DE102008049217A1 - Vorrichtung zum Abzweigen eines fluidischen Teilstroms - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Abzweigen eines fluidischen Teilstroms aus einem Hauptstrom mittels einer Hydropumpe, die, nach dem Verdrängerprinzip arbeitend, voneinander abgedichtete einzelne Kammern (12, 14, 16, 20) aufweist, mittels denen Fluid von der Eingangs- oder Saugseite (22) zur Ausgangs- oder Druckseite (24) der Hydropumpe transportierbar ist, wobei für den Teilstrom mindestens eine eigenständige Teilkammer vorgesehen ist, die Bestandteil der Druckseite (24) der Hydropumpe ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abzweigen eines fluidischen Teilstroms aus einem Hauptstrom mittels einer Hydropumpe, die nach dem Verdrängerprinzip arbeitend voneinander abgedichtete einzelne Kammern aufweist, mittels denen Fluid von der Eingangs- oder Saugseite zur Ausgangs- oder Druckseite der Hydropumpe transportierbar ist.
  • Dahingehende Hydropumpen sind im Stand der Technik in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. In der Regel dienen Hydropumpen dazu, mechanische Energie in Form von Drehmoment sowie Drehzahl in hydraulische Energie mit vorgebbarem Volumenstrom und Fluiddruck umzuwandeln. Hydropumpen, die nach dem sog. Verdrängerprinzip arbeiten, weisen im Pumpengehäuse abgedichtete einzelne Kammern auf, wobei in diesen Kammern Fluid von der Eingangsseite der Pumpe, gebildet aus einem Sauganschluß, zur Ausgangsseite in Form des Druckanschlusses transportiert wird. Da insoweit zwischen dem Sauganschluß und dem Druckanschluß keine direkte Verbindung besteht, eignen sich Pumpen nach dem Verdrängerprinzip insbesondere für hohe Fluid-System-Drücke.
  • Je nachdem, ob zur Realisierung des Verdrängerprinzips Flügel oder Kolben eingesetzt werden, unterscheidet man bauartbedingt Zahnradpumpen und Schneckenpumpen von der Flügelzellenpumpe und diese wiederum von der Radial- und Axialkolbenpumpe. Allen diesen Hydropumpen gemein ist, dass unabhängig davon, ob das Verdrängervolumen konstant oder variabel gehalten ist, jedenfalls das verdrängte Volumen sich immer nur auf einen zu fördernden Fluidstrom bezieht, der nachfolgend als Hauptstrom bezeichnet ist.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Lösungen derart weiter zu verbessern, dass in kostengünstiger Weise der Anwendungsbereich dahingehender Vorrichtungen mit Hydropumpe erweitert ist. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Vorrichtung mit der Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches 1.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht das Abzweigen eines fluidischen Teilstroms aus dem genannten Hauptstrom, wobei neben den bereits genannten, voneinander abgedichteten einzelnen Kammern für den jeweiligen Teilstrom noch mindestens eine eigenständige weitere Teilkammer vorgesehen ist, die Bestandteil der Druckseite der jeweils eingesetzten Hydropumpe ist, die bevorzugt nach dem Verdrängerprinzip arbeitet.
  • Durch den abgezweigten Teilstrom aus dem Hauptstrom ist es möglich, den Teilstrom für verschiedenste Aufgabengebiete einzusetzen, wobei sowohl das Fluidvolumen des Teilstroms als auch dessen Fluiddruck je nach Auslegung der Vorrichtung vorgebbar ist. Der dahingehende fluidische Teilstrom kann mithin unabhängig vom Hauptstrom für die Versorgung einzelner fluidischer Verbraucher eingesetzt werden. Auch ist über den Teilstrom eine Notversorgung von hydraulischen Komponenten im Bereich der Wankstabilisierung oder von Lenkunterstützungssystemen im Versagensfall ohne weiteres möglich. Ferner kann der Teilstrom, der aus dem Hauptstrom abgezweigt ist, einer sensorischen Überprüfung unterzogen werden, beispielsweise auf seinen Verschmutzungsgrad hin analysiert werden, um dergestalt qualitative Aussagen über den Hauptstrom zu erhalten. Hier sind eine Vielzahl von Anwendungen in verschiedensten technischen Gebieten möglich.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Hydropumpe eine Flügelzellenpumpe ist. Vorzugsweise sind dabei die einzelnen Flügel der Flügelzellenpumpe in einem antreibbaren Rotor längsverschiebbar zwischen einer Endstellung im Rotor und einer die Verschiebbarkeit der Flügel nach außen hin begrenzenden Umfassungswand eines Stators derart geführt, dass für mindestens einen Teil der Flügel jeweils zwei gegenüberliegende Fluidräume zwischen diesen und dem Rotor sowie dem Stator gebildet sind. Aufgrund der gegenüberliegenden Fluidräume lassen sich je nach deren volumetrischer Ausgestaltung für verschiedene Anwendungsfälle unterschiedliche Druckniveaus mittels einer Vorrichtung realisieren, was insoweit auch für den Hauptstrom zu weiteren Möglichkeiten der Anpassung an Anforderungen des hydraulischen Kreises führt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung braucht jedoch nicht für den Einsatz bei einer Flügelzellenpumpe eingeschränkt zu sein, sondern grundsätzlich können hier alle Hydropumpen, die nach dem Verdrängerprinzip oder einem vergleichbaren Prinzip arbeiten, zur Anwendung kommen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Teilstrombildung mit beliebig vorgebbarem Volumenanteil ist je nach Auslegung der Vorrichtung bevorzugt in der Art eines modularen Bausteins ausgebildet, der mit anderen Komponenten, wie beispielsweise Antriebseinheiten und/oder Filtereinheiten, unter Bildung fluidischer Gesamteinrichtungen kombinierbar ist; als Einzelbaustein aber auch in Komplettsystemen, wie der Wankstabilisierung, der Lenkunterstützung etc., einsetzbar ist, wo man für diverse Steuerungsaufgaben, aber auch für Notfunktionen eigenständige Teilvolumenströme benötigt.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
  • Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
  • 1 in der Art eines Längsschnitts die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der untere Bildrand der einfacheren Darstellung wegen teilweise abgeschnitten wiedergegeben ist;
  • 2 in der Art einer Explosionszeichnung den Gegenstand nach der 1, jedoch in einer hierzu versetzten Bildebene dargestellt;
  • 3 eine stirnseitige Unteransicht auf den Kammerblock nach den 1 und 2;
  • 4 ein mögliches Anwendungsbeispiel für die in den 1 bis 3 gezeigte Vorrichtung.
  • Die in den 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung dient dem Abzweigen eines fluidischen Teilstroms aus einem Hauptstrom mittels einer Hydropumpe 10, die nach dem Verdrängerprinzip arbeitend voneinander abgedichtete einzelne Kammern 12, 14, 16, 18 und 20 aufweist, mittels deren Fluid von der Eingangs- oder Saugseite 22 zur Ausgangs- oder Druckseite 24 der Hydropumpe 10 transportierbar ist.
  • Für den abzuzweigenden Teilstrom ist eine eigenständige Teilkammer 26 vorgesehen, die Bestandteil der Druckseite 24 der Hydropumpe 10 ist zusammen mit der dritten Kammer 16, der vierten Kammer 18 sowie der fünften Kammer 20, wohingegen die erste Kammer 12 und die zweite Kammer 14 der Saugseite 22 zugeordnet sind.
  • Als Hydropumpe 10 dient im vorliegenden Fall eine Flügelzellenpumpe, deren Drehrichtung in der 3 mit einem Pfeil 28 wiedergegeben ist. Die einzelnen Flügel 30 der Flügelzellenpumpe sind in einem antreibbaren Rotor 32 längsverschiebbar zwischen einer Endstellung im Rotor 32 und einer die Verschiebbarkeit der Flügel 30 nach außen hin begrenzenden Umfassungswand 34 eines Stators 36 derart geführt, dass für die Flügel 30 jeweils zwei gegenüberliegende Fluidräume 38, 40 zwischen diesen und dem Rotor 32 sowie dem Stator 36 gebildet sind.
  • Wie sich weiter aus der 3 ergibt, erweitern sich in Drehrichtung gesehen der rechte Fluidraum 38 sowie die Fluidräume 40 und üben insoweit eine Saugwirkung auf den Hauptfluidvolumenstrom aus unter Einbezug der Einzelkammern 12 und 14. In Blickrichtung auf die 3 gesehen hingegen verjüngen sich in Drehrichtung der Flügelzellenpumpe die Fluidräume 38 und 40 bezogen auf die Kammern 16, 18 und 20, so dass insoweit mit einem vorgebbaren Druckniveau der Hauptstrom auf die Ausgangs- oder Druckseite 24 gelangt. Das dahingehende Verdrängerprinzip ist bei Flügelzellenpumpen und vergleichbaren Verdrängerpumpen bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr im einzelnen näher eingegangen wird. Aufgrund der einzelnen Kammern nebst den Fluidräumen 38 und 40 sowohl auf der Saugseite 22 als auch auf der Druckseite 24 läßt sich jedoch für die einzelnen Kammern 12 gegenüber 14 sowie 16 und 18 gegenüber 20 ein unterschiedliches paarweise zusammenhängendes Druckniveau einstellen, so dass insoweit auch zwei voneinander separierte Hauptströme mittels der Vorrichtung ansteuerbar wären. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch mit den Kammern 12, 14, 16, 18 und 20 nur ein Hauptfluidstrom gemeinsam gefördert.
  • Zur Bildung des fluidischen Teilstroms dient die Teilkammer 26, die von den anderen genannten Kammern insoweit räumlich separiert ist und einen separaten Teilstromauslaß 42 aufweist. Über den genannten Teilstromauslaß 42 wird die Teilstrommenge abgeführt, die der jeweilige Flügel 30 in Verschieberichtung auf den zweiten Fluidraum 40 insoweit aus der Vorrichtung ausschiebt. Da die Flügel 30 in unmittelbarer Aufeinanderfolge die Teilkammer 26 durchqueren, wird permanent Fluid auf der Druckseite 24 der Vorrichtung über den Teilstromauslaß 42 nach außen abtransportiert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Teilstrom nach Versorgen eines hydraulischen Verbrauchers, zur Realisierung einer Notfunktion oder nach Durchlaufen einer Sensoreinheit (nicht dargestellt) auf die Saugseite der Vorrichtung gebracht und über den Teilstromeinlaß 44 der Vorrichtung wiederum zugeführt.
  • Insgesamt bleibt insoweit festzuhalten, dass ein Teil der Fluidräume 38, 40 den einzelnen Kammern 12, 14, 16, 18 und 20 der Saug 22- und der Druckseite 24 der Hydropumpe 10 zugeordnet sind und dass ein anderer Teil, gebildet durch mindestens einen der Fluidräume 40, der Teilkammer 26 für die Teilstrombildung zugeordnet ist. Wie insbesondere die Explosionszeichnung nach der 2 zeigt, ist der Stator 36 aus einem zylindrischen Hohlring gebildet, der in einem Gehäuse 46 der Vorrichtung aufnehmbar ist. Der Rotor 32 mit seinen einzelnen Flügeln 30 ist exzentrisch mit seiner Antriebsachse im Stator 36 aufgenommen zwecks Realisierung des bereits beschriebenen Flügelzellenpumpenprinzips. Die aufgezeigten Kammern 12, 14, 16, 18, 20 und 26 wiederum sind Bestandteil eines eigenständigen Kammerblocks 48, wobei der einfacheren Darstellung wegen die vierte Kammer 18 in der 2 nicht dargestellt ist. Der Kammerblock 48 schließt nach außen hin bündig mit dem Vorrichtungsgehäuse 46 (vgl. 1) ab und ist zum Inneren in Richtung des Stators 36 über einen Dichtring 50 entsprechend abgedichtet. Für eine Abdichtung an sich anschließende Vorrichtungsteile kann auf der gegenüberliegenden Seite des Kammerblockes 48 ein weiterer Dichtring 52 vorhanden.
  • Für den Antrieb der Flügelzellenpumpe dient eine Antriebswelle 54, die nach außen hin über einen gekammerten Dichtring 56 abgedichtet ist, sowie über einen eigenständigen Dichtring 58 gegenüber einer Antriebswelle 60 eines Elektromotors 62 (vgl. 4). Bei der Darstellung nach der 2 ist der Teilstromauslaß 42 gegenüber der Darstellung nach der 1 in der Bildebene um einen Schwenkwinkel von etwa 120° versetzt dargestellt.
  • Wie sich des weiteren aus den Figuren ergibt, münden die Kammern 12, 14, 16, 18 und 20 von Saug 22- und Druckseite 24 innerhalb des Kammerblockes 48 zu dessen beiden gegenüberliegenden Stirnseiten 64, 66 in die Umgebung, bis auf die Teilkammer 26 für die Teilstrombildung, die auf ihrer der Hydropumpe 10 abgewandten Seite nach außen hin durch Wandteile 68 des Kammerblockes 48 (1) abgeschlossen ist. Ferner sind die einzelnen Kammern 12, 14, 16, 18 und 20 sowie 26 in konzentrischer Anordnung zur Antriebsachse (Antriebswelle 60) der Hydropumpe verlaufend angeordnet und im übrigen sichelförmig ausgebildet. Dabei bildet die erste Kammer 12 mit der dritten und vierten Kammer 16 bzw. 18 den äußeren konzentrischen Ring und die zweite Kammer 14 mit der fünften Kammer 20 und der Teilkammer 26 liegen auf der inneren konzentrischen Kreisbahn um die Antriebsachse. Sofern für die Hydropumpe 10 andere Verdrängerpumpen zum Einsatz kommen sollten, ist insoweit eine andere Anordnung zu wählen, wobei für das Ausgliedern des Teilstroms aus dem Hauptstrom hierfür eine eigenständige Abzweigkammer notwendig ist mit separatem Auslaß gegenüber den Einlässen und Auslässen für den Hauptstrom.
  • Im folgenden wird anhand der 4 ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung der beschriebenen Vorrichtung aufgezeigt. Dabei ist die Vorrichtung nach den 1 bis 3 auf eine als Ganzes mit 70 bezeichnete Filtereinheit aufgesetzt, die üblicher Bauart ist. Die Filtereinheit 70 weist ein austauschbares Filterelement 72 in einem Filtergehäuse 74 auf, wobei die Filtermatte 76 des Filterelementes 72 innenumfangsseitig von einem üblichen Stützrohr 78 mit sternförmig angeordneten Innenwänden 80 abgestützt ist. Ferner weist die Filtereinrichtung 70 auf ihrer Oberseite einen Fluideinlaß 82 auf sowie einen Fluidauslaß 84, die den Hauptstrom führen. Des weiteren weist die Filtereinrichtung 70 eine als Ganzes mit 86 bezeichnete Bypaßeinrichtung auf, die den Fluidweg zwischen erfindungsgemäßer Vorrichtung und dem Fluidauslaß 84 unmittelbar freigibt, sofern das Filterelement 72 aufgrund von Verschmutzungen verblockt ist.
  • Gegenüberliegend zu der Filtereinrichtung 70 und von oben her auf die erfindungsgemäße Vorrichtung aufsitzend ist der Elektromotor 62 vorgesehen, wobei der einfacheren Darstellung wegen die Elektrowicklung weggelassen wurde. Der Elektromotor 62 treibt insoweit die Antriebswelle 60 an, die in Blickrichtung auf die 4 gesehen mit ihrem unteren Ende in den Rotor 32 der Flügelzellenpumpe eingreift, um so deren Antrieb zu gewährleisten. Ist die Flügelzellenpumpe als Hydropumpe 10 in Betrieb, saugt sie über ihre Saugseite 22 Fluid über den Fluideinlaß 82 an und auf der Druckseite 24 wird die dahingehende Fluidmenge des Hauptstroms über eine Durchlaßstelle 88 (vgl. 1) in den Fluidraum 90 zwischen Filtergehäuse 74 und Filterelement 72 eingebracht, wobei nach Durchströmen des Filterelementes 72 von außen nach innen über die Wandführung des Stützrohres 78 das abgereinigte Fluid über den Fluidauslaß 84 aus der Vorrichtung herausgeführt wird. Gleichzeitig wird bei dem dahingehenden Förder betrieb für den Hauptstrom Nebenstromfluid über den Teilstromeinlaß 44, beispielsweise von einer Sensoreinrichtung stammend, angesaugt, und über die separate Teilkammer 26 und den Teilstromauslaß 42 wiederum an die Sensoreinrichtung (nicht dargestellt), beispielsweise zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades eines Teils des Fluids des Hauptstromes weitergeleitet.
  • Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist nur exemplarisch und die erfindungsgemäße Vorrichtung kann immer dort eingesetzt werden, wo eine Teilstrommenge aus einem Hauptstrom benötigt wird. Dergestalt lassen sich auch Notfunktionen bei Wankstabilisierungseinrichtungen im Fahrzeug und/oder Lenkhilfseinrichtungen mit Teilstromfluid versehen.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Abzweigen eines fluidischen Teilstroms aus einem Hauptstrom mittels einer Hydropumpe (10), die nach dem Verdrängerprinzip arbeitend voneinander abgedichtete einzelne Kammern (12, 14, 16, 18, 20) aufweist, mittels deren Fluid von der Eingangs- oder Saugseite (22) zur Ausgangs- oder Druckseite (24) der Hydropumpe (10) transportierbar ist, wobei für den Teilstrom mindestens eine eigenständige Teilkammer (26) vorgesehen ist, die Bestandteil der Druckseite (24) der Hydropumpe (10) ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydropumpe (10) eine Flügelzellenpumpe ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Flügel (30) der Flügelzellenpumpe in einem antreibbaren Rotor (32) längsverschiebbar zwischen einer Endstellung im Rotor (32) und einer die Verschiebbarkeit der Flügel (30) nach außen hin begrenzenden Umfassungswand (34) eines Stators (36) derart geführt sind, dass für mindestens einen Teil der Flügel (30) jeweils zwei gegenüberliegende Fluidräume (40, 38) zwischen diesen (30) und dem Rotor (32) sowie dem Stator (36) gebildet sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Fluidräume (38, 40) den einzelnen Kammern (12, 14, 16, 18, 20) der Saug(22)- und der Druckseite (24) der Hydropumpe (10) zugeordnet sind und dass ein anderer Teil gebildet durch mindestens einen der Teilräume (40) der Teilkammer (26) für die Teilstrombildung zugeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Saug(22)- und der Druckseite (24) der Hydro pumpe (10) jeweils mindestens zwei Kammern (12, 14; 16, 18, 20, 26) in einem Kammerblock (48) der Vorrichtung angeordnet sind und dass ein Teil der Kammern (12, 16, 18) dem einen Fluidraum (38) und der andere Teil der Kammern (14, 20, 16) dem anderen Fluidraum (40) eines jeden Flügels (30) zuordenbar ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (12, 14, 16, 18, 20) von Saug(22)- und Druckseite (24) innerhalb des Kammerblockes (48) zu dessen beiden gegenüberliegenden Stirnseiten (64, 66) in die Umgebung münden und dass die Teilkammer (26) für die Teilstrombildung auf ihrer der Hydropumpe (10) abgewandten Seite nach außen hin abgeschlossen ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kammern (12, 14, 16, 18, 20, 26) in konzentrischer Anordnung zu einer Antriebswelle (60) eines Elektromotors (62) verlaufen und sichelförmig ausgebildet sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Hauptstrom auf der Druckseite (24) der Hydropumpe (10) abgezweigte Teilstrom einem hydraulischen Verbraucher, vorzugsweise in Form einer Sensoreinrichtung, zuführbar ist, nach dessen Durchlaufen der Teilstrom auf die Saugseite (22) der Hydropumpe (10) zurückkehrt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass für den Antrieb der Hydropumpe der Elektromotor (62) dient und dass für eine Filtration des Fluids des Hauptstroms eine Filtereinheit (70) vorgesehen ist, die auf gegenüberliegenden Seiten an die Vorrichtung als Teil derselben anschließbar sind.
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