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Die
Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe
zur Förderung
von Fluiden umfassend einen Rotor, einen Hubring und eine Mehrzahl
von Flügeln, wobei
jeder Flügel
längsbeweglich
in jeweils einem im Rotor ausgebildeten Schlitz angeordnet ist.
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Gattungsgemäße Flügelzellenpumpen
werden üblicherweise
bei Common-Rail-Einspritzsystemen für Kraftfahrzeuge eingesetzt.
Die Flügelzellenpumpe
dient dabei als Vorförderpumpe
um Kraftstoff aus einem Tank zu einer Hochdruckpumpe zu fördern. Üblicherweise
ist die Flügelzellenpumpe
zusammen mit der Hochdruckpumpe auf einer gemeinsamen Antriebswelle
angeordnet, welche über
die Nocken- oder Kurbelwelle des Motors angetrieben wird. Nachteilig
an den bekannten Flügelzellenpumpen
ist, 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 Leckagen und in Folge dessen zu einem
verzögerten
Druckaufbau, welcher den Startvorgang des Motors erschwert. Ein
weiterer Nachteil der bekannten Flügelzellenpumpen liegt darin,
dass bei sehr hohen Drehzahlen der Flügelzellenpumpe Volumenstrompulsationen
auftreten. Diese rühren daher,
dass die Flügel
in patiellen Winkelbereichen des Hubrings teilweise abheben.
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Um
ein ständiges
Anlegen der Flügel,
insbesondere beim Anlaufen der Flügelzellenpumpe sowie bei niedrigen
Drehzahlen zu gewährleisten,
werden die Flügel
häufig
mittels einer Feder, die an der Rückseite der Flügel angreift,
nach außen
gegen den Hubring gedrückt.
Hierdurch wird eine ständige
Anlage der Flügel
am Hubring gewährleistet.
Bedingt durch den engen Bauraum innerhalb der Flügelzellenpumpe müssen sehr
kleine Federn verwendet werden. Diese sind jedoch sehr Verschleißanfällig und
teuer in der Herstellung, außerdem
erhöht
sich durch den Einbau der Federn der Montageaufwand erheblich.
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Ausgehend
vom Stand der Technik ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung
bei einfachem konstruktivem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit
eine Flügelzellenpumpe
bereitzustellen, die bei einfacher Montierbarkeit ein sicheres Abdichten
der Flügel
am Hubring auch bei niedrigen Drehzahlen gewährleistet.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche
1 und 2.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche Einzeln oder in Kombination
miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe zur
Förderung
von Fluiden umfassend einen Rotor, einen Hubring und eine Mehrzahl
von Flügeln,
wobei jeder Flügel
längs beweglich
in jeweils einem im Rotor ausgebildeten Schlitz angeordnet ist,
zeichnet sich dadurch aus, dass die Flügel und der Hubring, zumindest
teilweise, magnetisch ausgebildet sind und magnetisch derart zueinander
angeordnet sind, dass sie sich gegenseitig anziehen. Durch die magnetische
Anziehung zwischen dem Flügel
und dem Hubring wird der Flügel
ständig
mit seiner Stirnseite in Anlage an den Hubring gehalten. Hierdurch
erfolgt auch bei sehr niedrigen Drehzahlen eine sichere Abdichtung
zwischen der Stirnseite des Flügels
und dem Hubring. Somit ist eine weitgehende leckagefreie Förderung
des Fluides gewährleistet.
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Dies
führt insbesondere
zu einem schnellen Druckaufbau in der Startphase. Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe
zeichnet sich darüber
hinaus durch die besonders geringe Anzahl an beweglichen Bauteilen
aus. Auf eine zusätzliche
Feder, wie sie üblicherweise
im Stand der Technik verwendet wird, kann verzichtet werden. Hierdurch
ergibt bei einfacher Montage, eine besonders betriebssichere und verschleißarme Flügelzellenpumpe.
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Die
Flügelzellenpumpe
zur Förderung
von Fluiden umfassend einen Rotor, einen Hubring und eine Mehrzahl
von Flügeln,
wobei jeder Flügel
längs beweglich
in jeweils einem im Rotor ausgebildeten Schlitz angeordnet ist zeichnet
sich entsprechend den nebengeordneten Patentanspruch 2 dadurch aus,
dass in jedem Schlitz, vorzugsweise im Schlitzgrund, ein Magnet
angeordnet ist, jeder Flügel
zumindest teilweise magnetisch ausgebildet ist, und ein jeweiliger
Magnet und ein jeweiliger Flügel
magnetisch derart angeordnet sind, dass sie sich gegeneinander abstoßen. Durch
das Abstoßen
zwischen Magnet und Flügel
wird der Flügel
aus dem Schlitz heraus mit seiner Stirnseite gegen den Hubring gedrückt. Hierdurch
ergibt sich wiederum eine sichere Abdichtung zwischen der Stirnseite
des Flügels
und dem Hubring wodurch ein schneller Druckaufbau insbesondere während der
Startphase der Flügelzellenpumpe
gewährleistet
ist. Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe
zeichnet sich wiederum durch die geringe Anzahl an beweglichen Bauteilen
auf, die zu einer erhöhten
Betriebssicherheit beitragen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der in Patentanspruch 1 beschriebenen
Flügelzellenpumpe
sieht vor, dass der Hubring ausschließlich in einem Partialkreis
magnetisch ausgebildet ist. Hierdurch können Magnete eingespart und
somit die Kosten für
die Pumpe reduziert werde. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung
sieht dabei vor, dass der Partialkreis in einem Saugbereich der
Flügelzellenpumpe
ausgebildet ist. Eine solche Ausbildung ist von Vorteil, da im Saugbereich
die Flügel
der Flügelzellenpumpe
auf Grund der Volumenerweiterung der Arbeitskammer aus dem Schlitz
herausgezogen werden.
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Die
Verwendung von magnetischen Elementen zur Abdichtung der Flügel am Hubring
hat gegenüber
dem Stand der Technik den wesentlichen Vorteil, dass auf zusätzliche
mechanische Elemente wie Beispielsweise Federn verzichtet werden
kann. Die magnetischen Elemente sorgen dabei für eine stets sichere Abdichtung
der Arbeitskammer der Flügelzellenpumpe
und somit für
einen schnellen Druckaufbau in der Startphase. Aufgrund der geringen
Bauteilanzahl ist die Flügelzellenpumpe
besonders montagefreundlich, und sehr störungsunanfällig, was zu einer hohen Betriebssicherheit
der Flügelzellenpumpe
beiträgt.
Die Flügelzellenpumpe
eignet sich somit insbesondere als Vorförderpumpe bei Common-Rail-Einspritzsystemen,
bei denen eine sehr langlebige und robuste Pumpe erforderlich ist.
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Ausführungsbeispiele
und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen
Zeichnungen erläutert.
Es zeigt:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe;
und
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe.
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Bei
den Figuren handelt es sich jeweils um stark vereinfachte Darstellung,
bei denen nur die Wesentlichen zur Beschreibung der Erfindung notwendigen
Bauteile gezeigt sind.
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Gleiche
bzw. funktionsgleiche Bauteile sind nachfolgend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe.
Die Flügelzellenpumpe
besteht im Wesentlichen aus einem in einem Gehäuse angeordneten Hubring 2,
der mit einem exzentrisch zum Hubring 2 versetzten Rotor 1 zusammenwirkt.
Im Rotor 1 sind mehrere Flügel 3 längs beweglich
angeordnet. Der Rotor 1 weist hierzu eine der Anzahl der
Flügel 3 entsprechend Zahl
von Schlitzen 4 auf. Jeweils zwei benachbarte Flügelpaare
bilden zusammen mit dem Rotor 1 und dem Hubring 2 eine
Arbeitskammer 8 aus. Seitlich ist diese Arbeitskammer 8 durch
zwei Scheiben verschlossen. In mindestens einer der beiden Scheiben sind
Saug- und/oder Drucknieren 9, 10 angeordnet.
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Nachfolgend
soll kurz die Funktionsweise der Flügelzellenpumpe erklärt werden.
Hierzu betrachten wir eine Arbeitskammer 8. Die zwischen
den Flügeln 3 ausgebildete
Arbeitskammer 8 vergrößert bzw.
verkleinert aufgrund der exzentrischen Anordnung des Rotors 1 während einer
Rotation des Rotors ihr Volumen. Dabei kommt es in einem Saugbereich
der Flügelzellenpumpe
zunächst
zu einer Volumenvergrößerung,
so das Fluid über
die Saugniere 9 in die Arbeitskammer 8 einströmen kann.
Durch die Rotation des Rotors 1 wird die Arbeitskammer 8 in Drehrichtung
zu einem Druckbereich der Flügelzellenpumpe
verschoben. Dabei kommt es zu einer Volumenverkleinerung des Arbeitsraums 8 und
infolge dessen zu einer Kompression des Fluides. Das komprimierte
Fluid strömt
schließlich über die
Druckniere 9 aus. Um einen geschlossenen Arbeitsraum 8 zu
erhalten, ist es dabei notwendig, dass die Flügel ständig in Anlage an einer Innenlaufbahn 11 des
Hubrings 2 anliegen.
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Hierzu
müssen
sich die Flügel 3 mehr
oder weniger weit aus Ihrem Schlitz 4 heraus bewegen.
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Sowohl
die Flügel 3 als
auch der Hubring 2 sind magnetisch ausgebildet. Beide Bauteile
(2, 3) sind dabei magnetisch derart zueinander
angeordnet, dass sie sich gegenseitig anziehen. In 1 ist die
Stirnseite des Flügels 3 als
magnetischer Nordpol und die Innenlaufbahn 11 des Hubrings 2 als
magnetischen Südpol
ausgebildet. Hierdurch kommt es zu einer magnetischen Anziehungskraft
wodurch der Flügel 3 aus
dem Schlitz 4 des Rotors 1 herausgezogen wird.
Somit besteht ein ständiger
Kontakt zwischen der Stirnfläche
der Flügel 3 und
der Innenlaufbahn 11 des Hubrings 2. Durch die
ständige
Anlage des Flügel 3 am
Hubring 2 wird eine Leckage weitgehend ausgeschlossen und
auch bei niedrigen Drehzahlen ein sehr schneller Druckaufbau ermöglicht.
Es sind keine zusätzlichen
mechanischen Bauteile wie dies beim Stand der Technik üblich ist
notwendig. Durch die geringe Anzahl an Bauteilen ergibt sich eine
besonders robuste und störunempfindliche
Flügelzellenpumpe,
darüber
hinaus verringert sich der Montageaufwand erheblich.
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Um
eine Anlage des Flügels 3 am
Hubring 2 zu gewährleisten
reicht es bereits aus einen Partialkreis magnetisch auszubilden.
Es ist nicht zwingend notwendig den gesamten Hubring 2 magnetisch
ausgebildet. Durch die nur partielle Ausbildung können Materialkosten
eingespart werden. Der Partialkreis sollte dabei so ausgerichtet
sein, dass er im Saugbereich der Flügelzellenpumpe liegt und vorzugsweise bis
zu der Stelle reichen, an der die Flügelauslenkung ihr Maximum erreicht.
Ab dieser Stelle nimmt das Volumen der Arbeitskammer 8 wieder
ab und die Flügel 3 werden
wieder in den Rotor hinein geschoben.
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Je
nach Ausbildung der Flügelzellenpumpe ist
es ausreichend nur einen sehr kleinen Magneten nahe der Saugniere 9 anzuordnen
um die Flügel 3 gegen
den Hubring 2 zu ziehen.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe.
Der prinzipielle Aufbau der Flügelzellenpumpe
sowie deren Funktionsweise entsprechen der Flügelzellenpumpe im vorherigen
Beispiel, so dass hier nicht noch einmal näher darauf eingegangen wird.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel
ist jedoch der Hubring 2 nicht magnetische ausgebildet.
An Stelle dessen ist im Schlitzgrund 5 ein Magnet 6 angeordnet.
Der Flügel 3 ist
wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel
magnetisch ausgebildet. Der Magnet 6 im Schlitzgrund 5 und
der zugehörige
Flügel 3 sind
dabei magnetisch derart angeordnet, dass sie sich gegeneinander
abstoßen.
Hierdurch wird der Flügel 3 aus
dem Schlitz 4 heraus gegen den Hubring 2 gedrückt. Durch
die Magnetkraft wird der Flügel 3 somit
in ständiger
Anlage an die Innenlaufbahn 11 des Hubrings 2 gehalten.
Hierdurch werden Leckagen zwischen der Stirnfläche des Flügels 3 und dem Innenlaufbahn 11 des
Hubrings 2 weitgehend vermieden. Dies gewährleistet
einen sehr schnellen Druckaufbau insbesondere in der Startphase.
Gegenüber
dem Stand der Technik hat die gezeigte Flügelzellenpumpe den Vorteil,
dass auf zusätzliche
mechanische Bauteile wie Beispielsweise Federn verzichtet werden
kann. Hierdurch verringert sich der Montageaufwand erheblich und
die Flügelzellenpumpe
ist weniger störanfällig.
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Da
magnetische Werkstoffe üblicherweise weich
und verschleißanfällig sind,
können
die Flügel 3 im
Ausführungsbeispiel
2 auch nur teilweise magnetisch ausgebildet sein. Der an der Innenlaufbahn 11 des
Hubrings 2 anliegende Teil des Flügels 3 kann vorzugsweise
aus einem gehärteten
Material bestehen, so dass der Verschleiß am Flügel 3 minimiert wird.
Hierdurch wird die Lebensdauer der Flügelzellenpumpe erhöht.
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Die
dargestellte Flügelzellenpumpe
zeichnet sich durch eine besonders geringe Anzahl an Bauteilen aus.
Auf die Verwendung zusätzlicher
mechanischer Bauteile die den Flügel 3 gegen
den Hubring 2 drücken,
kann verzichtet werden. Hierdurch verringert sich der Montageaufwand
erheblich und die Flügelzellenpumpe
ist weniger störanfällig. Durch
die magnetische Ausbildung der Flügel 3 sowie des Hubrings 2 bzw.
eines im Schlitzgrund 5 angeordneten Magneten 6 werden
die Flügel 3 durch
Magnetkraft gegen die Innenlaufbahn 11 des Hubrings 2 gedrückt. Hierdurch
wird eine Leckage zwischen der Stirnfläche des Flügels 3 und der Innenlaufbahn 11 des
Hubrings 2 weitgehend vermieden und ein schneller Druckaufbau
insbesondere während
des Anlaufens der Pumpe ermöglicht.
Die offenbarte Flügelzellenpumpe
eignet sich insbesondere als Vorförderpumpe bei Common-Rail-Einspritzsystemen,
bei denen ein schneller Druckaufbau wichtig ist.