DE19626211C2 - Flügelzellenpumpe - Google Patents
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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 Flügel aufnehmende 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.
Die DE-OS 23 26 627 beschreibt eine Flügelzellen
pumpe, bei der zur Minderung der Kavitation in
Drehrichtung verlaufende Öffnungserweiterungen vor
geschlagen werden.
Als weitere Lösung wurde vorgeschlagen, den Kontur
ring so auszubilden, daß ein sanfter Druckanstieg
erzielt wird. Es ergibt sich dadurch jedoch der
Nachteil, daß der Druckanstieg stark toleranzab
hängig bezüglich der Form des Konturrings wird.
Kleine herstellungsbedingte Schwankungen im Kontur
ring-Verlauf führen folglich schon zu spürbaren Än
derungen beim Druckanstieg. Steigt der Druck infol
gedessen zu stark, führt dies wieder zu Kavitati
onsgeräuschen.
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 Vorkompression erzielt wird, läßt sich
die Toleranzempfindlichkeit senken. Herstellungs
bedingte Schwankungen im Konturring-Verlauf beein
flussen die Vorkompression 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, vorzugsweise eine
Kerbe, aufweist. Durch entsprechende Ausgestaltung
dieser Öffnungserweiterung ist die aus einem Vorkompressionsbereich
in den Ansaugbereich zurück
strömende 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.
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.
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