DE102006036756A1

DE102006036756A1 - Verfahren zur Verkürzung des Hochlaufes einer Flügelzellenpumpe und Flügelzellenpumpe, betreibbar nach dem Verfahren

Info

Publication number: DE102006036756A1
Application number: DE200610036756
Authority: DE
Inventors: Josef Haupt; Horst RÖGNER
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-08-05
Filing date: 2006-08-05
Publication date: 2008-02-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verkürzung des Hochlaufes einer Flügelzellenpumpe (1), welche einen antreibbaren Rotor (13) mit Flügeln (14, 16) aufweist, welche in dem Rotor (13) radial beweglich angeordnet sind und durch Anlage an einem den Rotor (13) umschließenden Kurvenring (18) der Flügelzellenpumpe (1) einen Fluidstrom fördern. Die Erfindung betrifft auch eine Flügelzellenpumpe, die nach dem Verfahren betrieben werden kann. Es wird vorgeschlagen, dass die Flügel (14) beim Start der Flügelzellenpumpe (1) impulsartig mit einem Druckmedium beaufschlagt und durch das Druckmedium nach außen gegen den Kurvenring (18) gedrückt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verkürzung des Hochlaufes einer Flügelzellenpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Flügelzellenpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.
Flügelzellenpumpen zur Förderung von Fluiden sind bekannt, z. B. als Kraftstoffpumpen oder Ölpumpen für Kraftfahrzeuge, dort insbesondere bei Automatgetrieben. Flügelzellenpumpen weisen einen angetriebenen Rotor auf, welcher auf seinem Umfang verteilt, radial angeordnete Schlitze aufweist, in welchen radial verschiebbare Flügel angeordnet sind. Der Rotor mit den Flügeln läuft in einem Hubring oder Kurvenring, dessen Innenkontur von der Außenkontur des Rotors abweicht. Bei zweipoligen bzw. doppelhubigen Flügelzellenpumpen (Konstantpumpen) ist der Hubring oval ausgebildet und besitzt den gleichen Mittelpunkt wie der Rotor. Bei sich drehendem Rotor werden die Flügel infolge von Zentrifugalkraft nach außen an die Innenkontur des Kurvenringes gedrückt und bilden sich über dem Drehwinkel ändernde Kammervolumina. Dabei finden pro Umdrehung zwei Ansaug- und zwei Verdrängungsvorgänge statt. Bei anderen Bauarten, so genannten einpoligen Flügelzellenpumpen, wird die Exzentrizität zwischen Kurvenring und Rotor verstellt und damit das Verhältnis der Kammervolumina im Saug- und Druckbereich; damit kann der Förderstrom stufenlos verändert werden.
Ein Problem der Flügelzellenpumpen besteht darin, dass die Flügel bei Stillstand des Rotors „einfallen", d. h. mit ihren Dichtkanten nicht mehr an der Innenkontur des Kurvenringes anliegen. Beim Start bringt die Pumpe daher noch keine Leistung. Erst bei hoch laufendem Rotor und hinreichender Drehzahl beginnt die Zentrifugalkraft auf die Flügel zu wirken und bringt diese durch Radialverschiebung zur Anlage am Kurvenring. Erst dann, d. h. nach einer gewissen Zeitspanne, bringt die Pumpe den vollen Förderstrom. Nachteilig ist die lange Ansprechzeit. Bei Verwendung einer Flügelzellenpumpe als Ölpumpe für ein Automatgetriebe von Kraftfahrzeugen, insbesondere mit Motorstartautomatik muss das Automatgetriebe sofort nach dem Motorstart betriebsbereit, d. h. die Kolbenräume der Schaltelemente müssen gefüllt sein. Hierfür ist erforderlich, die Kolbenräume bei stehendem Verbrennungsmotor und damit stehender Pumpe gefüllt zu halten, wozu man eine elektrisch angetriebene Zusatzpumpe verwendet, die einen entsprechenden Förderstrom liefert.
Man hat bereits versucht, das Problem der langen Ansprechzeit zu lösen, indem man die Flügel durch Federelemente belastet. Durch die DE 101 42 712 A1 wurde eine einpolige (einhubige) Flügelzellenpumpe zur Förderung von Fluiden bekannt, bei welcher ein Rotor mit in radialer Richtung geführten Flügeln in einem exzentrisch zum Rotor angeordneten Hubkurvenring umläuft, welcher Bestandteil eines Gehäuses bzw. eines Stators ist. Die Flügel weisen in ihrem radial äußeren Bereich Dichtkanten auf, welche gegen eine Hubkurve, d. h. die Innenfläche des Hubkurvenringes anlaufen. Die Flügel sind in radialer Richtung durch Federelemente belastet, welche sich einerseits am Rotor abstützen und andererseits die Flügel radial nach außen drücken, damit die Dichtkanten auch bei niedriger Rotordrehzahl an der Hubkurve anliegen und keine Verluste durch Leckage entstehen. Dadurch soll sichergestellt werden, dass die Flügel unabhängig von der Drehzahl ständig an der Hubkurve der Pumpe anliegen. Nachteilig bei der bekannten Lösung ist, dass zusätzliche Bauteile in Form der Federelemente notwendig sind, die am Rotor montiert werden müssen.
Durch die US-A 3,614,276 wurde eine ähnlich Lösung für eine Flügelzellenpumpe bekannt, bei welcher die Flügel durch einzelne in Kammern des Rotors angeordnete Federelemente ständig nach außen gegen die Innenfläche eines Hubkurvenringes gedrückt werden. Nachteilig hierbei ist die Vielzahl von Federelementen, welche im Rotor anzuordnen und mit den einzelnen Flügeln zu verbinden sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches die Ansprechzeit, d. h. die Zeitspanne vom Start einer Flügelzellenpumpe der eingangs genannten Art bis zum Erreichen ihres vollen Förderstromes weitestgehend verkürzt. Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flügelzellenpumpe zu schaffen, die nach dem angegebenen Verfahren betretbar ist und unmittelbar nach dem Start ihren vollen Förderstrom erbringt.
Diese Aufgabe wird zunächst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß werden bei einer Flügelzellenpumpe, die einen antreibbaren Rotor mit Flügeln aufweist, welche in radial gerichteten, umfangsverteilt angeordneten Schlitzen des Rotors radial beweglich angeordnet sind und durch Anlage an einem den Rotor umschließenden Kurvenring der Pumpe einen Fluidstrom fördern, zur Verkürzung des Hochlaufes der Pumpe zumindest diejenigen Flügel, die mit ihrer Flügelaußenkante bei stillstehendem Rotor nicht an einer Innenfläche bzw. Innenkontur des Kurvenrings anliegen, unmittelbar beim Start der Flügelzellenpumpe – also unmittelbar beim Anlaufen des Rotors – impulsartig mit einem Druckmedium derart beaufschlagt, dass sie mit ihren radial äußeren Dichtkanten sofort an der Innenfläche des Kurvenringes der Flügelzellenpumpe anliegen. Der erfindungsgemäße Druckimpuls wirkt also unmittelbar auf den so genannten Hinterflügelraum der einzelnen Flügel der Flügelzellenpumpe, wodurch die zuvor radial „eingefallenen" Flügel wieder an der Innenfläche des Kurvenrings zur Anlage gebracht werden. Damit kann die Flügelzellenpumpe bereits mit der ersten Umdrehung einen Fluidstrom ansaugen und fördern, d. h. sofort die volle Förderleistung abgeben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bei Flügelzellenpumpen vorteilhaft, welche als Ölpumpe für Automatgetriebe von Kraftfahrzeugen verwendet werden, weil dadurch eine (elektrisch angetriebene, am Bordnetz hängende) Zusatzpumpe entfallen kann. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebene Flügelzellenpumpe liefert somit sofort den vollen Druck beispielsweise zur Befüllung von Schaltelementen des Getriebes, sodass das Fahrzeug sofort fahrbereit ist.
Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße, auf den Hinterflügelraum der einzelnen Flügel der Flügelzellenpumpe wirkende Druckimpuls unmittelbar dann ausgelöst, wenn ein Befehl zum Starten eines mit der Flügelzellenpumpe verbundenen Antriebsmotors erkannt wird. Handelt es sich bei der Flügelzellenpumpe um die Ölpumpe eines Kraftfahrzeug-Automatgetriebes, so ist der genannte Antriebsmotor der Flügelzellenpumpe üblicherweise auch mit einer Eingangswelle des Automatgetriebes verbunden. Der genannte Befehl zum Starten des Antriebsmotors kann beispielsweise als Steuerbit von dem Antriebsmotor an ein Steuergerät des Automatgetriebes übermittelt werden, welches dann eine geeignete Vorrichtung zur Erzeugung des Druckimpulses ansteuert. Durch diese sehr schnelle Druckbeaufschlagung der Hinterflügelräume der Flügelzellenpumpe zeitgleich oder zumindest zeitnah zum Beginn der Startvorgangs des üblicherweise als Verbrennungskraftmaschine ausgeführten Antriebsmotors kann eine weitere Reduzierung der Zeitspanne bis zum effektiven Druckaufbau der Pumpe erzielt werden. Diese Funktionalität eignet sich besonders gut für ein Kraftfahrzeug mit Automatgetriebe und einer so genannten Start-Stop-Funktion seiner Verbrennungskraftmaschine, mittels der diese Verbrennungskraftmaschine bei Stillstand des Kraftfahrzeugs kurzzeitig bzw. temporär abstellbar ist.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Flügel der Flügelzellenpumpe impulsartig mit einem Druckmedium beaufschlagt werden, wenn ein Befehl zum Starten zum Starten eines Antriebsmotors der Flügelzellenpumpe erkannt wird und gleichzeitig eine sensierte Temperatur des Druckmediums größer ist als ein vordefinierter Schwellwert. Dadurch, dass in diesem Fall die entsprechende Vorrichtung zur Erzeugung des Druckimpulses nur dann angesteuert wird, wenn der Startvorgang des Antriebsmotors selber tatsächlich sehr schnell erfolgt und infolgedessen auch tatsächlich ein sehr schnelles Anlaufender Flügelzellenpumpe erforderlich ist, wird die genannte Vorrichtung zur Erzeugung des Druckimpulses bauteilseitig geschont, was sich wiederum auf deren Dauerhaltbarkeit positiv auswirkt.
In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Flügel der Flügelzellenpumpe impulsartig mit einem Druckmedium beaufschlagt werden, wenn ein Befehl zum Starten zum Starten eines Antriebsmotors der Flügelzellenpumpe erkannt wird und gleichzeitig eine sensierte Temperatur des Druckmediums kleiner ist als ein vordefinierter Schwellwert. Diese Funktionalität eignet sich besonders gut zur Unterstützung des Druckaufbaus und des Anlaufverhaltens der Flügelzellenpumpe im Tieftemperaturbereich. In diesem Fall werden die Hinterflügelräume der Flügelzellenpumpe auch dann mit einem Druckimpuls beaufschlagt, wenn ein vergleichsweise nur langsamer Start des Antriebsmotors zu erwarten ist. Hierdurch kann die Betriebssicherheit eines Automatgetriebes, dessen Ölpumpe als Flügelzellenpumpe ausgebildet ist, erhöht werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruches 5 gelöst. Die Erfindung geht aus von einer Flügelzellenpumpe, die ein Pumpengehäuse mit einem Kurvenring sowie einen antreibbaren Rotor mit Flügeln aufweist, welche in radial gerichteten und umfangsverteilt angeordneten Schlitzen des Rotors radial beweglich angeordnet sind und durch Anlage an einem Kurvenring der Flügelzellenpumpe einen Fluidstrom fördern. Der Kurvenring ist räumlich gesehen um den Ro tor angeordnet. Die Schlitze des Rotors und die radial bewegliche Innenkante der Flügel bilden an jedem Flügel einen so genannten Hinterflügelraum mit veränderlichem Volumen. Gemäß der Erfindung ist der Hinterflügelraum zumindest derjenigen Flügel, die mit ihrer dem Hinterflügelraum gegenüberliegenden Flügelaußenkante bei stillstehendem Rotor nicht an einer Innenfläche des Kurvenrings anliegen, impulsartig mit einem Druckmedium beaufschlagbar; d.h. die radial innen liegende Seite dieser Flügel ist impulsartig mit Druck beaufschlagbar.
Das unmittelbar beim Start der Flügelzellenpumpe – also unmittelbar beim Anlaufen des Rotors – impulsartig in den Hinterflügelraum der Flügel eingebrachte Druckmedium treibt diese Flügel radial nach außen und bringt sie zur Anlage an der Innenfläche des Kurvenrings. Der erfindungsgemäße Druckimpuls wirkt also unmittelbar auf den Hinterflügelraum der einzelnen Flügel der Flügelzellenpumpe. Damit wird der Vorteil erreicht, dass unmittelbar nach dem Start der Pumpe der volle Förderstrom zur Verfügung steht; die Zeitspanne zwischen dem Startbefehl zum Hochlauf der Flügelzellenpumpe und dem Zeitpunkt, an dem die Flügelzellenpumpe tatsächlich fördert, wird verkürzt.
Vorzugsweise wird das Druckmedium zur Beaufschlagung der Flügel aus einem Volumenspeicher geliefert, vorzugsweise aus einem schaltbaren hydraulischen Volumenspeicher, welcher direkt mit dem Pumpengehäuse verbunden sein kann. In vorteilhafter Weise besteht der Volumenspeicher aus einem Zylinder mit einem federbelasteten Kolben, welcher durch eine Arretiervorrichtung in einer gespannten Lage gehalten wird. Beim Start der Flügelzellenpumpe wird der Kolben gelöst und drückt das im Zylinder vorhandene Druckmedium schlagartig in den Hinterflügelraum der Pumpe. Die Arretiervorrichtung zum Halten des Kolbens kann vorteilhafterweise elektromagnetisch betätigt, d. h. gelöst werden, was gleichzeitig mit dem Anlauf der Pumpe erfolgt. Funktionswesentlich ist, dass der vorgesehene Volumenspeicher im Normalbetrieb der Flügelzellenpumpe, also außerhalb des Startvorgangs mit Druckmedium befüllt wird und nach dem Abstellen der Flügelzellenpumpe bzw. bei Stillstand der Flügelzellenpumpe mit Druckmedium befüllt bleibt, also selber nicht leerläuft. Funktionswesentlich ist auch, dass der Innenaum der Flügelzellenpumpe nach dem Abstellen der Flügelzellenpumpe bzw. bei Stillstand der Flügelzellenpumpe mit Druckmedium befüllt bleibt, also selber nicht leerläuft, was durch übliche Maßnahmen insbesondere im Saugbereich der Flügelzellenpumpe sichergestellt werden kann.
Vorteilhafterweise kann die Verbindung zwischen dem Zylinder des Volumenspeichers und den Hinterflügelräumen als so genanntes Impulsrohr ausgebildet sein, welches in einen auch als Hinterflügelniere bezeichneten nierenförmigen Sammelraum mündet, welcher zumindest mehrere Hinterflügelräume fluidseitig miteinander verbindet.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Flügelzellenpumpe sind dabei deren Hinterflügelräume mit dem Druckbereich der Flügelzellenpumpe fluidseitig verbunden. Im Normalbetrieb der Flügelzellenpumpe, also außerhalb des Startvorgangs, sorgt die fluidseitige Verbindung der Hinterflügelräume mit dem Druckbereich der Pumpe einerseits für eine auf die einzelnen Flügel der Pumpe wirkenden Kraft, die zusätzlich zur Zentrifugalkraft die Flügel radial nach außen gegen den Kurvenring der Pumpe drückt, andererseits auch für eine Befüllung des Volumenspeichers mit Druckmedium. Dass der Hinterflügelraum der einzelnen Flügel in diesem Fall zwar in Strömungsverbindung mit dem Druckbereich (Drucknieren) der Flügelzellenpumpe steht, wirkt sich dennoch nicht nachteilig auf die erfindungsgemäße impulsartige Druckbeaufschlagung der Flügel aus, wenn der Druckverlust bzw. der Strömungswiderstand zwischen Hinterflügelraum und dem Druckbereich der Flügelzellenpumpe hinreichend groß ist, sodass sich der erforderliche Druck im Hinterflügelraum zur radialen Andrücken des jeweiligen Flügels an die Innen fläche des Kurvenrings kurzfristig aufbauen kann. Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Impulsrohr des Volumenspeichers in den Arbeitstakt der Flügelzellenpumpe einmündet, der in Bezug zur Einbaulage der Pumpe räumlich gesehen oben angeordnet ist, und dass in dem Bereich, in dem das Impulsrohr in die Hinterflügelniere einmündet, eine fluidseitig zwischen Hinterflügelraum bzw. Hinterflügelniere und Druckbereich bzw. fluidseitig zwischen Volumenspeicherzylinder und Druckbereich der Pumpe wirkende Drosselstelle vorgesehen ist. Diese vorgesehene Drosselstelle sorgt letztlich dafür, dass das den Hinterflügelräumen über den Volumenspeicher impulsartig zugeführte Druckmedium nicht direkt ungehindert in den Ansaugbereich der Pumpe entweichen kann.
In einer anderen Ausgestaltung der Flügelzellenpumpe kann auch vorgesehen sein, dass der Volumenspeicher nicht unmittelbar aus dem Druckbereich der Flügelzellenpumpe heraus mit Druckmedium befüllt wird, sondern über eine separate Fluidzuführung, die beispielsweise in einen Druckkanal eines hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes des Automatgetriebes mündet, welches wiederum insbesondere von der Flügelzellenpumpe mit Druckmedium versorgt wird. In diesem Fall werden Hinterflügelraum und Flügel der Flügelzellenpumpe auch in ihrem Normalbetrieb – also außerhalb des Anlaufvorgangs der Pumpe – mit diesem Hydraulikdruck aus dem hydraulischen bzw. elektrohydraulischen Steuergerätes des Automatgetriebes beaufschlagt; d.h. der genannte Hydraulikdruck aus dem hydraulischen bzw. elektrohydraulischen Getriebesteuergerät sorgt zusätzlich zur rotationsbedingten Zentrifugalkraft für die radiale Anpressung der Flügel an die Innenkontur des Kurvenrings der Flügelzellenpumpe.
Vorzugsweise ist die Flügelzellenpumpe als Ölpumpe zur Versorgung eines Automatgetriebes für ein Kraftfahrzeug ausgebildet, d. h. sie fördert Drucköl im Hydraulikkreislauf des Getriebes und füllt die Zylinder der Schalt elemente mit Drucköl. Durch den sofortigen Hochlauf der Pumpe steht sofort der volle Druck in den Schaltelementen zur Verfügung, sodass die einzelnen Gänge schaltbar sind und das Kraftfahrzeug sofort fahrbereit ist. Von Vorteil ist insbesondere, dass bei Verwendung der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe eine elektrische Zusatzpumpe im Kraftfahrzeug entfallen kann. Dies spart Kosten und Gewicht und entlastet das Bordnetz.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Längs- bzw. Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe; und
2 einen rückwärtige Draufsicht auf die Flügelzellenpumpe gemäß 1.
1 zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe 1 in einem Längs- bzw. Axialschnitt. Die Flügelzellenpumpe 1 ist beispielhaft als so genannte doppelhubige Flügelzellenpumpe ausgebildet und weist ein Gehäuse 3, einen Gehäusedeckel 6, einen Kurvenring 18 und einen Rotor 13 auf. Der Rotor 13 ist auf einer Antriebswelle 2 mit Längsachse m drehfest befestigt, wobei die Antriebswelle 2 das Gehäuse 3 in axialer Richtung durchdringt und beispielhaft sowohl im Gehäuse 3 als auch in dem Gehäusedeckel 6 radial gelagert ist. Der Rotor 13 nimmt auf seinem Umfang verteilt eine Vielzahl von radial beweglichen Flügeln in sich auf, die jeweils in radial anordneten Schlitzen des Rotors 6 geführt sind, welche im radial inneren Bereich so genannte Hinterflügelräume bilden. In 1 sind zwei Flügel 14, 16 erkennbar, deren entsprechende Hinterflügelräume sind mit 15, 17 bezeichnet. Radial außerhalb der Flügel 14, 16 ist der Kurvenring 18 angeordnet. Die mit 18a bezeichnete Innenfläche bzw. Innenkontur des Kurvenrings 18 ist in Richtung einer seiner beiden Radialachsen oval ausgebildet, d. h. der Kurvenring 18 weist gegen über der Längsachse m der Antriebswelle 2 eine doppelte Exzentrizität auf, was später anhand 2 noch näher erklärt wird.
Der in Darstellung der 1 obere Flügel 14 weist eine Flügelinnenkante 14a und eine Flügel Außenkante 14b auf. Die Flügelinnenkante 14a bildet für den Hinterflügelraum 15 des Flügels 14 eine in radialer Richtung gesehen variable Begrenzung. Die Flügelaußenkante 14b kommt an der Innenfläche 18a des Kurvenringes 18 zur Anlage. Entsprechend kann die Flügelaußenkante 14b auch als Dichtkante bezeichnet werden. Gleiches gilt analog für den in der Darstellung unteren Flügel 16 (mit Flügelinnenkante 16a, Flügelaußenkante 16b, Hinterflügelraum 17) und auch für die anderen Flügel der Flügelzellenpumpe 1.
Axial begrenzt werden Rotor 13, Flügel 14, 16 und Kurvenring 18 auf einer Seite durch das Gehäuse 3 und auf der anderen Seite durch den Gehäusedeckel 6. Der Gehäusedeckel 6, in welcher das Stirnende 2a der Antriebswelle 2 gelagert ist, schließt das Gehäuse 3 also nach außen hin ab. In dem Gehäuse 3 sind zwei als nierenförmige Kammern ausgeformte Drucknieren 4, 5 der Flügelzellenpumpe 1 erkennbar. In dem Gehäusedeckel 6 eingeformt ist eine Druckkammer 7 der Flügelzellenpumpe 1, die mit den beiden Drucknieren 4, 5 über Fenster 8, 9 in Strömungsverbindung steht. Weiterhin ist in dem Gehäusedeckel 6 eine als Kammer ausgeformte Hinterflügelniere 10 der Flügelzellenpumpe 1 erkennbar, die sich radial außerhalb der Antriebswelle 5 erstreckt und mit dem Hinterflügelraum 15 in Strömungsverbindung steht. In 1 nicht näher dargestellt ist eine Druckleitung zur Ableitung des Druckmediums aus der Druckkammer 7 der Flügelzellenpumpe 1 zu anderen Aggregaten, die durch die Flügelzellenpumpe 1 mit Druckmedium versorgt werden.
2 zeigt eine rückwärtige Draufsicht auf die Flügelzellenpumpe 1 gemäß 1. Mit a, b sind zwei senkrecht aufeinander stehenden Achsen der Flügelzellenpumpe 1 bezeichnet, welche sich im Mittelpunkt M schneiden. Wie bereits erwähnt, ist die hier dargestellte beispielhafte Flügelzellenpumpe 1 als doppelhubige Flügelzellenpumpe ausgebildet und weist eine doppelte Exzentrizität bzw. Ovalität in Richtung der Achse b gegenüber der Achse a auf. Analog zu 1 ist das Gehäuse der Flügelzellenpumpe 1 mit 3 bezeichnet, der Gehäusedeckel mit 6, die Druckkammer mit 7 und die beiden Fenster der Druckkammer 7 mit 8 und 9. Gestrichelt eingezeichnet sind zwei Saugfenster 12 der Flügelzellenpumpe 1, die in Drehrichtung um etwa 90 Grad gegenüber den Drucknieren 4, 5 und den Fenstern 8, 9 der Druckkammer 7 versetzt angeordnet sind. Eine Zuleitung zur Zuführung von Fluid zu diesen Saugfenstern 12 ist nicht näher dargestellt.
Zum besseren Verständnis ist die exzentrische bzw. ovale Innenkontur 18a des Kurvenrings 18 in 2 gestrichelt eingezeichnet. In dem Pumpengehäuse 3 sind im Bereich der Achse b zwei Druckräume, die so genannten Drucknieren 4, 5 angeordnet, die in der Darstellung gemäß 2 allerdings nicht sichtbar sind. Die koaxial zum Mittelpunkt M im Gehäuse 3 und im Gehäusedeckel 6 gelagerte Antriebswelle 5 ist in 2 ebenfalls nicht sichtbar.
In 2 weiterhin eingezeichnet sind zwei nierenförmige Hinterflügel nieren 10 und 11, die in dem Gehäusedeckel 6 eingeformt sind und sich radial außerhalb der Antriebswelle 5 diametral gegenüber liegend erstrecken. Dabei sind die in der Darstellung gemäß 2 nicht sichtbaren Konturen dieser beiden Hinterflügelnieren 10, 11 gestrichelt eingezeichnet.
Zurückkommend zu 1, ist erfindungsgemäß an dem Gehäusedeckel 6 ein schaltbarer hydraulischer Volumenspeicher 19 angeordnet, welcher über ein Rohr 20, ein so genanntes Impulsrohr über die räumlich gesehen obere Hinterflügelniere 10 mit dem Hinterflügelraum 15 des Flügels 14 verbunden ist. Da die Flügelzellenpumpe 1 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als doppelhubige Flügelzellenpumpe mit „stehender" Anordnung ausgeführt ist, ist es wichtig, dass der Volumenspeicher 19 auf die Flügel der räumlich gesehen oberen Arbeitstaktes der Flügelzellenpumpe wirkt, hier also auf den eingezeichneten oberen Flügel 14. Gleichzeitig verbindet diese Hinterflügelniere 10 den Hinterflügelraum 15 fluidseitig mit der Druckkammer 7 der Flügelzellenpumpe 1. Hierzu mündet das Impulsrohr 20 derart in die Hinterflügelniere 10, dass einerseits die Strömungsverbindung zwischen Volumenspeicher 19 und Hinterflügelniere 10 gesichert ist, dass andererseits auch eine Strömungsverbindung zwischen Hinterflügelniere 10 und Druckkammer 7 über eine Drossel 20a gesichert ist. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in diese Drossel 20a ein Spalt, der sich in axialer Richtung gesehen neben dem Außendurchmesser des Impulsrohr 20 im Gehäusedeckel 6 erstreckt und sowohl in die Hinterflügelniere 10 als auch in die Druckkammer 7 mündet. In einer anderen konstruktiven Variante kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Drossel als ein sich um das Impulsrohr herum erstreckender Ringspalt ausgebildet ist. In noch einer anderen konstruktiven Variante kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass das Impulsrohr des Volumenspeichers dicht mit der oberen Hinterflügelniere verbunden ist und gleichzeitig eine als Drossel funktionierende Bohrung zwischen dieser oberen Hinterflügelniere und der Druckkammer der Pumpe vorgesehen ist. Funktionswesentlich ist hierbei, dass der Querschnitt dieser Drossel 20a so bemessen ist, dass einerseits der Druckimpuls des Volumenspeichers 19 in den damit beaufschlagten Hinterflügelräumen (in 1 Hinterflügelraum 15) tatsächlich auch als ein Druck umgesetzt werden kann, welcher die beaufschlagten Flügel (in 1 Hinterflügelraum 14) radial nach außen drückt, dass andererseits ein volumenseitiges Nachladen des Zylinderraums 20 des Volumenspeichers 19 aus der Druckkammer 7 über das Impulsrohr 20 sichergestellt wird.
Wenn die Flügelzellenpumpe 1 im Normalbetrieb Druckmedium fördert, bewirkt die fluidseitige Verbindung des Hinterflügelraums 15 mit dem Druckbe reich (Druckkammer 7, Drucknieren 4 und 5) der Flügelzellenpumpe 1 also, dass alle Flügel (14, 16) der Flügelzellenpumpe 1 nicht nur durch die rotationsbedingte Zentrifugalkraft an die Innenkontur 18a des Kurvenrings 18 der Flügelzellenpumpe 1 gedrückt werden, sondern auch durch den Pumpendruck. Die Drosselstelle 20a sorgt dafür, dass das dem Hinterflügelraum 15 über den Volumenspeicher 19 impulsartig zugeführte Druckmedium nicht direkt ungehindert in den Ansaugbereich der Flügelzellenpumpe 1 entweichen kann. Auf diese impulsartige Druckzuführung zum Hinterflügelraum 15 wird später noch genauer eingegangen.
In dem in 1 dargestellten Auführungsbeispiel weist der Volumenspeicher 19 einen Zylinder 21 auf, in welchem ein Kolben 22, belastet durch eine Druckfeder 23, angeordnet und durch eine Arretier- bzw. Haltevorrichtung 24 in einer durch die Druckfeder 23 vorgespannten Position (entsprechend der zeichnerischen Darstellung) gehalten ist. Der Zylinder 21 ist mit dem Druckmedium der Flügelzellenpumpe 1 gefüllt. Die Befüllung des Zylinders 21 erfolgt bei normalem Betrieb der Flügelzellenpumpe 1 automatisch durch die fluidseitige Verbindung der Hinterflügelräume mit dem Druckbereich der Pumpe 1, wie zuvor bereits erwähnt.
Die als Ausführungsbeispiel dargestellte Flügelzellenpumpe 1 ist vorzugsweise als Ölpumpe für einen nicht dargestellten Hydraulikkreislauf eines Automatgetriebes für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Sie fördert somit Drucköl, welches unter anderem zur Druckbeaufschlagung von Schaltelementen wie Kupplungen und Bremsen eines Automatgetriebes dient und die Schaltung der einzelnen Gänge bewirkt. Die Flügelzellenpumpe 1 arbeitet in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Volumenspeicher 19 wie folgt. Bei Stillstand der Pumpe 1, also beim Abschalten des Motors des Kraftfahrzeuges steht auch die Pumpe 1, da sie über den Motor des Kraftfahrzeuges angetrieben wird. Dabei fallen die räumlich gesehen oben angeordneten Flügel (in 1 Flügel 14) aufgrund der Schwerkraft nach unten, d. h. die Dichtkante (in 1 Außenkante 14b) liegt nicht mehr an der Innenfläche 18a des Kurvenringes 18 an. Dies wiederum hat einen Kurzschluss zwischen Saug- und Druckseite der Pumpe 1 zur Folge, weshalb die Pumpe beim Start nicht den vollen Förderstrom erbringen würde. Um dies zu vermeiden und um die „eingefallenen" Flügel sofort beim Anlaufen der Pumpe mit ihren radial äußeren Dichtkanten zur Anlage am Kurvenring 18 zu bringen, wird der Volumenspeicher 19 durch Lösen der Arretiervorrichtung 24 schlagartig entladen, d. h. das im Zylinder 21 gespeicherte Druckmedium schießt über das Impulsrohr 20 in die Hinterflügelräume der im räumlich gesehen oberen Arbeitstakt der Pumpe 1 angeordneten Flügel (in 1 Hinterflügelraum 15) und drückt die „eingefallenen" Flügel (in 1 Flügel 14) radial nach außen gegen die Innenfläche 18a des Kurvenrings 18. Ein nennenswerter Druckausgleich zwischen Hinterflügelraum 15 und Druckniere 4 findet in der kurzen Zeitspanne des Druckimpulses nicht statt, da der Druckabfall zwischen diesen beiden Räumen 15, 3 ausreichend hoch ist. Da somit beim Anlaufen der Pumpe 1, d. h. bei Rotation des mit der Antriebswelle 2 verbundenen Rotors 13 sämtliche Flügel der Pumpe 1 an der Innenkontur 18a des Kurvenrings 18 anliegen, kann die Pumpe 1 sofort, d. h. innerhalb der ersten Umdrehung bereits die volle Förderleistung erbringen. Damit können beispielsweise die Druckzylinder von Schaltelementen des Automatgetriebes befüllt und der erforderliche Druck aufgebaut werden. Damit ist zumindest ein Gang des Automatgetriebes sofort schaltbar, und das Fahrzeug ist fahrbereit, auch ohne eine elektrische Zusatzpumpe, die sonst erforderlich wäre, um in dem Automatgetriebe unmittelbar nach dem Anlauf des Antriebsmotors den Kraftschluss sicherzustellen.
Während des normalen Betriebes der Pumpe 1 herrscht in den Hinterflügelräumen der Pumpe 1 etwa der gleiche Betriebdruck wie in den Drucknieren 4, 5 und der Druckkammer 7 der Pumpe 1. Damit kommt es über das Impulsrohr 20 zu einem Befühlen des Volumenspeichers 19 mit Druckmedium: Der Kolben 22 wird gegen die Kraft der Druckfeder 23 in seine Ausganglage zurückgedrückt und bei Erreichen der Endlage von der einschnappenden Arretiervorrichtung 24, z. B. in Form von Krallen gehalten. Beim Abschalten der Pumpe 1 verbleibt das Druckmedium im Zylinder 21 und wird bei erneutern Einschalten der Pumpe 1 – wie oben beschrieben – schlagartig in den Hinterflügelraum 14 der Pumpe 1 entleert.

1: Flügelzellenpumpe
2: Antriebswelle
2a: Stirnende der Antriebswelle
3: Gehäuse
4: Druckniere im Gehäuse
5: Druckniere im Gehäuse
6: Gehäusedeckel
7: Druckkammer im Gehäusedeckel
8: Fenster der Druckkammer
9: Fenster der Druckkammer
10: Hinterflügelniere im Gehäusedeckel
11: Hinterflügelniere im Gehäusedeckel
12: Saugfenster im Gehäusedeckel
13: Rotor
14: Flügel
14a: Flügelinnenkante
14b: Flügelaußenkante
15: Hinterflügelraum
16: Flügel
16a: Flügelinnenkante
16b: Flügelaußenkante
17: Hinterflügelraum
18: Kurvenring
18a: Innenfläche, Innenkontur des Kurvenrings
19: Volumenspeicher
20: Impulsrohr
20a: Drosselstelle
21: Zylinder
22: Kolben
23: Druckfeder
24: Halteeinrichtung
25: Elektromagnet
a: Radialachse
b: Radialachse
M: Mittelpunkt; Schnittpunkt der Radialachsen
m: Längsachse der Antriebswelle

Claims

Verfahren zur Verkürzung des Hochlaufes einer Flügelzellenpumpe (1), welche einen antreibbaren Rotor (13) mit Flügeln (14, 16) aufweist, welche in radial zur Drehachse des Rotors (13) gerichteten, umfangsverteilt angeordneten Schlitzen des Rotors (13) radial beweglich angeordnet sind und durch Anlage an einem den Rotor (13) umschließenden Kurvenring (18) einen Fluidstrom fördern, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest diejenigen Flügel (14), die mit ihrer Flügelaußenkante (14b) bei stillstehendem Rotor (13) nicht an einer Innenfläche (18a) des Kurvenrings (18) anliegen, beim Start der Flügelzellenpumpe (1) bzw. beim Anlaufen des Rotors (13) impulsartig mit einem Druckmedium beaufschlagt und durch das Druckmedium nach außen gegen den Kurvenring (18) gedrückt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (14) impulsartig mit einem Druckmedium beaufschlagt werden, wenn ein Befehl zum Starten eines Antriebsmotors der Flügelzellenpumpe (1) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (14) impulsartig mit einem Druckmedium beaufschlagt werden, wenn ein Befehl zum Starten eines Antriebsmotors der Flügelzellenpumpe (1) erkannt wird und gleichzeitig eine sensierte Temperatur des Druckmediums größer ist als ein vordefinierter Schwellwert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (14) impulsartig mit einem Druckmedium beaufschlagt werden, wenn ein Befehl zum Starten eines Antriebsmotors der Flügelzellenpumpe (1) erkannt wird und gleichzeitig eine sensierte Temperatur des Druckmediums kleiner ist als ein vordefinierter Schwellwert.
Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluidstromes, mit einem Pumpengehäuse (3, 6), einem antreibbaren Rotor (13) und einem den Rotor (13) umschließenden Kurvenring (18) und einer Vielzahl von Flügeln (14, 16), welche in radial gerichteten und umfangsverteilt angeordneten Schlitzen des Rotors (13) radial beweglich angeordnet sind und mit den Schlitzen des Rotors (13) an jedem Flügel (14, 16) einen im Volumen veränderlichen Hinterflügelraum (15, 17) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterflügelraum (15) zumindest derjenigen Flügel (14), die mit ihrer dem Hinterflügelraum (15) gegenüberliegenden Flügelaußenkante (14b) bei stillstehendem Rotor (13) nicht an einer Innenfläche (18a) des Kurvenrings (18) anliegen, mit einem Druckmedium impulsartig beaufschlagbar ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterflügelraum (15) fluidseitig mit einem Volumenspeicher (19) für die impulsartige Beaufschlagung mit Druckmedium in Verbindung steht.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenspeicher (19) fluidseitig mit dem Druckbereich der Flügelzellenpumpe (1), insbesondere mit einer Druckkammer (7) und/oder Druckniere (4, 5) der Flügelzellenpumpe (1) in Verbindung steht.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenspeicher fluidseitig mit einem hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerät verbunden ist, welches insbesondere von der Flügelzellenpumpe mit Druckmedium versorgt wird.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenspeicher (19) unmittelbar an dem Pumpengehäuse (3, 6) angeordnet ist.
Flügelzellenpumpe nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenspeicher (19) als schaltbarer hydraulischer Speicher ausgebildet ist.
Flügelzellenpumpe nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenspeicher (19) einen das Druckmedium aufnehmenden Zylinder (21) und einen durch eine Feder (23) belasteten Kolben (22) aufweist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) durch eine Halteeinrichtung (24) in einer gespannten Lage arretierbar und lösbar ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (24) durch einen Elektromagneten (25) betätigbar, insbesondere lösbar ist.
Flügelzellenpumpe nach mindestens mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (21) über ein Impulsrohr (20) fluidseitig mit dem Hinterflügelraum (15) verbunden ist, wobei das Impulsrohr (20) in eine nierenförmge Hinterflügelniere (10) mündet, welche fluidseitig mit der Hinterflügelraum (15) verbunden ist, wobei die Hinterflügelniere (10) fluidseitig über eine Drossel (20a) mit der Druckkammer (7) der verbunden ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (20a) unmittelbar im Bereich des Impulsrohrs (20) angeordnet ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (20a) als Spalt zwischen Impulsrohr (20) und Gehäusedeckel (6) ausgebildet ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel als Bohrung im Gehäusedeckel ausgebildet ist.
Flügelzellenpumpe nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie als doppelhubige Flügelzellenpumpe (1) ausgebildet ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 18 und mindestens einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenspeicher (19) fluidseitig mit den Hinterflugelräumen (15) in Verbindung steht, die dem räumlich in Bezug zur Einbaulage der Flügelzellenpumpe (1) gesehen oberen Arbeitstakt der Flügelzellenpumpe (1) zugeordnet sind.
Flügelzellenpumpe nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Ölpumpe für ein Automatgetriebe eines Kraftfahrzeuges ausgebildet und betreibbar ist.