DE102009037443A1

DE102009037443A1 - Selbstansaugende Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE102009037443A1
Application number: DE102009037443A
Authority: DE
Inventors: Steven P. Dexter Moorman
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2029-08-14
Also published as: US8016577B2; DE102009037443B4; US20100040464A1; CN101655088B; CN101655088A

Abstract

Eine selbstansaugende Flügelzellenpumpe umfasst einen zylindrischen Rotor, der in einem Hohlraum in einem Gehäuse angeordnet ist, das Einlass- und Auslassöffnungen umfasst. Der Rotor definiert eine Vi denen jeder einen einer gleichen Vielzahl von Flügeln aufnimmt. Eine in sich geschlossene ringförmige Schraubenfeder oder ein ähnlicher elastischer Ring ist innerhalb des Rotors angeordnet und stellt eine radial nach außen gerichtete Kraft auf die Flügel bereit, welche deren Kontakt mit den Hohlraumwänden beim Pumpenstart aufrecht erhält und die Pumpe schnell selbst ansaugen lässt. Die Feder oder der Ring ruht auf einem Absatz innerhalb des hohlen Rotors und wird darin durch einen eingepressten Kranz festgehalten.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Flügelzellenpumpen und insbesondere eine selbst ansaugende Flügelzellenpumpe.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformation bezüglich der vorliegenden Offenbarung bereit und können den Stand der Technik bilden oder auch nicht.
Zahnradpumpen und Rotorpumpen mit innenverzahntem Rotor sind oft die bevorzugte Wahl für eine Konstantpumpe oder Verdrängerpumpe bei Anwendungen, welche Durchsätze und Drücke von niedrigen bis mittleren Nennwerten benötigen. Ein Nachteil derartiger Pumpen ist jedoch deren Wirkungsgrad. Aufgrund ihres Aufbaus findet eine Rückströmung oder ein Lecken durch die ineinandergreifenden Rotoren hindurch und um die Enden der Rotoren herum statt, wenn sie in Betrieb sind, was zu einer verringerten Vorwärtsströmung bzw. einem verringerten Vorwärtsdurchsatz und somit einem verringerten Pumpwirkungsgrad führt.
Flügelzellenpumpen mit fester Verdrängung arbeiten in den gleichen Durchsatz- und Druckbereichen und bieten aufgrund verringerten Leckens und verringerter Rückströmung einen verbesserten Wirkungsgrad. Das derart verringerte Lecken und die derart verringerte Rückströmung sind das Resultat einer besseren Abdichtung zwischen den äußeren Rän dern der Flügel und den Wänden des Rotorhohlraums. Da der Kontakt zwischen den Pumpenflügeln und dem Pumpenhohlraum und somit die Dichtungsqualität jedoch primär das Ergebnis einer Zentrifugalkraft und eines Leitungsdrucks ist, der auf den Mittelpunkt des Rotors wirkt, welche beide die Flügel nach außen drücken, um gegen die Wand des Pumpenhohlraums abzudichten, erhöht sich die Dichtungsqualität mit höheren Drehzahlen und einem höheren Leitungsdruck und verringert sich mit niedrigeren Drehzahlen und einem niedrigeren Leitungsdruck. Dieser Aspekt des Betriebs einer Flügelzellenpumpe ist besonders beim Starten einer nicht ansaugenden Pumpe problematisch. Da die Pumpe beim Starten typischerweise mit verringerter Drehzahl und einem Druck von Null betrieben wird, ist die Abdichtungsqualität niedrig und dieses Problem wird durch den nicht ansaugenden Status der Pumpe derart verschärft, dass das Herstellen des Ansaugens und das Liefern von druckbeaufschlagtem Fluid eine unerwünscht lange Zeitspanne dauern kann.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung für die zwei Probleme des Startens einer nicht ansaugenden Flügelzellenpumpe bereit.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine selbstansaugende Flügelzellenpumpe mit fester Verdrängung bereit. Die Pumpe umfasst einen hohlen zylindrischen Rotor, der in einem elliptischen Hohlraum in einem Gehäuse angeordnet ist, welches Einlass- und Auslassöffnungen umfasst. Der Rotor definiert eine Vielzahl sich axial erstreckender Schlitze, wobei jeder einen Flügel einer gleichen Vielzahl von Flügeln aufnimmt. Eine in sich geschlossene ringförmige Schraubenfeder (engl.: garter spring) oder ein ähnlicher elastischer Ring ist innerhalb des Rotors angeordnet und stellt eine radial nach außen gerichtete Kraft auf die Flügel bereit, welche deren Kon takt mit den Hohlraumwänden während eines Startens der Pumpe aufrecht erhält und die Pumpe schnell zum Selbstansaugen bringt. Die Feder oder der Ring ruht auf einem Absatz in dem hohlen Rotor und ist darin durch einen eingepressten Kranz festgehalten.
Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine selbstansaugende Flügelzellenpumpe bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine selbstansaugende Flügelzellenpumpe mit fester Verdrängung bereitzustellen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flügelzellenpumpe mit einer Feder bereitzustellen, welche die Pumpenflügel in Kontakt mit der Wand des Pumpenhohlraums drückt.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flügelzellenpumpe mit einer in sich geschlossenen ringförmigen Schraubenfeder bereitzustellen, die in dem Pumpenrotor angeordnet ist, welche die Pumpenflügel in Kontakt mit der Wand des Pumpenhohlraums drückt.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flügelzellenpumpe mit einem elastischen Ring bereitzustellen, der in dem Pumpenrotor angeordnet ist, welcher die Pumpenflügel in Kontakt mit der Wand des Pumpenhohlraums drückt.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine selbstansaugende Flügelzellenpumpe mit einer Feder bereitzustellen, die in dem Pumpenrotor angeordnet ist und von einem Kranz festgehalten wird, welche die Pumpenflügel in Kontakt mit der Wand des Pumpenhohlraums drückt.
Weitere Aufgaben, Vorteile und Anwendungsgebiete ergeben sich aus der hier bereitgestellten Beschreibung. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele nur zur Veranschaulichung gedacht sind und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
1 ist eine Vollschnittansicht einer selbstansaugenden Flügelzellenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einem Automatikgetriebe angeordnet ist;
2 ist eine Endansicht einer selbstansaugenden Flügelzellenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Teilschnittansicht entlang einer Linie A-A von 1 einer selbst ansaugenden Flügelzellenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Teilschnittansicht entlang einer Linie B-B von 1 einer selbst ansaugenden Flügelzellenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung; und
5 ist eine Draufsicht auf einen Rückhaltekranz einer selbst ansaugenden Flügelzellenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist rein beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten nicht einschränken.
Mit Bezug auf 1 ist ein Abschnitt eines Automatikgetriebes, welches die vorliegende Erfindung enthält, veranschaulicht und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Automatikgetriebe 10 umfasst ein Gehäuse 12, von dem ein Abschnitt in 1 veranschaulicht ist. Das Gehäuse 12 umhüllt und schützt verschiedene Komponenten des Automatikgetriebes 10, wie etwa ein Flügelzellenpumpengehäuse 14 und eine Antriebswelle 16, welche in dem Flügelzellenpumpengehäuse 14 gelagert ist. Eine Frontplatte 18, die von geeigneten Befestigungselementen, wie etwa Schrauben 19 festgehalten wird, verschließt die Vorderseite des Flügelzellenpumpengehäuses 14. Die Antriebswelle 16 treibt eine Flügelzellenpumpe 20 an, welche die vorliegende Erfindung beinhaltet. Die Flügelzellenpumpe 20 saugt Hydraulikfluid oder Öl aus einem (nicht veranschaulichten) Sumpf in dem Getriebegehäuse 12 an und liefert ein derartiges Hydraulikfluid oder Öl unter Druck an die verschiedenen Steuerungsschaltungen und Einrichtungen (nicht veranschaulicht) des Automatikgetriebes 10, sowie an die Lager, Kupplungen und Bremsen (ebenfalls nicht veranschaulicht), um sie zu schmieren und zu kühlen.
Mit Bezug nun auf 2 enthält die Flügelzellenpumpe 20 wie angemerkt ein Gehäuse 14, welches einen elliptischen oder ovalen Pumpenhohlraum 22 enthält, der von einer elliptischen oder ovalen Wand 24 definiert wird. Es ist festzustellen, dass andere Wandprofile als elliptische oder ovale ebenfalls verwendet werden können. Zur Drehung innerhalb des Pumpen hohlraums 22 ist ein hohler zylindrischer Pumpenrotor 26 zentral angeordnet. Der Pumpenhohlraum 22 ist folglich durch die Außenfläche des Pumpenrotors 26 und die elliptische oder ovale Wand 24 definiert und hat daher die Gestalt zweier einander gegenüberliegender und symmetrischer bogenförmiger oder halbmondähnlicher erster und zweiter Pumpenkammern 28A und 28B. Benachbart zu den zwei Regionen, bei denen die erste und zweite Pumpenkammer 28A und 28B am schmalsten sind, ist eine Vielzahl von Öffnungen angeordnet, welche für eine Fluidverbindung in die Kammern 28A und 28B hinein und aus diesen heraus sorgen. Zur Erläuterung wird angenommen, dass sich der Pumpenrotor 26 bei der Ansicht von 2 im Uhrzeigersinn dreht. Bei einem derartigen Betrieb liefert eine erste Einlassöffnung 32A Hydraulikfluid oder Öl an die erste Pumpenkammer 28A und eine erste Auslassöffnung 34A stößt das druckbeaufschlagte Hydraulikfluid oder Öl aus der ersten Pumpenkammer 28A aus. Gleichermaßen liefert eine zweite Einlassöffnung 32B Hydraulikfluid oder Öl in die zweite Pumpenkammer 28B und eine zweite Auslassöffnung 34B stößt das druckbeaufschlagte Hydraulikfluid oder Öl aus der zweiten Pumpenkammer 28B aus. Eine Drehung des Pumpenrotors 26 in die entgegengesetzte Richtung, d. h. bei der Ansicht von 2 entgegen dem Uhrzeigersinn, wird die Funktion und somit die Zuordnung der Einlassöffnungen 32A und 32B und der Auslassöffnungen 34A und 34B umdrehen, wie der Fachmann für Flügelzellenpumpen leicht feststellt.
Der Pumpenrotor 26 umfasst eine Vielzahl von, aber vorzugsweise wie veranschaulicht vier, gleichmäßig um den Umfang herum beabstandete, axial verlaufende und radial orientierte Schlitze 36, von denen jeder einen einer gleichen Vielzahl von Pumpenflügeln 40 aufnimmt. Es ist festzustellen, dass mehr oder weniger Schlitze 36 und Pumpenflügel 40 in Abhängigkeit von den Entwurfskriterien der Flügelzellenpumpe 20 verwendet werden können. Jeder von der Flügelzellenpumpe 20 erzeugte Druck wird von einem (nicht veranschaulichten) Durchgang an den Mittelpunkt der Pumpe 20 geleitet, um die Pumpenflügel 40 radial nach außen zu treiben, um die Dichtung zu unterstützen. Wenn sich der Pumpenrotor 26 dreht, gleiten die Pumpenflügel 40 radial nach innen und nach außen und kontaktieren die elliptische oder ovale Wand 24 des Pumpenhohlraums 22 aufgrund der Zentrifugalkraft und des Drucks in der Mittelachse, der durch eine Rotation des Rotors 26 erzeugt wird.
Es ist klar, dass eine ausreichend gute Abdichtung zwischen den äußeren Rändern der Pumpenflügel 40 und der elliptischen oder ovalen Wand 24 des Pumpenhohlraums 22 aufrecht erhalten werden muss, damit die Flügelzellenpumpe 20 druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid oder Öl bereitstellen kann. Wenn sich der Pumpenrotor 26 relativ schnell dreht, wird die notwendige Abdichtungsqualität durch die Zentrifugalkraft und den Mittelachsendruck erreicht. Bei niedrigen Drehzahlen kann der Pumpenwirkungsgrad aufgrund der verringerten Zentrifugalkraft und des erhöhten Leckens abfallen. Das Szenario mit dem schlechtesten Fall ist das Starten einer nicht ansaugenden Pumpe. Wenn trotz des Fehlens von Öl oder Fluid, einer verringerten Betriebsdrehzahl, einer verringerten Zentrifugalkraft und damit einer verringerten Abdichtungsqualität kein ausreichender Sog erzeugt werden kann, kann die Flügelzellenpumpe zum Ansaugen eine ungewünscht lange Zeit benötigen.
Mit Bezug nun auf 2, 3 und 4 ist der Pumpenrotor 26 wie angemerkt hohl und umfasst eine abgestufte Innenwand 44 mit einem ersten Absatz 46 mit kleinerem Durchmesser benachbart zu dem Mittelpunkt seiner axialen Länge. Der Absatz empfängt und stützt eine nominal kreisförmige Feder 50, d. h. eine Feder, die in ihrem entspannten Zustand kreisförmig ist. Die Feder 50 kann eine in sich geschlossene ringförmige Schraubenfeder sein oder sie kann ein Ring aus einem elastischen Material sein, wie etwa einem Elastomer, z. B. Gummi oder Neopren. Faktisch ist jedes beliebige geeignet robuste und haltbare Material oder jede Federkonfiguration, welche zum Bereitstellen einer radial nach außen gerichteten Vorspannkraft für die Pumpenflügel 40 in der Lage ist, geeignet. Vorzugsweise ist die Feder 50 axial so angeordnet, dass sie mit dem axialen Mittelpunkt der Pumpenflügel 40 in Eingriff tritt, um sie parallel zu der elliptischen oder ovalen Wand 24 des Pumpenhohlraums 22 vorzuspannen und zu halten.
Mit Bezug nun auf 4 und 5 wird die Feder 50 in Position auf dem Absatz 46 der Innenwand 44 und in Kontakt mit den Innenrändern der Pumpenflügel 40 durch eine Scheibe oder einen Kranz 52 gehalten. Die Scheibe oder der Kranz 52 umfasst eine Vielzahl von, vorzugsweise vier, wie veranschaulicht, schmalen Schlitzen 54, welche jeden der Pumpenflügel 40 aufnehmen und diesen Spielraum bereitstellen, wenn sie sich in dem Pumpenrotor 26 hin- und herbewegen. Die Scheibe oder der Kranz 52 wird eine Anzahl von Schlitzen 54 enthalten, die mindestens gleich der Anzahl von Pumpenflügeln 40 ist und die Schlitze 54 werden auf ähnliche Weise angeordnet sein, um Spielraum für die Pumpenflügel 40 bereitzustellen. Die Scheibe oder der Kranz 52 ist vorzugsweise eine kreisförmige, relativ dicke Metallscheibe, welche einen Außendurchmesser aufweist, der nur ein klein wenig größer als der Abschnitt der abgestuften Innenwand 44 des Pumpenrotors 26 mit dem größeren Durchmesser ist, sodass sie bzw. er eingepresst werden kann, um an einem zweiten Absatz 56 mit größerem Durchmesser auszulaufen.
Folglich ist festzustellen, dass eine Flügelzellenpumpe 20, die erfindungsgemäß eine Feder 50 umfasst, sowohl wenn die Pumpe nicht ansaugt als auch wenn sie bei niedrigen Drehzahlen arbeitet, aufgrund der radial nach außen gerichteten Kraft, welche von der Feder 50 auf die Pumpenflügel 40 ausgeübt wird, welche sie in engem Kontakt mit der elliptischen oder ovalen Wand 24 des Pumpenhohlraums 22 hält, eine verbesserte Abdichtungsqualität aufweist.
Die Beschreibung der Erfindung ist rein beispielhafter Natur und Variationen, die nicht vom Grundgedanken der Erfindung abweichen, sollen im Umfang der Erfindung enthalten sein. Derartige Variationen werden nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der Erfindung aufgefasst.

Claims

Flügelzellenpumpe, die in Kombination umfasst: ein Gehäuse mit einem ovalen Pumpenhohlraum und mit mindestens einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung, die mit dem Hohlraum in Verbindung stehen, einen in dem Hohlraum angeordneten Rotor, wobei der Rotor eine Vielzahl sich axial erstreckender Schlitze definiert, einen für eine Radialbewegung in jedem der Schlitze angeordneten Flügel, und ein innerhalb des Rotors angeordnetes Mittel, um die Flügel radial nach außen vorzuspannen.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, wobei das Mittel eine in sich geschlossene ringförmige Schraubenfeder ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, wobei das Mittel ein elastischer Ring ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, wobei der Rotor eine Antriebswelle umfasst, die sich durch das Gehäuse hindurch erstreckt.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, die ferner ein Mittel umfasst, um das Mittel zum Vorspannen axial anzuordnen.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5, wobei das Mittel zum Anordnen einen Absatz innerhalb des Rotors umfasst.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5, wobei das Mittel zum Anordnen einen Kranz umfasst, der innerhalb des Rotors angeordnet ist.
Selbstansaugende Flügelzellenpumpe, die in Kombination umfasst: ein Gehäuse, das einen ovalen Pumpenhohlraum und mindestens eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung definiert, welche mit dem Hohlraum in Verbindung stehen, einen Rotor, der zur Drehung innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, wobei der Rotor mindestens einen sich axial erstreckenden Schlitz definiert, einen für eine Radialbewegung in dem Schlitz angeordneten Flügel, ein Mittel, das innerhalb des Rotors angeordnet ist, um den Flügel elastisch radial nach außen vorzuspannen, und ein Mittel zum Festhalten des Mittels zum Vorspannen innerhalb des Rotors.
Selbstansaugende Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8, wobei das Mittel zum Vorspannen eine in sich geschlossene ringförmige Schraubenfeder ist.
Selbstansaugende Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8, wobei das Mittel zum Vorspannen ein elastischer Ring ist.
Selbstansaugende Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8, die ferner eine Antriebswelle umfasst, welche sich durch das Gehäuse hindurch erstreckt und mit dem Rotor verbunden ist.
Selbstansaugende Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8, wobei das Mittel zum Festhalten des Mittels zum Vorspannen ein Absatz innerhalb des Rotors ist.
Selbstansaugende Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8, wobei das Mittel zum Festhalten des Mittels zum Vorspannen einen Kranz umfasst, der innerhalb des Rotors angeordnet ist.
Selbstansaugende Flügelzellenpumpe, die in Kombination umfasst: ein Gehäuse, das einen elliptischen Pumpenhohlraum und mindestens eine Einlassöffnung und mindestens eine Auslassöffnung definiert, welche mit dem Hohlraum in Verbindung stehen, einen hohlen Rotor, der zur Drehung innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, wobei der Rotor mindestens einen sich axial erstreckenden Schlitz definiert, einen für eine Radialbewegung in jedem der Schlitze angeordneten Flügel, ein Federmittel, das in dem hohlen Rotor angeordnet ist, um die Flügel elastisch radial nach außen vorzuspannen, und ein Mittel zum Festhalten des Federmittels innerhalb des hohlen Rotors.
Selbstansaugende Flügelzellenpumpe nach Anspruch 14, wobei das Federmittel eine in sich geschlossene ringförmige Schraubenfeder ist.
Selbstansaugende Flügelzellenpumpe nach Anspruch 14, wobei das Federmittel ein elastischer Ring ist.
Selbstansaugende Flügelzellenpumpe nach Anspruch 14, wobei der hohle Rotor eine Antriebswelle umfasst, die sich durch das Gehäuse hindurch erstreckt.
Selbstansaugende Flügelzellenpumpe nach Anspruch 14, die ferner ein Mittel zum axialen Positionieren des Mittels zum Vorspannen umfasst.
Selbstansaugende Flügelzellenpumpe nach Anspruch 18, wobei das Mittel zum Positionieren einen Absatz innerhalb des hohlen Rotors umfasst.
Selbstansaugende Flügelzellenpumpe nach Anspruch 18, wobei das Mittel zum Positionieren einen Kranz umfasst, der innerhalb des hohlen Rotors angeordnet ist.