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Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe, mit einem Konturring, mit einem Rotor, mit Flügeln, mit Seitenplatten, mit einem Gehäuse und einem Gehäusedeckel, mit Unterflügelnuten zur Versorgung der unteren Flügelflächen mit Druck, wobei die Flügel radial verschieblich im Rotor angeordnet sind und durch den Druck unter den Flügeln ausfahren und gegen den Konturring gepresst werden.
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Stand der Technik
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Derartige Flügelzellenpumpen sind bekannt, sie werden insbesondere zur Versorgung von Lenkhilfesystemen oder ähnlichen hydraulischen Systemen in Kraftfahrzeugen sowie als Getriebepumpe in einem Automatikgetriebe eingesetzt. Dabei sind die beiden Druckkammern der Flügelzellen beispielsweise über einen Drucksammelraum innerhalb oder außerhalb der Pumpe miteinander verbunden, welcher in einer gemeinsamen Druckleitung zum Verbraucher führt. Ebenso sind die beiden Saugkammern der Flügelzellen miteinander verbunden und führen zum Ansaugbereich der Pumpe, in dem das aus der Lenkung oder einem Tank zurückströmende Öl der Pumpe wieder zugeführt wird.
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Bei einem Kaltstart der Pumpe kommt es dazu, dass durch Leerlaufen der Pumpe und durch hochviskose Arbeitsmittel die Pumpe erst verzögert startet und hohe Drehzahlen bis zum gewünschten Förderergebnis benötigt. Durch das Einfallen der Flügel mit der Schwerkraft in die Schlitze des Rotors oder durch Motorrückschlag wird das Kaltstartverhalten weiterhin negativ beeinflusst.
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Eine solche Pumpe ist aus der
DE 102 59 894 A1 bekannt. Diese Flügelzellenpumpe hat einen zweihübigen Konturring, einen Rotor mit Flügeln, Seitenplatten und ein Gehäuse und einen Gehäusedeckel, Unterflügelnuten zur Versorgung der unteren Flügelflächen mit Druck, wobei die im Rotor radial verschiebbaren Flügel durch den Druck in der Unterflügelnut gegen den Konturring gepresst werden, wobei die Unterflügelnut zweigeteilt ist und sich jeweils ein Teil, in Drehrichtung gesehen, unter einer Saugniere und mindestens einer nachfolgenden Druckniere erstreckt, so dass die Unterflügelnut, die dem Saugbereich der einen Pumpenhälfte zugeordnet ist, mit der dazugehörigen Unterflügelnut, die dem Druckbereich derselben Pumpenhälfte zugeordnet ist, in Verbindung steht und keine Verbindung zu den Unterflügelnuten der anderen Pumpenhälfte besteht. Das hat zur Folge, dass die Unterflügelversorgung derartig ausgebildet ist, dass über die Kanäle in den Seitenplatten keine direkten Kurzschlüsse entstehen und die Flügel immer mit dem notwendigen Druck an die Kontur gedrückt werden, um ein ungewolltes Abheben und damit entstehende Kurzschlüsse zu verhindern.
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Die
WO 2012/079 573 A2 zeigt eine einflutige Pumpe, so dass die Notwendigkeit einer Trennung der Unterflügelnuten nicht gegeben ist. Es besteht kein Aufbau, bei dem ein Quadrantenpaar getrennt und ein Quadrantenpaar hydraulisch verbunden ist.
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Aus der
DE 25 12 433 A1 ist eine zweiflutige Pumpe mit Verbindung der Unterflügelnuten über Bohrungen zur Druckseite bekannt. Eine strikte Trennung der Quadraten, die hydraulisch paarweise voneinander unabhängig sind, wird nicht beschrieben.
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Aus der
WO 2009/121 471 A1 ist eine Flügelzellenpumpe mit einem sehr speziellen Ansatz bekannt, die einen Unterflügeldruckabschnitt und einen Startunterflügelausfahrabschnitt aufweist, wobei in den Unterflügeldruckabschnitt einfahrenden Flügel Arbeitsmedium in den Startunterflügelausfahrabschnitt gedrückt wird. Dadurch wird der im Startunterflügelausfahrabschnitt befindliche Flügel beziehungsweise werden die im Startunterflügelausfahr abschnitt befindlichen Flügel nach außen in Richtung der Hubkontur bewegt und schaffen in einem folgenden Trennbereich eine Trennung zwischen Saugbereich und Druckbereich beziehungsweise zwischen einem Pumpeneingang und dem Pumpenausgang, so dass die Pumpe zu fördern beginnt. Darüber hinaus werden die Flügel durch die im Betrieb der Pumpe wirkenden Fliehkräfte ausgefahren. Die Pumpe kann Probleme aufweisen, wenn die Flügel sich nicht an der Hubringkontur befinden.
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Die Pumpe weist eine gewisse Leckage Rate auf und läuft verzögert an.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flügelzellenpumpe zu schaffen, bei der eine verbesserte Anlaufcharakteristik erreicht wird.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einer Flügelzellenpumpe, mit einem zweihubigen Hubring, mit einem Rotor, mit Flügeln, mit Seitenplatten, mit einem Gehäuse und mit einem Gehäusedeckel, mit Unterflügelnuten zur Versorgung der unteren Flügelflächen mit Druck, wobei die im Rotor radial verschiebbar gelagerten Flügel durch den Druck nach außen gegen den Hubring gepresst werden, wobei die Unterflügelnuten sich jeweils in einem von vier Quadraten der Flügelzellenpumpe entlang eines Radius erstrecken, wobei die Unterflügelnut des zweiten und des vierten Quadranten, die dem Druckbereich der Flügelzellenpumpe zugeordnet sind über mindestens ein Rückschlagventil mit den Unterflügelnuten der Quadranten des Saugbereichs in Verbindung stehen und wobei von den beiden Quadrantenpaare, der erste und dritte Quadranten und der zweite und vierte Quadranten (II, IV) jeweils mindestens ein Quadrantenpaar hydraulisch getrennt angeordnet ist.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine druckabhängige Schaltung der einzelnen Unterflügelnuten hergestellt, einen ausreichenden Druck für das Anlaufen der Pumpe Verfügung zu stellen.
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Es ist dabei von Vorteil, dass die Unterflügelnuten nicht mit Saug- oder Druckbereichen überlappen. Dadurch wird die Schaltungen zum Anlaufen der Flügelzellenpumpe völlig von der normalen Betriebsschaltung getrennt und entkoppelt.
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Vorteilhafterweise enthält die Verbindung des Quadranten der Druckseite mindestens einen Drosselstelle, um die Druckdifferenz im Pumpenbetrieb herzustellen.
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Es ist dabei von Vorteil, dass die jeweilige Drosselstelle in Strömungsrichtung vor den Rückschlagventilen angeordnet ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung wird nun anhand der Figuren näher beschrieben.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen, hydraulischen Schaltplan
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2 zeigt einen alternativen erfindungsgemäßen Schaltplan
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3 zeigt einen Schnitt entlang der Rotationsachse der Pumpe
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4 zeigt eine Ansicht der Baugruppe von oben
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5 zeigt einen Schnitt entlang der Achse B-B
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In 1 ist ein hydraulisches Schaltbild einer zweiflutigen Pumpe zu sehen. Die beiden Ansaugbereiche 13 sind über Saugleitungen, die nicht dargestellt sind, mit einem Reservoir verbunden und saugen aus diesem gemeinsamen Reservoir das Fluid an. Die Druckbereiche 12 führen zu einer Druckleitung 11.
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Die Flügelzellenpumpe ist schematisch dargestellt und weist vier Quadranten auf, die den lateinischen Ziffern I, II, III, IV bezeichnet sind. Getrennt durch eine in etwa horizontal liegende Mittelachse sind die Druckbereiche 12 und die Saugbereiche 13 diametral voneinander angeordnet. Die Druckbereiche 12 sind über eine Leitung, die als durchgezogene Linie dargestellt ist, mit der Druckseite 11 verbunden. In der Figur zu erkennen sind Unterflügelnuten 14, die sich jeweils nur entlang des jeweiligen Quadranten erstrecken. Sie haben eine radiale Erstreckung entlang eines Radius R um die Mittelachse. Die Unterflügelnuten sind dabei beispielhaft als einfache und unstrukturierte Nuten gleichmäßiger Größe, Breite ausgebildet.
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Die Unterflügelnuten der druckseitigen Quadranten stehen über Drosselstellen 6 mit Rückschlagventilen 5 in Verbindung. An der Ausgangsseite 5A des Rückschlagventils ist die Leitung mit einer Verbindung zu den Unterflügelnuten der Saugbereiche 13 verbunden. Weiterhin steht die Ausgangsseite 5A des Rückschlagventil mit der Druckseite 11 in Verbindung.
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Diese Schaltung beschreibt eine druckabhängige Trennung der einzelnen Unterflügelnuten 14 eines Unterflügelnutenpärchens. Im Stillstand der Flügelzellenpumpe fallen die Flügel der Pumpe in den jeweiligen Ausschnitten des Rotors ein, die Pumpe kann zu einem großen Anteil mit Luft gefüllt sein oder wird mit kaltem und deswegen hochviskosem Öl betrieben.
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Allerdings fahren die Flügel im ersten und dritten Quadranten durch äußere Kräfte zumindest ein kleines Stück aus. Wenn die Schwerkraft nicht ausreicht, um die Flügel ausreichend auszufahren kann man durch Fliehkrafteffekte oder andere mechanische Maßnahmen ein Ausfahren der Flügel erreichen. Auch wenn dieser Ausfall der Flügel nicht ausreicht, um die Kontur des Hubrings zu erreichen und damit ein Starten der Pumpen zu ermöglichen, so vergrößert sich dennoch das Volumen in den Unterflügelnuten 14 unter den Flügeln. Dieses Volumen füllt sich mit dem Öl bzw. dem Arbeitsmedium, welches in den Öffnungen der ersten und dritten Quadranten der Unterflügelnut, 14 I, 14 III, zur Druckplatte vorliegt. Dieser Ansaugprozess über den gesamten Bereich des ersten und dritten Quadranten der Unterflügelnut findet im Unterflügelbereich statt. Das gesamte Ölvolumen, das durch das Ausfahren der Flügel angesaugt wird, wird in den zweiten und vierten Quadranten der Unterflügelnut 14 II, 14 IV gefördert. Die beiden Quadrantenpaare, der erste und dritte Quadranten I, III und der zweite und vierte Quadranten II, IV sind jeweils voneinander hydraulisch getrennt. Der zweite und vierte Quadranten, indem sich die Druckbereiche 12 finden, kann sich nach außen nur durch ein Rückschlagventil 5 öffnen. Dadurch, dass in diesen Quadranten die Flügel von der Hubringkontur eingeschoben werden, wird das Ölvolumen, das im ersten und dritten Quadranten angesaugt wurde, nun wieder aus geschoben und kontinuierlich im zweiten und vierten Quadranten der Unterflügelnut gesammelt. Mit der Zeit füllen sich auf diese Weise die Unterflügelnuten im zweiten und vierten Quadranten, wodurch nach kurzer Zeit die Nuten befüllt sind und durch den sich aufbauenden Druck alle Flügel in diesen Quadranten an die Kontur gedrückt werden. Dies ist die Bedingung dafür, dass die Pumpe startet. Nach wie vor wird weiterhin Öl aus dem ersten und dritten Quadranten unter der jeweiligen Unterflügelnut in den zweiten und Quadranten gefördert, so dass hier ein Überdruck entsteht. Ist der Solldruck erreicht, werden die Rückschlagventile zum Druckbereich 11 geöffnet. An den Verbindungsstellen zu den Rückschlagventilen lässt sich über gezielte Blenden- oder Ventilwahl auch ein gewünschter Unterflügeldruck einstellen. Im regulären Pumpenbetrieb wird die Druckdifferenz zwischen unter Flügel und Oberflügel im zweiten und dritten Quadranten über diese Drosselstelle eingestellt. Bei abgestellter Pumpe verhindern die Rückschlagventile, dass der zweite und vierte Unterflügelsektor leerlaufen kann.
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Für die Ausführung der Erfindung sind auch andere Kombinationen der Quadranten möglich. Wichtig ist dabei nur, das ein Quadrantenpaar getrennt und ein Quadrantenpaar hydraulisch verbunden ist. Die Forderung für die Funktion der Pumpe ist, dass mindestens ein Quadrantenpaar hydraulisch getrennt angeordnet ist.
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In 2 ist der Aufbau geringfügig anders als der Aufbau in 1, die Schaltungen bleibt allerdings dieselbe. Im Unterschied zu der Ausführungsform der 1 sind die Rückschlagventile 5 in der Ausführungsform der 2 die Druckverbindungen, die die Druckbereiche 12 mit der Druckseite 11 verbinden, integriert.
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In den 3 bis 5 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Flügelzellenpumpe dargestellt, bei der eine integrierte Lösung der bereits beschriebenen Schaltung vorgestellt wird. Das Rückschlagventil wird dabei als Plattenventil mit geringem Aufwand in eine Druckplatte der Flügelzellenpumpe integriert. Dabei wird als Beispiel in der Darstellung eine Flügelzellenpumpe in einem eigenen Gehäuse dargestellt. Von der Erfindung ebenfalls umfasst sind aber auch Cartridge-Pumpen, deren Gehäuse durch Bauteile anderer Baugruppen wie einem Motor oder einem Getriebe gebildet werden. Die Begriffe Gehäuse und Gehäusedeckel beschreiben somit die räumliche Begrenzung der Flügelzellenpumpe.
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In 3, 4 und 5 ist schematisch der Aufbau einer zweihubigen Flügelzellenpumpe dargestellt. Innerhalb eines doppelhubigen Hubrings 39 ist ein Rotor 32 mit herausfahrbaren Flügeln 30 dargestellt. Der Rotor 32 wird durch eine Welle 35 drehangetrieben und dreht sich in einem Raum zwischen einem Grundgehäuse 33 und einer Druckpatte 31. Die Flügelzellenpumpe enthält zwei Druckbereiche 12 und zwei Saugbereiche 13, welche durch entsprechende Druck- und Saugnieren und sich entsprechend vergrößernde oder verkleinernde Zellen innerhalb des Hubringes dargestellt sind. Die Funktion derartiger Flügelzellenpumpen ist bekannt. Bei Drehung des Rotors 32 vergrößern sich die Zellen zwischen zwei Flügeln im Saugbereich 13 und saugen somit Fluid in die Rotationsgruppe. Im Druckbereich 12 verkleinern sich die Zellvolumina zwischen zwei Flügeln und pressen somit das Fluid aus den Druckbereichen 12 aus.
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In die Druckplatte 31 integriert sind die Rückschlagventile 5. Über Verbindungen 36, die mit Federtellern 8 verschlossen sind, steht der Arbeitsraum der Pumpe mit dem Druckbereich 11 in Verbindung. Der Federteller 8 ist mit einer Feder 9 gegen die Druckplatte gepresst.
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Die Funktion der Rückschlagventile ist dahingehend, dass im Stillstand der Pumpe und beim Aufbau des Startdrucks die Druckbereiche verschlossen sind. Nach Beginn der Förderung baut sich innerhalb der Rotationsgruppe ein Solldruck auf, der die Rückschlagventil abheben lässt und damit eine Förderung des Drucköls nach außen in die beiden Druckkanäle und damit zu entsprechenden Verbrauchern ermöglicht. Die Rückschlagventile sind als einfache Plattenventile ausgebildet. Andere beliebige Varianten sind möglich.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die Pumpe mit einer Kaltstartplatte betrieben, die ebenfalls ein Rückschlagventil nach der Erfindung enthalten kann.
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Der Ansaugvorgang der erfindungsgemäßen Pumpe funktioniert nun wie folgt: Im schlimmsten Fall, z. B. nach einem abgebrochenen Kaltstart beim Abstellen eines zurückdrehenden Dieselmotors, befinden sich alle Flügel im Schlitzgrund des Rotors nahe dem Kleinkreisdurchmesser des Hubrings. Dreht sich nun der Rotor beim Starten, fahren die Flügel durch die Fliehkraft minimal aus. Dadurch vergrößert sich das Flügelschlitzvolumen 7 im dritten Quadranten III und im ersten Quadranten I. Da das Rückschlagventil geschlossen ist, wird dieser Zustrom an Öl in die Quadranten II und IV gefördert. Dort führt der zunehmende Druck aus den Unterflügelnuten dazu, dass die jeweiligen Flügel ausfahren und an der Hubringkontur anliegen.
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Häufig werden auch Kaltstartplatten verbaut, in die das Rückschlagventil 5 integriert werden kann. Kaltstartplatten sind dabei parallel zur Druckplatte angeordnet und erfüllen im Stillstand eine Dichtfunktion.
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Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.
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Bezugszeichenliste
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- I
- Erster Unterflügel-Quadrant
- II
- Zweiter Unterflügel-Quadrant
- III
- Dritter Unterflügel Quadrant
- IV
- Vierter Unterflügel-Quadrant
- 5
- Rückschlagventil
- 6
- Drossel
- 7
- Flügelschlitzvolumen
- 8
- Federteller
- 9
- Feder
- 11
- Druckseite
- 12
- Druckbereiche
- 13
- Saugbereich
- 14
- Unterflügelnut, 14 I, 14 II, 14 III, 14 IV
- 30
- Flügel
- 31
- Druckplatte
- 32
- Rotor
- 33
- Grundgehäuse
- 35
- Antriebswelle
- 36
- Durchbruch
- 39
- Hubring
- R
- Radius
