 1
    Pumpeneinrichtung
    2
    Gehäuse
    2'
    Gehäusehälfte
    2''
    Gehäusehälfte
    3
    Flügelzellenpumpe
    4
    Rotor
    5
    Flügel
    6
    Saugöffnung
    7
    Druckausgang

Claims (7)

  1. Pumpeneinrichtung, insbesondere zur Förderung von Getriebeöl, dadurch gekennzeichnet , dass sie eine in einem zweigeteilten Gehäuse (2) angeordnete Flügelzellenpumpe (3) umfasst, wobei die beiden Gehäusehälften (2', 2'') des Gehäuses (2) zueinander axial verschiebbar sind, so dass ein stufenlos verstellbar Förderstrom realisierbar ist, wobei zum stufenlosen Verstellen des Förderstromes ein Hubring oder eine weitere geeignete Einrichtung vorgesehen ist.
  2. Pumpeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelzellenpumpe (3) mindestens zwei Saugöffnungen (6) und zwei Druckausgänge (7) umfasst.
  3. Pumpeneinrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung einer Gehäusehälfte (2', 2'') und die Verbindung einer oder mehrerer Saugöffnungen (6) mit einem oder mehreren Druckausgängen (7) über hydraulisch- oder elektromagnetisch angesteuerte Ventile erfolgt.
  4. Pumpeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Gehäusehälften (2', 2'') axial verschiebbar ausgeführt sind.
  5. Pumpeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bauteile zur Spaltkompensation vorgesehen sind, um Leckagen innerhalb der Pumpeneinrichtung (1) auszugleichen.
  6. Pumpeneinrichtung Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass druckbeaufschlagte Axialscheiben und/oder Flügel, die durch Druck oder durch Federkraft an die Gehäuseinnenwand angelegt werden, vorgesehen sind.
  7. Pumpeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung der Gehäusehälften (2', 2'') gegeneinander über eine enge Spalte zwischen den beiden Gehäusehälften (2', 2'') realisiert wird, wobei zur Abdichtung geeignete Dichtelemente vorgesehen sind.
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DE102022205849A1 (de) 2022-06-08 2023-12-14 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zum Ansteuern eines Hydraulikmittelversorgungssystems eines Automatikgetriebes

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