DE102013105436A1

DE102013105436A1 - Verdrängerpumpe, insbesondere flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE102013105436A1
Application number: DE201310105436
Authority: DE
Inventors: Fuad Koldzic; Thomas Wekenmann
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Pump Technology Solutions Ps De GmbH
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2014-12-04
Also published as: WO2014191175A1

Abstract

Eine Verdrängerpumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Lenksystemes, ist mit einem Rotor 3, in dessen Umfangsfläche über seine Breite sich erstreckende, wenigstens annähernd radial verlaufende Schlitze eingebracht sind, in denen verschiebbare Flügel 5 angeordnet sind, die an der Kontur eines verstellbaren Kurvenrings 2 bei Rotation des Rotors 3 entlanggeführt sind, und mit einer Stirnplatte und einer Steuerplatte 6, die den Rotor 3 und den Kurvenring 2 zwischen sich einschließen, versehen. Die Steuerplatte und/oder die Stirnplatte enthalten einen Hinterflügelkanal 9, der mit Hinterflügelräumen zum Andrücken der Flügel 5 an den Kurvenring 2 zusammenwirkt. Das Durchflussvolumen im Hinterflügelkanal 9 verringert sich vom Druckbereich aus in Richtung zum Saugbereich und/oder erhöht sich vom Saugbereich in Richtung zum Druckbereich. Die Reduzierung kann in Sichelform erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Eine Flügelzellenpumpe dieser Art ist beispielsweise aus der DE 10 2009 000 155 A1 bekannt. Bei einer Flügelzellenpumpe werden die Flügel durch einen hydraulischen Druck nach außen gegen die Innenkontur eines Kurvenringes gedrückt. Dieser hydraulische Druck wird den Flügeln über eine konstante Geometrie eines Hinterflügelkanales in Ringform zur Verfügung gestellt. Durch eine Querschnittsverengung des Hinterflügelkanales im Bereich der Übergänge zwischen der Druck- und der Saugseite und eine radiale Flügelbewegung entsteht im Druckbereich ein höherer Hinterflügeldruck als im Saugbereich. Grundsätzlich ist jedoch der Hinterflügeldruck sowohl saugseitig als auch druckseitig unabhängig von den einzelnen Flügelpositionen konstant. Der Hinterflügelkanal ist im Übergangsbereich zwischen dem Saug- und dem Druckbereich mit einer Unterbrechung versehen.
Die Flügel bewegen sich während einer Umdrehung in Führungen, sogenannten Läuferschlitzen im Rotor (auch Läufer genannt) radial von einem Schlitzkern aus von innen nach außen in Richtung auf den Kurvenring und wieder zurück. Im Übergangsbereich zwischen der Druckseite und der Saugseite ist der Flügel deshalb dem größten Druckunterschied ausgesetzt (sogenannter Nullhub). Hierdurch kann die radiale Flügelpressung nach außen gegen den Kurvenring eventuell nicht ausreichend sein.
Um nun den Flügel im hydraulischen Gleichgewicht zu stabilisieren, ist es erforderlich, die Unterstützung im Hinterflügelbereich zur erhöhen, und zwar je weiter der Flügel in Richtung Schlitzkern, d. h. nach innen, geschoben wird. Diese Druckunterstützung ist bei allen Flügeln in den jeweiligen Bereichen (Druck/Saug) gleich und wird durch die Ringkanal- bzw. Hinterflügelkanaldrosselung und dem Schlitzspiel zwischen Flügel und Schlitz bestimmt. Dabei liegt unabhängig von der Flügelposition bei allen Flügeln immer der größte Druck an. Dies wirkt sich nachteilig auf einen höheren Verschleiß aus und bewirkt auch eine größere Leistungsaufnahme. Durch den beschriebenen extremen Druckunterschied von Niederdruck und Hochdruck wird der Flügel schlagartig dem Hochdruck ausgesetzt. Dabei entsteht weiterhin auch eine hohe Leckage im Hinterflügelbereich. Begünstigst durch eine mangelhafte hydraulische Unterstützung im Hinterflügelbereich findet auch in nachteiliger Weise ein Überströmen am Flügelradius statt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängerpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die vorstehend genannten Nachteile beseitigt oder wenigstens weitgehend vermieden werden, insbesondere bei der kein hoher Verschleiß und eine geringere Leckage auftritt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannte Merkmal gelöst.
Durch die radiale Bewegung der Flügel wird der Hinterflügelkanal mit einem Fluid als Druckmittel, im Allgemeinen Öl, befüllt, bzw. wird das Öl daraus verdrängt. Die Verdrängung findet dabei dann statt, wenn die Flügel durch den Kurvenring zur Achsmitte geschoben werden.
Durch die erfindungsgemäße Lösung, nämlich eine Reduzierung und/oder Erhöhung des Durchflussvolumens, wird nun das Ölvolumen in dem Hinterflügelkanal permanent mit der Hubbewegung verändert. Auf diese Weise kann in definierter Weise jeweils ein optimaler Hinterflügeldruck erzeugt werden. Bei steigender Drehzahl der Verdrängerpumpe, bedingt durch die Kurvenringbewegung, wird der Flügeleinschub immer kleiner und die Drosselung parallel dazu immer größer.
Die Verringerung oder Erhöhung des Durchflussvolumens kann in erfindungsgemäßer Weise durch Reduzierung der Breite und/oder der Tiefe des Hinterflügelkanales erfolgen. Vorzugsweise wird die Reduzierung bzw. Erhöhung dabei kontinuierlich vorgenommen.
In einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass sich der Hinterflügelkanal sichelförmig verändert.
Wenn dabei eine sichelförmige Verringerung entlang dem Innendurchmesser des Hinterflügelkanales verläuft, erreicht man damit gleichzeitig auch eine Dichtflächenvergrößerung und damit eine Leckölminimierung.
Der Hinterflügelbereich bzw. Hinterflügelkanal besitzt praktisch mindestens eine zur Achse des Rotors nicht koaxial verlaufende Kontur (am Innen- und/oder Außendurchmesser des Hinterflügelkanales).
In vorteilhafter Weise wird man den Hinterflügelkanal im Übergangsbereich zwischen dem Saug- und dem Druckbereich mit wenigstens einer radial verlaufenden keilförmigen Abgrenzung bzw. Unterbrechung versehen. Diese Abgrenzung sollte dabei so klein wie möglich gestaltet sein. Bei einer Drehung des Rotors werden die Flügel durch die Kontur des Hinterflügelkanales damit variabel mit der erforderlichen Ölmenge versorgt.
Durch die radial nach außen sich erweiternde Keilform findet nur kurzzeitig eine Unterbrechung der Ölversorgung statt, wodurch stets eine gute Ölversorgung im Hinterflügelbereich vorhanden ist und hohe schlagartige Druckdifferenzen vermieden werden. Der Übergang ist damit homogener.
In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Hinterflügelkanal im Eingangsbereich zum Druckbereich durch eine Rampe beginnt. Durch die Ausbildung einer vorzugsweisen schrägen Rampe wird bei Aufrechterhaltung eines hohen Druckes das Volumen des Öls im Hinterflügelkanal allmählich bis zum vollen Volumenstrom erhöht. Die schiefe Ebene der Rampe mit der daraus resultierenden allmählichen Erhöhung der Nuttiefe im Übergang zum Hochdruckbereich gewährleistet somit einen hohen Druck im Hinterflügelkanal und sorgt dadurch für eine größere Versorgung an Ölmenge.
Durch eine Verringerung des Durchflussvolumens im Hinterflügelkanal vom Druckbereich in Richtung zum Saugbereich wird mit kleiner werdendem Raum der hydraulische Druck erhöht und somit der Flügel jeweils homogen steigend gegen die Innenwand des Kurvenringes gedrückt.
Die Umkehrung mit dem gleichen Vorteil wird erreicht, wenn man im Saugbereich das Durchflussvolumen entsprechend erhöht.
Mit zunehmender Drehzahl vergrößert sich der Hinterflügelbereich durch eine Verschiebung des Kurvenringes, womit der Hinterflügelbereich entsprechend druckmäßig entlastet wird.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.
Es zeigt:
1 einen Längsschnitt durch eine Flügelzellenpumpe als Verdrängerpumpe.
2 eine erfindungsgemäße Steuerplatte der Flügelzellenpumpe. Flügelzellenpumpen als Verdrängerpumpen der eingangs erwähnten Art sind allgemein bekannt, weshalb nachfolgend nur auf die für die Erfindung wesentlichen Teile näher eingegangen wird.
Eine Flügelzellenpumpe kann zum Fördern eines Fluids, wie zum Beispiel Hydrauliköl, für eine Hilfskraftlenkung eines Personenkraftwagens vorgesehen sein.
In einem Außenring 1 eines Gehäuses der Flügelzellenpumpe ist ein Kurvenring 2, ein im Inneren des Kurvenringes 2 angeordneter Läufer bzw. Rotor 3, der mit einer Antriebswelle 4 drehfest verbunden ist, gelagert. Der Rotor 3 ist mit radial nach außen offenen Schlitzen versehen, in denen Flügel 5 verschieblich geführt sind. Die Flügel 5 liegen radial außen gegen den Innenumfang des Kurvenringes 2 an. Der Kurvenring 2 umschließt den Rotor 3 und grenzt zusammen mit dem Rotor und einer Steuerplatte 6 mit den Flügeln 5 in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Arbeitskammern ineinander ab.
Zumindest über die Steuerplatte 6 erfolgt die saug- und/oder druckseitige Versorgung der Arbeitskammern im Saugbereich mittels einer Saugniere 7 und im Druckbereich der Flügelzellenpumpe über eine Druckniere 8. Über einen ringförmigen Hinterflügelkanal 9 werden die Flügel 5 in ihren Hinterflügelräumen mit Fluiddruck beaufschlagt.
Der Hinterflügelkanal 9 ist in einen teilkreisförmigen Ringkanal 9a, der sich im Hinterflügelbereich der Saugseite in der Steuerplatte befindet und einen ersten Druckbereich definiert und in einen zweiten teilkreisförmigen Ringkanal 9b oder zweiten Druckbereich, der sich über die Druckseite der Steuerplatte 6 erstreckt, unterteilt.
Wie aus der 2 ersichtlich ist, verringert sich die Breite des teilkreisförmigen Ringkanales 9b vom Druckbereich in Richtung Saugbereich sichelförmig bzw. spiralförmig.
Wie aus der 2 ersichtlich ist, verläuft die sichelförmige Verringerung entlang des Innendurchmessers des Ringkanales 9b, wodurch sich eine Vergrößerung der Dichtfläche 10 im Hochdruckbereich zwischen dem Ringkanal 9b und der Durchgangsbohrung zur Welle 4 kontinuierlich durch den entsprechend radial nach außen verschobenen und sich in der Breite verringernden Hinterflügelkanal 9 vergrößert.
Der Hinterflügelkanal bzw. teilkreisförmige Ringkanal 9a in der 2 verläuft koaxial mit gleicher Nutbreite und Nuttiefe.
In der 1 ist alternativ dazu eine Lösung dargestellt, wobei sich der Ringkanal 9b im Druckbereich in Richtung zum Saugbereich verringert und sich der Ringkanal 9a im Saugbereich in Richtung zum Druckbereich sichelförmig erweitert. Damit wird der gleiche Effekt einer variablen Ölmengenversorgung für eine homogene Flügelanpressung an den Kurvenring erreicht.
Eine weitere Ausführungsform kann darin bestehen, dass der Ringkanal 9b im Druckbereich kontinuierlich verläuft und die Sichelform mit der sich in Richtung zum Druckbereich erweiternden Sichel nur im Saugbereich vorgesehen ist.
Im Übergangsbereich zwischen dem Saugbereich und dem Druckbereich ist der Hinterflügelkanal 9 mit einer keilförmigen Abgrenzung bzw. Unterbrechung 11 durch die Seitenwände des "Keiles", die die beiden teilkreisförmigen Ringkanäle 9a und 9b voneinander trennen, versehen. Eine radial verlaufende Wand des Keiles begrenzt damit den Ringkanal 9a, während die zweite Wand den Beginn des Ringkanales 9b definiert. Im Bedarfsfalle können auch mehrere Unterbrechungen vorgesehen werden.
Daran anschließend in Richtung zum Druckbereich beginnt der Ringkanal 9b mit einer schrägen Rampe 12 (siehe 2). Die schräge Rampe 12 beginnt an der Oberfläche der Steuerplatte und verläuft axial schräg nach unten bis zum Boden der Nut des Ringkanales 9b. Die rampenförmige Absenkung bis zum Boden der Nut kann auch stufenförmig durch mehrere hintereinander angeordnete Rampen 12 erfolgen.
Die Hochdruckversorgung mit Öl für die Flügelzellenpumpe erfolgt über die beiden Nuten bzw. Bohrungen 13 und 14.
Bezugszeichenliste

1: Außenring
2: Kurvenring
3: Rotor
4: Antriebswelle
5: Flügel
6: Steuerplatte
7: Saugniere
8: Druckniere
9: Hinterflügelkanal
9a: teilkreisförmige Ringkanal
9b: teilkreisförmige Ringkanal
10: Dichtfläche
11: keilförmige Unterbrechung
12: schräge Rampe
13: Nut/Bohrung
14: Nut/Bohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009000155 A1 [0002]

Claims

Verdrängerpumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Lenksystems, mit einem Rotor (3), in dessen Umfangsfläche über seine Breite sich erstreckende, wenigstens annähernd radial verlaufende Schlitze eingebracht sind, in denen verschiebbare Flügel (5) angeordnet sind, die an der Kontur eines verstellbaren Kurvenrings (2) bei Rotation des Rotors (3) entlanggeführt sind, und mit einer Stirnplatte und einer Steuerplatte (6), die den Rotor (3) und den Kurvenring (2) zwischen sich einschließen, wobei die Steuerplatte und/oder die Stirnplatte einen Hinterflügelkanal (9) enthalten, der mit Hinterflügelräumen zum Andrücken der Flügel (5) an den Kurvenring (2) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Durchflussvolumen im Hinterflügelkanal (9) vom Druckbereich in Richtung zum Saugbereich verringert und/oder vom Saugbereich in Richtung zum Druckbereich erhöht.
Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite und/oder Tiefe des Hinterflügelkanales (9) reduziert.
Verdrängerpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite des Hinterflügelkanales (9) sichelförmig verringert.
Verdrängerpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung des Hinterflügelkanales (9) am Innendurchmesser entlang verläuft.
Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterflügelkanal (9) im Übergangsbereich zwischen dem Saug- und dem Druckbereich eine Unterbrechung (11) aufweist.
Verdrängerpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung (11) keilförmig ist.
Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterflügelkanal (9) im Eingangsbereich zum Druckbereich durch eine Rampe (12) beginnt.
Verdrängerpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampe (12) einen schrägen Verlauf aufweist.
Verdrängerpumpe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rampen (12) stufenförmig hintereinander angeordnet sind.