DE10233581A1

DE10233581A1 - Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE10233581A1
Application number: DE10233581A
Authority: DE
Inventors: Konrad Eppli; Reiner Mayer; Michael Reichenmiller
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe 1 zur Förderung eines Fluids 2 mit einem radialverschieblichen Flügel 7 tragenden Rotor 3. Die Flügel 7 werden bei Rotation des Rotors 3 an einer Innenkontur eines Kurvenringes 8 entlanggeführt. Der Rotor 3 und der Kurvenring 8 sind in einem Gehäuse 9 der Flügelzellenpumpe 1 angeordnet. Das Fluid 2 wird über eine oder mehrere Saugnieren in dem Gehäuse 9 zu einem Saugbereich geführt und über ein oder mehrere Drucknieren 12, 12' von einem durch die sich im Volumen verringernden, einen Pumpendruckraum 13 ausbildenden Flügelzellenkammern abgeleitet. Zur verlustarmen Ableitung des Fluids aus dem Pumpendruckraum 13 ist der Radius 14 des Rotors 3 an der Druckniere 12 gleich groß wie der Abstand 15 der tangentialen Drucknieren-Innenkontur 16 von der Rotorachse 17.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluids nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind Flügelzellenpumpen bekannt, wobei ein Rotor in einem Kurvenring rotiert. Der Kurvenring ist von je einer Seite mit einer ein Gehäuse bildenden Stirnplatte und mit einer Steuerplatte abgeschlossen. Der Kurvenring besitzt eine zur Achse des Rotors nicht koaxial verlaufende Kontur und bildet einen Pumpenraum aus. In der Umfangsfläche des Rotors sind über dessen Breite im wesentlichen radial verlaufende Schlitze angeordnet, in denen radialverschiebliche Flügel geführt sind.
Bei einer Rotation des Rotors um seine Achse werden die Flügel an der Kontur des Kurvenringes entlanggeführt, wobei zwischen zwei benachbarten Flügeln jeweils Kammern mit sich veränderndem Volumen gebildet sind.
Entsprechend der Drehbewegung des Rotors wird ein Saugbereich und ein Pumpendruckraum oder Druckbereich ausgebildet, wobei der Saugbereich im Bereich sich vergrößernden Volumens und der Druckbereich des Pumpendruckraumes im Bereich sich verkleinernden Volumens der Kammern angeordnet ist.
Dem Saugbereich wird das Fluid über einen Saugkanal und mit einer Saugniere in der Stirn- und/oder Steuerplatte zugeführt. Über ein oder mehrere Drucknieren, die als Druck-Sacknieren über die Kammern kommunizieren, wird das Fluid aus dem Pumpendruckraum zu einem Druckanschluss der Flügelzellenpumpe gelenkt. Der Außendurchmesser des Rotors ist dabei größer oder kleiner als der Abstand der tangentialen Drucknieren-Innenkontur von der Achse des Rotors, so dass bei der Ableitung des unter Druck stehenden Fluids aus dem Pumpendruckraum quer zur Rotorebene eine Stufe zwischen der Umfangsfläche des Rotors und dem Drucknieren-Innendurchmesser von dem Fluid zu umströmen ist. Insbesondere beim Austritt des Fluids aus einer mit Abstand zu der Druckniere angeordneten Druck-Sackniere ergibt sich ein entsprechender zusätzlicher Strömungsverlust und eine Leistungsminderung der Flügelzellenpumpe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flügelzellenpumpe zu schaffen, deren Leistung und Wirkungsgrad verbessert ist.

Die Aufgabe wird mit einer Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch dass der Radius des Rotors an der Druckniere gleich groß wie der tangentiale Abstand der Drucknieren-Innenkontur von der Achse des Rotors ist, ist eine Stufe im Querschnittsverlauf der Umfangsfläche des Rotors zu der Drucknieren-Innenkontur vermieden, wodurch das Fluid beim Ausströmen oder Durchströmen von Flügelzellenkammern im Bereich des Pumpendruckraumes keine Wirbel bildenden Stufen zu umströmen hat. Zudem ist durch diese konstruktive Wahl des Rotorradius eine Drucknieren-Entlastungsbohrung in dem Kurvenring überflüssig. Somit sind zusätzliche Bearbeitungsschritte bei der Herstellung des Kurvenringes und den Querschnitt des Kurvenringes schwächende Kanäle vermieden.

Die Saugniere kann so in dem Gehäuse der Flügelzellenpumpe angeordnet sein, dass der Abstand ihrer tangentialen Innenkontur gleich dem Radius des Rotors ist.

Es ist zweckmäßig, die Umfangsfläche des Rotors im Querschnitt konvex zu gestalten, wobei der Querschnitt bevorzugt zwei Wendepunkte aufweist. Die Wendepunkte des Querschnittsverlaufes der Umfangsfläche des Rotors haben dabei einen kleineren Abstand zu der Längsmittelebene des Rotors als zu den axialen Randflächen des Rotors. Die Wendepunkte können in gleichen oder unterschiedlichen topographischen Höhen auf dem Umfangsflächen-Querschnitt angeordnet sein, also gleichen oder unterschiedlichen radialen Abstand zu der Rotorachse haben, wobei die Kanten des Querschnitts von den axialen Randflächen des Rotors mit einem Steigungswinkel von etwa 8°–15°, vorzugsweise 11° zu den Wendepunkten ansteigen.

Die Umfangsfläche des Rotors weist im Querschnitt bevorzugt eine dachförmige Kontur auf. Es kann auch zweckmäßig sein, die Kontur des Querschnitts der Umfangsfläche kegelförmig mit einer Kegelspitze in oder außerhalb der Längsmittelebene des Rotors zu wählen.

Die Kontur des Querschnitts der Umfangsfläche des Rotors kann auch parabelförmig konvex gewählt sein. Durch den konvexen Verlauf der Kontur ist eine gute Führung der Flügel in den Schlitzen bewirkt, wobei die Flügel unter dem Einfluss von Querkraft des zu komprimierenden Fluids sich geringfügig über ihre Breite verwölben und so insbesondere beim Einfahren der Flügel in die Führungen während des Komprimierens des Fluids besser in den Führungen gehalten sind und besser dichten. Ein hydraulischer Klebeeffekt im Spalt zwischen Flügel und Schlitz ist dadurch vermindert. Die Führungslängen der Flügel bleiben unverändert. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung gezeigt. In der Zeichnung zeigt:
1 einen Längsschnitt durch eine zweihubige Flügelzellenpumpe.
In 1 ist in einem Längsschnitt entlang ihrer Welle 26 eine zweihubige Flügelzellenpumpe 1 zum Fördern eines Fluids 2, wie Hydrauliköl oder dergleichen gezeigt. Ein von der Welle 26 angetriebener Rotor 3 ist mit radial verlaufenden Schlitzen 6, die von seiner Umfangsfläche 4 über dessen Breite 5 geführt sind, 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 gegen einen Kurvenring 8 gepresst. Der Kurvenring 8 und der in dem Kurvenring 8 angeordnete Rotor 3 werden in axialer Richtung der Welle 26 von einer Steuerplatte 27, die den Fluidfluss steuert und von einer Stirnplatte 28 begrenzt. Die Stirnplatte 28 und die Steuerplatte 27 sind Teil eines Gehäuses 9 der Flügelzellenpumpe 1 und werden durch Stifte 29, die den Kurvenring 8 durchragen fixiert. Die Steuerplatte 27 und die Stirnplatte 28 sind unter Zwischenlage eines sickenlosen Dichtringes aus Stahlblech 30 über Schraubbolzen 31 mit dem Gehäuse 9 verschraubt. Das Gehäuse dient zur Unterbringung von Saug- und Druckkanälen des Fluids, sowie zur Aufnahme eines Stromregelventils 32 und eines Wälzlagers 33 für die Lagerung der Welle 26.
Das Fluid 2 gelangt über einen Winkelstutzen 34 von einem nicht gezeigten Speicher in das Gehäuse 9, wird dort mit einem druckseitigen Fluidstrahl in der Art einer Wasserstrahlpumpe beschleunigt und gegen eine nasenförmige Erhebung 35 gerichtet und unter Aufspaltung in zwei Teilströme in einen Saugkanal 36, dessen Boden 37 in der Steuerplatte 27 eingeformt ist, geleitet. Der Saugkanal 36 ist tangential zwischen dem Kurvenring 8 und einer Innenwand 38 des Gehäuses 9, sowie in der Steuerplatte 27 geführt und mündet in zwei Saugnieren, die nicht gezeigt sind. Die Saugnieren liegen im Bereich sich vergrößernder Volumina der zwischen den Flügeln 7 und der Innenkontur des Kurvenringes befindlichen Flügelzellenkammern.
Je ein Pumpendruckraum 13 bildet sich im Bereich verkleinernder Volumina der Flügelzellenkammern aus, wobei das Fluid 2 dort, wie im oberen Teil des Bildes verdeutlicht, über Drucknieren 12 in der Stirnplatte 28 in einen Pumpensammelraum- oder Tilger raum 39 zu dem Stromregelventil 32 und einem Pumpenauslass geführt wird. Zur hydraulischen Zentrierung sind den Drucknieren 12 in der Stirnplatte 28 lagegleiche Drucknieren 12' in der Steuerplatte 27 gegenüber dem Rotor 3 angeordnet.
Die Drucknieren 12', von denen eine im Schnitt dargestellt ist, sind als Sacknieren gebildet.
Bei der Entleerung des Pumpendruckraumes 13 strömt das Fluid 2 aus den Drucknieren 12' über die Umfangsfläche 4 des Rotors 3 zu den Drucknieren 12 in der Stirnplatte 28.
Um hierbei Strömungsverluste zu vermeiden, ist der Radius 14 des Rotors 3 an den Drucknieren 12 gleich groß wie der Abstand 15 der tangentialen Drucknieren-Innenkontur 16 von der Rotorachse 17. Dadurch ist der Konturverlauf von der Drucksackniere 12' über die Umfangsfläche 4 des Rotors 3 in die Druckniere 12 kontinuierlich und über den gesamten tangentialen Bereich der Drucknieren 12, 12' ohne Stufen oder Sprünge, die Strömungsverluste hervorrufen könnten.
Es kann zweckmäßig sein, auch den Abstand 15 der tangentialen Saugnieren-Innenkontur von der Rotorachse 17 gleich groß wie den Radius des Rotors 3 zu wählen.
Um die radiale Führungslänge der Flügel 7 in den Schlitzen 6 nicht zu verringern, ist es zweckmäßig, die Umfangsfläche 4 des Rotors 3 konvex zu formen und wie in dem Ausführungsbeispiel in 1 gezeigt, in ihrem Verlauf mit zwei Wendepunkten 19, 20 zu versehen, so dass eine dachförmige Kontur des Umfangsflächen-Querschnitts gebildet ist. Um einen flachen Anstieg der Kontur zu erhalten, sind die Wendepunkte 19, 20 mit kleinerem Abstand 21 zu einer Längsmittelebene 22 des Rotors 3 angeordnet, als der Abstand 23 der Wendepunkte zu den axialen Randflächen 24 des Rotors. Der Steigungswinkel α der Umfangsflächen-Kontur beträgt dabei etwa 8°–15°, bevorzugt 11°.
Die Wendepunkte 19,20 können, anstatt wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt ist, mit gleichen radialen Abständen 25, 25' von der Achse 17 des Rotors 3 oder mit unterschiedlichen radialen Abständen 25, 25' in der Kontur der Umfangsfläche 4 liegen, so dass eine beliebige Profilierung der Umfangsflächen-Kontur des Rotors ermöglicht ist.
Die Querschnittsform der Umfangsfläche 4 des Rotors 3 kann auch parabelförmig oder kegelförmig bzw. dreieckförmig sein, wobei die Spitze des Dreiecks oder der Scheitel der Parabel in der Längsmittelebene 22 des Rotors 3 oder außerhalb der Längsmittelebene 22 des Rotors 3 zu liegen kommen kann.
BEZUGSZEICHENLISTE

Claims

1) Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluids (2) mit einem Rotor (3), in dessen Umfangsfläche (4) über seine Breite (5) sich erstreckende, im wesentlichen radial verlaufende Schlitze (6) eingebracht sind, in denen radialverschiebliche Flügel (7) gehalten sind, die an der Kontur eines Kurvenringes (8) bei Rotation des Rotors (3) um seine Achse (17) entlang geführt sind, wobei der Rotor (3) und der Kurvenring (8) in einem Gehäuse (9) der Flügelzellenpumpe angeordnet sind und das Fluid (2) über eine Saugniere in dem Gehäuse (9) einem Saugbereich zugeführt und über eine Druckniere (12) von einem Pumpendruckraum (13) abgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (14) des Rotors (3) an der Druckniere (12) gleich groß wie der Abstand (15) der tangentialen Drucknieren-Innenkontur (16) von der Rotorachse (17) ist.

Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (14) des Rotors (3) an der Saugniere gleich groß wie der Abstand (15) der tangentialen Saugnieren-Innenkontur von der Rotorachse (17) ist.

Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (4) des Rotors (3) im Querschnitt konvex ist und in ihrem Verlauf zwei Wendepunkte (19, 20) hat.

Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendepunkte (19, 20) mit kleinerem Abstand (21) zu der Längsmittelebene (22) des Rotors (3) liegen als der Abstand (23) zu den axialen Randflächen (24) des Rotors (3) beträgt.

Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (4) zu den Wendepunkten (19, 20) einen Steigungswinkel (α) von etwa 8°–15° hat.

Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendepunkte (19, 20) gleichen radialen Abstand (25, 25') von der Achse (17) des Rotors (3) haben.

Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendepunkte (19, 20) verschiedene radiale Abstände (25, 25') von der Achse (17) des Rotors (3) haben.

Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (4) des Rotors (3) im Querschnitt dachförmig gebildet ist.

Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (4) des Rotors (3) im Querschnitt kegelförmig ist.

Flügelzellenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze des kegelförmigen Querschnitts der Umfangsfläche (4) des Rotors (3) in der Längsmittelebene (22) des Rotors (3) liegt.

Flügelzellenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze des kegelförmigen Querschnitts der Umfangsfläche (4) außerhalb der Längsmittelebene (22) des Rotors (3) liegt.

Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgangsfläche (4) des Rotors (3) im Querschnitt parabelförmig konvex ist.