-
Die
Erfindung betrifft eine Flügelanordnung für eine Flügelzellenpumpe
gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
-
Flügelzellenpumpen
der vorgenannten Art sind beispielsweise aus der
DE 102 40 409 A1 bekannt
und umfassen in Radialschlitzen des Rotors geführte Flügel, die in Umfangsrichtung
aufeinander folgende Arbeitskammern gegeneinander abgrenzen, welche
radial nach innen durch den Rotor der Flügelzellenpumpe, radial nach
außen
durch den Kurvenring und nach den Seiten über Seitenwände abgegrenzt sind, denen
von den Flügeln überfahrene und
im Überlappungsbereich
zu den Arbeitskammern liegende saug- und druckseitige Versorgungskanalmündungen
zugeordnet sind.
-
Die
in Radialschlitzen des Rotors geführten Flügel sind in Anlagerichtung
auf den Kurvenring fliehkraft- und druckbeaufschlagt. Zur Druckbeaufschlagung
grenzen die Flügel
gegen den Schlitzgrund sogenannte Hinterflügelkanäle ab, die stirnseitig im Überdeckungsbereich
zu nierenförmigen,
den Seitenwänden
zugeordneten Druckkanälen
liegen, welche an eine Druckquelle angeschlossen sind, so beispielsweise
mit der Druckseite der Pumpe in Verbindung stehen.
-
Bei
der bekannten Lösung
sind die Hinterflügelkanäle durch
Bohrungen gebildet, die achsparallel zu den Schlitzen verlaufend umfangsseitig
von den Schlitzen angeschnitten sind. Hierdurch ergibt sich zwar
für die
Hinterflügelkanäle durchlaufend
ein gegenüber
dem Schlitzquerschnitt erweiterter Querschnitt, der zu einem entsprechend
großen Überdeckungsquerschnitt
zu den in den Seitenwänden
angeordneten Druckkanälen
führt.
Verbunden ist dies aber mit hohen Fertigungskosten und einem verhältnismäßig großen Raumbedarf.
Dieser steht im Gegensatz zu den Anforderungen, die an Flügelzellenpumpen
in bestimmten Anwendungsfällen,
so beispielsweise in der Verwendung als Lenkhelfpumpen für Kraftfahrzeuge
gestellt werden. Dort werden hohe Leistungsdichten angestrebt, die
ihrerseits kleine Bauräume
bei Hinterkanalquerschnitten bedingen, die für die Funktionsfähigkeit
auch bei hohen Drehzahlen noch ausreichend sind. Forderungen, die
teilweise im Widerspruch zueinander stehen und insbesondere auch
unter Festigkeitsgesichtspunkten nur schwer zu erfüllen sind.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine diesbezüglich weiterführende Lösung aufzuzeigen,
ohne bewährte
Konzepte zu verlassen.
-
Erreicht
wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1, der von dem Grundgedanken
ausgeht, dass eine baulich kompakte Form für den Rotor, d. h. insbesondere
eine Minimierung des Rotordurchmessers, bei den geforderten radial
langen Führungen
für die
Flügel
eine Minimierung der radialen Höhe
des Hinterflügelkanals
bedingt, sowie auch eine in Umfangsrichtung möglichst schmale Ausgestaltung
desselben, um eine Schwächung
des Rotors im zentralen, gegen die Antriebswelle durch Verzahnung
verbundenen Bereich weitmöglichst
zu vermeiden.
-
Dem
trägt die
Erfindung dadurch Rechnung, dass für den Hinterflügelkanal
eine Aufweitung lediglich im Bereich der Anschlussquerschnitte an
die den Seitenwänden
zugeordneten Druckkanäle
erfolgt, die Hinterflügelkanäle ansonsten
aber im Querschnitt auf das Maß reduziert
sind, das im Sinne einer radialen Druckbeaufschlagung der Flügel notwendig
und nutzbar ist.
-
Durch
die Erweiterung des Anschlussquerschnittes wird ungeachtet hoher
Drehzahlen und kurzer Überdeckungszeiten
zu den Druckkanälen
eine ausreichende Druckversorgung sichergestellt, wobei es im Rahmen
der Erfindung eine besonders vorteilhafte Lösung darstellt, die Erweiterung
des als Zuströmquerschnitt
auf den Hinterflügelkanal
dienenden Anschlussquerschnittes dadurch zu erreichen, dass der
Flügel
im radial inneren, dem Schlitzgrund zugewandten Bereich stirnseitig
zurückgenommen ist,
so dass der Anschlussquerschnitt sich teilweise mit dem radial inneren
Bereich des Flügels überdeckt.
-
Der
Flügel
kann hierzu bezüglich
seiner radial inneren Eckbereiche angefast sein, gegebenenfalls
auch gestuft angefast sein. Eine Erweiterung des Anschlussquerschnittes
im Rahmen der Erfindung kann allein durch diese Maßnahme erreicht werden,
oder auch in Kombination mit einer Erweiterung des Anschlussquerschnittes
durch eine trichterförmige
Aufweitung des Hinterflügelkanals
gegen die jeweils angrenzende Seitenwand, wobei die trichterförmige Aufweitung
bevorzugt radial flach und in Umfangsrichtung gestreckt, also elliptisch
oder nierenförmig
gestaltet ist. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, allein mit
einer solchen trichterförmigen
Aufweitung zu arbeiten.
-
Im
Hinblick darauf, dass zwar über
den Hinterflügelkanal
eine Druckbeaufschlagung des Flügels über dessen
ganze Querschnittsfläche
sichergestellt sein soll, andererseits aber der Flügelschlitz
die Struktur des Rotors im radial inneren Bereich möglichst
wenig schwächen
soll, erweist es sich als zweckmäßig, den
Flügelschlitz
nach radial innen gerundet, insbesondere elliptisch oder parabolisch
verrundet, zu gestalten, so dass zwar ein ausreichender und auch
strömungsgünstig gestalteter
Quer schnitt für
den Zutritt der Druckflüssigkeit
gegeben ist, andererseits aber die Festigkeit beeinträchtigende
Kerbwirkungen weitmöglichst
vermieden werden.
-
In
Verbindung mit einer solchen Ausgestaltung des Schlitzgrundes, im
Rahmen der Erfindung gegebenenfalls aber auch als eigenständige Lösung, kann
der Hinterflügelkanal
im Wesentlichen auch in den Querschnitt des Flügels integriert ausgebildet sein,
so insbesondere dadurch, dass der Flügel radial innen zwischen seinen
Flanken zurückgenommen
ist und quasi einen tunnelförmigen
Querschnitt als Hinterflügelkanal
begrenzt, wobei eine solche Lösung insbesondere
mit einer Ausgestaltung eines Flügels als
zweckmäßig anzusehen
ist, bei der der Flügel
zur Erweiterung des Anschlussquerschnittes im Bereich seiner radial
inneren stirnseitigen Kanten angefast ist. Bei einer derartigen
Lösung
entspricht die Schlitztiefe praktisch der Führungslänge des Flügels, so dass sich für den Rotor
eine minimierte radiale Aufbauhöhe
ergibt, wobei ein geschichteter Aufbau des Flügels eine solche Ausbildung
erleichtert.
-
Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird
die Erfindung nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
schematisierte, teils geschnittene Darstellung einer Flügelzellenpumpe,
die das Arbeitsprinzip der Pumpe bei verstellbarem Kurvenring veranschaulicht
und die zusätzlich
in der gezeigten Ausführungsform
die Möglichkeit
bietet, bei gleichbleibender Drehrichtung entgegengesetzte Förderrichtungen
zu realisieren,
-
2 eine
Schemadarstellung eines Flügelbereiches
einer Flügelzellenpumpe,
die eine erfindungsgemäße Aus gestaltungsvariante
für einen
erweiterten Anschlussquerschnitt zu den Seitenwänden zugeordneten Druckkanälen in Ansicht
darstellt,
-
3 eine
stirnseitige Ansicht des Flügels gemäß 2 in
Richtung des Pfeiles III,
-
4 bis 6 in
stirnseitiger Ansicht und zugehörigen
Schnitten V-V und VI-VI eine weitere Möglichkeit zur Realisierung
eines erweiterten Anschlussquerschnittes auf die den Seitenwänden zugeordneten
Druckkanäle,
und
-
7 eine
der 4 entsprechende stirnseitige Ansicht eines einen
Führungsschlitz
umfassenden Bereiches des Rotors.
-
1 zeigt
eine stirnseitige Ansicht einer einhubigen Flügelzellenpumpe 1 mit
einem Gehäuse 2,
in dessen Seitenwänden 3 die
Welle 4 gelagert ist, die den Rotor 5 trägt. Der
Rotor 5 ist in seinem Umfangsbereich mit radial nach außen offenen
Führungsschlitzen 6 versehen,
in denen Flügel 7 radial verschieblich
geführt
sind. Die Flügel 7 liegen
radial außen
gegen den Innenumfang 8 eines Kurvenringes 9 an,
der den Rotor 5 umschließt und der zusammen mit dem
Rotor 5 und den an diesen angrenzenden Bereichen der Seitenwände 3 als
Einhausung 10 sowie den Flügeln 7 in Umfangsrichtung
aufeinander folgende Arbeitskammern 12 gegeneinander abgrenzt.
Es ist auch möglich,
dem Kurvenring 9 seitliche Begrenzungen für die Arbeitskammern 12 zuzuordnen,
die nach außen
von den Seitenwänden 3 des Gehäuses 2 überdeckt
sind.
-
Das
Gehäuse 2 bildet
einen Aufnahmeraum 13 für
den Kurvenring 9 und weist in der gezeigten Gestaltungsform
parallel zu einer die Achse 14 enthaltenden Erstreckungsebene 15 verlaufende,
zueinander parallele Begrenzungsflächen 16, 17 auf,
zwischen denen sich der Kurvenring 9 erstreckt, derart, dass über den
Kurvenring 9 in Richtung der Erstreckungsebene 15 einander
gegenüber
liegende Druckräume 18, 19 dichtend
gegeneinander abgegrenzt sind.
-
Durch
fluidische Beaufschlagung dieser Druckräume 18, 19 kann
der Kurvenring 9 innerhalb des Gehäuses 2 quer zur Achse 14 des
Rotors 5 in Richtung der Erstreckungsebene 14 verlagert
werden, wodurch sich drehstellungsabhängig das Volumen der Arbeitskammer 12 ändert und,
bezogen auf eine Ausgestaltung einer Flügelpumpe 1 gemäß 1,
auch die Förderrichtung
bei gleich bleibender Drehrichtung 20 ändern lässt. Gezeigt ist der Kurvenring 9 in 1 in
seiner neutralen Mittellage, d. h, einer konzentrischen Lage zum
Rotor 5. Dementsprechend ergibt sich beim Umlauf des Rotors 5 keine Änderung
des Volumens der Arbeitskammern 12. Auf diese Mittellage – Nullförderebene 21 – ist der
Rotor 5 federnd vorgespannt. Die entsprechenden Federn sind
mit 22 und 23 bezeichnet.
-
Über zumindest
eine der Seitenwände
des Gehäuses 2,
von denen hier nur die Seitenwand 3 gezeigt ist, erfolgt
die saug- und/oder
druckseitige Versorgung der Arbeitskammern 12 und die entsprechenden
Seitenwänden
zugeordneten Versorgungskanalmündungen 25, 26 sind
als einander in Bezug auf die Erstreckungsebene 15 einander
gegenüberliegende
Ausnehmungen in den Seitenwänden
dargestellt. Bezogen auf die Drehrichtung 20 des Rotors 5 bilden
die Versorgungskanalmündungen 25, 26 in Abhängigkeit
von der Stellrichtung des Kurvenringes 9 entlang der Erstreckungsebene 15 die
jeweilige Druck- oder Saugverbindung.
-
Wird
der Kurvenring 9 durch Druckbeaufschlagung des Raumes 19,
in der Darstellung gemäß 1 also
nach links, gegen die Kraft der Feder 22 verlagert, so
wird über
die Versorgungskanalmündung 25 angesaugt
und über
die Mündung 26 verdrängt. Wird
der Kurvenring 9 in Gegenrichtung verlagert, so ist die
Versorgungskanalmündung 26 der Saugseite
und die Mündung 25 der
Druckseite zugeordnet.
-
Insbesondere
in Verbindung mit diesen Verstellbarkeiten, den großen Drehzahlbereichen, über die
solche Flügelzellenpumpen
beim Einsatz in Kraftfahrzeugen arbeiten müssen, und in Verbindung mit den
großen
Leistungsspektren, die abzudecken sind, wird anschaulich, unter
welch unterschiedlichen Arbeitsbedingungen eine radiale Anlage der
Flügel 7 gegen
den Innenumfang 8 des Kurvenringes 9 sicherzustellen
ist, so insbesondere auch bei durch eingefahrene Flügel minimiertem
Querschnitt des Hinterflügelkanals
und hohen Drehzahlen.
-
Hierzu
sind die Flügel 7 radial
innen druckbeaufschlagt, und diese Druckbeaufschlagung erfolgt über Hinterflügelkanäle 27,
die jeweils für
einen Flügel 7 gegen
den Schlitzgrund durch den Flügel 7 abgegrenzt
sind und die axial in Überdeckung
zu nierenförmigen,
den Seitenwänden 3 zugeordneten Druckkanälen 28, 29 liegen,
welche untereinander über
drosselnde Kanalabschnitte 30 verbunden sind und welche,
schematisiert veranschaulicht, durch die Leitung 31 an
eine Druckquelle angeschlossen sind. Die den Versorgungskanalmündungen 25 und 26 zugeordneten
Versorgungsleitungen sind mit 32 und 33 bezeichnet.
-
Die
schematisierte Darstellung gemäß 1 lässt, trotz
gezeigter O-Hubstellung und der aus zeichnerischen Gründen recht
großflächigen und
insbesondere hinsichtlich des Durchmessers des Rotors 5 und
der dazugehörigen
Arbeitspartner in der radialen Größe überzeichneten Darstellung,
vor allem bei Verstell pumpen die Überdeckungsverhältnisse
zu Versorgungskanalmündungen
und Druckkanälen
als kritische Punkte erkennen, wobei im Hinblick auf eine radial
gedrängte
Bauweise auch die radiale Höhe
der Hinterflügelkanäle kritisch
ist, zumal großflächige Führungen
für die
Flügel 7 in
den Führungsschlitzen 6 anzustreben
sind und der angetriebene Rotor 5 auch im zentralen Bereich
durch die Verbindung zur Welle 4 hohen Belastungen ausgesetzt
ist. Je kleiner aber die entsprechenden Querschnittsflächen der
Hinterflügelkanäle 27 sind,
desto kritischer sind auch deren Anschlussquerschnitte zu den seitenwandseitigen
Druckkanälen 28, 29 unter
dem Gesichtspunkt einer unter allen Betriebsbedingungen zuverlässigen und
ausreichenden Druckbeaufschlagung der Flügel 7, wobei – ausgehend
vom ausreichend großen
Hinterflügelkanalquerschnitt
bei O-Hub – die
in Abhängigkeit
vom Hub einzustellende minimale Kanalhöhe auch zu den größten Fließgeschwindigkeiten
führt.
-
Insbesondere 2 und 4 veranschaulichen
Möglichkeiten,
rotor- und/oder flügelseitig
die entsprechenden Anschlussquerschnitte zu vergrößern, wobei
entsprechende Lösungsansätze einzeln oder
auch in Kombination Verwendung finden können.
-
Im
Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ist
ein Lösungsansatz
veranschaulicht, bei dem durch Gestaltung des Flügels 7 eine entsprechende
Vergrößerung des
Anschlussquerschnittes erreicht werden kann, wobei ein in dieser
Weise ausgestalteter Flügel 7 schematisiert
auch in 4 eingezeichnet ist.
-
Der
Flügel 7 ist
in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
im Bereich seiner Stirnseiten 34, 35, die an die
seitlichen Begrenzungen der Arbeitskammern, so beispielsweise die
Seitenwände 3 in 1 angrenzen,
radial innen im Übergang
auf die den Hinterflügelkanal 27 abgrenzende
Querseite 36 eckseitig ausgespart. Die jeweilige Aussparung 37, 38 ist, wie
in 2 linksseitig dargestellt, beispielsweise durch
eine Abschrägung
gebildet, wobei die in Querrichtung gemessene Breite der Abschrägung bevorzugt
in der Größenordnung
zwischen 0,1 und 0,4 der Breite des Flügels liegt. Die stirnseitige
Höhe der
jeweiligen Aussparung orientiert sich an den jeweiligen Überdeckungsgegebenheiten
zu den Kanälen
in den Seitenwänden 3 und
liegt im Ausführungsbeispiel etwa
bei einem Siebtel der Höhe
des Flügels.
-
Die
gegenüberliegende
Aussparung 38 ist gestuft ausgebildet und weist anschließend an
die Stirnseite 35 einen zunächst zur Querseite 36 parallelen
Abschnitt 39 auf, der über
einen schräg
verlaufenden Übergangsabschnitt 40 in
die Querseite 36 übergeht.
Der entsprechende Verlauf der Abschnitte 39 und 40 kann
auch verlaufend sein, so beispielsweise Bogenform oder dergleichen
aufweisen.
-
Eine
entsprechende Flügelausgestaltung
erweist sich auch unter Fertigungsgesichtspunkten als zweckmäßig und
die Flügel
können
beispielsweise durch Stanzen aus Bandmaterial vereinzelt werden, wobei
vor der jeweiligen Abtrennung vom Bandmaterial zweckmäßigerweise
die jeweilige Aussparung durch Ausklinken hergestellt wird.
-
Im
Rahmen der Erfindung liegt es auch, Flügel lediglich jeweils mit einem
durch eine Ausnehmung gebildetem Querkanal oder lediglich mit Anfasungen
zu versehen, wobei die Flügel
z. B. ohne Nachbearbeitung als Walzteile hergestellt werden können.
-
Zwischen
den Aussparungen 37, 38 liegt ein mittlerer Bereich
der Querseite 36, für
den es sich als zweckmäßig erweist,
diesen parallel verlaufend zur Querseite 36 mit einer rinnenförmigen Ausnehmung 41 zu
versehen, so dass die radiale Führungslänge des
Flügels
bezogen auf den jeweiligen Führungsschlitz 6 ma ximiert
werden kann, andererseits aber eine hinreichende Druckbeaufschlagung
für den
Flügel 7 im
Hinterflügelkanal 27 gewährleistet
werden kann, wobei der Hinterflügelkanal 27 in
seinem Querschnitt teilweise durch die Ausnehmung 41 gebildet ist,
wie insbesondere die Schemadarstellung gemäß 3 zeigt.
Besonders einfach lässt
sich eine Ausnehmung 41 bei einem als Schichtkörper aufgebautem
Flügel 7 gestalten,
in dem dessen mittlere Schicht oder Schichten verkürzt sind.
-
In
der Ausgestaltung gemäß 2 und 3 ist
durch die Aussparungen 37 und 38 der Anschlussquerschnitt
radial vergrößert, da
durch die jeweilige Aussparung im Anschlussbereich an die seitliche
Begrenzung ein größerer Teilbereich
des Führungsschlitzes 6 als Überströmquerschnitt
freigegeben ist. Fallweise kann im Rahmen der Erfindung aber auch
ein ausreichend großer
Anschlussquerschnitt durch Flügel
erreicht werden, die ohne Aussparung, aber mit bis auf die Stirnseiten 34, 35 durchlaufendem,
durch die Ausnehmung 41 gebildetem Querkanal ausgestattet
sind.
-
4 zeigt
eine Ausgestaltungsform, in der der Anschlussquerschnitt durch trichterförmige seitliche
Erweiterung 42 des Führungsschlitzes 6 im
Bereich seines radial inneren Endes erreicht ist. Die Erweiterung 42 lässt sich,
wie 6 zeigt, durch eine stärkere Verrundung der Seitenkanten
des Führungsschlitzes 6 im
radial inneren Bereich realisieren, so dass sich ein elliptischer
oder nierenförmiger Anschlussquerschnitt
ergibt, wie aus 4 ersichtlich.
-
4 veranschaulicht
des Weiteren auch, dass im Rahmen der Erfindung, wie in ähnlicher
Weise auch in 7 dargestellt, ein verrundeter
Verlauf des Bodenzone des Führungsschlitzes 6 zur
Vergrößerung des
Querschnittes des Hinterflügelkanales 27 bei
minimierter Beeinträchtigung
der Festigkeit des Rotors vorgesehen werden kann. Die bevorzugt stumpfe
Verrundung 43 gesehen werden kann. Die bevorzugt stumpfe
Verrundung 43 kann elliptisch oder parabelförmig gestaltet
sein und läuft
ohne Hinterschnitt zu den Seitenwänden des Führungsschlitzes 7 in
diese ein, so dass auch Kerbwirkungen vermieden sind.