DE202005021925U1

DE202005021925U1 - Flügelzellenpumpe

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Publication number: DE202005021925U1
Application number: DE202005021925U
Authority: DE
Original assignee: Magna Powertrain Inc; Magna Powertrain of America Inc
Current assignee: Magna Powertrain Inc; Magna Powertrain of America Inc
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2015-12-22
Also published as: JP2013253613A; TR201819627T4; JP5815625B2; KR101177595B1; US8651825B2; JP5116483B2; EP3165769A1; JP2012184776A; JP5395221B2; CA2588817A1; US8317486B2; US20130089446A1; EP1828610A4; CA2762087C; WO2006066405A1; CA2588817C; JP2008524500A; KR20070091151A; CN100520069C; EP1828610A1

Abstract

Flügelzellenpumpe (20) mit variabler Förderleistung aufweisend ein Pumpengehäuse (22), das eine Pumpenkammer (36) mit einem Einlass- (50) und einem Auslassanschluss (54) vorgibt, einen innerhalb der Pumpenkammer (36) zur Veränderung der Fördermenge bewegbaren Steuerring (44), einen Rotor, der innerhalb des Steuerrings (44) drehbar gelagert ist und eine Mehrzahl verschiebbar gehaltener Flügel (40) aufweist, die gegen eine Bohrung des Steuerrings anliegen, wobei die Drehachse des Rotors (32) gegenüber dem Zentrum der Bohrung des Steuerrings (44) exzentrisch ist, wodurch bei einer Drehung des Rotors (32) eine Förderung des Fluids von dem Einlassanschluss (50) zu dem Auslassanschluss (54) bewirkbar ist, eine erste Steuerkammer (60) zwischen dem Gehäuse (22) und dem Steuerring (44), wobei die erste Steuerkammer (60) dazu eingerichtet ist, ein druckbeaufschlagtes Fluid aufzunehmen, um eine Kraft zum Bewegen des Steuerrings (44) zur Verringerung der Förderleistung der Pumpe (20) zu erzeugen; eine zweite Steuerkammer (64) zwischen dem Gehäuse (22) und dem Steuerring (44), wobei...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung und ein Schmiermittelfördersystem für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit einer solchen Flügelzellenpumpe.
Flügelzellenpumpen mit variabler Förderleistung sind bekannt und weisen ein Kapazitätseinstellungselement in Form eines bewegbaren Steuerrings auf. Dadurch kann die Exzentrizität des Rotors beeinflusst und schließlich die Förderleistung der Pumpe gesteuert werden. Vorliegend wird an sich unrichtig mit Förderleistung die Förderquote bezeichnet, d. h. die Fördermenge der Flügelzellenpumpe pro Umdrehung. Der Grund dafür ist, dass durch die Änderung der Förderquote in der typischen Anwendung der Flügelzellenpumpe zur Schmiermittelförderung in einem Verbrennungsmotor die einzige Möglichkeit zur Beeinflussung der tatsächlichen zeitlichen Fördermenge, also der Förderleistung im eigentlichen Sinn, liegt. Theoretisch hängt die Förderleistung im eigentlichen Sinne neben der Förderquote auch von der Drehzahl ab. Die ist allerdings durch den Betrieb des Verbrennungsmotors vorgeben und kann damit nicht für eine Anpassung verändert wenden. Wenn die Pumpe ein System mit einer im Wesentlichen konstanten Öffnungsgröße versorgt, wie z. B. ein Kfz-Motorschmiersystem, entspricht eine Veränderung des Ausgabevolumens der Pumpe der Veränderung des von der Pumpe erzeugten Drucks.
Die Fähigkeit zur Veränderung der Förderleistung der Pumpe zur Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtdrucks ist in Umgebungen wie z. B. bei Autoschmierpumpen wichtig, weil dort die Pumpe fest an eine Motorwelle angekoppelt ist und folglich über einen weiten Bereich von Betriebsgeschwindigkeiten betrieben wird. In solchen Umgebungen ist es zur Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtsdrucks bekannt, eine Rückkopplungszufuhr des Arbeitsfluids, bspw. des Schmieröls, von dem Ausgang der Pumpe zu einer an den Steuerring angrenzenden Steuerkammer zu verwenden, wobei der Druck in der Steuerkammer dahingehend wirkt, dass er den Steuerring typischerweise gegen eine Vorspannkraft von einer Rückstellfeder bewegt, um die Kapazität der Pumpe zu verändern.
Wenn der Druck am Ausgang der Pumpe ansteigt, wie z. B. bei sich erhöhender Betriebsdrehzahl der Pumpe, wird der erhöhte Druck auf den Steuerring aufgebracht, um die Vorspannung der Rückstellfeder zu überwinden und den Steuerring zu bewegen, um die Kapazität der Pumpe zu verringern, um somit das Ausgabevolumen und damit den Druck am Ausgang der Pumpe zu reduzieren.
Wenn umgekehrt der Druck am Ausgang der Pumpe fällt, wie z. B. bei sich verringernder Betriebsdrehzahl der Pumpe, ermöglicht das Absinken des Drucks in der an den Steuerring angrenzenden Steuerkammer, dass die Vorspannung der Rückstellfeder den Steuerring in eine Richtung bewegt, in der sich die Kapazität der Pumpe zu erhöht, wodurch letztlich das Ausgabevolumen und damit der Druck der Pumpe erhöht wird. Auf diese Weise wird ein Gleichgewichtsdruck am Ausgang der Pumpe über wechselnde Betriebszustände erzielt.
Der Gleichgewichtsdruck wird durch den Bereich des Steuerrings, gegen den das Arbeitsfluid in der Steuerkammer wirkt, den Druck des Arbeitsfluids, das der Kammer zugeführt wird, und durch die von der Rückstellfeder erzeugte Vorspannungskraft bestimmt.
Herkömmlicherweise wird der Gleichgewichtsdruck so ausgewählt, dass es ein Druck ist, der für den erwarteten Betriebsbereich des Motors annehmbar, und daher eigentlich ein Kompromiss ist, da der Motor möglicherweise in der Lage sein kann, bei niedrigerer Betriebsdrehzahl mit einem niedrigeren Arbeitsfluiddruck annehmbar zu arbeiten, als es bei höheren Motorbetriebsdrehzahlen erforderlich ist. Um übermäßigen Verschleiß zu vermeiden, werden die Motorkonstrukteure einen Gleichgewichtsdruck für die Pumpe auswählen, der dem schlimmsten Fall, d. h. einer hohe Betriebsdrehzahl, angepasst ist. Bei niedrigen Betriebsdrehzahlen wird die Pumpe deshalb mit einer höheren Kapazität als derjenigen arbeiten, die für diese Drehzahlen erforderlich ist, wobei unnötigerweise durch das Pumpen des überflüssigen, unnötigen Arbeitsfluids Energie verschwendet wird.
Es ist wünschenswert, über eine Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung zu verfügen, die mindestens zwei auswählbare Gleichgewichtsdrücke in einem vernünftigen kompakten Pumpengehäuse bereitstellen kann. Es ist außerdem wünschenswert, über eine Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung zu verfügen, in der die Reaktionskräfte auf den Gelenkzapfen für den Steuerring verringert sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer neuartigen Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung, mit der mindestens ein Nachteil des Standes der Technik beseitigt oder gelindert wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung mit einem Steuerring bereitgestellt, der bewegbar ist, um die Kapazität der Pumpe zu verändern, wobei die Pumpe mit mindestens zwei ausgewählten Gleichgewichtsdrücken betreibbar ist, die Folgendes aufweist: Ein Pumpengehäuse mit einer darin angeordneten Pumpenkammer; einen Rotor, der innerhalb der Pumpenkammer drehbar angebracht ist; einen Steuerring, der den Rotor innerhalb der Pumpenkammer umschließt, wobei der Steuerring innerhalb der Pumpenkammer bewegbar ist, um die Kapazität der Pumpe zu verändern; eine erste Steuerkammer zwischen dem Pumpengehäuse und dem Steuerring, wobei die erste Steuerkammer derart betreibbar ist, dass sie druckbeaufschlagtes Fluid aufnehmen kann, um eine Kraft zum Bewegen des Steuerrings zur Verringerung der Förderleistung der Pumpe zu erzeugen; eine zweite Steuerkammer zwischen dem Pumpengehäuse und dem Steuerring, wobei die zweite Steuerkammer derart betreibbar ist, dass sie druckbeaufschlagtes Arbeitsfluid aufnehmen kann, um eine Kraft zum Bewegen des Steuerrings zur Verringerung der Förderleistung der Pumpe zu erzeugen; und eine Rückstellfeder, die zwischen dem Pumpenring und dem Gehäuse wirkt, um den Pumpenring in Richtung einer Position maximaler Förderleistung vorzuspannen, wobei die Rückstellfeder gegen die Kraft der ersten und zweiten Steuerkammern wirkt, um einen Gleichgewichtsdruck herzustellen, und wobei die Zufuhr von druckbeaufschlagtem Arbeitsfluid zu der zweiten Steuerkammer aufgebracht oder entfernt werden kann, um den Gleichgewichtsdruck der Pumpe zu ändern.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung bereitgestellt, die Folgendes aufweist: Ein Pumpengehäuse mit einer darin angeordneten Pumpenkammer; einen Rotor, der innerhalb des Pumpenkammer drehbar angebracht ist; einen Steuerring, der den Rotor innerhalb der Pumpenkammer umschließt, wobei der Steuerring um einen Gelenkzapfen innerhalb der Pumpenkammer bewegbar ist, um die Kapazität der Pumpe zu verändern; eine zwischen dem Pumpengehäuse, dem Steuerring, dem Gelenkzapfen und einer elastischen Dichtung zwischen dem Steuerring und dem Pumpengehäuse festgelegte Steuerkammer, wobei die Steuerkammer derart betreibbar ist, dass sie druckbeaufschlagtes Arbeitsfluid aufnehmen kann, um eine Kraft zum Bewegen des Steuerrings zur Verringerung der Förderleistung der Pumpe zu erzeugen; und eine Rückstellfeder, die zwischen dem Pumpenring und dem Gehäuse wirkt, um den Pumpenring in Richtung einer Position maximaler Förderleistung vorzuspannen, wobei die Rückstellfeder gegen die Kraft der Steuerkammer wirkt, um einen Gleichgewichtsdruck herzustellen, und wobei der Gelenkzapfen und die elastische Dichtung positioniert sind, um den Bereich des Steuerrings innerhalb der Steuerkammer so zu verringern, dass die sich ergebende Kraft, die durch das druckbeaufschlagte Fluid in der Steuerkammer auf den Steuerring ausgeübt wird, verringert wird.
Vorzugsweise ist die Rückstellfeder derart ausgerichtet, dass die von ihr auf den Steuerring aufgebrachte Vorspannungskraft weiterhin die Reaktionskräfte auf den Gelenkzapfen verringert. Ebenfalls vorzugsweise ist die Steuerkammer im Verhältnis zu dem Gelenkzapfen derart positioniert, dass die sich ergebende Kraft die Reaktionskräfte auf dem Gelenkzapfen verringert.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren dargestellt. Dann zeigen:
1 eine Vorderansicht einer Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist, wobei der Steuerring für eine maximale Exzentrizität positioniert;
2 eine perspektivische Vorderansicht der Flügelzellenpumpe von 1 ist, wobei sich der Steuerring in einer Lage mit maximaler für eine maximale Exzentrizität befindet;
3 eine Vorderansicht der Flügelzellenpumpe von 1 ist, wobei sich der Steuerring in einer Lage mit minimaler Rotorexzentrizität befindet, und wobei die Pumpensteuerkammern schraffiert dargestellt sind;
4 eine schematische Darstellung einer Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung nach dem Stand der Technik ist; und
5 eine Vorderansicht der Flügelzellenpumpe von 1 ist, wobei der Rotor und die Flügel entfernt wurden, um die Kräfte innerhalb der Flügelzellenpumpe zu veranschaulichen.
Eine Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 1, 2 und 3 im Allgemeinen mit 20 angegeben.
Unter nun folgender Bezugnahme auf 1, 2 und 3 weist die Flügelzellenpumpe 20 ein Gehäuse oder eine Ummantelung 22 mit einer Stirnseite 24 auf, die mit einer Pumpenabdeckung (nicht dargestellt) und einer passenden Dichtung zu einem Motor (nicht dargestellt) oder dergleichen abgedichtet ist, dem die Flügelzellenpumpe 20 druckbeaufschlagtes Arbeitsfluid zuführen soll.
Die Flügelzellenpumpe 20 weist eine Antriebswelle 28 auf, die von geeigneten Einrichtungen, wie z. B. dem Motor oder einem anderen Mechanismus angetrieben wird. Wenn die Antriebswelle 28 gedreht wird, wird ein innerhalb der Pumpenkammer 36 angeordneter Pumpenrotor 32 mit der Antriebswelle 28 gedreht. Eine Reihe gleitend bewegbarer Flügel 40 dreht sich mit dem Rotor 32, wobei das äußere Ende eines jeden Flügels 40 die Innenfläche der Bohrung in dem Steuerring 44 berührt, die somit die Außenwand der Pumpenkammer 36 ausbildet. Die Pumpenkammer 36 ist durch die Flügel 40 in eine Anzahl von Kammern 48 für das Arbeitsfluid unterteilt, die von der Innenfläche der Bohrung in dem Steuerring 44, dem Rotor 32 und den Flügeln 40 jeweils festgelegt sind. Der Rotor 32 weist eine gegenüber dem Mittelpunkt des Steuerrings 44 exzentrische Drehachse auf.
Der Steuerring 44 ist über einen Gelenkzapfen 52 innerhalb des Gehäuses 22 angebracht, wodurch eine Bewegung des Steuerrings 44 im Verhältnis zu dem Mittelpunkt des Rotors 32 möglich ist. Wenn der Mittelpunkt des Steuerrings 44 im Verhältnis zu dem Mittelpunkt des Rotors 32 exzentrisch angeordnet ist, und das Innere des Steuerrings 44 und des Pumpenrotors 32 jeweils kreisförmig sind, ändert sich das Volumen der Kammern 48, wenn diese sich in der Pumpenkammer 36 herumdrehen, wobei ihr Volumen in der Bewegung auf der Niederdruckseite (die linke Seite der Pumpenkammer 36 in 1) größer und in der Bewegung auf der (die rechte Seite der Pumpenkammer 36 in 1) kleiner wird. Durch diese Volumenänderungen der Kammern 48 wird die Pumpwirkung der Pumpe 20 verursacht, die das Arbeitsfluid von einem Einlassanschluss 50 zu einem Auslassanschluss 54 mitnimmt.
Durch Bewegen des Steuerrings 44 um den Gelenkzapfen 52 herum kann das Maß von dessen Exzentrizität im Verhältnis zu dem Rotor 32 geändert werden, um die Menge zu ändern, mit der sich das Volumen der Kammern 48 von der Niederdruckseite der Pumpe 20 zu der Hochdruckseite der Pumpe 20 ändern kann. Damit lässt sich die Förderleistung der Flügelzellenpumpe im Betrieb ändern. Eine Rückstellfeder 56 spannt den Steuerring 44 in die in 1 und 2 dargestellte Position vor, wobei die Pumpe eine maximale Exzentrizität aufweist.
Wie oben erwähnt, ist es bekannt, eine an einen Steuerring und eine Rückstellfeder angrenzende Steuerkammer vorzusehen, um den Steuerring in eine Lage zu bewegen, in der ein Gleichgewichtsausgabevolumen und ein Gleichgewichtsdruck vorliegt. Dadurch die starke Abhängigkeit des Schmiermittelsdrucks von der Drehzahl der Pumpe, die sich in einem Betrieb mit fester Exzentrizität ergäbe, vermieden.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung weist die Flügelzellenpumpe 20 zwei Steuerkammern 60 und 64 entlang des Steuerrings 44 auf, die am besten durch die Schraffur in 3 zu erkennen sind. Die erste Steuerkammer 60, also der am meisten rechts liegende schraffierte Bereich in 3, ist zwischen dem Gehäuse 22, dem Gelenkzapfen 52 und einer elastischen Dichtung 68 ausgebildet, die auf dem Steuerring 44 und einem Abschnitt der Wand des Gehäuses 22 angeordnet ist. Bei der veranschaulichten Ausführungsform steht die Steuerkammer 60 in direkter Fluidverbindung mit der Druckseite der Flügelzellenpumpe und dem Auslassanschluss 54, so dass das druckbeaufschlagte Arbeitsfluid, das dem Auslassanschluss 54 zugeführt wird, auch in die die Steuerkammer 60 gelangt. Dadurch wird ein übermäßiger Anstieg des Förderdrucks mit der Drehzahl der Flügelzellenpumpe 20 vermieden, wenn diese gegen eine unveränderte Strömungsdrossel wie bspw. das Schmiersystem eines Verbrennungsmotors fördert. Das mit dem Förderdruck der Steuerkammer 60 zugeführt Arbeitsfluid wirkt gegen den Steuerring 44, und wenn die Kraft auf dem Steuerring 44, die von dem Druck der Arbeit unter Druckbeaufschlagung herrührt, ausreichend ist, um die Vorspannungskraft der Rückstellfeder 56 zu überwinden, dreht sich der Steuerring 44 um den Gelenkzapfen 52 herum, wie durch Pfeil 72 in 3 angegeben. Dadurch verringert sich die Exzentrizität der Flügelzellenpumpe 20. Wenn hingegen der Förderdruck nicht ausreicht, um die Vorspannungskraft der Rückstellfeder 56 zu überwinden, dreht sich der Steuerring 44 um den Gelenkzapfen 52 entgegen der durch Pfeil 72 angegebenen Richtung, wodurch die Exzentrizität zunimmt.
Allerdings muss die Steuerkammer 60 nicht notwendig in direkter Fluidverbindung mit dem Auslassanschluss 54 stehen, und kann stattdessen von jeder geeigneten Quelle mit Arbeitsfluid versorgt werden, wie z. B. von einer Ölgalerie in einem Verbrennungsmotor, der von der Flügelzellenpumpe 20 mit Schmiermittel versorgt wird.
Die unter dem ersten Aspekt erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe 20 weist weiterhin eine zweite Steuerkammer 64 auf, den am meisten links liegenden schraffierten Bereich in 3, der zwischen dem Gehäuse 22, dem Steuerring 44, einer elastischen Dichtung 68 und einer zweiten elastischen Dichtung 76 ausgebildet ist. Die elastische Dichtung 76 liegt an der Wand der Gehäuses 22 an, um die Steuerkammer 64 von dem Pumpeneinlass 50 zu trennen. Die elastische Dichtung 68 trennt die Kammer 64 von der Kammer 60.
In einem Schmiersystem wird der Steuerkammer 64 druckbeaufschlagtes Arbeitsfluid über einen Steueranschluss 80 zugeführt. Dieses druckbeaufschlagte Arbeitsfluid kann von jeder geeigneten Quelle, einschließlich dem Auslassanschluss 54 und einer Ölgalerie in einem Verbrennungsmotor oder einer anderen aus der Flügelzellenpumpe 20 versorgten Vorrichtung zugeführt werden. Ein Steuermechanismus (nicht dargestellt) wie z. B. ein magnetbetätigtes Ventil oder ein Umleitmechanismus wird verwendet, um das Arbeitsfluid selektiv der Steuerkammer 64 über den Steueranschluss 80 zuzuführen. So wie dies bei Steuerkammer 60 der Fall ist, wirkt druckbeaufschlagtes Arbeitsfluid, das der Steuerkammer 64 von dem Steueranschluss 80 zugeführt wird, gegen den Steuerring 44.
Erkennbar kann die vorangehend beschriebene Flügelzellenpumpe 20 auf herkömmliche Weise arbeiten, um einen Gleichgewichtsdruck zu erreichen, wenn druckbeaufschlagtes Arbeitsfluid, das dem Auslassanschluss 54 zugeführt wird, die Steuerkammer 60 füllt. Wenn der Gleichgewichtsdruck des Arbeitsfluids großer als der Gleichgewichtsdruck ist, dann überwindet die Kraft, die durch den Druck des über den Abschnitt von Steuerring 44 zugeführten Arbeitsfluids innerhalb der Kammer 60 die Kraft der Rückstellfeder 56, um den Pumpenring 44 zu bewegen, um die Förderleistung 20 zu verringern. Wenn umgekehrt der Druck des Arbeitsfluids geringer als der Gleichgewichtsdruck ist, dann überwindet die Rückstellfeder 56 die Kraft, die durch den Druck des über den Abschnitt von Steuerring 44 zugeführten Arbeitsfluids innerhalb der Kammer 60 erzeugt wird, und die Rückstellfeder 56 wird den Pumpenring 44 bewegen, um die Exzentrizität und damit die Förderleistung zu erhöhen.
Anders als die herkömmlichen Flügelzellenpumpen ist die vorangehend beschriebene mit einem zweiten Gleichgewichtsdruck betreibbar. Durch die selektive Zufuhr von druckbeaufschlagtem Arbeitsfluid zu der Steuerkammer 64 über Steueranschluss 80 kann ein zweiter Gleichgewichtsdruck ausgewählt werden. So kann z. B. ein magnetbetätigtes Ventil, das durch ein Motorsteuerungssystem gesteuert wird, der Steuerkammer 64 über Steueranschluss 80 druckbeaufschlagtes Arbeitsfluid derart zuführen, dass die durch das Arbeitsfluid erzeugte Kraft auf dem relevanten Bereich des Steuerrings 44 innerhalb der Kammer 64 zu der Kraft hinzugefügt wird, die von dem druckbeaufschlagten Arbeitsfluid in der Steuerkammer 60 erzeugt wird, wodurch der Steuerring 44 weiter bewegt wird, als dies ansonsten der Fall wäre, um einen neuen niedrigeren Gleichgewichtsdruck für die Pumpe 20 zu erzeugen.
Beispielsweise kann in einem Schmiermittelfördersystem druckbeaufschlagtes Arbeitsfluid bei niedrigen Betriebsdrehzahlen des Verbrennungsmotors und der davon angetriebenen Flügelzellenpumpe beiden Kammern 60 und 64 zugeführt werden, und der Pumpenring 44 wird in eine Position bewegt, in der die Förderleistung der Flügelzellenpumpe einen ersten niedrigeren Gleichgewichtsdruck erzeugt, der bei niedrigen Betriebsdrehzahlen annehmbar ist.
Wenn die Flügelzellenpumpe 20 mit höheren Drehzahlen angetrieben wird, weil der Verbrennungsmotor mit höherer Drehzahl läuft, kann der Steuermechanismus so wirken, dass die Zufuhr von druckbeaufschlagtem Arbeitsfluid zu der Steuerkammer 64 angehalten wird, wodurch der Pumpenring 44 über die Rückstellfeder 56 bewegt wird, um einen zweiten Gleichgewichtsdruck für die Pumpe 20 aufzubauen, wobei der zweite Gleichgewichtsdruck höher als der erste Gleichgewichtsdruck ist.
Obwohl die Steuerkammer 60 bei der veranschaulichten Ausführungsform in direkter Fluidverbindung mit dem Auslassanschluss 54 steht, ist für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich, dass die Konstruktion der Steuerkammer 60 derart abgeändert werden kann, dass sie von einem Steueranschluss ähnlich wie von Steueranschluss 80 mit druckbeaufschlagtem Arbeitsfluid, anstatt von dem Auslassanschluss 54 versorgt wird. In einem solchen Fall kann ein Steuermechanismus (nicht dargestellt) wie z. B. ein magnetbetätigtes Ventil oder ein Umleitmechanismus verwendet werden, um das Arbeitsfluid selektiv der Kammer 60 über den Steueranschluss zuzuführen. Wenn sich der Bereich des Steuerrings 44 innerhalb jeder der Steuerkammern 60 und 64 unterscheidet, indem der Steuerkammer 60, der Steuerkammer 64 oder beiden Steuerkammern 60 und 64 selektiv druckbeaufschlagtes Arbeitsfluid zugeführt wird, können wenn gewünscht drei unterschiedliche Gleichgewichtsdrücke aufgebaut werden.
Wie für Fachleute auf diesem Gebiet ebenfalls ersichtlich ist, können dann, wenn zusätzliche Gleichgewichtsdrücke erwünscht sein sollten, Pumpengehäuse 22 und Steuerring 44 so gefertigt werden, dass sie je nach Notwendigkeit eine oder mehrere zusätzliche Steuerkammern ausbilden.
Die Flügelzellenpumpe 20 bietet unter einem anderen Aspekt einen weiteren Vorteil gegenüber herkömmlichen Flügelzellenpumpen wie die in 4 dargestellte Pumpe 200. Bei herkömmlichen Flügelzellenpumpen wie der Pumpe 200 übt das Niederdruckfluid 204 in der Pumpenkammer eine Kraft auf den Pumpenring 216 aus, wie dies das Hochdruckfluid 208 in der Pumpenkammer tut. Diese Kräfte haben eine bedeutende Nettokraft 212 auf dem Steuerring 216 zum Ergebnis, und diese Kraft wird in großen Umfang von dem Gelenkzapfen 220 getragen, der an dem Punkt angeordnet ist, an dem die Kraft 212 wirkt.
Weiterhin hat das Hochdruckfluid, das innerhalb des Auslassanschlusses 224 (mit gestrichelten Linien angegeben) wirkt, bzw. über den Bereich des Pumpenrings 216 zwischen dem Gelenkzapfen 220 und der elastischen Dichtung 222 wirkt, auch eine bedeutende Kraft 228 auf dem Steuerring 216 zum Ergebnis. Während die Kraft 228 durch die Kraft 232 der Rückstellfeder 56 etwas versetzt wird, kann das Netto der Kräfte 228 minus Kraft 232 immer noch bedeutend sein, und diese Nettokraft kann ebenfalls in großem Umfang von Gelenkzapfen 220 getragen wenden.
Somit trägt der Gelenkzapfen 220 große Reaktionskräfte 240 und 244, um jeweils den Nettokräften 212 und 228 entgegenzuwirken, und diese Kräfte können einen nicht erwünschten Verschleiß des Gelenkzapfens 220 im Laufe der Zeit und/oder ”Haftreibung” des Steuerrings 216 zum Ergebnis haben, wobei er sich nicht reibungslos um den Gelenkzapfen 220 dreht, wodurch eine Feinsteuerung der Pumpe 200 schwieriger erreichbar ist.
Wie in 5 dargestellt, haben die Niederdruckseite 300 und die Hochdruckseite 304 der Pumpe 20 eine Nettokraft 308 zum Ergebnis, die fast direkt auf dem Gelenkzapfen 52 aufgebracht wird, und eine entsprechende Reaktionskraft, die als eine Horizontalkraft 312 (im Verhältnis zu der in der Figur dargestellten Ausrichtung) dargestellt ist, wird auf dem Gelenkzapfen 52 erzeugt. Anders als bei herkömmlichen Flügelzellenpumpen mit variabler Förderleistung, wie z. B. Pumpe 200, ist bei der Pumpe 20 die elastische Dichtung 68 relativ nah an dem Gelenkzapfen 52 angeordnet, um den Bereich des Steuerrings 44 zu verringern, auf den das druckbeaufschlagte Arbeitsfluid in der Steuerkammer 60 wirkt, und somit um die Größenordnung der auf dem Steuerring 44 erzeugten Kraft 316 bedeutend zu verringern.
Weiterhin ist die Steuerkammer 60 derart positioniert, dass die Kraft 316 eine Horizontalkomponente aufweist, die gegen die Kraft 308 wirkt, und somit die Reaktionskraft 312 auf dem Gelenkzapfen 52 verringert. Die Vertikalkomponente der Kraft 316 (im Verhältnis zu der in der Figur dargestellten Ausrichtung) hat eine vertikale Reaktionskraft 320 auf dem Gelenkzapfen 52 zum Ergebnis, wobei die Kraft 316 jedoch wie oben erwähnt, eine geringere Größenordnung aufweist, als dies bei herkömmlichen Pumpen der Fall wäre, und die vertikale Reaktionskraft 320 wird ebenfalls durch eine Vertikalkomponente 324 verringert, die von der Rückstellfeder 56 erzeugt wird.
Daher hat die einzigartige Positionierung der Steuerkammer 60 und der Rückstellfeder 56 im Verhältnis zu dem Gelenkzapfen 52 verringerte Reaktionskräfte auf dem Gelenkzapfen 52 zum Ergebnis, und kann die Betriebslebensdauer der Flügelzellenpumpe 20 verlängern, und die ”Haftreibung” des Steuerrings 44 verringern, um eine sanftere Regelung der Flügelzellenpumpe 20 zu ermöglichen. Wie für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich sein wird, ist diese einzigartige Positionierung nicht auf die Verwendung bei Flügelzellenpumpen mit variabler Förderleistung mit zwei oder mehr Gleichgewichtsdrücken beschränkt, sondern kann mit demselben Erfolg auch bei Flügelzellenpumpen mit variabler Förderleistung mit einem einzigen Gleichgewichtsdruck verwendet werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sollen Beispiele der vorliegenden Erfindung sein, wobei Veränderungen und Abänderungen von Fachleuten auf diesem Gebiet daran vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, der ausschließlich durch die diesem Dokument beigefügten Ansprüche festgelegt ist.

Claims

Flügelzellenpumpe (20) mit variabler Förderleistung aufweisend ein Pumpengehäuse (22), das eine Pumpenkammer (36) mit einem Einlass- (50) und einem Auslassanschluss (54) vorgibt, einen innerhalb der Pumpenkammer (36) zur Veränderung der Fördermenge bewegbaren Steuerring (44), einen Rotor, der innerhalb des Steuerrings (44) drehbar gelagert ist und eine Mehrzahl verschiebbar gehaltener Flügel (40) aufweist, die gegen eine Bohrung des Steuerrings anliegen, wobei die Drehachse des Rotors (32) gegenüber dem Zentrum der Bohrung des Steuerrings (44) exzentrisch ist, wodurch bei einer Drehung des Rotors (32) eine Förderung des Fluids von dem Einlassanschluss (50) zu dem Auslassanschluss (54) bewirkbar ist, eine erste Steuerkammer (60) zwischen dem Gehäuse (22) und dem Steuerring (44), wobei die erste Steuerkammer (60) dazu eingerichtet ist, ein druckbeaufschlagtes Fluid aufzunehmen, um eine Kraft zum Bewegen des Steuerrings (44) zur Verringerung der Förderleistung der Pumpe (20) zu erzeugen; eine zweite Steuerkammer (64) zwischen dem Gehäuse (22) und dem Steuerring (44), wobei die zweite Steuerkammer (64) dazu eingerichtet ist, bei Zufuhr eines druckbeaufschlagten Fluids eine Kraft zum Bewegen des Steuerrings (44) zur Verringerung der Förderleistung zu erzeugen; und eine Rückstellfeder (56), die zwischen dem Steuerring (44) und dem Gehäuse (36) wirkt, um den Steuerring (44) zu einer Position maximaler Förderleistung vorzuspannen, wobei die Rückstellfeder (56) gegen die Kraft der ersten und zweiten Steuerkammer (60, 64) wirkt, um einen Gleichgewichtsdruck herzustellen.
Flügelzellenpumpe (20) mit variabler Förderleistung nach Anspruch 1, wobei die erste Steuerkammer (60) mit der Druckseite oder dem Auslassanschluss (54) dauernd in Fluidverbindung steht.
Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Steuerkammer (64) durch das Gehäuse (22) ausgebildet ist, wobei der Steuerring (44) und erste und zweite elastische Dichtungen (68, 76) zwischen dem Steuerring (44) und dem Gehäuse (22) wirken.
Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Zufuhr von druckbeaufschlagtem Fluid auf eine oder beide der ersten und zweiten Steuerkammern (60, 64) aufgebracht werden kann, um aus drei Gleichgewichtsdrücken für die Pumpe (20) eine Auswahl zu treffen.
Flügelzellenpumpe (20) mit variabler Förderleistung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die weiterhin eine dritte Steuerkammer aufweist, die dazu eingerichtet ist, bei Zufuhr eines druckbeaufschlagten Fluids eine Kraft zum Bewegen des Steuerrings mit der Folge einer Verringerung der Förderleistung zu erzeugen.
Schmiermittelfördersystem für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine Flügelzellenpumpe (20) mit variabler Förderleistung nach Anspruch 1, wobei der ersten Steuerkammer (60) druckbeaufschlagtes Fluid dauernd zugeführt wird, wenn die Flügelzellenpumpe (20) in Betrieb ist, und einer zweiten Steuerkammer (64) druckbeaufschlagtes Fluid nur als Reaktion auf ein Signal von einem Steuersystem zugeführt wird.
Flügelzellenpumpe (20) mit variabler Förderleistung, aufweisend ein Gehäuse (22) mit einer darin angeordneten Pumpenkammer (36), einen Rotor (32), der innerhalb der Pumpenkammer (22) drehbar angebracht ist, eine Mehrzahl gleitend angebrachter Flügel (40) auf dem Rotor (32), einen Steuerring (44), der den Rotor (32) innerhalb der Pumpenkammer (36) umschließt, wobei die Drehachse des Rotors (32) gegenüber einem Mittelpunkt der Bohrung des Steuerrings (44) exzentrisch ist, wobei der Steuerring (44) um einen Gelenkzapfen (52) innerhalb der Pumpenkammer (36) zum Verändern der Förderleistung bewegbar ist, eine zwischen dem Gehäuse (22), dem Steuerring (44), dem Gelenkzapfen (52) und einer elastischen Dichtung (68, 76) zwischen dem Steuerring und dem Pumpengehäuse festgelegte Steuerkammer (60), die dazu eingerichtet ist bei Zufuhr eines druckbeaufschlagten Fluids eine Kraft zum Bewegen des Steuerrings (44) mit dem Ergebnis einer Verringerung der Förderleistung zu erzeugen; und eine Rückstellfeder (56), die zwischen dem Steuerring (44) und dem Gehäuse (36) wirkt, um den Steuerring (44) in Richtung einer Position maximaler Förderleistung vorzuspannen, wobei die Rückstellfeder (56) gegen die Kraft der Steuerkammer (60, 64) wirkt, um einen Gleichgewichtsdruck herzustellen, und wobei der Gelenkzapfen (52) und die elastische Dichtung (68, 76) positioniert sind, um den Bereich des Steuerrings (44) innerhalb der Steuerkammer so zu verringern, dass die sich ergebende Kraft, die durch das druckbeaufschlagte Arbeitsfluid in der Steuerkammer (60, 64) auf den Steuerring (44) ausgeübt wird, verringert wird.
Flügelzellenpumpe (20) mit variabler Förderleistung nach Anspruch 8, wobei die Rückstellfeder (56) derart ausgerichtet ist, dass die von ihr auf den Steuerring (44) aufgebrachte Vorspannungskraft weiterhin die Reaktionskräfte auf dem Gelenkzapfen (52) verringert.
Flügelzellenpumpe (20) mit variabler Förderleistung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Steuerkammer (44) im Verhältnis zu dem Gelenkzapfen (52) derart positioniert ist, dass die sich ergebende Kraft die Reaktionskräfte auf den Gelenkzapfen (52) verringert.