DE2526447C3

DE2526447C3 - Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE2526447C3
Application number: DE2526447A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 7441 Unterensingen Melchinger
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1975-06-13
Filing date: 1975-06-13
Publication date: 1981-04-16
Also published as: DE2526447B2; US4080123A; FR2314377B1; FR2314377A1; JPS5538519B2; SE428954B; GB1500107A; IT1059430B; JPS51151803A; SE7604540L; DE2526447A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise ■us der US-PS 3i 03 893 als bekannt hervorgeht.

Bei dieser Flügelzellenpumpe ist radial innerhalb eines jeden Flügels jeweils ein kleiner stiftförmiger Kolben radial gleitbar im Rotor angeordnet, der auf leiner radial inneren Stirnseite mit dem Druck der Hochdruckseite der Pumpe über eine Ringnut und die Passungsspalte zwischen der Drehmomentverbindung »on Antriebswelle und Rotor beaufschlagt ist. Diese kleinen Kolben sollen eine radiale Anpressung der Rotorflügel sicherstellen. Die normalerweise für die hydraulische Flügelanpressung benutzte Unterkante der Flügel wird bei der oben zi'.ierten Flügelzellenpumpe mit zur Flüssigkeitsförderung herangezogen; die ·ό Flügel stellen nämlich gewissermaßen selber kleine Radialkolben dar, die parallel zu den von den Flügeln eingeschlossenen Förderzellen ebenfalls förderwirksam »ind. Die erwähnte Umfangsnut im Innern des Rotors dient der Zuführung bzw. Verteilung des Hochdrucks der bekannten Flügelzellenpumpe auf die Unterseite der Anpreßkölbchen, sie dient also einem bestimmten hydraulischen Zweck innerhalb dieser Sonderkonstruktion einer Flügelzellenpumpe, bei der das Verdrängungsvolumen der Flügel selber ebenfalls mit zur Förderung herangezogen wird.

Neben dieser Pumpe sind weitere Flügelzellenma •chinen bekannt, bei denen die Drehmomentverbindung !wischen Welle und Rotor auf stirnseitennahe Bereiche des Rotors beschränkt ist. Hierbei handelt es sich jedoch um walzenförmige Rotoren eines volumetrische!! Gebläses mit umlaufenden Rotordeckscheiben (GB-PS • 17 042), oder um hohl gebaute Rotoren, bei denen diametral gegenüberliegende Förderelemente durch Schubstangen miteinander verbunden sind (US-PS Jl 17 573), oder um Rotoren, bei denen die Führungs-•chlitze für die Flügel radial nach innen bis zur Wellenbohrung des Rotors hindurchreichen und stirnseitig konische Ansätze am Rotor mit angeformt sind (DE-PS 5 91 076), oder um walzenförmige Rotoren, bei denen konzentrisch im Innern eine zylindrische Druckkammer für die hydraulische Flügelanpressung vorgesehen ist (US-PS 10 93 005). In jedem Fall ist die Unterbrechung der Drehmomentverbindung zwischen Welle und Rotor jeweils aus einem bestimmten fallweise unterschiedlichen Grund vorgesehen. Ein Zusammenhang mit Geräuschproblemen ist nicht ersichtlich.

Normalerweise wird die Verdrängung der Flügel von Flügelzellenpumpen nicht mit zur Förderung herangezogen sondern die Unterkante der Flügel dient — wie gesagt — in einfacherer Weist: zur hydraulischen Flügelanpressung in Radialrichtung. Pumpen dieser Art entwickeln unter bestimmten Betriebsbedingungen, insbesondere bei hohen Förderdrücken und kleinen Drehzahlen ein Pfeifgeräusch. Die Ursache dafür ist nicht völlig geklärt, jedoch scheint sich damit ein Flattern der Flügel in den Rotorschlitzen und ein Flattern des Rotors zwischen den Gehäusestirnwänden anzuzeigen, wobei noch ungeklärt ist, ob die Flügel und der Rotor in Richtung der Schlitze, also radial bzw. axial und/oder quer dazu flattern. Dieses Pfeifen kann insbesondere bei Anwendung derartiger Pumpen in Kraftfahrzeugen, z. B. als Lenkhelfpumpen störend sein.

Zwar geht es bei der oben zitierten bekannten Flügelzellenpumpe ebenfalls um ein Geräuschprobiem, das dadurch entsteht, daß die bekannte Flügelzellenpumpe als in der Fördermenge je Umdrehung variable Pumpe ausgebildet ist, bei der der sogenannte Kurvenring gegenüber den stimseitig am Rotor anliegenden in Umfangsrichtung stillstehenden Grundplatten des Pumpengehäuses verdrehbar ist. Die Ursache der bei Teilförderung auftretenden Geräusche ist zwar nicht ganz exakt geklärt, deren Auftreten hängt jedoch offenbar damit zusammen, daß ein gewisser Strömungskurzschluß von der Hochdruck- auf die Niederdruckseite der Flügelzellenpumpe zustande kommt. Das Geräuschproblem wird dort dadurch gelöst, daß die Austrittsöffnungen und d'e Ei.itrittsöffnungen an den Grundplatten in Umfangsrichtung weiter voneinander entfernt werden als der Abstand benachbarter Rotorflügel, so daß ein Strömungskurzschluß von der Hochdruck- zur Niederdruckseite vermieden wird.

Die in der US-PS 3103 893 in Rede stehenden Geräuschprobleme sind anderer Art als die von der vorliegenden Erfindung zu lösenden Geräuschprobleme. Während sie dort bei verstellbaren Flügelzellenpumpen im Bereich von Teilförderung auftreten, werden die hier behandelten Geräuschprobleme auch bei nichtverstellbaren Flügelzellenpumpen, und zwar insbesondere bei mengenmäßig hoher Belastung der Pumpe und gleichzeitig niedrigen Antriebsdrehzahlen beobachtet.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, das beobachtete Pfeifen zu beseitigen. Eine Richtung dieses Bemühens beschritt den Weg, eine gewisse Drehelastizität im Rotorantrieb einer Pumpe vorzusehen, z. B. eine torsionsweiche Antriebswelle zwischen Antriebsrad und Pumpenrotor oder eine Drehelastizität im Radkörper des Antriebsrades. Ebenso hat man versuchsweise das Antriebsrad aus Kunststoff hergestellt. Diese Maßnahmen beseitigen zwar u. U. das Pfeifgeräusch, d. h. sie mögen zwar in funktioneller Hinsicht Ergebnisse zeitigen, sie sind aber in anderer Hinsicht nicht vertretbar. Die verdrehweiche Welle oder das Antriebsrad mit Drehelastizität sind relativ teuer und das Kunststoff-Antriebsrad weist nicht die nötige Lebensdauer und Temperaturbeständigkeit auf, da mit Temperaturerhöhungen von über 100°C gerechnet werden muß.

Gemäß einem älteren Vorschlag der Anmelderin sollte dieses Pfeifen durch eine stets eindeutig wirksame

hydraulische Verkantung der Flügel in den Rotorschlitzen beseitigt werden. Diese Maßnahmen brachten zwar einen Teilerfolg, aber das Pfeifen trat in bestimmten Eetriebszuständen immer noch auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, diis beobachtete Pfeifgeräusch anderweitig zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst Die an sich bekannte, jedoch bisher hydraulisch bedingte Unterbrechung der Drehmomentverbindung erhält also erfindungsgemäß einen neuen Zweck und wird im Sinne einer Geräuschvermeidung wirksam. Durch die Unterbrechung des Tragbereiches der Formschlußverbindungen in zwei axial entfernt zueinander liegende Bereiche wird sichergestellt, daß auch bei verschlissener oder mit großem Spiel versehener Formschlußverbindung eine gewisse Mindesttragbreite in axialer Sicht gegeben ist und ein Flattern oder Taumeln des scheibenförmigen Rotors auf der Formschlußverbindung — etwa aufgrund von ballig verschlissenen Profilkanten - ausgeschlossen ist.

Bei einfachen Rändelbefestigungen von Zahnrädern auf Achsen ist es zur Verbesserung eines zentrischen Sitzes des Zahnrades und eines Rundlaufs und somit zur Geräuschreduzierung des Zahneingriffes bekannt, in der Achse vor dem Härten im Bereich der Stirnseiten der Zahnradnabe zwei vertiefte Rändelungen anzubringen und nach dem Härten und Schleifen der Welle die Stirnseiten der aufgeschobene Zahnradnabe mittels eines Prägestempels in die vertiefte Rändelung einzudrücken (DE-GM 17 26 599). Hierbei wird jedoch eine Geräuschursache durch eine Verbesserung der Zahnradzentrierung beseitigt; ein Zusammenhang mit Flügelzellenpumpen und deren Geräuschursache fehl' völlig.

Zweckmäßigerweise kann eine Pumpe mit Keilnabenprofil im Rotor und einem entsprechenden Keilwellenprofil auf der Antriebswelle derart ausgebildet sein, daß das Keilnaben- und/oder Keilwellenprofil axial in der Mitte auf einer etwa 30 bis 60% der axialen Profilerstreckung ausmachenenden Länge durch eine Nut unterbrochen ist.

Die Erfindung ist noch nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert; dabei zeigt ⁴^

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Flügelzellen-Pumpe und

Fig. 2 einen achssenkrechten Schnitt durch die Pumpenach F ig. 1 entlang der Linie H-II.

Die in den Figuren dargestellte Pumpe weist ein Pumpengehäuse 1 auf, in welchem die Antriebswelle 2 gelagert und die wesentlichen Pumpenteile untergebracht sind. Diese sind der auf die Welle 2 verdrehfest aufgesteckte Rotor 3 mit den Flügeln 4 sow ie die beiden Grundplatten 5 und 6 und der Kurvenring 7. Die letzten drei genannten Teile sind durch die Haltestifte 8 in einer definierten gegenseitigen Umfangs- und Radiallage gehalten und gegen Radialbewegungen und Verdrehen gesichert. Axial ist die Montageöffnung des Pumpengehäuses durch den mit einem Federring 9 gesicherten Verschlußdeckel 10 dienend (Dichtring 11) verschlossen. Durch eine zwischen den Deckel 10 und die obere Grundplatte 5 eingebrachte Druckfeder 12 erhalten die Hauptteile 3 bis 6 der Pumpe eine axiale druckunabhängige Grundanpressung. Die obere Grundplatte 5 ,st außerdem dichtend (Dichtring 13) im Pumpengehäuse untergebracht und trennt die Druckseite der Pumpe (Raum 14) von deren Zulaulseite (Ringraum 15). Beide Räume sind über die Anschlüsse Ib bzw. 17 an ein Hydrauliksystem anschließbar Durch den im Druckraum 14 herrschenden Förderdruck der Pumpe wird auf die obere Grundplatte hydraulisch eine dem Niveau dieses Druckes entsprechende Kraft ausgeübt, die die Hauptteile 3 bis 6 der Pumpe axial entgegen den im Inneren der Pumpe herrschenden Druckkräften dichtend zusammendrückt

Im Rotor 3 sind axial verlaufende radial stehende parallelwandige Schlitze 18 eingearbeitet, in die planparallele rechteckige Metallplatten, die sogenannten Flügel 4 eingesetzt sind, die mi· geringem definierten Spiel radial darin gleiten können. Die Flügel sind in Achsrichtung exakt so lang wie der Rotor 3 und der Kurvenring 7.

Die Innenkontur 19 des Kurvenringes ist nach einem bestimmten geschlossenen Kurvenverlauf oval ausgebildet, so daß sich zwischen Rotor und Kurvenbahn 19 zwei sichelförmige Arbeitsräume 20 ergeben, die beim Umlauf des Rotors von den diese Arbeitsräume in Zellen unterteilenden Flügeln in Umlaufrichtung durcheilt werden. Die Kurvenbahn 19 ist in den Bereichen der Linie 21 beim Durchlauf des Rotors in Richtung des Pfeiles 22 zur Umfangsrichtung radial nach außen geneigt und die zwischen den Flügeln 4 gebildeten Förderzellen vergrößern sich in diesem Bereich (Saugbereich). Durch Ausnehmungen in den Grundplatten 5 und 6 ist der Arbeitsraum stirnseitig mit dem Saugraum 15 verbunden. Im Bereich der Linie 25 (Druckbereich) verringern sich bei angedeutetem Rotorumlauf (Pfeil 22) die Förderzellen und das eingeschlossene Fördermedium wird über die stirnseitig mit dem Arbeitsraum 20 verbundenen Ausnehmungen 26 und 27 und die Druckbohrung 28 im Kurvenring 7 in den Druckraum 14 abgeschoben.

Die formschlüssige Steckverbindung zwischen Welle 2 und Rotor 3 besteht aus einem im Rotor angebrachten Keilnabenprofil 29 und einem an der Antriebswelle 2 angebrachten entsprechenden Keilwellenprofil 30. Das Keilnabenprofil ist auf der ganzen axialen Länge des Rotors 3 angebracht, wo hingegen das Keilwellenprofil durch eine breite axial in der Mitte des Profils angebrachte Nut 31 unterbrochen und in zwei separate Tragbereiche aufgeteilt ist, die möglichst nah an die Rotorstirnseiten herangerückt sind. Die Nutbreite ist im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 40% der axialen Erstreckung des gesamten Keilwellenprofils. Der Pumpenrotor ist dadurch zwangsläufig an seinen Stirnseiten drehgeführt, was einer Flatter- und Taumelneigung auch bei verschlissener oder spielbehafteter Keilpassung entgegenwirkt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flügelzellenpumpe, mit einem am Umfang zusammen mit einem Gehäuse umlaufende Förderräume einschließenden scheibenförmigen Rotor, der auf einer Antriebswelle aufgrund einer Formschlußverhindung drehfest aber axialbeweglich gehalten ist und der zwischen stimseitig an ihm anliegenden Gehäusewänden axial fixiert ist, wobei die Formschlußverbindung auf zwei separate axial jeweils möglichst nah den Rotorseiten gelegene Tragbereiche aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung der Formschlußverbindung nur zur Vermeidung von Pfeifgeräuschen der Flügelzellenpumpe vorgesehen ist

2. Pumpe nach Anspruch 1 mit einem Keilnabenbzw. Keilwellenprofil als Formschlußverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung (Nut 31) des Keilnalben- und/oder des Keilwellemprofils (29 bzw. 30) axial etwa 30 bis 60 Prozent der axialen Profüerstreckung ausmacht.