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Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Flügelzellenpumpen sind bekannt, und zwar in einhubiger und doppelhubiger Bauweise. Ein Problem bei Flügelzellenpumpen besteht darin, dass die Flügel nach dem Abstellen der Pumpe „einfallen“ und die Pumpe beim Wiederanlauf nicht sofort den vollen Volumenstrom fördert. Bei Flügelzellenpumpen in einhubiger und doppelhubiger (zweiflutiger) Bauweise wurde dieses Problem bereits auf verschiedene Weise gelöst:
Bei der
DE 101 42 712 B4 werden die Flügel in ihrem Hinterflügelbereich, d. h. im radial innen liegenden Bereich durch Federn belastet, so dass sie radial nach außen an die Hubkontur des Hubringes gedrückt werden. Ein Einfallen der Flügel beim Abstellen der Pumpe wird somit vermieden.
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In der
DE 10 2006 016 466 A1 der Anmelderin wurde für eine doppelhubige (zweiflutige) Flügelzellenpumpe vorgeschlagen, den Kurven- oder Hubring permanent zu magnetisieren, um dadurch eine ständige Anlage der Flügelspitzen an der Hubkontur des Hubringes zu erreichen.
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Bei der
DE 10 2006 036 756 A1 der Anmelderin wurde das Problem der eingefallenen Flügel dadurch gelöst, dass der Hinterflügelbereich impulsartig mit einem Druckmedium beaufschlagt wird, wodurch die Flügel nach außen gegen den Hub- oder Kurvenring gedrückt werden. Damit wird die Phase des Hochlaufens der Flügelzellenpumpe verkürzt.
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Die
US 4,702,083 zeigt eine weitere Lösung des o. g. Problems für eine Flügelzellenpumpe in einhubiger Bauweise, d. h. mit einem Kurven- oder Hubring, der eine kreisförmige Innenkontur aufweist. Innerhalb des Hubringes ist ein ringförmiger Rotor angeordnet, welcher in radialen Schlitzen Flügel aufnimmt, die sich mit ihren Flügelspitzen (Außenkanten) an der Innenkontur des Hubringes abstützen. Die Innenkanten der Flügel, d. h. deren Fußbereiche stützen sich an einem Ring ab, welcher schwimmend innerhalb des Rotorringes angeordnet ist und ein Einfallen der Flügel verhindern soll.
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Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, das Hochfahren einer Flügelzellenpumpe der eingangs genannten Art zu beschleunigen, insbesondere ein Einfallen der Flügel zu verhindern, um somit beim Anfahren der Flügelzellenpumpe möglichst schnell die volle Leistung der Pumpe zu erreichen. Derartige Anfahrschwierigkeiten treten insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen respektive bei zähflüssigem Öl, welches von der Flügelzellenpumpe gefördert wird, auf.
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Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß sind bei einer Flügelzellenpumpe einerseits am Flügel und andererseits am Gehäuse, bevorzugt an einem oder beiden Deckeln miteinander korrespondierende, formschlüssige Mittel vorgesehen, die einen Zwanglauf der Flügel bewirken. Zwanglauf bedeutet hier, dass die Flügel bei umlaufendem Rotor auf eine Bahn gezwungen werden, bei der sich die Flügelspitzen bzw. die Flügelaußenkanten in ständiger Anlage zur Hubkontur befinden. Formschlüssige Mittel sind beispielsweise ein Zapfen und eine umlaufende Nut, wobei der Zapfen in die Nut eingreift und in der Nut auf einer Bahn geführt wird, welche der Hubkontur geometrisch ähnlich ist. Somit kann beim Anfahren der Flügelzellenpumpe sofort der volle Volumenstrom gefördert werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die formschlüssigen Mittel einerseits als Flügelinnenkante und andererseits als gehäuseseitiger Absatz ausgebildet. Dabei ist an mindestens einem der Deckel ein nach innen ragender Absatz mit einer Außenkontur angeordnet, auf welcher sich die Innenkanten der Flügel abstützen. Die Außenkontur des Absatzes entspricht der Innen- oder Hubkontur des Hubringes, d. h. die Außenkontur des Absatzes ist geometrisch ähnlich der Hubkontur des Hubringes. Zwischen der Außenkontur und der Innenkontur sind die Flügel radial beweglich angeordnet, wobei die Flügel zwangsgeführt sind, d. h. einem Zwanglauf unterliegen. Ein Einfallen der Flügel wird somit wirksam verhindert, und die Flügelspitzen (Außenkanten) befinden sich in ständigem Kontakt mit der Hubkontur.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Flügelzellenpumpe in doppelhubiger bzw. zweiflutiger Bauweise ausgeführt, d. h. die Hubkontur bzw. die Innenkontur des Hubringes ist annährend oval ausgebildet. Bei einer vollen Umdrehung des Rotors wird das Druckmedium somit zweimal angesaugt und zweimal ausgestoßen. Die doppelhubige Bauweise wird vorteilhaft bei Getriebeölpumpen für Automatikgetriebe in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei der Rotor der Flügelzellenpumpe durch den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges angetrieben wird. Ein spezielles Problem beim Antrieb der Flügelzellenpumpe durch einen Verbrennungsmotor besteht darin, dass dieser beim Starten zunächst rückwärts drehen kann und damit die Pumpe in entgegengesetzter Richtung läuft, wodurch die Flügel nach innen gedrückt und dadurch erhöhte Anlaufschwierigkeiten auftreten würden. Dieses spezielle Problem wird durch den erfindungsgemäßen Zwanglauf der Flügel behoben. Bei einem etwaigen Rückwärtsdrehen der Antriebsmaschine können die Flügel nicht nach innen gedrückt werden oder einfallen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ragen die Flügel zumindest nach einer Seite über die Stirnfläche des Rotors hinaus, d. h. sie bilden einen Überstand und können sich an dem nach innen ragenden Absatz abstützen. Damit ergibt sich eine einfache konstruktive Lösung, um einen Zwanglauf der Flügel zu erreichen, wobei sich die Flügelspitzen in ständigem Kontakt mit der Hubkontur befinden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn an beiden Deckeln nach innen ragende Absätze angeordnet sind, so dass die über die Stirnflächen hinaus stehenden Flügel symmetrisch auf beiden Seiten abgestützt werden. Dadurch kann ein etwaiges Verkippen der Flügel vermieden werden. Der Überstand der Flügel entspricht etwa der Tiefe des Absatzes am Deckel.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen den Flügelspitzen und der Hubkontur ein Radialspalt als Restspalt belassen, wodurch die Flügel ein radiales Spiel haben und ein einwandfreies Gleiten – ohne Klemmen – der Flügelaußenkanten an der Hubkontur und der Flügelinnenkanten an der Außenkontur sichergestellt ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bilden die radial im Rotor angeordneten Schlitze in ihrem radial innen liegenden Bereich so genannte Hinterflügelbereiche, welche mit dem Druck- oder Fördermedium beaufschlagbar sind. Dadurch wird die Auswärtsbewegung der Flügel in radialer Richtung unterstützt und gleichzeitig erreicht, dass die Flügelinnenkanten im Bereich ihres Überstandes keinen Kontakt mehr zur Außenkontur des Deckelabsatzes haben. Die Außenkanten der Flügel liegen dann voll, d. h. ohne Radialspalt an der Hubkontur an.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 einen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen doppelhubigen Flügelzellenpumpe,
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2 einen Radialschnitt der Flügelzellenpumpe gemäß 1,
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3 einen Rotor der Flügelzellenpumpe in perspektivischer Ansicht und
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4 einen Deckel mit einem erfindungsgemäßen Absatz auf der Innenseite.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe 1 mit einem Gehäuse 2, welches stirnseitig durch einen ersten scheibenförmig ausgebildeten Deckel 3 und einen zweiten, ebenfalls scheibenförmig ausgebildeten Deckel 4 abgeschlossen wird. Im Gehäuse 2 ist ein Hubring 5 fest angeordnet, welcher in sich einen um eine Rotationsachse a drehbar angeordneten Rotor 6 aufnimmt. Im Rotor 6 sind radial bewegliche Flügel 7 aufgenommen, welche Außenkanten 7a, Innenkanten 7b sowie Stirnkanten 7c, 7d aufweisen. Der erste Deckel 3 weist auf seiner dem Rotor 6 zugewandten Seite, d. h. auf seiner Innenseite einen Absatz 8 auf, auf welchem die Innenkanten 7b der Flügel 7 teilweise aufliegen. Die Flügel 7 weisen im Bereich der Stirnkante 7d einen Überstand ü auf, d. h. sie stehen über die Stirnseite des Rotors 6 in Richtung der Rotationsachse a hinaus. Der Bereich, in welchem die Innenkante 7b des Flügels 7 mit dem Überstand ü auf dem Absatz 8 aufliegt, ist durch einen Kreis X gekennzeichnet. Radial innerhalb der Flügelinnenkante 7b ist ein sog. Hinterflügelraum 9a angeordnet, auf den unten näher eingegangen wird.
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2 zeigt die Flügelzellenpumpe 1 in einem Radialschnitt, wobei ein kreisförmiger Querschnitt für das Gehäuse 2 erkennbar ist. Die in der Zeichnung dargestellte Flügelzellenpumpe 1 ist als doppelhubige Flügelzellenpumpe ausgebildet, d. h. während einer vollen Umdrehung des Rotors 6 wird das Fördermedium zweimal angesaugt und zweimal ausgestoßen. Die entsprechenden Ansaug- und Auslassöffnungen sind der Einfachheit halber hier nicht dargestellt, zumal sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Der Hubring 5 ist annähernd oval ausgebildet, d. h. er weist eine als Kurvenbahn ausgebildete Innen- oder Hubkontur 5a mit einem annährend ovalen Verlauf auf. Der Rotor 6 weist eine kreisförmige Außenkontur 6a auf, so dass zwischen der Hubkontur 5a, der Außenkontur 6a des Rotors und zwischen den Flügeln 7 Saug- und Druckräume 10 gebildet werden, und zwar jeweils zweifach auf dem Umfang und sich diametral gegenüberliegend. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist der Absatz 8 eine annährend ovale oder elliptische Außenkontur 8a auf, welche koaxial und parallel zu der Hubkontur 5a, d. h. der Innenkontur des Hubringes 5 verläuft. Die Außenkontur 8a des Absatzes 8 und die Hubkontur 5a bilden somit geometrisch ähnliche Kurvenbahnen, zwischen denen die Flügel 7 in einem Zwanglauf geführt werden. Die Flügel 7, die in radial angeordneten Schlitzen 9 des Rotors 6 geführt werden, liegen einerseits mit ihren Außenkanten 7a an der Hubkontur 5a und andererseits mit ihren Innenkanten 7b an der Außenkontur 8a des Absatzes 8 an, und zwar während des vollen Umlaufes des Rotors 6. Daraus ergibt sich der erwähnte Zwanglauf, d. h. die Flügel 7 können nicht – wie dies beim Stand der Technik der Fall ist – nach innen einfallen. Um einen reibungsarmen und klemmfreien Lauf zu gewährleisten, ist zwischen den Flügelaußenkanten 7a und der Hubkontur 5a ein Radialspalt s (vgl. 1) belassen.
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3 zeigt den Rotor 6 als Einzelteil in perspektivischer Darstellung, und zwar mit Blick auf die dem Absatz 8 (vgl. 1) zugewandte Stirnseite 6b. Der Rotor 6 weist mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte, radial angeordnete Schlitze 9 auf, welche sich in radialer Richtung bis zu einer Rotornabe 6c erstrecken und die hier nicht dargestellten Flügel 7 gleitend aufnehmen. Die Stirnseite 6b weist einen nach außen gerichtete Absatz 6d auf, in welchen – was aus 1 ersichtlich ist – der Absatz 8 des ersten Deckels 3 eingreift. Die Flügel 7 (in 3 nicht dargestellt) tauchen also nur – was aus 1 ersichtlich ist – bis zum Absatz 6d in die Schlitze 9 ein. Radial innerhalb des Absatzes 6d schließt sich an die Schlitze 9 jeweils der (bereits bei der Beschreibung von 1 erwähnte) Hinterflügelraum 9a an, welcher beim Betrieb der Flügelzellenpumpe 1 mit dem Druckmedium beaufschlagt werden kann, so dass die Flügel 7 vollständig nach außen gedrückt werden und mit ihren Außenkanten 7a spaltfrei an der Hubkontur 5a anliegen. Dann erfolgt keine Berührung mehr zwischen den Innenkanten 7b und der Außenkontur 8a des Absatzes 8.
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4 zeigt den ersten Deckel 3 als Einzelteil in perspektivischer Darstellung mit Blick auf dessen Innenseite 3a und den auf der Innenseite 3a fest angeordneten Absatz 8, welcher die annährend oval ausgebildete Außenkontur 8a aufweist. Der Absatz 8 ist in der Zeichnung als massiver Vorsprung dargestellt, er könnte jedoch auch ringförmig mit der erfindungsgemäßen Außenkontur 8a ausgebildet sein.
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In dem in 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel einer doppelhubigen Flügelzellenpumpe 1 ist nur am ersten Deckel 3 ein Absatz 8 mit Außenkontur 8a angeordnet. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, auch am zweiten Deckel 4 einen analogen Absatz anzuordnen, so dass die Flügel 7 beidseitig abgestützt werden, wodurch eine symmetrische Auflage erreicht und ein etwaiges Verkippen bei der Radialbewegung der Flügel 7 vermieden wird.
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Darüber hinaus ist die Erfindung mit Flügelüberstand ü und Absatz 8 auch für einhubige Flügelzellenpumpen anwendbar – mit der Maßgabe, dass die Außenkontur des Absatzes der Innenkontur des Hubringes, d. h. der Hubkontur der einhubigen Flügelzellenpumpe angepasst wird – diese ist bekanntlich kreisförmig, d.h. die Außenkontur des Absatzes würde dann auch kreisförmig ausgebildet werden. Damit würden auch bei einer einhubigen Flügelzellenpumpe die gleichen Vorteile erreicht, d. h. ein Einfallen der Flügel würde verhindert werden.
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Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe wird bevorzugt als Getriebeölpumpe für Automatgetriebe in Kraftfahrzeugen verwendet, wobei der Rotor der Flügelzellenpumpe vom Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges angetrieben wird. Beim Starten des Verbrennungsmotors kann dieser zunächst in der falschen Richtung drehen, was bei herkömmlichen Flügelzellenpumpen Probleme bereitet. Bei der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe dagegen ist das kurzzeitige Rückdrehen des Rotors unkritisch, da die Flügel nicht einfallen oder zurückgedrückt werden können. Vielmehr steht nach dem Starten des Verbrennungsmotors sofort die volle Förderleistung der Getriebeölpumpe zur Verfügung, so dass Schaltelemente des Automatgetriebes hinreichend mit Drucköl versorgt sind und die einzelnen Gänge geschaltet werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flügelzellenpumpe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Erster Deckel
- 4
- Zweiter Deckel
- 5
- Hubring
- 5a
- Hubkontur
- 6
- Rotor
- 6a
- Außenkontur
- 6b
- Stirnseite
- 6c
- Nabe
- 6d
- Absatz (Rotor)
- 7
- Flügel
- 7a
- Außenkante
- 7b
- Innenkante
- 7c
- Stirnkante
- 7d
- Stirnkante
- 8
- Absatz (Deckel)
- 8a
- Außenkontur
- 9
- Schlitz
- 9a
- Hinterflügelbereich
- 10
- Saug-/Druckraum
- a
- Rotationsachse
- s
- Radialspalt
- ü
- Überstand
- X
- Einzelheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10142712 B4 [0002]
- DE 102006016466 A1 [0003]
- DE 102006036756 A1 [0004]
- US 4702083 [0005]
