-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidfördervorrichtung
mit einem Gehäuse, in dem eine Fördereinheit aufgenommen
ist, die über eine Antriebswelle mit einem Antriebsrad
um eine Rotationsachse antreibend in Verbindung steht.
-
Aus
der Druckschrift
DE
39 28 029 C2 ist eine gattungsgemäße
Fluidfördervorrichtung offenbart, welche eine Fördereinheit
umfasst, die zur Förderung von Fluiden dient. Die Fördereinheit
wird über eine Antriebswelle angetrieben, welche wiederum
mit einem Antriebsrad verbunden ist, über die beispielsweise
ein Zugmittel umfangsseitig abläuft, um das Antriebsrad
anzutreiben. Derartige Fluidfördervorrichtungen werden
häufig als Nebenaggregate in einem Kraftfahrzeug eingesetzt,
so dass mit der Fluidfördervorrichtung Kühlmittel,
hydraulisch betriebene Lüfterräder oder auch Hilfskraftunterstützungen
für Lenkeinrichtungen angetrieben werden. Der Antrieb erfolgt über
einen Flachriemen, welcher das Antriebsrad in eine Drehbewegung
versetzt, und die Drehbewegung kann über die Antriebswelle
zur Fördereinheit innerhalb des Gehäuses der Fluidfördervorrichtung übertragen
werden.
-
Häufig
sind sowohl die Fördereinheit als auch das Antriebsrad
unmittelbar mittels einer Welle-Nabe-Verbindung mit der Antriebswelle
verbunden, wobei die Lagerung des Antriebsrades über die Antriebswelle
selbst erfolgt. Dabei wird das Antriebsrad endseitig an der Antriebswelle
angebracht, so dass die Lagerung der Antriebswelle zugleich die
Lagerung des Antriebsrades übernimmt. Dabei sind sowohl
Wälzlageranordnungen wie auch Gleitlageranordnungen bekannt,
wobei die Lager, welche die Antriebswelle drehbar im Gehäuse
lagern, die durch das Antriebsrad eingeleiteten Querkräfte
und Biegemomente ebenso aufnehmen müssen, wie auch in Richtung
der Rotationsachse wirkende Kräfte. Daher ist es erforderlich,
die Antriebswelle mit einem entsprechend großen Durchmesser
zu dimensionieren, um die eingeleiteten Querkräfte und
entstehenden Biegemomente abzustützen. Durch die über
das Antriebsrad zumeist mit dem Zugmittel eingeleiteten Kräfte
erfährt die Antriebswelle eine Durchbiegung, was eine Mindestdimensionierung
derselben erforderlich macht. Dabei muss auch der Durchmesser der
Gleitlageranordnung entsprechend groß ausgeführt
werden, was ein erhebliches Problem bezüglich der Verlustreibung
hervorruft. Aufgrund der in die Antriebswelle eingeleiteten Biegemomente
ist es nicht möglich, diese kleiner zu dimensionieren,
was jedoch hinsichtlich der häufig geforderten kleineren
Ausführung der Fluidfördervorrichtung und der
reibungsarmen Lagerung der rotierenden Elemente wünschenswert
ist. Ein weiteres Problem ergibt sich aus der Übertragung
von mechanischen Schwingungen vom Antriebsrad in die Antriebswelle
sowie in die Fördereinheit. Die Fördereinheit
kann als Flügelzellenpumpe ausgebildet sein, so dass sich
mechanische Schwingungen innerhalb der Fördereinheit negativ auswirken.
Die mechanischen Schwingungen betreffen insbesondere Axialschwingungen,
welche durch die freien Längen des Zugmittels, dass über
das Antriebsrad verläuft, hervorgerufen werden. Aufgrund der
direkten mechanischen Verbindung des Antriebsrades mit der Fördereinheit
werden diese axialen Schwingungen häufig ungedämpft
in die Fördereinheit eingeleitet. Hierdurch kommt es häufig
zu unerwünschter Geräuschentwicklung.
-
Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fluidfördervorrichtung
zu schaffen, welche eine kleine Dimensionierung der Antriebswelle
mit einer reibungsarmen Lageranordnung ermöglicht und dadurch
die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
-
Die
Erfindung sieht vor, dass das Antriebsrad mittels einer ersten Lageranordnung
am Gehäuse drehbar gelagert ist und die Antriebswelle mittels
einer von der ersten Lageranordnung entkoppelt angeordneten zweiten
Lageranordnung im Gehäuse drehbar gelagert ist.
-
Die
Erfindung schafft dadurch eine teilweise mechanische Trennung des
Antriebsrades von der Antriebswelle, so dass Querkräfte
und damit entstehende Biegemomente nicht in die Antriebswelle eingeleitet
werden. Die erste Lageranordnung nimmt sowohl die radialen als auch
die axialen Kräfte auf, die in das Antriebsrad eingeleitet
werden. Es werden damit die Radial- und Axialkomponenten der eingeleiteten
Kräfte vom eingeleiteten Drehmoment getrennt, so dass folglich
nur noch ein Antriebsdrehmoment in die Antriebswelle überführt
wird.
-
Die Überleitung
des Antriebsdrehmomentes erfolgt mittels eines Kupplungskörpers,
welcher zur Übertragung des Antriebsdrehmomentes zum Antrieb
der Fördereinheit zwischen dem Antriebsrad und der Antriebswelle
drehmomentübertragend angeordnet ist. Somit werden die
Radial- und Axialkräfte des Antriebsrades von der Antriebswelle
getrennt, so dass die Antriebswelle biegemomentfrei im Gehäuse
der Fluidfördervorrichtung rotiert. Der Kupplungskörper
dient lediglich zur Drehmomentübertragung, wodurch die
Möglichkeit geschaffen wird, aufgrund der biegemomentfreien
Anordnung der Antriebswelle diese mit geringen Durchmessern zu dimensionieren,
wodurch der Aufbau der zweiten Lageranordnung folglich ebenso klein
dimensioniert werden kann. Dies führt zu einer Verringerung
der Reibmomente, da das Reibmoment in einer Lagerung mit kleinerem
Lagerdurchmesser zumeist abnimmt.
-
Eine
vorteilhafte Ausführungsform des Kupplungskörpers
weist ein elastisches Material desselben auf, welches ein Material
aus der Gruppe der Kunststoffe oder der Kautschuke umfasst. Derartige Materialien
besitzen hervorragende Dämpfungseigenschaften, wobei sie
jedoch hinreichend steif ausgebildet werden können, um
das erforderliche Antriebsdrehmoment zu übertragen. Jedoch
werden die axialen und die radialen Kräfte nicht durch
den Kupplungskörper hindurch übertragen, da die
Nachgiebigkeit des elastischen Materials eine Kraftübertragung verhindert.
-
Der
Kupplungskörper selbst muss jedoch nicht ausschließlich
aus dem elastischen Material bestehen, sondern kann ferner einen
metallischen Grundkörper umfassen, wobei lediglich im Spalt
zwischen dem metallischen Grundkörper sowie dem Antriebsrad
oder der Antriebswelle Materialien mit einer großen Elastizität
eingesetzt sind, um die gewünschte Entkopplung der Axial-
und Radialkräfte zu erzielen.
-
Aufgrund
der Dämpfungseigenschaften der genannten Materialien ist
es ferner von Vorteil, dass auftretende Schwingungen vom Antriebsrad
nicht in die Antriebswelle übertragen werden, da das elastische
Material eine Entkopplung der Schwingungen bewirkt.
-
Vorteilhafterweise
weist der Kupplungskörper eine kreisscheibenartige Gestalt
auf, und ist auf die Antriebswelle und/oder auf das Antriebsrad
aufvulkanisiert. Das auf- oder anvulkanisieren des Kupplungskörpers
an das Antriebsrad bzw. an die Antriebswelle ermöglicht
eine stoffschlüssige Verbindung, welche bereits zur erforderlichen
Kraftübertragung hinreichend fest ausgeführt ist.
-
Vorteilhafterweise
kann jedoch die Verbindung zwischen dem Kupplungskörper
sowie dem Antriebsrad bzw. der Antriebswelle unterstützt
werden durch Verbindungselemente, wie beispielsweise eine konzentrisch
mit der Rotationsachse angeordnete Zentralschraube. Durch Lösen
der Zentralschraube kann der Kupplungskörper sowie das
Antriebsrad von der Fluidfördervorrichtung getrennt werden,
was eine vorteilhafte Montage- bzw. Demontage Möglichkeit
bietet. Jedoch kommen auch Verbindungsvarianten in Betracht, die
auf einer Mitnahmeverzahnung (19) und/oder einer Presspassung
(20) beruhen.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform des Kupplungskörpers
sieht vor, dass dieser als Klauenkupplung ausgebildet ist und die
drehmomentübertragende Verbindung mit dem Antriebsrad mehrere
Dämpfungselemente aufweist. Damit wird verdeutlicht, dass
das elastische Material des Kupplungskörpers nicht lediglich
ein materialeinheitliches und einstückig ausgebildetes
Bauteil bilden muss, sondern dass mehrere beispielsweise gleich
verteilt auf dem Umfang angeordnete Dämpfungselemente den
Kupplungskörper insgesamt bilden. Somit ist es möglich,
dass die Klauenkupplung mehrere aufvulkanisierte Dämpfungselemente
aufweist, welche wiederum mit dem Antriebsrad in Verbindung gebracht sind.
-
Ferner
ist es von Vorteil, dass die Klauenkupplung eine endseitig mit der
Antriebswelle verbundene kreisscheibenartige Druckgussplatte aufweist,
und die Dämpfungselemente zwischen der Druckgussplatte
und dem Antriebsrad angeordnet sind.
-
Aus
konstruktiven Gründen ist es weiter von Vorteil, dass das
Gehäuse eine sich um die Rotationsachse erstreckende halsartige
Anformung aufweist und das Antriebsrad mittels eines Wälzlagers auf
der halsartigen Anformung des Gehäuses drehbar gelagert
ist. Die halsartige Anformung am Gehäuse bildet eine zylindrische
Mantelfläche, über die das Wälzlager
in Form eines Kugellagers aufgeschoben werden kann. Damit wird die
Lagerung des Antriebsrades mittels eines Wälzlagers auf
der halsartigen Anformung realisiert, wobei sich die Antriebswelle mittig
durch die halsartige Anformung hindurch erstreckt und die erfindungsgemäße
Trennung bewirkt wird.
-
Die
Antriebswelle ist mittels einer Gleitlageranordnung im Gehäuse
gelagert, wobei an einem ersten Ende der Antriebswelle der Kupplungskörper und
an einem gegenüberliegenden zweiten Ende der Antriebswelle
die Fördereinheit angeordnet ist. Das jeweilige Ende der
Antriebswelle kann sich dabei in die Fördereinrichtung
hinein erstrecken, wobei sich auch der Kupplungskörper
zumindest teilweise endseitig über die Antriebswelle erstrecken
kann.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform ist die Fluidfördervorrichtung
zur Förderung des Druckmittels für die Hilfskraftunterstützung
einer Lenkeinrichtung vorgesehen. Bei dieser Ausführung kann
der Vorteil genutzt werden, dass durch eine kleiner ausgeführte
Antriebswelle größere Tilgerräume innerhalb
der Fördereinheit realisierbar sind, wodurch die Pulsation
der Förderung des Druckmittels reduziert wird.
-
Weitere
Vorteile aus der kleineren Antriebswelle ergeben sich durch einen
kleineren Wellendichtring, wobei die axiale Wellensicherung über
einen Sprengring erfolgen kann, der am Läufer angeordnet ist
oder die Axialsicherung wird über den Kupplungskörper
selbst realisiert. Insbesondere bei der Ausführung als
Flügelzellenpumpe für die Hilfskraftunterstützung
einer Lenkeinrichtung (Servolenkung) ist es von Vorteil, dass gemäß der
vorgeschlagenen Ausführungsform der getrennten Lagerung
des Antriebsrades sowie der Antriebswelle die Fördervorrichtung selbst
innerhalb vorhandener Einbaumaße darstellbar ist. Die Unterbringung
der ersten Lageranordnung über der halsartigen Anformung
erfordert nicht mehr Bauraum, da der Innendurchmesser der Wälzlagerung
größer gewählt werden kann, wobei die halsartige
Anformung lediglich zur Hindurchführung der Antriebswelle
einen Mindestdurchmesser aufweisen muss. Eine vorteilhafte Abdichtung
kann über einen Radialwellendichtring erfolgen, welcher
in der Innenseite der halsartigen Anformung aufgenommen sein kann.
-
Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend
gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
-
Es
zeigt:
-
1 eine
erste quergeschnittene Ansicht einer Fluidfördervorrichtung
mit einem Kupplungskörper gemäß einer
ersten Ausführung;
-
2 eine
zweite quergeschnittene Ansicht einer Fluidfördervorrichtung
mit einem weiteren Ausführungsbeispiel des Kupplungskörpers
in Gestalt einer Klauenkupplung;
-
3 eine
weitere quergeschnittene Ansicht der Fluidfördervorrichtung
mit einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Kupplungskörpers,
welcher eine Druckgussplatte mit Dämpfungselementen umfasst;
-
4 eine
perspektivische Ansicht der Fluidfördervorrichtung, welche
als Flügelzellenpumpe für eine Hilfskraftunterstützung
einer Lenkeinrichtung einsetzbar ist; und
-
5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung des Kupplungskörpers
mit verschiedenen Verbindungsvarianten zur Antriebswelle.
-
1 zeigt
eine Fluidfördervorrichtung 1 in einer quergeschnittenen
Ansicht. Die Fluidfördervorrichtung 1 ist im Wesentlichen
aus einem Gehäuse 2 aufgebaut, das die Grundstruktur
der Fluidfördervorrichtung 1 bildet. Innerhalb
des Gehäuses 2 ist eine Flügelzellenpumpe 3 eingebracht,
welche der Förderung eines Fluides dient, das über
Fluidkanäle zu- und abgeführt wird. Die Flügelzellenpumpe 3 wird über
eine Antriebswelle 4 angetrieben, die sich entlang einer
Rotationsachse 6 durch das Gehäuse 2 hindurch
erstreckt. Die Antriebswelle 4 steht erfindungsgemäß über
einen Kupplungskörper 9 mit einem Antriebsrad 5 in
drehmomentübertragender Verbindung. Das Antriebsrad 5 ist
als Riemenscheibe für einen Flachriemen ausgeführt,
und dient zum Antrieb der Fluidfördervorrichtung 1 über
den Flachriemen. Der Kupplungskörper 9 ist in
Form einer kreisscheibenförmigen Platte gebildet, welche
entweder insgesamt elastisch ist oder gemäß des
vorliegenden Ausführungsbeispiels elastische Bereiche umfasst.
Die elastischen Bereiche befinden sich zwischen dem Kupplungskörper 9 und
dem Antriebsrad 5, so dass eine Entkopplung sowohl radialer
als auch axialer Kräfte erfolgen kann, welche in das Antriebsrad 5 eingeleitet
werden und durch die erfindungsgemäße Entkopplung
nicht auf die Antriebswelle 4 übertragen werden.
Dies wird erreicht, in dem das Antriebsrad 5 separat und
getrennt von der Antriebswelle 4 über eine erste
Lageranordnung 7 in Form eines Wälzlagers am Gehäuse
gelagert ist. Der Bereich der Aufnahme der ersten Lageranordnung 7 am
Gehäuse ist durch eine halsartige Anformung 13 gebildet,
welche einen zylindrischen Außenbereich umfasst, auf den die
erste Lageranordnung 7 aufgeschoben ist. Der Kupplungskörper 9 ist über
ein Verbindungselement 10 endseitig an der Antriebswelle 4 angebracht,
wobei die Verbindung ferner ein Aufvulkanisieren umfassen kann (nicht
näher dargestellt), wobei sich das Verbindungselement in
Form einer Verschraubung konzentrisch zur Rotationsachse 6 erstreckt.
-
Unabhängig
von der ersten Lageranordnung 7 ist die Antriebswelle 4 mittels
einer zweiten Lageranordnung 8 drehbar im Gehäuse 2 gelagert,
wobei die zweite Lageranordnung 8 zwei Gleitlager umfasst,
welche aufgrund der biegemomentfreien Anordnung der Antriebswelle
als hinreichende Lagerung einsetzbar sind. Die als Gleitlagerung
ausgeführte zweite Lageranordnung 8 befindet sich
zwischen dem Antriebsrad 5 bzw. dem Kupplungskörper 9 und
der Flügelzellenpumpe 3.
-
2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Fluidfördervorrichtung 1 mit
einer anderen Ausführungsform des Kupplungskörpers 9.
Dieser weist eine Druckgussplatte 12 auf, welche geometrisch derart
ausgebildet ist, dass diese mit dem Antriebsrad 5 einen
Formschluss in Rotationsrichtung bildet, um über diesen
Formschluss das erforderliche Drehmoment zu übertragen.
Zwischen der Druckgussplatte 12 sowie dem Antriebsrad 5 kann
ein elastischer Bereich 17 vorgesehen sein, welcher die
gewünschte Schwingungsdämpfung sowie die axiale
und radiale Entkopplung der in das Antriebsrad 5 eingeleiteten Kräfte
relativ zur Antriebswelle 4 bewirkt. Der geometrische Formschluss
der Druckgussplatte 12 ist in den Formschlussbereichen 14 erkennbar,
welche eine topfförmige Ausführung in Richtung
des Antriebsrades 5 besitzen.
-
3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Fluidfördervorrichtung 1,
bei der der Kupplungskörper 9 Dämpfungselemente 11 umfasst,
die zwischen dem Kupplungskörper 9 sowie dem Antriebsrad 5 eingebracht
sind. Die Dämpfungselemente 11 können
gleich verteilt auf dem Umfang angeordnet sein, wobei in der Schnittebene
der Fluidfördervorrichtung 1 gemäß der
Darstellung zwei Dämpfungselemente 11 dargestellt
sind. Die Dämpfungselemente 11 dienen zur Drehmomentübertragung
zwischen dem Antriebsrad sowie dem kreisscheibenförmigen
Grundbauteil des Kupplungskörpers 9, welcher wiederum
mittels des Verbindungselementes 10 an der Antriebswelle 4 angebracht
ist. Deutlich zu erkennen ist ferner die halsartige Anformung 13,
wobei innerhalb der Anformung 13 ein Radialwellendichtring 15 zur
Abdichtung der Antriebswelle 4 eingesetzt ist.
-
4 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Fluidfördervorrichtung 1,
wobei verschiedene Befestigungsanformungen im außenseitigen
Bereich des Gehäuses 2 erkennbar sind. Insbesondere
sichtbar ist ein Ablauf 16 und ein Zulauf 18 des
zu fördernden Fluids. Ferner ist auf der vorderen Seite
des Kupplungskörpers 9 erkennbar, dass die Formschlussbereiche 14 als
Vertiefungen in Richtung des Antriebsrades 5 ausgebildet
sind. Der Kupplungskörper 9 erstreckt sich konzentrisch
zur Rotationsachse 6, und ist über das Verbindungselement 10 mit
der Antriebswelle verbunden. Die diversen Befestigungsanformungen
in der Außenseite des Gehäuses 2 dienen zur
Befestigung der Fluidfördervorrichtung 1 im Motorraum,
da dieses gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels
als Flügelzellenpumpe für die Hilfskraftunterstützung
einer Lenkeinrichtung dient.
-
Die 5 gibt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Fluidördervorrichtung 1 wieder,
welche verschiedene Verbindungsvarianten zwischen der Antriebswelle 4 und
dem Kupplungskörper 9 aufzeigt. Im oberen Teilschnitt
der Antriebswelle 4 ist als Verbindungsvariante zum Kupplungskörper 9 eine
Mitnahmeverzahnung 19 und im unteren Teilschnitt ist eine
Presspassung 20 angedeutet. Diese Verbindungsvarianten
machen die Verwendung eines Verbindungselementes wie einer Schraube überflüssig. Gemäß dieses
Ausführungsbeispiels weist das Antriebsrad 5 in
Gestalt einer Riemenscheibe eine umlaufende Berandung oder Rippe 21 auf,
innerhalb der der Kupplungskörper 9 endet und
sich in diese radial hinein erstreckt. Zwischen dem Kupplungskörper 9 und
der Rippe 21 erstreckt sich ein radialer Spalt, welcher
so geformt ist, dass hinter den Kupplungskörper 9 eingedrungenes
Spritzwasser oder auch Kondenswasser durch den Spalt ablaufen kann
und im Betrieb der Flügelzellenpumpe aus diesem Bereich
herausgeschleudert wird. Ferner besteht die Möglichkeit,
dass der Kupplungskörper 9 die Rippe 21 axial überragt,
sodass auf den Kupplungskörper 9 auftreffendes
Spritzwasser nicht in den Spalt gelangt, was sowohl bei Rotation
des Kupplungskörpers 9 als auch bei Stillstand
durch ein Abtropfen verhindert wird.
-
Die
Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung
nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung
auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung nicht
auf die vorgeschlagene geometrische Ausgestaltung des Kupplungskörpers 9 begrenzt.
-
Vielmehr
ist eine Variation des Kupplungskörpers 9 unabhängig
von der kreisscheibenförmigen Gestalt möglich.
Der Kupplungskörper 9 ist lediglich mit dem Merkmal
behaftet, eine Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebsrad 5 sowie
der Antriebswelle 4 zu schaffen. Anders geartete Körper
zur Drehmomentübertragung sind daher ebenfalls im vorliegenden
Schutzumfang inbegriffen.
-
- 1
- Fluidfördervorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Flügelzellenpumpe
- 4
- Antriebswelle
- 5
- Antriebsrad
- 6
- Rotationsachse
- 7
- erste
Lageranordnung
- 8
- zweite
Lageranordnung
- 9
- Kupplungskörper
- 10
- Verbindungselement
- 11
- Dämpfungselement
- 12
- Druckgussplatte
- 13
- Anformung
- 14
- Formschlussbereich
- 15
- Radialwellendichtring
- 16
- Fluidablauf
- 17
- elastischer
Beriech
- 18
- Fluidzulauf
- 19
- Mitnahmeverzahnung
- 20
- Presspassung
- 21
- Rippe
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-