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Verstellbare Flügelzellenpumpe
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Die Erfindung bezieht sich auf eine verstellbare Flügelzellenpumpe
mit einem in einem Gehäuse angeordneten Rotor, mit einem den Rotor umgebenden verschiebbaren
Hubring, mit in radial sich erstreckenden Schlitzen des Rotors verschiebbaren ArbeitsflUgeln,
die einen zwischen Hubring und Rotor ausgebildeten Arbeitsraum in Arbeitszellen
unterteilen, mit einem ersten, den Arbeitsraum seitlich begrenzenden Seitenteil,
mit einem zweiten, axial verschiebbaren, plattenförmigen, den Arbeitsraum an der
zweiten Seite beyrenzenden Seitenteil, das an seiner dem Arbeitsraum abgewandten
Stirnfläche druckbeaufschlagt ist, mit einer Verstellvorrichtung, die zwei sich
diametral gegenüberliegende, an einer Außenmantelfläche des Hubrings anliegende,
hydraulisch beaufschlagbare Verstellelemente aufweist.
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Eine derartige Flügelzellenpumpe ist aus der US-PS 3,523,746 bekannt.
Bei dieser Flügelzellenpumpe sind zur seitlichen Begrenzung des Arbeitsraums zwei
axial beiderseits des Rotors bzw. Hubrings angeordnete plattenförmige Seitenteile
vorgesehen, die axial druckabhängig verschiebbar sind. Die beiden Seitenteile werden
auf ihren einander zugewandten Stirnflächen vom Arbeitsdruck in den Arbeitszellen
beaufschlagt. An der dem Arbeitsraum abgewandten Stirnfläche jedes Seitenteils ist
eine Wirkfläche abgegrenzt, die vom Pumpendruck beaufschlagt ist. Die Größe der
Wirkfläche ist derart gewählt, daß infolge der Druckbeaufschlagung beider Seiten
eines Seitenteils eine Verschiebekraft in Richtung auf den Rotor und den Hubring
resultiert.
Die beiden plattenförmigen Seitenteile werden so druckabhängig gegen den Hubring
und den Rotor bewegt.
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Bei der bekannten Flügelzellenpumpe ist der radial verschiebbare Hubring
zwischen zwei sich diametral gegenüberliegenden, hydraulisch beaufschlagbaren Verstellelementen
eingespannt. Durch die radial auf den Hubring wirkenden Einspannkräfte wird eine
Axialverschiebung des Hubrings erschwert. Der Hubring kann somit bei der bekannten
Pumpe als ein in axialer Richtung im wesentlichen feststehendes Element betrachtet
werden, an dem zur seitlichen Begrenzung des Arbeitsraums die beiden axial verschiebbaren
Seitenteile angeordnet sind.
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Bei dieser bekannten Anordnung ist es insbesondere als nachteilig
anzusehen, daß zur seitlichen Abdichtung des Arbeitsraumes zwei axial verschiebbare
Seitenteile vorzusehen sind, die beide an ihren dem Arbeitsraum abgewandten Seiten
Wirkflächen bestimmter Größe aufweisen, die jeweils durch eine zwischen Seitenteil
und Gehäuse angeordnete mehrteilige Dichtung abgedichtet werden müssen. Darüber
hinaus können sich aufgrund des schwer verschiebbaren Hubrings zwischen den Seitenteilen
und den zugeordneten Gehäusewänden unterschiedlich große Abstände einstellen, wobei
die Wirkflächen durch die Dichtungen zuverlässig abgedichtet werden müssen. Die
Dichtungen müssen deshalb zur Überbrückung dieser unterschiedlichen Abstände geeignet
sein Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flügelzellenpumpe der eingangs
genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad
aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zumindest im
Bereich eines Verstellelementes die Außenmantelfläche des Hubrings zur Achse des
Rotors geneigt ist. Dem Hubring wird aufgrund der Neigung eines Bereichs der Außenmantelfläche
durch die radiale Einspannung zwischen den beiden Verstellelementen eine im Verhältnis
zu den Einspannkräften kleine axiale Kraftkomponente vermittelt, die ihn ständig
in Richtung eines Seitenteils drückt, so daß sich ein auf ein Minimum reduzierter
Laufspalt zwischen Rotor und Hubring einerseits und diesem Seitenteil andererseits
ergibt. Das axial verschiebbare, druckbeaufschlagte zweite Bauteil kann seine axiale
Lage unter der Einwirkung der hydraulischen Axialkräfte einstellen und einen kleinen
Laufspalt gegen den Hubring und den Rotor bilden, so daß sich eine eindeutige Positionierung
und eine einwandfreie Beweglichkeit der Teile sowie eine geringe Leckage ergeben.
Da die radiale, durch die Verstellelemente aufgebrachte Einspannkraft druckabhängig
ist, ist auch die durch den geneigten Bereich der Außenmantelfläche des Hubrings
bewirkte axiale Kraftkomponente druckabhängig. Aufgrund der geringen Leckage ergibt
sich ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Hubring
rotationssymmetrisch ausgebildet ist und daß die Stirnflächen des Hubrings unterschiedliche
Außendurchmesser aufweisen. Eine kegelstumpfförmige Ausbildung des Hubrings ist
besonders vorteilhaft.
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In einer weiteren AusfUhrungsform ist vorgesehen, daß das erste Seitenteil
axial unverschieblich ist und daß der Winkel zwischen der dem Arbeitsraum zugewandten
Stirnfläche des ersten Seitenteils und dem geneigten Bereich der Außenmantelfläche
des Hubrings ein spitzer Winkel ist. Durch diese Neigung des Bereichs der Außenmantelfläche
wird erreicht, daß der Hubring stets mit einer kleinen Kraftkomponente in Richtung
auf das axial unverschiebliche Seitenteil gedrückt wird, so daß sich kleine Laufspalte
und ein daraus resultierender guter volumetrischer Wirkungsgrad einstellen. Eine
druckbeaufschlagbare Wirkfläche auf der dem Arbeitsraum abgewandten Stirnfläche
dieses Seitenteils entfällt.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß das erste Seitenteil ein Teil
des Gehäuses ist. Es entfällt ein zweites separates plattenförmiges Seitenteil und
die Flügelzellenpumpe ist einfacher aufgebaut und weist eine geringere axiale Baulänge
auf.
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Weiter ist vorgesehen, daß die am Hubring anliegende Fläche des Verstellelementes
ballig ausgebildet ist; Kantenpressungen zwischen Verstellelement und Hubring treten
so nicht auf.
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Es ist vorgesehen, daß der Neigungswinkel U kleiner als 5° und größer
als 10 ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine
Flügelzellenpumpe im Schnitt, Fig. 2 eine Schnittdarstellung längs der Linie II-II
in Fig. 1.
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Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Flügelzellenpumpe umgibt
ein mit 1 bezeichnetes Gehäuse einen Rotor 2 und einen Hubring 3. In dem Rotor 2
sind über die gesamte axiale Rotorbreite verlaufende radiale Schlitze 4 angeordnet,
in denen Flügel 5 radial verschiebbar geführt sind, die mit ihren nach außen gerichteten
Stirnflächen an der Innenfläche des den Rotor 2 umgebenden Hubrings 3 anliegen.
Der zwischen Rotor 2 und Hubring 3 befindliche Arbeitsraum wird durch die Flügel
5 in Arbeitszellen unterteilt, die in axialer Richtung an beiden Seiten durch Seitenteile
6,7 abgeschlossen sind.
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In den Seitenteilen 6,7 sind Steueröffnungen ausgebildet, die zur
Druckmittelversorgung bzw. - ableitung dienen.
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Die eine Steueröffnung ist der Sauganschluß 8, die andere der Druckanschluß
9 der Flügelzellenpumpe.
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In der in Fig. 1 dargestellten Lage weist der Hubring 3 die maximale
Exzentrizität zum Rotor 2 und die Flügelzellenpumpe damit ihr maximales Fördervolumen
auf. In der in Fig. 2 dargestellten Lage ist der Hubring 3 im wesentlichen konzentrisch
zum Rotor 2 angeordnet. Der Hubring 3 ist zwischen einem ersten hydraulisch beaufschlagbaren
Verstellelement 10 und einem zweiten hydraulisch beaufschlagbaren Verstellelement
11, die sich diametral gegenüberliegen, eingespannt. Das durch einen in einer
Zylinderbohrung
des Gehäuses 1 angeordneten Kolben gebildete Verstellelement 10 hat einen kleineren
druckbeaufschlagten Durchmesser als das Verstellelement 11, das ebenfalls als Kolben
ausgebildet ist, und ist ständig über eine Leitung 12 mit dem Druckanschluß 9 der
Pumpe verbunden. Dagegen ist das Verstellelement 11 von einer nicht dargestellten
Steuereinrichtung entweder über eine Drosselstelle mit dem Druckanschluß 9 oder
mit einer nicht dargestellten, drucklosen, zum Tank führenden Rücklaufleitung verbunden.
Solange das Verstellelement 11 mit dem Druckanschluß 9 verbunden ist, überwiegt
aufgrund der gröBeren WirkflEche die hydraulische Kraft des Verstellelements 11
diejenige des Verstellelements 10 und der Hubring wird in Richtung maximaler Exzentrizität
gedrückt. Ist das Verstellelement 11 mit der drucklosen Rücklaufleitung verbunden,
wirkt nur die hydraulische Kraft des Verstellelements 10 auf den Hubring 3 und bewirkt
eine Verschiebung des Hubrings 3 in Richtung kleinerer Exzentrizität.
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Das Seitenteil 6 ist als Druckplatte ausgebildet, die druckabhängig
axial verschiebbar ist. Die Druckplatte wird auf der die Arbeitszellen begrenzenden
Stirnfläche 13 vom Druck in den Arbeitszellen beaufschlagt. Auf der gegenüberliegenden,
dem Gehäuse 1 zugewandten Stirnfläche 14 der Druckplatte ist durch eine Dichtung
eine Wirkfläche abgegrenzt, die vom Druck im Druckanschluß 9 beaufschlagt ist. Die
Größe der auf beiden Stirnflächen 13,14 der Druckplatte druckbeaufschlagten Flächen
ist so gewählt, daß die nach innen in Richtung Rotor 2 und Hubring 3 wirkende hydraulische
Kraft größer ist als die in der entgegengesetzten Richtung wirkende hydraulische
Kraft.
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Das Seitenteil 7 ist axial unverschiebbar und wird durch einen Gehäusebereich
in Form eines Deckels gebildet, der durch Schrauben fest mit den übrigen Gehäuseteilen
verbunden ist.
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Der Hubring 3 hat eine zylindrische Innenbohrung, an deren Umfangsfläche
die Enden der Flügel 5 anliegen. Die Außenmantelfläche 15 des Hubrings 3 wird durch
die Mantelfläche eines Kegelstumpfes gebildet. Die Basis des Kegelstumpfes, die
den größeren Durchmesser aufweist, ist dem feststehenden, durch den Deckel des Gehäuses
1 gebildeten Seitenteil 7 zugewandt. Die Mantelfläche des Kegelstumpfes ist unter
einem Winkel N zur Mantelflache eines Zylinders mit dem größeren Durchmesser des
Kegelstumpfes geneigt. Der Neigungswinkel N liegt zwischen 1" und 5". Die am Hubring
anliegenden Flächen der Verstellelemente 10,11 sind jeweils ballig ausgebildet.
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Der Hubring 3 ist im Betrieb ständig zwischen den beiden Verstellelementen
10,11 eingespannt. Die Verstellelemente 10,11 bringen radial gerichtete Kräfte auf
den Hubring 3 auf. Durch die Neigung der Außenmantelfläche 15 des Hubrings 3 wirkt
auf den Hubring 3 eine im Vergleich zu den Einspannkräften kleine axiale Kraftkomponente,
die ihn ständig in Richtung auf das Seitenteil 7, d.h. auf den Gehäusedeckel drückt.
Zwischen dem Seitenteil 7 und dem Hubring 3 sowie dem Rotor 2 wird so ein geringer
Laufspalt eingestellt. Das axial druckabhängig verschiebbare Seitenteil 6, die Druckplatte,
stellt seine Lage unter der Einwirkung der auf seine beiden Stirnflächen
einwirkenden
hydraulischen Kräfte ein, so daß aufgrund der nach innen gerichteten größeren Kraft
ein kleiner Laufspalt zwischen Druckplatte und Hubring bzw. Rotor gebildet ist.
Durch die Ausbildung kleiner Laufspalte zu beiden Seiten von Hubring bzw. Rotor
ist eine geringe Leckage bei einwandfreier Beweglichkeit der Teile sichergestellt.
Da die radialen, durch die Verstellelemente 10,11 aufgebrachten Einspannkräfte druckabhängig
sind, ist auch die durch die Neigung des Bereichs der Außenmantelfläche 15 des Hubrings
3 bewirkte axiale Kraftkomponente druckabhängig, so daß sich eine sichere Anlage
des Hubrings 3 am Gehäusedeckel mit Schmierspaltausbildung ergibt.
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