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Die
Erfindung betrifft eine Rollenzellenpumpe und insbesondere eine
Rollenzellenpumpe, die zum Pumpen von Fluid in einem stufenlosen
Automatikgetriebe (CVT – continuously
variable automatic transmission) für Kraftfahrzeuge geeignet ist,
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Solch eine Rollenzellenpumpe ist aus der
EP 0 921 314 oder aus der
US-A-3025802 bekannt
und soll Automatikgetriebefluid in hydraulisch gesteuerten und/oder
betätigten stufenlosen
Getrieben für
Kraftfahrzeuge pumpen. Insbesondere kann in einem stufenlos verstellbaren Umschlingungsautomatikgetriebe
ein größerer Fluidstrom
mit einem hohen Druck zur Steuerung des Getriebes erforderlich sein.
Die bekannte Pumpe kann mit mehreren Pumpeneinheiten versehen sein,
wobei eine Pumpeneinheit eine funktionale Pumpeneinheit ist, das
heißt
einen Saugabschnitt, in dem Fluid in die Pumpe gesaugt wird, und
einen Austrittsabschnitt, in dem Fluid aus der Pumpe ausgetragen wird,
aufweist. Da die Pumpe in der Regel durch eine Hauptantriebswelle
des Fahrzeugs angetrieben wird, ist sie so ausgeführt, dass
sie einen gewünschten Pumpertrag,
das heißt
einen gewünschten
Fluidstrom, selbst bei niedrigster Drehzahl der Antriebswelle, zum
Beispiel Leerlaufdrehzahl, bereitstellen kann. Gleichzeitig ist
die Pumpe so ausgeführt,
dass sie zuverlässig
längerem
Betrieb bei höchster
Drehzahl der Antriebswelle standhalten kann.
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Die
bekannte Pumpe ist mit einem Pumpengehäuse versehen, das einen im
Wesentlichen zylindrischen Träger,
der um eine mittlere Achse drehbar ist, und einen den Träger in Radialrichtung
umfassenden Nockenring aufnimmt, wobei ein Zwischenraum in Radialrichtung
zwischen dem Träger
und dem Nockenring entlang einem Umfang des Nockenrings variiert.
Der Träger
ist mit mehreren Schlitzen ausgebildet, die von der radial äußeren Fläche des Trägers nach
innen verlaufen und von denen zumindest einige ein Rollenelement
verschiebbar aufnehmen. Der Träger
ist mittels einer sich koaxial zur mittleren Achse durch den Träger erstreckenden
Pumpenwelle drehbar. Die Pumpenwelle wird im Gehäuse an axialen Seiten des Trägers gestützt, wobei
das Gehäuse
eine Lagerfläche
für die
Pumpenwelle bereitstellt. Zwischen dem Träger und dem Pumpengehäuse besteht
infolge eines dazwischen eingeführten axialen
Zwischenraums ein kleiner Spalt, der es dem Träger gestattet, sich bezüglich des
Gehäuses
zu drehen. Des Weiteren ermöglicht
der Spalt einen Schmierstrom vom Austrittsabschnitt einer Pumpeneinheit
zur Lagerfläche
zu dessen Schmierung. Es sei darauf hingewiesen, dass der Spalt
infolgedessen einen Leckstrom vom Hochdruck-Austrittsabschnitt zum
Niederdruck-Saugabschnitt ermöglicht,
der die Pumpenleistung beeinträchtigt.
In der Regel wird der axiale Zwischenraum deshalb bei einer gegebenen Schmiermenge
so klein wie möglich
eingestellt.
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Die
bekannte Pumpe ist mit dem Nachteil behaftet, dass sich der Träger bezüglich des
Pumpengehäuses
unter dem Einfluss von zum Beispiel mechanischen Stößen, Änderungen
der Drehzahl oder Änderungen
des Fluiddrucks am Austrittsabschnitt leicht neigen kann. Insbesondere
wenn die Pumpenwelle relativ lang ist, kann es zu einer wesentlichen Bewegung
des Trägers
kommen. Eine Drehung des Trägers
bewirkt eine Änderung
des Spalts entlang seinem Umfang. An einer Stelle, an der der Zwischenraum
groß ist,
wird auch der Leckstrom groß sein,
wodurch die volumetrische Leistung der Pumpe nachteilig beeinflusst
wird, während
an einer Stelle, an der der Zwischenraum klein ist oder möglicherweise
gar nicht existiert, Reibung zwischen dem Träger und dem Gehäuse groß ist, wodurch
die mechanische Pumpleistung wieder nachteilig beeinflusst wird.
An einer Stelle, an der kein Spalt existiert, kann des Weiteren
Verschleiß des
Pumpengehäuses
und des Trägers
zu einem Problem werden.
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Der
oben erwähnte
Nachteil der bekannten Pumpe ist besonders relevant, wenn das Pumpengehäuse aus
einem leichten und/oder weichen Material, wie zum Beispiel Aluminium,
hergestellt ist, bei dem es sich in der Regel auch um ein duktiles
Material handelt, und/oder wenn der Träger starr an der Pumpenwelle
befestigt ist. In solchen Fällen
kann die Bewegung des Trägers
relativ leicht auftreten, wodurch bewirkt wird, dass sich die Breite
des Spalts entlang dem Umfang des Trägers stark ändert.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass aus der
US-A-3026802 bekannt ist, die Pumpe mit einer
fest im Pumpengehäuse
angebrachten Lagerbüchse,
die die Pumpenwelle stützt,
zu versehen. Des Weiteren ist aus der deutschen Patentveröffentlichung
DE-A-19827932 bekannt,
eine Schmiernut an einer Stelle an der Innenfläche der Lagerbüchse vorzusehen,
damit Öl
in den Kontaktbereich zwischen der Pumpenwelle und der Lagerbüchse gelangen
kann.
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Bei
der erfindungsgemäßen Pumpe
ist ebenfalls eine getrennte Lagerbüchse vorgesehen, die die Pumpenwelle
im Pumpengehäuse
aufnimmt und eine Lagerfläche
für die
Drehung der Welle bereitstellt. Das Vorsehen der Lagerbüchse versteift
die Konstruktion der Pumpenwelle und verringert dadurch die Bewegung
der Pumpenwelle. Die Lagerbüchse
ist vorzugsweise aus einem weniger duktilen Material als Aluminium
hergestellt, wie aus Kupfer. Weiterhin wird bevorzugt, dass die
Lagerbüchse
in Radialrichtung eng um die Pumpenwelle herum passt. Beide Merkmale
weisen den Vorteil auf, dass die Bewegungsfreiheit der Pumpenwelle
eingeschränkt
ist. Weiterhin kann es von Vorteil sein, eine Lagerbüchse an
beiden axialen Enden des Trägers vorzusehen.
Auf diese Weise wird eine stabile Konfiguration des Pumpengehäuses, der
Pumpenwelle und des Trägers
erreicht.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Verbesserung der
Pumpenleistung der bekannten Rollenzellenpumpe. Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe mit der durch die kennzeichnenden Merkmale von
Anspruch 1 definierten Rollenzellenpumpe erreicht. Gemäß der Erfindung
ist die Lagerbüchse
an ihrer radialen Innenfläche
mit einer Schmiernut versehen, die vorzugsweise eine im Wesentlichen
längliche
Form mit einer Längsachse aufweist,
damit Fluid zwischen der Lagerbüchse
und der Pumpenwelle eindringen kann, wobei die Schmiernut vornehmlich
in einem Bereich von tangentialen Positionen angeordnet ist, wo
ein Kontaktdruck zwischen der Pumpenwelle und der Lagerbüchse relativ
gering ist, so dass der Kontakt zwischen der Pumpenwelle und der
Lagerbüchse
an der Stelle, an der der Kontaktdruck am größten ist, nicht gestört zu werden
braucht. Vorzugsweise beginnt die Nut an einem axialen Ende der
Lagerbüchse
am nächsten
zum Träger
und verläuft
mit ihrer Längsachse
ausgerichtet in einer Richtung mit einer Axialkomponente weiter.
Die Schmiernut gestattet einen Schmierfluidstrom zwischen der Pumpenwelle
und der Lagerbüchse,
selbst wenn die Lagerbüchse
relativ eng um die Welle herum passt. Die Schmiernut kann die gesamte
axiale Länge
der Lagerbüchse überspannen.
Um eine wesentliche Fluidverbindung mit der Umgebung zu verhindern,
wird jedoch bevorzugt, dass die Schmiernut in einem bestimmten Abstand
vom axialen Ende der Lagerbüchse
gegenüber dem
axialen Ende der Lagerbüchse,
die dem Träger am
nächsten
ist, endet. Wenn die Schmiernut in einem Winkel bezüglich der
Axialrichtung ausgerichtet ist, wird das Schmierfluid über mindestens
einen Teil eines Umfangs der Pumpenwelle verteilt. Zur optimalen
Verteilung des Schmierfluids ist der Winkel so eingestellt, dass
sich die Schmiernut in der Drehrichtung der Pumpenwelle erstreckt.
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Wie
oben erwähnt,
ist die Pumpe mit einem oder mehreren Niederdruck-Saugabschnitten
und einem oder mehreren Hochdruck-Austrittsabschnitten versehen,
wobei diese Abschnitte abwechselnd entlang dem Umfang des Nockenrings
angeordnet sind. Wenn die Drücke ungleichmäßig entlang
dem Umfang verteilt werden, wirkt eine Nettokraft auf den Träger und
auf die Pumpenwelle in einer spezifischen tangentialen Position,
wobei die Nettokraft die Pumpenwelle in einer allgemein radialen
Richtung drückt. Wenn
die Pumpe mit einer einzigen Pumpeneinheit versehen ist oder wenn
die Pumpeneinheiten zueinander verschiedene Austrittsdrücke aufweisen,
ist der Kontaktdruck zwischen der Pumpenwelle und der Lagerbüchse in
Abhängigkeit
von der tangentialen Position ungleichmäßig verteilt und variiert zwischen einem
höchsten
Wert in einer tangentialen Position im Wesentlichen gegenüber einer
tangentialen Position des Austrittsabschnitts mit dem höchsten Austrittsdruck
und einem niedrigsten Wert in einer tangentialen Position, die im
Wesentlichen der tangentialen Position des Austrittsabschnitts mit
dem höchsten
Austrittsdruck entspricht.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung solch einer Ausführungsform beginnt die Schmiernut
in einer tangentialen Position des Austrittsabschnitts, wo der vorherrschende
Druck einen Maximalwert aufweist, wobei eine tangentiale Position,
die einem mittleren Teil des Abschnitts entspricht, besonders geeignet ist.
Wenn in solch einem Fall die Längsachse
der Schmiernut in einem Winkel bezüglich der Axialrichtung ausgerichtet
ist, wird bevorzugt, dass eine Länge
der Schmiernut und/oder der Winkel so ausgewählt wird bzw. werden, dass
sie sich in der tangentialen Richtung über einen Winkel erstreckt,
der ungefähr π minus 1/2π geteilt
durch die Anzahl von Pumpeneinheiten der Pumpe entspricht. Dank
dieser Maßnahme
erstreckt sich die Schmiernut nicht in den Bereich tangentialer
Positionen, wo der Kontaktdruck am größten ist.
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Bei
noch einer anderen Weiterentwicklung der Pumpe gemäß der Erfindung
ist die Lagerbüchse mit
einer Verteilnut an ihrer Innenfläche versehen, die eine im Wesentlichen
längliche
Form mit einer Längsachse aufweist,
welche im Wesentlichen axial ausgerichtet ist und schneidet
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung solch einer Ausführungsform beginnt die Schmiernut
in einer tangentialen Position des Austrittsabschnitts, wo der vorherrschende
Druck einen Maximalwert aufweist, wobei eine tangentiale Position,
die einem mittleren Teil des Abschnitts entspricht, besonders geeignet ist.
Wenn in solch einem Fall die Längsachse
der Schmiernut in einem Winkel bezüglich der Axialrichtung ausgerichtet
ist, wird bevorzugt, dass eine Länge
der Schmiernut und/oder der Winkel so ausgewählt wird bzw. werden, dass
sie sich in der tangentialen Richtung über einen Winkel erstreckt,
der ungefähr π minus 1/2π geteilt
durch die Anzahl von Pumpeneinheiten der Pumpe entspricht. Dank
dieser Maßnahme
erstreckt sich die Schmiernut nicht in den Bereich tangentialer
Positionen, wo der Kontaktdruck am größten ist.
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Bei
noch einer anderen Weiterentwicklung der Pumpe gemäß der Erfindung
ist die Lagerbüchse mit
einer Verteilnut an ihrer Innenfläche versehen, die eine im Wesentlichen
längliche
Form mit einer Längsachse
aufweist, welche im Wesentlichen axial ausgerichtet ist und die
Längsachse
der Schmiernut schneidet, um die Verteilung des Schmierfluids weiter
zu verbessern. Die Verteilnut kann sich über einen wesentlichen Teil
einer Axialabmessung der Lagerbüchse
erstrecken. Es wird jedoch bevorzugt, wenn ein Abstand von mindestens
1/4 der Axialabmessung zwischen einem axialen Ende der Lagerbüchse und der
Verteilnut bleibt, um die Verbindung von Schmierfluid zwischen der
Verteilnut und der Umgebung zu begrenzen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die in den Figuren
gezeigten nicht einschränkenden
Ausführungsbeispiele
der Erfindung ausführlicher
erläutert.
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1 ist
ein Axialquerschnitt der bekannten Rollenzellenpumpe in einer axialen
Position unmittelbar neben dem Träger;
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2 ist
ein tangentialer Querschnitt der bekannten Pumpe;
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3 ist
ein tangentialer Querschnitt einer Rollenzellenpumpe gemäß der Erfindung;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht einer Lagerbüchse für die Rollenzellenpumpe gemäß der Erfindung;
-
5 ist
eine Draufsicht der Innenfläche
einer Lagerbüchse
gemäß der Erfindung.
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Die 1 und 2 zeigen
einen Axialquerschnitt bzw. einen Tangentialquerschnitt der bekannten
Rollenzellenpumpe. Die bekannte Pumpe umfasst ein Pumpengehäuse 12
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Pumpenwelle 5 erstreckt
sich in Axialrichtung durch den Träger 4 und wird an
einer ihrer axialen Seiten im Pumpengehäuse 12 gestützt, wobei das
Gehäuse 12 eine
Lagerfläche
bildet. Die Pumpenwelle 5 ist mittels eines Keils 3 am
Träger 4 befestigt.
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Im
Betrieb der Pumpe definieren der Träger 4, der Nockenring 2 und
die Rollenelemente 7 mehrere Pumpenkammern 13,
die durch die Innenflächen 23 und 14 der äußeren Pumpengehäuseteile 8 bzw. 9 in
Axialrichtung begrenzt werden und die durch eine oder mehrere mehrerer
Versorgungsöffnungen 11 und 16 mit
einer Versorgungsleitung 24 im Pumpengehäuse 12 für Hydraulikfluid
und durch eine oder mehrere mehrerer Austrittsöffnungen 17 und 18 mit
einer (nicht gezeigten) Austrittsleitung im Pumpengehäuse 12 für Hydraulikfluid
in Verbindung treten können.
Wenn der Träger 4 im
Betrieb der Pumpe gedreht wird, wird, wie aus 1 hervorgeht,
eine Oberfläche
der Pumpenkammern 13 in Axialrichtung gesehen zyklisch
vergrößert und
verkleinert. Demgemäß wird auch
ein Volumen der Pumpenkammern 13 zyklisch vergrößert und
verkleinert, so dass einerseits Fluid aus der Versorgungsleitung
in die Pumpenkammer 13 gesaugt wird, wenn sich ihr Volumen vergrößert, das
heißt
an der Stelle eines so genannten Niederdruck-Pumpenabschnitts L,
und andererseits Fluid aus der Pumpenkammer 13 herausgepresst
wird, wenn sich ihr Volumen verkleinert, das heißt an der Stelle eines so genannten
Hochdruck-Pumpenabschnitts
H.
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3 ist
ein Tangentialquerschnitt einer Ausführungsform der Rollenzellenpumpe
gemäß der Erfindung.
In dieser Figur sind ähnliche
Pumpenteile mit der gleichen Bezugszahl versehen wie in den 1 und 2.
Auf beiden axialen Seiten des Trägers 4 ist
eine Lagerbüchse 30 im
Pumpengehäuse 12 vorgesehen,
durch die sich die Pumpenwelle 5 in Axialrichtung erstreckt.
Die Lagerbüchsen 30 stellen eine
Lagerfläche
zur Drehung der Pumpenwelle 5 bereit und versteifen des
Weiteren die Konstruktion der Pumpe. An einem axialen Ende 33 der
Lagerbüchse 30 am
nächsten
zum Träger 4 sind
die Büchsen 30 mit
einem Hakenteil 38 versehen, der durch eine radial nach
außen
ausgerichtete Verdickung gebildet wird, die mit dem Pumpengehäuse 12 dahingehend zusammenwirkt,
eine Axialbewegung der Lagerbüchsen 30 bezüglich des
Pumpengehäuses 12 zu
verhindern. Schmierfluid wird einem (nicht gezeigten) Spalt zwischen
der radialen Innenfläche
der Büchsen 30 und
der radialen Außenfläche der
Pumpenwelle 5 von einem im Wesentlichen ringförmigen Hohlraum 39 im
Pumpengehäuse 12 zugeführt. Hier
wird der Hohlraum 39 durch den Träger 4, die Pumpenwelle 5 und
die Lagerbüchse 30 begrenzt.
Im Hohlraum 39 herrscht ein erhöhter Fluiddruck infolge eines
Leckstroms aus den Pumpenkammern 13, insbesondere den Kammern 13 an
der Stelle des Hochdruck-Pumpenabschnitts H, in den Hohlraum 39.
Diese Leckage wird durch einen (nicht gezeigten) kleinen Spalt zwischen
dem Gehäuse 12 und
dem Träger 4 ermöglicht,
wobei dieser Spalt es dem Träger 4 gestattet, sich
in dem Gehäuse 12 zu
drehen. Der ringförmige Hohlraum 39 bildet
vorteilhafterweise ein Behältnis für Schmierfluid
auf einem erhöhten
Druck, wobei von dem Hohlraum 39 die Grenzfläche zwischen
der Pumpenwelle 5 und den Büchsen 30 zuverlässig mit Schmierung
versorgt wird.
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Die 4 und 5 sind
zwei Ansichten einer Ausführungsform
der Lagerbüchse 30,
wobei 4 eine perspektivische Ansicht und 2 eine Draufsicht
einer radialen Innenfläche
der Büchse 30 ist.
In 5 zeigen die Strichlinien schematisch die äußeren Ränder des
Trägers 4 und
der Welle 5. Bei der Ausführungsform nach den 4 und 5 ist die
Lagerbüchse 30 an
ihrer radialen Innenfläche
mit einer Schmiernut 31 mit im Wesentlichen länglicher Form
mit einer Längsachse 32 versehen,
wobei die Schmiernut 31 an einem axialen Ende 33 der
Lagerbüchse 30 am
nächsten
zum Träger 4 beginnt
und mit ihrer Längsachse 32 in
einem Winkel von ca. 60 Grad auf die Axialrichtung ausgerichtet
weiter verläuft,
so dass sie sich in Drehrichtung 50 der Pumpenwelle in
tangentialer Richtung erstreckt. Die Schmiernut 31 gestattet
einen Schmierfluidstrom zwischen der Pumpenwelle 5 und
der Lagerbüchse, selbst
wenn die Lagerbüchse 30 relativ
eng um die Welle 5 herum passt. Um eine wesentliche Fluidverbindung
mit der Umgebung zu verhindern, endet die Schmiernut 31 in
einem bestimmten Abstand von einem axialen Ende 34 der
Lagerbüchse
gegenüber dem
axialen Ende 33 der Lagerbüchse 30 am nächsten zum
Träger 4.
Wie in 5 gezeigt, ist die Lagerbüchse 30 so ausgerichtet,
dass sie in einer tangentialen Position eines Austrittsabschnitts
H1 der Pumpe beginnt, in der der herrschende Druck einen Maximalwert
aufweist, und in tangentialer Richtung durch einen Saugabschnitt
L bis zur tangentialen Position eines Austrittsabschnitts H2 weiter
verläuft,
in der der herrschende Druck kleiner als im zuerst erwähnten Abschnitt
H1 ist, so dass sie sich in tangentialer Richtung über einen
Winkel von ca. π minus 1/2π geteilt
durch 2, das heißt
die Anzahl von Pumpeneinheiten der Pumpe von 3 erstreckt.
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Gemäß der Erfindung
kann die Lagerbüchse 30 mit
einer weiteren Schmiernut 35 versehen sein, wie in 5 gestrichelt
gezeigt. Weiterhin ist es von Vorteil, die radiale Innenfläche der
Lagerbüchse 30 mit
einer Verteilnut 36 zu versehen, die eine Längsachse 37 aufweist,
welche im Wesentlichen axial ausgerichtet ist und die Längsachse 32 der
Schmiernut 31 schneidet. Die Verteilnut 36 erstreckt
sich über eine
Strecke von ca. ½ der
Axialdimension der Büchse 30,
aber verbleibt in einem Abstand von ca. 1/4 von den beiden axialen
Enden 33, 34 davon, um die Verbindung des Schmierfluids
zwischen der Verteilnut 36 und der Umgebung zu begrenzen.