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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
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Stand der Technik
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Eine
gattungsgemäße Flügelzellenpumpe mit
einem Rotor, der in Schlitzen geführte, radial bewegliche
Flügel aufweist, ist aus der
DE 101 18 103 A1 bekannt.
Die Flügel gleiten mit ihren Flügelköpfen auf
der Innenkontur eines Kurvenrings (welcher auch als Konturring oder
Hubring bei Verstellpumpen und Außenring bei Konstantpumpen
bezeichnet wird) entlang. Bei Rotation des Rotors werden die Flügel durch
die auftretende Fliehkraft und zusätzlich durch einen unter
die Flügel geleiteten, von dem geförderten Medium
ausgehenden Druck an die Innenkontur des Kurvenrings gepresst und
dort entlang geführt. Die Flügelköpfe
der Flügel weisen gekrümmte Oberflächen
in Drehrichtung auf, wobei diese Oberflächen auf der Innenkontur
des Kurvenrings entlang laufen.
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Die
in der
DE 101 18 103
A1 beschriebenen Flügelköpfe sind mit
einem Radius versehen, um sich beim Gleiten auf der Innenkontur
des Kurvenrings immer mit einer abgerundeten Kante an die Innenkontur des
Kurvenrings anzulegen. In Abhängigkeit der Position des
Flügels wandert die Laufkante auf dem abgerundeten Flügelkopf
in Drehrichtung etwas nach vorne bzw. nach hinten.
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Durch
das Vorbeigleiten der Flügelköpfe an der Innenkontur
des Kurvenrings sind sowohl die Flügelköpfe als
auch die Innenkontur des Kurvenrings hohen Reibungsbelastungen ausgesetzt.
Die Belastung steigt mit Drehzahl und mit dem Druck. Insbesondere
bei großen, schnell laufenden Pumpen besteht eine Überhitzungsgefahr
und somit die Gefahr einer Beschädigung des Kurvenrings.
Bekannte Maßnahmen, um eine Überhitzungsgefahr
zu reduzieren, sind Warmarbeitsstähle, Reibwert vermindernde
Beschichtungen, an die Innenkontur angepasste Flügelkopfradien
oder eine Begrenzung der zulässigen Öltemperatur.
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Aus
der
DE 101 18 103
A1 ist es bekannt, die Flügelköpfe oder
die Innenkontur des Kurvenrings mit einer fein geschliffenen Oberfläche
mit einer Rauhigkeit < 3 μm
zu versehen um den Verschleiß zu reduzieren.
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Die
bekannten Maßnahmen zur Reduzierung des Verschleißes
bzw. um eine Überhitzungsgefahr des Kurvenrings zu verringern
sind unzureichend und/oder mit hohen Kosten und einem entsprechenden
konstruktiven Aufwand verbunden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flügelzellenpumpe
zu schaffen, bei der die Überhitzungsgefahr reduziert und
der Verschleiß des Kurvenrings vermindert wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1
gelöst.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich,
eine Überhitzungsgefahr des Kurvenrings weitgehend zu reduzieren
bzw. auszuschließen. In Versuchen hat sich zudem herausgestellt,
dass der Verschleiß an der Innenkontur des Kurvenrings
deutlich reduziert wird. Die erfindungsgemäße
Lösung beruht darauf, dass der Erfinder erkannt hat, dass
der beste Schutz gegen eine Überhitzungsgefahr bzw. einen
Verschleiß des Kurvenrings und der Flügel darin
besteht, einen kleinen hydrodynamischen Schmierfilm zwischen der
Innenkontur des Kurvenrings und den Flügelköpfen
zu erzeugen. Die Erzeugung eines hydrodynamischen Schmierfilms ist
bei den vorbekannten Konturen der Flügelköpfe,
die in Drehrichtung eine gekrümmte Oberfläche
aufweisen bzw. bogenförmig verlaufen, nicht bzw. nur unzureichend
möglich ist. Dies resultiert daraus, dass die übliche
Bogenform der Flügelköpfe zu einem Überdruck-
und einem Unterdruckbereich über dem Flügel führen,
der die Ausbildung eines geeigneten hydrodynamischen Schmierfilms über
360° verhindert bzw. behindert. Durch die erfindungsgemäße
Lösung ist es nunmehr möglich über den
gesamten Umfang ein zuverlässiges Ölpolster bzw.
einen kleinen hydrodynamischen Schmierfilm in die Kontaktzone, d.
h. zwischen der Laufkante des Flügelkopfes und der Innenkontur
des Kurvenringes zu erzeugen, der den Flügel aufschwimmen
lässt. Das Problem des Verschleißes und der Überhitzung
wird somit kostengünstig beseitigt.
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Dadurch,
dass der Flügelkopf eine Kontur aufweist, durch welche
die Laufkante im hinteren Drittel der Flügeldicke liegt,
wird in einfacher Weise ein Ölpolster zwischen der Laufkante
des Flügelkopfes und der Innenkontur des Kurvenrings erzeugt.
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Das
Profil des Flügelkopfs kann erfindungsgemäß so
verändert werden, dass dieses zusammen mit dem Kurvenring
eine Höhle bildet. Im Hinblick auf eine besonders kostengünstige
Fertigung ist es von Vorteil, wenn die Höhle durch eine
Gerade am Flügel und durch eine konvexe Innenkontur des
Kurvenrings gebildet wird. Die konvexe Kontur des Kurvenrings bzw.
ein entsprechender Verlauf der Innenkontur des Kurvenrings ist ohnehin
vorhanden. Das heißt, neben einer Funktionsoptimierung
ergibt sich ein Kostenvorteil.
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Von
Vorteil ist es, wenn der Flügelkopf ausgehend von der Laufkante
zu einer in Drehrichtung vorne liegenden Vorderkante eine im wesentlichen plane
Fläche aufweist. Vorteilhaft ist es dabei, wenn die im
wesentlichen plane Fläche ausgehend von der Laufkante zu
der Vorderkante geneigt ist, die Neigung kann dabei vorzugsweise
geringer als 8° sein. In den meisten Fällen ist
eine Neigung zwischen 2° und 5° optimal.
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Die
erfindungsgemäße Kontur des Flügelkopfs
zur Ausbildung eines kleinen hydrodynamischen Schmierfilms bzw.
eines Ölpolsters lässt sich in besonders einfacher
Weise dadurch erreichen, dass die Flügel bzw. der Flügelkopf
in Richtung auf die Vorderkante abfallend angeschrägt wird.
Die durch das Anschrägen entstehende quer zur Drehrichtung
verlaufende Gerade mit dem geringsten Abstand zu der Innenkontur
des Kurvenrings bildet die Laufkante des Flügelkopfs aus,
mit der der Flügelkopf die Innenkontur des Kurvenrings
entlanggleitet.
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Im
Unterschied zum Stand der Technik, bei dem die Laufkante aufgrund
der Bogenform des Flügelkopfs bzw. der gekrümmten
Oberfläche in Abhängigkeit der Position des Flügels
zum Teil stark nach vorne und nach hinten wandert, variiert der
Verlauf der Laufkante auf dem Flügelkopf mit der erfindungsgemäßen
Kontur kaum, d. h. wandert nicht bzw. nur sehr wenig nach vorne
oder nach hinten.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den weiteren abhängigen Ansprüchen.
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Nachfolgend
ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
prinzipmäßig dargestellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigt:
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1 eine
Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen
Verdrängerpumpe;
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2a–2c drei
Varianten erfindungsgemäßer Flügel in
prinzipmäßigen, stark vergrößerten Seitenansichten
mit einem Ausschnitt des Kurvenrings; und
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3 eine
prinzipmäßige, stark vergrößerte Frontansicht
eines Flügels und einen Querschnitte durch den Kurvenring.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Flügelzellenpumpen
sind aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich
bekannt, weshalb nachfolgend lediglich die für die Erfindung
wesentlichen Merkmale näher beschrieben werden. Dies erfolgt
im Ausführungsbeispiel anhand einer einhubigen Flügelzellenpumpe
mit variablem Fördervolumen. Eine derartige Flügelzellenpumpe
ergibt sich aus der
DE
199 42 466 A1 , auf die hiermit Bezug genommen wird.
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Die
in 1 dargestellte Flügelzellenpumpe weist
ein Pumpengehäuse 1 auf, in dem ein Rotor 2 angeordnet
ist, der in Schlitzen geführte, radial bewegliche Flügel 3 aufweist.
In dem Gehäuse 1 ist ferner ein Kurvenring 4 eingesetzt.
Im Ausführungsbeispiel ist in das Gehäuse 1 ferner
ein Außenring 5 zur Aufnahme des Kurvenrings 4 eingesetzt.
Der Außenring 5 stellt dabei die Freigängigkeit
des Kurvenrings 4 sicher und überträgt
Querkräfte aus dem Kurvenring 4 in das Gehäuse.
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Der
Außenring 5 kann auch entfallen.
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In
einer Ausgestaltung bei der auf ein variables Fördervolumen,
d. h. eine Verstellbarkeit der Flügelzellenpumpe verzichtet
wird, ist im allgemeinen vorgesehen, den Kurvenring 4 ohne
Zwischenschaltung eines Außenrings 5 direkt in
das Gehäuse 1 bzw. eine Bohrung des Gehäuses 1 einzusetzen. Möglich
ist auch eine einstückige Ausgestaltung des Kurvenrings 4 mit
dem Gehäuse.
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Der
Kurvenring 4 weist eine Hubkontur für die Flügel 3 auf.
Der Kurvenring 4 bildet in üblicher Weise mit
den Flügeln 3 Arbeitszellen 6 aus. Die
Arbeitszellen 6 werden im Betrieb der Flügelzellenpumpen
durch Seitenplatten 7a, 7b begrenzt, die eine nicht
dargestellte Pumpensaugöffnung und eine Pumpendrucköffnung
aufweisen. Die Seitenplatten 7a, 7b können
als separate Teile auch entfallen und einstückig mit einer
Gehäusewand des Gehäuses 1 oder einer
Wand eines Gehäusedeckels 8 ausgebildet sein.
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Die
erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe weist
in bekannter Weise eine nicht näher bezeichnete erste und
eine zweite Kammer auf, welche zur Verschiebung des Kurvenrings
4 druckbeaufschlagt
werden können. Eine Druckbeaufschlagung der Kammern ist
aus dem allgemeinen Stand der Technik, beispielsweise aus der
DE 199 17 506 B4 hinlänglich bekannt.
Die Kammern sind durch geeignete Dichtungselemente voneinander getrennt.
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Wie
sich aus den 1 bis 3 ergibt,
bildet jeder Flügel 3 mit seinem Flügelkopf 9 und
der Innenkontur 11 eine Laufkante 10. Die Laufkante 10 wandert
während jeder Umdrehung nach vorne und nach hinten.
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Wie
sich aus den 2a–2c und 3 ergibt,
weisen die Flügelköpfe 9 eine Kontur
auf, durch welche die Laufkante 10 im hinteren Drittel
des Flügels liegt bzw. durch welche der Verlauf der Laufkante 10 wenigstens
annähernd mit dem Verlauf der in Drehrichtung hinten liegenden
Hinterkante 12 des Flügelkopfs 9 übereinstimmt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 2a ist
dabei vorgesehen, dass die Laufkante 10 durch die Hinterkante 12 des
Flügelkopfs 9 gebildet bzw. mit dieser identisch
ist. Die Laufkante 10 und somit auch die Hinterkante 12 definieren
den geringsten Abstand zwischen der Innenkontur 11 des Kurvenrings 4 und
dem Flügelkopf 9.
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2a und 2b zeigen
in der Seitenansicht jeweils einen Flügel 3 der
im Querschnitt als dünnes, im wesentlichen rechteckiges
Blättchen dargestellt ist. Der Flügel 3 weist
dabei einen angeschrägten Flügelkopf 9 auf,
der in Richtung auf eine in Drehrichtung vorne liegende Vorderkante 13 geneigt
ist. Die vordere und die hintere Seitenfläche 14, 15 des
Flügels 3 gleiten in einem Schlitz des Rotors 2.
Die kurzen Seitenflächen 16, 17 (siehe 3) dichten
beim Betrieb der Flügelzellenpumpe gegen die in 1 dargestellten
Seitenplatten 7a, 7b ab.
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Wie
sich aus 2a ergibt, lässt sich
die im Ausführungsbeispiel vorgesehene Kontur des Flügelkopfs 9 in
einfacher Weise durch ein Anschrägen des Flügels 3 bzw.
des Flügelkopfes 9 erreichen.
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Die
Hinterkante 12 bzw. die Laufkante 10 weisen im
Ausführungsbeispiel eine Verrundung auf.
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Wie
sich des weiteren aus einer Zusammenschau der 2a und 2b mit
der 3 ergibt, weist der Flügelkopf 9 ausgehend
von der Laufkante 10 zu der in Drehrichtung vorne liegenden
Vorderkante 13 eine im wesentlichen plane bzw. ebene Fläche 18 auf.
Die im wesentlichen plane Fläche 18 ist ausgehend
von der Laufkante 10 zu der Vorderkante 13 geneigt.
Vorzugsweise beträgt die Neigung α 2° bis
5°. Eine derartige Neigung α ist im Mittel auch
gemäß 2c vorgesehen. In 2c weist
die Fläche 18 einen Radius auf.
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Die
plane Fläche 18 ist von der Laufkante 10 zu
der Vorderkante 13 so geneigt, dass die sich zwischen der
Innenkontur 11 des Kurvenrings 4 und der planen
Fläche 18 ausbildende Höhle bzw. der
Freiraum über den gesamten Bereich mindestens geringfügig
bzw. leicht in Drehrichtung nach vorne weiter geöffnet
ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung wird zwischen
der Innenkontur 11 und dem Flügelkopf 9 bzw.
der Laufkante 10 in dem Spalt 19 (übertrieben dargestellt)
ein konstantes und zuverlässiges Ölpolster ausgebildet
bzw. ein kleiner hydrodynamischer Schmierfilm erzeugt.
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Die
erfindungsgemäße Lösung eignet sich in besondere
Weise für große, schnell laufende Flügelzellenpumpen
für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, insbesondere
für deren Servolenksysteme. Die erfindungsgemäße
Lösung ist jedoch hierauf selbstverständlich nicht
beschränkt und kann auch bei anderen Lenksystemen eingesetzt
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10118103
A1 [0002, 0003, 0005]
- - DE 19942466 A1 [0021]
- - DE 19917506 B4 [0026]