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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpeneinrichtung, insbesondere
eine Pumpeneinrichtung zur Förderung
von Getriebeöl
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere
Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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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.
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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.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es stellen
dar:
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1:
Ein Volumenstrom-Antriebsdrehzahl-Diagramm für eine Pumpe mit stufenlos
verstellbarem Förderstrom;
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2:
Ein Volumenstrom-Antriebsdrehzahl-Diagramm für eine schaltbare Flügelzellenpumpe
mit zwei Ansaug- und
zwei Druckausgangsquerschnitten;
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3:
Ein Volumenstrom-Antriebsdrehzahl-Diagramm für eine schaltbare Flügelzellenpumpe
mit drei Ansaug- und
drei Druckausgangsquerschnitten;
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4:
Ein Volumenstrom-Antriebsdrehzahl-Diagramm für eine erfindungsgemäße Pumpe; und
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5:
Eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Pumpeneinrichtung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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- 1
- Pumpeneinrichtung
- 2
- Gehäuse
- 2'
- Gehäusehälfte
- 2''
- Gehäusehälfte
- 3
- Flügelzellenpumpe
- 4
- Rotor
- 5
- Flügel
- 6
- Saugöffnung
- 7
- Druckausgang