DE102012210048A1

DE102012210048A1 - Verdrängerpumpe

Info

Publication number: DE102012210048A1
Application number: DE102012210048A
Authority: DE
Inventors: Andreas Blank; Martin Thoma; Dipl.-Ing.(FH) Helle Torsten; Dipl.-Ing. Hans-Peter (FH) Ott; Bernd Hess; Benjamin Kawa; Dipl.-Ing. Schneider Willi
Original assignee: Joma Polytec GmbH
Current assignee: Joma Polytec GmbH
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2013-12-19
Also published as: US20150132169A1; EP2825775B1; CN104471249B; CN104471249A; EP2825775A1; WO2013186314A1; DE202013012179U1; US9651042B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe mit einem topfförmigen Gehäuse, einem im Gehäuse drehbar gelagerten Rotor und wenigstens einem im Rotor verschieblich geführten Flügel, dessen Flügelspitze an der Innenumfangswand des Gehäuses anliegt und den Innenraum in Kammern unterteilt, wobei eine die Verschiebung des Flügels im Rotor hemmende oder bremsende Arretierung vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe mit einem topfförmigen Gehäuse, einem im Gehäuse drehbar gelagerten Rotor und wenigstens einem im Rotor verschieblich geführten Flügel, dessen Flügelspitze an der Innenumfangswand des Gehäuses anliegt und den Innenraum in Kammern unterteilt.
In Fahrzeugen laufen nach aktuellem Stand der Technik die Unterdruckpumpen, die das Vakuum in den Bremskraftverstärkern erzeugen, permanent mit dem Motor mit. Je nach Drehzahl bedeutet dies einen Energieverbrauch von einigen 100 Watt, obwohl das für den Bremsvorgang notwendige Vakuum bereits aufgebaut ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängerpumpe bereit zu stellen, welche energiesparender betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Verdrängerpumpe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine die Verschiebung des Flügels im Rotor hemmende oder bremsende Arretierung vorgesehen ist.
In dem Zeitraum, in dem die Unterdruckpumpe im Fahrzeug nicht benötigt wird, wird durch eine Arretierung, die als in den Rotor integrierte Vorrichtung ausgebildet ist, dafür gesorgt, dass die Verdrängerpumpe keine Verdrängerarbeit leistet. Dies geschieht dadurch, dass die vorhandenen Flügel oder Schieber in der Verdrängerpumpe durch die Arretierung in einer Ruheposition arretiert werden, sodass die Pumpe keine Arbeit mehr verrichtet, also das Drehmoment und die Leistungsaufnahme der Pumpe bis auf Plantsch- und Lagerreibungsverluste reduziert werden. Diese drastische Senkung des Energiebedarfs bedeutet gleichzeitig eine deutliche Reduktion der CO₂-Emission des antreibenden Verbrennungsmotors.
Angewendet werden kann diese Erfindung auf alle Flügel- oder Schieberpumpen (statische Rotationspumpen) mit beliebig vielen Flügeln und Arbeitskammern. Das Prinzip ist nicht auf Unterdruckpumpen beschränkt, sondern kann auch auf Druckpumpen und auch auf andere Medien, wie (Öl-, Wasserpumpen und dergleichen angewendet werden, wenn diese üblicherweise permanent mitlaufen, aber nicht ständig benötigt werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Arretierung im Rotor und/oder in wenigstens einem den Innenraum stirnseitig abschließenden Deckel vorgesehen. Die Arretierung greift also radial und/oder axial am Flügel an und blockiert dessen radiale Verschiebung im Rotor.
Vorteilhaft wird die Arretierung mechanisch, pneumatisch, hydraulisch, magnetisch und/oder elektromagnetisch angetrieben und/oder aktiviert. Hierdurch wird eine einfache und preiswerte Ansteuerung und ein schneller Antrieb ermöglicht.
Dabei ist vorgesehen, dass die Arretierung dann aktiviert wird, wenn der Flügel seine maximal in den Rotor eingefahrene Stellung einnimmt. Die Flügelspitze schließt dann bündig mit dem Außenumfang des Rotors ab. Der Rotor läuft dann praktisch leer mit.
Um die Verdrängerpumpe wieder zu aktivieren, wird die Arretierung dann deaktiviert, wenn der Rotor eine Drehlage einnimmt, in welcher die Flügelspitze des arretierten Flügels seine geringste Entfernung zur Innenumfangswand des Gehäuses aufweist. Dies ist üblicherweise dann der Fall, wenn der Rotor die Drehstellung einnimmt, in der Flügel arretiert worden ist, so dass die Flügelspitze sanft auf die Innenumfangswand aufsetzt und an dieser zu entlang gleiten kann.
Bei bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Arretierung kraftschlüssig, reibschlüssig, klemmschlüssig und/oder formschlüssig am Flügel angreift. Mit geringen Kräften kann auf diese Weise der Flügel im Rotor arretiert werden.
Wie bereits erwähnt, greift die Arretierung radial und/oder axial am Flügel an. Die axiale Arretierung erfolgt über den oder die stirnseitigen Deckel und die radiale Arretierung erfolgt direkt im Rotor.
Eine einfache Lösung sieht vor, dass am Flügel Magnete, zum Beispiel codierte Magnete, vorgesehen sind, denen in der eingefahrenen Stellung des Flügels gegenpolige Magnete, zum Beispiel codierte Magnete, am Rotor und/oder am Deckel des Gehäuses gegenüberliegen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung mehrere besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine als Flügelzellenpumpe ausgebildete Verdrängerpumpe, mit deaktivierter Arretierung;
2 eine Draufsicht auf die Verdrängerpumpe gemäß 1, mit aktivierter Arretierung;
3 eine Draufsicht auf die Verdrängerpumpe mit kraftschlüssiger radialer aber deaktivierter Arretierung;
4 eine Draufsicht auf die Verdrängerpumpe mit kraftschlüssiger radialer aktivierter Arretierung;
5 eine perspektivische Ansicht der Verdrängerpumpe mit kraftschlüssiger radialer aktivierter Arretierung und mechanischer Ansteuerung;
6 eine perspektivische Ansicht der Verdrängerpumpe mit kraftschlüssiger axialer aber deaktivierter Arretierung;
7 eine perspektivische Ansicht der Verdrängerpumpe mit kraftschlüssiger axialer aktivierter Arretierung;
8 eine perspektivische Ansicht der Verdrängerpumpe mit formschlüssiger axialer deaktivierter und aktivierter Arretierung;
9 eine Draufsicht auf die Verdrängerpumpe mit anderen Flügelgeometrien;
10 ein Schaltbild für eine elektromagnetische Ansteuerung der Arretierung bei Anwendung an einer Ölpumpe bzw. Nockenwelle;
11 ein Schaltbild für eine interne pneumatische Ansteuerung der Arretierung über Unterdruck bei Anwendung an einer Ölpumpe bzw. Nockenwelle;
12 ein Schaltbild für eine externe pneumatische Ansteuerung der Arretierung über ein Magnetventil bei Anwendung an einer Ölpumpe bzw. Nockenwelle; und
13 ein Schaltbild für eine externe hydraulische oder pneumatische Ansteuerung der Arretierung bei Anwendung an einer Ölpumpe bzw. Nockenwelle.
In der 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 schematisch eine als Flügelzellenpumpe ausgebildete Verdrängerpumpe bezeichnet, die ein Gehäuse 12 aufweist, in welchem ein Rotor 14 drehbar gelagert ist. Im Rotor 14 sind zwei Flügel 16 verschieblich geführt, so dass deren Flügelspitzen 18 eine Innenumfangswand 20 des Gehäuses 12 berühren. Der Innenraum 34 des Gehäuses 12 wird von den Flügeln 16 in Kammern 22, 24 und 26 unterteilt, wobei im gezeigten Fall die Kammer 22 eine Druckkammer und die Kammer 26 eine Saugkammer darstellen. Während der Drehung des Rotors 14 führen die Flügel 16 innerhalb des Rotors 14, d.h. in Flügelschächten 28, translatorische Bewegungen aus, die mit den Pfeilen 30 angedeutet sind.
Die 2 zeigt die Verdrängerpumpe 10 gemäß 1, wobei die Flügel 16 vollständig in den Rotor 14 eingefahren sind und die Flügelspitzen 18 sich auf dem oder innerhalb des Umkreises 32 des Rotors 14 befinden. Der Innenraum 34 wird von den Flügeln nicht mehr in Kammern unterteilt. Die Position der Flügel 16 wird von einer in 2 nicht dargestellten Arretierung gehalten.
In der 3 weist die Verdrängerpumpe 10 eine Arretierung 36 auf, die radial auf die Flügel 16 wirkt und kraftschlüssig arbeitet. Die Arretierung 36 sorgt dafür, dass die Flügel 16 bei nicht gebrauchter Verdrängerpumpe 10 im Rotor 14 bleiben, was in 4 dargestellt ist. Der Halt der Flügel 16 in der Nichtgebrauchslage erfolgt z.B. dadurch, dass die Flügel 16 mechanisch radial so stark verklemmt (Pfeile 38) werden, dass sie nicht mehr nach außen gegen die Innenumfangswand 20 getrieben werden.
In den 5 und 6 weist die Verdrängerpumpe 10 eine Arretierung 36 auf, die axial auf die Flügel 16 wirkt und kraftschlüssig arbeitet. Die Arretierung 36 sorgt dafür, dass die Flügel 16 bei nicht gebrauchter Verdrängerpumpe 10 im Rotor 14 bleiben, was in 7 dargestellt ist. Der Halt der Flügel 16 erfolgt z.B. dadurch, dass die Flügel 16 mechanisch axial so stark verklemmt werden, dass sie nicht mehr nach außen gegen die Innenumfangswand 20 getrieben werden. Die Steuerung erfolgt über eine mechanische Kraft, z.B. einen Stift 40 oder einen Druckteller, der in Richtung des Pfeils 42 auf die Stirnfläche der Flügel 16 oder ein Blockierelement wirkt, sodass die Flügel 16 durch die beiden Stirnflächen 44 (Druckpfeile 46) im Rotor 16 arretiert werden.
In der 8 weist die Verdrängerpumpe 10 eine Arretierung 36 auf, die axial auf die Flügel 16 wirkt und formschlüssig arbeitet. Die Arretierung 36 sorgt dafür, dass die Flügel 16 bei nicht gebrauchter Verdrängerpumpe 10 im Rotor 14 bleiben. Der Halt der Flügel 16 erfolgt z.B. dadurch, dass die Flügel 16 mechanisch axial formschlüssig arretiert werden, so dass sie nicht mehr nach außen gegen die Innenumfangswand 20 getrieben werden. Hierfür weist der Flügel 16 in seiner Stirnfläche 44 eine Einsenkung 48 auf, in welche ein in einem Deckel (nicht dargestellt) vorgesehener, axial ausfahrbarer Vorsprung eingreift. Der Flügel 16 ist formschlüssig blockiert. Über eine zusätzliche mechanische Kraft (Pfeil 46), die auf die Stirnfläche der Flügel 16 wirkt, werden die Flügel 16 zusätzlich durch die beiden Stirnflächen im Rotor arretiert.
Die 9 zeigt einen Rotor 14 mit einer anderen Flügelgeometrie, nämlich einem versetzen Zweiflügler. Die Erfindung kann auch mit alternativen Flügelgeometrien für die Verdrängerpumpe 10, z.B. mit einem geschlitzten Einflügler, einem Zweiflügler, einem Dreiflügler usw. verwirklicht werden.
Die 10a und 10b zeigen ein Schaltbild für eine elektromagnetische Ansteuerung der Arretierung 36. Über eine Antriebswelle 50 (Nockenwelle 62 eines Motors 64) wird eine Schmiermittelpumpe 52 angetrieben, die wiederum die Verdrängerpumpe 10 antreibt und einen Bremskraftverstärker 54 mit Unterdruck versorgt. Der Druck im Bremskraftverstärker 54 wird mit einem Sensor 56 erfasst und an eine Steuerelektronik 58 weitergeleitet, die ihrerseits einen Elektromagneten 60 ansteuert. Dieser treibt die Arretierung 36 an, die auf die Flügel 16 in der Verdrängerpumpe 10 einwirkt. Sobald ein vorgegebener Unterdruck im Bremskraftverstärker 54 erreicht ist, wird die Arretierung 36 aktiviert und die Flügel 16 im Rotor 14 blockiert. Ein Abbau des Unterdrucks im Bremskraftverstärker 54 wird durch ein Rückschlagventil 66 verhindert.
Die 11a und 11b zeigen ein Schaltbild für eine interne pneumatische Ansteuerung der Arretierung 36. Der Druck im Bremskraftverstärker 54 wird direkt über eine Leitung 68 an eine interne pneumatische Unterdrucksteuerung 70 weitergegeben, die ihrerseits die Arretierung 36 antreibt, die wiederum auf die Flügel 16 in der Verdrängerpumpe 10 einwirkt. Mit dem Bezugszeichen 10 ist die Gesamtheit der Verdrängerpumpe angedeutet.
Die 12a und 12b zeigen ein Schaltbild für eine externe pneumatische Ansteuerung der Arretierung 36. Der Druck im Bremskraftverstärker 54 wird über die Leitung 68 an ein externes Magnetventil 72 weitergegeben, welches die pneumatische Unterdrucksteuerung 70 ansteuert, welches seinerseits die Arretierung 36 antreibt, die wiederum auf die Flügel 16 in der Verdrängerpumpe 10 einwirkt.
Die 13a und 13b zeigen ein Schaltbild für eine externe hydraulische oder pneumatische Ansteuerung der Arretierung 36, ähnlich der Ansteuerung gemäß der 10a und 10b. Der Druck im Bremskraftverstärker 54 wird mit dem Sensor 56 erfasst und an die Steuerelektronik 58 weitergeleitet, die ihrerseits die hydraulische oder pneumatische Unterdrucksteuerung 70 ansteuert, was mit Pfeilen 74 und 76 angedeutet ist. Sobald ein vorgegebener Unterdruck im Bremskraftverstärker 54 erreicht ist, wird die Arretierung 36 aktiviert und die Flügel 16 im Rotor 14 blockiert.

Claims

Verdrängerpumpe (10) mit einem topfförmigen Gehäuse (12), einem im Gehäuse (12) drehbar gelagerten Rotor (14) und wenigstens einem im Rotor (14) verschieblich geführten Flügel (16), dessen Flügelspitze (18) an der Innenumfangswand (20) des Gehäuses (12) anliegt und den Innenraum (34) in Kammern (22, 24, 26) unterteilt, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Verschiebung des Flügels (16) im Rotor (14) hemmende oder bremsende Arretierung (36) vorgesehen ist.
Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierung (36) im Rotor (14) und/oder in wenigstens einem den Innenraum (34) stirnseitig abschließenden Deckel vorgesehen ist.
Verdrängerpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierung (36) mechanisch, pneumatisch, hydraulisch, magnetisch und/oder elektromagnetisch angetrieben oder aktivierbar ist.
Verdrängerpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierung (36) dann aktiviert wird, wenn der Flügel (16) seine maximal in den Rotor (14) eingefahrene Stellung einnimmt.
Verdrängerpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierung (36) dann deaktiviert wird, wenn der Rotor (14) eine Drehlage einnimmt, in welcher die Flügelspitze (18) des arretierten Flügels (16) seine geringste Entfernung zur Innenumfangswand (20) aufweist.
Verdrängerpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierung (36) kraftschlüssig, reibschlüssig, klemmschlüssig und/oder formschlüssig am Flügel (16) angreift.
Verdrängerpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierung (36) radial und/oder axial an Flügel (16) angreift.
Verdrängerpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Flügel (16) Magnete, zum Beispiel codierte Magnete, vorgesehen sind, denen in der eingefahrenen Stellung des Flügels (16) gegenpolige Magnete, zum Beispiel codierte und/oder ansteuerbare Magnete, am Rotor (14) und/oder am Deckel des Gehäuses (12) gegenüberliegen.
Verdrängerpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser in Richtung zum Verbraucher ein Rückschlagventil (66) nachgeschaltet ist.