JP2007500309A - 深絞り加工されたポット形金属薄板を備えたベーンポンプ - Google Patents

Abstract

例えば内燃機関から潤滑油を搬送するためのポンプ、殊に多行程式のベーンポンプであって、少なくとも半径方向に可動なベーン（３）を備えたロータ（７）と、行程輪郭と、２つの軸方向の側方カバーとしてのサイドプレート又はケーシング壁とを有する回転構造群が設けられており、前記行程輪郭に沿ってベーン（３）のベーンヘッドが気密にガイドされるようになっている形式のものにおいて、行程輪郭と第１の軸方向のサイドプレート又はケーシング壁とがポット形金属薄板によって形成されている。

Description

本発明は、例えば内燃機関から潤滑油を搬送するためのポンプ、特に多行程式のベーンポンプ（Fluegelzellenpumpe；ベーンセルポンプ）であって、少なくとも半径方向に可動なベーンを備えたロータと、行程輪郭と、２つの軸方向の側方カバーとしてのサイドプレート又はケーシング壁とを有する回転構造群が設けられており、前記行程輪郭に沿ってベーンのベーンヘッドが気密にガイドされるようになっている形式のものに関する。

このような形式のポンプは公知である。この公知のポンプは、そのサイドプレート内に軸方向の入口開口と出口開口とを有しており、これらの入口開口及び出口開口は、その吐出し領域に応じて例えばシール装置又はこれと類似のものによって分離させる必要があり、従ってこのような形式のベーンポンプにおいては軸方向の構造長さが大きくなってしまう。公知の回転構造群の構造部も、例えばサイドプレートは焼結鋼より成っていて、輪郭リングは中実の鋼又は焼結鋼より成っていて、相応に厚い壁部を有し、従って半径方向でもまた軸方向でも大きい構造スペースを必要とする。

本発明の課題は、このような欠点を取り除いたポンプを提供することである。

この課題を解決した本発明によれば、例えば内燃機関から潤滑油を搬送するためのポンプ、特に多行程式のベーンポンプであって、少なくとも半径方向に可動なベーンを備えたロータと、行程輪郭と、２つの軸方向の側方カバーとしてのサイドプレート又はケーシング壁とを有する回転構造群が設けられており、前記行程輪郭に沿ってベーンのベーンヘッドが気密にガイドされるようになっている形式のものにおいて、行程輪郭（Hubkontur)と第１の軸方向のサイドプレート又はケーシング壁とがポット形金属薄板（ポット形薄鋼板）によって形成されている。有利な形式で、ポット形金属薄板は深絞りによって製作することができる。また、第２の軸方向のサイドプレートが金属薄板カバー（薄鋼板カバー）によって形成されているポンプが有利である。本発明の実施態様によるポンプは、金属薄板カバーが圧刻成形された段部を有しており、該段部の外側輪郭が行程輪郭の形状を有している。これによって、金属薄板カバーは、ポット形金属薄板内に設置した後で、深絞り過程によって形成されるポット形金属薄板の丸味部が覆われ、それによって回転構造群内に狭いシールギャップが形成される。本発明によれば金属薄板カバーが精密打ち抜き成形又は精密切断によって製作可能である。

本発明の別の実施態様によるポンプは、吸込み開口がポット形金属薄板の半径方向の開口によって形成されていることを特徴としている。これによって、回転構造群の構造を狭くすることができるという利点を有する。何故ならば、吸込み通路は半径方向でポット形金属薄板の周囲を巡って配置することができ、吐出し通路の向き合う側に軸方向に配置する必要はないからである。

吐出し開口が、腎臓（Niere；キドニー若しくはインゲン豆）形の吐出し領域としての軸方向の開口及び、場合によってはポット形金属薄板の少なくとも１つの半径方向の開口によって形成されているポンプも有利である。本発明によれば、半径方向の吐出し開口が温度切換弁によって又は圧力切換弁によって閉鎖可能であり、それによって切換可能な搬送領域が形成される。このような構成によって、内燃機関の温度又は圧力に基づいて必要とされる潤滑油の量に応じて、ポンプが両搬送領域で以て圧力油を搬送するか、又は第１の搬送領域だけで圧力油を搬送し、第２の搬送領域は増圧することなしに連動し、それによって効率を著しく節約することができる。

また本発明の別の実施態様によるポンプは、温度切換弁がオーバーストロークスプリングを有していることを特徴としている。これによって、半径方向の吐出し開口が温度切換弁によって閉鎖された後で、熱膨張エレメントが潤滑油の温度上昇によってさらに膨張すると、膨張エレメントは変形又は破壊されることなしに、オーバーストロークスプリングに対して付加的に膨張する。

ポンプは有利な形式で、回転構造群のポット形金属薄板及び場合によって温度切換弁又は圧力切換弁が、プラスチックケーシング内に組み込まれている。プラスチックケーシングは有利な形式で射出成形によって仕上げ形成されており、従って後加工を必要としない。これによって、金属薄板内にカプセル包囲された回転構造群はプラスチックケーシング内に組み込まれ、それによって２種類の材料の利点を利用することができる、という利点が得られる。

本発明によるポンプの別の実施態様によれば、切換可能な搬送領域の軸方向の吐出し開口が、ばね舌片形の逆止弁によって閉鎖可能である。この場合、ばね舌片形の逆止弁は、行程輪郭湾曲部の形状を有している。また、ばね舌片形の逆止弁が、プラスチックより成るピンに支承されている。ばね舌片形の逆止弁は、プラスチックケーシング内でストロークストッパによって過剰な伸張に対して保護されている。このような構成のばね舌片形の逆止弁は、一方では非常に安価であり、また他方ではポンプの構造スペース内に中立的に組み込むことができる、という利点を有している。

本発明の別の実施態様によるポンプは、ポット形金属薄板が、打ち出し成形又は圧刻成形されたコールドスタートリング（常温始動リング）を有しており、このコールドスタートリングは、常温運転状態においてベーンの下に位置していてベーンを行程輪郭に応じて外方にガイドし、行程輪郭に向かって変向させるようになっている。さらにまた、ロータがコールドスタートリングを収容するための溝又は凹部を有しているポンプが有利である。また、金属薄板カバーが打ち出し成形又は圧刻成形されたコールドスタートリングを有しているポンプも有利である。

本発明の別の実施態様によるポンプは有利には、金属薄板カバーが圧刻成形された見かけ上の腎臓形の吐出し領域、つまり吐出し領域内でロータのための軸方向の圧力面補正だけを行う貫通開口を有していない、腎臓形の吐出し領域を有している。

本発明の別の実施態様によるポンプは有利には、切換可能な搬送領域の半径方向の吐出し開口が、切換不能な第２の搬送領域の吸込み領域内に直接短い経路で開口している通路内に開口している。これによって有利には、わずかな流れ損失及び安価な通路ガイドが得られ、ひいては切換可能な搬送領域のエネルギーの少ない無圧の循環を生ぜしめることができる。

本発明を以下に図面を用いて説明する。

図１は、開放されたポンプの平面図、
図２は、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図、
図３は、ポット形金属薄板及びロータの横断面図、
図４は、ポット形金属薄板及び金属薄板カバーの詳細、
図５は、回転構造群及び温度切換弁の横断面図、
図６は、開放状態における温度切換弁の横断面図、
図７は、逆止弁を備えたポンプケーシング、
図８は、図７のＤ−Ｄ線に沿った断面図、
図９は、コールドスタートリングの構成の横断面図、
図１０は、コールドスタートリングの別の構成の横断面図、
図１１は、図７のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

図１には、ケーシング内に設けられた本発明によるポンプの、カバーを外した状態の平面図が示されている。ポット形金属薄板１内には行程輪郭（Hubkontur）が形成されている。このポット形金属薄板１内には、回転構造群の別の部分例えば複数のベーン３が収容されており、これらのベーン３は、ロータ７に形成された半径方向のスリット５内に配置されている。ロータ７は切欠９を有しており、この切欠９内に例えば内燃機関のクランクシャフトが係合し、それによって潤滑油ポンプを駆動するようになっている。この場合、いわゆる軸頚ポンプ（Wellenhalspumpe）に関するものでもある。回転構造群は、ポット形金属薄板１と共にプラスチックケーシング１１内に配置されていて、図示していない金属薄板カバーによって閉鎖される。薄鋼板内に完全にカプセル包囲されている回転構造群は、それによって相互摩擦が変化しない、という利点を有している。プラスチック部分に対する滑動運動は生じないので、摩耗の少ない運転が可能である。ポット形金属薄板１は、プラスチックケーシング１１内で部分的に通路１３によって包囲されており、この通路１３は、ポンプの吸込み圧で負荷されている。回転構造群内で、行程輪郭の形によって２つの腎臓形の吐出し領域１５．１，１５．２と、２つの腎臓形の吸込み領域１７．１，１７．２とが形成され、２つの吐出し領域１５．１，１５．２内で、ベーン、ロータ、ハブリング及びサイドプレート間の隔室が縮小し、ひいては圧力媒体を吐出すようになっており、また２つの吸込み領域１７．１，１７．２内で相応の隔室が増大し、ひいては圧力媒体を吸込むようになっている。このような形式の往復行程式のベーンポンプの機能は公知であって、ここではそれ以上詳しく説明する必要はない。ケーシング内にはさらに温度切換弁１９が配置されており、この温度切換弁１９は、ケーシング２１内で膨張部材を有しており、この膨張部材は、潤滑油の温度が上昇するとピン２３を介して弁シールプレート２５を戻しばね２７のばね力に抗してポット形金属薄板１に押し付ける。このポット形金属薄板１内の位置において、ここでは示されていないが、腎臓形の吐出し領域１５．１が高圧オイルを吸込み通路１３に搬送する半径方向の開口は、温度切換弁をこの開放された状態に保つ。それによって、腎臓形の吐出し領域１５．１から排出されたオイルは、無圧で通路１３を介して、第２のポンプ半部の腎臓形の吸込み領域１７．２まで達し、それによって大きい損失なしでポンプによって吸い込まれるようになっている。このために、ポット形金属薄板１は、腎臓形の吸込み領域１７．２の吸込み部内で、単数又は複数の半径方向の開口を有している。同様に第１のポンプ部分の腎臓形の吸込み領域１７．１は、ポット形金属薄板１内に図示していない半径方向の開口を有しており、この開口を通って吸込み通路２９からオイルが吸い込まれるようになっている。吸込み通路２９は、吸込み通路１３と同様に、吸込み接続部３１に接続されており、この吸込み接続部３１によってオイルが、内燃機関の領域例えばオイルパンから吸込まれるようになっている。次いでオイルは、吐出し通路３２内で潤滑油ポンプによって吐出され、圧力下で圧力接続部３４を介して内燃機関に供給される。プラスチックケーシングの領域３６内に、ここでは図示していない圧力制限弁が配置されており、この圧力制限弁は、吐出し通路３２内の最大許容圧力を越えると開放して、流出通路３８を介して余剰のオイルを再び吸い込み領域２９に供給する。

図２は図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示している。ポット形金属薄板１はプラスチックケーシング１１内に埋め込まれている。ポット形金属薄板１は、回転構造群を有しており、特に横断面で示したロータ７を有している。回転構造群は金属薄板カバー４０によって閉鎖されている。ポット形金属薄板１においては、図１に示されているように、行程輪郭が金属薄板内に直接形成されていて、ポット形金属薄板の金属薄板底部４２が、回転構造群の第１の軸方向サイドプレートを形成している。カバー４０は段部４４を有しており、この段部４４は、ポット形金属薄板１の上縁部内に突入している。またこの段部はその外側輪郭が同様に行程輪郭を有していて、それによって、回転構造群の第２の軸方向のサイドプレートを形成している。ポンプの吸い上げ能力を改善するために、ポット形金属薄板１の吸込み領域内に複数の半径方向の開口４６，４８が設けられている。これらの吸込み開口４６，４８は、図１の平面図に示されている吸込み通路２９及び１３内に開口している。

図３には、プラスチックケーシング１１内におけるポット形金属薄板１の形状及びロータ７が拡大して示されている。ポット形金属薄板１はその上端部で丸味部５０を有しており、この丸味部５０は、深絞りプロセスによって製造技術的に規定されている。ロータ７は、その両側面に２つの溝５２を有しており、これらの溝５２内にいわゆるコールドスタートリング（常温始動リング）５４が係合する。コールドスタートリング５４はポット形金属薄板１から打ち出し成形（ausklinken）されているか又は圧刻成形（einpraegen；エンボス成形）されていて、同様に縮小された寸法で行程輪郭の形状を有している。それによってこのコールドスタートリング５４は、ロータ溝５２内でベーンの下に係合し、ベーンがベーンの下側における付加的な押圧力によって又は遠心力によって押し出されない場合でも、ほぼ輪郭リングに沿って滑動し、かつシールしている限りは、輪郭形状に沿ってベーンを持ち上げるようになっている。それによって、コールドスタート時において及び低い回転数において既に、輪郭リングにベーンヘッドが確実に当接することが保証される。

図４には特に、ポット形金属薄板１と金属薄板カバー４０との協働作業の詳細が示されている。製作技術的に、ポット形金属薄板１を深絞り過程によって製作する際にポット形金属薄板１に丸味部５０が形成されるが、この丸味部５０はベーンのためのシール面又は走行面として問題がある。従って、深絞りとは別の製造法によってフラット（扁平）な構成部分として製作され得る金属薄板カバー４０は、段部４４の角の鋭い成形部を有しており、この段部４４は前記丸味部５０を覆い、それによってロータ７の上側及びベーンヘッドにおける回転構造群の十分なシールが保証される。またそれによってベーンも、その側壁及びベーンヘッドが長方形の回転構造群スペース内に十分にシールされた状態で収容されるようになっている。

図５には、回転構造群及び温度切換弁の横断面図が示されている。同一の部材に関しては同じ符号が付けられており、ここでは繰り返しを避けるために再度の説明はしない。図５では、温度切換弁は、潤滑油の高められた温度によって引き出された状態にあり、その弁体２５が吐出し領域における開口５６を閉鎖している。これによって、図１に示した腎臓形の吐出し領域１５．１は通路１３の無圧の循環部内に高圧オイルを供給することはなく、ひいては逆止弁６４（後でさらに詳しく説明する）を介して吐出し通路６６内に供給ようになっており、それによって２つの腎臓形の吐出し領域は、内燃機関に必要な潤滑油を提供するようになっている。温度切換弁１９は膨張材料エレメントのケーシング２１と共に別個のカバー６２内に収容されており、この場合、この膨張材料エレメントのケーシング２１はいわゆるオーバーストロークスプリング５８によってカバー６２のウエブ６０で支えられている。オーバーストロークスプリング５８は、膨張材料エレメント及びケーシングを、温度がさらに上昇して膨張材料エレメントがさらに伸びることによる過剰な伸張に対して保護する。このオーバーストロークスプリング５８は次のように作用する。まず、温度上昇によって膨張材料エレメントが、操作ロッド２３をばね２７のばね力に抗して伸張し、それによって弁体２５が圧力開口５６を閉鎖する。冷却後に膨張材料エレメントのための逆止弁として働き、かつ温度切換弁を再び開放位置にもたらすばね２７は、ばね用のポット形部材６８によって包囲されていて、このポット形部材６８はここでは同時に、ロッド２３のためのガイドとして用いられている。温度切換弁の閉じた状態において膨張材料エレメントがさらに伸張すると、膨張材料エレメントは、オーバーストロークスプリング５８のばね力に抗してストッパ６０に向かって後方に変位し、それによって膨張材料エレメントの破壊、又は膨張材料エレメントを支持するケーシング部分の破壊は避けられる。

図６には、温度切換弁の開放された状態、つまり冷却された状態が示されている。弁閉鎖体２５は、ポット形金属薄板１の半径方向の圧力開口５６から遠ざかっていて、高圧オイルが吐出し領域１５．１から開口５６を介して、無圧の循環のための通路１３内に流入し、腎臓形の吸込み領域１７．２（図１に示されている）まで達する。ポット形部材６８は、温度切換弁の操作ピン２３をガイドするためにも用いられる。戻しばね２７は、ポット形部材６８を介して操作ピン及び冷却された膨張材料エレメントを押し戻す。

図７においては、図１に示した回転構造群が取り除かれており、従って回転構造群の下にある吐出し通路７０内に配置された逆止弁６４が示されている。吐出し通路７０と逆止弁６４の板ばね７２とは、行程輪郭に適合されており、従って逆止弁６４の板ばね７２は、図１に示した腎臓形の吐出し領域１５．１を閉鎖することができる。逆止弁６４は、ケーシング１１内でプラスチックピン７４によって支承されていて、ポット形金属薄板を取り付けた後でこのポット形金属薄板によってプラスチックケーシングに対して固定される。

図８には、図７のＤ−Ｄ線に沿った板ばね７２及のストロークストッパ７６の断面図が示されている。図９には、プラスチックピン７４のＣ−Ｃ線に沿った断面図が示されており、このプラスチックピン７４はプラスチックケーシング１１内で板ばね７２を支承している。

図１０には、図３に示したコールドスタートリング５４に対して選択的なコールドスタートリング５４．１の横断面図が示されている。このコールドスタートリング５４．１は、押出し成形によってポット形金属薄板１より押し出されていて、ストロークリング７に支承されたベーン３の下に係合しており、それによってベーン３をポット形金属薄板１の行程輪郭に沿ってガイドする。

図１１には、変化実施例によるコールドスタータ輪郭５４．２が示されており、このコールドスタート輪郭５４．２は、ポット形金属薄板１から材料を押し退けることによって製作されていて、それによってベーン３を輪郭に沿ってガイドすることができる。

組み付け時に、金属薄板カバー４０はポット形金属薄板１（図２参照）上に被せ嵌められ、次いで溶接によって固定される。このような形式によって次のような利点が得られる。

1. カバー４０の被せ嵌め作業が制御されずに実施された場合に、ポット深さの軸方向公差を取り除くことができる。

2. ポット形金属薄板１を深絞り成形することによって、行程輪郭から金属薄板フランジに移行する際に、回転構造群の容量分析のために不都合である曲率半径（丸味部）５０（図３参照）が生じるが、この曲率半径５０は、カバー４０の段部４４上に被せ嵌める際に、回転構造群の機能領域から取り除かれる。カプセル包囲された回転構造群の利点は、制御時間のためのすべての重要な輪郭が組み込まれていて、プラスチックケーシング１１内における回転構造群の位置決め作業が大きい公差で可能である、という点にある。

接続された段の吐出し領域内に、軸方向及び半径方向の開口が設けられている。半径方向の開口は、温度切換弁又は圧力切換弁と協働して、無圧の循環のために使用される。この場合、オイルは吐出し側から再び、次の吸込み段の吸込みのための吸込み室内に送られる。所望の通路ガイドに基づいて、変向によるわずかな流れ損失しか生じない。

相応の半径方向及び軸方向の複数の開口を備えた、このような構造のポンプの最大の利点は、必要な構造スペースの減少及びコストの低減である。

開放されたポンプの平面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 ポット形金属薄板及びロータの横断面図である。 ポット形金属薄板及び金属薄板カバーの詳細を示す断面図である。 回転構造群及び温度切換弁の横断面図である。 開放状態における温度切換弁の横断面図である。 逆止弁を備えたポンプケーシングである。 図７のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。 コールドスタートリングの構成の横断面図である。 コールドスタートリングの構成の横断面図である。 図７のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

Claims (20)

1. 例えば内燃機関から潤滑油を搬送するためのポンプ、殊に多行程式のベーンポンプであって、少なくとも半径方向に可動なベーン（３）を備えたロータ（７）と、行程輪郭と、２つの軸方向の側方カバーとしてのサイドプレート又はケーシング壁とを有する回転構造群が設けられており、前記行程輪郭に沿ってベーン（３）のベーンヘッドが気密にガイドされるようになっている形式のものにおいて、
   行程輪郭と第１の軸方向のサイドプレート又はケーシング壁とがポット形金属薄板によって形成されていることを特徴とする、深絞り加工されたポット形金属薄板を備えたベーンポンプ。
2. ポット形金属薄板（１）が深絞りによって製作可能である、請求項１記載のベーンポンプ。
3. 第２の軸方向のサイドプレートが金属薄板カバー（４０）によって形成されている、請求項１又は２記載のベーンポンプ。
4. 金属薄板カバー（４０）が圧刻成形された段部（４４）を有しており、該段部（４４）の外側輪郭が行程輪郭の形状を有している、請求項３記載のベーンポンプ。
5. 金属薄板カバー（４０）が精密打ち抜き又は精密切断によって製作可能である、請求項３又は４記載のベーンポンプ。
6. 吸込み開口が、ポット形金属薄板（１）の半径方向の開口（４６，４８）によって形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のベーンポンプ。
7. 吐出し開口が、腎臓形の吐出し領域としての軸方向の開口（１５．１，１５．２）及び、場合によってはポット形金属薄板の少なくとも１つの半径方向の開口によって形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のベーンポンプ。
8. 半径方向の吐出し開口が、温度切換弁（１９）又は圧力切換弁によって閉鎖可能であって、それによって切換可能な搬送領域が得られる、請求項７記載のベーンポンプ。
9. 温度切換弁（１９）がオーバーストロークスプリング（５８）を有している、請求項８記載のベーンポンプ。
10. 回転構造群のポット形金属薄板（１）及び場合によって温度切換弁（１９）又は圧力切換弁が、プラスチックケーシング（１１）内に組み込まれている、請求項１から９までのいずれか１項記載のベーンポンプ。
11. プラスチックケーシング（１１）が射出成形で仕上げられていて、それによって後加工を必要としない、請求項１０までのいずれか１項記載のベーンポンプ。
12. 切換可能な搬送領域の軸方向の吐出し開口（１５．１）が、ばね舌片形の逆止弁（６４）によって閉鎖可能である、請求項１から１１までのいずれか１項記載のベーンポンプ。
13. 前記ばね舌片形の逆止弁が行程輪郭湾曲部の形状を有している、請求項１２記載のベーンポンプ。
14. 前記ばね舌片形の逆止弁（６４）が、プラスチックより成るピン（７４）に支承されている、請求項１２又は１３記載のベーンポンプ。
15. ばね舌片形の逆止弁（６４）に、プラスチックケーシング（１１）内でストロークストッパ（７６）が配属されている、請求項１２から１４までのいずれか１項記載のベーンポンプ。
16. ポット形金属薄板（１）が、打ち出し成形又は圧刻成形されたコールドスタートリング（５４，５４．１，５４．２）を有している、請求項１から１５までのいずれか１項記載のベーンポンプ。
17. ロータ（７）が、コールドスタートリング（５４，５４．１，５４．２）を収容するための溝又は凹部を有している、請求項１６記載のベーンポンプ。
18. 金属薄板カバー（４０）が打ち出し成形又は圧刻成形されたコールドスタートリングを有している、請求項１６又は１７記載のベーンポンプ。
19. 金属薄板カバー（４０）が圧刻成形された腎臓形の吐出し領域を有している、請求項１から１８までのいずれか１項記載のベーンポンプ。
20. 切換可能な搬送領域の半径方向の吐出し開口（５６）が、切換不能な第２の搬送領域の吸込み領域（１７．２）内に直接短い経路で開口している通路（１３）内に開口している、請求項１から１９までのいずれか１項記載のベーンポンプ。

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