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Die
Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit einem Rotor,
in dem eine Mehrzahl von Flügeln verschiebbar angeordnet
ist.
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Aus
der
DE 41 09 149 C3 ist
eine Flügelzellenpumpe bekannt, deren Rotor drehfest mit
einer Welle verbunden ist, die in einem Gehäuseteil gelagert
ist. In dem Gehäuseteil sind Anschlüsse vorgesehen.
Der Rotor ist in radialer Richtung von einem Hubring umgeben. Zwischen
dem Hubring und dem Rotor sind durch benachbarte Flügel
voneinander abgetrennt mehrere Kammern ausgebildet. Die Kammern
werden wechselweise mit einem der Anschlüsse verbunden,
wenn der Rotor durch die Welle gedreht wird. In einer Steuerplatte
sind Steueröffnungen angeordnet. Die Steuerplatte begrenzt
den Strömungsquerschnitt, über den Druckmittel
in die Kammer einströmen kann. Zur Verbindung der Steueröffnungen
mit den in dem Gehäuseteil ausgebildeten Anschlusskanälen
ist eine Scheibe vorgesehen, die zwischen dem Gehäuseteil
und dem Rotor angeordnet ist.
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Der
Rotor ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet, wobei
die Zylindermantelfläche sowohl zur Deckfläche
als auch zur Bodenfläche des Rotors hin eine Fase aufweist.
In der beschriebenen Flügelzellenpumpe ist es nachteilig,
dass ein Teil des theoretisch möglichen Ansaugquerschnitts
der Steueröffnung in der Steuerplatte durch eine Seitenfläche
des Rotors verdeckt wird. Dadurch strömt Druckmittel gegen
die Stirnfläche des Rotors, wodurch ein Staudruck im Bereich
des engsten Querschnitts der Steueröffnung erhöht
wird. Infolgedessen verschlechtert sich das Befüllungsverhalten
und die Effizienz der Flügelzellenpumpe sinkt, insbesondere
bei hohen Drehzahlen.
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Aus
der
DE 24 43 720 und
EP 0 068 035 B1 ist
jeweils eine Flügelzellenpumpe bekannt, bei der zwei Ansaugsteuernieren
auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors angeordnet sind.
Dadurch vergrößert sich der Strömungsquerschnitt
zum Befüllen beim Ansaugen von Druckmittel in eine sich
vergrößernde Kammer. Die Rotoren der Flügelzellenpumpe sind
dabei jeweils näherungsweise zylindrisch ausgeführt.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Flügelzellenpumpe zu
schaffen, bei der der Befüllvorgang insbesondere bei hohen
Drehzahlen verbessert ist und die damit eine erhöhte Effizienz
aufweist.
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Die
Aufgabe wird durch die Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe weist
einen Rotor auf, in dem eine Mehrzahl von Flügeln verschiebbar
angeordnet ist. Es ist zumindest eine erste Steueröffnung
vorgesehen, über die Druckmittel bei einer Rotation des
Rotors angesaugt wird. Das Druckmittel wird in eine zwischen zwei
benachbarten Flügeln ausgebildete Kammer angesaugt. Der
Rotor verjüngt sich ausgehend von seinem größten
Durchmesser in Richtung zu einer der zumindest einen ersten Steueröffnung
zum Ansaugen von Druckmittel zugewandten Seitenfläche hin. Erfindungsgemäß sind
dabei der Radius der der ersten Steueröffnung zum Ansaugen
von Druckmitteln zugewandten Seite des Rotors und ein Abstand einer die
erste der Steueröffnung zur Rotationsachse hin begrenzende
Wandung von der Rotationsachse des Rotors an der Ausmündung
der Steueröffnung gleich.
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Durch
eine solche Anordnung der Steueröffnung und die radiale
Verjüngung des Rotors zumindest auf der der Steueröffnung
zum Ansaugen von Druckmittel zugewandten Seite lässt sich
der Steueröffnungsquerschnitt ohne Beeinflussung der Steuerzeit
maximieren. Die Dimension der Steueröffnung in radialer
Richtung lässt sich durch die Erweiterung der Kammer zu
der der Steueröffnung zugewandten Seitenfläche
des Rotors vergrößern. Gleichzeitig wird durch
ein Anpassen des Durchmessers des Rotors zumindest auf der der zumindest
einen Steueröffnung zugewandeten Seite und der Lage der
Steueröffnung zum Ansaugen von Druckmittel ein möglichst stufenfreier Übergang
beim Eintritt von Druckmittel aus der Steueröffnung in
die Kammer hinein realisiert. Durch diese stufenfreie Ausbildung
des Übergangs reduziert sich der Strömungswiderstand
und der Befüllvorgang wird verbessert. Damit wird insgesamt
die Effizienz der Flügelzellenpumpe verbessert, wobei insbesondere
auf Grund der bei größerem Strömungsquerschnitt
geringeren Strömungsgeschwindigkeit die Drehzahl der Flügelzellenpumpe erhöht
werden kann.
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In
den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe ausgeführt.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, wenn die Summe eines Mündungswinkels
und eines Winkels zwischen einer Außenfläche des
Rotors und der Rotationsebene beim Übergang der Außenfläche
des Rotors zu der der Steueröffnung zugewandten Seitenfläche
hin 180° ergibt. Als Mündungswinkel wird der Winkel
zwischen einer Wandung der ersten Steueröffnung in Richtung
der Rotationsachse und einer Rotationsebene des Rotors bezeichnet.
Dies bedeutet, dass zumindest auf der zu der Rotationsachse hin
orientierten Seite beim Eintritt von Druckmittel in die Kammer ein
gradliniger Übergang von der Steueröffnung in
die Kammer hinein existiert. Durch einen solch geradlinigen Übergang
werden wiederum die Strömungsverhältnisse beim
Einströmen des Druckmittels aus der Steueröffnung
in die Kammer verbessert.
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Dabei
ist es weiterhin bevorzugt, dass ein Flächenabschnitt der
Außenfläche des Rotors, der sich von dem größten
Durchmesser des Rotors hin zu der der Steueröffnung zugewandten
Seitenfläche des Rotors erstreckt, gekrümmt verläuft.
Die Krümmung ist dabei insbesondere so orientiert, dass
der Mittelpunkt der Krümmung radial außerhalb
des Rotors liegt. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die gekrümmte
Fläche aus mindestens zwei Bereichen besteht ist, wobei
der jeweils weiter in Richtung zur Steueröffnung hin angeordnete
Bereich einen größeren Krümmungsradius
aufweist als der hierzu benachbart in Richtung des größten
Durchmessers des Rotors angeordnete Bereich. Dies führt
zu einem Profil, welches wiederum hinsichtlich der Strömung während
des Befüllens der Kammer vorteilhafte Eigenschaften aufweist.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass das Druckmittel, welches sich
im Bereich des größten Durchmessers des Rotors
befindet, bei einer Drehung des Rotors mit einer größeren
Geschwindigkeit in Umfangsrichtung bewegt wird als im Bereich des
kleineren Durchmessers an der Seitenfläche des Rotors.
Dies führt zu einem größeren statischen
Druck im Bereich des kleinen Durchmessers des Rotors, wodurch ein
Druckgradient in Richtung des größten Durchmessers
des Rotors entsteht. Dieser Druckgradient sorgt ebenfalls für
eine Verbesserung der Füllung bzw. zum Beschleunigen des
Füllvorgangs. Damit sind höhere Drehzahlen der
Flügelzellenpumpe realisierbar.
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Weiterhin
ist es bevorzugt, wenn sich der Rotor ausgehend von seinem größten
Durchmesser zu beiden Seitenflächen hin radial verjüngt.
Durch eine solche beidseitige radiale Verjüngung ausgehend von
dem Bereich des größten Durchmessers wird erreicht,
dass eine Biegebelastung auf Grund einer Asymmetrie vermieden wird.
Durch den im Bereich des größten Durchmessers
in radialer Richtung weit geführten Flügel lassen
sich die Biegemomente auf den Flügel dennoch vergleichsweise
gering halten.
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Zur
weiter verbesserten Befüllung der Kammern der Flügelzellenpumpe
ist es bevorzugt, wenn zumindest eine weitere Steueröffnung
zum Ansaugen von Druckmittel vorhanden ist. Diese weitere Steueröffnung
ist auf der von der Steueröffnung zum Ansaugen von Druckmittel
abgewandeten Seite des Rotors angeordnet und mit der Steueröffnung
zum Ansaugen von Druckmittel verbunden. Damit kann über
einen Gesamtströmungsquerschnitt, der aus zwei Steueröffnungen
zusammengesetzt ist, eine Befüllung der Kammern erreicht
werden. Dies ist insbesondere zusammen mit der beidseitigen radialen Verjüngung
vorteilhaft. Die verschiedenen Durchmesser führen außerdem
zum Entstehen eines die Füllung begünstigenden
Druckgradienten in der Kammer.
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Die
vorstehend getroffenen Ausführungen bezüglich
der Ausbildung der Geometrie der Steueröffnung und des
Rotors auf der der Steueröffnung zugewandten Seite treffen
in gleicher Weise für die Steueröffnung zum Ansaugen
von Druckmittel wie auch für die weitere Steueröffnung
bzw. die der weiteren Steueröffnung zugewandte Seite des
Rotors zu. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Bereich des größten
Durchmessers des Rotors außermittig angeordnet ist. Die
außermittige Anordnung ist dabei insbesondere an die beiden
Befüllanteile angepasst, wenn zwei Steueröffnungen
vorgesehen sind. Auch bei lediglich einer Steueröffnung
kann eine asymmetrische Anordnung des Bereichs mit dem größten Durchmesser
vorteilhaft eingesetzt werden. Das Verhältnis eines ersten
Abstands des Bereichs des größten Durchmesser
des Rotors von der der ersten Steueröffnung zugewandten
Seitenfläche des Rotors und eines zweiten Abstands des
Bereichs des größten Durchmessers von der zweiten
Seitenfläche, die der weiteren ersten Steueröffnung
zugewandet ist, ist dabei vorzugsweise vom Verhältnis der
Befüllanteile über die erste Steueröffnung
und die weitere erste Steueröffnung abhängig.
Insbesondere ist das Verhältnis des ersten Abstands zu
dem zweiten Abstand gleich dem Verhältnis des ersten Befüllanteils
zum zweiten Befüllanteil.
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In
der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe sowie
derer Komponenten dargestellte. Die bevorzugten Ausführungsformen
wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Beispiel für eine Flügelzellenpumpe als Ladepumpe
in einer Pumpeneinheit;
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2 eine
Draufsicht auf ein Gehäuseteil der erfindungsgemäßen
Flügelzellenpumpe;
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3 eine
Seitenansicht eines einseitig verjüngten Rotors der erfindungsgemäßen
Flügelzellenpumpe;
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4 ein
Querschnitt durch einen einseitig verjüngten Rotor der
erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe gemäß 3;
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5 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung der Vorteile der
erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe;
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6 eine
Darstellung eines Deckels der Flügelzellenpumpe mit einer
weiteren Steueröffnung zur beidseitigen Befüllung
der Kammern; und
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7 eine
Darstellung eines Rotors der erfindungsgemäßen
Flügelzellenpumpe mit beidseitiger Verjüngung.
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In
der 1 ist eine Pumpeneinheit 1 dargestellt,
die in einem Gehäuse bestehend aus einem topfförmigen
ersten Gehäuseteil 2 und einem zweiten Gehäuseteil
angeordnet ist. Das zweite Gehäuseteil ist als Anschlussplatte 3 ausgeführt
und verschließt das topfförmige Gehäuseteil 2.
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In
dem topfförmigen Gehäuseteil 2 ist eine Hauptpumpe 4 angeordnet.
Die Hauptpumpe 4 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Axialkolbenmaschine. In der Anschlussplatte 3 ist
eine Hilfspumpe in Form einer Flügelzellenpumpe 5 ausgebildet. Die
Hauptpumpe 4 und die Flügelzellenpumpe 5 werden
durch eine gemeinsame Antriebswelle 6 angetrieben. Die
Antriebswelle 6 durchdringt den Boden des topfförmigen
Gehäuseteils 2. An dem dort herausragenden Ende
der Antriebswelle 6 ist eine Verzahnung 7 ausgebildet.
Die Verzahnung 7 ermöglicht es, die Antriebswelle 6 mit
einer Drehmoment erzeugenden Einrichtung zu verbinden.
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Die
Hauptpumpe 4 weist eine Zylindertrommel 8 auf,
in der in Längsrichtung Zylinderbohrungen angeordnet sind.
Die Mehrzahl von Zylinderbohrungen ist über einen Umfangskreis
verteilt in der Zylindertrommel angeordnet. In jeder dieser Zylinderbohrungen
ist ein Kolben längs verschieblich angeordnet. Die Kolben 7 ragen
an einem Ende aus der Zylindertrommel 8 heraus und sind
dort gelenkig mit je einem Gleitschuh 10 verbunden. Der
Gleitschuh 10 stützt sich auf einer Schrägscheibe 11 ab.
In Abhängigkeit von dem Neigungswinkel zwischen der Schrägscheibe 11 und
der Antriebswelle 6 führen bei einer Drehung der
Antriebswelle 6 die Kolben 9 in den Zylinderbohrungen
und der Zylindertrommel 8 eine Hubbewegung aus.
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In
der Anschlussplatte 3 ist ein Einlasskanal 12 und
ein Auslasskanal 13 ausgebildet. Über den Einlasskanal 12 wird
durch die Hauptpumpe 4 Druckmittel angesaugt. Während
einer Umdrehung der Zylindertrommel 8 stehen die Zylinderbohrungen
auf der der Anschlussplatte 3 zugewandten Seite in Kontakt
mit dem Einlasskanal 12. Druckmittel wird infolgedessen
in die Zylinderbohrung eingesaugt und während eines Druckhubs
durch die in den Zylinderbohrungen angeordneten Kolben 9 in
den Auslasskanal 13 verdrängt.
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Die
dargestellte Pumpeneinheit 1 ist eine Einheit aus einer
Ladepumpe, die durch die Flügelzellenpumpe 5 ausgebildet
wird, und der Hauptpumpe 4. Die Flügelzellenpumpe 5 ist
in einer Ausnehmung 14 in der Anschlussplatte 3 angeordnet
und wird ebenfalls durch die Antriebswelle 6 angetrieben. Die
Antriebswelle 6 ragt hierzu mit einem freien Wellenende 16 in
die Ausnehmung 14 hinein. Dort ist der Rotor 15 auf
dem freien Wellenende 16 angeordnet und mit dem freien
Wellenende 16 drehfest verbunden. Die Ausnehmung 14 ist
von der von der Hauptpumpe 4 abgewandten Seite in die Anschlussplatte 3 eingebracht.
Die Ausnehmung 14 nimmt einen Rotor 15 der Flügelzellenpumpe 5 sowie
einen Hubring 19 auf. Der Hubring 19 umgibt den
Rotor 15 und ist exzentrisch zu diesem angeordnet. Zur
Bestimmung der Lage des Rotors 15 und damit der Exzentrizität
ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Druckkammer
zwischen der Ausnehmung 14 und dem Hubring 19 ausgebildet.
Diese Druckkammer ist mit dem Einlasskanal 12 über
eine Stelldruckleitung 20 verbunden. In der Druckkammer
wirkt damit eine hydraulische Kraft, die als Stellkraft den Hubring 19 in der 1 nach
unten zu verstellen versucht. In entgegen gesetzter Richtung wirkt
eine in der 1 nicht erkennbare Rückstellvorrichtung
auf den Hubring 19.
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In
dem Rotor 15 sind mehrere in radialer Richtung ausgebildete
Nuten 17 als Flügelschlitze angeordnet. In jeder
dieser Nuten 17 ist ein Flügel 18 geführt.
Der Flügel 18 ist in radialer Richtung verschiebbar
in der Nut 17 angeordnet und wirkt dichtend mit einer Laufbahn
des Hubrings 19 zusammen.
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Die
Ausnehmung 14 der Anschlussplatte 3 ist durch
einen in der 1 einfach ausgebildeten Deckel 21 verschlossen.
Zum Abdichten ist in einer Nut des Deckels 21 ein O-Ring
angeordnet.
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Die 2 zeigt
eine stirnseitige Ansicht der Anschlussplatte 3. In der
Anschlussplatte 3 ist die Ausnehmung 14 angeordnet,
die in einer Richtung länger ist als der Durchmesser des
Hubrings 19. Dadurch lässt sich der Hubring 19 in
der Ausnehmung 14 verschieben und so seine Exzentrizität
hinsichtlich des Rotors 15 einstellen.
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Zum
Ansaugen von Druckmittel durch die zwischen einer Außenfläche
des Rotors 15, der Laufbahn des Hubrings 19 und
zwei benachbarte Flügel 18 ausgebildete Kammer
ist in einer Grundfläche der Ausnehmung 14 als
erste Steueröffnung zum Ansaugen von Druckmittel eine erste
Steuerniere 22 ausgebildet. Die Steuerniere 22 erstreckt sich
entlang eines Kreisbogenabschnitts. Die erste Steuerniere 22 ist mit
einem Ansaugkanal 23 verbunden. Der Ansaugkanal 23 ist
in einem Anschlussbogen 24 der Anschlussplatte 3 ausgebildet.
Bei der Anordnung der Pumpeneinheit 1 in einem offenen
Kreislauf ist der Ansaugkanal 23 mit einem nicht dargestellten
Tankvolumen verbunden. Anstelle eines Kreisbogens können
auch zwei Kreisbogenabschnitte vorgesehen sein, deren Mittelpunkte
entlang der Verstellrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
Die Steuerniere weist dann einen geraden Verbindungsabschnitt auf,
der am Übergang zu den Kreisabschnitten verrundet ist.
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Das
von der Flügelzellenpumpe 5 geförderte Druckmittel
wird aus den Kammern in eine als zweite Steuerniere 25 ausgebildete
zweite Steueröffnung verdrängt. Die zweite Steuerniere 25 ist
ebenfalls am Grund der Ausnehmung 14 ausgebildet und mit
einem Auslasskanal 26 verbunden. Die erste Steuerniere 22 und
die zweite Steuerniere 25 sind symmetrisch zueinander am
Grund der Ausnehmung 14 angeordnet. Es kann auch eine leichte
Verdrillung der Steuernieren 22 und 25 beabsichtigt
sein. An den Steuernieren 22, 25 können
ferner auch Steuerkerben in bekannter Art ausgebildet sein.
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Die
Mittellinie zwischen der ersten Steuerniere 22 und der
zweiten Steuerniere 25 gibt gleichzeitig die Richtung vor,
in der bei einer Verstellung des Fördervolumens der Flügelzellenpumpe 5 der Hubring 19 verschoben
wird. Entlang dieser Mittellinie erstreckt sich infolgedessen auch
eine Rückstellvorrichtung, die in der 2 nicht
dargestellt ist und in eine Bohrung 27 eingesetzt wird.
Die Rückstellvorrichtung kann im einfachsten Fall aus einer
an dem Hubring 19 anliegenden Spiralfeder bestehen, welche
sich am entgegen gesetzten Ende an einem in die Bohrung 20 eingeschraubten
Stopfen abstützt.
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In
der 3 ist eine Ansicht einer ersten Seitenfläche
eines Rotors 15' der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe 5 dargestellt.
Der Rotor 15' begrenzt mit seiner Außenfläche 37 die
zwischen seiner Außenfläche 37 und der
Innenfläche des Hubrings 19 ausgebildeten Kammern.
Die Flügel 18 sind in den Nuten 17 angeordnet,
die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel für
einen Rotor 15' in radialer Richtung verlaufen. Die Nuten 17 erstrecken
sich von der Außenfläche 37 bis zu einem
gemeinsamen Umfangskreis, an dem die Nuten 17 zur Mitte
des Rotors 15' hin enden. An diesen Enden der Nuten 17 ist
der Querschnitt der Nuten 17 geringfügig vergrößert.
Die Vergrößerung des Nutenquerschnitts ist mit
einem relativ großen Radius ausgeführt, um Biegespannungen
in diesem Bereich zu reduzieren. Dies verringert die Kerbwirkung.
In dem Rotor 15' ist zentrisch eine Durchgangsöffnung 28 ausgebildet,
wobei die Durchgangsöffnung 28 als Mitnahmelagerung
des Rotors 15' ausgebildet ist. Die Mitnahmelagerung wirkt
als Drehmomentübertragungseinrichtung mit dem freien Ende 16 der
Antriebswelle 6 zusammen.
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In
der 4 ist ein Querschnitt durch den Rotor 15' dargestellt.
Der Rotor 15' weist eine erste Seitenfläche 29 und
eine zweite Seitenfläche 30 auf. Die Flächennormalen
der Seitenflächen 29 und 30 verlaufen
parallel zu der Mittellinie 34 der Durchgangsausnehmung 28.
Im Bereich der zweiten Seitenfläche 30, welche
zu dem Deckel 21 der Flügelzellenpumpe 5 hin
orientiert ist, ist der Bereich des größten Durchmessers 31 des
Rotors 15' angeordnet. Von dort aus verjüngt sich
der Rotor 15' in Richtung auf seine erste Seitenfläche 29 hin
zu einem kleineren Durchmesser 32.
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Die
Außenfläche 37 des Rotors 15' wird durch
den Bereich mit dem größten Durchmesser 31 und
einen sich anschließenden Flächenabschnitt 33 gebildet.
Der Flächenabschnitt 33 verläuft gekrümmt bis
hin zu dem kleineren Durchmesser 32 beim Übergang
des Flächenabschnitts 33 zur ersten Seitenfläche 29.
Der Flächenabschnitt 33 ist konkav gekrümmt,
wobei der Krümmungsradius im Bereich benachbart zu dem
Bereich mit dem größten Durchmesser 31 des
Rotors 15' kleiner ist als der Krümmungsradius
an dem im Bereich des kleineren Durchmessers 32 ausgebildeten
Ende des Flächenabschnitts 33. Der Übergang
von dem kleineren Krümmungsradius zu dem größeren
Krümmungsradius auf der zu der ersten Seitenfläche 29 hin
orientierten Seite des Flächenabschnitts 33 kann
entweder kontinuierlich sein oder aber durch mehrere aufeinanderfolgend
ausgebildete Bereiche erzeugt werden. Die Bereiche weisen dabei
jeweils einen Krümmungsradius auf, wobei der Krümmungsradius
der Bereiche in Richtung auf die erste Seitenfläche 29 zu immer
größer wird.
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Ein
Querschnitt durch einen Teil der erfindungsgemäßen
Flügelzellenpumpe 5 ist in der 5 dargestellt.
Es ist insbesondere zu erkennen, dass der kleinere Durchmesser 32 beim Übergang
von dem Flächenabschnitt 33 in die erste Seitenfläche 29 gleich
groß ist, wie der minimale Abstand der die erste Steueröffnung 22 in
Richtung zu der Rotationsachse 34 hin begrenzenden Wandung 35 von
der Rotationsachse. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist ein Mündungswinkel zwischen der die erste Steuerniere 22 zur
Rotationsachse begrenzenden Wandung 35 und der Rotationsebene
des Rotors 15' ein rechter Winkel. Beim Übergang
zwischen der ersten Seitenfläche 29 und dem Flächenabschnitt 33 ist
zwischen dem Flächenabschnitt 33 und der Rotationsebene
der des Rotors 19' ebenfalls ein rechter Winkel ausgebildet.
Die beiden rechten Winkel ergänzen sich somit zu 180°.
Eine Umlenkung des Druckmittels beim Eintritt in die Kammer ist
daher nicht erforderlich. Wegen des identischen Abstands der Wandung 35 von
der Rotationsachse 34 und des Flächenabschnitts 33 im
Bereich der Einmündung der Steuerniere 22 bilden
sich keine Wirbel aus.
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Wie
es bereits erläutert wurde, ist im Bereich des größten
Durchmesser 31 des Rotors 15' die Umfangsgeschwindigkeit
des in der Kammer befindlichen Druckmittels größer
als im Bereich des minimalen Abstands der Wandung 35 von
der Rotationsachse 34. Es bildet sich daher eine Differenz
zwischen dem statischen Druck im Bereich des Flächenabschnitts 33 beim Übergang
zu der ersten Seitenfläche 29 und im Bereich des
größten Durchmessers 31 des Rotors 15 auf.
Diese Druckdifferenz führt zu einer Verbesserung der Füllung
der Kammer. Eine besonderes gute Ausnutzung dieser Druckdifferenz
ergibt sich durch die gekrümmte Ausbildung des Flächenabschnitts 33.
Dabei liegt der Mittelpunkt der Krümmung in dem Schnitt
durch den Rotor 15' in radialer Richtung außerhalb
des Rotors 15'. Der Krümmungsradius wird ausgehend
von dem Bereich des größten Durchmessers 31 in
Richtung auf die erste Seitenfläche 29 hin immer
größer, wobei entweder eine kontinuierliche Vergrößerung
des Krümmungsradius oder aber eine abschnittsweise Vergrößerung des
Krümmungsradius verwendet werden kann. Dadurch entstehen
mehrere in axialer Richtung aufeinanderfolgende Bereiche des Flächenabschnitts 33, wobei
der jeweils weiter zu der ersten Seitenfläche 29 hin
ausgebildete Bereich einen größeren Krümmungsradius
aufweist als der in Richtung auf den Bereich größten
Durchmessers 31 hin benachbarte Bereich.
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Das
dargestellte Ausführungsbeispiel der 5 zeigt
einen lediglich in einer Richtung zu der ersten Seitenfläche 29 hin
in radialer Richtung verjüngten Rotor 15'. Dabei
ist die Verjüngungsrichtung durch die Anordnung der ersten
Steuerniere 22 vorgegeben.
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Durch
die radiale Verjüngung des Rotors 15' in Richtung
zu der ersten Seitenfläche 29 hin lässt sich
die radiale Ausdehnung der ersten Steuerniere 22 beträchtlich
vergrößern. Gleichzeitig wird eine gute Führung
der Flügel 18 in den Nuten 17 des Rotors 15' erreicht.
Das zu dem freien Ende 16 der Antriebswelle 6 hin
orientierte Ende des Flügels 18 ist in der 5 zur
Verdeutlichung gestrichelt dargestellt. Es ist zu erkennen, dass
die Führungslänge des Flügels auf der
Seite, die zu der zweiten Seitenfläche 30 des
Rotors 15' hin orientiert ist, vergleichweise lang ist.
Durch den gekrümmten Flächenabschnitt 33 wird dennoch
eine beträchtliche radiale Erstreckung der Steuernieren 22, 25 ermöglicht.
Durch die Führung im Bereich des größten
Durchmessers 31 wird jedoch das maximale Biegemoment des
Flügels 18 verringert. Infolgedessen ist die Verformung
des Flügels in Abhängigkeit von dem Förderdruck
der Flügelzellenpumpe 5 geringer, so dass auch
die Leckageverluste verringert werden.
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In
den Ausführungsbeispielen der 4 und 5 ist
eine lediglich einseitige Verjüngung des Rotors 15' dargestellt.
Es kann jedoch in einer alternativen Ausführungsform der
Bereich des größten Durchmessers 31 beispielsweise
auch in Richtung zu der Mittelebene des Rotors 15' verschoben
werden. Insbesondere verringert sich dann die freie Länge des
Flügels 18 von dem geführten Bereich
im Bereich des größten Durchmessers 31.
Eine solche beidseitige Verjüngung des Rotors 15' in
Richtung auf die erste Seitenfläche 29 hin und
auf die zweite Seitenfläche 30 hin, kann daher
auch bei einseitiger Befüllung über lediglich
eine Steuerniere 22 vorteilhaft sein.
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In
der 6 ist ein Deckel 121 einer Flügelzellenpumpe 5 mit
beidseitiger Befüllung dargestellt. Mit dem Deckel 121 anstelle
des Deckels 21 der 1 ist es
möglich, auch von der zweiten Seite des Rotors 15' Druckmittel
zuzuführen. Die 6 zeigt eine Draufsicht auf
den Deckel 121 von der Seite der Anschlussplatte 3 her.
Zur Verdeutlichung ist der Deckel 121 mitsamt dem Rotor 115 gezeigt.
Gut zu erkennen sind die in dem Rotor 115 ausgebildeten
Nuten 117. Der besseren Übersichtlichkeit wegen
ist lediglich eine Nut 117 mit einem Bezugszeichen versehen.
In den Nuten 117 ist jeweils ein Flügel 18 angeordnet.
Zwischen den benachbarten Flügeln 18 ist eine
Kammer 135 ausgebildet, die nach außen durch eine
Laufbahn 134 des Hubrings 119 und in Richtung zur
Rotationsachse der Flügelzellenpumpe 5 hin durch
eine Außenfläche 129 des Rotors 115 begrenzt wird.
Um diese Kammern 135 nicht nur von der Seite der Anschlussplatte 3 her
mit Druckmittel befüllen zu können, sind auch
in dem Deckel 121 Steueröffnungen vorgesehen.
So ist eine weitere Steuerniere 122 vorgesehen, die der
ersten Steuerniere 22 gegenüberliegt. Damit wird
sowohl über die erste Steuerniere 22 Druckmittel
angesaugt als auch über die weitere erste Steuerniere 22.
In entsprechender Weise ist gegenüberliegend von der zweiten
Steuerniere 25 eine weitere zweite Steuerniere 125 in
dem Deckel 121 ausgebildet. Die weitere erste Steuerniere 122 steht über
einen Überströmkanal 133 mit dem Ansaugkanal 23 in Verbindung.
Zum Überströmen von Druckmittel aus dem Ansaugkanal 23 können
beispielsweise eine Ausnehmung in dem Hubring 119, eine
Anfasung des Hubrings 119 oder aber entsprechende Bohrungen
oder eine Nut in der Anschlussplatte 3 angeordnet sein.
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Um
sicherzustellen, dass die Flügel 18 zu jedem Zeitpunkt
in Anlage mit der Innenfläche 134 des Hubrings 119 stehen,
ist ein Führungsring 135 vorgesehen. Der Führungsring 135 ist
in einem vertieften Bereich des Rotors 115 angeordnet.
Ein solcher Führungsring kann auch auf beiden Seiten des
Rotors 115 angeordnet sein. Die Flügel 18 liegen
mit ihrer in Richtung zur Rotationsachse hin orientierten Stirnfläche
am äußeren Umfang des Führungsrings 135 an. Damit
wird auch bei geringen Drehzahlen oder hochviskosem Druckmittel
sichergestellt, dass die Flügel 18 dichtend mit
dem Hubring 19 zusammenwirken. Das Aus-/Einfahren der Flügel
wird durch den Ring in allen Betriebszuständen sichergestellt.
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In
der 7 ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Rotors 115 in einer stirnseitigen Darstellung gezeigt.
Der Rotor 115 weist seinen erhöhten Bereich 131 mittig
auf. Dies ist insbesondere dann bevorzugt, wenn die Befüllanteile über die
erste Steuerniere 22 und die weitere erste Steuerniere 122 jeweils
zum Ansaugen von Druckmittel gleich sind. In diesem Fall ist ein
erster Abstand d1 von der ersten Seitenfläche 129 bis
zum Beginn des Bereichs des größten Durchmessers 131 und
der zweite Abstand d2 von der zweiten Seitenfläche 130 bis
zu dem Bereich des größten Durchmessers 131 gleich.
Wie es bereits erläutert wurde, kann die beidseitige radiale
Verjüngung mit der sich daraus ergebenden mittigen Anordnung
des erhöhten Bereichs 131 auch bei einseitiger
Befüllung zur Verhinderung einer Biegebelastung auf Grund
der Asymmetrie beitragen.
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Beim Übergang
von den konkaven Flächenabschnitten 133 und 133' auf
den der ersten Seitenfläche 129 bzw. der zweiten
Seitenfläche 130 zugewandten Seiten des Rotors 115 ist
jeweils ein Übergangsbereich 136 bzw. 136' ausgebildet.
Dieser Übergangsbereich 136 bzw. 136' kann
beispielsweise mit einer in entgegen gesetzter Richtung zu der Krümmung
verlaufenden Krümmung der Flächenabschnitte 133 bzw. 133' ausgebildet
sein. Wegen der in der 7 dargestellten Symmetrie des
Rotors 115 sind die sich entsprechenden Merkmale mit den
entsprechenden, gestrichenen Bezugszeichen versehen. Eine alternative
Ausführung des Rotors 115 ohne Übergangsbereich
ist ebenfalls denkbar.
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Bei
unterschiedlichen Befüllanteilen durch die erste Steuerniere 22 und
die weitere erste Steuerniere 122 kann der Bereich des
größten Durchmessers 131 in einem nicht
dargestellten Ausführungsbeispiel des Rotors 115 auch
außerhalb der Mittelebene des Rotors 115 angeordnet
sein. Insbesondere ist dann das Verhältnis d1 zu
d2 vorzugsweise gleich dem Verhältnis
der Befüllanteile über die erste Steueröffnung 22 und
die weitere erste Steueröffnung 122.
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Um
die Biegemomente auf die Flügel 18 möglichst
klein zu halten, ist es bevorzugt, wenn der Bereich des größten
Durchmessers 131 so ausgebildet ist, dass die Mittelebene
zwischen der ersten Seitenfläche 129 und der zweiten
Seitenfläche 130 innerhalb des Bereichs 131 liegt.
Das asymmetrische Verschieben entsprechend den Befüllanteilen
kann dann durch Verschiebung in Richtung der ersten Seitenfläche 129 oder
der zweiten Seitenfläche 130 durch die Übergangsbereiche 136 oder 136' erfolgen.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Insbesondere sind vorteilhafte Kombinationen
einzelner Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele miteinander
möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4109149
C3 [0002]
- - DE 2443720 [0004]
- - EP 0068035 B1 [0004]