DE102022111278A1

DE102022111278A1 - Drehschieberpumpe

Info

Publication number: DE102022111278A1
Application number: DE102022111278.0A
Authority: DE
Inventors: Roland Stössel
Original assignee: Valeo Powertrain GmbH
Current assignee: Valeo Powertrain GmbH
Priority date: 2022-05-06
Filing date: 2022-05-06
Publication date: 2023-11-09
Also published as: EP4273404A1; CN117006042A; US20230358228A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehschieberpumpe (1) mit einem Pumpengehäuse (2), einem Stator (14), einem Rotor (5), mehreren Schiebern (12), die in radialer Richtung verschiebbar im Rotor (5) aufgenommen sind, so dass sie zwischen sich, dem Stator (14) und dem Rotor (5) mehrere Pumpenkammern (30) abgrenzen, wobei eine radial innenliegende Kurvenfläche (16) vorgesehen ist, an der die Schieber (12) anliegen, wobei in radialer Richtung zwischen der Kurvenfläche (16) und dem Rotor (5) und in Umfangsrichtung zwischen den Schiebern (12) Nebenkammern (32) abgegrenzt sind, denen ein Saugeingang (36) und ein Druckausgang (38) zugeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehschieberpumpe, insbesondere für Hydraulikfluid.
Drehschieberpumpen, auch Flügelzellenpumpen genannt, sind allgemein bekannt. Sie weisen einen Stator, einen innerhalb des Stators angeordneten Rotor sowie mehrere Schieber auf, die im Rotor verschiebbar aufgenommen sind. Zwischen zwei im Umfangsrichtung benachbarten Schiebern ist jeweils eine Pumpenkammer abgegrenzt.
Ein Anwendungsfall einer Drehschieberpumpe sind Hydraulikaggregate, bei denen der Rotor mittels eines Elektromotors angetrieben wird. Die Drehschieberpumpe stellt dann einen Volumenstrom von Hydraulikfluid bereit, mit dem beispielsweise ein Kupplungsaktor oder ein Gangsteller versorgt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Drehschieberpumpe zu schaffen, die sich durch eine besonders hohe Förderleistung auszeichnet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Drehschieberpumpe vorgesehen mit einem Pumpengehäuse, einem Stator, einem Rotor, mehreren Schiebern, die in radialer Richtung verschiebbar im Rotor aufgenommen sind, sodass sie zwischen sich, dem Stator und dem Rotor mehrere Pumpenkammern abgrenzen, wobei eine radial innenliegende Kurvenfläche vorgesehen ist, an der die Schieber anliegen, wobei in radialer Richtung zwischen der Kurvenfläche und dem Rotor und in Umfangsrichtung zwischen den Schiebern Nebenkammern abgegrenzt sind, denen ein Saugeingang und ein Druckeingang zugeordnet sind. Die Kurvenfläche gewährleistet eine „Zwangsführung“ der Schieber, so dass diese auch bei besonders niedrigen Drehzahlen zuverlässig am Stator anliegen und dort abdichten. Die erfindungsgemäße Drehschieberpumpe kann daher mit sehr niedrigen Drehzahlen betrieben werden, bei denen die auf die Schieber einwirkenden Fliehkräfte nicht ausreichen, dass die Schieber zuverlässig am Stator anliegen und dort abdichten. Bei derart niedrigen Drehzahlen gewährleistet die Kurvenfläche, dass die Schieber am Stator anliegen. Weiterhin wird mit den Nebenkammern, denen ein Saugeingang und ein Druckausgang zugeordnet sind, ein Bereich der Drehschieberpumpe zum Erzeugen des Volumenstroms herangezogen, der üblicherweise hinsichtlich des Förderstroms ignoriert wird, nämlich das Volumen zwischen der Kurvenfläche und dem Rotor. Auch in diesem Bereich ergeben sich konstruktionsbedingt Kammern, die zum Fördern vom Hydraulikfluid herangezogen werden können, wenn an geeigneten Positionen ein Saugeingang und ein Druckausgang vorgesehen werden. Hierdurch ergibt sich insgesamt ein sehr hoher Wirkungsgrad.
Die Kurvenfläche liegt vorzugsweise axial innerhalb des Rotors, sodass sich in axialer Richtung ein kompakter Aufbau ergibt. Ferner steht im Bereich der Kurvenfläche zusätzlicher axialer Bauraum zur Verfügung, in welchem ein Lager zur Lagerung des Rotors im Pumpengehäuse angeordnet werden kann.
Die Kurvenfläche hat vorzugsweise in axialer Richtung eine Breite, die zwischen 5 % und 15 % der axialen Länge des Rotors beträgt. Dieser Wert hat sich als guter Kompromiss zwischen einerseits einer nicht übermäßig hohen Flächenpressung zwischen den Schiebern und der Kurvenfläche und andererseits einer möglichst großen axialen Länge des Rotors herausgestellt.
Die Kurvenfläche kann einstückig mit einer Stirnwand des Pumpengehäuses ausgebildet sein, sodass keine separate Montage erforderlich ist.
Radial innerhalb der Kurvenfläche können Anschlusskanäle für Pumpenkammern ausgebildet sein, sodass sich insgesamt eine kompakte Bauform ergibt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Volumen innerhalb des Rotors, das durch die Schlitze zur Aufnahme der Schieber, die Stirnwände des Pumpengehäuses und die Stirnfläche der Schieber abgegrenzt ist, an einen Saugeingang und einen Druckausgang angeschlossen ist. Dieses Volumen stellt zusätzlich zu den Haupt-Förderkammern und den Nebenkammern einen dritten Kammertyp dar, der zur Förderung von Hydraulikfluid genutzt wird. Innerhalb dieser Kammern arbeiten die Schieber nach Art von Pumpenkolben, die Hydraulikfluid ansaugen und aus den Kammern verdrängen, wenn die Schieber bei der Drehung des Rotors in radialer Richtung aus dem Schieber herausgedrückt beziehungsweise in diesen hineingeschoben werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schieber auf der radial innenliegenden Seite gestuft ausgeführt sind mit einer Führungsfläche, die mit der Kurvenfläche zusammenwirkt, und einer radial weiter innenliegenden Stirnfläche, die innerhalb des Rotors aufgenommen ist. Durch den radialen Versatz zwischen der Führungsfläche und der innenliegenden Stirnseite der Schieber ergibt sich eine Abdichtung im Bereich der Kurvenfläche, sodass ein hydraulischer Kurzschluss in diesem Bereich vermieden ist.
Die Stirnfläche kann um eine Länge in der Größenordnung von 5 bis 15 % der Höhe des Schiebers über die Führungsflächen hinausragen. Dieser Wert ist ausreichend, damit sich die gewünschte Abdichtung in diesem Bereich ergibt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:

- 1 eine perspektivische Ansicht der Drehschieberpumpe, wobei ein Teil des Gehäuses transparent dargestellt ist, sodass das Innenleben der Pumpe sichtbar ist;
- 2 die Drehschieberpumpe vom 1, wobei ein Gehäusedeckel abgenommen ist;
- 3 einen ersten Querschnitt durch die Drehschieberpumpe;
- 4 einen zweiten Querschnitt durch die Drehschieberpumpe;
- 5 in einer perspektivischen Darstellung einen Schnitt entlang der Ebene V-V von 4;
- 6 in einer perspektivischen Darstellung einen Schnitt entlang der Ebene VI-VI von 4;
- 7 den Schnitt entlang der Ebene VI-VI, wobei Teile des Pumpengehäuses transparent dargestellt sind, um Fluidkanäle sichtbar zu machen;
- 8 ein Schnitt entlang der Ebene Vlll-Vlll von 4; und
- 9 in vergrößertem Maßstab das Detail IX von 8.

In den 1 bis 9 ist schematisch eine Drehschieberpumpe 1 gezeigt, die insbesondere dazu verwendet werden kann, in einem Hydraulikaggregat einen Volumenstrom an Hydraulikfluid bereitzustellen.
Die Drehschieberpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 2 auf, das aus einem Grundkörper 3 und einem Gehäusedeckel 4 gebildet ist. Innerhalb des Gehäuses ist ein Rotor 5 angeordnet, der drehfest auf einer Welle 6 montiert ist. Dieser kann von einem nicht dargestellten Elektromotor angetrieben werden.
Bei der Drehschieberpumpe handelt es sich um eine zweihubige Pumpe, sodass der Gehäusedeckel 4 zwei Ansaugöffnungen 7 und zwei Förderöffnungen 8 aufweist.
Der Rotor 5 weist mehrere Schlitze 10 auf, in denen jeweils ein Schieber 12 aufgenommen ist.
Die Schieber wirken mit ihrem radial außenliegenden Ende mit der Innenfläche eines Stators 14 zusammen, der im Pumpengehäuse 2 aufgenommen ist.
Die Drehschieberpumpe 1 weist eine Kurvenfläche 16 auf, an der die Schieber 12 mit ihrer radial innenliegenden Seite anliegen.
Die Kurvenfläche 16 ist hier als Vorsprung auf der dem Rotor 5 zugewandten Stirnseite des Grundkörpers 3 ausgebildet, wobei der Rotor 5 in diesem Bereich axial kürzer ausgeführt ist. In seinem radial außenliegenden Bereich ist der Rotor 5 mit seiner vollen Breite ausgeführt (siehe 4), sodass der Rotor 5 und die Kurvenfläche 16 einander überlappen (im Bereich der rechten Schnittebene in 4).
Konkret weisen die Schieber 12 eine Führungsfläche 18 auf (siehe insbesondere 9), die gegenüber der radial innenliegenden Stirnfläche 20 der Schieber 12 (siehe insbesondere 3) abgestuft ausgeführt ist.
Die Höhe der Stufe h (siehe 3) beträgt in der Größenordnung von 5 bis 15 % der gesamten Höhe H der Schieber 12.
Die Breite b der Führungsfläche 18 (siehe ebenfalls 3) beträgt in der Größenordnung von 10 bis 15 % der gesamten Breite B der Schieber 12.
Die Kurvenfläche 16 zusammen mit der Führungsfläche 18 stellt eine Zwangsführung für die Schieber 12 dar, mit der gewährleistet wird, dass die Schieber 12 sich bei einer Drehung des Rotors 5 auch dann nach außen bewegen, wenn die wirkenden Fliehkräfte vergleichsweise gering sind.
Wie insbesondere in 8 zu sehen ist, entspricht der Verlauf der Kurvenfläche 16 einer Hüllkontur aus den Führungsflächen 18 der Schieber 12, die bei Drehung des Rotors 5 und gleichzeitigem Kontakt der Schieber 12 am Stator 14 entsteht. Vorteilhaft ist z.B. eine Ausführung der Schieber 12 in diesem Bereich als Gleichdick, die Radien der äußeren und inneren Führungsflächen können zwar verschieden groß sein, sollten aber eine gemeinsame Mittelachse haben. Abweichungen davon sind möglich, da dennoch eine funktionsgerechte Hüllkontur konstruiert werden kann.
Wie insbesondere in 8 zu sehen ist, entsprich der Verlauf der Kurvenfläche 16 dem Verlauf der Innenkontur des Stators 14. Anders ausgedrückt ist der in radialer Richtung gemessener Abstand zwischen der Kurvenfläche 16 und der Innenfläche des Stators 14 entlang des Umfangs der Kurvenfläche konstant.
Aufgrund des Absatzes zwischen der Führungsfläche 18 und der weiter innenliegenden Stirnseite 20 des Schiebers ist eine Schulter 22 gebildet, die als Abdichtung wirkt. Die Schulter 22 verhindert, dass Hydraulikfluid aus den Förderkammern zwischen den Schiebern 12 in den entsprechenden Schlitz 10 im Rotor 5 gelangen kann.
Ein besonderes Merkmal der Drehschieberpumpe 1 ist, das insgesamt drei verschiedene Typen von Förderkammern verwendet werden, um den Volumenstrom bereit zu stellen.
Der Großteil des Volumenstroms wird von den Hauptkammern bereitgestellt, die in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Schieber 12 und in radialer Richtung zwischen dem Rotor 5 und dem Stator 14 abgegrenzt sind. In axialer Richtung sind die Hauptkammern, die hier mit dem Bezugszeichen 30 versehen sind, zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Grundkörpers 3 und des Geäusedeckels 4 des Pumpengehäuses 2 abgegrenzt.
Eine weiterer Typ Förderkammer sind Nebenkammern 32, die zwischen der Kurvenfläche 16 und der Kurvenfläche 16 gegenüberliegenden Innenfläche 34 des Rotors 5 abgegrenzt ist. Diese Nebenkammern haben im Bereich I von 7 eine radiale Höhe von nahezu Null, während ihre radiale Höhe im Bereich II von 7 maximal ist.
In 7 ist auch ein Saugeingang 36 zu sehen, der den Nebenkammern 32 zugeordnet ist, und ein Druckausgang 38. In 7 ist eine Pumpe mit zwei verschieden großen Verdrängungen je Pumpenflut dargestellt. Die Flut mit kleinerer Verdrängung hat einen vereinfachten Sauganschluss in Form der beiden Bohrungen, die zum Rotorraum des Elektromotors führen, diese Strömung wird zum Kühlen des Elektromotors genutzt. Der Druckanschluss der Nebenkammern 32 der kleineren Flut führt über eine Nut in den Saugbereich der Hauptkammern. Bei gleich großen Pumpenhüben ist eine Ausführung der Saug- und Druckeingänge 36 und 37 für beide Fluten vorteilhaft.
Schließlich gibt es einen dritten Typ Förderkammern, die nachfolgend als Hilfskammern 40 bezeichnet werden. Diese sind innerhalb der Schlitze 10 im Rotor 5 zwischen den Wänden des Rotors und den Stirnseiten 20 der Schieber 12 ausgebildet. Die Schieber 12 wirken dabei ähnlich wie die Kolben einer Kolbenpumpe, indem sie bei jeder Umdrehung zwei Mal in den entsprechenden Schlitz 10 hineingedrückt werden (entsprechend einer Ausstoßbewegung vom Hydraulikfluid) und zwei Mal axial nach außen gedrängt werden (entspricht der Ansaugphase).
Die zugehörigen Saug- und Druckanschlüsse sind hier mit dem Bezugszeichen 42 bezeichnet.
Aufgrund der drei verschiedenen Typen von Förderkammern hat die Drehschieberpumpe 1 eine besonders große Verdrängung pro Umdrehung und damit eine hohe Förderleistung in einem kleinen Bauvolumen.

Claims

Drehschieberpumpe (1) mit einem Pumpengehäuse (2), einem Stator (14), einem Rotor (5), mehreren Schiebern (12), die in radialer Richtung verschiebbar im Rotor (5) aufgenommen sind, so dass sie zwischen sich, dem Stator (14) und dem Rotor (5) mehrere Pumpenkammern (30) abgrenzen, wobei eine radial innenliegende Kurvenfläche (16) vorgesehen ist, an der die Schieber (12) anliegen, wobei in radialer Richtung zwischen der Kurvenfläche (16) und dem Rotor (5) und in Umfangsrichtung zwischen den Schiebern (12) Nebenkammern (32) abgegrenzt sind, denen ein Saugeingang (36) und ein Druckausgang (38) zugeordnet sind.
Drehschieberpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenfläche (16) axial innerhalb des Rotors (5) liegt.
Drehschieberpumpe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenfläche (16) in axialer Richtung eine Breite (b) hat, die zwischen 5 % und 15 % der axialen Länge (B) des Rotors (5) beträgt.
Drehschieberpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenfläche (16) einstückig mit einer Stirnwand des Pumpengehäuses (2) ausgebildet ist.
Drehschieberpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass radial innerhalb der Kurvenfläche (16) Anschlusskanäle (42) für Pumpenkammern (40) ausgebildet sind.
Drehschieberpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen innerhalb des Rotors (5), das durch die Schlitze (10) zur Aufnahme der Schieber (12), die Stirnwände des Pumpengehäuses (2) und die Stirnflächen (20) der Schieber (12) abgegrenzt ist, an einen Saugeingang (7) und einen Druckausgang (8) angeschlossen ist.
Drehschieberpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieber (12) auf der radial innenliegenden Seite gestuft ausgeführt sind mit einer Führungsfläche (18), die mit der Kurvenfläche (16) zusammenwirkt, und einer radial weiter innen liegenden Stirnfläche (20), die innerhalb des Rotors (5) aufgenommen ist.
Drehschieberpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (20) um eine Länge (h) in der Größenordnung von 5 % bis 15 % der Höhe (H) des Schiebers (12) über die Führungsfläche (18) hinausragt.