DE112009001302T5

DE112009001302T5 - Fluidpumpsystem mit variablem Ausstoß

Info

Publication number: DE112009001302T5
Application number: DE112009001302T
Authority: DE
Inventors: David L. Clarkston Killion
Original assignee: Metaldyne Co LLC
Current assignee: Metaldyne LLC
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2009-06-01
Publication date: 2011-04-14
Also published as: KR20110014691A; WO2009146448A3; GB2472551A; GB201020178D0; WO2009146448A2; US20090297363A1; GB2472551B

Abstract

Pumpsystem, umfassend:
eine erste Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe;
einen Pumpantrieb, der betriebstechnisch mit der ersten Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe gekoppelt ist, wobei der Pumpantrieb die erste Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe derart betreibt, dass diese innerhalb eines ersten Betriebsbereiches ein erstes Ausstoßprofil und innerhalb eines zweiten Betriebsbereiches ein zweites Ausstoßprofil aufweist, wobei der Pumpantrieb eine hydraulische Freigabe aufweist, die dafür ausgestaltet ist, das zweite Ausstoßprofil zu verkleinern, wenn sich eine hydraulischer Druck vergrößert.

Description

Hintergrund
Exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen Fluidpumpen, insbesondere ein Pumpsystem mit variablem Ausstoß, das eine Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe und ein Antriebssystem mit variablem Geschwindigkeits- bzw. Übersetzungsverhältnis umfasst.
Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpen werden aufgrund ihrer vergleichsweise niedrigen Gesamtkosten und der Bauraumanforderungen für solche Pumpen weithin in kraftfahrzeugtechnischen und industriellen Anwendungen eingesetzt. Ein Beispiel hierfür ist eine Pumpe vom Innenspitzendichtungsgetriebetyp (internal tip sealing gear type), die landläufig als Gerotorpumpe bekannt ist. Diese Pumpen (Positivverschiebungs- bzw. Verdrängergerotoren und Äquivalente hiervon) sind dafür ausgelegt, einen Öldruck unter bestimmten Bedingungen. (so beispielsweise bei hohen Öltemperaturen und Motorleerlaufdrehzahlen) aufrechtzuerhalten. Derartige Pumpen erzeugen jedoch, da keine ein variables Geschwindigkeits- bzw. Übersetzungsverhältnis aufweisende Verbindung zum Motor vorhanden ist, bei erhöhten Drehzahlen üblicherweise überschüssiges Öl. Um dem zu begegnen, können Antriebe mit variabler Geschwindigkeit bzw. Übersetzung bereitgestellt werden. Derzeit im Stand der Technik verfügbare Antriebe mit variabler Geschwindigkeit bzw. Übersetzung sind jedoch kostenintensiv und benötigen beträchtlichen zusätzlichen Bauraum. Zudem sind Pumpen mit variabler Verschiebung, die für Direktantriebe geeignet sind, kostenintensiv und erfordern beträchtlichen zusätzlichen Bauraum.
Entsprechend ist erwünscht, einen kostengünstigen und kompakten Antrieb mit variabler Geschwindigkeit bzw. Übersetzung für eine Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe, so beispielsweise für einen Gerotor, bereitzustellen, wobei der Antrieb mit variabler Geschwindigkeit bzw. Übersetzung ein Antriebsgeschwindigkeits- bzw. Übersetzungsverhältnis aufweist, das als Funktion des erforderlichen Öldruckes behandelt werden kann, und zudem Kapazitäten mit Blick auf einen kontinuierlichen Langzeitbetrieb ohne Leistungsverschlechterung aufweist.
Wünschenswert ist darüber hinaus die Verwendung von mehreren Reibungsgliedern in einer Kupplungspackung, um die für die Praxis besten Verhältnisse zwischen Leistungsverlust und Bauraum sowie Kosten zu erhalten. Derzeit im Stand der Technik verfügbare Kupplungen verwenden oftmals eigens entwickelte Reibungsmaterialien, so Beispielsweise Papier- und/oder Kohlefaserverbundstoffe in Harzmatrizen, die Phenoplaste oder dergleichen enthalten, um günstige Haft- und Schlupfeigenschaften zu erreichen. Diese eigens entwickelten Reibungsmaterialien weisen üblicherweise Eigenschaften der Wärmealterung auf, die die Gesamtleistung mit der Zeit verschlechtern. Derzeit im Stand der Technik verfügbare Kupplungen umfassen darüber hinaus üblicherweise glatte Stahlreibungsglieder, die zusammen mit eigens entwickelten reibungsmaterialoberflächenbeschichteten Reibungsgliedern mit Schmiermittelrillen eingesetzt werden, die eine Fluidverbindung für den nach außen erfolgenden Fluss des Wärme verteilenden Schmiermittels zwischen Nabenbereichsräumen (wo kühlendes Schmiermittel am einfachsten eingeführt wird) und den Räumen außerhalb der Reibungsglieder, wo der Austritt erfolgt, bereitstellen. Die zwischen den Rillen befindlichen Bereiche, die die eigens entwickelten Reibungsmaterialien enthalten, sind also üblicherweise in kontinuierlichem Kontakt mit ihren glatten zugehörigen Reibungsgliedern und zeigen daher eine Schmiermittelmaskierung (lubricant masking) – eine Eigenschaft, die die Wärmebildung fördert und dadurch eine Wärmealterung und eine Verringerung der hierdurch gegebenen verbleibenden Betriebszeit bewirkt.
Bislang war es schwierig, eine von der Zeit abhängige und mit Blick auf den reibungstechnischen Verschleiß bestehende Leistungsstabilität von Nassreibungsgliedern, die einem Betrieb mit hoher Schlupfgeschwindigkeit bzw. Schlupfübersetzung über ausgedehnte Zeiträume ausgesetzt waren, zu niedrigen Stückkosten zu erreichen, was von der umweltschutzbedingten Entfernung von Asbest aus Fertigprodukten herrührte. Viele Innovationen, so beispielsweise kohlefaser- und nanokarbonstrukturverbesserte papierbasierte Phenoplastverbundstoffe, sind als Reibungsmaterialien vorgeschlagen und entwickelt worden. Viele derartige Materialien sind an einer Oberflächenschicht lokalisiert und sind per se daher Veränderungen unterworfen, wenn Verschleiß auftritt oder die Oberflächenschicht abträgt.
Die Übertragung von schlupfbedingter Wärme von den Reibungsoberflächen auf das Schmiermittel eines Nasskupplungssystems hängt von der Fähigkeit des Schmiermittels ab, in thermischem Kontakt mit den Reibungsoberflächen in ausreichenden Fließvolumina zu Wechselwirken, um eine stellenweise auftretende Überhitzung auszuschließen. Das geläufige Mittel zur Bereitstellung einer Schmiermittelnachfüllung auf Reibungsoberflächen, nämlich die vorstehend erläuterte Bereitstellung von Rillen in den Reibungsoberflächen von nur einem der beiden Reibungsgliedtypen, weist Nachteile dahingehend auf, dass der Rillenfließbereich verschleißbedingt mit der Zeit verkleinert und zudem durch die Reibungsglieddicke begrenzt wird, während die Fähigkeit, ein größeres Schmiermittelvolumen in Kühlkontakt mit den Reibungsoberflächen zu halten und gleichzeitig den radial nach außen erfolgenden freien Fluss hiervon zu ermöglichen, fehlt. Darüber hinaus ist der bereits erwähnte Nachteil gegeben, dass die Reibungskontaktbereiche selbst, also diejenigen zwischen den Schmiermittelrillen, selbstmaskierend sind, was den freien Fluss des Schmiermittels in Kühlkontakt mit den Arbeitsbereichen, die zum Kühlen am meisten benötigt werden, behindert.
Zusammenfassung der Erfindung
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Pumpsystem mit variablem Ausstoß bereitgestellt, wobei das Pumpsystem aufweist: eine erste Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe; einen Pumpantrieb, der betriebstechnisch mit der ersten Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe gekoppelt ist, wobei der Pumpantrieb die erste Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe derart betreibt, dass diese innerhalb eines ersten Betriebsbereiches ein erstes Ausstoßprofil und innerhalb eines zweiten Betriebsbereiches ein zweites Ausstoßprofil aufweist, wobei der Pumpantrieb eine hydraulische Freigabe aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass sie das zweite Ausstoßprofil verkleinert, wenn sich ein hydraulischer Druck vergrößert.
Entsprechend einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Pumpsystem mit variablem Ausstoß bereitgestellt, wobei das Pumpsystem einen druckregulierten Schlupfantrieb zum Variieren des Ausstoßes wenigstens einer Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe aufweist. Der druckregulierte Schlupfantrieb verfügt über wenigstens ein Vorspannglied zur Bereitstellung einer Vorspannkraft, die tendenziell einen Reibungseingriff wenigstens eines Paares von Eingriffsoberflächen bewirkt, wobei der druckregulierte Schlupfantrieb des Weiteren einen Fluidhohlraum in Fluidkommunikation mit einem von der Pumpe gepumpten Fluid aufweist. Der Druck des Fluides in dem Fluidhohlraum wirkt der Vorspannkraft des Vorspanngliedes, die einen Eingriff des Paares von Eingriffsoberflächen zu bewirken versucht, entgegen, was Auswirkungen auf die Größe des von der einen der Eingriffsoberflächen auf die andere übertragenen Drehmomentes und damit Auswirkungen auf das Geschwindigkeits- bzw. Übersetzungsverhältnis zwischen den Eingriffsoberflächen und damit auf den Ausstoß der Pumpe hat. Verursacht wird das zwischen den Eingriffsoberflächen übertragene Drehmoment vorzugsweise lediglich von einer Coulomb-Reibung während der Einlaufphasen, also vor Entwicklung eines Fluiddruckes, woraufhin ein Übergang zu einer viskosen Ölfilmscherung zwischen physisch getrennten Eingriffsoberflächen mit ausreichender Fläche und ausreichendem Radius erfolgt, um den mit der Coulomb-Reibung einhergehenden Verschleiß zu vermeiden. Die Eingriffsoberflächen sind vorzugsweise mit interaktiven Schmiermitteldurchgängen ausgebildet, die ein kontinuierliches wiederholtes Spülen der Gesamtheit der Kontaktbereiche der beiden Glieder ermöglichen, um das Kühl- und Leistungsverteilungsvermögen zu verbessern.
Bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein druckregulierter Schlupfantrieb zum Variieren des Ausstoßes einer Pumpe bereitgestellt, wobei der druckregulierte Schlupfantrieb umfasst: wenigstens ein Vorspannglied zur Bereitstellung einer Vorspannkraft für ein dichtungstechnisch mobiles Laststeuer- bzw. Regelglied, das einen Reibungseingriff wenigstens eines Paares von Eingriffsoberflächen zu bewirken versucht; einen Fluidhohlraum in Fluidkommunikation mit einem von der Pumpe gepumpten Fluid, wobei der Fluidhohlraum zwischen einer Oberfläche eines dichtungstechnisch mobilen Laststeuer- bzw. Regelgliedes und einem Druckhalteglied angeordnet ist und wobei der Druck des Fluides in dem Fluidhohlraum der Vorspannkraft des Vorspanngliedes, die einen Eingriff der Eingriffsoberflächen zu bewirken versucht, entgegenwirkt, was auf ähnliche Weise Auswirkungen auf den Ausstoß der Pumpe hat.
Bei wieder einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Variieren des Ausstoßes einer Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Antreiben einer mit einer ersten Pumpe des Pumpsystems gekoppelten Kontaktoberfläche mit einem druckregulierten Schlupfantrieb durch Drehen einer Eingriffsoberfläche des druckregulierten Schlupfantriebes in einer ersten Richtung um eine Achse, wobei eine viskose Scherung eines zwischen der Eingriffsoberfläche und der Kontaktoberfläche angeordneten Fluides die Eingriffsoberfläche mit der Kontaktoberfläche koppelt; und Verkleinern eines Ausstoßes der ersten Pumpe durch Bewegen der Eingriffsoberfläche weg von der Kontaktoberfläche, wenn ein Druck eines von dem Pumpsystem gepumpten Fluides ein mit der Eingriffsoberfläche gekoppeltes bewegliches Laststeuer- bzw. Regelglied bewegt.
Bei wieder einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Variieren des Ausstoßes einer Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Vorspannen wenigstens einer Reibungseingriffsoberfläche eines druckregulierten Schlupfantriebes hin zu einem Reibungseingriff mit einer weiteren Reibungseingriffsoberfläche mittels einer Vorspannkraft zum Antreiben der Pumpe. Die Vorspannkraft wird auf ein dichtungstechnisch mobiles Laststeuer- bzw. Regelglied ausgeübt. Der Umstand, dass der Vorspannkraft, die auf das dichtungstechnisch mobile Laststeuer- bzw. Regelglied durch den Fluiddruck in einem zwischen einer Oberfläche des dichtungstechnisch mobilen Laststeuer- bzw. Regelgliedes und einem Druckhalteglied befindlichen Fluidhohlraum ausgeübt wird, entgegengewirkt wird, bewirkt eine Verringerung des Ausmaßes der Vorspannung hin zu einem Reibungseingriff der wenigstens zwei Reibungseingriffsoberflächen und hat daher Auswirkungen auf den Ausstoß der Pumpe.
Bei wieder einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel wird ein Pumpsystem mit variablem Ausstoß bereitgestellt, wobei das System umfasst: eine Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe und Mittel zum Variieren des Ausstoßes der Pumpe durch Steuerung bzw. Regelung eines Fluiddruckes in einem Fluidhohlraum, um den Betrag eines auf die Pumpe ausgeübten Drehmomentes zu vergrößern oder zu verkleinern, was Auswirkungen auf den Ausstoß der Pumpe hat.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der verschiedenen Aspekte der exemplarischen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erschließen sich besser aus der nachfolgenden Detailbeschreibung in Zusammenschau mit der Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in verschiedenen Ansichten bezeichnen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine Querschnittsansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht eines alternativen exemplarischen Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine schematische Darstellung eines alternativen exemplarischen Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren alternativen exemplarischen Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische Querschnittsdarstellung wieder eines anderen alternativen exemplarischen Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine schematische Darstellung von Eingriffsgliedern entsprechend einem alternativen exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Betriebsposition der in 6 gezeigten Eingriffsglieder.
8 ist eine schematische Darstellung der Kontaktbereiche bzw. Flächen zwischen den in 7 dargestellten Eingriffsgliedern.
9 ist eine Ansicht entlang der Linien 9-9 von 7.
9A ist eine weitere Teilquerschnittsansicht entlang der Linien 9-9 von 7.
10 ist ein vergrößerter Abschnitt des in 9 dargestellten Pumpsystems.
11 ist ein weiterer vergrößerter Abschnitt des in 9 dargestellten Pumpsystems.
12 ist ein Graph zur Darstellung des Ausstoßes des Pumpsystems in Abhängigkeit von der Motorgeschwindigkeit und möglichen Energieeinsparungen.
Obwohl die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele und Merkmale der vorliegenden Erfindung darstellt, ist die Zeichnung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, da bestimmte Merkmale übertrieben dargestellt sind, um exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darzustellen und zu erklären. Die hier vorgenommene Exemplifizierung zeigt verschiedene Aspekte der Erfindung in einer bestimmten Form, weshalb diese Exemplifizierung nicht dahingehend verstanden werden darf, dass sie den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung auf irgendeine Weise begrenzt.
Detailbeschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen ein System, das eine kostengünstige Schlupfantriebseinheit zum druckgesteuerten bzw. geregelten Antreiben einer Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerölpumpe umfasst. Die Schlupfantriebseinheit bedient sich einer vorbestimmten axialen Klemmlast, die auf Reibungsantriebsoberflächen über ein elastisches Vorspannglied (beispielsweise wenigstens eine Belleville-Scheibenfeder oder hierzu Gleichwertiges) ausgeübt wird. Die axiale Klemmlast wird anschließend durch einen hydraulischen Druck verkleinert, der die Vorspannkraft des Vorspanngliedes überwindet, und so je nach Bedarf die Schlupffähigkeit der Reibungsantriebsoberflächen nach Erreichen eines vorbestimmten Steuer- bzw. Regeldruckes ermöglicht, um so die Pumpgeschwindigkeit auf eine Geschwindigkeit zu begrenzen, die zur Aufrechterhaltung des vorbestimmten Druckes notwendig ist.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel rührt der Steuer- bzw. Regeldruck von einem entfernt liegenden Zweig des Schmiernetzwerkes bzw. Schmierkreislaufes her, so beispielsweise von einem Ausgleichswellenlager, wodurch sichergestellt wird, dass der gewünschte Druck für alle Komponenten stromabwärts von den Fließbeschränkungen, so beispielsweise denjenigen des Ölfilters und des zugehörigen Fließkreislaufes, zur Verfügung steht. Der Steuer- bzw. Regelfluiddruck wirkt gegen wenigstens einen Flächenbereich eines axial mobilen Laststeuer- bzw. Regelgliedes derart, dass er der vorbestimmten axialen Klemmlast durch Ausüben einer Kompressionskraft auf das elastische Glied entgegenwirkt, um so die Klemmlast, die auf die Reibungsantriebsoberflächen oder die Umgebungen der Reibungsantriebsoberflächen in Bezug aufeinander ausgeübt wird, als Funktion des Steuer- bzw. Regeldruckes zu verkleinern. Die gesteuerte bzw. geregelte Schlupffähigkeit ermöglicht, dass sich die Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe langsamer als die antreibende Welle, nämlich gerade mit einer Geschwindigkeit, die für die Aufrechterhaltung des Zieldruckes von Nöten ist, dreht, wodurch eine Selbstanpassung des Geschwindigkeits- bzw. Übersetzungsverhältnisses der Pumpe in Abhängigkeit von ihrer Antriebswelle an den Steuer- bzw. Regelsystemdruck ungeachtet einer Viskositätsvariation des Fluides möglich wird, oder auch für den Fall von Variationen bei der Motorpermeabilität, so beispielsweise beim Öffnen von Kolbenkühlstrahlen oder dem zyklischen Betrieb variabler Ventiltaktungsnockenwellenphasensteller, oder wenn die Motorgeschwindigkeit diejenige Geschwindigkeit übersteigt, bei der ein ausreichender Öldruck entwickelt wird.
Die Patentanmeldung mit der Seriennummer 11/110,476 und dem Titel „Device for Controlling Parasitic Losses in a Fluid Pump”, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen ist, bedient sich einer selbstfreigebenden Schlingfeder (wrap spring) an einem Außenseitendurchmesser einer Antriebsnabe. Seinem Wesen nach ist diese Lösung jedoch drehmomentreguliert und nicht, wie behauptet bzw. beansprucht, druckreguliert, und ist daher beim Überwinden der hohen Einlaufdrehmomentgrößen, die zur Bewegung von Öl unter Kaltstartbedingungen erforderlich sind, nicht verlässlich.
1 zeigt ein exemplarisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, nämlich ein Pumpsystem 10 mit variablem Ausstoß, das eine druckregulierte axialkraftausübende Schlupfantriebseinheit 12 aufweist, die bei einem Ausführungsbeispiel zum Aufnehmen eines Innenrotors 14 einer ausgleichswellengetriebenen Gerotorpumpe verwendet werden kann. Der in 1 dargestellte Antrieb weist hierbei den einfachstmöglichen Aufbau auf, bei dem ein axiales „Spiel” („float”) fehlt, weshalb der dem Gerotor zu eigene Innenrotor 14 in einer im Wesentlichen festen axialen Beziehung zu der Ausgleichswelle aufgenommen ist. Die aufnahmeartige Beziehung kann anderswo für eine synergistische Beseitigung von Ausgleichswellenstoßsteuer- bzw. Regelflächen verwendet werden, da die dichtenden Flächenbereiche 16 (lands) des dem Gerotor zu eigenen Innenrotors zweierlei Aufgaben wahrnehmen, um diese Funktionalität zu möglichst günstigen Preisen bereitzustellen. Die Gerotorpumpe in dieser Figur weist einen so genannten pilotregulierten (piloted) Innenrotor auf, wobei die Piloterweiterung 18 eine einen kleinen Durchmesser aufweisende Endfläche 20 in reibungsgetriebenem Kontakt bei einer axialen Vorlast in Richtung des Pfeiles 22 als Folge von paarigen Belleville-Scheibenfedern oder einer anderen gleichwertigen Vorspannvorrichtung 24 beim dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydraulisch regulierten Schlupfantriebseinheit aufweist. Das entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Ende des dem Gerotor zu eigenen Innenrotors ist vorzugsweise durch eine Schulter 26 mit ähnlichem Durchmesser an der Antriebswelle 28 aufgenommen, wobei der Innenrotor unter der Axialkraft zwischen ähnliche Bereiche bzw. Flächen aufweisenden Flächen mit einem Durchmesser, der kleiner als der Minimalradius des Dichtungsbereiches des Innenrotors ist, aufgenommen ist. Hierbei steht eine Reibungsantriebsfläche 30 mit einer Fläche (geschlitzt oder ähnliches) 20 der exemplarischen pilotregulierten Gerotorpumpe in Eingriff, wenn die Feder 24 die Vorspannkraft in Richtung des Pfeiles 22 bereitstellt. Sobald Öl oder Fluid in einer Kammer oder einem Öldruckhohlraum 32 über einen Ölzuführweg 34 in Fluidkommunikation mit dem Öldruckhohlraum aufgenommen ist, bewirkt eine resultierende Kraft in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Pfeil 22, dass die Flächen 20 und 30 weniger stark zwangsweise in Eingriff genommen werden (oder der Eingriff aufgehoben wird), wobei der Pumpenausstoß verkleinert wird. Es sollte einsichtig sein, dass das kraftausübende Laststeuer- bzw. Regelglied 36 mit der Reibungsantriebsfläche 30 derart erweitert werden kann, dass es mit einem nicht pilotregulierten Gerotor in Eingriff tritt, ohne dass dies Auswirkungen auf den Schutzumfang der Erfindung hätte. Vorteile mit Blick auf Geräusche, Vibration und Festigkeit (Noise, Vibration, Harshness NVH) eines pilotregulierten Innenrotors können in der Praxis auf natürliche Weise durch die Festigkeit der Verbindung des Innenrotors mit der Antriebswelle erreicht werden, die durch eine derartige vom erweiterten Typ seiende, kraftausübende Einheit bereitgestellt wird, was die mit pilotregulierten Gerotoren einhergehenden Kosten- und Effizienznachteile vermeidet.
Wo eine radiale Kompaktheit der druckregulierten, axialkraftausübenden Einheit gewünscht ist, können die Reibungsantriebsoberflächen an einer oder beiden Seiten des Pumprotors der Ausgestaltung nach konisch sein, wodurch eine größere Drehmomentkapazität bei nur geringen Herstellungskostennachteilen bei einer gegebenen Axialkraft erreicht wird. Die Verwendung von konischen Sitzen für die Verbindungsfähigkeit zwischen der Antriebswelle, der Schlupfantriebseinheit und dem Innenrotor setzt vorzugsweise weibliche bzw. buchsenartige Kegel in dem Gerotor ein, um die zusätzlichen Herstellungskosten eines erweiterten Pilotdurchmessers an dem Gerotor zu vermeiden. Derartige Kegel oder Reibungsflächen sind vorzugsweise durch Schmiermittelrillen in Verbindung mit einem Ölzuführdurchlass in Wegverbindung mit dem Ölzuführweg 34 verbunden, halten das Schmiermittel vollständig am Ort und begleiten das Kühlen der Antriebssitze oder Flächen.
Wird eine weitergehende radiale Kompaktheit der druckregulierten, axialkraftausübenden Einheit gewünscht und/oder wird eine größere Leistungsverarbeitungskapazität bei gegebener Größe der Packung der kraftausübenden Einheit benötigt, so wird vorzugsweise eine Reibungsvorrichtung vom Mehrfachscheibenkupplungspackungstyp eingesetzt. Reibungsglieder (oder „Kupplungsscheiben” oder „Kupplungsplatten”) sind abwechselnd je nach Bedarf mit axialer Mobilität angebracht, um Klemmlasten durch die Packung zu übertragen oder/und eine Trennung zwischen Reibungsgliedern mit Blick auf innere und äußere Antidrehungsmerkmale, so beispielsweise Keile (splines), Flachstellen (lands) und Keulen (lobes), wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, zu ermöglichen. Vergrößern kann diese Verwendung von Mehrfachreibungsgliedern die Drehmomentkapazität bei beliebiger gegebener Klemmlast durch Vergrößern des Reibungsradius und zudem gegebenenfalls durch gemeinsame Nutzung von Drehmomentlasten durch mehrere Reibungsoberflächen, was eine Verringerung der axialen Klemmlast ermöglicht, oder der Umgebungen der Reibungsantriebsoberflächen in Bezug aufeinander bei gegebener erforderlicher Drehmomentkapazität. Eine Verringerung der erforderlichen vorbestimmten Klemmlast oder Umgebungen kann daher durch eine entsprechend kleinere Druckreaktionsfläche bei gegebenem Fluiddruck gesteuert bzw. geregelt (entlastet oder gegenwirkungsbeaufschlagt) werden, wodurch eine Kompaktheit mit Blick auf den Kolbendurchmesser möglich wird. Mehrere Reibungsgrenzflächen, die bei niedrigerer Klemmkraft oder in der Umgebung hiervon betrieben werden, sind im Allgemeinen mit Blick auf die Wärmeübertragung stabiler, da die zugehörigen niedrigeren Kontaktdrücke oder vergrößerten Umgebungen einen Betrieb allein durch Fluidscherungskräfte ermöglichen, anstatt möglicherweise während des Schlupfes einen tatsächlichen Reibungsoberflächenkontakt zu benötigen. Das Erreichen dieser spürbaren Leistungsvorteile geht auf Kosten eines hinzugefügten Innendrehmomentübertragungsgliedes, das eine Neuanordnung der Schlupfgrenzflächen von einem Bezug zu dem Pumpinnenrotor selbst zu einem Bezug zu einem Außendrehmomentübertragungsglied zum antriebstechnischen Eingriff mit der Pumpantriebsbuchse oder einem „Innendrehmomentübertragungsglied” durch dazwischen angeordnete Reibungsglieder erfordert.
In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei weist ein Pumpsystem 38 mit variablem Ausstoß ein druckreguliertes Antriebssystem 40 auf, bei dem eine Mehrfachscheibenkupplungspackung zum Einsatz kommt, um die Drehmomentübertragung auf eine Positivverschiebungs bzw. Verdrängerpumpe zu bewerkstelligen. Das druckregulierte Schlupfantriebssystem 40 umfasst ein Außendrehmomentübertragungsglied 42, das mit Blick auf Anordnung und Drehmomentaufnahme mit einer Antriebswelle 44 gekoppelt ist, und nimmt wenigstens eine Feder vorzugsweise vom Belleville-Typ oder ein elastisches Schiebeglied 46, das nachstehend Belleville-Feder genannt wird, auf, damit eine vorbestimmte statische Kraft einer elastischen Vorlast in Richtung eines Pfeiles 47 ein dichtungstechnisch mobiles Laststeuer- bzw. Regelglied 48 in Richtung des Pfeiles 47 derart verschiebt, dass eine nach außen verbundene mobile Druckplatte 50 und wenigstens ein axial mobiles nach innen verbundenes Reibungsglied 54 hin zu einer nach außen verbundenen festen Druckplatte 56 geschoben werden, um die Pumpe mit der Antriebswelle 44 anzutreiben. Zusätzlich kann eine Mehrzahl von axial mobilen nach außen verbundenen Reibungsgliedern, Eingriffsgliedern oder Kupplungsscheiben 54 zu der mobilen Druckplatte 50 und der festen Druckplatte 56 in zueinander gehörigen Paarungen mit zusätzlichen nach innen verbundenen Reibungsgliedern, Eingriffsgliedern oder Kupplungsscheiben 52 hinzugefügt werden, um die Bereitstellung der Drehmomentübertragung zu fördern, wenn die Druckplatte in Richtung des Pfeiles 47 geschoben wird.
Die feste Druckplatte 56 ist in Bezug auf das andere Drehmomentübertragungsglied 42 dafür angeordnet, die Reaktionskraft der Federvorlastkräfte aus der Übertragung durch die mobile Druckplatte 50 bereitzustellen. Die mobile Druckplatte 50 und die feste Druckplatte 56 wie auch die axial mobilen nach außen verbundenen Reibungsglieder 54 schließen, wo immer sie vorhanden sind, die axial mobilen nach innen verbundenen Reibungsglieder 52 schichtartig ein und sind in einer vorzugsweise keilartigen (splined) Drehmomentübertragungsbeziehung mit dem Außendrehmomentübertragungsglied 42. Die axial mobilen nach innen verbundenen Reibungsglieder 52 sind in einer vorzugsweise keilartigen (splined) Drehmomentübertragungsbeziehung mit einem Innendrehmomentübertragungsglied oder der Antriebsbuchse 58 und sind zudem vorzugsweise mit Öldurchlässen zwischen den Innenoberflächen und entsprechenden Durchlässen in den zugehörigen nach außen verbundenen Reibungsgliedern 50, 56 und 54, so diese vorhanden sind, ausgebildet, um einen im Allgemeinen nach außen gerichteten Ölfluss bereitzustellen, eine Kühlung zu ermöglichen und die Konsistenz des Vorhandenseins des Ölfilmes zwischen den nach innen verbundenen Reibungsgliedern 52 und den nach außen verbundenen Gliedern 50, 56 und 54, wo immer diese vorhanden sind, innerhalb von Kontaktzeiträumen mit einer Relativbewegung zur Leistungsverteilung und Verschleißbeständigkeit sicherzustellen.
Wie dargestellt ist, ist eine Öldruckaufnahmekammer 60 zwischen dem dichtungstechnisch mobilen Laststeuer- bzw. Regelglied 48 und einem den statischen Druck haltenden Glied 62 ausgebildet, das dichtungstechnisch in Bezug auf das Außendrehmomentübertragungsglied 42 aufgenommen ist, um so einen Öldruckreaktionsbereich bereitzustellen. Der Öldruck, der in die Öldruckkammer 60 eingeleitet wird, wirkt gegen das dichtungstechnisch mobile Laststeuer- bzw. Regelglied 48 in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Pfeil 47 und wirkt daher der vorbestimmten statischen Kraft der elastischen Vorlast infolge der wenigstens einen Belleville-Feder 46 entgegen, was die Axialklemmlast zur Einwirkung auf die axial mobilen nach innen verbundenen Reibungsglieder 52 zwischen der mobilen Druckplatte 50 und der festen Druckplatte 56 und den axial mobilen nach außen verbundenen Reibungsgliedern 54, wo immer diese vorhanden sind, verkleinert, was wiederum die Reibungskraft und damit die Drehmomentübertragungsfähigkeit der axial mobilen nach innen verbundenen Reibungsglieder 52, der mobilen Druckplatte 50, der festen Druckplatte 56 und, wo immer diese vorhanden sind, der axial mobilen nach außen verbundenen Reibungsglieder 54, die die Antriebswelle 44 mit dem Innendrehmomentübertragungsglied 58 über das Außendrehmomentübertragungsglied 42 verbinden, verkleinert. Das Innendrehmomentübertragungsglied 58 ist über wenigstens ein Antriebsmerkmal 96 in Antriebsverbindung mit einem Innenrotorglied 64 einer Ölpumpe, die in Verbindung mit einem Außenrotorglied 66 und dem Pumpengehäuse 68 Fluidvolumina von einem Einlassdurchlass (nicht gezeigt) zu einem Abgabedurchlass (nicht gezeigt) überträgt. Diese Übertragung eines Fluidvolumens erfolgt unter Druck sowie unter Gegenwirkung durch eine Fließbeschränkung, und zwar üblicherweise derjenigen einer Verbrauchslast, die einer Druckbeaufschlagung bedarf, wie dies beispielsweise in einem Schmiermitteldurchlassnetzwerk bzw. Kreislauf eines Motors der Fall ist.
Ein Beispiel- oder „Pilot”-Druck (nachstehend als „Steuer- bzw. Regeldruck” bezeichnet) von einer Stelle entweder stromaufwärts von oder innerhalb der Verbrauchslast wird der Öldruckkammer 60 vorzugsweise mittels eines Steuer- bzw. Regeldruckzuführloches 70 in der Antriebswelle 44 und wenigstens ein Druckzuführquerloch 72 zugeführt, die bei der Druckaufnahme durch einen Stopfen bzw. Deckel 74 unterstützt werden. Es sollte einsichtig sein, dass der Steuer- bzw. Regeldruck mittels eines Regulators oder mittels nichtpassiver Mittel, so beispielsweise mittels einer Steuer- bzw. Regelvorrichtung oder einer Pumpe, bereitgestellt werden kann, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Da das Innendrehmomentübertragungsglied 58 einer Relativdrehbewegung in Bezug auf die Antriebswelle 44 und daher die anderen Glieder der Schlupfantriebseinheit (mit Ausnahme der axial mobilen nach innen verbundenen Reibungsglieder 52) ausgesetzt ist, wird der Einsatz von Druckdichtungen bevorzugt, die für eine derartige Drehbewegung eingedenk der erforderlichen dichtungstechnischen Mobilität geeignet sind. Die Druckdichtungen 76 sind beispielsweise feldartig angeordnet, um den Steuer bzw. Regeldruck für die Druckkammer 60 stabil bezüglich der Relativdrehbewegung zwischen dem dichtungstechnisch mobilen Laststeuer- bzw. Regelglied 48 und dem Innendrehmomentübertragungsglied 58 aufzunehmen, damit wenigstens ein Druckübertragungsdurchlass 78 in dem dichtungstechnisch mobilen Laststeuer- bzw. Regelglied 48 druckbeaufschlagtes Fluid aus dem wenigstens einen Druckzuführquerloch 72 über wenigstens ein Druckübertragungsloch 80 zur Kommunikation von Fluiddruck mit der Druckkammer 60 aufnehmen kann.
Die Kupplungsscheibenfeldanordnung wird vorzugsweise ebenfalls gekühlt und mittels wenigstens eines Kühlflussquerloches 82 und wenigstens eines vorzugsweise flussdrosselartigen Übertragungsloches 84 aktiv geschmiert, wobei der Kühlfluss durch eine Druckdichtung 86 beispielsweise zum Entweichen und bei einem nichtbeschränkenden Ausführungsbeispiel durch wenigstens ein Kühlflussauslassloch 88 nach einem radial nach außen erfolgenden Durchlauf durch die Reibungsflächenrillen 90 aufgenommen wird. Die ununterbrochene Kommunikation des Öldruckes zwischen dem Druckzuführquerloch 72 und dem Druckübertragungsloch 80 und des Ölflusses zwischen dem Kühlflussquerloch 82 und dem Drosselübertragungsloch 84 ist vorzugsweise ungeachtet einer Drehrelativbewegung durch lokalisierte Rillen 92 bzw. 94 sichergestellt. Es sollte einsichtig sein, dass die bevorzugten Reibungsflächenschmiermittelrillen 90 entweder alternativ oder zusätzlich in den Reibungsflächen der nach außen verbundenen Reibungsglieder ausgebildet sein können, wobei bei später noch zu beschreibenden bevorzugten Ausführungsbeispielen Reibungsglieder beiderlei Typen wechselwirkend geschlitzt sind, um die Energieverteilungskapazität und die Lebensdauer zu maximieren.
Das Innendrehmomentübertragungsglied 58 treibt die Ölpumpe durch wenigstens ein Pumpantriebsmerkmal 96 an, so beispielsweise durch Flächenkeile (face splines) oder „Mitnehmer” (dogs), die vorzugsweise das Antriebsdrehmoment ohne Erzeugung axialer Reaktionskräfte übertragen.
Die Dichtung unter Wahrung der erforderlichen axialen Mobilität zwischen denjenigen Gliedern, die nicht einer Relativdrehbewegung ausgesetzt sind, wird vorzugsweise durch die dargestellten O-Ringe 65 verwirklicht.
In 3 ist ein weiteres alternatives exemplarisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das System hier eine druckregulierte schlupfgetriebene Pumpe und eine direktgetriebene Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe umfasst, die jeweils von derselben Antriebswelle angetrieben werden. Die Parallelausstoßkombination der offenbarten druckregulierten schlupfgetriebenen Pumpe mit wenigstens einer direktgetriebenen Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe (Antrieb immer dann, wenn sich die Antriebswelle dreht) bietet die Möglichkeit, die Verschiebungen bzw. Verdrängungen der Pumpe derart zu bemessen, dass innerhalb gewöhnlicher Betriebsbedingungen der Eingriff der schlupfgetriebenen Pumpe in der Praxis aufgehoben ist, weshalb das Systemantriebsdrehmoment auf wenig mehr als dasjenige der parallelausstoßtechnischen direktgetriebenen Pumpe verkleinert wird, was eine Verringerung des Energieverbrauchs im größtmöglichen Ausmaß zulässt.
Es sollte einsichtig sein, dass die direktgetriebene Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe dieses Ausführungsbeispieles auch von einer separaten Welle und daher auch mit einem nichteinheitlichen Geschwindigkeits- bzw. Übersetzungsverhältnis in Bezug auf die der schlupfgetriebenen Pumpe zu eigene Antriebswelle angetrieben werden kann und alternativ auch mehrere direktgetriebene Pumpen umfassen kann.
Bei wieder einem anderen alternativen exemplarischen Ausführungsbeispiel wird, wie in 4 gezeigt ist, ein Doppelpumpsystem bereitgestellt, bei dem eine Pumpe direkt von einem ersten Antrieb angetrieben wird, während eine weitere Pumpe von einem separaten zweiten Antrieb angetrieben wird, der ein Drehmoment durch den druckregulierten Schlupfantrieb der exemplarischen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausübt. Wie in 4 dargestellt ist, stellt die Schlupfantriebseinheit ein Drehmoment für die Pumpe durch ein einziges nach innen verbundenes Reibungsglied 52 bereit, das zwischen der mobilen Druckplatte 50 und der festen Druckplatte 56 angeordnet ist. Bei wieder einem anderen alternativen exemplarischen Ausführungsbeispiel stellen bis zu zwei Reibungsoberflächen das Drehmoment für die Pumpe bereit, wobei nichtbeschränkende Beispiele die mobile Druckplatte 50 und das nach innen verbundene Reibungsglied 52 oder hierzu Gleichwertiges beinhalten. Selbstredend werden zahlreiche weitere Ausgestaltungen als innerhalb des Umfanges der exemplarischen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung befindlich betrachtet. Es sollte einsichtig sein, dass entsprechend den exemplarischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine einzelne Pumpe – sei sie nun schlupfgetrieben oder direktgetrieben – durch eine Mehrzahl von Pumpen ersetzt werden kann.
In 5 bis 11 ist ein weiteres alternatives exemplarisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden. Erfindung dargestellt. Hierbei ist 5 eine Querschnittsansicht der schlupfgetriebenen Pumpe eines Mehrfachpumpsystems, so beispielsweise desjenigen, das vorstehend bei den Ausführungsbeispielen von 3 und/oder 4 beschrieben worden ist. Schematisch dargestellt sind Reibungsgliedsepariervorrichtungen 98, die zwischen einer Auswärtsposition der Reibungsglieder 50, 54 und 56 angeordnet sind. Die Separiervorrichtungen 98 sind radial außerhalb der nach innen verbundenen Reibungsglieder 52 der Schlupfantriebseinheit gepackt. Selbstverständlich werden auch andere Anordnungsstellen als innerhalb des Umfanges der exemplarischen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung befindlich betrachtet.
Während des Hochfahrens schiebt die Belleville-Federpackung 46 das Laststeuer- bzw. Regelglied 48 dahingehend, dass dieses die Reibungsglieder für einen Coulomb-reibungsbasierten Antrieb zusammenhält, was in der oberen Hälfte von 5 dargestellt ist. In der unteren Hälfte von 5 ist gezeigt, wie das Laststeuer- bzw. Regelglied 48 vollständig nach links versetzt ist, und zwar durch den Druck, der in der Öldruckkammer 60 aufgenommen ist, wobei die Belleville-Federpackung 46 komprimiert wird und daher die Kupplungspackung freigegeben ist, damit sie die maximale typische Reibunggliedseparierung aufweist, wie durch die Fluidfilmspalte 100 dargestellt ist, und zwar zum Zwecke einer minimalen Antriebsdrehmomentübertragung zwischen der Antriebswelle 44 und dem angetriebenen Element 64 der Pumpe. Für den Fall einer vollständigen Aufhebung des Eingriffes der schlupfgetriebenen Pumpe und eines Mehrfachpumpsystems wird es möglich, ein Einwegrückschlagventil in dem Abgabedurchlass der schlupfgetriebenen Pumpe vorzusehen, damit der Systemdruck nicht durch die schlupfgetriebene Pumpe durch Rückwärtsbetreiben derselben bezüglich ihrer Antriebsrichtung entweichen kann; bei einer anderen Vorgehensweise ist das der Schlupfantriebseinheit zu eigene Minimaldrehmomentübertragungsvermögen (das heißt bei vollständiger Aufhebung des Eingriffes) derart konzipiert, dass es zu dem Drehmoment passt, das für einen Rückwärtsbetrieb der motorgetriebenen Pumpe erforderlich ist, wodurch die Kosten des Einwegrückschlagventils entfallen. Dieser Minimalwert für das Drehmomentübertragungsvermögen ist durch die Begrenzung der Größe der Separierung zwischen zueinander gehörigen Eingriffsgliedern sichergestellt, wodurch der Minimalwert, den Kräfte der viskosen Scherung zwischen den Eingriffsgliedern erreichen können, begrenzt ist.
Das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt zudem eine kürzere Antriebsbuchse oder ein solches Innendrehmomentübertragungsglied 58, was zur Verringerung der Herstellungskosten beitragen kann. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel stehen die Druckdichtungen 76 direkt mit der Welle 44 in Kontakt unter Weglassung der Druckübertragungslöcher 80 und der vorzugsweise vom Flussdrosseltyp seienden Übertragungslöcher 84 zusammen mit den Rillen 92 und 94. Das Drosseln des Kupplungsplattenkühlmittelflusses wird bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel vorzugsweise durch den Flussdrosselringsspalt 85 bewerkstelligt.
6 zeigt ein weiteres alternatives exemplarisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem wechselwirkende Höhlungen, Perforationen, Schlitze oder Rillen (102, 104, 106 und 108) in den zueinander gehörigen oder zueinanderweisenden Oberflächen der Reibungsglieder (50, 52, 54, 56) oder vollständig durch selbige derart ausgestaltet sind, dass die Gesamtheit der Kontaktbereiche zwischen jedem benachbarten Reibungsglied wenigstens einmal pro Umdrehung der Relativbewegung der zugehörigen Reibungsglieder direkt durch das Schmiermittel gespült wird, dem ein freier unmaskierter Zugang zu diesen Kontaktbereichen unterwegs von den Nabenräumen nach außen gewährt wird. Die Anordnung und Form derartiger Schmiermittelflussmerkmale ist bei einem Ausführungsbeispiel derart konzipiert, dass radiusgleichmäßige, längs des Umfanges gegebene Kontaktlängen im Sinne von Winkelsummen gegeben sind, um radiusgleichmäßige Verschleißraten an dem Reibungsglied sicherzustellen, wobei die Periodizität derartiger Schmiermittelflussmerkmale vorzugsweise von Vernier'scher Natur bzw. noniusartig ist und die Grenzformen koinzidenzfrei sind, um einen Schutz gegen plötzliche Wechselwirkungen während der Relativdrehbewegungen bei gegenseitigem Kontakt sicherzustellen; wobei Homogenreibungsgliedmaterialien sowohl hervorragende thermische Leitfähigkeit wie auch Verschleißeigenschaften aufweisen, so beispielsweise die 4032er Hochsiliziumaluminiumlegierung, die zusammen mit vorzugsweise verschleißbeständigen (so beispielsweise nitrokarburierten) Eisen- bzw. Eisen-II-Legierungen zum Einsatz kommen. Eine ausreichend geringe Last an den Reibungsoberflächen durch einen Reibungsgliedbereich und einen effektiven Radius ermöglicht vorzugsweise nahezu den vollständigen Betrieb nach einem Coulomb-reibungsabhängigen Hochfahrmodus, bevor der Fluiddruck verfügbar ist, und zwar mit der auszeichnenden Eigenschaft einer viskösen Filmscherung zwischen nahe beieinander liegenden, jedoch nicht in Kontakt miteinander befindlichen Reibungsoberflächen. Die Schlupffähigkeit zwischen Reibungsgliedern erzeugt beim Antreiben mittels Coulomb-Reibung zwangsweise Verschleiß und daher eine Änderung der Eigenschaften, zumindest der Kupplungspackungsvorlastkraft, da inkrementell dünnere Reibungsglieder dahingehend wirken, dass sie die Größe der Vorlast (oder der installierten Kompressionskraft) der Kupplungspackungsbetätigungsfedern verringern. Die Nutzung der Kräfte der viskosen Filmscherung anstelle der Coulomb-Reibung erlaubt im Wesentlichen die Verschleißfreiheit der Reibungsoberflächen nach einer anfänglichen Einlaufzeitspanne zur Vergleichmäßigung der Filmdicken auf sämtlichen Reibungsgliedern. Wellenfedern oder andere Reibungsgliedsepariervorrichtungen 98 (siehe 9 bis 11) werden verwendet, um sicherzustellen, dass sich die Filmdicken oder Spalte zwischen Reibungsgliedern gleichmäßig oder im Wesentlichen so vergrößern, wie die vorzugsweise vom Belleville-Typ seienden Kupplungspackungsbetätigungsfedern durch das axial mobile Laststeuer- bzw. Regelglied komprimiert werden, was eine Separierung der Reibungsglieder ermöglicht.
Die exemplarischen zueinander gehörigen Reibungsglieder 52, 54, 50, 56 weisen vorzugsweise Kontaktbereiche auf, die durch Höhlungen oder Perforationen gebildet sind, die winkelartig auf Vernier'sche Weise bzw. noniusartig dahingehend Wechselwirken, dass sie axial serpentinenartige radiale Ölfließwege bilden, wodurch kühlendes Schmiermittel, das in den Reibungsflächenwinkelkontaktbereich durch die radialen Ölspülschlitze 102 in den nach innen verbundenen Reibungsgliedern 52 eintritt, freiliegende Bereiche der Kontaktbereiche der zueinander gehörigen nach außen verbundenen Reibungsglieder 54, 50, 56 direkt spült und kühlt, anschließend jedoch über eine Reibungsgrenzfläche (beispielsweise eine Ebene, jedoch alternativ auch nichtplanar, so beispielsweise konisch) zur einen oder anderen Seite der Glieder 52 gelangt, um daraufhin weiter radial nach außen außerhalb des Querschnittes des Gliedes 52 mittels Hindurchlaufen durch die wechselwirkenden Höhlungen 106 in den Gliedern 54, 50, 56 zu gelangen. Ein nichtbegrenzender Weg ist in 7 durch Pfeile 101 angedeutet. Von diesen Seiten der Reibungsgrenzflächen aus spült das Schmiermittel die Bereiche der dem Glied 52 zu eigenen Kontaktbereiche, die durch die Höhlungen in dem Glied 54, 50, 56 freilegen, direkt. Schließlich kann unterwegs zum radialen Entweichen ein erneutes Queren einer Reibungsgrenzfläche erfolgen, damit in einer der Kerben 104 in der Peripherie eines Gliedes 52 ein Wiedervereinigen erfolgen kann, wo ein direktes Spülen und Kühlen weiterer freiliegender Bereiche der Glieder 54, 50, 56 erfolgt. Die Pfeile 103 zeigen Ölflusswege, die sich aufgrund der in Bezug aufeinander vorhandenen winkelartigen Ausgestaltung von wenigstens zweien der Glieder 50, 52, 54 und 56 nicht entlang des gesamten Weges zu der auswärtigen radialen Peripherie der Glieder erstrecken. Da sich die Glieder jedoch in Bezug aufeinander drehen, werden verschiedene Fließwege 101 und 103 gebildet, von denen sich einige beispielsweise zu der äußeren Peripherie (Wege 101) erstrecken, während andere (Wege 103) dies nicht tun.
Die Formen und Bereiche bzw. Flächen der exemplarischen Höhlungen oder Perforationen sind vorzugsweise derart konzipiert, dass sie im Wesentlichen radiusgleichmäßige, gesamte längs des Umfangs gegebene Bogenlängen des Winkelkontaktes beibehalten, was zu im Wesentlichen radiusgleichmäßigen Verschleißraten führt. Es sollte einsichtig sein, dass ungeachtet dessen, dass perforierte Reibungsglieder dargestellt sind, die axial am weitesten außen befindlichen Reibungsglieder 50, 56 der Kupplungspackung vorzugsweise mit Blindbodenhöhlungen oder Ausnehmungen einer ähnlich konzipierten vorstehenden Form und Fläche bzw. solchen Flächen ausgebildet sind, um ein unerwünschtes axiales Entweichen des kühlenden Schmiermittels und eine sich daraus ergebende zu wenig stattfindende Spülung und Kühlung der zueinander gehörigen Teilkontaktbereiche zu verhindern. Es sollte des Weiteren einsichtig sein, dass ungeachtet dessen, dass bevorzugt perforierte Reibungsglieder dargestellt worden sind, die erfindungsgemäße Ausgestaltung der wechselwirkenden Fließdurchlässe, die ein direktes Benässen der Gesamtheit der beiden Flächen eines Reibungsgliedpaares ermöglichen, während sie Schmiermittel über die Grenze zwischen den Flächendrängen, um ein radial nach außen erfolgendes Fortlaufen zu ermöglichen, durch Blindbodenhöhlungen oder Ausnehmungen in beiden Reibungsgliedpaaren wie auch durch Perforationen zwischen den Grenzflächen von einem oder beiden der Reibungsglieder realisiert werden kann.
7 zeigt die zueinander gehörigen Kupplungsreibungsgliedkontaktbereiche der exemplarischen in 6 gezeigten Reibungsglieder in Übereinanderlage, um deren instantanes Kontaktmuster zu zeigen, das durch die umfänglich verlaufenden schraffierten Linien in 7 dargestellt ist. Das Kontaktmuster ändert sich vorzugsweise kontinuierlich bei einer Relativdrehbewegung nach Vernier'scher Art bzw. noniusartig aufgrund der wiederholten Muster der beiden Reibungsglieder mit einem ungerade-gerade-Unterschied. Die Umfangsbögen 110, die die verschiedenen Bereiche des Kontaktmusters auszeichnen, weisen vorzugsweise Längensummen auf, die bezüglich des gegenüberliegenden Winkels für eine Radiusgleichmäßigkeit des Verschleißes zusammenfallen.
8 ist eine grafische Darstellung der Gesamtkontaktbereiche zwischen den beiden in 7 dargestellten Reibungsplatten, wobei die Umfangsbögen 110 in den schraffierten Linien oder Kontaktbereichen zwischen den beiden Reibungsgliedern (in 7 dargestellt) entsprechen, wobei jeder Bogen gedreht worden ist, um Lücken zu beseitigen und so das Konzept der Winkelsummierung zu illustrieren. Diese exemplarischen Kontaktmuster zeigen eine vorläufige, jedoch nicht vollständige Optimierung bezüglich der Winkelbogenlängensummenradiusgleichmäßigkeit zum Zwecke eines im Wesentlichen gleichmäßigen Verschleißes. Das exemplarische Muster stellt nur eine von zahllosen Möglichkeiten dar, durch die die erfinderische Idee des vollständigen Spulens von zueinander gehörigen. Kontaktflächen, vorzugsweise bei im Wesentlichen radiusgleichmäßigem Winkelkontakt, umgesetzt werden kann.
9 und 9A zeigen Ansichten entlang der Linien 9-9 von 7, wobei wenigstens zwei Glieder 52 und 54 in einer perspektivischen Querschnittsansicht gezeigt sind. 9A zeigt ein Glied 52 und 54 in einer Nichtquerschnittsansicht.
10 und 11 sind vergrößerte Abschnitte von 9, wobei Fluidaufnahmezonen C (Fluidwege 103) in 10 dargestellt sind, während Fluidübertragungsdurchlässe P (Fluidwege 101) in 11 dargestellt sind. Selbstredend sind die Fluidwege lediglich anhand nichtbeschränkender Beispiele dargestellt.
12 ist ein Graph zur Darstellung des Ausstoßes des bevorzugten Ausführungsbeispieles einer Mehrfachpumpe (so beispielsweise der in 3 bis 5 gezeigten) eines Pumpsystems in Abhängigkeit von der Motorgeschwindigkeit (beispielsweise eines Motors, der das Pumpsystem antreibt) und den potenziellen Energieeinsparungen in einem nichtbeschränkenden Beispiel. Der Ausdruck 150 zeigt den Ausstoß (Fluss in Litern pro Minute) der schlupfgetriebenen Pumpe. Wie gezeigt ist, vergrößert sich der Ausstoß der schlupfgetriebenen Pumpe anfänglich, bis die Kupplungsglieder oder Glieder ausreichend separiert sind (in dem Hohlraum 60 nimmt der Fluiddruck beispielsweise zu) und der Ausstoß verringert wird. Der Ausdruck 160 stellt den Ausstoß (Fluss in Litern pro Minute) der direktgetriebenen Pumpe dar. Wie gezeigt ist, nimmt der Ausstoß der direktgetriebenen Pumpe allmählich in Abhängigkeit von der Motorgeschwindigkeit zu.
Der Ausdruck oder die Linie 170 zeigen den kombinierten Ausstoß aus der schlupfgetriebenen Pumpe und der direktgetriebenen Pumpe, während die gestrichelten Linien der Ausdrucke 150 und 170 den Ausstoß der schlupfgetriebenen Pumpe und den kombinierten Ausstoß für den Fall zeigen, dass der Schlupfantrieb den Ausstoß nicht verringern kann, wenn die Motorgeschwindigkeit steigt und der Druck des Fluids in dem Hohlraum vergrößert wird. Der schattierte Bereich 180 stellt die potenziellen Energieeinsparungen bei dem Schlupfantriebspumpsystem eines exemplarischen Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung in Gegenüberstellung zu dem nicht schlupfgetriebenen System dar. Obwohl verschiedene Ausführungsbeispiele realisiert werden können, um die erfindungsgemäße Funktionalität der Drucksteuerung bzw. Regelung eines Reibungsantriebes für eine Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe zu erreichen, sollte einsichtig sein, dass die hier beschriebenen Vorrichtungen rein illustrativen Zwecken dienen und daher den Umfang nicht beschränken. Exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwenden den hydraulischen Druck, um eine vorbestimmte elastische Kraft, die auf die Reibungsantriebsoberflächen in einer Vorrichtung einwirkt, die zum Antreiben einer Fluidpumpe mit einem variablen Geschwindigkeits- bzw. Übersetzungsverhältnis von 1,0 oder weniger in Bezug auf eine Antriebswelle als Funktion eines derartigen Fluiddruckes verwendet wird, abwärts zu modulieren. Darüber hinaus betreffen exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Pumpe mit variablem Ausstoß, die einen druckregulierten Schlupfantrieb zur Verwendung in eifern Verbrennungsmotor oder einer hierfür gedachten Ausgleichswellenvorrichtung umfasst.
Im Sinne der vorliegenden Beschreibung bezeichnen die Begriffe „erster/erste/erstes”, „zweiter/zweite/zweites” etc. keine Reihenfolge, Menge oder Wichtigkeit, sondern dienen lediglich der Unterscheidung eines Elementes von einem anderen. Darüber hinaus bezeichnen die Begriffe „ein/eine” keine Beschränkung der Menge, sondern das Vorhandensein von wenigstens einem der bezeichneten Objekte. Ferner beachte man, dass die Begriffe „unterer/untere/unteres bzw. Boden” und „oberer/obere/oberes bzw. Spitze” in der vorliegenden Druckschrift nur der einfacheren Beschreibung dienen und keine Beschränkung auf eine bestimmte Position oder räumliche Orientierung implizieren, es sei denn, dies ist explizit so angegeben.
Das modifizierende Wort „etwa/ungefähr”, das in Verbindung mit Mengenangaben gebraucht wird, beinhaltet den angegebenen Wert und hat die Bedeutung, die durch den Kontext vorgegeben ist (So beinhaltet es beispielsweise den Fehlergrad im Zusammenhang mit der Messung einer bestimmten Menge).
Zusammenfassung
Bereitgestellt wird ein Pumpsystem mit variablem Ausstoß, wobei das Pumpsystem aufweist: eine erste Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe; einen Pumpantrieb, der betriebstechnisch mit der ersten Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe gekoppelt ist, wobei der Pumpantrieb die erste Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe dafür betreibt, dass diese innerhalb eines ersten Betriebsbereiches ein erstes Ausstoßprofil und innerhalb eines zweiten Betriebsbereiches ein zweites Ausstoßprofil aufweist, wobei der Pumpantrieb eine hydraulische Freigabe aufweist, die dafür ausgestaltet ist, das zweite Ausstoßprofil zu verkleinern, wenn sich ein hydraulischer Druck vergrößert.

Claims

Pumpsystem, umfassend: eine erste Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe; einen Pumpantrieb, der betriebstechnisch mit der ersten Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe gekoppelt ist, wobei der Pumpantrieb die erste Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe derart betreibt, dass diese innerhalb eines ersten Betriebsbereiches ein erstes Ausstoßprofil und innerhalb eines zweiten Betriebsbereiches ein zweites Ausstoßprofil aufweist, wobei der Pumpantrieb eine hydraulische Freigabe aufweist, die dafür ausgestaltet ist, das zweite Ausstoßprofil zu verkleinern, wenn sich eine hydraulischer Druck vergrößert.
Pumpsystem nach Anspruch 1, wobei die hydraulische Freigabe umfasst: einen Fluidhohlraum in Fluidverbindung mit einem von dem Pumpsystem gepumpten Fluid, wobei der Fluidhohlraum eine Oberfläche aufweist, die kontinuierlich zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position in Reaktion auf eine Änderung eines Druckes des Fluides beweglich ist; und ein bewegliches erstes Eingriffsglied, das betriebstechnisch mit der beweglichen Oberfläche gekoppelt ist; ein bewegliches zweites Eingriffsglied, das betriebstechnisch mit dem ersten Eingriffsglied verknüpft ist, wobei das erste Eingriffsglied und das zweite Eingriffsglied derart zusammenwirken, dass ein Flussausstoß des Pumpsystems in dem zweiten Betriebsbereich verkleinert wird, wenn sich die bewegliche Oberfläche von der ersten Position zu der zweiten Position bewegt.
Pumpsystem nach Anspruch 2, des Weiteren umfassend ein Vorspannglied zum Vorspannen der beweglichen Oberfläche hin zu der ersten Position.
Pumpsystem nach Anspruch 3, wobei das Vorspannglied das erste Eingriffsglied derart vorspannt, dass ein Kontaktdruck zwischen dem ersten Eingriffsglied und dem zweiten Eingriffsglied vergrößert wird.
Pumpsystem nach Anspruch 4, wobei das erste Eingriffsglied eine erste Kontaktoberfläche mit einer Mehrzahl von ersten Merkmalen beinhaltet und das zweite Eingriffsglied eine zweite Kontaktoberfläche mit einer Mehrzahl von zweiten Merkmalen beinhaltet; wobei die zweite Kontaktoberfläche benachbart zu der ersten Kontaktoberfläche ist; einen Schmiermittelübertragungsweg, der durch die Mehrzahl von ersten Merkmalen und die Mehrzahl von zweiten Merkmalen festgelegt ist, wobei der Schmiermittelübertragungsweg innerhalb von Abschnitten mit weniger als der gesamten Relativwinkelverschiebung zwischen dem ersten Eingriffsglied und dem zweiten Eingriffsglied unzusammenhängend ist.
Pumpsystem nach Anspruch 5, wobei die Mehrzahl von ersten Merkmalen eine Mehrzahl von ersten Öffnungen ist und die Mehrzahl von zweiten Merkmalen eine Mehrzahl von zweiten Öffnungen ist und die erste Kontaktoberfläche durch Kräfte einer viskosen Fluidscherung in dem Fluid in Reibungskontakt mit der zweiten Kontaktoberfläche ist.
Pumpsystem nach Anspruch 6, wobei sich die Kräfte der viskosen Fluidscherung mit einer Vergrößerung des Fluiddruckes innerhalb des zweiten Betriebsbereiches verkleinern.
Pumpsystem nach Anspruch 5, des Weiteren umfassend: eine zweite Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe, die fluidtechnisch parallel mit der ersten Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe gekoppelt ist, wobei die zweite Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe ein drittes Ausstoßprofil aufweist; wobei ein Flussausstoß des Pumpsystems in dem zweiten Betriebsbereich im Wesentlichen gleich der Summe aus dem zweiten Ausstoßprofil und dem dritten Ausstoßprofil ist.
Verfahren zum Variieren des Ausstoßes eines Pumpsystems, umfassend: Antreiben einer mit einer ersten Pumpe des Pumpsystems gekoppelten Kontaktoberfläche mit einem druckregulierten Schlupfantrieb durch Drehen einer Eingriffsoberfläche des druckregulierten Schlupfantriebes in einer ersten Richtung um eine Achse, wobei eine viskose Scherung eines zwischen der Eingriffsoberfläche und der Kontaktoberfläche angeordneten Fluides die Eingriffsoberfläche mit der Kontaktoberfläche koppelt; und Verkleinern eines Ausstoßes der ersten Pumpe durch Bewegen der Eingriffsoberfläche weg von der Kontaktoberfläche, wenn ein Druck eines von dem Pumpsystem gepumpten Fluides ein mit der Eingriffsoberfläche gekoppeltes bewegliches Laststeuer- bzw. Regelglied bewegt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Eingriffsoberfläche hin zu der Kontaktoberfläche durch ein Vorspannglied vorgespannt ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Eingriffsoberfläche in physischem Kontakt mit der Kontaktoberfläche ist, wenn der Druck des von dem Pumpsystem gepumpten Fluides unterhalb eines vorbestimmten Druckes ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Pumpsystem des Weiteren eine Direktantriebspumpe umfasst und wobei die erste Pumpe und die Direktantriebspumpe einen parallelen Ausstoß bereitstellen und wenn der Druck des von dem Pumpsystem gepumpten Fluides das bewegliche Laststeuer- bzw. Regelglied um eine vorbestimmte Strecke bewegt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die viskose Scherung des zwischen der Eingriffsoberfläche und der Kontaktoberfläche angeordneten Fluides verhindert, dass sich die Eingriffsoberfläche in einer Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung durch Wirken eines hydraulischen Druckes auf die erste Pumpe dreht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Mehrzahl von Merkmalen in der Eingriffsoberfläche und der Kontaktoberfläche wenigstens einen unzusammenhängenden Schmiermittelweg von einer inneren Öffnung entweder der Eingriffsoberfläche oder der Kontaktoberfläche hin zu einer äußeren Peripherie der Eingriffsoberfläche oder der Kontaktoberfläche festlegt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine relativ zueinander erfolgende Drehung entweder der Eingriffsoberfläche oder der Kontaktoberfläche bewirkt, dass sich ein weiterer unzusammenhängender Schmiermittelweg zwischen der inneren Öffnung entweder der Eingriffsoberfläche oder der Kontaktoberfläche und einer äußeren Peripherie der Eingriffsoberfläche oder der Kontaktoberfläche bildet, und die Mehrzahl von Merkmalen Höhlungen in der Eingriffsoberfläche oder der Kontaktoberfläche beinhaltet und wobei die relativ zueinander erfolgende Drehung entweder der Eingriffsoberfläche oder der Kontaktoberfläche die Unzusammenhängendheit des Schmiermittelweges beseitigt.
Pumpsystem mit variablem Ausstoß, umfassend: eine Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe; und Mittel zum Variieren des Ausstoßes der Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe durch Variieren eines Druckes eines Fluides in einem Fluidhohlraum eines hydraulisch freigegebenen Schlupfantriebes, der antriebstechnisch mit wenigstens einer Komponente der Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe gekoppelt ist.
Pumpsystem mit variablem Ausstoß nach Anspruch 16, wobei das Mittel zum Variieren des Ausstoßes der Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe ein von der Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe gepumptes Fluid beinhaltet und das Fluid die Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe durch Erzeugen eines Reibungseingriffes zwischen wenigstens zwei zueinanderweisenden, beabstandeten Oberflächen des hydraulisch freigegebenen Schlupfantriebes antreibt.
Pumpsystem mit variablem Ausstoß nach Anspruch 16, wobei ein von dem hydraulisch freigegebenen Schlupfantrieb auf die Positivverschiebungs- bzw. Verdrängerpumpe ausgeübtes Drehmoment durch eine viskose Scherung von zwei zueinanderweisenden, in einer beabstandeten Beziehung befindlichen Oberflächen des hydraulisch freigegebenen Schlupfantriebes bereitgestellt wird, wenn Fluid in dem Fluidhohlraum einen ersten Druck aufweist, und das Drehmoment zudem durch Coulomb-Reibung zwischen den beiden zueinanderweisenden Oberflächen bereitgestellt wird, wenn das Fluid einen zweiten Druck aufweist, wobei der zweite Druck niedriger als der erste Druck ist.
Pumpsystem mit variablem Ausstoß nach Anspruch 18, wobei die beiden zueinanderweisenden Oberflächen des Weiteren Höhlungen in Kontaktoberflächen der zueinanderweisenden Oberflächen umfassen, wobei die Höhlungen derart angeordnet sind, dass Schmiermittelübertragungswege gebildet werden, die Schmiermittelübertragungswege während einer in Bezug aufeinander erfolgenden Relativwinkelverschiebung der zueinanderweisenden Oberflächen diskontinuierlich unzusammenhängend sind, wobei sich wenigstens ein Schmiermittelübertragungsweg vom vollständigen Ausgebildetsein auf einer ersten Kontaktoberfläche von einer der zueinanderweisenden Oberflächen zum vollständigen Ausgebildetsein auf einer zweiten Seite von der einen der zueinanderweisenden Oberflächen bewegt, wobei die zweite Seite entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der ersten Kontaktoberfläche ist.