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Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe
zur Förderung
eines Fluids nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es sind Flügelzellenpumpen bekannt, wobei
ein Rotor drehbeweglich auf einer Welle in einem Kurvenring angeordnet
ist. Der Kurvenring ist von je einer Seite axial mit einer Stirnplatte
und mit einer Steuerplatte abgeschlossen. Der Kurvenring besitzt
eine zur Drehachse des Rotors nicht koaxial verlaufende Kontur und bildet
einen Pumpenraum aus. Über
die Breite des Rotors sind in der Umfangsfläche im wesentlichen radial verlaufende
Schlitze angeordnet, in denen radialverschiebliche Flügel geführt sind.
Bei einer Rotation des Rotors werden die Flügel an der Kontur des Kurvenrings
entlanggeführt,
wobei zwischen zwei benachbarten Flügeln jeweils Kammern mit sich
veränderndem
Volumen gebildet sind. Entsprechend der Drehbewegung des Rotors
wird ein Saugbereich und ein Druckbereich ausgebildet, wobei der
Saugbereich im Bereich sich vergrößernden Volumens und der Druckbereich
im Bereich sich verkleinernden Volumens der Kammern angeordnet ist.
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Dem Saugbereich wird das Fluid über eine
Saugbohrung in dem Gehäuse
zugeführt.
Die Saugbohrung mündet
in einen Saugkanal an dem stromab ein oder mehrere Saugnieren in
der Stirn- und/oder Steuerplatte angeordnet sind.
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Über
eine Druckniere und fluidisch mit dieser verbundene Kanäle wird
das Fluid in einen Drucksammelraum oder Tilgerraum geführt. Die
bekannten druckseitigen Strömungsverbindungen
und Drucksammelräume
erzeugen große
Strömungsverluste
und tragen zu ungleichförmigen
Förderströmen der
Flügelzellenpumpe
bei.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Flügelzellenpumpe
der gattungsgemäßen Art
so weiterzubilden, daß bei
einfachem Aufbau der Flügelzellenpumpe
die internen Strömungsverluste
minimiert sind.
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Die Aufgabe wird mit einer Flügelzellenpumpe
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Dadurch, dass das Gehäuse der
Flügelzellenpumpe
Mittel zur verlustarmen, gleichförmigen
Strömungsführung des
Fluids aufweist, ist eine annähernd
wirbelfreie, laminare Strömung
des Fluids zu dem Rotor und von dem Rotor weg ermöglicht und
Druckverlu ste durch die Flügelzellenpumpe
sind minimiert.
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Zur Dämpfung von Druckpulsationen
ist ein im Längsschnitt
kreisringförmiger
Drucksammelraum mit einer kurzen Strömungsverbindung an der Druckniere
oder den Drucknieren vorgesehen. Der mindestens zur Hälfte seines
Volumens in dem Gehäuse
vorgesehene Drucksammelraum weist in dem Gehäuse einen halbkreisförmigen Querschnitt
auf und dient insbesondere zum gleichförmigen, gedämpften Zusammenführen von Teilströmen mehrhubiger
Flügelzellenpumpen.
Der Drucksammelraum ist somit teilweise in dem Gehäuse und teilweise
in der Stirnplatte der Flügelzellenpumpe
eingeformt, wodurch sich der Drucksammelraum bei der Herstellung
des Gehäuses
und der Stirnplatte vorzugsweise in Druckguss herstellen lässt.
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Bevorzugt ist der halbkreisförmige Querschnitt
des Drucksammelraumes mit einem Radius gebildet, der etwa 1/3 bis 1/6 des Außenradius
des Drucksammelraumes entspricht.
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Anders als bei bekannten Tilger-
oder Drucksammelräumen
ist die lichte Weite des Drucksammelraumes über seinen Umfang etwa gleich,
um Beschleunigungen oder Verzögerungen
der Fluidströmung,
oder um Umlenkverluste in dem Drucksammelraum zu minimieren.
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Da das Gehäuse bevorzugt den Kurvenring
umschließt,
ist der Drucksammelraum vorteilhaft mit etwa demselben Außendurchmesser
versehen, der dem kleinsten Innendurchmesser des Kurvenrings entspricht.
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Das Fluid gelangt von der Druckniere
in der Stirnplatte über
einen sich diffusartig erweiternden Kanal in den Drucksammelraum,
wobei die Länge
des Kanals dadurch minimiert ist, dass dieser lediglich etwa senkrecht
oder schräg
die Stirnplatte durchgreift. Der Drucksammelraum mündet in
eine Druckbohrung in dem Gehäuse,
die zu einem Stromregelventil führt.
Zwischen dem Drucksammelraum und der Druckbohrung ist ein Einlauftrichter
durch große
Verrundungen der Druckbohrung zum Drucksammelraum hin gebildet.
Dadurch sind Umlenkverluste und ein Ablösen der Fluidströmung von
der Wand der Druckbohrung minimiert bzw. vermieden. Der hydraulische
Durchmesser in der Druckbohrung ist dadurch vergrößert.
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Die Druckbohrung ist so gestaltet,
dass ihr Durchmesser etwa der lichten Weite des Drucksammelraumes
im Bereich der Druckbohrung entspricht.
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Der Drucksammelraum ist etwa konzentrisch
um die Welle des Rotors angeordnet, so dass der Bauraum-Bedarf der
Flügelzellenpumpe
gering ist.
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Saugseitig umfassen die Mittel zur
Führung
des Fluids eine Saugbohrung in dem Gehäuse, durch die das Fluid zu
einem Saugkanal und zu einer Saugniere geführt ist. Der Saugkanal geht
mit einer Saugöffnung mit
großen
Flankenradien in den Saugkanal über,
wodurch Druckverluste in diesem Bereich verringert sind.
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Es kann zweckmäßig sein, in der Saugbohrung
eine Injektordüsenöffnung zum
Eintrag von unter Druck stehendem Fluid aus dem Stromregelventil über eine
Injektorbohrung in die saugseitige Fluidströmung und zu deren Beschleunigung
und stabilerem Einströmen
in den Saugkanal vorzusehen. Um möglichst lange Laufstrecken
der Injektor- und saugseitigen Fluidströmung in der Saugbohrung zu
erhalten, ist vorgesehen, die Injektordüsenöffnung in einem großen Abstand
von der Saugöffnung,
bevorzugt in einem Abstand von größer oder gleich 2/3 der Länge der
Saugbohrung anzuordnen.
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Die Mittel zur verlustarmen, gleichförmigen Strömungsführung des
Fluids sind so gestaltet, dass das Gehäuse in Druckguss darstellbar
ist.
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Das Gehäuse dient zur bevorzugt fliegenden
Lagerung der Welle des Rotors und ist dünnwandig ausgeführt, um
eine möglichst
große
hydraulische Leistung bei vorgegebenem Pumpenbauraum zu ermöglichen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist nachfolgend anhand der Zeichnung gezeigt.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine zweihubige Flügelzellenpumpe,
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2 eine
Draufsicht auf das Gehäuse
der Flügelzellenpumpe
mit Drucksammelraum in Pfeilrichtung II in 1,
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3 einen
Querschnitt durch das Gehäuse
der Flügelzellenpumpe
entlang der Linie III-III in 2,
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4 eine
Einzelheit IV in 1,
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5 eine
Draufsicht auf das Gehäuse
der Flügelzellenpumpe
mit Stirnplatte und Dichtung in Pfeilrichtung II in 1.
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In 1 ist
in einem Längsschnitt
entlang einer Welle 25 eine zweihubige Flügelzellenpumpe 1 zum Fördern eines
Fluids 2, wie Hydrauliköl
und dgl. gezeigt.
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Ein mit der Welle 25 angetriebener
Rotor 3 ist mit von seiner Umfangsfläche 4 über dessen
Breite 5 radial verlaufenden Schlitzen 6 versehen.
In jedem Schlitz 6 ist ein darin verschieblich gelagerter
Flügel 7 angeordnet.
Die Flügel 7 werden
unter dem Einfluss von Betriebsdruck der Flügelzellenpumpe 1 in
ihrem Hinterflügelbereich 31 gegen
einen Kurvenring 8 angepresst. Der Kurvenring 8 und
der in dem Kurvenring 8 angeordnete Rotor 3 werden
in axialer Richtung der Welle 25 von einer Steuerplatte 11,
die den Fluidfluss steuert und einer Stirnplatte 9 begrenzt.
Die Stirnplatte 9 und die Steuerplatte 11 sind
durch Stifte 32, die den Kurvenring 8 durchragen
und in Sacklöcher
in Stirnplatte 9 und Steuerplatte 11 eingreifen,
fixiert.
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Die Steuerplatte 11 und
die Stirnplatte 9 sind unter Zwischenlage von je einer
sickenlosen Flachdichtung 33 aus Metall, vorzugsweise aus
Stahlblech, zusammen mit dem Kurvenring 8 über Schraubbolzen 34 mit
einem Gehäuse 12 verschraubt.
Das Gehäuse 12 dient
zur Unterbringung von Mitteln 13 zur Führung des Fluids, wie einem
Drucksammelraum 14, einem Einlauftrichter 21 (vgl. 2 und 3) aus dem Drucksammelraum 14 in
eine Druckbohrung 22. Das Gehäuse 12 dient ferner
zur Aufnahme eines Stromregelventils 35 und eines Wälzlagers 36 zur
Lagerung der Welle 25.
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Das Fluid 2 wird von einem
nicht gezeigten Speicher über
einen in das Gehäuse 12 in
der Nähe
des Stromregelventils 35 eingesetzten Winkelstutzen 37 in
eine Saugbohrung 26 geführt.
Die Saugbohrung 26 verläuft,
wie dies die 1 und 2 zeigen, senkrecht zu einer
Längsmittelachse 38 des
Stromregelventils 35 und in Längsrichtung der Flügelzellenpumpe 1 mit
spitzem Winkel zu der Welle 25 auf einen Saugkanal 27.
Der Saugkanal 27 ist in zwei sich von einer Strömungsteiler-Nase 39 in
der Steuerplatte 11 verzweigende Zweigkanäle 40, 40' (vgl. 2) aufgeteilt. Die Zweigkanäle 40, 40' sind tangential
zwischen dem Kurvenring 8 und einer Innenwand 41 des
Gehäuses 12,
sowie in der Steuerplatte 11 geführt und münden in jeweils eine Saugniere
in der Stirn- und
Steuerplatte.
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Zur gleichförmigen Beladung der Flügelzellen
des Rotors werden an einer Saugöffnung 28 der
Saugbohrung 26 große
Radien 42 zu dem Saugkanal 27 vorgesehen, so dass Umlenkverluste
des Fluids 2 in diesem Bereich minimiert sind und ein großer hydraulischer
Durchmesser in der Saugbohrung 26 und dem Saugkanal 27 bewirkt
ist. Ferner ist zu einer guten Beschleunigung des aus einem Sauganschluß 51 des
Winkelstutzens 37 in die Saugbohrung 26 einströmenden Fluids
vorgesehen, eine Injektordüsenöftnung 29 zur
Einbringung eines Injektordruckstrahls von Fluid 2 in die
Saugbohrung 26 weit an den Grund der Saugbohrung 26 rückzuverlagern.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Abstand 43 der Injektordüsenöffnung 29 von der
Saugöffnung 28 oder
mehr von der Länge
30 der Saugbohrung 26. Der Sauganschluß 51 ist im Einströmbereich
strömungsgünstig abgerundet
um Drosselverluste bei der Befüllung
zu vermeiden. Die Länge
einer Injektorbohrung 50 die in die Injektordüsenöffnung 26 mündet ist
wiederum etwa 2/3 des Abstands 43. Diese konstruktive Maßnahme ermöglicht lange
Laufstrecken und Beschleunigungsstrecken des Fluids 2 in
der Saugbohrung 26 und der Injektorbohrung 50 und
einen guten Füllungsgrad
des Saugkanals 27 und der Flügelzellenkammern. Die saugseitige
Strömung
ist durch diese Maßnahme
stabilisiert und vergleichmäßigt.
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Im Bereich verkleinernder Volumina
der Flügelzellen
bilden sich Druckbereiche aus, wobei das Fluid 2 unter
Druck über
Drucknieren 10 in der Stirnplatte 9 abgeführt wird.
Das Fluid 2 strömt
dabei über
konisch sich erweiternde Kanäle 20 in
der Stirnplatte 9 (vgl. 1, 5) in den kreisringförmigen Drucksammelraum 14 (vgl. 2), der in dem Gehäuse 12 und
der Stirnplatte 9 angeordnet ist. Die Kanäle 20 durchragen
die Stirnplatte 9 etwa senkrecht oder schräg.
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Wie die 1, 3 und 4 in Querschnitten durch
den Drucksammelraum 14 oder Tilgerraum zeigen, ist dessen
Querschnitt in dem Gehäuse 12 halbkreisförmig. Der
Radius 15 des halbkreisförmigen Querschnitts des Drucksammelraumes 14 ist
etwa 1/3 bis 1/6 des Außenradius 16 des
Drucksammelraumes 14. Die lichte Weite 17 des
Drucksammelraumes 14 in der Trennebene zwischen Gehäuse 12 und
Stirnplatte 9 ist dabei um seinen Umfang etwa gleichbleibend.
Der Drucksammelraum 14, der konzentrisch zu der Welle 25 angeordnet ist,
wird radial zu der Welle 25 nach außen durch eine vergleichsweise
dünne Gehäusewand 44 begrenzt,
die den Kurvenring 8 radial umschließt und auf der sich in axialer
Richtung der Flügelzellenpumpe 1 die
Steuerplatte 11 unter Zwischenlage der metallenen, sickenlosen
Flachdichtung 33 (vgl. 5)
abstützt.
Die sickenlose Flachdichtung 33 ist beidseitig beschichtet.
Der interne Aufbau der Flügelzellenpumpe
ist so, dass kein impulsreicher Öl-
oder Leckölstrahl
auf den Dichtspalt trifft.
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Der Außendurchmesser 18 des
Drucksammelraumes 14 ist daher etwa so groß wie der
größte Innendurchmesser 19 des
Kurvenrings 8. In der Gehäusewand 44 sind Gewindelöcher 45 für die Schraubbolzen 34 sehr
tief eingelassen, so dass sie in den axialen Bereich der Stirnplatte 9 kommen.
Durch diese konstruktive Maßnahme
ist das dünnwandige
Gehäuse 12 von
der Steuerplatte 11 her stabilisiert und die Schraubverbindung
durch zulässige
Verformung im Betrieb der Flügelzellenpumpe 1 selbst
gesichert.
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Wie die 1 und insbesondere die 3 zeigt, mündet der Drucksammelraum 14 über einen
Einlauftrichter 21 mit großen Verrundungen 23 in
eine Druckbohrung 22. Der Durchmesser 24 der Druckbohrung 22 ist
etwa so groß wie
die lichte Weite 17 des Drucksammelraumes 14 an
dem Einlauftrichter 21. Die Druckbohrung 22 ist
in dem Gehäuse 12 in
Längsrichtung
betrachtet etwa 45° zu
der Welle 25 und deren Achse 46 zu dem Stromregelventil 35 ansteigend.
Die Druckbohrung 22 ist tangential zu der Saugbohrung 26 um
etwa 20°–30° versetzt
angeordnet, wie 2 zeigt.
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Das Gehäuse und alle Mittel 13 zur
Führung
des Fluids sind in Druckguss darstellbar, ohne nennenswerte Nachbearbeitung.
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Wie die 1 und 4 zeigen,
hat das Gehäuse 12 einen
kleinen Durchmesser 47 zur Wellenzentrierung. Um die damit
verbundene Behinderung der Leckölentlastung
zu kompensieren, wird das Lecköl über eine
vorgeschaltete Sammelnut 48 und drei axial verlaufende
Nuten 49 abgeleitet.
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