WO2012171608A2 - Pumpe - Google Patents

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WO2012171608A2
WO2012171608A2 PCT/EP2012/002131 EP2012002131W WO2012171608A2 WO 2012171608 A2 WO2012171608 A2 WO 2012171608A2 EP 2012002131 W EP2012002131 W EP 2012002131W WO 2012171608 A2 WO2012171608 A2 WO 2012171608A2
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Michael Lüer
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    • F04C2/14—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C2/18—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with similar tooth forms
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    • F04C14/18—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber
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    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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    • F05C2225/08—Thermoplastics

Definitions

  • the invention relates to a pump and in particular a lubricant pump for a
  • Motor vehicle having a housing with an inlet and an outlet for the fluid to be conveyed, a rotatably disposed within the housing first conveyor rotor, which forms a pump space with at least a portion of the housing, wherein the first conveyor rotor is mounted on a support member which is for adjustment the delivery rate of the rotary pump is slidably mounted within the housing in the axial direction of the first delivery rotor.
  • Oil pumps are usually provided two conveyor rotors, which are gear-shaped and mesh with each other. At least one of the conveyor rotors is driven in rotation by an electric motor. Due to the rotational movement of the two conveying rotors, the oil is conveyed from a low-pressure side of the pump connected to an inlet to the high-pressure side by a conveying gap formed between the two conveying rotors.
  • Automotive oil pumps are typically driven in response to the speed of the engine to be supplied with lubricating oil, usually directly or via a mechanical transmission from the engine.
  • the speed of the pump increases accordingly with the speed of the motor. Since gear pumps have a constant specific delivery volume, i. per revolution at each speed promote substantially the same amount of oil, the delivery volume increases proportionally with the pump speed and thus with the speed of the engine.
  • the demand of a reciprocating internal combustion engine also rises up to a certain limit speed also approximately proportional to the engine speed; By contrast, above this limit speed, the increase in the lubricant requirement is significantly lower than the increase in the engine speed. Accordingly promote such oil pumps after exceeding the limit speed regularly on demand. Excess lubricating oil is then returned to the sump via a bypass. It will be readily apparent that the delivery of unneeded lubricating oil is a waste of energy, the
  • An adjustable gear pump is known for example from DE 10 2006 018 124 A1. This comprises a housing with a first conveyor rotor arranged therein, which is driven via a shaft directly or indirectly by an internal combustion engine.
  • the conveyor rotor meshes with a second conveyor rotor, which is mounted in the longitudinal axial direction displaceable within the housing.
  • Delivery rotor in the longitudinal axial direction is carried out hydraulically and against the force of a cylindrical coil spring.
  • a gear pump makes it possible, despite a direct or indirect drive by an internal combustion engine and thus despite a proportional to the engine speed rotational speed of the pump to adjust the flow rate of the delivery volume to the actual needs of the internal combustion engine.
  • the second conveying rotor in the pump according to DE 10 2006 018 124 A1 is mounted on a carrier element designated as an actuator.
  • the conveyor rotor - in the longitudinal axial direction - surrounded on both sides by side elements of the support element.
  • the peripheral surfaces of the side elements serve as bearing surfaces for mounting the unit of carrier element and conveying rotor in the housing; In addition, they seal the pump room from the environment.
  • On a side surface of one of the side elements also affects the hydraulic pressure over which the unit is moved in the housing for adjusting the flow rate.
  • the force applied by the coil spring reaction force acts.
  • Circumferential surfaces of the side elements and the conveyor rotor bearing surfaces should be worked as accurately as possible in order to achieve a smooth and quiet running of the conveyor rotor on the support element or the support member in the housing.
  • the support element should be as light as possible in order to ensure a good control behavior of the pump by quickly responding to changes in the adjustment pressure.
  • the support element should be inexpensive to produce.
  • DE 10 2006 018 124 A1 proposes a large number of material-technical refinements for the carrier element. These see the formation of the support element either of a thermoplastic material, specifically a fiber-reinforced PES compound with a Part of PTFE, or of metal, concretely aluminum or steel, partly with a friction-reducing coating based on PTFE. Both the production of the carrier element made of thermoplastic material and of metal has disadvantages. A production of metal is a complex and also goes with a considerable component weight, especially in a production of steel, accompanied. Although a production of thermoplastic material allows a cost-effective in large quantities production of relatively lightweight support elements by injection molding; However, it is disadvantageous that thermoplastics on cooling a pronounced
  • Carrier element is reworked exciting. As a result, the production cost is significantly increased.
  • Another disadvantage of a carrier element made of a thermoplastic material may result from the different thermal expansion behavior compared to that of metal.
  • the invention was based on the object to provide an improved generic pump.
  • the pump according to the invention is intended to combine simple manufacturability with a low component weight.
  • the invention is based on the idea of a generic pump, as they
  • Coating is made of a thermoplastic material.
  • a pump according to the invention has a housing with an inlet and an outlet for a fluid to be conveyed, and at least one (first) conveyor rotor rotatably disposed within the housing, which forms a delivery space with at least a portion of the housing, the delivery rotor being mounted on a carrier element , which is for the adjustment of the
  • the carrier element consists of a core of a thermosetting plastic and a cover layer of a thermoplastic
  • thermosetting plastics formed.
  • Thermosetting plastics regularly have an extremely low level
  • Shrinkage behavior so that a mechanical post-processing is not required to produce a support element with sufficiently accurate dimensions.
  • the negative influence of the shrinkage behavior of the thermoplastic material keeps within tolerable limits that this is used only for a thin, preferably not more than 1 mm thick top layer. This allows a carrier element to be manufactured that completely with no mechanical post-processing required
  • Thermosetting plastics are also inexpensive, thermally stable and have a relatively low coefficient of thermal expansion.
  • the advantages of the thermoplastic material in particular the good or easily adjustable friction coefficient to the respective friction partner, can be exploited.
  • a low-friction mounting of the carrier element in the housing of the pump can be achieved.
  • the carrier element according to the invention can be made entirely of plastic, whereby a relatively low component weight can be achieved.
  • the housing of the pump is preferably made of metal (in particular a light metal, such as aluminum or an alloy thereof or also of steel), so that it may further be preferred that the coefficient of friction of the thermoplastic
  • Cover layer is adapted to this friction partner. This allows the
  • Movement resistance to be kept as small as possible during the adjustment of the delivery rotor within the pump, as a result, to obtain a good control behavior of the pump.
  • this has a second rotatably mounted conveying rotor, which cooperates with the first conveying rotor to divide the conveying space into a high-pressure and a low-pressure chamber.
  • first and the second conveying rotor are gear-shaped and mesh with each other.
  • first and the second conveying rotor are gear-shaped and mesh with each other.
  • the second conveyor rotor rotationally driven may be provided to form the second conveyor rotor rotationally driven. This can be avoided that in the structurally relatively complicated adjustable
  • the carrier element surrounds the first conveying rotor in the axial direction at least on one side, and particularly preferably on both sides.
  • the size of the delivery chamber can be limited to the width of the delivery rotor, as a result of which a high efficiency of the pump is achieved.
  • the conveyor rotor itself is designed as a gear and is preferably made of a metallic material, for example steel or aluminum.
  • the pump can be provided to act on the carrier element by elastic means in the direction of the largest flow rate. It can thereby be achieved that the pump automatically adjusts in the direction of a maximum delivery volume in case of failure of a preferably hydraulically acting adjusting device for the axial adjustment of the carrier element. As a result, a sufficient fluid supply, for example, supply of an internal combustion engine with lubricating oil can be ensured even in case of failure of the adjusting device.
  • the core of the carrier element is hollow at least in one section.
  • Fig. 1 a pump according to the prior art in a sectional view
  • Fig. 2 a carrier element for forming a pump according to the invention in one
  • FIG. 3 shows the carrier element according to FIG. 2 in a sectional view.
  • the pump includes a housing 10 made of aluminum or one
  • a first of the conveyor rotors 12 is for this purpose arranged on a carrier element 16 which is displaceably mounted in a section of the interior of the housing 10 in the longitudinal axial direction (of the carrier element 16 and of the first conveyor rotor 12).
  • a second of the conveyor rotors 14 is rotationally driven and meshes with the first conveyor rotor 12, wherein the length of engagement of the two conveyor rotors 12, 14 by a displacement of the Carrier element 16 is variable.
  • a delivery chamber is formed, which is divided by the two meshing conveyor rotors 12, 14 in a high-pressure and a low-pressure chamber.
  • the low pressure space is connected to an inlet for the fluid to be delivered and the high pressure space to an outlet for the fluid.
  • the displacement of the support member 16 is hydraulically by an adjustment chamber 18 of the interior of the housing 10 is filled with the fluid, which is branched off on the high pressure side of the pumping chamber.
  • the fluid acts on an end face of the support member 16, whereby this- in response to the pressure on the high pressure side of the pump chamber and against the reaction force of a coil spring 20, which is arranged a further chamber 22 of the interior of the housing 10 - is moved.
  • This embodiment allows an automatic control of the lubricant delivery by the back pressure rises on the high pressure side of the pump at a relatively low demand, whereby initially increases to the same extent the pressure in the adjustment chamber 18, whereby the carrier element 16 further in the direction of a lower flow rate (in Fig. 1 to the right) is adjusted. For a relatively high demand, the automatic control works
  • the carrier element 16 in the pump according to FIG. 1 consists of a metallic core 24, which has been encapsulated with a sleeve 26 made of thermoplastic material.
  • Embodiment of the support member 16 is on the one hand with a considerable
  • thermoplastic material of the shell 26 at
  • the support member 16 of the pump of FIG. 1 is not only because of the high processing cost but also because of the choice of materials associated with relatively high production costs. Another disadvantage of this support member 16 is the relatively high component weight.
  • FIGS. 2 and 3 An inventive carrier element 28, which does not have these disadvantages or only in a reduced form, is shown in FIGS. 2 and 3 (together with a first conveyor rotor 12).
  • This support member 28 may be used in a pump as shown in the other components in FIG. 1.
  • the carrier element 28 according to the invention comprises a two-part core 30 made of a thermosetting plastic (eg PF1110), which is only in those areas of his
  • thermoplastic material e.g., PSU
  • the injected conveyor rotor 12 is preferably made of a metallic material. Alternatively, however, the use of a suitable plastic would also be possible here.
  • the required tolerances can be achieved without a mechanical post-processing, since thermoset plastic usually has a low shrinkage behavior and the relatively poor
  • Carrier element 28 has.
  • cover layer 32 made of thermoplastic material, a low coefficient of friction of the friction pair carrier element 28 / housing 32 can be achieved in a simple manner, which would not be attainable or only with increased effort by a support element which consists only of thermosetting plastic.
  • the carrier element 28 according to the invention By dispensing with a metallic core 24, as in the carrier element according to FIG. 1, the carrier element 28 according to the invention also has a relatively low weight, whereby the control behavior of the pump can be improved.
  • thermoset core 30 Embodiment of the thermoset core 30.
  • thermoset plastic is regularly significantly lower than that of thermoplastic material, so that also by the manufacturing cost of the support element and consequently also for the pump according to the invention can be kept low.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem Gehäuse mit einem Ein- und einem Auslass für das zu fördernde Fluid, einem drehbar innerhalb des Gehäuses angeordneten ersten Förderrotor, der mit zumindest einem Abschnitt des Gehäuses einen Förderraum ausbildet, wobei der erste Förderrotor auf einem Trägerelement (28) gelagert ist, das zur Verstellung der Fördermenge der Pumpe in axialer Richtung des ersten Förderrotors verschiebbar innerhalb des Gehäuses gelagert ist. Die Pumpe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (28) einen Kern (30) aus einem duroplastischen Kunststoff und eine Deckschicht (32) aus einem thermoplastischen Kunststoff aufweist.

Description

Beschreibung
Pumpe
Die Erfindung betrifft eine Pumpe und insbesondere eine Schmiermittelpumpe für ein
Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse mit einem Ein- und einem Auslass für das zu fördernde Fluid, einem drehbar innerhalb des Gehäuse angeordneten ersten Förderrotor, der mit zumindest einem Abschnitt des Gehäuses einen Pumpenraum ausbildet, wobei der erste Förderrotor auf einem Trägerelement gelagert ist, das zur Verstellung der Fördermenge der Rotationspumpe in axialer Richtung des ersten Förderrotors verschiebbar innerhalb des Gehäuses gelagert ist.
Für die Ölversorgung von Hubkolben- Verbrennungsmotoren werden nach derzeitigem Stand der Technik als Verdrängerpumpen arbeitende Zahnradpumpen eingesetzt. Bei diesen
Ölpumpen sind in der Regel zwei Förderrotoren vorgesehene, die zahnradförmig ausgebildet sind und miteinander kämmen. Zumindest einer der Förderrotoren wird dabei rotierend von einem Elektromotor angetrieben. Durch die rotatorische Bewegung der beiden Förderrotoren wird das Öl von einer mit einem Einlass verbundenen Niederdruckseite der Pumpe durch einen zwischen den beiden Förderrotoren ausgebildeten Förderspalt auf die Hochdruckseite befördert.
Ölpumpen von Kraftfahrzeugen werden in der Regel in Abhängigkeit von der Drehzahl des mit Schmieröl zu versorgenden Verbrennungsmotors angetrieben, üblicherweise direkt oder über ein mechanisches Getriebe vom Motor. Die Drehzahl der Pumpe steigt dementsprechend mit der Drehzahl der Motors. Da Zahnradpumpen ein konstantes spezifisches Fördervolumen haben, d.h. pro Umdrehung bei jeder Drehzahl im wesentlichen die gleiche Ölmenge fördern, steigt das Fördervolumen proportional mit der Pumpendrehzahl und somit mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors. Der Bedarf eines Hubkolben- Verbrennungsmotors steigt bis zu einer gewissen Grenzdrehzahl ebenfalls in etwa proportional zur Motordrehzahl; oberhalb dieser Grenzdrehzahl ist der Anstieg des Schmiermittelbedarfs dagegen deutlich geringer als der Anstieg der Motorendrehzahl. Demnach fördern solche Ölpumpen nach dem Überschreiten der Grenzdrehzahl regelmäßig über Bedarf. Überschüssiges Schmieröl wird dann über einen Bypass wieder in die Ölwanne zurückbefördert. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass das Fördern von nicht benötigtem Schmieröl eine Energieverschwendung darstellt, die den
Verbrauch des Kraftfahrzeugs unnötig erhöht. Um ein Fördern des Schmieröls über Bedarf zu vermeiden, wurden verstellbare Pumpen entwickelt, die weiterhin direkt oder indirekt von dem mit Schmieröl zu versorgenden Verbrennungsmotor angetrieben werden, die aber eine zusätzliche (zu der von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängigen Förderdrehzahl) Beeinflussung der Fördermenge ermöglichen.
Eine verstellbare Zahnradpumpe ist beispielsweise aus der DE 10 2006 018 124 A1 bekannt. Diese umfasst ein Gehäuse mit einem darin angeordneten ersten Förderrotor, der über eine Welle direkt oder indirekt von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Der erste
Förderrotor kämmt mit einem zweiten Förderrotor, der in längsaxialer Richtung verschiebbar innerhalb des Gehäuses gelagert ist. Durch eine relative Verschiebung der zwei Förderrotoren zueinander kann deren längsaxiale Überdeckung und somit die Breite des zwischen den zwei Förderrotoren ausgebildeten Förderspalts bzw. des durch die Breite des Förderspalts definierten, wirksamen Förderraums eingestellt werden. Die Verstellung des zweiten
Förderrotors in längsaxialer Richtung erfolgt dabei hydraulisch und gegen die Kraft einer zylindrischen Schraubenfeder. Eine solche Ausgestaltung einer Zahnradpumpe ermöglicht, das Fördervolumen trotz eines direkten oder indirekten Antriebs durch einen Verbrennungsmotor und somit trotz einer zu der Motordrehzahl proportionalen Rotationsgeschwindigkeit der Pumpe, deren Fördermenge an den tatsächlichen Bedarf des Verbrennungsmotors anzupassen.
Der zweite Förderrotor bei der Pumpe gemäß der DE 10 2006 018 124 A1 ist auf einem als Stellglied bezeichneten Trägerelement gelagert. Dabei ist der Förderrotor - in längsaxialer Richtung - beidseitig von Seitenelementen des Trägerelements umgeben. Die Umfangsflächen der Seitenelemente dienen dabei als Lagerflächen zur Lagerung der Einheit aus Trägerelement und Förderrotor in dem Gehäuse; zudem dichten diese den Pumpenraum gegenüber der Umgebung ab. Auf eine Seitenfläche eines der Seitenelemente wirkt zudem der hydraulische Druck, über den die Einheit in dem Gehäuse zur Verstellung der Fördermenge verschoben wird. Auf eine Seitenfläche des anderen Seitenelements wirkt die von der Schraubenfeder aufgebrachte Reaktionskraft.
Die Anforderungen an das Stellglied sind somit vielfältig. Zum einen müssen die
Umfangsflächen der Seitenelemente sowie die den Förderrotor tragenden Flächen möglichst exakt gearbeitet sein, um einen reibungs- und geräuscharmen Lauf des Förderrotors auf dem Trägerelement bzw. des Trägerelements in dem Gehäuse zu erreichen. Gleichzeitig soll das Trägerelement möglichst leicht sein, um ein gutes Regelverhalten der Pumpe durch ein schnelles Ansprechen auf Änderungen des Verstelldrucks zu gewährleisten. Und schließlich soll das Trägerelement kostengünstig herstellbar sein.
Die DE 10 2006 018 124 A1 schlägt eine Vielzahl von werkstofftechnischen Ausgestaltungen für das Trägerelement vor. Diese sehen die Ausbildung des Trägerelements entweder aus einem thermoplastischen Kunststoff, konkret einem faserverstärkten PES-Compound mit einem PTFE-Anteil, oder aus Metall, konkret Aluminium oder Stahl, teilweise mit einer reibungsmindernden Beschichtung auf Basis von PTFE, vor. Sowohl die Herstellung des Trägerelements aus thermoplastischem Kunststoff als auch aus Metall weist Nachteile auf. Eine Herstellung aus Metall ist zum einem aufwendig und geht zudem mit einem erheblichen Bauteilgewicht, insbesondere bei einer Herstellung aus Stahl, einher. Eine Herstellung aus thermoplastischem Kunststoff ermöglicht zwar eine in großen Stückzahlen kostengünstige Herstellung von zudem relativ leichten Trägerelementen durch Spritzgießen; nachteilig ist jedoch, dass thermoplastische Kunststoffe beim Abkühlen ein ausgeprägtes
Schwindungsverhalten zeigen, was erforderlich macht, dass das spritzgegossene
Trägerelement spannend nachbearbeitet wird. Dadurch wird der Herstellungsaufwand erheblich erhöht. Ein weiterer Nachteil eines aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehenden Trägerelements kann sich aus dem unterschiedlichen thermischen Dehnungsverhalten im Vergleich zu demjenigen von Metall ergeben.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte gattungsgemäße Pumpe anzugeben. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Pumpe eine einfache Herstellbarkeit mit einem geringen Bauteilgewicht kombinieren.
Diese Aufgabe wird durch eine Pumpe gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Pumpe sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, eine gattungsgemäße Pumpe, wie sie
beispielsweise aus der DE 10 2006 018 124 A1 bekannt ist, zu verbessern, indem das den einen Förderrotor tragende Trägerelement mit einem Kern aus Duroplast und einer
Beschichtung aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt wird.
Eine erfindungsgemäße Pumpe weist ein Gehäuse mit einem Ein- und einem Auslass für ein zu förderndes Fluid und mindestens einen drehbar innerhalb des Gehäuses angeordneten (ersten) Förderrotor, der mit zumindest einem Abschnitt des Gehäuses einen Förderraum ausbildet, wobei der Förderrotor auf einem Trägerelement gelagert ist, der zur Verstellung der
Fördermenge der Rotationspumpe in axialer Richtung (des Förderrotors) verschiebbar innerhalb des ersten Gehäuses gelagert ist. Erfindungsgemäß ist das Trägerelement aus einem Kern aus einem duroplastischen Kunststoff und einer Deckschicht aus einem thermoplastischen
Kunststoff ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer gattungsgemäßen Pumpe können zum einen die positiven Eigenschaften von duroplastischen und thermoplastischen Kunststoffen kombiniert werden. Duroplastische Kunststoffe weisen regelmäßig ein äußerst geringes
Schwindungsverhalten auf, so dass eine mechanische Nachbearbeitung nicht erforderlich ist, um ein Trägerelement mit ausreichend exakten Abmessungen herzustellen. Der negative Einfluss des Schwindungsverhaltens des thermoplastischen Kunststoffs hält sich dadurch in tolerierbaren Grenzen, dass dieser nur für eine dünne, vorzugsweise nicht mehr als 1 mm Stärke aufweisende Deckschicht eingesetzt wird. Dadurch kann ein Trägerelement hergestellt werden, dass vollständig ohne mechanische Nachbearbeitung mit der erforderlichen
Genauigkeit hergestellt werden kann. Duroplastische Kunststoffe sind zudem preiswert, thermisch stabil und weisen einen relativ geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. Gleichzeitig können die Vorteile des thermoplastischen Kunststoffs, insbesondere der gute bzw. gut auf den jeweiligen Reibungspartner einstellbare Reibungskoeffizient ausgenutzt werden. Dadurch kann eine reibungsarme Lagerung des Trägerelements in dem Gehäuse der Pumpe erzielt werden. Und schließlich kann das erfindungsgemäße Trägerelement vollständig aus Kunststoff bestehen, wodurch ein relativ geringes Bauteilgewicht erreicht werden kann.
Das Gehäuse der Pumpe besteht vorzugsweise aus Metall (insbesondere einem Leichtmetall, wie z.B. Aluminium bzw. einer Legierung daraus oder auch aus Stahl), so dass weiterhin bevorzugt vorgesehen sein kann, dass der Reibungskoeffizient der thermoplastischen
Deckschicht auf diesen Reibungspartner angepasst ist. Dadurch kann der
Bewegungswiderstand bei der Verstellung des Förderrotors innerhalb der Pumpe möglichst klein gehalten werden, um im Ergebnis ein gutes Regelverhalten der Pumpe zu erhalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe weist diese einen zweiten, drehbar gelagerten Förderrotor auf, der mit dem ersten Förderrotor zusammenwirkt, um den Förderraum in einen Hochdruck- und in einen Niederdruckraum zu unterteilen. Durch eine derartige Ausbildung einer solchen Pumpe kann ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden.
Dem gleichen Ziel dient eine weiterhin bevorzugte Ausführungsform, wonach der erste und der zweite Förderrotor zahnradförmig ausgebildet sind und miteinander kämmen. Zudem kann dadurch erreicht werden, dass lediglich einer der Förderrotoren angetrieben wird und dieser dann durch das Kämmen mit dem anderen Förderrotor den zweiten selbst antreibt.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, den zweiten Förderrotor drehangetrieben auszubilden. Dadurch kann vermieden werden, dass in die konstruktiv relativ aufwendige verstellbare
Lagerung des ersten Förderrotors noch eine Welle für den Drehantrieb integriert werden muss. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement den ersten Förderrotor in axialer Richtung zumindest einseitig, und besonders bevorzugt beidseitig umschließt. Dadurch kann die Größe des Förderraums auf die Breite des Förderrotors begrenzt werden, wodurch im Ergebnis ein hoher Wirkungsgrad der Pumpe erzielt wird.
Der Förderrotor selbst ist dabei als Zahnrad ausgebildet und besteht vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, zum Beispiel Stahl oder Aluminium.
Weiterhin kann vorgesehen sein, das Trägerelement durch elastische Mittel in Richtung der größten Fördermenge zu beaufschlagen. Dadurch kann erreicht werden, dass sich die Pumpe bei einem Ausfall einer vorzugsweise hydraulisch wirkenden Versteilvorrichtung zur axialen Verstellung des Trägerelements selbsttätig in Richtung eines maximalen Fördervolumens verstellt. Dadurch kann auch bei einem Ausfall der Versteilvorrichtung eine ausreichende Fluidversorgung, beispielsweise Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Schmieröl sichergestellt werden.
Um das Gewicht des Trägerelements und somit der gesamten Pumpe weiter zu reduzieren, kann vorzugsweise vorgesehen sein, den Kern des Trägerelements zumindest in einem Abschnitt hohl auszubilden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 : eine Pumpe gemäß dem Stand der Technik in einer Schnittdarstellung;
Fig. 2: ein Trägerelement zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer
isometrischen Darstellung; und
Fig. 3: das Trägerelement gemäß Fig. 2 in einer Schnittdarstellung.
Die Fig.1 zeigt eine Pumpe, wie sie derzeit als Schmiermittelpumpe in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommt. Die Pumpe umfasst ein Gehäuse 10 aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung, innerhalb dessen zwei zahnradförmige Förderrotoren 12, 14 drehbar gelagert sind. Ein erster der Förderrotoren 12 ist dazu auf einem Trägerelement 16 angeordnet, das in einem Abschnitt des Innenraums des Gehäuses 10 in längsaxialer Richtung (des Trägerelements 16 sowie des ersten Förderrotors 12) verschiebbar gelagert ist. Ein zweiter der Förderrotoren 14 ist drehangetrieben und kämmt mit dem ersten Förderrotor 12, wobei die Länge des Eingriffs der beiden Förderrotoren 12, 14 durch eine Verschiebung des Trägerelements 16 veränderbar ist. In dem Gehäuse 10 der Pumpe ist ein Förderraum ausgebildet, der von den zwei kämmenden Förderrotoren 12, 14 in einen Hochdruck- und einen Niederdruckraum unterteilt wird. Der Niederdruckraum ist mit einem Einlass für das zu fördernde Fluid und der Hochdruckraum mit einem Auslass für das Fluid verbunden. Durch eine Verschiebung des Trägerelements 16 und somit eine Änderung der Länge des Eingriffs der beiden Förderrotoren 12, 14 wird deren wirksames Fördervolumen und damit der
Fördervolumenstrom geändert.
Die Verschiebung des Trägerelements 16 erfolgt hydraulisch, indem eine Verstellkammer 18 des Innenraums des Gehäuse 10 mit dem Fluid gefüllt ist, das auf der Hochdruckseite des Förderraums abgezweigt wird. Das Fluid wirkt auf eine Stirnseite des Trägerelements 16, wodurch dieses- in Abhängigkeit von dem Druck auf der Hochdruckseite der Pumpenkammer und entgegen der Reaktionskraft einer Schraubenfeder 20, die einer weiteren Kammer 22 des Innenraums des Gehäuses 10 angeordnet ist - verschoben wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine automatische Regelung der Schmiermittelförderung, indem bei einem relativ geringen Bedarf der Gegendruck auf der Hochdruckseite der Pumpe ansteigt, wodurch zunächst im gleichen Maße der Druck in der Verstellkammer 18 ansteigt, wodurch dann das Trägerelement 16 weiter in Richtung einer geringeren Fördermenge (in der Fig. 1 nach rechts) verstellt wird. Bei einem relativ hohen Bedarf funktioniert die automatisch Regelung
entsprechend umgekehrt.
Das Trägerelement 16 bei der Pumpe gemäß der Fig. 1 besteht aus einem metallischen Kern 24, der mit einer Hülle 26 aus thermoplastischem Kunststoff umspritzt wurde. Diese
Ausgestaltung des Trägerelements 16 ist zum einen mit einem erheblichen
Herstellungsaufwand verbunden, da der thermoplastische Kunststoff der Hülle 26 beim
Abkühlen nach dem Umspritzen in erheblichem Maße schwindet, was erforderlich macht, dass das abgekühlte Trägerelement 16 mechanisch nachbearbeitet wird, um die geforderten
Toleranzen, die für einen leichten Lauf bei gleichzeitig gutem Dichtverhalten in
Zusammenwirkung mit den entsprechenden Wänden des Gehäuses 10 erforderlich sind, erreichen zu können. Weiterhin ist das Trägerelement 16 der Pumpe gemäß Fig. 1 nicht nur wegen des hohen Bearbeitungsaufwands sondern auch wegen der Werkstoffwahl mit relativ hohen Herstellungskosten verbunden. Ein weiterer Nachteil dieses Trägerelements 16 ist das relativ höhe Bauteilgewicht.
Ein erfindungsgemäßes Trägerelement 28, das diese Nachteile nicht oder nur in verminderter Form aufweist, ist in den Fig. 2 und 3 (mitsamt einem ersten Förderrotor 12) dargestellt. Dieses Trägerelement 28 kann bei einer Pumpe, wie sie in den übrigen Bestandteilen in der Fig. 1 dargestellt ist, verwendet werden. Das erfindungsgemäße Trägerelement 28 umfasst einen zweiteiligen Kern 30 aus einem duroplastischen Kunststoff (z.B. PF1110), der lediglich in denjenigen Bereichen seiner
Außenflächen, in denen dieser in Kontakt mit Wänden des Gehäuses 10 gelangt, mit einer dünnen Deckschicht 32 (max. 1mm Stärke) aus einem thermoplastischen Kunststoff (z.B. PSU) umspritzt worden ist. Der eingespritzte Förderrotor 12 besteht dabei vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff. Alternativ wäre jedoch auch hier die Verwendung eines geeigneten Kunststoffes möglich.
Bei dem erfindungsgemäßen Trägerelement 28 können die erforderlichen Toleranzen auch ohne eine mechanische Nachbearbeitung erreicht werden, da duroplastischer Kunststoff in der Regel ein geringes Schwindungsverhalten aufweist und das relativ schlechte
Schwindungsverhalten des thermoplastischen Kunststoffs der Deckschicht 32 aufgrund ihrer nur geringen Stärke vernachlässigbare Auswirkung auf die Toleranzen des gesamten
Trägerelements 28 hat.
Durch die Deckschicht 32 aus thermoplastischem Kunststoff kann auf einfache Weise ein geringer Reibungskoeffizient der Reibpaarung Trägerelement 28/Gehäuse 32 erreicht werden, was durch ein Trägerelement, das lediglich aus duroplastischem Kunststoff besteht, nicht oder nur unter erhöhtem Aufwand erreichbar wäre.
Durch einen Verzicht auf einen metallischen Kern 24, wie bei dem Trägerelement gemäß der Fig. 1 , weist das erfindungsgemäße Trägerelement 28 zudem ein relativ geringes Gewicht auf, wodurch das Regelverhalten der Pumpe verbessert werden kann. Einer zusätzlichen
Gewichtsreduzierung dient zudem noch die in der Fig. 3 erkennbare, teilweise hohle
Ausgestaltung des duroplastischen Kerns 30.
Zuletzt liegen die Materialkosten von duroplastischem Kunststoff regelmäßig deutlich unter dem von thermoplastischem Kunststoff, so dass auch dadurch die Herstellungskosten für das Trägerelement und folglich auch für die erfindungsgemäße Pumpe gering gehalten werden können. Bezugszeichenliste
Gehäuse
erster Förderrotor
zweiter Förderrotor
Trägerelement
Verstellkammer
Schraubenfeder
Kammer
Kern
Hülle
Trägerelement
Kern
Deckschicht

Claims

Ansprüche
1. Pumpe mit einem Gehäuse (10) mit einem Ein- und einem Auslass für das zu fördernde Fluid, einem drehbar innerhalb des Gehäuses (10) angeordneten ersten Förderrotor (12), der mit zumindest einem Abschnitt des Gehäuses (10) einen Förderraum ausbildet, wobei der erste Förderrotor (12) auf einem Trägerelement (28) gelagert ist, das zur Verstellung der Fördermenge der Pumpe in axialer Richtung des ersten Förderrotors (12)
verschiebbar innerhalb des Gehäuses (10) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (28) einen Kern (30) aus einem duroplastischen Kunststoff und eine Deckschicht (32) aus einem thermoplastischen Kunststoff aufweist.
2. Pumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (32) aus einem thermoplastischen Kunststoff mit einem geringen Reibungskoeffizienten besteht.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (32) eine Dicke von max. mm aufweist.
4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen
zweiten, drehbar gelagerten Förderrotor ( 4) der mit dem ersten Förderrotor (12) zusammenwirkt, um den Förderraum in einen Hochdruck- und in einen Niederdruckraum zu unterteilen.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite
Förderrotor (12, 14) zahnradförmig ausgebildet sind und miteinander kämmen.
6. Pumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Förderrotor (14) drehangetrieben ist.
7. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (28) den ersten Förderrotor (12) in axialer Richtung zumindest einseitig umgibt.
8. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (28) durch elastische Mittel in Richtung der größten Fördermenge beaufschlagt ist.
9. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (30) des Trägerelements (28) zumindest in einem Abschnitt hohl ausgebildet ist.
10. Pumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die den Förderrotor (12)
tragende, axial im Gehäuse (10) gelagerte Baueinheit mehrteilig ausgebildet ist, wobei das Trägerelement (28) einen Kern (30) aus einem duroplastischen Kunststoff aufweist, auf dem eine Deckschicht (32) aus einem thermoplastischen Kunststoff aufgebracht ist und wobei der auf dem Kern (30) angeordnete Förderrotor (12) aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist.
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