DE102008016212A1

DE102008016212A1 - Ausgeglichene Flügelzellenpumpe variabler Förderleistung/Verdrängung mit schwimmenden Stirnflächendichtungen und vorgespannten Flügeldichtungen

Info

Publication number: DE102008016212A1
Application number: DE102008016212A
Authority: DE
Inventors: Xingen Farmington Dong
Original assignee: Goodrich Pump and Engine Control Systems Inc
Current assignee: Triumph Engine Control Systems LLC
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2028-03-29
Also published as: GB2448078A; GB0805681D0; DE102008016212A8; DE102008016212B4; US8011909B2; FR2914372A1; US20080240935A1; FR2914372B1

Abstract

Eine Flügelzellenpumpenanordnung umfasst einen Kurvenring mit einer elliptischen Innenbohrung, welche eine hydraulische Pumpenkammer definiert, wobei die Pumpenkammer eine Kurveninnenfläche hat. Der Kurvenring definiert Öffnungen, um Fluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen. Ein Rotor innerhalb des Kurvenrings definiert eine Mehrzahl von radialen Flügelschlitzen. Eine Flügelanordnung ist in jedem Flügelschlitz gelagert, um Flügelzellen zu definieren. Jede Flügelanordnung hat eine dynamische Flügelenddichtung, um eine Leckage zwischen den Zellen zu reduzieren. Vordere und hintere Seitenplatten, welche durch einen ringförmigen Abstandhalter getrennt sind, schließen die Pumpenkammer ein. Die Pumpenanordnung kann auch schwimmende vordere und hintere Rotordichtungen umfassen, um eine Leckage radial einwärts zu reduzieren. Jede Rotordichtung ist in einer in dem Rotor ausgebildeten Nut angeordnet, wobei Abgabedruck die Rotordichtungen von den Pumpenkammern axial nach außen drängt, um eine effektive Dichtung gegenüber der jeweiligen Seitenplatte zu erzeugen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit variabier Förderleistung/Verdrängung und insbesondere eine hydrostatisch ausgeglichene, mehrfach wirkende Flügelzellenpumpe variabler Förderleistung/Verdrängung mit variabler Kurvensteuerzeit, Flügeldichtungen, um eine innere Leckage quer zur Zelle zu reduzieren, und schwimmenden Stirnflächendichtungen, um eine radiale Leckage zu reduzieren.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Flügelzellenpumpen variabler Förderleistung/Verdrängung sind in der Technik gut bekannt und wurden viele Jahre lang als Kraftstoffpumpen in Flugzeugen verwendet. Die meisten verstellbaren Flügelzellenpumpen verwenden ein Einkammer-Kurvenringdesign, wie es beispielsweise offenbart ist in dem U.S. Patent Nr. 5,545,014 , dem U.S. Patent Nr. 5,545,018 und dem U.S. Patent Nr. 6,719,543 , deren Offenbarungen hier durch Bezugnahme als Ganzes umfasst sind.
Typischerweise wird ein kreisförmiges Kurvenelement um einen verhältnismäßig kleineren kreisförmigen Rotor verwendet. Niederdruckfluid wird der Rotoroberfäche zugeführt, wo das Fluid in Flügelzellen komprimiert wird. Das komprimierte Fluid oder Hochdruckfluid wird dann durch einen Auslass abgegeben. Wenn sie konzentrisch ist, stellt die Pumpe keinen oder einen kleinen Fluidfluss bereit, aber wenn sie zu einer Position einer maximalen Exzentrizität verlagert ist, findet ein maximaler Fluidfluss statt. Unter diesen Umständen sind große Lager erforderlich, um die Rotorreaktionskräfte unter hohen Abgabedruckbedingungen zu tragen. Ferner können diese Rotorreaktionskräfte die Pumpe zerstören oder einen mangelhaften Betrieb der Pumpe und/oder einen mangelhaften Betrieb des die Pumpe enthaltenden Systems bewirken.
Für eine Pumpe mit variabler Förderieistung/Verdrängung ist es wünschenswert, eine ausgeglichene Pumpe zu sein, um die Effekte der inneren Kräfte abzuschwächen. Somit verwenden viele Flügelzellenpumpen mit konstanter Förderleistung/Verdrängung eine ausgeglichene Rotoranordnung, bei der Lagerlasten unterbunden werden, indem mehrere Kammern (z. B. zwei oder sogar drei Kammern) an einem Kurvenring vorgesehen werden. Siehe beispielsweise U.S. Patent Nr. 4,272,227 und U.S. Patent Nr. 6,478,559 , deren Offenbarungen hier durch Bezugnahme als Ganzes umfasst sind.
Solche Hochdruckflügelzellenpumpen für Flugzeuganwendungen und dgl. müssen entworfen werden, wobei die Kosten-, Größen-, Gewichts-, Komplexitäts-, Leistungs- und Haltbarkeitserfordernisse beachtet werden müssen. Um die Hochleistungserfordernisse zu erfüllen, sollten Bemühungen unternommen werden, um eine mögliche innere Leckage infolge der niedrigen Viskosität des Betriebsfluids, welches Kraftstoff ist, zu reduzieren.
Im Hinblick auf das Obige besteht eine Notwendigkeit für eine verbesserte Pumpe, welche gut ausgeglichen ist, verbesserte Flügelanordnungen hat, eine bessere Abdichtungs- und Leckagesteuerung/regelung erreicht und Teile hat, welche mehreren Funktionen dienen, um das Design zu vereinfachen.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine ausgeglichene Pumpe mit variabler Förderleistung/Verdrängung in der Form einer Pumpenkassette gerichtet, welche ein doppelt wirkendes Pumpenelement mit einem verbesserten Dichtungsdesign hat, um eine innere Leckage quer zur Öffnung in dem Pumpenelement zu reduzieren und welche auch einen verstellbaren Kurvenring hat, um selektiv die effektive Förderleistung/Verdrängung der Pumpe mit einem minimalen Steuer/Regeldrehmomentbetrag zu verändern. Die mit dem Gegenstand der Erfindung zusammenhängenden Vorteile umfassen eine hohe Haltbarkeit, hohe Effizienz, leichte Steuerung/Regelung der Förderleistung/Verdrängung, kompakte Größe und niedrige Kosten.
ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine neue und brauchbare hydrostatisch ausgeglichene, doppelt wirkende Flügelzellenpumpenkassettenanordnung mit variabler Förderleistung/Verdrängung. Die Anordnung umfasst einen drehbaren Kurvenring mit einer Außenumfangsfläche und einer elliptischen Innenbohrung, welche eine hydraulische Pumpenkammer definiert, welche eine kontinuierliche Kurveninnenfläche hat. Ein Rotor ist für eine axiale Drehung in der Innenbohrung des Kurvenring angebracht, welcher durch eine axiale Antriebswelle angetrieben wird. Der Rotor hat einen axialen Hohlraum, um zusammenwirkend eine Antriebswelle aufzunehmen und umfasst eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, sich radial erstreckenden Flügelschlitzen, wobei jeder zu Aufnahme eines jeweiligen Flügels dient. Als ein Vorteil übt dieses doppelt wirkende Pumpenelement keine wesentliche hydraulische Last auf die Antriebswelle aus.
Ein Flügel ist in jedem sich radial erstreckenden Flügelschlitz gelagert, um eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Flügelzellen oder Druckkammern zu definieren. Die Flügelschlitze stehen mit einer ringförmigen Nut in Verbindung, welche in der Innenfläche von dem axialen Hohlraum von dem Rotor ausgebildet ist, durch sich radial erstreckende Bohrungen. Ein Unterflügelstift ist in jeder sich radial erstreckenden Bohrung angeordnet und ein Abgabedruck, welcher zu der ringförmigen Nut von dem Rotor geleitet wird, welcher auf die Unterflügelstifte wirkt, drückt die Flügel radial nach außen gegen die Kurvenfläche des Kurvenrings. Eine zylindri sche Hülse ist in dem axialen Hohlraum des Rotors angeordnet, um die ringförmige Nut in dem Rotor abzudichten.
Ein ringförmiger Abstandhalter umgibt den drehbaren Kurvenring und definiert eine innere Lagerfläche, um selektiv eine Drehung des Kurvenring aufzunehmen, um die effektive Förderleistung/Verdrängung der Pumpenkammer zu verändern. Vordere und hintere Seitenplatten, welche durch den ringförmigen Abstandhalter voneinander getrennt sind, schließen die Pumpenkammer von dem Kurvenring ein. Jede Seitenplatte hat zwei diametral gegenüberliegende äußere Einlassöffnungen, um Niederdruckfluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen und wenigstens die vordere Seitenplatte hat zwei diametral gegenüberliegende innere Auslassöffnungen, um Hochdruckfluid von der Pumpenkammer abzuführen. Der Kurvenring umfasst Paare von diametral gegenüberliegenden Einlassöffnungen, um Niederdruckfluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen, in Verbindung mit den Einlassöffnungen von den Seitenplatten. Die ringförmige Nut in dem Rotor ist zur Druckabgabe durch eine Mehrzahl von winkeligen Bohrlöchern, welche sich durch den Rotor erstrecken, verbunden, welche mit den Auslassöffnungen in den Seitenplatten in Verbindung stehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erstreckt sich ein Schwenkarm von dem drehbaren Kurvenring durch einen bogenförmigen Schlitz, welcher in dem ringförmigen Abstandhalter ausgebildet ist, um den Kurvenring zu betätigen, und ein Antriebsmechanismus ist zur Betätigung des Schwenkarms vorgesehen, um den Kurvenring in dem ringförmigen Abstandhalter relativ zu den Seitenplatten zu bewegen.
Vorzugsweise umfasst eine Pumpenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung axial schwimmende ringförmige Gleitringdichtungen bzw. Stirnflächendichtungen, welche zwischen den Rotorflächen und den Innenflächen von der vorderen und der hinteren Seitenplatte angeordnet sind. Diese dynamischen Stirnflächendichtungen werden gegen die jeweiligen Seiten platten durch den Abgabedruck der Pumpe gedrückt, um ein radiales Entweichen innerhalb der Pumpenkassette zu reduzieren.
Vorzugsweise umfasst eine doppelt wirkende Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung/Verdrängung der vorliegenden Erfindung eine geradzahlige Anzahl an Flügelelementen und besonders bevorzugt umfasst sie wenigstens zehn (10) Flügel. Jedoch werden Fachleute leicht einsehen, dass mehr oder weniger Flügel verwendet werden können, um zusätzliche oder weniger Volumenkammern oder Flügelzellen zu definieren. Ferner werden Fachleute leicht einsehen, dass die vorliegende Pumpenanordnung als eine mehrfach wirkende Pumpenanordnung konfiguriert werden kann, anstelle einer einfach oder doppelt wirkenden Pumpenanordnung, solange die Pumpe hydrostatisch ausgeglichen bleibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat jeder Flügel doppelte radial äußere Flügelspitzen und doppelte vordere und hintere Flügelspitzen, um den hydrostatischen Ausgleich der Flügel aufrechtzuerhalten. Zusätzlich erstrecken sich zwei radiale Bohrungen durch jeden Flügel, um zu ermöglichen, dass ein Fluidabgabedruck auf die Flügeloberfläche wirkt, um den hydrostatischen Ausgleich des Flügels weitergehend aufrechtzuerhalten. Vorzugsweise hat jeder Flügel vordere und hintere federbelastete dynamische Stirnflächendichtung, welche gegen die vordere und die hintere Abschlussplatte wirken, um eine Leckage zwischen benachbarten Flügelzellen oder Volumenkammern in Umfangsrichtung zu reduzieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die vorliegende Offenbarung auf eine Flügelzellenpumpenanordnung mit variabler Förderleistung/Verdrängung gerichtet, welche einen drehbaren Kurvenring mit einer elliptischen Innenbohrung umfasst, welche eine hydraulische Pumpenkammer definiert, wobei die Pumpenkammer eine kontinuierliche Kurveninnenfläche hat, wobei der drehbare Kurvenring auch Öffnungen definiert, um Fluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen. Ein Rotor lagert den Kurvenring und definiert eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Flügelschlitzen. Eine Flügelanordnung ist in jedem Flügelschlitz gelagert, um eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Flügelzellen zu definieren. Jede Flügelanordnung hat eine Flügeldichtung an jedem Ende von jeder Flügelanordnung, um eine Leckage zwischen den Zellen in Umfangsrichtung zu reduzieren. Ein ringförmiger Abstandhalter umgibt den Kurvenring. Die vordere und die hintere Seitenplatte, welche durch den ringförmigen Abstandhalter voneinander getrennt sind, schließen die Pumpenkammer ein.
Die Pumpenanordnung kann auch schwimmende vordere und hintere Rotordichtungen umfassen, um eine Leckage radial einwärts zu reduzieren. Jede Rotordichtung ist in einer in dem Rotor ausgebildeten Nut angeordnet, wobei das Hochdruckfluid die vorderen und hinteren Rotordichtungen von der Pumpenkammer axial nach außen drängt, um eine effektive Dichtung zwischen den Rotordichtungen und der jeweiligen Seitenplatte zu erzeugen.
In einer anderen Ausführungsform ist die vorliegende Technologie auf eine Pumpenanordnung mit variabler Förderleistung/Verdrängung gerichtet, welche einen drehbaren Kurvenring mit einer Außenumfangsfläche und einer elliptischen Innenbohrung umfasst, welche eine hydraulische Pumpenkammer definiert. Die Pumpenkammer hat eine kontinuierliche Kurveninnenoberfläche und der drehbare Kurvenring definiert wenigstens eine Öffnung, um Niederdruckfluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen. Ein Rotor ist für eine axiale Drehung in der Innenbohrung des drehbaren Kurvenring montiert. Ein ringförmiger Abstandhalter umgibt den drehbaren Kurvenring und definiert eine innere Lagerfläche, um selektiv die Drehung des Kurvenring aufzunehmen, um die effektive Förderleistung/Verdrängung der Pumpenkammer zu verändern. Der ringförmige Abstandhalter definiert auch wenigstens einen Durchgang, welcher mit der wenigstens einen Öffnung in Verbindung steht, um Niederdruckfluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen. Vordere und hintere Seitenplatten, welche durch den ringförmigen Abstandhalter getrennt sind, schließen die Pumpenkammer ein. Die vordere Seitenplatte definiert wenigstens eine Auslassöffnung, um Hochdruckfluid von der Pumpenkammer abzugeben. Wenigstens eine Schraube befestigt den ringförmigen Abstandhalter, die vordere Seitenplatte und die hintere Seitenplatte gemeinsam bezüglich des drehbaren Kurvenrings und stellt auch einen mechanischen Stopp für die Bewegung des drehbaren Kurvenrings bereit.
Es ist vorgesehen, dass die Flügelzellenpumpenanordnung mit variabler Förderleistung/Verdrängung auch Flügelanordnungen haben kann mit vorderen und hinteren federbelasteten dynamischen Stirnflächendichtungen, welche gegen die vorderen und hinteren Abschlussplatten wirken, um eine Leckage zwischen benachbarten Flügelzellen in Umfangsrichtung zu reduzieren.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vollständig ausgeglichenen Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung/Verdrängung der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise, in welcher sie verwendet wird, wird für Fachleute aus der nachfolgenden, die Ausführung befähigenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung leichter ersichtlich, welche zusammen mit den verschiedenen nachfolgend beschriebenen Zeichnungen herangezogen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Damit Fachleute, für welche die vorliegende Erfindung bestimmt ist, leicht verstehen, wie die hydrostatisch ausgeglichene Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung/Verdrängung der vorliegenden Erfindung ohne unangemessenes Experimentieren herzustellen und zu verwenden ist, werden bevorzugte Ausführungsformen derselben nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf bestimmte Figuren beschrieben, in welchen:
1 eine perspektivische Ansicht der Flügelzellenpumpenanordnung der vorliegenden Offenbarung mit einem Linearaktuator, wie z. B. ei nem Hydraulikzylinder, oder einem Solenoidaktuator ist, um den Schwenkarm von dem drehbaren Kurvenring zu betätigen, um selektiv die effektive Förderleistung/Verdrängung der Flügelzellenpumpenanordnung zu verändern;
2 eine weitere perspektivische Ansicht der Flügelzellenpumpenanordnung der vorliegenden Offenbarung ist, mit einem drehbaren Aktuator, wie z. B. eine durch einen Motor angetriebene Schraube, ein axiales Gleitstück oder ein Nocken, zur Betätigung des Schwenkarms von dem drehbaren Kurvenring, um selektiv die effektive Förderleistung/Verdrängung der Flügelzellenpumpenanordnung zu verändern;
3 eine perspektivische Ansicht der Pumpenanordnung der vorliegenden Offenbarung ist, bei der die vordere Seitenplatte entfernt ist, um die Rotoranordnung zu veranschaulichen, welche für eine axiale Drehung innerhalb einer von dem Kurvenring definierten elliptischen Pumpenkammer angebracht ist;
4 eine weitere perspektivische Ansicht der Pumpenanordnung der vorliegenden Offenbarung ist, bei der die vordere Seitenplatte entfernt ist und geschwenkt ist, um die Innenfläche von der vorderen Seitenplatte und die diametral gegenüberliegenden Schrauben oder Befestigungen zu veranschaulichen, welche mit dem drehbaren Kurvenring und den Seitenplatten zusammenwirken, um die Kassettenanordnung zusammenzuhalten, und auch dafür, als mechanische Anschläge zu dienen, um das Drehausmaß des Kurvenrings zu begrenzen;
5 eine perspektivische Explosionsansicht ist, welche den ringförmigen Abstandhalter veranschaulicht, welcher die zwei Seitenplatten trennt, mit dem Kurvenring, welcher die Rotoranordnung umgibt;
6 eine perspektivische Explosionsansicht ist, welche die Rotoranordnung veranschaulicht, wobei der Kurvenring entfernt ist;
7 eine perspektivische Explosionsansicht von der Flügeldichtungsanordnung innerhalb eines Bereichs "7" von 6 ist, um die Vorspannfedern zu veranschaulichen;
8 eine Detailansicht von der Stirnflächendichtungsanordnung innerhalb eines Bereichs "8" der 6 ist, um eine der Drehungsverhinderungsnasen zu veranschaulichen;
9 eine perspektivische Ansicht im Teilquerschnitt von der Rotoranordnung ist, welche einen der Unterflügelstifte veranschaulicht, welche dazu fungieren, die jeweilige Flügelanordnung innerhalb des radialen Flügelschlitzes in einer Richtung radial nach außen zu drücken;
10 eine Querschnittsansicht der Pumpenanordnung der vorliegenden Offenbarung ist, welche die Relativposition von dem Rotor und dem Kurvenring veranschaulicht, wenn der Kurvenring derart angeordnet ist, dass eine volle Förderleistung/Verdrängung erreicht wird, und die damit verbundenen resultierenden diametral gegenüberliegenden minimalen und maximalen Zellenvolumen;
11 eine Detailansicht ist, welche einem Bereich "11" von 10 entspricht, welche den mit dem Kurvenring in Kontakt befindlichen Flügel veranschaulicht;
12 eine Detailansicht ist, welche einem Bereich "12" von 10 entspricht, welcher die Unterflügelstifte veranschaulicht, welche mit aufgeladenem Fluid in Verbindung stehen;
13 eine Detailansicht ist, welche einem Bereich "13" von 10 entspricht, welcher eine winkelige Bohrung des Rotorkörpers veranschaulicht; und
14 eine Querschnittsansicht von der Pumpenanordnung der vorliegenden Offenbarung ist, welche die Relativposition des Rotors und des Kurvenrings veranschaulicht, wenn der Kurvenring um 27° zu einer Position im Hub reduziert wird, in welcher die effektivste Förderleistung/Verdrängung der Pumpe um 25% reduziert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in welchen gleiche Bezugszahlen ein ähnliches strukturelles Merkmal oder Elemente der vorliegenden Erfindung bezeichnen, sind in den 1 und 2 zwei Versionen einer vollständig hydrostatisch ausgeglichenen Flügelzellenpumpe mit variabier Förderleistung/Verdrängung veranschaulicht, welche als eine Kassettenanordnung konstruiert ist und im Allgemeinen durch die Bezugszahlen 10 bzw. 10a bezeichnet ist. Die Kassetten- oder Pumpenanordnungen 10, 10a sind derart konfiguriert, dass sie in ein wiederverwendbares Gehäuse (nicht gezeigt) passen. Mit anderen Worten können die Pumpenanordnungen 10, 10a leicht ersetzt werden, wenn sie verschlissen sind oder Reparatur benötigen. Alle relativen Beschreibungen hier, wie z. B. vorne, hinten, seitlich, links, rechts, oben und unten, erfolgen unter Bezugnahme auf die Figuren und sind nicht in einem einschränkenden Sinne gedacht.
Die Flügelzellenpumpenanordnungen 10, 10a sind im Wesentlichen identisch mit Ausnahme der jeweiligen Antriebsmechanismen 60, 160, welche dazu verwendet werden, die Förderleistung/Verdrängung der Pumpenanordnungen 10, 10a zu steuern/regeln. Wie in 1 gezeigt, kann der Antriebsmechanismus 60 ein Linearaktuator, wie z. B. ein Hydraulikzylinder, oder ein Solenoidaktuator sein, um selektiv die effektive Förderleistung/Verdrängung der Pumpenanordnung 10 zu verändern. Insbesondere ist der Antriebsmechanismus 60 der 1 ein Solenoidantriebsmechanismus.
In der alternativen Ausführungsform, welche in 2 gezeigt ist, hat die Pumpenanordnung 10a einen Drehaktuatorantriebsmechanismus 160, wie z. B. einen Schraubenabtriebsmotor, axiales Gleitelement oder Nocken, um die effektive Förderleistung/Verdrängung der Flügelzellenpumpe zu verändern. Insbesondere ist der Drehaktuator 160 der 2 ein Schraubenantriebsmechanismus. Bei jedem Antriebsmechanismus 60, 160 steht eine Steuer/Regeleinheit (nicht gezeigt) mit dem Antriebsmechanismus in Verbindung, um selektiv die Ausgabe der Pumpenanordnungen 10, 10a zu verändern.
Der Einfachheit halber nur auf 1 Bezug nehmend umfasst die Pumpenanordnung 10 zwei Sätze von äußeren Einlassöffnungen 24a–d, um Niederdruckfluid in die Pumpenanordnung 10 eintreten zu lassen. Nur der erste Satz von Einlassöffnungen 24a–d ist gezeigt, da der zweite Satz von Einlassöffnungen 24a–d diametral dem ersten Satz gegenüberliegt. Für eine Bezugnahme anders ausgedrückt, wenn der erste Satz von Einlassöffnungen 24a–d nach dem oberen Ende oder der Zwölf-Uhr-Position ausgerichtet wäre, wäre der zweite Satz von Einlassöffnungen 24a–d nach dem Boden oder der Sechs-Uhr-Position ausgerichtet. Beim Duchströmen der Pumpenanordnung 10 wird das Niederdruckfluid Hochdruckfluid und tritt an wenigstens einem Satz der diametral gegenüberliegende Auslassöffnungen 30a, 30b aus. Ein ähnlicher Satz von Auslassöffnungen kann an der Rückseite der Pumpenanordnung 10 vorhanden sein. Indem diametral gegenüberliegende Einlässe 24a–d und gegenüberliegenden Auslassöffnungen 30a, 30b vorgesehen sind, können die dadurch erzeugten Kräfte effektiv aufgehoben werden, um eine ausgeglichene Pumpenanordnung 10 bereitzustellen. Die Hochdruckauslassöffnungen 30a, 30b sind Durchgangsschlitze und können mit offenen Enden eines Mantels oder Kassette für einen Ausgleich verbunden sein und letztendlich strömt die Strömung durch einen Auslass der Pumpenanordnung.
Die Pumpenanordnung 10 umfasst festgelegte vordere und hintere Seitenplatten 20a, 20b, welche voneinander durch einen ringförmigen Ab standhalter bzw. Distanzstück 16 getrennt sind. Die Einlassöffnungen 24a, 24b sind in dem ringförmigen Abstandhalter 16 ausgebildet. Die Einlassöffnung 24c und die Auslassöffnungen 30a, 30b sind in der vorderen Seitenplatte 20a ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die hintere Seitenplatte 20b nicht nur die Einlassöffnung 24d aus, sondern auch Auslassöffnungen (nicht gezeigt), welche den Auslassöffnungen 30a, 30b ähnlich sind, welche in der vorderen Seitenplatte 20a ausgebildet sind.
Die vorderen und hinteren Seitenplatten 20a, 20b bilden einen Axialdurchgang 26, durch welchen eine Antriebswelle 28 zur Anbringung an einer Rotoranordnung 40 hindurchfährt. Die vorderen und hinteren Seitenplatten 20a, 20b zusammen mit dem ringförmigen Abstandhalter 16 bilden auch gemeinsam einen Innenraum oder eine Pumpenkammer 42, welche einen drehbaren Kurvenring 12 und eine Rotoranordnung 40 (siehe 4) aufnimmt.
Immer noch auf 1 Bezug nehmend ist der drehbare Kurvenring 12, wie am besten in 6 zu sehen ist, mit einem Schwenkarm 14 gekoppelt. Der ringförmige Abstandhalter 16 umgibt den drehbaren Kurvenring 12 und hat einen T-förmigen bogenförmigen Schlitz 18, um die Bewegung des Schwenkarms 14 aufzunehmen. Die Antriebsmechanismen 60, 160 sind mit dem Schwenkarm 14 gekoppelt, um die Position des drehbaren Kurvenring 12 zu steuern/regeln. Indem der drehbare Kurvenring 12 bewegt wird, können die Antriebsmechanismen 60, 160 die Ausgabe der Pumpenanordnung 10 verändern.
Auf 3 Bezug nehmend ist eine perspektivische Ansicht der Pumpenanordnung 10 gezeigt, wobei die vordere Seitenplatte 20 entfernt ist, um die in der Pumpenkammer 42 untergebrachte Rotoranordnung 40 zu veranschaulichen. Der Kurvenring 12 umgibt die Rotoranordnung 40 und bildet zwei gegenüberliegende Paare von gegenüberliegenden Einlassdurchgängen 45a, 45b aus, welche mit den Einlassöffnungen 24a, 24b von dem ringförmigen Abstandhalter 16 fluchten. Die Einlassdurchgänge 45a, 45b erlau ben, dass Niederdruckfluid in einer radialen Richtung in die Pumpenkammer 42 strömt, und Einlassdurchgänge 24c und 24d in Seitenplatten 20a, 20b erlauben, dass Niederdruckfluid in der axialen Richtung in die Pumpenkammer 42 strömt.
Die Rotoranordnung 40 ist an der Antriebswelle 28 für eine axiale Drehung innerhalb der Pumpenkammer 42 angebracht. Die Rotoranordnung 40 umfasst einen Rotorkörper 71, welcher in eine elliptische Pumpenkammerfläche 35 passt, welche von dem Kurvenring 12 definiert ist, wie am besten in 6 zu sehen ist. Der Rotorkörper 71 umfasst eine Mehrzahl von radial nach außen wirkenden Flügelanordnungen 36, welche normalerweise die elliptische Pumpenkammeroberfläche 35 kontaktieren. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, sind eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Flügelzellen oder Volumenkammern 52 zwischen dem Rotorkörper 71, der elliptischen Pumpenkammerfläche 35 und den Flügelanordnungen 36 ausgebildet, wie am besten in 10 zu sehen ist. Eine Dichtung oder O-Ring 53 passt in eine Nut des Kurvenrings 12, um eine Leckage radial nach außen zu verhindern.
Zusätzlich auf 4 Bezug nehmend, ist die vordere Seitenplatte 20a von der Rotoranordnung 40 weggeschwenkt, um die Innenfläche 55a von der vorderen Seitenplatte 20a vollständig darzustellen. Vorzugsweise ist die innere Fläche 55b von der hinteren Seitenplatte 20b, welche teilweise in 3 gezeigt ist, im Wesentlichen ein Spiegelabbild von der vorderen Seitenplatteninnenfläche 55a.
Diametral gegenüberliegende Schrauben oder Befestigungsmittel 25a, 25b führen durch offene Schlitze 58 in dem Kurvenring 12, um die Seitenplatten 20a und 20b, um den ringförmigen Abstandhalter 16 herum zu halten, d. h. die Pumpenanordnung 10 zusammenzuhalten. Die Schrauben 25a, 25b führen durch Schlitze 58 in dem Kurvenring 12, um als mechanische Anschläge zu dienen, um das Drehausmaß des Kurvenrings 12 zu begrenzen. Die vordere Seitenplatte 20 hat Gewindebohrungen 62a, 62b zur Kopplung mit den Schrauben 25a, 25b, wohingegen die hintere Seitenplatte 20b einfach Durchgangslöcher (nicht gezeigt) haben kann.
Die Innenflächen 55a, 55b bilden auch Strömungswege 64a, 64b von den Auslassöffnungen 30a, 30b. Die Strömungswege 64a, 64b können einen trichterförmigen Abschnitt haben, welcher in im Wesentlichen rechteckigen Reservoirs 65a, 65b endet. Indem sie in Fluidverbindung mit den Auslassöffnungen 30a, 30b stehen, sammeln die Reservoirs 65a, 65b Fluid unter Abgabedruck. Die Reservoirs 65a, 65b sind periodisch in Fluidverbindung mit winkeligen Bohrungen 48, welche in der Rotoranordnung 40 ausgebildet sind, wie detaillierter nachfolgend beschrieben wird und am besten in 9 zu sehen ist. Die vorderen und hinteren Seitenplatten 20a, 20b bilden auch Paare von inneren Einlassdruckendbereichen oder Taschen 66a, 66b. Die Einlassdruckbereiche 66a, 66b sind radial an der Außenseite der winkeligen Bohrungen 48 und fluchten periodisch mit den Flügelschlitzen 72, wie am besten in 6 zu sehen ist. Die Einlassdruckbereiche 66a, 66b befinden sich auch unter Einlassdruck, sodass die Einlassdruckbereiche 66a, 66b fungieren, um den hydrostatischen Ausgleich des Flügelkörpers 83 in der radialen Richtung in dem Einlassbereich aufrechtzuerhalten.
Nun auf 5 Bezug nehmend ist eine perspektivische Ansicht des ringförmigen Abstandhalters 16 gezeigt, welcher von dem Kurvenring 12 und der Rotoranordnung 40 getrennt ist. Der ringförmige Abstandhalter 16, welcher die zwei Seitenplatten 20a, 20b trennt, umfasst eine innere Lagerfläche 32, um die Drehung des Kurvenring 12 relativ zu den Seitenplatten 20a, 20b durch die Betätigung des Schwenkarms 14 aufzunehmen. Die Bewegung des Schwenkarms 14 verändert die effektive Förderleistung/Verdrängung der Pumpenanordnung 10. Der Schwenkarm 14 führt durch den T-förmigen Schlitz 18 in dem ringförmigen Abstandhalter 16, um fest mit einem Montageschlitz 68 in dem Kurvenring 12 gekoppelt zu sein. In einer alternativen Ausführungsform wirkt der T-förmige Schlitz 18, um die Bewegung des Schwenkarms 14 mechanisch zu begrenzen.
Nun auf 6 Bezug nehmend ist eine perspektivische Ansicht der Rotoranordnung 40 von der Pumpenanordnung 10 gezeigt, wobei der ringförmige Abstandhalter 16 und eine Flügelanordnung 16 von dieser getrennt sind. Die Rotoranordnung 40 hat einen Rotorkörper 71, welcher einen axialen Hohlraum 70 und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, sich radial erstreckenden Flügelschlitzen 72 definiert. Eine Flügelanordnung 36 ist verschiebbar in jedem sich radial erstreckenden Flügelschlitz 72 gelagert, um einen Kontakt mit der elliptischen Pumpenkammerfläche 35 aufrecht zu halten.
Wie oben angegeben, erzeugen die Flügelanordnungen 36 durch eine Aufrechterhaltung des Kontakts mit der elliptischen Pumpenkammerfläche 35 des Kurvenrings 12 sich bewegende Dichtungen, welche helfen, die Flügelzellen 52 auszubilden, in welchen eine Fluidkompression stattfindet, während der Rotorkörper 71 rotiert. Ein einzelner Unterflügelstift 38 ist axial einwärts von jeder Flügelanordnung 36 angeordnet, um die jeweilige Unterflügelanordnung 36 radial auswärts gegen die Pumpenkammerfläche 35 von dem Kurvenring 12 zu drücken, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 10 detaillierter beschrieben ist.
Jede Flügelanordnung 36 hat einen recheckigen Flügelkörper 83. Der Flügelkörper 83 hat doppelte äußere Flügelränder bzw. Flügellippen 80, welche die elliptische Pumpenkammerfläche 35 kontaktieren, um die dynamische Dichtung dazwischen aufrechtzuerhalten. Indem zwei äußere Flügellippen 80 an jedem Flügelkörper 83 vorgesehen sind, kann eine Maßnahme zum hydrostatischen Ausgleich über die dynamischen Dichtungen während des Pumpenkammerbetriebs aufrecht erhalten werden.
Um den Unterflügeldruck auszugleichen, hat der Flügelkörper 83 doppelte Strömungsbohrungen 82, welche in Fluidverbindung mit dem axialen Hohlraum 70 von dem Rotorkörper 71 sind, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 10 beschrieben ist. Die doppelten Strömungsbohrungen 82 öffnen in einen Kanal 88, welcher zwischen den äußeren Flügelrändern bzw. Flügellippen 80 ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Flügelkörper 83 aus gehärtetem Stahl, z. B. durch Metallspritzgießen, hergestellt. Die Flügelanordnung 36 hat auch eine dynamische Stirndichtungsanordnung 90, um eine Leckage zwischen benachbarten Flügelzellen 52 in Umfangsrichtung zu reduzieren.
Auf 7 Bezug nehmend ist eine perspektivische Explosionsansicht der Stirndichtungsanordnung 90 innerhalb eines Bereichs "7" 6 gezeigt. Die Stirndichtungsanordnung 90 umfasst Dichtungsdämpfer 74 an jedem Endabschnitt 92. Jeder Dichtungsdämpfer 74 wird gegen die jeweiligen Seitenplatten 20a, 20b durch zwei Federn 78 gepresst, welche sich von in dem Flügelkörper 83 ausgebildeten Vertiefungen 91 aus erstrecken. Die Federn 78 sind an Bünden 93 an den Dichtungsdämpfern 74 angebracht.
Jeder Flügelkörper 83 bildet auch einen Kanal 95 in jedem Endabschnitt 92 aus. Jeder Kanal 95 erstreckt sich nach oben bis zu den doppelten Seitenflügelrändern bzw. Seitenflügellippen 81, sodass die jeweiligen Dichtungsdämpfer 74 in den Kanal 95 in einer bündigen oder nahezu bündigen Weise einfahren kann, wenn er nicht ausgefahren ist. Somit bewegen sich die Stirndichtungsanordnungen 90 sowohl in der radialen Richtung als auch in der Umfangsrichtung während des Betriebs der Pumpenanordnung 10.
Wiederum auf 6 Bezug nehmend umfasst die Rotoranordnung 40 auch dynamische vordere und hintere Rotor-Stirnflächendichtungen 76a, 76b, welche dazu fungieren, eine Leckage radial einwärts zu dem axialen Hohlraum 70 zu reduzieren. Jede dynamische Rotor-Stirnflächendichtung 76a, 76b schwimmt in einer Nut 96, welche in dem Rotorkörper 71 ausgebildet ist. Die Stirnflächendichtungen 76 sind vergleichsweise dünner als die Nuten 96, sodass eine mechanische Beeinflussung zwischen den Seitenplatten 20a, 20b minimal ist, wenn überhaupt. VESPEL^®, welches von E. I. du Pont de Nemours and Company aus Delaware, U. S. A. erhältlich ist, ist ein bevorzugtes Material für die Stirnflächendichtungen 76a, 76b.
Die Stirnflächendichtungen 76 haben in Umfangsrichtung beabstandete Streifen oder Nasen 86, welche in entsprechenden Ausnehmungen 98 ruhen, welche um die Nut 96 in der vorderen und der hinteren Stirnfläche 100 des Rotorkörpers 71 ausgebildet sind. Indem die Nasen 86 in den Ausnehmungen 98 angeordnet sind, drehen die Stirnflächendichtungen 76a, 76b zusammen mit dem Rotorkörper 71. Der Rotorkörper 71 definiert auch winkelige Bohrungen 48, welche zu jeder anderen Ausnehmung 98 benachbart sind, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 9 detaillierter beschrieben ist. Der Abgabedruck sickert von den winkeligen Bohrungen 48 ein, um einen Fluiddruck gegenüber den Stirnflächendichtungen 76a, 76b bereitzustellen.
Eine zylindrische Hülse 50, welche in dem axialen Hohlraum 70 angeordnet ist, erstreckt sich teilweise in den Innendurchmesser 102 von jeder Stirnflächendichtung 76a, 76b. Die Größe und Konfiguration der Hülse 50 ist derart, dass der Hülsenaußendurchmesser 104 einen schwimmenden Dichtkontaktbereich mit dem Innendurchmesser 102 der Dichtungen 76a, 76b erzeugt. In ähnlicher Weise wird ein weiterer Dichtungsbereich zwischen dem Außendurchmesser 106 der Dichtungen 76a, 76b und der jeweiligen Nut 96 erzeugt. Die Stirnflächendichtungen 76a, 76b sind leicht verjüngt, sodass Hochdruckfluid in dem axialen Hohlraum 70 wenigstens teilweise die Innen- und Außendurchmesser 102, 106 umgeben kann, um ein kräftiges Schwimmen mit einer relativ dünnen Dichtung zu erzeugen und dadurch Kräfte auf den Rotorkörper 71 zu reduzieren.
Auf 8 Bezug nehmend ist eine Detailansicht der schwimmenden Stirnflächendichtung 76b innerhalb eines Bereichs "8" der 6 gezeigt. Die dynamischen Stirnflächendichtungen 76a, 76b sind mit Kanälen 84 ausgebildet, welche Hochdruckauslassfluid von dem axialen Hohlraum 70 schöpfen. Als Ergebnis werden die Dichtungen 76a, 76b axial nach außen gedrückt, um jeweils gegenüber den vorderen und hinteren Seitenplatten 20a, 20b effektiv abzudichten, durch den Abgabedruck der Pumpenanordnung 10.
Nun auf 9 Bezug nehmend veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der Rotoranordnung 40 im Teilquerschnitt einen der Unterflügelstifte 38, welcher dazu dient, die jeweilige Flügelanordnung 36 innerhalb des radialen Flügelschlitzes 72 in einer Richtung radial nach außen zu drücken. Jeder Stift 38 ist in einer radialen Bohrung 110 angeordnet, welche in Fluidverbindung mit einer in dem Rotorkörper 71 ausgebildeten zentralen ringförmigen Nut 44 ist.
Die zentrale ringförmige Nut 44 stellt einen Abgabedruck für das radial einwärtige Ende 108 der Unterflügelstifte 38 bereit. Der Abgabedruck kommt von den winkeligen Bohrungen 48. Bevorzugt ist wenigstens eine der in dem Rotorkörper 71 ausgebildeten winkeligen Bohrungen 48 immer in Verbindung mit dem Abgabedruck in den Strömungswegen 64a, 64b benachbart den Auslassöffnungen 30a, 30b.
Die zylindrische Hülse 50, welche in dem axialen Hohlraum 46 von dem Rotorkörper angeordnet ist, dichtet die zentrale ringförmige Nut 44 ab, um den Abgabedruck aufrechtzuerhalten, gegenüber den Unterflügelstiften 38 von dem Rotor 34. Somit werden die Unterflügelstifte 38 mit Energie versorgt, um jede Flügelanordnung 36 radial nach außen gegen den Kurvenring 12 zu drücken.
Immer noch auf 9 Bezug nehmend sind die radialen Bohrungen 110 des Rotorkörpers 71 auch in Fluidverbindung mit den Flügelkanälen 88, sodass der Überflügeldruck auch in den doppelten Strömungsbohrungen 82 von dem Flügelkörper 83 vorgesehen ist. Folglich wird der Überflügeldruck durch den Flügelkörper 83 zu den Flügelschlitzen 72 bereitgestellt. Als Ergebnis ist der Unterflügeldruck und der Oberflügeldruck ausgeglichen. Der Oberflügeldruck füllt auch die Kanäle 95 hinter den Dämpfern 74, welche periodisch in Fluidverbindung mit den Auslassdruckbereichen 65a, 65b oder den Abgabedruckbereichen 66a, 66b von den jeweiligen Seitenplatten 20a, 20b sind. Folglich führen die Flügelanordnungen 36 auch ein Pumpen durch, wie Hubkolben, d. h. ein Unterflügelpumpen, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
Nun auf 10 Bezug nehmend ist eine Querschnittsansicht von der Pumpenanordnung 10 gezeigt, wobei die Relativpositionen des Rotors 34 und des Kurvenring 12 zur Betätigung der Pumpenanordnung bei voller Förderleistung/Verdrängung gezeigt ist. Im Gegensatz dazu zeigt die 14 eine Querschnittsansicht der Pumpenanordnung, wobei die Relativpositionen des Rotors 34 und des Kurvenring 12 um 27° im Hub reduziert sind, sodass die effektive Förderleistung/Verdrängung der Pumpenanordnung 10 gegenüber dem vollen Förder-/Verdrängungsvolumen um 25% reduziert ist.
In 10 tritt während des Betriebs bei voller Förderleistung/Verdrängung das Niederdruckfluid durch die zwei Sätze von Einlassöffnungen 24a–d ein und strömt in die Flügelzellen 52. Einlassöffnungen 24a, 24b stellen eine Strömung radial zu dem Einlassbereich bereit, ungefähr in der Zwölf-Uhr-Position, während Einlassöffnungen 24c, 24d eine Strömung axial zu dem Einlassbereich bereitstellen. Der Kurvenring 12 ist um den Rotorkörper 71 angeordnet, sodass die Flügelzellen 72 mit maximaler Größe etwa bei den Zwei-Uhr- und Acht-Uhr-Positionen erzeugt werden, wohingegen die Flügelzellen 52 mit minimaler Größe etwa bei den Vier-Uhr- und Zehn-Uhr-Positionen erzeugt werden, während der Rotorkörper 71 gegen den Uhrzeigersinn dreht. Die Bewegung des Fluids durch die sich verändernde Größe der Flügelzellen bewirkt eine Kompression, sodass das Fluid während der Drehung unter Druck gesetzt wird.
In 14 wird der Schwenkarm 14 im Uhrzeigersinn längs des Pfeils "a" durch den relevanten Antriebsmechanismus 60, 160 angetrieben. Während des Betriebs mit kleinerer Förderleistung/Verdrängung tritt das Niederdruckfluid auch durch die zwei Sätze von Einlassöffnungen 24a–d ein und strömt in die Flügelzellen 52. Jedoch ist der Kurvenring 12 um den Rotorkör per 71 derart angeordnet, dass die größeren Flügelzellen 52, welche etwa an den Zwei-Uhr- und Acht-Uhr-Positionen erzeugt werden, vergleichsweise kleiner als jene der 10 sind. Umgekehrt sind die kleineren Flügelzellen 52, welche etwa an den Vier-Uhr- und Zehn-Uhr-Positionen erzeugt werden, vergleichsweise größer als jene der 10. Als Ergebnis wird die relative Förderleistung/Verdrängung reduziert, obwohl der Rotorkörper 71 immer noch dreht, um das Fluid zu bewegen und unter Druck zu setzen.
Auf 11 Bezug nehmend berühren die Flügelanordnungen 36 sowohl in der Position mit voller Förderleistung/Verdrängung als auch der hubreduzierten Position die elliptische Kurvenfläche 35 von dem Kurvenring 12. Wie gezeigt, hält wenigstens eine der Flügellippen den Kontakt, sodass eine Leckage zwischen den Flügelzellen 52 nicht darüber hinaus auftritt. Zusätzlich dichten die Dämpfer 74 von den dynamischen Stirnflächendichtungsanordnungen 90 gegenüber den jeweiligen Seitenplatten 20a, 20b ab, um eine Leckage in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Flügelzellen 52 zu reduzieren.
Während das unter Druck stehende Fluid die Auslassöffnungen 30a, 30b erreicht, d. h. den Auslassbereich etwa in den Drei-Uhr- und Sechs-Uhr-Positionen, strömt das Fluid in die Auslassöffnungen 30a, 30b. Das Fluid strömt auch in die Strömungsdurchgänge 64a, 64b benachbart den Auslassöffnungen 30a, 30b. Wenigstens eine der winkeligen Bohrungen 48 (siehe 13) ist immer in Fluidverbindung mit den Strömungsdurchgängen 64a, 64b. Somit wird der Abgabedruck konsistent den Unterflügelstiften 38 über die zentrale ringförmige Nut 44 zugeführt, wie in 12 gezeigt. Der Abgabedruck wird auch um die Unterflügelstifte 48 durch die Radialbohrungen 82 von den Flügelkörpern 83 geleitet, um auch einen Ausgleich aufrechtzuerhalten. Eine Leckage radial einwärts von der Pumpenkammer 42 wird durch die schwimmenden Stirnflächendichtungen 76a, 76b verhindert.
Die Pumpenanordnung 10 hat auch einen sekundären Pumpeffekt. Die zwei Einlassdruckbereiche 66a, 66b sind mit Fluid gefüllt, welches von der doppelten Strömungsbohrung 82 in den Flügelkörpern 83 strömt, wenn jede Flügelanordnung 36 in dem Einlassbereich von der Pumpenanordnung 10 ist. Die Einlassdruckbereiche 66a, 66b sind blinde Reservoirs ohne Verbindung zu dem offenen Ende der Pumpenanordnung 10. Die Einlassdruckbereiche 66a, 66b werden verwendet, um den Bereich 85 radial unter den Flügelanordnungen 36 auf einen gleichmäßigen Einlassdruck zu halten, indem die Fluidverbindung zwischen mehreren Bereichen 875 in dem Pumpeneinlassbereich etabliert wird. In ähnlicher Weise werden die Abgabedruckreservoirs 56a, 56b verwendet, um die Unterflügelbereiche 85 etwa auf einem gleichmäßigen Abgabedruck zu halten, indem eine Fluidverbindung zwischen mehreren Unterflügelbereichen 85 in dem Pumpenauslassbereich 85 etabliert wird.
Die Strömung zwischen den Abgabedruckreservoirs 65a, 65b und den Einlassdruckbereichen 66a, 66b erzeugt eine zusätzliche Pumpwirkung. Mit anderen Worten pumpen die Flügelanordnungen 36 auch über einen Radialhub infolge der Abgabedruckreservoirs 65a, 65b und Einlassdruckbereiche 66a, 66b. Der Radialhub resultiert aus dem Fluid, welches von dem Oberflügel durch die doppelten Strömungsbohrungen 82 in jeder Flügelanordnung 36 zu dem Unterflügelbereich 85 strömen. Diese Strömung tritt auf, wenn die Flügelanordnungen 36 in der radialen Richtung nach außen gleiten, während sie die Pumpeneinlasszone bzw. den Pumpeneinlassbereich passieren. Während die Flügelanordnungen 36 drehen und in die Auslasszone bzw. Auslassbereich eintreten, wird jede Flügelanordnung 36 durch die Fläche 35 von dem Kurvenring 12 nach innen gedrückt und der Reihe nach wird das entsprechende Volumen unter Druck in die Abgabedruckreservoirs 65a, 65b abgegeben, z. B. aus der Pumpenanordnung 10. Mit anderen Worten hat die Pumpenanordnung 10 zwei Pumpeffekte: Einer ist ein Pumpen innerhalb des Flügels oder ein Volumenkammerpumpen; und der andere ist ein Unterflügelpumpen.
Es ist einzusehen, dass die vorliegende Offenbarung viele verschiedenen vorteilhaften Merkmale umfasst, von denen jedes in irgendeiner Kom bination an gleichen Pumpenanordnungen ausgetauscht werden kann. Während die hydrostatisch ausgeglichene Flügelzellenpumpe mit variabler Förderleistung/Verdrängung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, werden Fachleute leicht einsehen, dass verschiedene Änderungen und/oder Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Eine Flügelzellenpumpenanordnung umfasst einen Kurvenring mit einer elliptischen Innenbohrung, welche eine hydraulische Pumpenkammer definiert, wobei die Pumpenkammer eine Kurveninnenfläche hat. Der Kurvenring definiert Öffnungen, um Fluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen. Ein Rotor innerhalb des Kurvenrings definiert eine Mehrzahl von radialen Flügelschlitzen. Eine Flügelanordnung ist in jedem Flügelschlitz gelagert, um Flügelzellen zu definieren. Jede Flügelanordnung hat eine dynamische Flügelenddichtung, um eine Leckage zwischen den Zellen zu reduzieren. Vordere und hintere Seitenplatten, welche durch einen ringförmigen Abstandhalter getrennt sind, schließen die Pumpenkammer ein. Die Pumpenanordnung kann auch schwimmende vordere und hintere Rotordichtungen umfassen, um eine Leckage radial einwärts zu reduzieren. Jede Rotordichtung ist in einer in dem Rotor ausgebildeten Nut angeordnet, wobei Abgabedruck die Rotordichtungen von den Pumpenkammern axial nach außen drängt, um eine effektive Dichtung gegenüber der jeweiligen Seitenplatte zu erzeugen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5545014 [0002]
- US 5545018 [0002]
- US 6719543 [0002]
- US 4272227 [0004]
- US 6478559 [0004]

Claims

Flügelzellenpumpenanordnung, umfassend: a) ein Gehäuse, welches gegenüberliegende Flächen hat, die durch eine Kurvenfläche getrennt sind, um eine Pumpenkammer zu definieren, wobei das Gehäuse wenigstens einen Gehäuseeinlass definiert, um Fluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen; b) einen Rotor, welcher für eine axiale Drehung innerhalb der Pumpenkammer angebracht ist; und c) eine Mehrzahl von Flügelanordnungen, welche mit dem Rotor gekoppelt sind, um eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Flügelzellen zu definieren, um das Fluid unter Druck zu setzen, wobei jede Flügelanordnung ein erstes Ende und ein zweites Ende hat und jedes Ende eine Dichtungsanordnung aufweist, um eine Leckage zwischen den Flügelzellen in Umfangsrichtung zu reduzieren.
Flügelzellenpumpenanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse einen ringförmigen Abstandhalter und vordere und hintere Seitenplatten umfasst, welche durch den ringförmigen Abstandhalter getrennt sind, um die Pumpenkammer zu umschließen.
Flügelzellenpumpenanordnung nach Anspruch 2, wobei die vorderen und hinteren Seitenplatten diametral einander entgegengesetzte Auslässe definieren, um Fluid von der Pumpenkammer abzugeben.
Flügelzellenpumpenanordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen drehbaren Kurvenring in der Pumpenkammer mit einer elliptischen Innenbohrung, sodass eine Bewegung des drehbaren Kurvenrings eine Förderleistung/Verdrängung der Flügelzellenpumpenanordnung verändert.
Flügelzellenpumpenanordnung nach Anspruch 4, wobei der wenigstens eine Gehäuseeinlass wenigstens zwei einander gegenüberliegende Gehäuseeinlässe aufweist und der drehbare Kurvenring auch wenigstens zwei Kurvenringeinlässe definiert, welche jeweils in Fluidverbindung mit den wenigstens zwei Gehäuseeinlässen stehen.
Flügelzellenpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Rotor eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandete, sich radial erstreckende Flügelschlitze definiert und jede Flügelanordnung in einem sich radial erstreckenden Flügelschlitz gelagert ist.
Flügelzellenpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die dynamische Dichtungsanordnung einen Dämpfer umfasst, welcher durch wenigstens eine Feder derart axial nach außen gedrängt wird, dass der Dämpfer die jeweilige Gehäusefläche kontaktiert.
Flügelzellenpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend schwimmende vordere und hintere Rotordichtungen, um eine Leckage radial einwärts zu reduzieren, wobei jede Rotordichtung in einer Nut angeordnet ist, welche in jedem Ende des Rotors ausgebildet ist, wobei die vorderen und hinteren Rotordichtungen durch einen Abgabedruck von der Pumpenkammer axial nach außen gedrängt werden, um effektive Dichtungen mit der jeweiligen Gehäusefläche zu erzeugen.
Flügelzellenpumpenanordnung variabler Förderleistung, umfassend: a) einen drehbaren Kurvenring, welcher eine äußere Umfangsfläche und eine elliptische Innenbohrung hat, welche eine Pumpenkammer definiert, wobei die Pumpenkammer eine kontinuierliche Kurveninnenfläche hat, wobei der drehbare Kurvenring auch wenigstens eine Öffnung definiert, um Fluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen; b) einen Rotor, welcher für eine axiale Drehung innerhalb der elliptischen Innenbohrung des drehbaren Kurvenrings angebracht ist, wobei der Rotor eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten, sich radial erstreckenden Flügelschlitzen definiert; c) eine Flügelanordnung, welcher in jedem der sich radial erstreckenden Flügelschlitze gelagert ist, um eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Flügelzellen zu definieren, wobei jede Flügelanordnung verlängert ist und ein vorderes Ende und ein hinteres Ende hat und ferner eine dynamische Flügeldichtung an jedem Ende von jeder Flügelanordnung umfasst, um eine Leckage in Umfangsrichtung zwischen den Flügelzellen zu reduzieren; d) einen ringförmigen Abstandhalter, welcher den drehbaren Kurvenring umgibt und eine innere Lagerfläche definiert, um selektiv eine Drehung des Kurvenrings aufzunehmen, um die effektive Förderleistung/Verdrängung der Pumpenkammer zu verändern, wobei der ringförmige Abstandhalter auch wenigstens einen Durchgang definiert, welcher in Fluidverbindung mit der wenigstens einen Öffnung steht, um Niederdruckfluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen; und e) vordere und hintere Seitenplatten, welche durch den ringförmigen Abstandhalter getrennt sind und die Pumpenkammer einschließen, wobei die vordere Seitenplatte wenigstens eine Auslassöffnung definiert, um Fluid von der Pumpenkammer abzugeben.
Pumpenanordnung nach Anspruch 9, wobei jede dynamische Flügeldichtung einen Dämpfer hat, welcher gegen die jeweilige Seitenplatte vorgespannt ist.
Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, ferner umfassend schwimmende vordere und hintere Rotordichtungen, um eine Leckage radial einwärts zu reduzieren, wobei jede Rotordichtung in einer Nut angeordnet ist, welche in jedem Ende des Rotors ausgebildet ist, wobei das Hochdruckfluid die vordere und die hintere Rotordichtung von der Pumpenkammer axial nach außen drängt, um eine effektive Dichtung zwischen den Rotordichtungen und der jeweiligen Platte zu erzeugen.
Pumpenanordnung, umfassend: a) ein Gehäuse, welches eine hydraulische Pumpenkammer definiert, wobei das Gehäuse auch wenigstens einen Einlass definiert, um Fluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen, und wenigstens einen Auslass definiert, um Fluid aus der Pumpenkammer austreten zu lassen; b) einen Rotor, welcher für eine axiale Drehung in der Pumpenkammer angebracht ist, um dem Fluid Energie zuzuführen; c) schwimmende vordere und hintere Rotordichtungen, um eine Leckage radial einwärts zu reduzieren, wobei jede Rotordichtung in einer Nut angeordnet ist, welche in jedem Ende des Rotors ausgebildet ist, wobei Abgabedruckfluid die vordere und die hintere Rotordichtung von der Pumpenkammer axial nach außen drängt, um eine effektive Dichtung zwischen den Rotordichtungen und dem Gehäuse zu erzeugen.
Pumpenanordnung nach Anspruch 12, wobei die schwimmenden Rotordichtungen wenigstens eine Drehungsverhinderungsnase umfassen, welche in eine jeweilige, in dem Rotor ausgebildete Vertiefung eingesetzt ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die schwimmenden Rotordichtungen eine Dichtungsseite und eine Rotorseite haben, wobei die Rotorseite einen Kanal definiert, um effektiv das Abgabedruckfluid einzufangen.
Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die schwimmenden Rotordichtungen eine Dichtungsseite und eine Rotorseite haben, wobei die Rotorseite teilweise verjüngt ist.
Flügelzellenpumpenanordnung variabler Förderleistung, umfassend: a) einen drehbaren Kurvenring mit einer Außenumfangsfläche, welche wenigstens einen Kurvenringschlitz definiert, und einer ellipti sche Innenbohrung, welche eine hydraulische Pumpenkammer definiert, wobei die Pumpenkammer eine kontinuierliche Kurveninnenfläche hat; b) eine Rotoranordnung, welche für eine axiale Drehung in der Innenbohrung des drehbaren Kurvenrings angebracht ist, um das Fluid mit Energie zu versorgen; c) einen ringförmigen Abstandhalter, welcher den drehbaren Kurvenring umgibt und selektiv eine Drehung des Kurvenring aufnimmt, um die effektive Förderleistung/Verdrängung der Pumpenkammer zu verändern; d) vordere und hintere Seitenplatten, welche durch den ringförmigen Abstandhalter getrennt sind und die Pumpenkammer einschließen; und e) wenigstens eine Schraube, welche den ringförmigen Abstandhalter, die vordere Seitenplatte und die hintere Seitenplatte bezüglich des drehbaren Kurvenring befestigt, wobei die wenigstens eine Schraube durch den wenigstens einen Kurvenringschlitz hindurchfährt, um als ein mechanischer Anschlag für die Bewegung des drehbaren Kurvenrings zu wirken.
Flügelzellenpumpenanordnung variabler Förderleistung/Verdrängung nach Anspruch 16, wobei der drehbare Kurvenring wenigstens eine Öffnung definiert, um Fluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen, wobei der ringförmige Abstandhalter wenigstens einen Durchgang in Fluidverbindung mit der wenigstens einen Öffnung definiert, um das Fluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen, und die Seitenplatten wenigstens eine Auslassöffnung zum Auslass des mit Energie versorgten Fluids aus der Pumpenkammer definieren.
Flügelzellenpumpenanordnung variabler Förderleistung/Verdrängung nach Anspruch 16 oder 17, ferner umfassend axial schwimmende ringförmige Stirnflächendichtungen, welche zwischen der Rotoranordnung und den vorderen und hinteren Seitenplatten angeordnet sind, wobei die Stirnflächendichtungen ausgebildet und konfiguriert sind, durch einen Abgabedruck gegen die jeweiligen Seitenplatten gedrückt zu werden, um eine radiale Leckage zu reduzieren.
Flügelzellenpumpenanordnung variabler Förderleistung/Verdrängung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Rotoranordnung eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten, sich radial erstreckenden Flügelschlitzen definiert, und ferner umfassend eine Fügelanordnung, welcher in jedem sich radial erstreckenden Flügelschlitz gelagert ist, um eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Flügelzellen zu definieren.
Flügelzellenpumpenanordnung variabler Förderleistung/Verdrängung nach Anspruch 19, wobei jede Flügelanordnung vordere und hintere federbelastete dynamische Stirnflächendichtungen hat, welche gegen die jeweiligen vorderen und hinteren Seitenplatten wirken, um eine Leckage zwischen benachbarten Flügelzellen in Umfangsrichtung zu reduzieren.
Hydrostatisch ausgeglichene doppelt wirkende Flügelzellenpumpenanordnung mit variabler Förderleistung, umfassend: a) einen drehbaren Kurvenring, welcher eine elliptische Innenbohrung hat, die eine hydraulische Pumpenkammer definiert, wobei die Pumpenkammer eine kontinuierliche Kurveninnenfläche aufweist und der drehbare Kurvenring auch gegenüberliegende Öffnungen definiert, um Fluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen; b) einen Rotor, welcher für eine axiale Drehung in der Innenbohrung des drehbaren Kurvenrings angebracht ist, wobei der Rotor eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten, sich radial erstreckenden Flügelschlitzen definiert; c) eine Flügelanordnung, welche in jedem sich radial erstreckenden Flügelschlitz gelagert ist, um eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Flügelzellen zu definieren; d) einen ringförmigen Abstandhalter, welcher den drehbaren Kurvenring umgibt und eine innere Lagerfläche definiert, um selektiv die Drehung des Kurvenrings aufzunehmen, um die effektive Förderleistung/Verdrängung der Pumpenkammer zu verändern, wobei der ringförmige Abstandhalter auch gegenüberliegende Durchgänge definiert, welche mit den gegenüberliegenden Öffnungen in Fluidverbindung stehen, um Fluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen; und e) vordere und hintere Seitenplatten, welche durch den ringförmigen Abstandhalter getrennt sind und die Pumpenkammer einschließen, wobei wenigstens die vordere Seitenplatte zwei diametral gegenüberliegende Auslassöffnungen definiert, um Hochdruckfluid aus der Pumpenkammer abzugeben.
Flügelzellenpumpenanordnung nach Anspruch 21, ferner umfassend: einen Schwenkarm, welcher sich von dem drehbaren Kurvenring und durch einen bogenförmigen Schlitz erstreckt, welcher in dem ringförmigen Abstandhalter ausgebildet ist, um den Kurvenring zu betätigen; und einen Aktuator zum Antrieb des Schwenkarms, um den Kurvenring innerhalb des ringförmigen Abstandhalters relativ zu den Seitenplatten zu bewegen.
Flügelzellenpumpenanordnung nach Anspruch 21 oder 22, ferner umfassend axial schwimmende ringförmige vordere und hintere Stirnflächendichtungen, welche jeweils zwischen dem Rotor und den vorderen und hinteren Seitenplatten angeordnet sind, wobei die Stirnflächendichtungen dazu ausgebildet und konfiguriert sind, durch einen Abgabedruck gegen die jeweiligen Seitenplatten gepresst zu werden, um eine radiale Leckage zu reduzieren.
Flügelzellenpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei die gegenüberliegenden Öffnungen des Kurvenrings diametral gegenüberliegen.
Flügelzellenpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei jede Flügelanordnung umfasst: einen Flügelkörper mit wenigstens einer radialen Bohrung; doppelte radiale äußere Flügelspitzen an dem Flügelkörper; und vordere und hintere nach außen hin vorgespannte dynamische Stirnflächendichtungen, welche jeweils gegen die vorderen und hinteren Seitenplatten wirken.
Hydrostatisch ausgeglichene, doppelt wirkende, Flügelzellenpumpenanordnung mit variabler Förderleistung, umfassend: a) einen drehbaren Kurvenring, welcher eine Außenumfangsfläche und eine elliptische Innenbohrung hat, welche eine hydraulische Pumpenkammer definiert, wobei die Pumpenkammer eine kontinuierliche Kurveninnenfläche hat, wobei der drehbare Kurvenring auch gegenüberliegende Öffnungen definiert, um Niederdruckfluid in die Fluidkammer eintreten zu lassen; b) einen Rotor, welcher für eine axiale Drehung innerhalb der Innenbohrung des drehbaren Kurvenrings angebracht ist, wobei der Rotor eine vordere und eine hintere Fläche hat und definiert: einen axialen Hohlraum; eine ringförmige Nut, welche zentral um den axialen Hohlraum herum angeordnet ist; eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Bohrungen, welche in Fluidverbindung mit der ringförmigen Nut stehen; eine Mehrzahl von winkeligen Bohrungen, welche sich von der ringförmigen Nut zu der vorderen und hinteren Stirnfläche des Rotors erstrecken; und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, sich radial erstreckenden Flügelschlitzen, welche mit den radialen Bohrungen in Fluidverbindung stehen; c) eine Flügelanordnung, welche in jedem sich radial erstreckenden Flügelschlitz gelagert ist, um eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Flügelzellen zu definieren; d) einen Unterflügelstift, welcher innerhalb jeder radialen Bohrung angeordnet ist; e) einen ringförmigen Abstandhalter, welcher den drehbaren Kurvenring umgibt und eine Innenlagerfläche definiert, um selektiv die Drehung des Kurvenring aufzunehmen, um die effektive Förderleistung/Verdrängung der Pumpenkammer zu verändern, wobei der ringförmige Abstandhalter auch gegenüberliegende Durchgänge definiert, welche mit den gegenüberliegenden Öffnungen in Fluidverbindung stehen, um Niederdruckfluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen; und f) eine vordere Seitenplatte, welche eine innere und eine äußere Fläche hat und definiert: einen zentralen axialen Durchgang für eine Antriebswelle; zwei diametral gegenüberliegende Einlassöffnungen, um Niederdruckfluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen; zwei diametral gegenüberliegende Auslassöffnungen, um Hochdruckfluid aus der Pumpenkammer abzugeben; einen Strömungsweg benachbart jeder Auslassöffnung, um den winkeligen Bohrungen Abgabedruck bereitzustellen; und gegenüberliegende Taschen, um Einlassdruckbereiche zu erzeugen, welche mit den Flügelschlitzen in Fluidverbindung stehen; und g) eine hintere Seitenplatte, welche eine innere und eine äußere Fläche hat und definiert: einen zentralen Axialdurchgang für eine Antriebswelle; zwei diametral gegenüberliegende Einlassöffnungen, um Niederdruckfluid in die Pumpenkammer eintreten zu lassen; zwei diametral gegenüberliegende Auslassöffnungen, um Hochdruckfluid aus der Pumpenkammer abzugeben; einen Strömungsweg benachbart jeder Auslassöffnung, um Abgabedruck den winkeligen Bohrungen bereitzustellen; und gegenüberliegende Taschen, um Einlassdruckbereiche zu erzeugen, welche mit den Flügelschlitzen in Fluidverbindung stehen, wobei: die vorderen und hinteren Seitenplatten durch den ringförmigen Abstandhalter getrennt sind, um die Pumpenkammer zu umschließen; Abgabedruck die Strömungswege benachbart jeder Auslassöffnung füllt, durch die winkeligen Bohrungen zu der ringförmigen Nut und in die radialen Bohrungen des Rotors strömt, um auf die Unterflügelstifte einzuwirken, um die jeweiligen Unterfügelstifte zu drücken und wiederum die jeweiligen Flügelanordnungen radial nach außen gegen die Kurvenflächen des Kurvenring zu drücken; wobei der Abgabedruck auch durch die Flügelschlitze strömt.
Flügelzellenpumpenanordnung nach Anspruch 26, ferner umfassend axial schwimmende ringförmige Stirnflächendichtungen, welche zwischen dem Rotor und den Innenflächen der Seitenplatten angeordnet sind, wobei die Stirnflächendichtungen und der Rotor derart ausgebildet und konfiguriert sind, dass die Stirnflächendichtungen durch einen Abgabedruck gegen die jeweiligen Seitenplatten gedrückt werden, um eine radiale Leckage zu reduzieren.
Flügelzellenpumpenanordnung nach Anspruch 26 oder 27, ferner umfassend eine zylindrische Hülse, welche in dem axialen Hohlraum des Rotors angeordnet ist, um die ringförmige Nut in dem Rotor abzudichten.
Flügelzellenpumpenanordnung nach Anspruch 28, wobei der Abgabedruck zwischen der zylindrischen Hülse und den Stirnflächendichtungen ein Fluidlager ausbildet.
Flügelzellenpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei der Abgabedruck zwischen dem Rotor und den Stirnflächendichtungen ein Fluidlager ausbildet.
Flügelzellenpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 26 bis 30, wobei jede Flügelzellenpumpenanordnung umfasst: einen Flügelkörper mit wenigstens einer radialen Bohrung.
Flügelzellenpumpenanordnung nach Anspruch 31, wobei die Flügelzellenpumpenanordnung auch einen sekundären radialen Hubpumpeffekt aufweist, welcher die wenigstens eine der radialen Bohrungen nutzen.
Flügelzellenpumpenanordnung nach Anspruch 32, wobei die zwei Einlassdruckgegentaschen mit Fluid gefüllt sind, welches von der wenigstens einen der radialen Bohrungen strömt, um einen gleichmäßigen Ein lassdruck unter den Flügelanordnungen in einem Einlassbereich bereitzustellen, und die Abgabeströmungswege verwendet werden, um einen gleichmäßigen Abgabedruck unter den Flügelanordnungen in einem Auslassbereich bereitzustellen, sodass eine Strömung zwischen den Einlassdruckgegentaschen und den Abgabeströmungswegen den sekundären radialen Hubpumpeffekt erzeugt.
Flügelzellenpumpenanordnung nach Anspruch 33, wobei der sekundäre radiale Hubpumpeffekt daraus resultiert, dass im Einlassbereich Fluid von der Flügeloberseite durch die wenigstens eine radiale Bohrung in jeder Flügelanordnung unter die Flügelanordnungen strömt und während sich die Flügelanordnungen drehen und in den Auslassbereich eintreten, jede Flügelanordnung durch den drehbaren Kurvenring nach innen gedrückt wird und wiederum ein entsprechendes Volumen unter Druck in die Abgabeströmungswege abgegeben wird.
Flügelzellenpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 26 bis 34, wobei jede Flügelanordnung ferner umfasst: doppelte radial äußere Flügelspitzen an dem Flügelkörper; und vordere und hintere nach außen hin vorgespannte dynamische Stirnflächendichtungen, welche jeweils gegen die vorderen und hinteren Seitenplatten wirken.