DE102009000155A1

DE102009000155A1 - Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE102009000155A1
Application number: DE200910000155
Authority: DE
Inventors: Werner Paul
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2010-07-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe (1) zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Lenksystems, mit einem Rotor (2) in dessen Umfangsfläche (3) über seine Breite sich erstreckende, im Wesentlichen radial verlaufende Schlitze (4) eingebracht sind, in denen radialverschiebliche Flügel (5, 5') gehalten sind, die an der Kontur eines verstellbaren Kurvenrings (6) bei Rotation des Rotors (2) entlanggeführt sind, und mit einer Stirnplatte und einer Steuerplatte (7), die den Rotor (2) und den Kurvenring (6) zwischen sich einschließen, wobei die Steuerplatte (7) und/oder die Stirnplatte einen Hinterflügelkanal (8) enthalten, die mit Hinterflügelräumen (9) zum Andrücken der Flügel (5, 5') zumindest im Saugbereich (10) an den Kurvenring (6) zusammenwirken. Um eine Flügelzellenpumpe anzugeben, die mit minimierter innerer Reibung arbeitet, ist vorgesehen, dass der Hinterflügelkanal (8) in zumindest vier Druckbereiche (11, 11', 11'', 11''') gegliedert ist, die einen mehrfach variierenden Druck auf die Hinterflügel (H) der Flügel (5, 5') definieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Lenksystems, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind in ihrem Fördervolumen variierbar Flügelzellenpumpen bekannt, wobei ein Rotor in einem Kurvenring rotiert. Der Kurvenring ist von je einer Seite mit einer Stirnplatte und mit einer Steuerplatte abgeschlossen. Der Kurvenring besitzt eine zur Drehachse des Rotors nicht koaxial verlaufende Kontur und bildet einen Pumpenraum aus. In der Umfangsfläche des Rotors sind über dessen Breite im Wesentlichen radial verlaufende Schlitze angeordnet, in denen radialverschiebliche Flügel geführt sind. Bei einer Rotation des Rotors werden die Flügel an der Kontur des Kurvenrings entlanggeführt, wobei zwischen zwei benachbarten Flügeln jeweils Kammern mit sich veränderndem Volumen gebildet sind. Entsprechend der Drehbewegung des Rotors wird ein Saugbereich und ein Pumpendruckraum oder Druckbereich ausgebildet, wobei der Saugbereich im Bereich sich vergrößernden Volumens und der Druckbereich im Bereich sich verkleinernden Volumens der Kammern angeordnet ist. Dem Saugbereich wird das Fluid über einen Saugkanal und mit tangentialem Abstand zueinander in der Stirn- und Steuerplatte angeordneten Saugnieren zugeführt. Über Drucknieren, die auch mit Druck-Sacknieren über die Kammern kommunizieren, wird das Fluid aus dem Pumpendruckraum zu einem Druckanschluß der Flügelzellenpumpe gelenkt.
Die in radialen Schlitzen des Rotors geführten Flügel sind in Anlagerichtung auf den Kurvenring fliehkraft- und druckbeaufschlagt. Zur Druckbeaufschlagung grenzen die Flügel gegen den Schlitzgrund sogenannte Hinterflügelkanäle ab, die stirnseitig im Überdeckungsbereich zu nierenförmigen, der Stirn- und/oder Steuerplatte zugeordneten Druckkanälen liegen, welche an der Stirnplatte angeschlossen sind, so beispielsweise mit der Druckseite der Flügelzellenpumpe in Verbindung stehen. Die Flügel werden bei Überstreichen des Saugbereichs der Flügelzellenpumpe durch Druck in den Hinterflügelräumen nach außen gedrückt. Im Druckbereich der Flügelzellenpumpe werden die Flügel von der Kurvenkontur des Kurvenrings nach innen gedrückt, wobei das Fluid aus dem Hinterflügelkanal zu einer saugseitigen Hinterflügelniere entweichen kann. Bei den bekannten Flügelzellenpumpen wird das funktionsgerechte Ausfahren der Flügel durch ein im Hinterflügelbereich durch Drosseln angestautes Fluid garantiert. Bedingt durch die gesteigerten Rotordrehzahlen werden die Flügel mit hoher Kraft an den Kurvenring angedrückt, wobei durch die erhöhte Reibung ein Wärmepotential entsteht, das sowohl bei den Flügeln als auch bei dem Kurvenring einen Verschleiß fördert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flügelzellenpumpe mit minimierter innerer Reibung anzugeben.
Die Aufgabe wird mit einer Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass der Hinterflügelkanal in zumindest vier Zonen oder Druckbereiche mit unterschiedlichem Druck aufgeteilt ist, wobei der Druck abhängig von der Position der jeweiligen Flügel – in Saugbereich oder Druckbereich, oder im Übergangsbereich zwischen Sog und Druck – gesteuert ist, ist der Hinterflügeldruck auf das nötige Maß in Abhängigkeit von der Position der Flügel reduziert.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Flügelzellenpumpe ist in einem Druckbereich oder Teilbereich des Hinterflügelkanals beim Überstreichen der Flügel des Saugbereichs der Flügelzellenpumpe ein geringerer Druck anliegend als in einem zweiten Druckbereich oder Teilbereich des Hinterflügelkanals beim Überstreichen der Flügel des Druckbereichs der Flügelzellenpumpe, das kann dadurch bewirkt werden, dass der Hinterflügelkanal im Saugbereich der Flügelzellenpumpe durch eine fluidische Verbindung mit einer Saugniere einen Druckabfall erhält, der durch Drosseln oder andere geeignete Widerstände in diesem Hinterflügelkanalbereich gegenüber anderen Druckbereichen stabilisiert werden kann.
Im zweiten Druckbereich des Hinterflügelkanals kann der Druck durch eine fluidische Verbindung mit einer Druckniere erhöht sein. Es kann auch zweckmäßig sein, einen dritten Druckbereich oder Teilbereich des Hinterflügelkanals zwischen dem ersten und zweiten Druckbereich und einen vierten Druckbereich des Hinterflügelkanals zwischen dem ersten und zweiten Druckbereich so anzusteuern, dass zumindest jeweils zwei Flügel in diesen Übergangsbereichen einen mittleren Hinterflügeldruck erfahren, der den Gegebenheiten in diesen Umschaltbereichen von Sog auf Druck und umgekehrt gerecht wird.
Insgesamt ist der mittlere Hinterflügeldruck über alle vier Druckbereiche im Vergleich zum Stand der Technik minimiert. Damit lassen sich auch die Oberflächengüten der Flügel-Reibflächen und des Kurvenrings herabsetzen und der Bearbeitungsaufwand für die Flügelzellenpumpe reduzieren. Insbesondere können die Oberflächen der Flügel, des Kurvenringes oder der Schlitze des Rotors für die Flügel ohne Bearbeitungsverfahren wie Honen, Läppen, Schleifen oder Reiben ausgeführt werden.
Eine Oberflächenbeschichtung des Kurvenringes und der Flügel erübrigt sich dadurch ebenso. Es lässt sich durch diese konstruktiven Maßnahmen der Steuerung des Hinterflügelkanal-Druckes der volumetrische Wirkungsgrad verbessern und der Wirkungsgrad der Flügelzellenpumpe erhöhen. Das geometrische Fördervolumen der Flügelzellenpumpe kann reduziert werden.
Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe lässt sich als Lenkhelfpumpe in einem Hilfskraftlenksystem ebenso einsetzen, wie in einem Fremdkraft- oder in einem Überlagerungslenksystem.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
In der Zeichnung zeigt:
1 einen teilweisen schematischen Querschnitt durch eine Flügelzellenpumpe mit variablem Fördervolumen.
In 1 ist in einem teilweisen schematischen Querschnitt eine Flügelzellenpumpe 1 zum Fördern eines Fluids wie Hydrauliköl und dergleichen für ein Hilfskraftlenksystem eines Personenkraftwagens gezeigt. In einem Gehäuse 13 der Flügelzellenpumpe 1 ist in deren Steuerplatte 7 und in einer nicht gezeigten Stirnplatte ein Rotor 2, der mit einer Welle 14 drehfest verbunden ist, drehbar gelagert. Der Rotor 2 ist mit in seiner Umfangsfläche 3 radial nach außen offenen Schlitzen 4 versehen, in denen Flügel 5, 5' radial gleitverschieblich geführt sind. Die Flügel 5, 5' liegen radial außen gegen den Innenumfang 15 eines Kurvenrings 6 an, der den Rotor 2 umschließt und der zusammen mit dem Rotor 2 und den an diesen angrenzenden Bereichen der Steuer- und Stirnplatte mit den Flügeln 5, 5' in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Arbeitskammern 16 gegeneinander abgrenzt.
Das Gehäuse 13 bildet einen Aufnahmeraum 17 für den Kurvenrings 6 in dem dieser verschwenkt und/oder verschoben werden kann, wobei diametral zu der Welle 14 liegende Steuerkammern 18, 18' durch den Kurvenring 6 dichtend abgegrenzt sind und zur Verschwenkung des Kurvenrings 6 mit unterschiedlichem Fluiddruck beaufschlagt werden können. Dadurch ändert sich das Volumen der Arbeitskammern 16 und die Fördermenge der Flügelzellenpumpe 1.
Über zumindest die Steuerplatte 7 des Gehäuses 13 erfolgt die saug- und/oder druckseitige Versorgung der Arbeitskammern 16 im Saugbereich 10 mittels einer Saugniere 19 und im Druckbereich 12 der Flügelzellenpumpe 1 über ein Druckniere 20 der Ausstrom des Fluids.
Insbesondere in Verbindung mit der Verstellbarkeit des Kurvenrings 6, den großen Drehzahlbereichen, über die solche Flügelzellenpumpen beim Einsatz in Kraftfahrzeugen zu arbeiten haben und in Verbindung mit den großen Leistungsspektren, die abzudecken sind, wird es anschaulich unter welch unterschiedlichen Arbeitsbedingungen eine radiale Anlage der Flügel 5, 5' gegen den Innenumfang des Kurvenrings 6 sicherzustellen ist. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Flügelzellenpumpe werden die Hinterflügel H der Flügel 5, 5' über einen ringförmigen Hinterflügelkanal 8, der in vier Druckbereiche unterteilt ist, mit Fluiddruck in ihren Hinterflügelräumen 9 beaufschlagt. Ein erster teilkreisförmiger Ringkanal 21, der sich im Hinterflügelbereich der Saugseite in der Steuerplatte 7 erstreckt und ein erster Druckbereich 11 des Hinterflügelkanals 8 definiert, ist mit einem geringeren Hinterflügeldruck beaufschlagt, als ein zweiter Ringkanal 22 oder zweiter Druckbereich 11', der sich über die Druckseite der Steuerplatte 7 erstreckt. Die Ringkanäle 21, 22 sind mit Drosseln miteinander verbunden. Der Differenzdruck zwischen den Ringkanälen 21, 22 wird durch Verschaltung des Ringkanals 21 im Saugbereich zusätzlich mit der Saugseite der Flügelzellenpumpe 1 bewirkt. Ein dritter Druckbereich 11'' des Hinterflügelkanals 8 erstreckt sich über zumindest einen tangentialen Abstand zwischen den beiden Flügeln 5, 5'. Ebenso ein vierter Druckbereich 11'''.
An jeweils einem Flügel 5 herrscht beim Überstreichen des dritten und vierten Druckbereichs 11'' und 11''' ein geringerer Hinterflügeldruck als an einem anderen Flügel 5'. Durch diesen über die Länge des Hinterflügelkanals 8 mehrfach variierenden, an die Saug- und Druckbereiche der Flügelzellenpumpe 1 angepassten Hinterflügeldruck ist das Druckniveau des Hinterflügelkanals 8 insgesamt im Vergleich zu Flügelzellenpumpen aus dem Stand der Technik abgesenkt. Die Oberflächen der Reibpaare – Flügel 5, 5', Kurvenring 6 – können dadurch durch Fräsen und/oder wenn überhaupt erforderlich, durch Schleifen dargestellt werden.

1: Flügelzellenpumpe
2: Rotor
3: Umfangsfläche
4: Schlitz
5, 5': Flügel
6: Kurvenring
7: Steuerplatte
8: Hinterflügelkanal
9: Hinterflügelraum
10: Saugbereich, v. 1
11, 11', 11'', 11''': Druckbereich
12: Druckbereich, v. 1
13: Gehäuse
14: Welle
15: Innenumfang
16: Arbeitskammer
17: Aufnahmeraum
18, 18': Steuerkammer
19: Saugniere
20: Druckniere
21: Ringkanal
22: Ringkanal
H: Hinterflügel

Claims

Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Lenksystems, mit einem Rotor (2) in dessen Umfangsfläche (3) über seine Breite sich erstreckende, im Wesentlichen radial verlaufende Schlitze (4) eingebracht sind, in denen radialverschiebliche Flügel (5, 5') gehalten sind, die an der Kontur eines verstellbaren Kurvenrings (6) bei Rotation des Rotors (2) entlanggeführt sind, und mit einer Stirnplatte und einer Steuerplatte (7), die den Rotor (2) und den Kurvenring (6) zwischen sich einschließen, wobei die Steuerplatte (7) und/oder die Stirnplatte einen Hinterflügelkanal (8) enthalten, die mit Hinterflügelräumen (9) zum Andrücken der Flügel (5, 5') zumindest im Saugbereich (10) an den Kurvenring (6) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterflügelkanal (8) in zumindest vier Druckbereiche (11, 11', 11'', 11''') gegliedert ist, die einen mehrfach variierenden Druck auf die Hinterflügel (H) der Flügel (5, 5') definieren.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Druckbereich (11) des Hinterflügelkanals (8) beim Überstreichen der Flügel (5, 5') des Saugbereichs (10) der Flügelzellenpumpe (1) einen geringeren Druck aufweist als ein zweiter Druckbereich (11') des Hinterflügelkanals (8) beim Überstreichen des Druckbereichs (12) der Flügelzellenpumpe (1).
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Druckbereich (11'') und ein vierter Druckbereich (11''') des Hinterflügelkanals (8) zwischen dem ersten und zweiten Druckbereich (11, 11') durch Drosseln so definiert ist, dass zumindest an zwei Flügeln (5, 5') bei Überstreichen des dritten und vierten Druckbereichs (11'', 11''') einen zu dem ersten Druckbereich (11) erhöhten Hinterflügeldruck aufweisen.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Hinterflügeldruck über alle vier Druckbereiche (11, 11', 11'', 11''') minimiert ist.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im ersten Druckbereich (11) des Hinterflügelkanals (8) durch eine fluidische Verbindung mit dem Saugbereich (10) der Flügelzellenpumpe (1) herabgesetzt ist.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Druckbereich (11') des Hinterflügelkanals (8) der Druck durch eine fluidische Verbindung mit dem Druckbereich (12) der Flügelzellenpumpe (1) erhöht ist.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (5, 5') der Flügelzellenpumpe (1) eine reduzierte Oberflächengüte aufweisen.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Flügel (5, 5') und/oder die Oberfläche der Schlitze (4) und/oder die Oberfläche des Kurvenrings (6) für die Flügel (5, 5') ohne Fertigungsverfahren wie, Honen, Läppen, Schleifen oder Reiben gebildet sind.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Kurvenringes (6) und/oder der Flügel (5, 5') nicht beschichtet ist.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelzellenpumpe (1) in einem Fremdkraft- oder Hilfskraftlenksystem mit oder ohne Überlagerungsfunktion eingesetzt ist.