EP1094221B1 - Vorrichtung mit antriebskombinierten Umlaufverdrängerpumpen - Google Patents

Vorrichtung mit antriebskombinierten Umlaufverdrängerpumpen Download PDF

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EP1094221B1
EP1094221B1 EP20000120799 EP00120799A EP1094221B1 EP 1094221 B1 EP1094221 B1 EP 1094221B1 EP 20000120799 EP20000120799 EP 20000120799 EP 00120799 A EP00120799 A EP 00120799A EP 1094221 B1 EP1094221 B1 EP 1094221B1
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EP
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pump
drive shaft
clutch
drive
pumps
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Erich Leitner
Petr Gütig
Rudolf Dr. Flierl
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/06—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations specially adapted for stopping, starting, idling or no-load operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0057—Driving elements, brakes, couplings, transmission specially adapted for machines or pumps
    • F04C15/0061—Means for transmitting movement from the prime mover to driven parts of the pump, e.g. clutches, couplings, transmissions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/56—Number of pump/machine units in operation

Definitions

  • the invention relates according to the preamble of claim 1 to a device with drive-combined rotary displacement pumps, especially external gear pumps, especially for internal combustion engines, in which a first, driven pump via the drive shaft with a second coaxially arranged, is coupled and disconnected pump combined in which the coupling and decoupling of the second pump conveying into a pressure channel common to the first pump is effected by means of a frictional and positive-acting, controllable slip clutch, or a speed-controlled device and a respective slip clutch is controlled by a centrifugal force controlled device.
  • the slip clutch comprises a rotatably mounted on the drive shaft of the constantly driven pump conical ring, which cooperates with a delivery pressure dependent controllable piston friction ring, which in turn is rotatably coupled via a coupling ring with the pump rotor of the second pump coupled and decoupled.
  • a delivery pressure dependent controllable piston friction ring which in turn is rotatably coupled via a coupling ring with the pump rotor of the second pump coupled and decoupled.
  • To control the piston friction ring is a common from one of two pumps Pressure channel removed control pressure to operate a reusable valve.
  • a valveless controlled gear pump with multiple decoupled gear pumps to achieve a variable displacement is from the DE 41 34 219 A1 known.
  • this known gear pump is in the partially hollow shaped drive shaft of the pump constantly pumping a spring loaded on the one hand and on the other hand acted upon by the discharge pressure from the common pressure channel of all pumps slide arranged in positive communication with the decoupled pumps in each case.
  • the individual, decoupled pumps are uncoupled by axial displacement of the slide of this with increasing discharge pressure.
  • the US-A-5326232 discloses a device with circulation displacement pumps, which can be coupled by means of a centrifugal force-controlled slip clutch.
  • this device can be considerably simplified in terms of their construction.
  • the invention has for its object to form a generic device with a coupling and uncoupling of a second pump automatically effecting control of simple construction effort.
  • Claim 3 provides an alternative solution to the problem underlying the invention, which is characterized in that a pump rotor of the second pump is traversed loosely through an opening of the drive shaft of the first pump, and in the opening diametrically arranged cone sections on the one hand with a cone of Drive shaft and on the other hand with a tapered, spring-hydraulically controllable arranged on the drive shaft shift sleeve form a slip clutch, which is held solved via the hydraulically by means of a centrifugal force valve acted shift sleeve against the resistance of a preloaded clutch spring for jantig- or speed-dependent drive interruption of the second pump.
  • a respective device 1, 1 ' comprises as drive-combined rotary displacement pumps preferably external gear pumps 2, 2' and 3, 3 'as respective lubricating oil pumps for internal combustion engines, not shown.
  • each of the devices 1, 1 ' the respective slip clutch 5, 5' controlled by a centrifugal force controlled device.
  • a pump rotor 6 of the second pump 3 with a rotatably mounted on the drive shaft 4 of the first pump 2 sleeve shaft 7 at 7 'rotatably connected, wherein the sleeve shaft 7 in the free end region with a V-belt-like pulley 8 rotatably Connection is that as part of the slip clutch 5 a frictional and positive engagement spring-loaded and centrifugally controlled, provided with splines 9 clutch shoes 10 serves. Serving as centrifugal force controlled devices clutch jaws 10 are mounted on a rotatably connected to the drive shaft 4 support plate 11 limited pivoting. Next, the clutch shoes 10 are arranged according to the direction of rotation of the drive shaft 4 on the support plate 11 for a self-reinforcing engagement of the splines 9 in the pulley 8.
  • a pump rotor 12 of the second pump 3' through an opening 13 of the drive shaft 4 'of the first pump 2' passes through loosely.
  • the slip clutch 5' via the hydraulically by means of a centrifugal force controlled valve 17 acted shift sleeve 16 is held against the resistance of a preloaded clutch spring 18 to the delivery pressure or speed-dependent drive interruption of the second pump 3 'dissolved.
  • the second pump 3' Upon reaching the predetermined engine speed and thus of the constant promotional pump 2 'reached flow, the second pump 3' is decoupled, characterized in that the piston 19 effective and by the first pump 2 'generated delivery pressure the piston 19 against the biased clutch spring 18 axially moves to release the shift sleeve 16 from frictional and positive engagement with the cone portion 14 'and the engagement of the cone portion 14 with the cone 15 of the drive shaft 4'.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf eine Vorrichtung mit antriebskombinierten Umlaufverdrängerpumpen, insbesondere außenverzahnte Zahnradpumpen, vor allem für Brennkraftmaschinen, bei der eine erste, angetriebene Pumpe über deren Antriebswelle mit einer zweiten, gleichachsig angeordneten, zu- und abkoppelbaren Pumpe kombiniert ist, wobei die Zu- und Abkoppelung der in einen mit der ersten Pumpe gemeinsamen Druckkanal fördernden zweiten Pumpe mittels einer reib- und formschlüssig wirkenden, steuerbaren Rutschkupplung förderdruck- bzw. drehzahlabhängig bewirkt ist und eine jeweilige Rutschkupplung über eine fliehkraftgesteuerte Einrichtung gesteuert ist.
  • Eine derartige Vorrichtung zur bedarfsweisen Änderung des Fördervolumens insbesondere bei Schmierölpumpen von Brennkraftmaschinen ist beispielsweise aus der DE 43 17 645 C2 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung umfasst die Rutschkupplung einen auf der Antriebswelle der ständig angetriebenen Pumpe drehfest angeordneten Kegelring, der mit einem förderdruckabhängig steuerbaren Kolbenreibring zusammenwirkt, der seinerseits über einen Koppelring mit dem Pumpenrotor der zu- und abkoppelbaren zweiten Pumpe drehfest gekuppelt ist. Zur Steuerung des Kolbenreibringes dient ein aus einem von beiden Pumpen gemeinsamen Druckkanal abgenommener Steuerdruck zur Betätigung eines Mehrweg-Ventils.
  • Eine ventillos gesteuerte Zahnradpumpe mit mehreren abkoppelbaren Zahnradpumpen zur Erzielung eines veränderbaren Fördervolumens ist aus der DE 41 34 219 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Zahnradpumpe ist in der abschnittsweise hohl gestalteten Antriebswelle der konstant fördernden Pumpe ein einerseits federbelasteter und andererseits vom Förderdruck aus dem gemeinsamen Druckkanal aller Pumpen beaufschlagbarer Schieber angeordnet, der mit den abkoppelbaren Pumpen jeweils formschlüssig in Antriebsverbindung steht. Damit werden mit steigendem Förderdruck nacheinander die einzelnen, abkoppelbaren Pumpen durch axiale Verlagerung des Schiebers von diesem abgekuppelt.
  • Im Gegensatz zu den vorgenannten Beispielen, wobei jeweils eine Konstant-Förder-Pumpe und mindestens eine abschaltbare Pumpe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, zeigt die DE-PS 869 156 eine Anordnung, bei der an das Gehäuse einer Konstant-Förder-Pumpe eine zu- und abschaltbare zweite Pumpe in einem gesonderten Gehäuse mit der Antriebswelle der ersten Pumpe fluchtend angeflanscht ist. Der Pumpenrotor der zweiten Pumpe ist auf einer Vielkeilwelle drehfest angeordnet, wobei die auf der Antriebswelle frei drehbar angeordnete Vielkeilwelle einen Kupplungskonus aufweist zum reib- und formschlüssigen Eingriff eines mit der Antriebswelle drehfest verbundenen und gegen eine Federkraft mittels Hydraulikdruck gesteuert verlagerbaren Kupplungskolbens. Zur Steuerung des Hydraulikdruckes kann ein automatisch wirkender Sperrschieber vorgesehen sein.
  • Die US-A-5326232 offenbart eine Vorrichtung mit Umlaufverdrängerpumpen, die mittels einer fliehkraftgesteuerten Rutschkupplung koppelbar sind. Allerdings kann der diese Vorrichtung hinsichtlich ihres Aufbaus noch wesentlich vereinfacht werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit einer das Zu- und Abkuppeln einer zweiten Pumpe selbsttätig bewirkenden Steuerung von einfachem baulichem Aufwand auszubilden.
  • Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass ein Pumpenrotor der zweiten Pumpe mit einer auf der Antriebswelle der ersten Pumpe drehbeweglich gelagerten Hülsenwelle drehfest verbunden ist, und die Hülsenwelle im freien Endbereich mit einer keilriemenartig gestalteten Rillenscheibe in drehfester Verbindung steht, wobei die Rillenscheibe als Teil einer Rutschkupplung einem reib- und formschlüssigen Eingriff federbelasteter und fliehkraftgesteuerter, mit Keilprofilen versehener Kupplungsbacken dient, die an einer mit der Antriebswelle drehfest verbundenen Tragscheibe schwenkbeweglich gelagert sind.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist mit dem Unteranspruch 2 angegeben.
  • Anspruch 3 gibt eine alternative Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe an, welche sich dadurch auszeichnet, dass ein Pumpenrotor der zweiten Pumpe über eine Durchbrechung von der Antriebswelle der ersten Pumpe lose durchsetzt ist, und in der Durchbrechung diametral angeordnete Kegelabschnitte einerseits mit einem Konus der Antriebswelle und andererseits mit einer angeschrägten, auf der Antriebswelle federhydraulisch steuerbar angeordneten Schalthülse eine Rutschkupplung bilden, die über die hydraulisch mittels eines fliehkraftgesteuerten Ventils beaufschlagte Schalthülse gegen den Widerstand einer vorgespannten Kupplungsfeder zur förderdruck- bzw. drehzahlabhängigen Antriebsunterbrechung der zweiten Pumpe gelöst gehalten ist.
  • Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt
    • Figur 1
    eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer fliehkraftgesteuerten Rutschkupplung,
    Figur 2
    eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Rutschkupplung, die über ein fliehkraftgesteuertes Ventil hydraulisch beaufschlagt ist.
  • Eine jeweilige Vorrichtung 1, 1' umfasst als antriebskombinierte Umlaufverdrängerpumpen vorzugsweise außenverzahnte Zahnradpumpen 2, 2' und 3, 3' als jeweilige Schmierölpumpen für nicht dargestellte Brennkraftmaschinen. Bei jeder der Vorrichtungen 1, 1' der Figuren 1 und 2 ist eine erste, angetriebene Pumpe 2, 2' über deren Antriebswelle 4, 4' mit einer zweiten, gleichachsig angeordneten, zu- und abkoppelbaren Pumpe 3, 3' kombiniert, wobei die Zu- und Abkoppelung der in einen mit der ersten Pumpe 2, 2' gemeinsamen, nicht gezeigten Druckkanal fördernden zweiten Pumpe 3, 3' mittels einer reib- und formschlüssig wirkenden, steuerbaren Rutschkupplung 5, 5' förderdruck- bzw. drehzahlabhängig bewirkt ist.
  • Erfindungsgemäß ist bei jeder der Vorrichtungen 1, 1' die jeweilige Rutschkupplung 5, 5' über eine fliehkraftgesteuerte Einrichtung gesteuert.
  • Bei der Vorrichtung 1 nach Figur 1 ist ein Pumpenrotor 6 der zweiten Pumpe 3 mit einer auf der Antriebswelle 4 der ersten Pumpe 2 drehbeweglich gelagerten Hülsenwelle 7 bei 7' drehfest verbunden, wobei die Hülsenwelle 7 im freien Endbereich mit einer keilriemenartig gestalteten Rillenscheibe 8 in drehfester Verbindung steht, die als Teil der Rutschkupplung 5 einem reib- und formschlüssigen Eingriff federbelasteter und fliehkraftgesteuerter, mit Keilprofilen 9 versehener Kupplungsbacken 10 dient. Die als fliehkraftgesteuerte Einrichtungen dienenden Kupplungsbacken 10 sind an einer mit der Antriebswelle 4 drehfest verbundenen Tragscheibe 11 begrenzt schwenkbeweglich gelagert. Weiter sind die Kupplungsbacken 10 entsprechend der Drehrichtung der Antriebswelle 4 an der Tragscheibe 11 für einen selbstverstärkenden Eingriff der Keilprofile 9 in die Rillenscheibe 8 angeordnet.
  • Mit der vorbeschriebenen Vorrichtung 1 als Schmierölpumpe einer Brennkraftmaschine ist im Bereich niederer Maschinendrehzahlen eine Schmierölförderung über beide Pumpen 2 und 3 sichergestellt. Ist in Abhängigkeit einer vorbestimmten Maschinendrehzahl mit der konstant fördernden Pumpe 2 alleine das erforderliche Fördervolumen erreicht, wird die zweite Pumpe 3 fliehkraftgesteuert abgekoppelt, wobei die Kupplungsbacken 10 mit ihren Keilprofilen 9 fliehkraftgesteuert außer Eingriff mit der Rillenscheibe 8 gebracht sind.
  • Bei der Vorrichtung 1' nach Figur 2 ist ein Pumpenrotor 12 der zweiten Pumpe 3' über eine Durchbrechung 13 von der Antriebswelle 4' der ersten Pumpe 2' lose durchsetzt. In der Durchbrechung 13 diametral angeordnete Kegelabschnitte 14 und 14' bilden einerseits mit einem Konus 15 der Antriebswelle 4' und andererseits mit einer angeschrägten, auf der Antriebswelle 4' federhydraulisch steuerbar angeordneten Schalthülse 16 die Rutschkupplung 5', die über die hydraulisch mittels eines fliehkraftgesteuerten Ventiles 17 beaufschlagte Schalthülse 16 gegen den Widerstand einer vorgespannten Kupplungsfeder 18 zur förderdruck- bzw. drehzahlabhängigen Antriebsunterbrechung der zweiten Pumpe 3' gelöst gehalten ist.
  • Bei dieser Vorrichtung 1' ist bis zum Erreichen einer vorbestimmten Maschinendrehzahl der Pumpenrotor 12 der zweiten Pumpe 3' unter der Einwirkung der angeschrägten Schalthülse 16 mittels der vorgespannt angeordneten Kupplungsfeder 18 mit dem Konus 15 der Antriebswelle 4' in reibschlüssiger Verbindung gehalten. Die axial begrenzt verschiebbar angeordnete Schalthülse 16 steht mit einem von der vorgespannten Kupplungsfeder 18 beaufschlagten Kolben 19 in Antriebsverbindung, der andererseits vom Förderdruck im gemeinsamen, nicht gezeigten Druckkanal der beiden Pumpen 2' und 3' beaufschlagbar ist. Hierfür ist Hydraulikmedium über eine Ringnut 20 in der Antriebswelle 4' über Radialkanäle 21 einem Zentralkanal 22 zugeführt, der einenends der Antriebswelle 4' mittels des gegen eine Federkraft fliehkraftverstellbaren Ventils 17 verschließbar ist. Bis zum Erreichen einer vorbestimmten Maschinendrehzahl fließt das Hydraulikmedium aus dem Zentralkanal 22 über eine Ringnut 23 des fliehkraftgesteuerten Ventils 17 ab. Mit Erreichen der vorbestimmten Maschinendrehzahl und damit des von der konstant fördernden Pumpe 2' erreichten Förderstromes wird die zweite Pumpe 3' dadurch abgekoppelt, dass der am Kolben 19 wirksame und von der ersten Pumpe 2' erzeugte Förderdruck den Kolben 19 gegen die vorgespannte Kupplungsfeder 18 axial verschiebt zum Lösen der Schalthülse 16 vom reib- und formschlüssigen Eingriff mit dem Kegelabschnitt 14' bzw. des Eingriffes des Kegelabschnittes 14 mit dem Konus 15 der Antriebswelle 4'.
  • Mit beiden Vorrichtungen 1 und 1' ist bei Unterschreiten der vorbestimmten Maschinendrehzahl ein stoßfreies Zukoppeln der jeweiligen zweiten, abgekoppelten Pumpe 3, 3' erzielt.

Claims (3)

  1. Vorrichtung mit antriebskombinierten Umlaufverdrängerpumpen, insbesondere außenverzahnte Zahnradpumpen, vor allem für Brennkraftmaschinen,
    - bei der eine erste, angetriebene Pumpe (2, 2') über deren Antriebswelle (4, 4') mit einer zweiten gleichachsig angeordneten, zu- und abkoppelbaren Pumpe (3, 3') kombiniert ist, wobei
    - die Zu- und Abkoppelung der in einen mit der ersten Pumpe (2, 2') gemeinsamen Druckkanal fördernden zweiten Pumpe (3, 3') mittels einer reib- und formschlüssig wirkenden, steuerbaren Rutschkupplung (5, 5') förderdruck- bzw. drehzahlabhängig bewirkt ist und
    - eine jeweilige Rutschkupplung (5, 5') über eine fliehkraftgesteuerte Einrichtung (8, 10; 17) gesteuert ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass ein Pumpenrotor (6) der zweiten Pumpe (3) mit einer auf der Antriebswelle (4) der ersten Pumpe (2) drehbeweglich gelagerten Hülsenwelle (7) drehfest verbunden ist, und
    - die Hülsenwelle (7) im freien Endbereich mit einer keilriemenartig gestalteten Rillenscheibe (8) in drehfester Verbindung steht, wobei
    - die Rillenscheibe (8) als Teil einer Rutschkupplung (5) einem reib- und formschlüssigen Eingriff federbelasteter und fliehkraftgesteuerter, mit Keilprofilen (9) versehener Kupplungsbacken (10) dient, die
    - an einer mit der Antriebswelle (4) drehfest verbundenen Tragscheibe (11) schwenkbeweglich gelagert sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsbacken (10) an der Tragscheibe (11) entsprechend einem selbstverstärkenden Eingriff in die Rillenscheibe (8) angeordnet sind.
  3. Vorrichtung mit antriebskombinierten Umlaufverdrängerpumpen, insbesondere außenverzahnte Zahnradpumpen, vor allem für Brennkraftmaschinen,
    - bei der eine erste, angetriebene Pumpe (2, 2') über deren Antriebswelle (4, 4') mit einer zweiten gleichachsig angeordneten, zu- und abkoppelbaren Pumpe (3, 3') kombiniert ist, wobei
    - die Zu- und Abkoppelung der in einen mit der ersten Pumpe (2, 2') gemeinsamen Druckkanal fördernden zweiten Pumpe (3, 3') mittels einer reib- und formschlüssig wirkenden, steuerbaren Rutschkupplung (5, 5') förderdruck- bzw. drehzahlabhängig bewirkt ist und
    - eine jeweilige Rutschkupplung (5, 5') über eine fliehkraftgesteuerte Einrichtung (8, 10; 17) gesteuert ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass ein Pumpenrotor (12) der zweiten Pumpe (3') über eine Durchbrechung (13) von der Antriebswelle (4') der ersten Pumpe (2') lose durchsetzt ist, und
    - in der Durchbrechung (13) diametral angeordnete Kegelabschnitte (14, 14') einerseits mit einem Konus (15) der Antriebswelle (4') und andererseits mit einer angeschrägten, auf der Antriebswelle (4') federhydraulisch steuerbar angeordneten Schalthülse (16) eine Rutschkupplung (5') bilden, die
    - über die hydraulisch mittels eines fliehkraftgesteuerten Ventils (17) beaufschlagte Schalthülse (16) gegen den Widerstand einer vorgespannten Kupplungsfeder (18) zur förderdruck- bzw. drehzahlabhängigen Antriebsunterbrechung der zweiten Pumpe (3') gelöst gehalten ist.
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