DE4110734C2 - Flügelzellenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit ei­ nem in einem Gehäuse sitzenden Kurvenring, in welchem sich ein durch eine Welle angetriebener Rotor mit in Schlitzen geführten, radial verschieblichen Flügeln dreht. Zwischen den Flügeln befindliche Arbeitskammern sind durch seitliche Stirnplatten abgeschlossen. Derartige Flügelzellenpumpen sind allgemein bekannt und beispielsweise in der DE 35 06 458 A1 näher beschrieben. Ein als Druckwaage wir­ kendes Stromregelventil begrenzt in einer solchen Pumpe den Nutzstrom ab einer Drehzahl, die etwa bei 1200 U/min liegt, auf einen im wesentlichen konstanten Wert.

Radialkolbenpumpen (z. B. DE 38 27 246 C2) arbeiten mit dem systembedingten Vorteil der sogenannten Saugrege­ lung, d. h., durch die Einlaßöffnungen der Kolben erfolgt ein verlustfreies Abregeln der Fördermenge mit zunehmender Pumpendrehzahl. Dabei ist den Kolben auf der Druckseite ein gemeinsames Auslaßventil zugeordnet, das aus einer durch einen gummielastischen Ring angedrückten Dichtscheibe be­ steht. Die Dichtscheibe dichtet gegen Druckkanäle ab, die in das Pumpengehäuse eingearbeitet sind und von den Zylin­ derbohrungen der Kolben zu einem an einen Auslaß ange­ schlossenen Ringraum führen. Das Auslaßventil verhindert einen Rückstrom des Drucköls in der Saugphase der Kolben. Auch eine solche Radialkolbenpumpe ist nicht geeignet, in einem weiten Bereich einen der Leistungsaufnahme eines Ver­ brauchers angepaßten Druckölstrom bereitzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flügel­ zellenpumpe mit einer saugseitigen Leistungsregelung auszu­ rüsten, ohne daß Kavitation im Bereich der Förderelemente auftritt. Die Pumpe soll mit geringem Bauaufwand über einen möglichst großen Regelbereich einen oder mehrere Verbrau­ cher mit Öl versorgen können.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 enthalten. Die Ansprüche 2 bis 8 geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.

Nach dem Hauptmerkmal befinden sich im Rotor für jede Arbeitskammer zwei aneinander anschließende Radial- und Axialbohrungen. Diese Bohrungen sind durch ein als ringför­ mige Rückschlagscheibe ausgeführtes Auslaßventil abgedeckt. Die Rückschlagscheibe öffnet in eine mit einer Auslaßboh­ rung verbundenen Ringkammer. Die Ringkammer ist in eine Stirnplatte eingearbeitet. Durch die vorgenannten Merkmale erhält man eine betriebssicher arbeitende, saugregelbare Flügelzellenpumpe. Die sämtlichen Arbeitskammern zugeordne­ te Rückschlagscheibe vermeidet, daß bereits verdichtetes und in der Ringkammer auf der Druckseite befindliches Öl in die durch die Saugregelung teilgefüllten Arbeitskammern zurückströmen kann, wobei Kavitation entsteht. Außerdem vermeidet man zusätzlichen Energieaufwand, um zurückströ­ mendes Öl nochmals zu fördern. Durch die Saugregelung läßt sich Antriebsleistung einsparen. Die Ventileinrichtung kann man auf kleinstem Raum im Rotor (Bohrungen) und in der Stirnplatte unterbringen.

Aus der EP 00 12 015 A1 ist zwar eine Innenzahnrad- bzw. Gerotorpumpe bekannt, bei der Rückschlagventile vorge­ sehen sind. Diese Rückschlagventile erzeugen jedoch einen drehzahlabhängigen Druck, da sie durch Zentrifugalkräfte beaufschlagt werden. Wegen der gegebenen Raumverhältnisse ist außerdem ein Einbau solcher Rückschlagventile in Flü­ gelzellenpumpen nicht möglich.

In einer anderen Innenzahnrad- bzw. Gerotorpumpe, die aus der DE 30 05 657 A1 bekannt ist, sind im Druckbereich der Pumpe mehrere Axialbohrungen angeordnet, die zusammen mit getrennten Zungen einer gehäusefesten Blechlasche Rück­ schlagventile bilden. Die Durchmesser der Axialbohrungen müssen kleiner sein als die Dicke der Zähne, um einen Kurz­ schluß zwischen einzelnen Arbeitkammern zu verhindern. Im Fall einer Flügelzellenpumpe müßten die Durchmesser der Axialbohrungen kleiner sein als die Dicke der Flügel. Dies ist jedoch nicht möglich. Auch diese Anordnung kann deshalb bei Flügelzellenpumpen nicht angewendet werden.

Nach Anspruch 2 preßt ein elastisches Andrückelement die Rückschlagscheibe gegen die Axialbohrungen des Rotors. Das Andrückelement sitzt in der Ringkammer und wirkt in Öffnungsrichtung als Dämpfungselement.

Nach Anspruch 3 kann die Ventileinrichtung auch auf beiden Seiten des Rotors vorgesehen sein. Eine solche Ausführung eignet sich für größere Pumpen bzw. Förderströme.

Zum Steuern des Saugstromes in die Arbeitskammern baut man nach Anspruch 4 ein elektromagnetisches Leistungsregelventil in den Pumpenzulauf ein. Ein solches Ventil bietet die Möglichkeit einer bedarfsabhängigen Regelung. Es lassen sich beliebige Rennlinien einstellen.

Das Leistungsregelventil ist nach Anspruch 5 vorteilhaft so in das Pumpengehäuse eingebaut, daß gleich lange Wege zu den Zulauföffnungen entstehen. Dies ergibt gleichmäßige Befüllung der Pumpe.

Nach Anspruch 6 sieht man zwischen einer Zulaufbohrung und den Arbeitskammern eine enge Bohrung vor, die den Leistungsregler umgeht. Durch diese Maßnahme läßt sich ein Trockenlaufen der Pumpe bei geschlossenem Leistungsregler vermeiden.

Damit sich die Rückschlagscheibe auf der Antriebswelle einwandfrei zentriert, sieht man nach Anspruch 7 Stege vor.

Nach Anspruch 8 stützt sich das Andrückelement an einer Metallscheibe ab, so daß sich dieses zusammen mit der Metallscheibe drehen kann.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Flügelzellenpumpe;

Fig. 2 eine Ansicht des Pumpenpaketes bei weggelassenem Gehäuse;

Fig. 3 einen Ausschnitt nach der Ziffer III in Fig. 1, jedoch mit beiderseits des Rotors angeordneten Rückschlagventilen;

Fig. 4 eine Rückschlagscheibe in der Draufsicht.

Die Grundbauteile der Flügelzellenpumpe entsprechen der allgemein bekannten Bauart, so daß sich die Beschreibung auf die wesentlichen Teile beschränkt. Die doppelhubige Pumpe trägt nach Fig. 1 und 2 auf einer Antriebswelle 1 einen drehfesten Rotor 2, in welchem radial gleitende Flügel 3 geführt sind. Der Rotor 2 dreht sich gemeinsam mit den Flügeln zwischen einer vorderen und einer hinteren Stirnplatte 4 bzw. 5. Die Flügel 3 gleiten an ihrem Außendurchmesser in einem Kurvenring 6. Die vorderen Stirnplatte 4 ist mit einem Gehäuse einstückig ausgeführt. Die hintere Stirnplatte 5 setzt man zum Zwecke des Spielausgleichs lose zwischen das Gehäuse und das aus Rotor 2, Flügeln 3 und Kurvenring 6 bestehende Pumpenpaket ein. Hinter der Stirnplatte 5 befindet sich ein Druckraum 7, welcher mit einer zum Verbraucher führenden Auslaßbohrung 8 in Verbindung steht. Zwischen den Flügeln 3 liegen Arbeitskammern 10, die über Zulauföffnungen 9, 9A und einen teilringförmigen Kanal 19 an eine Zulaufbohrung 11 anschließbar sind. Zur besseren Abdichtung der Flügel 3 im Kurvenring 6 leitet man den Arbeitsdruck, wie später noch näher erläutert, in innere Flügelräume 12.

Nach der Erfindung verläuft von jeder Förderkammer 10 aus eine Radialbohrung 13 in den Rotor 2, die über eine Axialbohrung 14 in eine Ringkammer 15 einmündet. Ein elastisches Andrückelement 16, z. B. ein gummielastischer Ring, drückt eine Rückschlagscheibe 17 mit ihrer gesamten Ringfläche gegen die Axialbohrungen 14. Damit sich die Rückschlagscheibe 17 einwandfrei auf der Antriebswelle 1 zentriert, sieht man Stege 18 (Fig. 4) vor. Die Rückschlagscheibe 17 kann durch diese Maßnahme mit dem Rotor 2 drehen. Damit sich das Andrückelement mitdrehen kann, vulkanisiert man an dieses eine Metallscheibe 21 an. Die Ringkammer 15 ist über einen Auslaßkanal 20 an den Druckraum 7 angeschlossen. Der im Druckraum 7 herrschende Arbeitsdruck hält die Stirnplatte 5 am Pumpenpaket 2, 3, 6 in Anlage und drückt letzteres gegen die gehäusefeste Stirnplatte 4.

Nach Fig. 2 setzt man das Leistungsregelventil 29 so in den teilringförmigen Kanal 19 ein, daß gleich lange Wege zu den Zulauföffnungen 9 und 9A entstehen.

Die Verbindung der Flügelräume 12 mit der den Arbeitsdruck führenden Ringkammer 15 besteht über Spalte "S" am Innen- und Außendurchmesser der Rückschlagscheibe 17.

Der Rotor 2 der Pumpe dreht in Richtung des Pfeiles in Fig. 2. Das von den Zulauföffnungen 9 und 9A in die Arbeitskammern 10 einströmende Öl wird entsprechend der Kontur des Kurvenringes 6 verdichtet und gelangt über die Radial- und Axialbohrungen 13 bzw. 14 und die partiell öffnende Rückschlagscheibe 17 in die Ringkammer 15. Von der Ringkammer 15 gelangt das Öl über die Abströmöffnung 20 und die Auslaßbohrung 8 zum Verbraucher. Die Rückschlagscheibe 17 verhindert, daß das Öl aus der den Arbeitsdruck führenden Ringkammer 15 in die Zulauföffnungen 9 bzw. 9A zurückströmen kann.

In einer Querbohrung 22 der Zulauföffnung 11 sitzt ein Leistungsregler 29 mit einem Sitzventil 23. Ein Schließglied des Sitzventils 23 besteht aus einem Ventilkegel 24, dessen Schaft 25 mit einem in einer Magnetspule 26 bewegbaren Anker (nicht sichtbar) verbunden ist. Der Ventilkegel 24 dichtet gegen einen Ventilsitz 27 einer Buchse 31. Von der Zulaufbohrung 11 gelangt das Öl in einen Innenraum 28. über Öffnungen 30 in der Buchse 31 kann, je nach Stellung des Ventilkegels 24, mehr oder weniger Öl am Ventilsitz 27 vorbei in den teilringförmigen Kanal 19 ausströmen. Beim Einsatz als Lenkungspumpe läßt sich der Leistungsregler 29 über ein elektronisches Schaltgerät (nicht gezeichnet) in Abhängigkeit z. B. von der Fahrgeschwindigkeit, der Bodenbeschaffenheit und der Witterungsverhältnisse ansteuern. Auf diese Weise stellt sich am Lenkhandrad eine auf die Fahrbedingungen abgestimmte Hilfskraftunterstützung ein. Eine verhältnismäßig enge Bohrung 32 sichert den Zulauf eines Mindeststromes in den Kanal 19 im Falle eines geschlossenen Sitzventils 23. Eine weitere Bohrung 33 dient zur Entlastung eines Wellendichtringes 34.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung mit einem weiteren aus Andrückelement 16A und Rückschlagventil 17A bestehenden Auslaßventil auf der anderen Seite des Rotors 2. Eine Axialbohrung 14A ist hier als Durchgangsbohrung ausgeführt. Eine innenliegende Ringkammer 15A steht über die Flügelräume 12 bzw. einen nicht gezeichneten Kanal mit der Auslaßkammer 20 in Verbindung.

Bezugszeichen

1

Antriebswelle

2

Rotor

3

Flügel

4

Stirnplatte

5

Stirnplatte

6

Kurvenring

7

Druckraum

8

Auslaßbohrung

9

,

9

A Zulauföffnungen

10

Arbeitskammer

11

Zulaufbohrung

12

Flügelräume

13

Radiale Bohrungen

14

,

14

A Axialbohrungen

15

,

15

A Ringkammer

16

,

16

A Andrückelement

17

,

17

A Rückschlagscheibe

18

Stege

19

Teilringförmiger Kanal

20

,

20

A Auslaßkanal

21

Metallscheibe

22

Querbohrung

23

Sitzventil

24

Ventilkegel

25

Schaft von

24

26

Magnetspule

27

Ventilsitz

28

Innenraum

29

Leistungsregler

30

Öffnungen

31

Buchse

32

Enge Bohrung

33

Bohrung
"S" Spalte

Claims (8)

1. Flügelzellenpumpe mit folgenden Merkmalen:

• - in einem Gehäuse sitzt ein Kurvenring (6), in welchem sich ein auf einer Welle (1) befestigter, geschlitzter Rotor (2) mit darin radial verschieblichen Flügeln (3) dreht;
• - zwischen den Flügeln (3) befindliche Arbeitskam­ mern (10) sind axial durch Stirnplatten (4 bzw. 5) be­ grenzt,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - im Rotor (2) befinden sich für jede Arbeitskammer (10) zwei aneinander anschließende Radial- und Axialbohrun­ gen (13 bzw. 14);
• - die Axialbohrungen (14) sind durch ein als ringförmige Rückschlagscheibe (17) ausgeführtes Auslaßventil abge­ deckt;
• - die Rückschlagscheibe (17) öffnet in eine mit einer Auslaßbohrung (8) verbundene Ringkammer (15) und
• - die Ringkammer (15) ist in die eine Stirnplatte (5) eingearbeitet.

2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagscheibe (17) durch ein in der Ringkammer (15) vorgesehenes elastisches Andrückelement (16) an den Axialbohrungen (15) des Rotors (2) in Anlage gehalten wird.

3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch in die auf der Antriebsseite des Rotors (2) liegende Stirnplatte (4) ein aus Rückschlagscheibe (17A) und Andrückelement (16A) bestehendes Rückschlagventil eingebaut ist.

4. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektromagnetisch ansteuerbarer Leistungsregler (29) den Zulauf des Drucköls in die Arbeitskammern (10) steuert.

5. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsregler (29) derart angeordnet ist, daß gleich lange Wege zu den Zulauföffnungen (9 und 9A) entstehen.

6. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zulaufbohrung (11) und dem mit den Arbeitskammern (10) verbundenen Kanal (19) eine enge Bohrung (32) vorgesehen ist, die den Leistungsregler (29) umgeht.

7. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rückschlagscheibe (17) über Stege (18) auf der Antriebswelle (1) abstützt.

8. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Andrückelement (16, 16A) an einer Metallscheibe (21) abstützt.