DE19626211A1 - Flügelzellenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Flügelzellenpumpen sind allgemein be­ kannt. Sie umfassen üblicherweise einen Rotor, in dessen Umfangswandung flügelaufnehmende Schlitze eingebracht sind. Der Rotor dreht sich innerhalb eines Konturrings, der bei einer doppelhubigen Flü­ gelzellenpumpe zwei sichelförmige Förderräume bil­ det, die von den Flügeln durchlaufen werden. Jedem dieser Förderräume ist eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung zugeordnet. Durch die Einlaßöffnung wird das zu fördernde Fluid in eine zwischen zwei Flügeln ausgebildete Förderzelle eingesaugt und durch die Auslaßöffnung hindurch wieder ausge­ stoßen.

Das Fördern des Fluids wird dadurch erreicht, daß sich aufgrund der Geometrie des Konturrings die Flügelzellenvolumina im Ansaugbereich vergrößern und im Druckbereich verkleinern.

Insbesondere beim Einsatz derartiger Flügelzellen­ pumpen im Zusammenspiel mit Automatikgetrieben er­ gibt sich der Nachteil, daß die im Fluid, insbeson­ dere Hydrauliköl, enthaltene Luft sehr schnell stark komprimiert wird, was zu sehr störenden Kavi­ tationsgeräuschen führt.

Als entsprechende Lösung wurde vorgeschlagen, den Konturring so auszubilden, daß ein sanfter Druck­ anstieg erzielt wird. Es ergibt sich dadurch jedoch der Nachteil, daß der Druckanstieg stark toleranz­ abhängig bezüglich der Form des Konturrings wird. Kleine herstellungsbedingte Schwankungen im Kontur­ ring-Verlauf führen folglich schon zu spürbaren Änderungen beim Druckanstieg. Steigt der Druck infolgedessen zu stark, führt dies wieder zu Kavitationsgeräuschen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Flügelzellenpumpe zu schaffen, bei der keine beziehungsweise nur geringe Kavitationsgeräusche auftreten.

Diese Aufgabe wird durch eine Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, daß der Konturring so ausgebildet wird, daß eine starke kinematische Vorkrompression erzielt wird, läßt sich die Toleranzempfindlichkeit senken. Herstel­ lungsbedingte Schwankungen im Konturring-Verlauf beeinflussen die Vorkrompression nur unwesentlich. Der sich daraus ergebende an sich ungewünschte starke Druckanstieg wird dadurch abgeschwächt, daß die Einlaßöffnung eine in Drehrichtung des Rotors sich erstreckende Öffnungserweiterung f vorzugsweise eine Kerbe, aufweist. Durch entsprechende Ausge­ staltung dieser Öffnungserweiterung ist die aus ei­ nem Vorkompressionsbereich in den Ansaugbereich zu­ rückströmende Volumenmenge einstellbar, und damit auch der Grad des Druckanstiegs.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbei­ spiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Ausschnitt, nämlich ei­ nen Pumpenabschnitt einer doppelhubigen Flügelzellenpumpe im Querschnitt, und

Fig. 2 ein Diagramm des Konturverlaufs und des Volumenverlaufs einer Förderzelle.

Eine Flügelzellenpumpe 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in dem ein Rotor 5 im Uhrzeigersinn drehbar gela­ gert ist.

In eine Umfangswandung 7 des Rotors 5 sind mehrere, im vorliegenden Ausführungsbeispiel zehn radial verlaufende Schlitze 9 eingebracht. Die Schlitze 9 selbst dienen zur Aufnahme von radial verschiebba­ ren Flügeln 11, die während der Drehung des Rotors 5 an einer Innenwandung 13 eines Konturrings 15 an­ liegen.

Dieser Konturring 15 ist dabei so ausgebildet, daß sich der in Fig. 2 dargestellte Hubverlauf des Flügels bei einer doppelhubigen Pumpe ergibt. Deut­ lich zu erkennen sind dabei zwei Winkelbereiche 101, in denen der Hub im wesentlichen konstant bleibt. Diesen Winkelbereichen folgt jeweils ein weiterer Winkelbereich, in dem der Flügel radial nach außen fährt und damit einen zunehmenden Hub erfährt. Anschließend drückt der Konturring den Flügel wieder radial nach innen, wobei die Hubver­ kleinerung in einem Bereich 105 zunächst flach und in einem anschließenden Winkelbereich 107 steiler ausfällt. Im Bereich 105 ist die Veränderung des Hubs größer 3,5 µm/Grad über einen Winkel von minde­ stens 30° (bei acht Flügeln < 3 µm/Grad über minde­ stens 40°, bei sechs Flügeln < 2,5 µm über mindestens 55°). Dem Winkelbereich 107 folgt dann der bereits angegebene Winkelbereich 101.

Im selben Diagramm ist auch der Verlauf des von zwei Zellen begrenzten Zellvolumens gezeigt, wobei der erste Flügel in Drehrichtung den Winkel der Abszisse bestimmt. Deutlich zu erkennen ist, daß der Verlauf des Volumens gegenüber dem Verlauf des Hubs winkelversetzt ist. Grundsätzlich läßt sich der Volumenverlauf in drei Bereiche untergliedern, nämlich einen Ansaugbereich 119, einen Vorkompres­ sionsbereich 125 und einen Druckbereich 131.

In der Fig. 1 nicht zu sehen sind Druckplatten, die an den Stirnseiten des Rotors 5 und des Kontur­ rings 15 dichtend anliegen. Dadurch bilden sich zwischen der Umfangswandung 7 des Rotors 5, der In­ nenwandung 13 des Konturrings 15, den beiden Druck­ platten und benachbarten Flügeln 11 Förderzellen 17 aus. Im Ansaugbereich 119 vergrößert sich das Volu­ men der jeweiligen Förderzelle 17, so daß durch eine Ansaugöffnung 21 Fluid in die Zelle angesaugt wird.

Sobald der in Drehrichtung hinten liegende Flügel der jeweiligen Förderzelle 17 die in Drehrichtung vordere Kante 23 der Ansaugöffnung 21 überschritten hat, ist die Verbindung zwischen Förderzelle 17 und Ansaugbereich 21 weitgehend unterbrochen. Die För­ derzelle 17 hat nun auf jeden Fall den Vorkompres­ sionsbereich 125 erreicht. Durch entsprechende Aus­ gestaltung des Konturrings 15 wird in diesem Be­ reich das Förderzellenvolumen um ein bestimmtes Maß verkleinert. Im weiteren Verlauf der Drehung des Rotors erreicht dann der vordere Flügel der För­ derzelle 17 eine Kante 27 einer Förderöffnung 29, die in Verbindung mit dem Druckbereich der Flügel­ zellenpumpe 1 steht. Durch weitere Verkleinerung des Förderzellenvolumens wird das darin vorhandene Fluid beim Durchlaufen des Druckbereichs 131 durch die Förderöffnung 29 hindurch in den Druckbereich gefördert.

In der Figur ist darüber hinaus im Vorkompressions­ bereich 125 ein Durchbruch 33 zu erkennen, der von der Kante 23 der Ansaugöffnung 21 ausgeht. Dieser Durchbruch 33 dient als Erweiterung der Ansaugöff­ nung 21 in den Vorkompressionsbereich 125 hinein, so daß in der Förderzelle 17 vorhandenes Fluid wäh­ rend der Vorkompression in den Ansaugbereich 21 zu­ rückströmen kann.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist diese Er­ weiterung der Ansaugöffnung 21 als Kerbe 33 ausge­ bildet, deren Spitze in Drehrichtung des Rotors 5 zeigt, das heißt in Richtung des nachfolgenden Druckbereichs. Damit ergibt sich - in Drehrichtung gesehen - eine stark abnehmende durchströmbare Flä­ che dieser Erweiterung 33.

Im folgenden soll nun die Funktionsweise der Pumpe und insbesondere der Öffnungserweiterung 33 be­ schrieben werden:
Während der Drehung des Rotors 5 erreicht eine För­ derzelle 17 den Ansaugbereich 119 und saugt, be­ dingt durch das sich vergrößernde Zellvolumen, Fluid durch die Ansaugöffnung 21, beispielsweise aus einem ölsumpf, an. Sehr häufig ist im angesaug­ ten Öl Luft enthalten, die zuvor beispielsweise durch die Zahnräder eines Automatikgetriebes einge­ bracht wurde. Unmittelbar nachdem die Förderzelle 17 die Bereichsgrenze zwischen Ansaugbereich 119 und Vorkompressionsbereich 125 überschritten hat, ist die Verbindung zwischen Förderzelle 17 und An­ saugöffnung 21 unterbrochen. Innerhalb des Vorkom­ pressionsbereichs erfährt das Zellvolumen eine Ver­ kleinerung, so daß der Druck innerhalb der Förder­ zelle 17 ansteigt. Dieser Druckanstieg wird jedoch abgeflacht dadurch, daß während des Druckaufbaus Öl aus der Förderzelle 17 über die Kerbe 33 zurück in den Ansaugbereich strömt. Da die durchströmte Quer­ schnittsfläche der Kerbe 33 in Drehrichtung ab­ nimmt, verringert sich dadurch auch die zurück­ fließende Ölmenge bis der hinten liegende Flügel die Spitze der Kerbe 33 erreicht hat. Die Verbin­ dung in den Ansaugbereich ist damit geschlossen.

Mit Hilfe des flacheren Druckanstiegs im Vorkom­ pressionsbereich 125 läßt sich verhindern, daß die im Öl vorhandene ungelöste Luft zu stark kompri­ miert wird und damit Kavitationsgeräusche verur­ sacht. Darüber hinaus läßt sich das Zellvolumen im Vorkompressionsbereich 125 stärker verringern, wo­ bei der sich daraus ergebende starke Druckanstieg durch die Wirkung der Kerbe abgeschwächt wird. Der Vorteil dabei liegt darin, daß toleranzbedingte Abweichungen der Innenwandung des Konturrings 15 nicht mehr so stark ins Gewicht fallen.

Sobald der hintere Flügel die Kerbe 33 überlaufen hat, erreicht der vordere Flügel 11 die hinten lie­ gende Kante 27 der Förderöffnung 29. Die Förder­ zelle 17 hat somit Verbindung mit dem Druckbereich und das kleiner werdende Volumen der Förderzelle 17 führt zu einem Ausstoß des enthaltenden Öls durch die Förderöffnung hindurch.

Es ist je nach Anwendungsfall möglich, die Förder­ zelle 17 erst dann zum Druckbereich hin zu öffnen, wenn der hintere Flügel die Kerbe 33 überschritten hat. Es ist jedoch auch möglich, eine Überschnei­ dung zuzulassen, so daß zumindest kurzfristig eine Verbindung zwischen Druckbereich und Ansaugbereich über die Förderzelle 17 und die Kerbe 33 besteht. Aufgrund des sehr geringen Strömungsquerschnitts der Kerbe 33 führt dies jedoch nicht zu einem nen­ nenswerten Kurzschluß.

Selbstverständlich kann neben der beschriebenen Kerbenform jede andere geometrische Form für die Öffnungserweiterung 33 eingesetzt werden.

Die Kerbengeometrie bewirkt einen nahezu betriebs­ druckunabhängigen Druckanstieg in der Vorkompres­ sonskammer, solange keine Verbindung mit dem Be­ triebsdruck über die Druckkerbe 27 besteht.

Claims (7)

1. Flügelzellenpumpe mit einem Rotor (5), der zur verschieblichen Aufnahme von Flügeln (11) radial verlaufende Schlitze (9) aufweist und der mit sei­ nen Stirnflächen an Dichtflächen anliegt, die mit Saug- und Druckbereichen zugeordneten Ansaug- und Förderöffnungen versehen sind, und mit einem die Flügel (11) umgebenden, Saug-, Vorkompressions- und Druckbereiche bildenden Konturring (15), dadurch gekennzeichnet, daß der Konturring (15) so ausgebildet ist, daß die kinematische Vorkompres­ sion in einer Förderzelle stark ist, und daß die Ansaugöffnung (21) eine in Drehrichtung verlaufende Öffnungserweiterung (33) aufweist, die einen stei­ len Druckanstieg im Vorkompressionsbereich (125) abschwächt.

2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Öffnungserweiterung (33) als Kerbe ausgebildet ist, deren Spitze in Drehrichtung zeigt.

3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß sich die Öffnungserweite­ rung (33) maximal soweit erstreckt, daß eine Tren­ nung zwischen Ansaugöffnung (21) und Förderöffnung (29) über eine Förderzelle (17) gewährleistet ist.

4. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Öffnungserweiterung (33) sich mindestens soweit in Drehrichtung er­ streckt, daß eine Verbindung zwischen Förderöffnung (29) und Ansaugöffnung (21) über eine Förderzelle (17) gerade noch nicht besteht.

5. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontur­ ring (15) so ausgebildet ist, daß sich das Volumen einer Förderzelle (17) im Vorkompressionsbereich (125) verringert.

6. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Saug-, Vorkompressions- und Druckbereiche ausgebildet sind.

7. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub eines Flügels bei insgesamt zehn Flügeln im Vorkom­ pressionsbereich größer 3,5 µm/Grad über einen Win­ kelbereich von mindestens 30° ist.