DE102004051561A1

DE102004051561A1 - Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE102004051561A1
Application number: DE200410051561
Authority: DE
Inventors: Bernhard Arnold; Ralf Göbl; Thomas Gerhard
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2006-05-04
Also published as: WO2006045647A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe zur Förderung und Fluiden, umfassend einen Rotor (1), ein Hubring (2) und mehrere Flügel (3), die jeweils längs beweglich in im Rotor (1) ausgebildeten Schlitzen angeordnet sind. Die Schlitze (4) sind dabei derart angeordnet, dass bei einer Beschleunigung des Rotors (1) zumindest ein Teil der Trägheitskraft der Flügel (3) in Richtung der Schlitzöffnung (5) gerichtet ist. Durch die Wirkung der Trägheitskraft in Richtung der Schlitzöffnung (5) werden die Flügel (3) gegen die Innenlaufbahn (8) des Hubrings (2) gedrückt, wodurch ein schneller Druckaufbau der Flügelzellenpumpe gewährleistet ist. Die Flügelzellenpumpe gewährleistet ist. Die Flügelzellenpumpe eignet sich insbesondere als Vorförderpumpe für Kraftstoffeinspritzsysteme.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe zur Förderung von Fluiden umfassend einen Rotor, einen Hubring und mehrere Flügel die jeweils längsbeweglich in im Rotor ausgebildeten Schlitzen angeordnet sind.

Gattungsgemäße Flügelzellenpumpen werden beispielsweise bei Common-Rail Speichereinspritzsystemen für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Die Flügelzellenpumpe wird dabei vorzugsweise über die Nocken- oder Kurbelwelle des Motors angetrieben. Nachteilig an den bekannten Flügelzellenpumpen ist jedoch, dass beim Anlassen des Motors die Fliehkraft der Flügel nicht ausreicht, um eine sichere Anlage der Flügel an einem entsprechenden Hubring der Flügelzellenpumpe zu gewährleisten. Aufgrund dessen kommt es zu einem verzögerten Druckaufbau bzw. zu Leckagen welche den Startvorgang des Motors erschweren. Ein weiterer Nachteil der bekannten Flügelzellenpumpen liegt darin, dass bei sehr hohen Drehzahlen der Flügelzellenpumpe Volumenstrompulsationen auftreten. Diese rühren daher, dass die Flügel in partiellen Winkelbereichen des Hubrings teilweise abheben.

Um das Anliegen der Flügel auch beim Anlaufen der Flügelzellenpumpe zu gewährleisten sieht die DE 101 42 712 A1 vor, dass die Flügel mittels Federelemente nach außen vorgespannt werden, so dass sie ständig am Hubring anliegen. Derartige Federn sind jedoch teuer und erhöhen die Anzahl der Bauteile der Pumpe sowie den Montageaufwand.

Weiterhin ist aus der DE 102 02 721 A1 eine Flügelzellenpumpe bekannt, welche ein Führungselement umfasst, das die nach innen gerichteten Seiten der Flügel mechanisch führt. Hierbei sind die Flügel an Ihrer Rückseite am Außenumfang des Führungselementes zwangsgeführt. Das Führungselement weist einen kreisförmigen Außenumfang auf, welcher parallel zum Innenumfang des Hubrings angeordnet ist. Durch die mechanische Zwangsführung liegen die Flügel ständig am Hubring der Flügelzellenpumpe an. Die mechanische Zwangsführung erhöht jedoch ebenfalls die Bauteilanzahl der Flügelzellenpumpen und den Montageaufwand.

Weiterhin ist es bekannt, die Rückseite der Flügel mit dem Flüssigkeitsdruck der Pumpe zu beaufschlagen. Hierdurch werden die Flügel an den Hubring der Flügelzellenpumpe angedrückt. Dies funktioniert allerdings nur dann wenn die Pumpe bereits fördert und den entsprechenden Flüssigkeitsdruck aufgebaut hat. Aus diesem Grund ist diese Lösung nicht geeignet um den Startvorgang des Motors zu verbessern.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einfachem konstruktiven Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine Flügelzellenpumpe bereit zu stellen, die in jedem Betriebszustand ein sicheres Anliegen der Flügel am Hubring gewährleistet.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche Einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe zur Förderung von Fluiden umfassend einen Rotor, einen Hubring und mehrere Flügel die jeweils längsbeweglich in im Rotor ausgebildeten Schlitzen angeordnet sind, zeichnet sich dadurch aus, dass die Schlitze derart angeordnet sind, dass bei einer Beschleunigung des Rotors zumindest ein Teil der Trägheitskraft der Flügel in Richtung der Schlitzöffnung gerichtet ist. Die Trägheitskraft sorgt somit beim Startvorgang des Motors (Beschleunigung des Rotors) dafür, dass sich die Flügel in Rich tung der Schlitzöffnung bewegen und sich mit Ihren Aussenkanten gegen den Hubring drücken. Die Trägheitskraft wirkt dabei gerade während der Beschleunigungsphase des Rotors d.h. zu einer Zeit in der die Fliehkraft noch nicht so groß ist, dass ein sicheres Anlegen der Flügel am Hubring gewährleistet ist. Hierdurch wird gegenüber dem Stand der Technik ein deutlich schnellerer Druckaufbau ermöglicht. Es sind keine zusätzlichen Bauelemente notwendig die die Flügel beim Startvorgang gegen den Hubring drücken. Hierdurch verringert sich sowohl die Anzahl der Bauteile der Flügelzellenpumpe als auch der Montageaufwand erheblich.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schlitze jeweils parallel und in Drehrichtung um einen Versatz versetzt zu jeweils einer zur Rotorachse radial verlaufenden Linie angeordnet sind. Eine solche Anordnung der Schlitze lässt sich fertigungstechnisch besonders einfach herstellen. Das Versetzen der Schlitze parallel und in Drehrichtung zu einer radial verlaufenden Linie bezogen auf die Rotorachse erhöht dabei die Fertigungskosten gegenüber den bisherigen Flügelzellenpumpen nicht. Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe lässt sich somit kostenneutral herstellen.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Versatz kleiner als 10% des Rotordurchmessers ist. Hierdurch wird ein Klemmen der Flügel beim Betrieb der Flügelzellenpumpe sicher vermieden.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schlitze zusätzlich druckbeaufschlagt sind, der Gestalt, dass die in den Schlitzen angeordneten Flügel nach außen gegen den Hubring gedrückt werden. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass bei höheren Drehzahlen d. h. wenn ein entsprechender Pumpendruck aufgebaut ist die Flügel mit einem größeren Druck gegen den Hubring gedrückt werden und dadurch eine verbesserte Dichtwirkung haben und eine geringere Leckage verursachen. Besonders bevorzugt stehen die Schlitze dabei mit der Druckseite der Flügelzellenpumpe hydraulischen in Wirkverbindung. Hierdurch lässt sich die Druckbeaufschlagung der Flügel besonders einfach erreichen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Schlitze der Flügelzellenpumpe derart anzuordnen, dass bei einer Beschleunigung des Rotors zumindest ein Teil der Trägheitskraft der Flügel in Richtung der Schlitzöffnung gerichtet ist. Dadurch wirkt nicht nur die Fliehkraft auf den Flügel sondern zusätzlich die Trägheitskraft wodurch ein sehr schnelles Ausfahren der Flügel beim Anlaufen des Rotors erfolgt. Hierdurch wird bereits bei niedrigen Drehzahlen ein sicheres Anliegen der Flügel am Hubring gewährleistet. Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe ist insbesondere als Vorförderpumpe für Kraftstoffeinspritzsysteme geeignet. Durch die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe wird das Startverhalten des Kraftfahrzeugs gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert. Die Anordnung der Schlitze führt zu keinen erhöhten Fertigungskosten der Flügelzellenpumpe und ist einfach herzustellen.

Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
1: einen Radialschnitt durch die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe;
2: eine Detailansicht der in 1 dargestellten Flügelzellenpumpe.
Bei den Figuren handelt es sich jeweils um stark vereinfachte Darstellung bei denen nur die Wesentlichen, zur Beschreibung der Erfindung notwendigen Bauteile gezeigt sind.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe dargestellt. Die Flügelzellenpumpe besteht im Wesentlichen aus einem schematisch angedeuteten Gehäuse 7 in dem ein Hubring 2 angeordnet ist, der mit einem Rotor 1 zusammen wirkt. Im Ro tor 1 sind mehrere Flügel 3 längs beweglich angeordnet. Der Hubring 2 besitzt eine Innenlaufbahn 8. Bei Drehung des Rotors 1 werden die längsbeweglichen Flügel 3 nach außen gedrückt und liegen mit ihrer Außenkante 9 an der Innenlaufbahn 8 des Hubrings 2 an. Jeweils zwei Flügelpaare bilden zusammen mit dem Rotor 1 und zwei, an jeder Seite der Flügelzellenpumpe angeordneten, Scheiben (nicht dargestellt) Arbeitskammern 10.
In mindestens einer der beiden Scheiben sind Saug- und/oder Druckschlitze angeordnet. Im dargestellten Fall hat der Hubring 2 eine einfach exzentrisch ausgebildeten Innenlauffläche 8, so dass ein Paar von Saug- und Druckschlitzen ausreicht. Die Druckschlitze sind in 1 nicht dargestellt, da der prinzipielle Aufbau der Flügelzellenpumpe bereits hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Anordnung der Saug- und/oder Druckschlitze ist zudem unwesentlich für die Erfindung. Zum prinzipiellen Aufbau einer Flügelzellenpumpe sei an dieser Stelle beispielsweise auf die DE 35 02 519 A1 hingewiesen.
Über den Saugschlitz erfolgt die Zufuhr und über den Druckschlitz die Abfuhr des Fluides aus der Flügelzellenpumpe. Die Schlitze 4 sind jeweils parallel und in Drehrichtung um eine Versatz a versetzt zu jeweils einer zur Rotorachse 6 radial verlaufenden Linie x im Rotor 1 angeordnet. Durch diese Anordnung wirkt bei einer Beschleunigung des Rotors 1 nicht wie beim Stand der Technik ausschließlich die Zentrifugalkraft auf die Flügel 3 sondern zusätzlich zumindest ein Teil der Trägheitskraft. Durch die zusätzlich wirkende Trägheitskraft werden die Flügel 3 sehr schnell, bereits beim Anfahren der Flügelzellenpumpe, gegen die Innenlaufbahn 8 des Hubrings 2 gedrückt. Durch das schnelle Ausfahren der Flügel 3 werden Leckageverluste beim Startvorgang minimiert und ein schneller Druckaufbau erreicht.
Das Einbringen der Schlitze 4 in den Rotor 1 kann dabei auf sehr einfache Weise beispielsweise durch Schleifen erfolgen. Es entstehen gegenüber den bislang verwendeten Rotoren mit radialer Anordnung der Schlitzen keine zusätzlichen Mehrkosten.
Der Versatz a beträgt vorzugsweise weniger als 10% des Rotordurchmessers. Hierdurch wird ein Klemmen der Flügel 3 wirkungsvoll verhindert.
Zusätzlich können die Schlitze 4 druckbeaufschlagt werden der Gestalt, dass die in den Schlitzen 4 angeordneten Flügel 3 zusätzlich gegen den Hubring 2 gedrückt werden. Hierdurch wird eine weiter verbesserte Abdichtung der Arbeitskammer 10 erreicht. Die Schlitze 4 sind hierzu vorzugsweise mit der Druckseite der Flügelzellenpumpe hydraulisch verbunden.
2 zeigt eine Detailansicht der in 1 dargestellten Flügelzellenpumpe. Die Schlitze 4 sind jeweils parallel und in Drehrichtung um einen Versatz a versetzt zu jeweils einer zur Rotorachse 6 radial verlaufenden Linie x angeordnet. Durch diese Anordnung wirkt bei einer Beschleunigung des Rotors 1 nicht nur die Zentrifugalkraft an den Flügeln 3 sondern auch die Trägheitskraft F_T. Ein Teil der Trägheitskraft F_T wirkt dabei in Richtung der Schlitzöffnung 5. Hierdurch wird der Flügel 3 beim Starten der Flügelzellenpumpe sowohl durch die Zentrifugalkraft als auch durch einen Teil der Trägheitskraft F_TL aus dem Schlitz 4 heraus gedrückt und gegen die Innenlaufbahn 8 des Hubrings 2 gepresst. Die zusätzliche Wirkung der Trägheitskraft F_T auf den Flügel 3 sorgt dafür, dass der Flügel 3 bereits beim Anlaufen der Flügelzellenpumpe gegen die Innenlaufbahn 8 des Hubrings 2 gedrückt wird und so ein schneller Druckaufbau erfolgt. Hierdurch verbessert sich das Startverhalten des Motors gegenüber den bisherigen Stand der Technik erheblich.
Die Anordnung der Flügel 3 im Rotor 1 sorgt gleichzeitig dafür, dass der Flügel 3, gegen die Wandung des Schlitzes 4 gedrückt wird. Hierdurch erhöht sich die Reibung des Flügels 3 im Schlitz 4 was zu einem stabileren Laufverhalten der Flügelzellenpumpe führt. Das häufig zu beobachtende Abheben der Flügel 3 in partiellen Winkelbereichen der Hubkurve bei hohen Drehzahlen der Flügelzellenpumpe wird wirkungsvoll verhindert. Hierdurch werden Volumenstrompulsationen weitgehend vermieden.
Die vorgeschlagene Flügelzellenpumpe ermöglicht somit einen schnellen Druckaufbau während des Startvorgangs des Motors. Durch die zusätzliche Wirkung der Trägheitskraft in Richtung der Schlitzöffnung 5 wird der Flügel 3 bereits beim Anlaufen des Rotors 1 gegen die Innenlaufbahn 8 des Hubrings 2 gedrückt und eine sichere Abdichtung der Arbeitskammer 10 erreicht. Dadurch kommt es zu einem sehr schnellen Druckaufbau. Die erhöhte Reibung im Schlitz 4 sorgt zudem bei hohen Drehzahlen für einen stabilen Lauf der Flügel und eine pulsationsarme Förderung der Flügelzellenpumpe. Die Flügelzellenpumpe eignet sich insbesondere als Vorförderpumpe bei Kraftstoffeinspritzsystemen.

Claims

Flügelzellenpumpe zur Förderung von Fluiden umfassend einen Rotor (1), einen Hubring (2) und mehrere Flügel (3) die jeweils längsbeweglich in im Rotor (1) ausgebildeten Schlitzen (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (4) derart angeordnet sind, dass bei einer Beschleunigung des Rotors (1) zumindest ein Teil der Trägheitskraft der Flügel (3) in Richtung der Schlitzöffnung (5) gerichtet ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (4) jeweils parallel und in Drehrichtung um einen Versatz (a) versetzt zu jeweils einer zur Rotorachse (6) radial verlaufenden Linie (x) angeordnet sind.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (a) kleiner als zehn Prozent des Rotordurchmessers ist.
Flügelzellenpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (4) druckbeaufschlagt sind, der gestalt, dass die in den Schlitzen (4) angeordneten Flügel (3) nach außen gegen den Hubring (2) gedrückt werden.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (4) mit der Druckseite der Flügelzellenpumpe hydraulisch in Wirkverbindung stehen.