DE102008006289A1

DE102008006289A1 - Pumpenrad

Info

Publication number: DE102008006289A1
Application number: DE102008006289A
Authority: DE
Inventors: Georg Hedrich
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2028-01-29
Also published as: US20090269234A1; RU2492358C2; DE102008006289B4; RU2009102749A; CN101498300A; US8382461B2

Abstract

Ein Pumpenrad 16 für eine Flügelzellenpumpe 10 weist mehrere Flügelaufnahmen 18 zur Aufnahme eines zumindest radial bewegbaren Pumpenflügels 20 auf. Zwischen zwei benachbarten Flügelaufnahmen 18 ist eine Kammerwandung 22 zur Ausbildung einer Förderkammer 26 ausgebildet. Die Kammerwandung 22 weist einen axial abstehenden Steg 24 zur Begrenzung einer Bewegung eines Positionsrings 28 zur radialen Bewegung der Pumpenflügel auf. Die Kammerwandung 22 weist einen ersten Wandungsbereich 32 zur sicheren Aufnahme des jeweiligen Pumpenflügels 20 in der Flügelaufnahme 18 auf. Ferner weist die Kammerwandung 22 einen zweiten Kammerwandungsbereich 34 zur Ausbildung einer Stegdicke d des Stegs 24 zur sicheren Anlage eines Sinterwerkzeugs auf. Zusätzlich weist die Kammerwandung 22 einen dritten Wandungsbereich 36 zur Ausbildung eines vergrößerten Förderkammervolumens auf. Dadurch ist das Pumpenrad 16 leicht herstellbar und weist bei gleichem Bauraum eine vergrößerte Fördermenge auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pumpenrad für eine Flügelzellenpumpe, die in einem Gehäuse der Flügelzellenpumpe drehbar gelagert sein kann, um ein Fluid zu pumpen.
Beispielsweise aus DE 10 2005 048 602 A1 ist eine Flügelzellenpumpe mit einem Pumpenrad bekannt, das mehrere Flügelaufnahmen zur Aufnahme eines radial bewegbaren Pumpenflügels aufweist. Zwischen zwei benachbarten Flügelaufnahmen wird eine Kammerwandung ausgebildet. Mit Hilfe der Kammerwandung kann ein Teil einer Förderkammer der Flügelzellenpumpe ausgebildet werden. Zwischen einer kreisförmigen Umfangsfläche des Pumpenrads, welche durch die Flügelaufnahmen unterbrochen wird, um zwischen den Flügelaufnahmen die Kammerwandung auszubilden, den Pumpenflügeln und einer exzentrisch zum Pumpenrad angeordneten kreisförmigen Innenfläche eines Gehäuserings wird die Förderkammer ausgebildet.
Damit die Pumpenflügel auch bei niedrigen Drehzahlen an der Innenfläche des Gehäuserings anliegen können, ist es aus DE 101 42 712 A1 bekannt die Pumpenflügel mit einer Federkraft zu beaufschlagen. Da die Federelemente ein integraler Bestandteil des Pumpenrads sind, ist jedoch die Montage der Flügelzellenpumpe erschwert, da die lose in der Flügelaufnahme aufgenommenen Pumpenflügel beim Einsetzen des Pumpenrads in den Gehäusering aus der Flügelaufnahme herausspringen können. Ferner ist die Herstellung des Pumpenrads erschwert.
Ferner besteht ein beständiges Bedürfnis das Fördervolumen einer Flügelzellenpumpe zu erhöhen ohne den Bauraum zu vergrößern.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Pumpenrad für eine Flügelzellenpumpe zu schaffen, das einfach herstellbar ist und bei gleichem Bauraum ein verbessertes Fördervolumen aufweist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Pumpenrad für eine Flügelzellenpumpe weist mehrere Flügelaufnahmen zur Aufnahme eines zumindest radial bewegbaren Pumpenflügels auf. Zwischen zwei benachbarten Flügelaufnahmen ist eine Kammerwandung zur Ausbildung einer Förderkammer ausgebildet. Erfindungsgemäß weist die Kammerwandung einen axial abstehenden Steg auf, mit dessen Hilfe die Bewegung eines Positionsringes zur radialen Bewegung der Pumpenflügel begrenzt werden kann. Der Positionsring ist beispielsweise aus einem elastischen Material hergestellt, das radial Innen an den Pumpenflügeln anliegt, um die Pumpenflügel nach radial Außen zu drücken. Durch den axial abstehenden Steg kann verhindert werden, dass die Pumpenflügel vollständig aus der Flügelaufnahme herausgedrückt werden. Erfindungsgemäß weist die Kammerwandung einen ersten Wandungsbereich zur sicheren Aufnahme des jeweiligen Pumpenflügels in der Flügelaufnahme und einen zweiten Wandungsbereich zur Ausbildung einer Stegdicke des Stegs zur sicheren Anlage eines Sinterwerkzeugs, sowie einen dritten Wandungs bereich zur Ausbildung eines vergrößerten Föderkammervolumens auf.
Dadurch, dass die Umfangsfläche des Pumpenrads nicht über den gesamten Winkelbereich einen konstanten Radius aufweist, ist es möglich durch die Gestaltung der Kammer wandung mehrere Funktionen gleichzeitig zu realisieren. Im Bereich der Flügelaufnahmen, dass heißt in Drehrichtung des Pumpenrads und entgegen der Drehrichtung des Pumpenrads direkt an der Flügelannahme anschließend, ist die Kammerwandung derart gestaltet, dass die Materialstärke in Umfangsrichtung sowie in radialer Richtung ausreicht einen Pumpenflügel sicher aufzunehmen, ohne dass im Betrieb eine Beschädigung des Pumpenrads oder des Pumpenflügels zu befürchten ist. Im zweiten Wandungsbereich ist die Materialstärke insbesondere in radialer Richtung derart gewählt, dass bei der Herstellung des Pumpenrads durch Sintern das Pumpenrad vor dem Sintern von einem Sinterwerkzeug nicht beschädigt werden kann. Hierbei wird berücksichtigt, dass eine zu dünn gewählte Stegdicke beim Sintern zu einer Beschädigung des Stegs führen kann. Ferner wird hierbei die Erkenntnis ausgenutzt, dass lediglich ein Teilbereich der Kammerwandung ausreichend ist, um mit Hilfe eines Sinterwerkzeugs das Pumpenrad im ungesinterten Zustand bewegen zu können. Diese Erkenntnis macht es überhaupt erst möglich den dritten Wandungsbereich vorzusehen, der zur Ausbildung eines vergrößerten Förderkammervolumens dimensioniert ist und hierzu insbesondere eine besonders geringe Materialstärke aufweist. Die Dimensionierung des Pumpenrads im Bereich des dritten Wandungsbereich kann insbesondere dazu führen, dass eine besondere geringere Stegdicke oder sogar in diesem Bereich der Steg teilweise ganz entfällt, um eine nach radial Innen sich erstreckende Wölbung der Kammerwandung bzw. des Pumpenrads zu erreichen, wodurch sich das Förderkammervolumen erhöht. Dadurch erhöht sich bei gleichem Bauraum das Fördervolumen. Da das erhöhte Fördervolumen nicht durch eine erhöhte Geschwindigkeit sondern durch ein erhöhtes Förderkammervolumen erreicht wird, wird die Gefahr von Kavitation nicht erhöht sondern sogar reduziert. Da der zweite Wandungsbereich ausreichend groß gewählt ist für die Anlage eines Sinterwerkzeugs und der dritte Wandungsbereich hierfür nicht erforderlich ist, kann im dritten Wandungsbereich eine Dimensionierung gewählt werden, die nicht mit Hinblick auf eine ausreichende Stabilität beim Sintern ausgewählt werden muss. Das Pumpenrad ist daher einfach durch Sintern herstellbar.
Vorzugsweise weist der Dritte Wandungsbereich mindestens einen Radius insbesondere mehrere Radien auf, der kleiner als der Radius des ersten Wandungsbereichs und/oder des zweiten Wandungsbereichs ist. Durch die geringere radiale Erstreckung des Pumpenrads wird das Volumen der Förderkammer erhöht, so dass ein größerer Volumenstrom gepumpt werden kann.
Insbesondere ist es möglich, dass der erste Wandungsbereich und der zweite Wandungsbereich den gleichen Radius aufweisen. Dadurch kann das Sinterwerkzeug direkt benachbart zu den Flügelaufnahmen an dem noch ungesinterten Pumpenrad angreifen, so dass die Handhabung des Pumpenrads beim Sintern erleichtert ist. Besonders bevorzugt weist der zweite Wandungsbereich mindestens einen Radius auf, der kleiner als der Radius des ersten Wandungsbereichs ist. Dadurch ist es möglich, dass auch der zweite Wandungsbereich durch eine reduzierte Erstreckung in radialer Richtung des Pumpenrads das Volumen der ausgebildeten Förderkammer vergrößert. Gleichzeitig erfolgt die Vergrößerung des Förderkammervolumens jedoch nicht so stark, dass eine Beschädigung des ungesinterten Pumpenrads durch ein Sinterwerkzeug zu befürchten ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der dritte Wandungsbereich bzgl. des zweiten Wandungsbereichs in Drehrichtung des Pumpenrads angeordnet. Dies führt dazu, dass beim Betrieb der Flügelzellen beim Übergang vom Saugbetrieb zum Pumpbetrieb eine möglichst geringe Einströmgeschwindigkeit in die Förderkammer gewährleistet wird. Die Gefahr von Kavitation kann dadurch verringert werden, so dass eine höhere Drehzahl der Flügelzellenpumpe möglich ist. Dies erhöht zusätzlich das Fördervolumen. Bei einer Drehung des Pumpenrads wird also der dritte Wandungsbereich vor dem zweiten Wandungsbereich über eine Einlassöffnung oder eine Auslassöffnung bewegt.
Besonders bevorzugt ist für jede Kammerwandung genau einzweiter Wandungsbereich und genau ein dritter Wandungsbereich zwischen genau zwei ersten Wandungsbereichen vorgesehen. Dies ermöglicht eine regelmäßigere Gestaltung des Pumpenrads. Ferner ist es möglich den zweiten Wandungsbereich vergleichsweise breit zu gestalten, so dass auch bei einer ungenauen Positionierung des Sinterwerkzeugs das Sinterwerkzeug sicher im zweiten Wandungsbereich zur Anlage kommt.
Vorzugsweise geht der zweite Wandungsbereich und der dritte Wandungsbereich stetig ineinander über. Dies führt zu einer gleichmäßigen Gestaltung der Kammerwandung, so dass strömungsungünstige Strömungen wie beispielsweise Verwirblungen an plötzlich auftretenden Strömungsquerschnittsveränderungen vermieden werden. Die Pumpleistung wird dadurch verbessert.
Insbesondere weist der Steg einen konstanten Innenradius auf. Dies führt zu einer einfach herstellbaren Gestaltung des Pumpenrads. Ferner kann das Pumpenrad einfach montiert werden, indem das Pumpenrad mit den aufgenommenen Pumpenflügeln in den Gehäusering eingesetzt wird und erst danach der Positionsring eingesetzt wird. Der insbesondere aus einem flexiblen Material hergestellte Positionsring kann hierzu sich zunächst an der Innenfläche des Stegs abstützen bevor der Positionsring nacheinander an der radial inneren Fläche der jeweiligen Pumpenflügel angelegt wird. Dies erleichtert die Montage.
Die Erfindung betrifft ferner eine Flügelzellenpumpe, mit dessen Hilfe insbesondere Motoröl eines Kraftfahrzeugs gefördert werden kann. Die Flügelzellenpumpe weist einen Gehäusering auf, in den ein Pumpenrad vorzugsweise exzentrisch angeordnet ist. Das Pumpenrad kann wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein. In den Flügelaufnahmen des Pumpenrads sind Pumpenflügel aufgenommen, an denen radial innen ein elastischer Positionsring anliegt. Zwischen dem Gehäusering, der jeweiligen Kammerwandung und den der der jeweiligen Kammerwandung zugeordneten Pumpenflügel ist jeweils eine Förderkammer ausgebildet. Diese Flügelzellenpumpe weist bezogen auf ihren Bauchraum ein vergrößertes Fördervolumen auf und kann leicht hergestellt werden.
Besonders bevorzugt ist der Gehäusering, der ein Teil des Gehäuses der Flügelzellenpumpe sein kann, in einer Ebene des Pumpenrads relativ beweglich zum Pumpenrad unter Vorspannung schwenkbar gelagert. Dadurch ist es möglich, dass das Pumpenrad an zumindest einer Stelle am Gehäusering anliegen kann, ohne dass hierbei die Drehung des Pumpenrads beeinträchtigt wird. Durch die Schwenkbarkeit des Gehäuserings relativ zum Pumpenrad ist es somit möglich einen maximal großen Unterschied des Pumpenkammervolumens zu erreichen.
Nachfolgend wird die Erfindung in Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Flügelzellenpumpe,
2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Pumpenrads der Flügelzellenpumpe aus 1
3 eine schematische Seitenansicht der Flügelzellenpumpe aus 1 im eingebauten Zustand.
Die in 1 dargestellte Flügelzellenpumpe 10 weist einen Gehäusering 12 mit einer kreisförmigen Innenkontur 14 auf. Innerhalb des Gehäuserings 12 ist exzentrisch zum Gehäusering ein Pumpenrad 16 angeordnet. Das Pumpenrad 16 weist mehrere Flügelaufnahmen 18 auf, in denen jeweils ein Pumpenflügel 20 angeordnet ist. Zwischen zwei benachbarten Flügelaufnahmen 18 ist eine Kammerwandung 22 ausgebildet, die einen in Bezug zum übrigen Pumpenrad 16 in axialer Richtung abstehenden Steg 24 aufweist. Die Kammerwandung 22, die dieser Kammerwandung jeweils zugeordneten Pumpenflügel 20 und die Innenkontur 14 des Gehäuserings 12 bilden eine Förderkammer 26 aus.
Radial innen zu den Pumpenflügeln 20 ist ein elastischer Positionsring 28 angeordnet, der an der radial innen weisenden Fläche der Pumpenflügel 20 anliegt, um die Pumpenflügel 20 nach radial außen zu drücken, damit die Pumpenflügel 20 auch bei niedrigen Drehzahlen an der Innenkontur 14 des Gehäuserings 12 anliegen. Durch den Steg 24 der Wandung 22, der sich in axialer Richtung von dem übrigen Pumpenrad 16 erhebt, kann die Bewegung des Positionsrings 28 in radialer Richtung begrenzt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Flügelzellen pumpe 10 bzw. das Pumpenrad 16 eine Drehrichtung 30 auf, die in Uhrzeigerrichtung weist.
Wie in 2 dargestellt weist die Kammerwandung 22 einen ersten Wandungsbereich 32 auf, an den sich ein zweiter Wandungsbereich 34 anschließt. An den zweiten Wandungsbereich 34 schließt sich wiederum ein dritter Wandungsbereich 36 an, an den sich wiederum ein weiterer erster Wandungsbereich 32 anschließt. Zwei zueinander benachbart angeordnete Wandungsbereiche 32 schließen jeweils eine Flügelaufnahme 18 ein. Hierzu weisen die ersten Wandungsbereich 30 jeweils einen ersten Radius R₁ auf, der derart gewählt ist, dass im Betrieb des Pumpenrads 16 die Pumpenflügel 20 sicher aufgenommen sind und eine Beschädigung des Pumpenflügels 20 oder des Pumpenrads 16 im Bereich des ersten Wandungsbereichs 32 vermieden ist. Der zweite Wandungsbereich 34 weist einen zweiten Radius R₂, der derart ausgewählt ist, dass der Steg 24 eine Stegdicke d aufweist, die so groß ist, dass ein Sinterwerkzeug das noch ungesinterte Pumpenrad 16 im Bereich des Stegs 24 nicht beschädigen kann. Der Steg 24 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel einen konstanten Innenradius R_i auf. Der dritte Wandungsbereich 36 weist mindestens einen dritten Radius R₃, der zu einer Vergrößerung des Förderkammervolumens führt. Insbesondere sind mehrere dritte Radien R₃ vorgesehen bzw. der dritte Radius R₃ ist über einen bestimmten Winkelbereich unveränderlich. Dadurch, dass der dritte Radius R₃ kleiner ist als der erste Radius R₁ und der zweite Radius R₂ wird das Förderkammervolumen erhöht und die Einström- und Ausströmgeschwindigkeit reduziert, so dass bei gleichem Bauraum höhere Drehzahlen und höhere Förderkammervolumina möglich sind ohne die Gefahr von Kavitation zu erhöhen.
Das Pumpenrad 16 weist eine Wellenaufnahme 38 auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel zur Aufnahme einer eckigen Antriebswelle ausgestaltet ist.
Im eingebauten Zustand (3) der Flügelzellenpumpe 10 kann der Gehäusering 12 um eine Schwenkachse 40 schwenkbar gelagert sein. Der Gehäusering 12 ist insbesondere einer an der Schwenkachse 40 gegenüberliegenden Seite des Gehäuserings 12 mit Hilfe einer Feder 42 derart vorgespannt, dass der Gehäusering 12 auf den Rotor 16 zugedrückt wird. Dadurch ergibt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel im linken Bereich der Flügelzellenpumpe 10 ein besonders geringes Förderkammervolumen und an der rechten Seite der Flügelzellenpumpe 10 ein besonders großes Förderkammervolumen. Im oberen Bereich der Flügelzellenpumpe 10 ist ein Einlasskanal 44 vorgesehen, der von den Förderkammer 26 der Flügelzellenpumpe 10 überstrichen wird. Entsprechend ist im unteren Bereich der Flügelzellenpumpe 10 ein Auslasskanal 46 vorgesehen, der von den Förderkammern 26 überstrichen wird.

10: Flügelzellenpumpe
12: Gehäusering
14: Innenkontur
16: Pumpenrad
18: Flügelaufnahme
20: Pumpenflügel
22: Kammerwandung
24: Steg
26: Förderkammer
28: Positionsring
30: Drehrichtung
32: erster Wandungsbereich
34: zweiter Wandungsbereich
36: dritter Wandungsbereich
38: Wellenaufnahme
40: Schwenkachse
42: Feder
44: Einlaßkanal
46: Auslaßkanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005048602 A1 [0002]
- DE 10142712 A1 [0003]

Claims

Pumpenrad für eine Flügelzellenpumpe (10), umfassend mehrere Flügelaufnahmen (18) zur Aufnahme eines zumindest radial bewegbaren Pumpenflügels (20) und einer zwischen zwei benachbarten Flügelaufnahmen (18) ausgebildeten Kammerwandung (22) zur Ausbildung einer Förderkammer (26), dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerwandung (22) einen axial abstehenden Steg (24) zur Begrenzung einer Bewegung eines Positionsringes (28) zur radialen Bewegung der Pumpenflügel (20) aufweist und die Kammerwandung (22) einen ersten Wandungsbereich (32) zur sicheren Aufnahme des jeweiligen Pumpenflügels (20) in der Flügelaufnahme (18) und einen zweiten Wandungsbereich (34) zur Ausbildung einer Stegdicke (d) des Stegs (24) zur sicheren Anlage eines Sinterwerkzeugs und einen dritten Wandungsbereich (36) zur Ausbildung eines vergrößerten Förderkammervolumens aufweist.
Pumpenrad nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Wandungsbereich (36) mindestens einen Radius (R₃), insbesondere mehrere Radien (R₃), aufweist, der kleiner als ein Radius (R₁) des ersten Wandungsbereichs (32) und/oder kleiner als ein Radius (R₂) des zweiten Wandungsbereichs (34) ist.
Pumpenrad nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wandungsbereich (32) und der zweite Wandungsbereichs (34) den gleichen Radius (R₁, R₂) aufweisen.
Pumpenrad nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wandungsbereich (34) mindestens einen Radius (R₂) aufweist, der kleiner als ein Radius (R₁) des ersten Wandungsbereichs (32) ist.
Pumpenrad nach einem der Ansprüche l bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Wandungsbereich (36) bezüglich des zweiten Wandungsbereichs (34) in Drehrichtung (30) des Pumpenrads (16) angeordnet ist.
Pumpenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass für jede Kammerwandung (22) genau ein zweiter Wandungsbereich (34) und genau ein dritter Wandungsbereich (36) zwischen genau zwei ersten Wandungsbereichen (32) vorgesehen sind.
Pumpenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wandungsbereich (34) und der dritte Wandungsbereich (36) stetig ineinander übergehen.
Pumpenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (24) einen konstanten Innenradius (R_i) aufweist.
Flügelzellenpumpe, insbesondere zur Förderung von Motoröl eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Gehäusering (12), ein innerhalb des Gehäuserings (12) angeordnetes Pumpenrad (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, in den Flügelaufnahmen (18) aufgenommene Pumpenflügel (20) und einen radial innen an den Pumpenflügeln (20) anliegenden elastischen Positionsring (28), wobei zwischen dem Gehäusering (12), der jeweiligen Kammerwandung (22) und den der jeweiligen Kammerwandung (22) zugeordneten Pumpenflügeln (20) jeweils eine Förderkammer (26) ausgebildet ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusering (12) in einer Ebene des Pumpenrads (16) relativ beweglich zum Pumpenrad (16) unter Vorspannung schwenkbar gelagert ist.