DE112018007222T5

DE112018007222T5 - Variable Pendelschieber-Schmiermittelpumpe

Info

Publication number: DE112018007222T5
Application number: DE112018007222.3T
Authority: DE
Inventors: Carmine Cuneo
Original assignee: Pierburg Pump Technology GmbH
Current assignee: Pierburg Pump Technology GmbH
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2020-11-26
Also published as: WO2019170217A1

Abstract

Variable Pendelschieber-Schmiermittelpumpe (10) zur Bereitstellung von druckbeaufschlagtem Schmiermittel, miteinem nicht-drehbaren und radial verschiebbaren Steuerring (14),einem drehbaren und radial verschiebbaren Rotorring (22,22'), der sich innerhalb des verschiebbaren Steuerrings (14) dreht,einer drehbaren und nicht-verschiebbaren Rotornabe (24), die drehfest mit dem Rotorring (22) verbunden ist und eine Vielzahl von Gleitkammern (26) umfasst,einer Vielzahl von Gleitelementen (30), die radial verschiebbar in den Rotornaben-Gleitkammern (26) angeordnet sind,einer Vielzahl von Pendelschiebern (28,28'), die sich mit dem Rotorring (22,22') und der Rotornabe (24) mitdrehen und eine Vielzahl von rotierenden Pumpräumen (32a-e) fluidisch voneinander trennen,wobei jeder Pendelschieber (28, 28') schwenkbar an dem Rotorring (22,22') und an einem Gleitelement (30) eingehangen ist, undwobei jedes Gleitelement (30) einen Kraftübertragungsabschnitt (34) aufweist, um eine Kraftübertragung zwischen der Rotornabe (24) und einem Pendelschieber (28,28') zu bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine variable Pendelschieber-Schmiermittelpumpe, zur Bereitstellung von druckbeaufschlagtem Schmiermittel beispielsweise an einen Verbrennungsmotor.
In DE 10 2013 218 018 A1 wird eine variable Pendelschieber-Schmiermittelpumpe offenbart, die mit einem nicht-drehbaren und radial verschiebbaren Steuerring, einem drehbaren und radial verschiebbaren Rotorring, der sich innerhalb des Steuerrings dreht, und mit einer drehbaren und nicht-verschiebbaren Rotornabe versehen ist, die mit dem Pumpenrotorring drehfest verbunden ist. Die Drehverbindung des Rotorrings mit der Rotornabe wird durch eine Vielzahl von Pendelschiebern bewirkt, die sich mit dem Rotorring und der Rotornabe mitdrehen. Die Pendelschieber trennen eine Vielzahl von rotierenden Pumpräumen fluidisch voneinander. Die Pendelschieber wirken zudem als Treibmittel, um eine Rotationskraft oder ein Drehmoment von der Rotornabe auf den Rotorring zu übertragen. Die Rotornabe wird von einer Antriebsquelle angetrieben und beispielsweise mechanisch durch den Verbrennungsmotor angetrieben.
In DE 10 2010 024 222 A1 wird eine variable Pendelschieber-Schmiermittelpumpe offenbart, die mit radial verschiebbaren Gleitelementen versehen ist, die die Pendelschieber in der Rotornabe abstützen.
In beiden offenbarten variablen Pendelschieber-Schmiermittelpumpen haben die Pendelschieber zwei Funktionen, und zwar eine fluidische Trennfunktion und eine Kraftübertragungsfunktion. Die Pendelschieber sind einem erheblichen mechanischen Verschleiß ausgesetzt, der die Dichtungsqualität verschlechtert und dadurch den strömungstechnischen Wirkungsgrad der Schmierstoffpumpe verschlechtert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine variable Pendelschieber-Schmiermittelpumpe mit verbesserter langfristiger strömungstechnischer Effizienz zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine variable Pendelschieber-Schmiermittelpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt.
Die erfindungsgemäße variable Pendelschieber-Schmiermittelpumpe weist einen nicht-drehbaren und radial verschiebbaren Steuerring, einen drehbaren und radial verschiebbaren Rotorring, der sich innerhalb des verschiebbaren Steuerrings dreht, und eine drehbare und nicht-verschiebbare Rotornabe auf, die drehfest mit dem Rotorring verbunden ist und eine Vielzahl von verschiebbaren Gleitkammern umfasst. Der Steuerring ist in Abhängigkeit zu der Rotornabe verschiebbar, wodurch die Exzentrizität des Rotorrings in Abhängigkeit von der Rotornabe verändert und die Verdrängung und damit die Pumpenleistung geregelt wird. Der Steuerring kann entweder rein linear verschiebbar oder schwenkbar ausgeführt sein, sodass der Steuerring entlang einer bogenartigen Bahn bewegt wird.
Die erfindungsgemäße Pendelschieber-Schmiermittelpumpe weist zudem eine Vielzahl von Gleitelementen, die radial verschiebbar in den Rotornaben-Gleitkammern angeordnet sind, und eine Vielzahl von Pendelschiebern auf, die mit dem Rotorring und der Rotornabe gemeinsam rotieren und eine Vielzahl von rotierenden Pumpräumen fluidisch voneinander trennen. Jeder Pendelschieber ist schwenkbar an dem Rotorring und an einem Schieberelement eingehangen. Die Pendelschieber trennen die rotierenden Pumpräume fluidisch voneinander. Die Pendelschieber übertragen zudem eine Rotationskraft zwischen der Rotornabe und dem Rotorring. Die Schmiermittelpumpe ist getriebefrei, sodass keine Rotationskraft zwischen der Rotornabe und dem Rotorring durch ein externes Getriebe übertragen wird. Die Rotationskraft wird nur durch die Pendelschieber von der angetriebenen Rotornabe auf den Rotorring übertragen.
Erfindungsgemäß weisen die Gleitelemente einen Kraftübertragungsabschnitt auf, um eine Kraftübertragung zwischen der Rotornabe und dem Pendelschieber zu ermöglichen. Der Kraftübertragungsabschnitt des Gleitelements ist umfänglich zwischen dem Pendelschieber und einer Seitenwand der Gleitkammer angeordnet, um eine effiziente Übertragung der tangentialen Rotationskraft zu ermöglichen und einen direkten Kontakt zwischen dem Pendelschieber und der Rotornabe zu verhindern. Die Rotationskraft wird von der Rotornabe auf den Pendelflügel nur über das Gleitelement übertragen, sodass ein direkter Kontakt zwischen Pendelflügel und Rotornabe verhindert wird.
Der Kraftübertragungsabschnitt sorgt während der Kraftübertragung für eine große Kontaktoberfläche zwischen dem Gleitelement und dem Pendelschieber sowie zwischen dem Gleitelement und der Rotornabe, sodass sowohl der auf den Pendelschieber wirkende mechanische Druck als auch der auf das Schieberelement wirkende mechanische Druck reduziert wird. Zusätzlich verhindert der Kraftübertragungsabschnitt jegliche Reibung und jegliches Schaben des Pendelschiebers an der Seitenwand der Rotornaben-Gleitkammer. Dadurch wird der Verschleiß der Rotorflügel sowie der Gleitelemente erheblich reduziert und folglich der strömungstechnische Wirkungsgrad der Schmierstoffpumpe langfristig verbessert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kraftübertragungsabschnitt des Gleitelements mit einer Kontaktoberfläche versehen, die während der Kraftübertragung in Kontakt mit dem Pendelschieber steht. Die Kontaktoberfläche weist einen Winkel zwischen 30° und 60° in Bezug auf eine Längsmittellinie der korrespondierenden Gleitkammer auf, d.h. sie weist einen Winkel zwischen 30° und 60° in Bezug auf eine Verschiebeachse des entsprechenden Gleitelements auf. Dies ermöglicht einen großflächigen Kontakt zwischen dem Pendelschieber und dem Kraftübertragungsabschnitt und folglich eine effiziente Kraftübertragung zwischen der Rotornabe und dem Pendelschieber über einen großen Bereich der Rotornabendrehung. Infolgedessen wird die durchschnittliche Anzahl der Pendelschieber, die an der Kraftübertragung zwischen der Rotornabe und dem Rotorring beteiligt sind, erhöht, sodass die Belastung und dadurch der Verschleiß jedes einzelnen Pendelschiebers verringert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jeder Pendelschieber eine Kontaktnase auf, um eine Kraftübertragung zwischen dem Pendelschieber und dem Rotorring zu ermöglichen. Während der Kraftübertragung ist die Kontaktnase in Kontakt mit dem Rotorring, sodass die Kontaktoberfläche zwischen dem Pendelschieber und dem Rotorring vergrößert wird. Dies reduziert die Belastung und damit den Verschleiß des Pendelschiebers.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Rotorring eine Vielzahl von Kontaktausnehmungen auf, in die die Kontaktnase der Pendelschieber eintaucht, um zur Kraftübertragung zwischen dem Pendelschieber und dem Rotorring eine Ausnehmungsoberfläche zu kontaktieren. Dadurch wird die Kontaktoberfläche zwischen dem Pendelschieber und dem Rotorring weiter vergrößert.
Vorzugsweise treibt die Rotornabe den Rotorring an. Die Rotornabe wird vorzugsweise mechanisch durch eine externe Vorrichtung angetrieben. Beispielsweise kann die Rotornabe mechanisch von einem Verbrennungsmotor durch ein Getriebe oder einen Riemen angetrieben werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei

1 einen Radialschnitt einer erfindungsgemäßen variablen Pendelschieber-Schmiermittelpumpe zeigt, und
2 einen erfindungsgemäßen alternativen Pendelschieber und einen alternativen Rotorring zeigt, wobei der Pendelschieber mit einer Kontaktnase und der Rotorring mit entsprechenden Kontaktausnehmungen versehen ist.

1 zeigt eine variable Pendelschieber-Schmiermittelpumpe 10, die druckbeaufschlagtes Schmiermittel an einen Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) bereitstellt und durch den Motor mechanisch angetrieben wird. Alternativ kann die Schmiermittelpumpe 10 durch einen Elektromotor angetrieben werden.
Die Schmiermittelpumpe 10 weist ein feststehendes Pumpengehäuse 12, einen nicht-drehbaren und radial verschiebbaren Steuerring 14 und einen Pumpenrotor 16 auf, der sich innerhalb des Steuerrings 14 dreht.
Der Steuerring 14 ist innerhalb des Pumpengehäuses 12 genau linear verschiebbar gelagert. Die Verschiebeposition des Steuerrings 14 wird durch die jeweiligen hydraulischen Drücke von zwei gegenläufigen Hydraulikkammern 18,20 reguliert.
Der rotierende Pumpenrotor 16 umfasst einen verschiebbaren Rotorring 22 und eine nicht-verschiebbare Rotornabe 24. Der Rotorring 22 ist innerhalb des Steuerrings 14 drehbar gelagert. Die Verschiebeposition des Rotorrings 22 und damit die Exzentrizität des Rotorrings 22 bezogen auf die Rotornabe 24 ist durch die Verschiebeposition des Steuerrings 14 bestimmt. Der Rotorring 22 kann zwischen einer maximalen Exzentrizitätsposition und einer minimalen Exzentrizitätsposition verschoben werden, um die Verdrängung und damit die Pumpenleistung der Schmiermittelpumpe 10 zu variieren.
Die nicht-verschiebbare Rotornabe 24 wird mechanisch durch den Motor angetrieben und ist mit fünf Gleitkammern 26 versehen. Die Gleitkammern 26 sind abstandsgleich über den Umfang der Rotornabe 24 angeordnet und erstrecken sich im Wesentlichen in radialer Richtung. Die Rotornabe 24 ist über fünf Pendelschieber 28 drehfest mit dem Rotorring 22 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform drehen sich die Rotornabe 24 und der Rotorring 22 gegen den Uhrzeigersinn.
Die Pendelschieber 28 sind abstandsgleich über den Umfang des Rotorrings 22 angeordnet. Die äußeren radialen Enden der Pendelschieber 28 sind schwenkbar, jedoch unlösbar am Rotorring 22 aufgehangen. Die inneren radialen Enden der fünf Pendelschieber 28 sind schwenkbar, jedoch unlösbar an fünf Gleitelementen 30 aufgehangen, d.h. jeder Rotorschieber 28 ist an einem eigenen Gleitelement 30 aufgehangen. Die Gleitelemente 30 sind in den Gleitkammern 26 der Rotornabe 24 radial verschiebbar gelagert. Die Pendelschieber 28 trennen fünf rotierende Pumpräume 32a-e fluidisch voneinander.
Die Drehkraft der angetriebenen Rotornabe 24 wird ausschließlich über die Gleitelemente 30 auf die Pendelschieber 28 übertragen, d.h. die Pendelschieber 28 kommen während der Kraftübertragung nicht direkt mit der Rotornabe 24 in Kontakt. Insbesondere erfolgt die Kraftübertragung hauptsächlich über einen Kraftübertragungsabschnitt 34 der Gleitelemente 30, der in der vorliegenden Ausführung durch eine radial vorstehende Nase des Gleitelements 30 gebildet wird. Der Kraftübertragungsabschnitt 34 befindet sich in Umfangsrichtung zwischen dem Pendelschieber 28 und einer Seitenwand 36 der Gleitkammer 26. Der Kraftübertragungsabschnitt 34 weist eine Kontaktoberfläche 38 auf, die während der Kraftübertragung mit dem Pendelschieber 28 in Kontakt steht. Die Kontaktoberfläche 38 weist einen Winkel A zwischen 30° und 60° in Bezug auf eine Längsmittellinie C der entsprechenden Gleitkammer 26 auf.
zeigt einen erfindungsgemäßen alternativen Pendelschieber 28' und einen Schnitt durch einen alternativen Rotorring 22'. Der Rotorring 22' weist eine Vielzahl von Kontaktausnehmungen 40 entsprechend der Anzahl der Pendelschieber 28' auf. Die Pendelschieber 28' weisen eine Kontaktnase 42 auf, die in die Kontaktausnehmung 40 eintaucht und zur Kraftübertragung zwischen dem Pendelschieber 28' und dem Rotorring 22' eine Ausnehmungsoberfläche 44 kontaktiert.
Bezugszeichenliste

10: Variable Pendelschieber-Schmiermittelpumpe
12: Pumpengehäuse
14: Steuerring
16: Pumpenrotor
18: Hydraulikkammer
20: Hydraulikkammer
22,22': Rotorring
24: Rotornabe
26: Gleitkammern
28,28': Pendelschieber
30: Gleitelemente
32a-e: Pumpräume
34: Kraftübertagungsabschnitt
36: Seitenwand
38: Kontaktoberfläche
40: Kontaktausnehmung
42: Kontaktnase
44: Ausnehmungsoberfläche
A: Winkel
C: Mittellinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013218018 A1 [0002]
DE 102010024222 A1 [0003]

Claims

Variable Pendelschieber-Schmiermittelpumpe (10) zur Bereitstellung von druckbeaufschlagtem Schmiermittel, mit einem nicht-drehbaren und radial verschiebbaren Steuerring (14), einem drehbaren und radial verschiebbaren Rotorring (22,22'), der sich innerhalb des verschiebbaren Steuerrings (14) dreht, einer drehbaren und nicht-verschiebbaren Rotornabe (24), die drehfest mit dem Rotorring (22) verbunden ist und eine Vielzahl von Gleitkammern (26) umfasst, einer Vielzahl von Gleitelementen (30), die radial verschiebbar in den Rotornaben-Gleitkammern (26) angeordnet sind, einer Vielzahl von Pendelschiebern (28,28'), die sich mit dem Rotorring (22,22') und der Rotornabe (24) mitdrehen und eine Vielzahl von rotierenden Pumpräumen (32a-e) fluidisch voneinander trennen, wobei jeder Pendelschieber (28, 28') schwenkbar an dem Rotorring (22,22') und an einem Gleitelement (30) eingehangen ist, und wobei jedes Gleitelement (30) einen Kraftübertragungsabschnitt (34) aufweist, um eine Kraftübertragung zwischen der Rotornabe (24) und einem Pendelschieber (28,28') zu bewirken.
Variable Pendelschieber-Schmiermittelpumpe (10) nach Anspruch 1, wobei der Kraftübertragungsabschnitt (34) des Gleitelements (30) eine Kontaktoberfläche (38) aufweist, die während der Kraftübertragung mit dem Pendelschieber (28, 28') in Kontakt steht, und wobei die Kontaktoberfläche (38) mit einem Winkel (A) zwischen 30° und 60° in Bezug auf eine Längsmittellinie (C) der entsprechenden Gleitkammer (26) vorgesehen ist.
Variable Pendelschieber-Schmiermittelpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Pendelschieber (28') eine Kontaktnase (42) aufweist, um eine Kraftübertragung zwischen dem Pendelschieber (28') und dem Rotorring (22, 22') zu bewirken.
Variable Pendelschieber-Schmiermittelpumpe (10) nach Anspruch 3, wobei der Rotorring (22') eine Vielzahl von Kontaktausnehmungen (40) aufweist, und wobei die Kontaktnase (42) des Pendelschiebers (28') in die Kontaktausnehmung (40) des Rotorrings (22') eintaucht, um zur Kraftübertragung zwischen dem Pendelschieber (28') und dem Rotorring (22') die Ausnehmungsoberfläche (44) zu kontaktieren.
Variable Pendelschieber-Schmiermittelpumpe (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Rotornabe (24) den Rotorring (22) antreibt.