DE19529806A1 - Flügelzellenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit einem radial verlaufende, Flügel aufnehmende Schlitze aufweisenden Rotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Flügelzellenpumpen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie sind gekennzeichnet durch einen Rotor, in dessen Umfangswandung Flügel aufnehmende Schlitze eingebracht sind. Der Rotor dreht sich in­ nerhalb eines Konturrings, der zwei sichelförmige Förderräume bildet, die von den Flügeln durchlaufen werden. Bei der Drehung des Rotors ergeben sich größer und kleiner werdende Räume. Bei Betrieb der Flügelzellenpumpe ergeben sich dadurch Saug- und Druckbereiche. Bei einem Konturring der hier ange­ sprochenen Art ergeben sich zwei getrennte Pumpen­ abschnitte mit je einem Saug- und Druckbereich.

Wird eine Flügelzellenpumpe betriebswarm stillge­ setzt, gleiten die obenliegenden Flügel aufgrund ihrer Schwerkraft in die in den Rotor eingebrachten Schlitze. Dadurch entfällt die zwischen Saug- und Druckbereich gegebene Trennung, es entsteht quasi ein Kurzschluß in einem Pumpenabschnitt. Auf der gegenüberliegenden Seite gleiten die Flügel der Schwerkraft folgend aus ihren Schlitzen heraus, oder sie bleiben draußen.

Erkaltet nun das von der Flügelzellenpumpe geför­ derte Fluid, beispielsweise Hydrauliköl, erhöht sich dessen Viskosität, so daß die Beweglichkeit der Flügel nachläßt. Wird die Pumpe nun in Betrieb genommen, stellt sich bei einem Kaltstart allen­ falls eine stark reduzierte Förderleistung ein.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Flügelzel­ lenpumpe zu schaffen, die diese Kaltstarteigen­ schaften nicht beziehungsweise nicht so ausgeprägt aufweist.

Diese Aufgabe wird mit Hilfe einer Flügelzellen­ pumpe gelöst, die die in Anspruch 1 genannten Merk­ male umfaßt.

Dadurch, daß mindestens ein hydraulischer Wider­ stand vorgesehen ist, der die beiden Druckbereiche der Pumpe trennt, wird sichergestellt, daß das von einem Pumpenabschnitt geförderte Öl nicht in den Pumpenabschnitt gelangt, der aufgrund der zurückge­ fallenen Flügel einen Kurzschluß zwischen Saug- und Druckbereich aufweist. Es ist daher möglich, unmit­ telbar nach dem Start der Flügelzellenpumpe einen Druck aufzubauen, der insbesondere dem Unterflügel­ bereich zukommt und eine Ausfahrbewegung der Flügel bewirkt.

Bevorzugt wird eine Ausführungsform der Flügelzel­ lenpumpe, bei der die den Unterflügelbereichen zu­ geordneten Druckbereiche durch einen hydraulischen Widerstand getrennt werden. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß gerade der Unterflügelbe­ reich mit Druck beaufschlagt wird, dessen Flügel bereits teilweise ausgefahren sind. Auf diese Weise wird zunächst die Funktion des Pumpenabschnittes gefördert, der gerade beginnt, den Fluidstrom auf­ zubauen.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Flügelzellenpumpe sind auf beiden Seiten des Rotors Druckbereiche vorgesehen, die durch einen hydraulischen Widerstand getrennt sind. Durch diese Ausgestaltung wird sichergestellt, daß auch bei ei­ nem Kaltstart sehr schnell ein Druck aufgebaut wird, der den Unterflügelbereichen zugute kommt.

Bevorzugt wird außerdem eine Ausgestaltung der Flü­ gelzellenpumpe, bei der mindestens eine vorzugs­ weise beide Druckflächen von Druckplatten gebildet werden, die an den Stirnseiten des Rotors anliegen. Das von dem Rotor geförderte Medium durchdringt die Druckplatten und gelangt so auf die im Rotor abge­ wandte Seite der Platten, so daß diese im Betrieb der Pumpe dicht gegen den Rotor angepreßt werden.

Bevorzugt wird überdies eine Ausführungsform der Flügelzellenpumpe, bei der der hydraulische Wider­ stand in der Dichtfläche vorgesehen ist, vorzugs­ weise in der einer umlaufenden Nut, über die die Unterflügelbereiche mit Druck beaufschlagt werden.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den übri­ gen Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine Draufsicht auf die Innenseite eines Gehäuses einer Flügelzellenpumpe;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Dichtfläche ei­ ner Flügelzellenpumpe und

Fig. 3 einen Querschnitt eines Stromreglers ei­ ner Flügelzellenpumpe.

Fig. 1 zeigt eine Innenansicht eines Gehäuseteils 1 einer Flügelzellenpumpe, deren Aufbau grundsätz­ lich bekannt ist. Es soll daher nur kurz auf die wesentlichsten Teile eingegangen werden: Oben am Gehäuse ist ein Auslaß 3 vorgesehen, über den ein Verbraucher, beispielsweise eine Lenkhelfeinrich­ tung, mit Hydrauliköl versorgt wird. Das Gehäuse­ teil 1 ist so ausgebildet, daß ein sogenannter Stromregler untergebracht werden kann, mit dessen Hilfe die abgegebene Hydraulikölmenge auf ein vor­ gebbaren Wert einstellbar ist.

Das Gehäuseteil 1 zeigt einen kreisrunden Innenraum 5, der einen hier nicht dargestellten Rotor auf­ nimmt, in dessen Umfangsfläche Flügel aufnehmende Schlitze eingebracht sind. Der Rotor wird über eine Antriebswelle in Rotation versetzt, so daß sich die Flügel innerhalb eines Konturrings bewegen, dessen Innenraum so ausgestaltet ist, daß zwei sichelför­ mige, auch als Förderräume bezeichnete Freiräume gebildet werden, die von den Flügeln durchlaufen werden. Dabei werden Saug- und Druckbereiche gebil­ det. Die Stirnflächen des Rotors liegen an Dicht­ flächen an, die vorzugsweise von Druckplatten ge­ bildet werden. Die aus den beiden Druckplatten und dem Rotor gebildete Einheit wird in den Innenraum 5 des Gehäuseteils 1 eingesetzt. Die Druckplatten sind so ausgebildet, daß das von den Flügelzellen geförderte Hydrauliköl durch die Druckplatten hin­ durch gefördert wird und in den zwischen den Druck­ platten und der Gehäuseinnenseite gebildeten Raum gelangt. Die den Druckplatten zugewandte Innenflä­ che des Innenraums 5 weist eine fast vollständig umlaufende Ringnut 7 auf, deren beiden Enden durch einen Steg 9 voneinander getrennt sind. Das eine Ende der Ringnut 7 mündet in eine Druckauslaßöff­ nung 11, über die das geförderte Hydrauliköl zum Auslaß 3 gelangt. Beide den Förderräumen zugeordne­ ten Druckbereiche münden in die Ringnut 7.

Die Flügelzellenpumpe ist so aufgebaut, daß das im Druckbereich liegende Hydrauliköl zu den im Innern des Rotors liegenden Unterseiten der Flügel gelangt und diese mit Druck beaufschlagt. Durch den im Un­ terflügelbereich gegebenen Überdruck werden die Flügel aus den Schlitzen radial nach außen gepreßt, so daß diese dichtend an der Innenseite des Kontur­ rings anliegen.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das Gehäuseteil 1 so ausgebildet ist, daß ein hydraulischer Wider­ stand 13 die beiden Druckbereiche der Flügelzellen­ pumpe voneinander trennt. Hier ist in die Ringnut 7 ein als Kaltstartsteg bezeichneter Steg 15 einge­ bracht, dessen Höhe etwas geringer ist als die Tiefe der Ringnut 7. Der Steg 15 trennt also die Ringnut 7 nicht vollständig sondern bildet eben nur einen hydraulischen Widerstand aus. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ringnut 7 so ausgebildet, daß sie sich über einen Winkelbe­ reich von ca. 315° erstreckt. Der Steg 15 ist ca. 90° von dem Ende der Ringnut 7 entfernt, das der Druckauslaßöffnung 11 gegenüber liegt.

Durch den hydraulischen Widerstand 13 wird sicher­ gestellt, daß von einem Druckbereich der Pumpe in die Ringnut 7 gelangendes Öl nicht ungehindert zum anderen Druckbereich der Pumpe gelangt und somit einen Kurzschluß verursacht. Auch bei einem Kalt­ start der Pumpe wird im Druckbereich ein ausrei­ chender Druck aufgebaut, der dem Unterflügelbereich zugute kommt und der daher dafür sorgt, daß die Flügel in ihre Arbeitsposition ausfahren.

Die Höhe und Breite des Stegs 15 werden so gewählt, daß bei einem sehr kalten Hydrauliköl ein relativ hoher hydraulischer Widerstand gegeben ist, daß aber bei einem betriebswarmen Öl geringer Viskosi­ tät sich eine nur geringe Beeinflussung der Fluid­ strömung gegeben ist.

Fig. 2 zeigt eine Druckplatte 17, die mit ihrer als Dichtfläche 19 wirkenden Oberfläche an der Stirnfläche des Rotors anliegt. Seitlich zeigt die Dichtfläche 19 Ausnehmungen 21 und 23, die Saugbe­ reiche darstellen. Oben und unten zeigt die Dicht­ fläche 19 zwei Öffnungen 25 und 27, die den Druck­ bereichen der beiden Pumpenabschnitte zugeordnet sind. Die Öffnungen 25 und 27 sind Druckkanälen zu­ geordnet, die sich durch die gesamte Dicke der Druckplatte 17 erstrecken, so daß also von den Flü­ gelzellen gefördertes Hydrauliköl durch die Druck­ platte hindurch in den sich anschließenden Druck­ raum gefördert wird und in die sich aus Fig. 1 er­ gebende Ringnut 7 gelangt.

Die Dichtfläche 19 zeigt eine umlaufende Nut 29, die so angeordnet ist, daß hier ein Druckraum ge­ bildet wird, der mit den Unterflügelbereichen der Flügel in hydraulischer Verbindung steht.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die auch als Un­ terflügelnut bezeichnete Nut 29 zwei diametral ge­ genüberliegende hydraulische Widerstände 113 auf­ weist, die als Stege 115 ausgebildet sind und sich quer über die Ausdehnung der Nut 29 erstrecken. Die Höhe der Stege 115 ist geringer als die Tiefe der Nut 29 und so ausgewählt, daß sie einen hydrauli­ schen Widerstand für ein kaltes, hochviskoses Hydrauliköl bilden, aber praktisch vernachlässigbar in ihrer Wirkung sind, wenn das Hydrauliköl warm und dünnflüssig ist.

Durch die Stege 115 ist sichergestellt, daß die Druckversorgung der Unterflügelbereiche der beiden symmetrischen Pumpenabschnitte getrennt ist. Die Unterflügelbereiche der Saugbereiche sind mit den Unterflügelbereichen der Flügel verbunden, die den zugehörigen Druckbereichen zugeordnet sind.

Durch diese Art der hydraulischen Widerstände ist sichergestellt, daß die Druckbereiche der Unterflü­ gelbereiche der beiden Pumpenabschnitte voneinander getrennt sind und daß im Kaltstart der zunächst aufgebaute Druck ein und demselben Pumpenabschnitt zugeführt wird.

Besonders bevorzugt wird eine Flügelzellenpumpe, bei der die Gehäuseteile so ausgebildet sind, daß auf beiden Seiten des Rotors Ringnuten vorhanden sind, wie sie anhand von Fig. 1 erläutert wurden. Damit wird sichergestellt, daß auf beiden Seiten des Rotors ein hydraulischer Widerstand vorhanden ist, der eine optimale Versorgung der Unterflügel­ bereiche im Kaltstart sicherstellt.

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Flügelzellenpumpe wurde davon ausgegangen, daß auf beiden Seiten des Rotors Druckplatten vorgesehen sind. Es ist jedoch auch möglich, auf eine der Druckplatten zu verzichten und eine Gehäuseinnen­ seite als Druckfläche auszubilden. Auch bei einer derartigen Ausgestaltung ist sichergestellt, daß durch den hydraulischen Widerstand auf der mit ei­ ner Druckplatte versehenen Seite des Rotors ein verbessertes Kaltstartverhalten gewährleistet ist In einem derartigen Fall könnte die mit einem hydraulischen Widerstand versehene umlaufende Nut auf der Innenseite des Gehäuses vorgesehen werden, die die Dichtfläche bildet und mit dem Rotor zusam­ menwirkt.

Zur Funktion des hydraulischen Widerstandes ist noch einmal zusammenfassend festzuhalten:
Die Flügelzellenpumpe ist so ausgebildet, daß sie zwei getrennte Pumpenabschnitte mit je einem Druck­ bereich aufweist. Diese sind mit den Unterflügelbe­ reichen der beiden Pumpenabschnitte verbunden, so daß sichergestellt ist, daß die Flügel bei einem Druckaufbau in ihre nach außen verlagerte Arbeits­ position gedrängt werden.

Wenn eine warme Pumpe abgestellt wird, fallen die Flügel des oberen Pumpenabschnitts in die Schlitze des Rotors zurück, so daß die Trennung zwischen Saug- und Druckbereich dieses Pumpenabschnitts auf­ gehoben und quasi ein Kurzschluß gegeben ist. Wenn nun diese Pumpe im kalten Zustand, beispielsweise im Winter bei minus 20° C startet, ist das Hydrau­ liköl so zäh, daß die Flügel des oberen Pumpenab­ schnitts in ihrer zurückgezogenen Position verhar­ ren, es sei denn, die Pumpe wird auf eine hohe Drehzahl beschleunigt.

Gleichzeitig ergibt sich das folgende Problem: Das von dem unteren Pumpenabschnitt im Start geförderte Öl gelangt in den Druckbereich dieses Pumpenab­ schnittes und über diesen auch in den Druckbereich des oberen Pumpenabschnittes, wo der Kurzschluß zum Saugbereich gegeben ist. Es ist also praktisch un­ möglich, daß sich ein Überdruck aufbaut, der dem Unterflügelbereich zugute kommen könnte.

Durch den hydraulischen Widerstand zwischen den beiden Druckbereichen der Pumpe ist sichergestellt, daß der unmittelbar im Start aufgebaute Druck in einem Druckbereich für den Unterflügelbereich des zugehörigen Pumpenabschnitts ausgenutzt wird, so daß wenigstens dieser Pumpenabschnitt eine ausrei­ chende Förderleistung aufbauen kann.

Wenn schließlich ein ausreichender Druck aufgebaut ist, gelangt dieser auch über den hydraulischen Wi­ derstand hinweg zum Druckbereich des anderen Pum­ penabschnitts, so daß dann auch dessen Unterflügel­ bereich so weit druckbeaufschlagt ist, daß auch dort die Flügel in ihre Arbeitsposition verlagert werden.

Für den Druckaufbau in der Kaltstartphase kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Druckbereiche der Pumpenabschnitte von dem am Auslaß 3 ange­ schlossenen Verbraucher zunächst abgeschlossen sind. Beispielsweise kann in dem Stromregler der Pumpe, über den das geförderte Fluid zum Verbrau­ cher gelangt, ebenfalls ein hydraulischer Wider­ stand vorgesehen sein, der während der Kaltstart­ phase einen Abfluß des geförderten Fluids zum Ver­ braucher verhindert. Durch eine derartige Maßnahme wird sichergestellt, daß sich der Druck für den Un­ terflügelbereich noch rascher aufbaut.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, wie der Stromregler ausgebildet werden könnte, um einen derartigen hydraulischen Widerstand aufzuweisen.

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt einen einen Steuer­ kolben 201 aufweisenden Stromregler einer hier nicht dargestellten Flügelzellenpumpe. Der Aufbau des Stromreglers ist grundsätzlich bekannt, so daß hier nicht näher darauf eingegangen werden soll. Er dient dazu, den von der Flügelzellenpumpe geförder­ ten Fluidstrom auf ein bestimmtes Maß zu begrenzen. Der Steuerkolben 201, der auch als Stromregelkolben bezeichnet wird, ist gegen die Kraft einer Feder 203 im Inneren einer Ventilbohrung 205 beweglich angeordnet. Das von der Flügelzellenpumpe geför­ derte Fluid gelangt in einen Druckraum 207, der von dem Steuerkolben 201 gegenüber einem Tankanschluß 209 dichtend abgeschlossen ist. Die hier gezeigte Schnittdarstellung zeigt den Steuerkolben 201 in seiner Ruheposition, das heißt in der Position, in der er nicht regelt. Dabei wird der Steuerkolben 201 durch die Feder 203 gegen ein Widerlager 211 gedrückt.

Der Steuerkolben 201 weist eine den Druckraum 207 und eine Blendenbohrung einer Blende 215 durchdrin­ gende Verlängerung 213 auf.

Die Verlängerung ist mit einem Ringbund 217 verse­ hen, dessen Außendurchmesser größer ist, als die sich unmittelbar daran anschließenden Bereiche der Verlängerung 213. Der Außendurchmesser des Ringbun­ des 217 ist so groß gewählt, daß er praktisch dem Innendurchmesser der Blendenbohrung entspricht.

Der Ringbund 217 ist so auf der Verlängerung 213 angeordnet, daß er in der hier dargestellten Ruhe­ position des Steuerkolbens 201 die Blende 215 ver­ schließt.

Wird von der Flügelzellenpumpe ein Fluid in den Druckraum 207 gefördert, so kann dieses einerseits nicht in den Tankanschluß 209 abfließen, anderer­ seits auch nicht durch die Blende 215 austreten, die durch den Ringbund 217 verschlossen ist. Steigt jedoch der Druck in dem Druckraum 207, so wird der Steuerkolben 201 gegen die Kraft der Feder 203 nach rechts verlagert. Die axiale Ausdehnung des Ring­ bundes 217 ist so gewählt, daß dieser den Bereich der Blende 215, bei einer Verlagerung des Steuer­ kolbens 201 nach rechts, verläßt und ein Ringraum zwischen der Blende 215 und der Verlängerung 213 freigegeben wird, durch den das im Druckraum 207 befindliche Fluid durch den Ringraum und durch einen Anschluß 219 zum Verbraucher gelangen kann. Dabei wirken die Verlängerung 13 und die Blende 15 als Meßblende des Stromreglers.

Die Länge des Ringbundes 217 ist so gewählt, daß die Blende 215 mit dem Ringbund 217 eine radiale auch als Kaltstartdrossel bezeichnete Dichtung aus­ bildet, das heißt, die Verlängerung 213 bildet mit der Blende 215 keinen axialen Anschlag; der Steuer­ kolben 201 wird von der Feder 203 ausschließlich gegen das Widerlager 211 gedrückt, so daß hier ein Sitzventil ausgebildet ist.

Besonders vorteilhaft ist es, daß der Ringbund 217 innerhalb der Blende 215 eine Abdichtung gewährlei­ stet, unabhängig davon, ob der Ringbund 217 mehr oder weniger weit in die Blende 215 eingefahren ist. Toleranzen in der Fertigung des Sitzventils, das durch eine geeignete Kante des Stromreglers 201 mit dem Widerlager 211 ausgebildet wird, beeinflus­ sen die Abdichtung des Ringbundes 217 innerhalb der Blende 215 nicht. Der hier dargestellte Stromregler ist daher kostengünstig realisierbar.

Die Wirkung des hier dargestellten Stromreglers 201 im Kaltstart ergibt sich folgendermaßen:
Wird eine Flügelzellenpumpe im betriebswarmen Zu­ stand abgeschaltet, so fallen die obenliegenden Flügel in ihre Schlitze zurück, die in dem Rotor der Flügelzellenpumpe eingebracht sind. Damit wird die durch die Flügel bewirkte hydraulische Trennung des Saug- und Druckbereichs dieses Teils der Flü­ gelzellenpumpe aufgehoben, so daß quasi ein Kurz­ schluß gegeben ist.

Im unteren Teil des Rotors gleiten die Flügel so weit aus ihren Schlitzen heraus, bis sie an dem die Flügel umgebenden Konturring anliegen.

Erkaltet nun das Öl, erhöht sich dessen Viskosität. Insbesondere im Winter wird das Öl sehr zähflüssig, so daß die Flügel nicht mehr ohne weiteres in ihren Schlitzen beweglich sind.

Bei der hier dargestellten Ausführung des Stromreg­ lers kann das von dem unteren Pumpenabschnitt der Flügelzellenpumpe geförderte Fluid nicht aus dem Druckraum 207 austreten, so daß sich im Inneren der Pumpe ein Überdruck ergibt, der insbesondere dem Unterflügelbereich der Pumpe zugute kommt. Die die Flügel aufnehmenden Schlitze sind in ihrem dem Mit­ telpunkt des Rotors zugewandten Bereich mit der Druckseite der Flügelzellenpumpe verbunden. Wird also ein Abfließen des geförderten Fluids durch den Stromregler während des Kaltstarts verhindert, baut sich auf der Unterseite der Flügel ein Druck auf, so daß diese auch bei einem Kaltstart, währenddes­ sen das Öl sehr zäh ist, nach außen gedrängt wer­ den.

Aufgrund dieses Überdrucks erreicht die Pumpe auch im kalten Zustand rasch ihre gewünschte Förderlei­ stung.

Claims (9)

1. Flügelzellenpumpe mit einem radial verlaufende, Flügel aufnehmende Schlitze aufweisenden Rotor, der mit seinen Stirnflächen an Dichtflächen anliegt, die mit Saug- und Druckbereichen zugeordneten Ein- und Auslaßöffnungen sowie mit den Unterflügelberei­ chen zugeordneten Öffnungen und Räumen versehen sind, und mit einem die Flügel umgebenden, zwei Saug- und Druckbereiche bildenden Konturring, ge­ kennzeichnet durch mindestens einen die beiden Druckbereiche trennenden hydraulischen Widerstand (13).

2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß hydraulische Widerstände, gebil­ det durch die Stege 9 und 13, die förderseitigen Druckbereiche der Flügelzellenpumpe trennt.

3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des Ro­ tors jeweils ein Druck- und ein Saugbereich vorhan­ den ist und daß beide Druckbereiche der beiden Sei­ ten durch je mindestens einen hydraulischen Wider­ stand (113) getrennt werden.

4. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein hydraulischer Widerstand (113) die den Unter­ flügelbereichen zugeordneten Druckbereiche trennt.

5. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens ein hydraulischer Wi­ derstand (113) in einer umlaufenden Nut (29) ange­ ordnet ist.

6. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrau­ lische Widerstand (13; 113) durch einen im Fluid­ pfad angeordneten Steg (15; 115) gebildet wird.

7. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine, vorzugsweise beide Dichtflächen (19) von Druckplatten (17) gebildet werden.

8. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5 oder 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der hydraulische Wider­ stand (113) in der Dichtfläche (19) vorgesehen ist.

9. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Widerstand (13) an einer Innenwand des Gehäuses der Flügelzellenpumpe vorgesehen ist.