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Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Flügelzellenpumpe mit zwangsgeführten Flügeln.
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Üblicherweise sind solche Flügelzellenpumpe wie folgt aufgebaut: In einem Pumpengehäuse sind im Wesentlichen ein Hubkonturring und ein drehbeweglich gelagerter Rotor angeordnet. Der Rotor weist radiale Schlitze auf, in denen Flügel radial verschiebbar und durch die Schlitze zwangsgeführt angeordnet sind. Im Betrieb der Flügelzellenpumpe gleiten somit die Flügel mit ihren äußeren Enden an der Innenwandung des Hubkonturrings anliegend entlang des Hubkonturrings.
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Eine Flügelzellenpumpe der eingangs genannten Art ist z.B. aus der
DE 31 22 598 C1 bekannt. Dort wird in
1 ein solcher Aufbau gezeigt. An beiden Stirnseiten des Rotors sind sogenannte „Andrückringe 13 und 14“ angebracht (s. auch Text Spalte 2, Zeilen 39 ff. sowie
2), welche die Flügel an ihren Seitenkanten hintergreifen und in Anlage mit dem Innenumfang des Hubrings halten.
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Aus der
DE 10 2004 030 481 A1 ist eine ähnliche Konstruktion bekannt, bei der sog. „Unterflügelkonturringe 23“ die Flügel zur Anlage an die Hubkontur bringen (s. dort Text [0016], letzten beiden Sätze).
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Des Weiteren offenbart die
DE-OS 1 751 462 eine Drehflügelmaschine mit einem Steuerflansch, welcher sog. „Steuerkurven 23“ aufweist, die geometrisch parallel zur Hubkurve verlaufen (s. dort Seite 6 ff. und
6–
8). Auf jeder Steuerkurve ist ein ölbeständiger Elastomer
20 angebracht und darauf ist ein elastisch federndes vorgeformtes Band
22 vulkanisiert. Die Drehflügel können seitlich angebrachte Zapfen ausweisen (s. auch
12–
14, Elemente „
38“), wobei das Band
42 im Bereich der Zapfen abgekröpft ausgebildet sein kann, so dass es zwangsweise mit dem Rotor umlaufen muss. Dieser Aufbau ist recht aufwendig konstruiert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flügelzellenpumpe der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass mit einer kostengünstigen Konstruktion erreicht wird, dass die Flügel auch bei geringer Drehzahl oder gar im Stillstand eng an dem Hubkonturring anliegen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Demnach wird eine Flügelzellenpumpe vorgeschlagen, bei welcher der Rotor an einer seiner Stirnflächen eine ringförmige Nut aufweist, in die ein elastischer Spannring eingelegt ist, der in Umlaufrichtung eine mäandernde Form aufweist. Der Spannring untergreift die Flügel an ihren hinteren oder vorderen Seitenkanten und drückt die Flügel radial nach Außen, wodurch auch im Stillstand der Flügelzellenpumpe die Flügel mit ihren äußeren Enden an der Innenwandung des Hubkonturrings anliegen.
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Dadurch wird eine kostengünstige Lösung geschaffen, denn ein solcher Spannring kann kostengünstig hergestellt werden; er kann zudem auf jeder Stirnseite des Rotors eingesetzt werden und das Vorsehen einer ringförmigen Nut am Rotor ist eine einfach zu realisierende Maßnahme.
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Vorzugsweise kann die Flügelzellenpumpe als Reversierpumpe betrieben werden, wobei der Antrieb ein Elektro-Motor sein kann. Beim Anfahren der Pumpe aus dem Stand und bei langsamen Drehzahlen wird nun durch den mindestens einen Spannring gewährleistet, dass die Flügel stet eng am Kurvenring bzw. Hubkonturring anliegen.
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Der Spannring drückt die Flügel entsprechend der Hubkontur nach Außen und bringt sie dort in Anlage (Spielausgleich), was insbesondere beim Kaltstart der Flügelzellenpumpe Vorteile hat, wenn die Flügel noch nicht durch eine ausreichende Fliehkraft oder Hinterflügeldruckversorgung nach Außen gepresst werden können.
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Vorzugsweise wird die Flügelzellenpumpe in einer Hilfskraftlenkung als Lenkungspumpe, insbesondere als elektrisch angetriebene Lenkungspumpe, eingesetzt, die den Lenkzylinder befüllt.
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Die Erfindung sorgt dafür, dass die Flügel permanent am Kurvenring anliegen, um auch bei Kaltstart, Langsamdrehen und Drehrichtungswechsel im Reversierbetrieb immer ein ausreichendes Ölvolumen zu fördern und auch bei Stößigkeit vom Lenkzylinder dicht zu sein.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Demnach ist es vorteilhaft, wenn der elastische Spannring eine axial-symmetrische, insbesondere sternfömige, Form mit Ausbuchtungen und Einbuchtungen aufweist. In diesem Zusammenhang entspricht vorzugsweise die Anzahl der Einbuchtungen der Anzahl der Flügel. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn jede der Einbuchtungen einen der Flügel an seiner hinteren oder vorderen Seitenkante untergreift. Somit wird jeder Flügel von einer der Einbuchtungen elastisch untergriffen, und der Spannring dreht sich lagefest mit dem Rotor.
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Vorzugsweise weist der elastische Spannring eine Eigenspannung auf, um die Flügel radial nach Außen gegen die Innenwandung des Hubkonturrings mit einer ausreichenden Anliegekraft zu drücken. Es hat sich gezeigt, dass es ausreicht, wenn die vom Spannring erzeugte Anliegekraft mindestens dem 1,5-fachen Gewicht eines Flügels entspricht.
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Bei der Dimensionierung des elastischen Spannrings ist vorzugsweise folgendes zu beachten: Die Ausbuchtungen bestimmen einen Außenumfang und die Einbuchtungen einen Innenumfang des Spannrings, wobei die Differenz zwischen Außenumfang und Innenumfang dem 3-fachen bis 5-fachen eines Flügelhubes entspricht.
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Der elastische Spannring kann einem in sich geschlossenen ringförmig Körper (mit Ein- und Ausbuchtungen) entsprechen; er kann aber zu einem ringförmigen Körper geformt sein. In diesem Fall ist er aus einem flachen wellförmigen Material gefertigt, das kreisförmig gebogen ist, so dass sich zwei gegenüberliegende Enden des Materials überlappen und im Überlappungsbereich miteinander verbunden sind, insbesondere durch Verstemmen, Verstanzen oder Punktschweißen.
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Der elastische Spannring ist vorzugsweise aus einem spritzgießbaren Werkstoff, insbesondere aus einem POM-Kunststoff, einem PEEK- Kunststoff oder aus einem PI-Kunststoff, gefertigt. Mit der Abkürzung POM wird ein Polyoxymethylen (auch Polyacetal, Polyformaldehyd oder bloß Acetal genannt) bezeichnet, welcher einem hochmolekularen thermoplastischen Kunststoff entspricht. Mit PEEK wird ein Polyetheretherketon, also ein hochtemperaturbeständiger thermoplastischer Kunststoff bezeichnet. Und mit PI wird ein Polyimid, ein weiterer Hochleistungskunststoff bezeichnet, der ebenfalls für die Herstellung des Spannrings besonders gut geeignet ist.
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Auch ist es von Vorteil, wenn der elastische Spannring mit Einkerbungen oder Schlitzen versehen ist. Dadurch wird die Weichheit der Vorspannung erhöht.
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Es kann von Vorteil sein, wenn der Hubkonturring in einer mehrhubigen, insbesondere doppelhubigen, Ausführung in dem Pumpengehäuse verbaut ist. Auch kann von Vorteil sein, wenn der Hubkonturring in einer ovalen Einbaulage in dem Pumpengehäuse verbaut ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Detail und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, welche die folgenden Darstellungen wiedergeben:
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe mit einem am Rotor stirnseitig eingesetzten Spannring;
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2a zeigt den erfindungsgemäßen Spannring mit seiner mäandernden Form;
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2b zeigt den erfindungsgemäßen Rotor mit einer stirnseitig angeordneten Nut zum Einsetzen des Spannrings;
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3a zeigt in einer Querschnittsansicht den in der Nut des Rotors eingesetzten Spannring;
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3b zeigt in einer Detailansicht den in der Nut des Rotors eingesetzten Spannring;
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4 zeigt in einer weiteren Querschnittsansicht den in der Nut des Rotors eingesetzten Spannring;
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5 entspricht einem Teilausschnitt aus 1 und veranschaulicht den Flügelhub von der innerstersten zur äußersten Position des jeweiligen Flügels; und
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6 zeigt als Alternative zur 2a eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannrings.
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Wie in 1 dargestellt, weist die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe 100 ein Pumpengehäuse 101 auf, in dem ein Hubkonturring 105 angeordnet ist und ein Rotor 110 (s. auch 2b) drehbar gelagert eingebaut ist. Der Rotor weist mehrere radial ausgerichtete Schlitze 111 auf, in die jeweils ein Flügel 115 verschiebbar eingeführt ist. Die Flügel werden somit zwangsgeführt und bewegen sich beim Betrieb der Flügelzellenpumpe aufgrund der Fliehkraft nach Außen, so dass jeder Flügel 115 mit seinem äußeren Ende eng an der Innenwandung des Hubkonturring 105 anliegt.
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Um nun auch bei geringer Drehzahl oder gar im Stillstand der Flügelzellenpumpe ein Anliegen der Flügel an dem Hubkonturring zu erreichen, weist der Rotor 110 an seiner vorderen Stirnseite eine ringförmige Nut 112 auf (s. auch 2b), in die ein Spannring 120 (s. auch 2a) eingesetzt ist, der die Flügel 115 an ihren hinteren oder vorderen Seitenkanten untergreift und radial nach Außen drückt. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch im Stillstand der Flügelzellenpumpe die Flügel mit ihren äußeren Enden eng an der Innenwandung des Hubkonturrings 105 anliegen.
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Es ist also in dem Flügelzellenpumpe-Läufer (Rotor) an mindestens einer Seitenfläche eine Ringnut 112 eingebracht, in welche die Hinterflügelkanten während ihres ganzen Hubs eintauchen. In dieser Ringnut 112 ist der Spannring 120 eingelegt, welcher die Flügel an der Hinterkante untergreift und Richtung Kurvenring (Hubkonturring) auf Anlage drückt.
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Wie insbesondere die 2a zeigt, hat der Spannring 112 im vorliegenden Beispiel eine sternförmige Form. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Spannring beim Spielausgleich und bei einfahrenden Flügeln nicht nach Innen ausbeult, aber trotzdem die großen Flügelbewegungen aktiv unterstützt und ausgleicht. Diese Gestaltung verhindert auch, dass der Spannring infolge Trägheit bei abrupten Drehzahländerungen durchrutscht. Vorzugsweise ist der Spannring 112 axial-symmetrisch aufgebaut und weist Ausbuchtungen 120a und Einbuchtungen 120b auf, wobei die Anzahl der Einbuchtungen 120b der Anzahl der Flügel 115 entspricht und in dem gezeigten Beispiel 10 beträgt. Durch den symmetrischen Aufbau des Spannrings 120 ist er sowohl bei rechts- als auch linksdrehendem Betrieb einsetzbar.
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Die mäandernde Form des Spannrings hat den Vorteil, dass die Materialwege von einem Flügel zum nächsten recht weit sind und somit die Spannungen bzw. die Steifigkeit des Rings gering gehalten werden kann. Zur Erhöhung der Weichheit der Vorspannung kann der Spannring geschlitzt sein (nicht dargestellt).
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Der Spannring 120 ist so geformt, dass er aus Eigenspannung die jeweilige Anliegekraft F der Flügel aufbringt (s. auch 3b). Er ist ebenso ausgelegt, dass er stationar zum Rotor 110 und den Flügeln 115 angeordnet ist, also im Rotor mitrotiert. Damit wird sichergestellt, dass keine umlaufende Gleitbewegung der Flügel auf dem Spannring zustande kommen kann. Der Spannring 120 braucht lediglich die Hubbewegung der Flügel 115 im Kurvenring (Hubkonturring 105) mit eigener elastischer Vorspannkraft nachzuvollziehen.
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Insbesondere die 3a und 3b zeigen den (nichtverformten) Spannring, wie er die Flügel 115 hintergreift und diese bereits im Stillstand des Rotors an den Kurvenring 105 mit einer Anliegekraft F anlegt. Im Betrieb der Flügelzellenpumpe kommt zusätzlich der Vorteil hinzu, dass die Flügel bei erhöhter Drehzahl von einer (nicht im Detail dargestellten) Hinterflügeldruckversorgung nach Außen gepresst werden, so dass dann der Spannring 120 kräftemäßig unterstützt wird.
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Durch die ovale Einbaulage im Rotor ergibt sich bei höherer Drehzahl auch eine den jeweiligen Flügel 115 unterstützende Fliehkraftkomponente. Das hat den Vorteil, dass die Flügelanpressung nur auf den unteren Drehzahlbereich ausgelegt werden muss, also relativ weich sein kann, was wiederum die Reibkräfte der Flügel im Kurvenring nicht unmäßig erhöht und den Anteil bei großen Drehzahlen im Verhältnis vernachlässigbar macht.
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Die 4 zeigt in einem anderen Querschnitt nochmals den Aufbau der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe, die hier doppelhubig ausgebildet ist.
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Die 5 verdeutlicht die ovale Einbaulage des Spannrings 120, der die Flügel nach Außen gegen den Konturring 105 drückt. Je nach Position des Rotors befinden sich einige der Flügel, wie z.B. der Flügel 115‘, in äußerer Position, so dass der Flügel maximal aus dem Schlitz (hier 111‘) herausragt, während sich andere der Flügel, wie z.B. der Flügel 115‘‘, in innerer Position befinden, so dass der Flügel gar nicht oder nur gering aus dem Schlitz (hier 111‘‘) herausragt.
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Die hier vorgestellte Flügelzellenpumpe ist beschaffen, als Pumpe bei niedrigsten Drehzahlen aus Null (Stillstand) heraus zu fördern. Wird, wie in 1 dargestellt, der Kurvenring bzw. Hubkonturring 105 in doppel-hubiger Ausführung verbaut, so verringert sich bei gleichem Fördervolumen der Flügelhub, was den Spannring 120 entlastet, oder es verdoppelt sich das geometrische Fördervolumen bei gleichem Flügelhub.
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Werden der Kurvenring und die angrenzenden Funktionsflächen noch achssymmetrisch zu den Schnittlinien I-I und II-II (s. 1) aufgebaut, so erhält man mit dem symmetrischen Spannring 120 eine besonders wirksame Flügelzellen-Reversierpumpe.
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Durch die Formgebung der Mäander (Rundungen bzw. Ein- und Ausbuchtungen) und deren Dimensionierung kann mit demselben Ausgangsmaterial eine andere Steifigkeit und Elastizität des Spannringes erreicht werden.
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Die 6 zeigt als Alternative zur 2a eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannrings. Der Spannring 120* ist aus einem flachen Materialstück geformt, wobei sich die Enden des Materialstücks überlappen. Im Überlappungsbereich sind die Enden vorzugsweise durch Verstemmen miteinander verbunden.
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Die Erfindung ist für jede Art von Flügelzellenpumpe beschaffen, ist aber besonders geeignet als Lenkungspumpe innerhalb einer Hilfskraftlenkung eingebaut zu werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Flügelzellenpumpe
- 101
- Pumpengehäuse
- 105
- Hubkonturring
- 108
- Rotorwelle (elektrisch angetrieben)
- 110
- Rotor
- 111
- Schlitze für Flügel
- 112
- Nut (ringförmig für Spannring)
- 115
- Flügel (radial beweglich, zwangsgeführt)
- 115a
- Seitenflächen der Flügel
- 120
- elastischer Spannring (mäandernde Form, sternförmig)
- 120*
- geschlitzte Ausführungsform
- 120a
- Ausbuchtungen
- 120b
- Einbuchtungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3122598 C1 [0003]
- DE 102004030481 A1 [0004]
- DE 1751462 A [0005]
