DE4143466C2 - Steuerscheibe für Flügelzellenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerscheibe für eine Flügelzellenpumpe, bestehend aus einem Metall von vorzugsweise kreisrundem Querschnitt und mit ei­ ner im eingebauten Zustand zum Gehäuse weisenden Gehäuseseite und einer entgegengesetzt dazu liegenden Rotorseite mit einem Druck­ steuerdurchlaß, der radial benachbart zu einer radial innen gelegenen, rotorseitig axial offenen Druckausnehmung angeord­ net ist, mit einem Verbindungskanal begrenzter axialer Tiefe zwischen dem Drucksteuerdurchlaß und der Druckausneh­ mung und mit einem Ansaugsteuerdurchlaß, der radial be­ nachbart zu einer radial innen gelegenen, rotorseitig axial offe­ nen Ansaugausnehmung angeordnet ist.

Aus der US 2 335 284 und der US 2 832 293 sind Flügelzellenpumpen bekannt, in deren Gehäuse Verbindungskanäle zwischen Steuerdurchlässen angeordnet sind.

Steuerscheiben für Flügelzellenpumpen sind häufig zu beiden Seiten des Rotors der Flügelzellenpumpe angeordnet. Die Steu­ erscheiben dienen dazu, Druckmedium (vorzugsweise Hydrauliköl) der Pumpe zuzuführen und von dieser wieder abzuführen, und zwar derart, daß sich ein zufriedenstellender Pumpenbetrieb ergibt. Steuerscheiben bestehen aus einem Metall und sind vor­ zugsweise von kreisrundem Querschnitt. Jede Steuerscheibe weist im eingebauten Zustand eine zum Gehäuse hinweisende Ge­ häuseseite und entgegengesetzt dazu eine zum Rotor hinweisende Rotorseite auf. Rotorseite und Gehäuseseite sind miteinander verbunden, und zwar durch sogenannte Steuerschlitze, die all­ gemeiner auch als Steuerdurchlässe bezeichnet werden können.

Wenn die durch den Hubring oder Stator gebildete Kurve, an der die Flügel entlanglaufen, einfach exzentrisch ausgebildet ist, so sind ansaugseitig zwei radial benachbarte Steuerdurchlässe unter druckseitig ebenfalls zwei radial benachbarte Steuer­ durchlässe vorgesehen. Bei einer doppelt exzentrisch ausgebil­ deten Statorkurve ist die doppelte Anzahl von Steuerdurchläs­ sen vorhanden.

Steuerscheiben bestehen im allgemeinen aus einem Stahl, aus dem die entsprechenden Steuerschlitze herausgearbeitet sind. Infolgedessen ist die Herstellung der Steuerscheiben verhält­ nismäßig kostspielig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuer­ scheibe vorzusehen, die kostengünstig herstellbar ist. Ins­ besondere soll die Steuerscheibe weniger Arbeitsgänge erfor­ dern, aber dennoch einen effizienten Pumpenbetrieb ermögli­ chen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

In einer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, die Steu­ erscheibe aus einer Leichtmetallegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung, herzustellen. Vorzugsweise wird die Steu­ erscheibe aus der Aluminiumlegierung durch ein Gußverfahren derart hergestellt, daß bereits während des Gießens der Steu­ erscheibe die erforderlichen Steuerdurchlässe präzise ausge­ bildet werden. Erfindungsgemäß sind die Steuerdurchlässe in einer die Herstellung der Steuerscheiben aus Aluminiumlegie­ rung erleichternden Weise ausgebildet, was sich im einzelnen aus der Beschreibung sowie den Ansprüchen ergibt.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Steuerdurchlässe kann es passieren, daß ein Staudruck zwischen radial benach­ barten Drucksteuerdurchlässen auftritt. Erfindungsgemäß wird dieses Problem dadurch beseitigt, daß man Verbindungskanäle, vorzugsweise auf der Rotorseite der Steuerscheibe vorsieht, welche den radial äußeren Drucksteuerdurchlaß an vorzugsweise seinen beiden Enden mit dem zugehörigen radial innengelegenen Drucksteuerdurchlaß verbindet.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der Beschreibung.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Flügelzellenpumpe gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Flügelzellenpumpe gemäß Fig. 1;

Fig. 3 schematisch eine Draufsicht auf die Rotorseite der in Fig. 1 im Gehäuse angeordneten Steuerscheibe;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Rotorseite eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuerscheibe;

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Steuerscheibe gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Gehäuseseite der Steuerscheibe gemäß Fig. 5;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Einzelheit X in Fig. 6;

Fig. 8 einen Querschnitt durch die Einzelheit der Fig. 7;

Fig. 9 eine Draufsicht auf die Rotorseite eines zweiten Aus­ führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuerschei­ be;

Fig. 10 einen Querschnitt der Steuerscheibe gemäß Fig. 9;

Fig. 11 eine Draufsicht auf die Gehäuseseite der Steuerscheibe des zweiten Ausführungsbeispiels.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Flügelzellenpumpe 100 gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Die Flügelzellenpumpe 100 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 11, in dem ein Hub- oder Statorring 3 angeordnet ist, der mit einem Flügel 4, 5 tragen­ den Rotor 2 zusammenarbeitet. Der Hubring 3 besitzt zu diesem Zweck eine Kurve oder Innenlaufbahn 12 (Fig. 3). Bei Drehung des Rotors 2 werden die radial beweglichen Flügel 4, 5 durch die Fliehkraft und den Systemdruck hinter den Flügeln nach außen gedrückt und liegen somit mit ihren Außenkanten an der Innenlaufbahn 12 des Hubrings 3 an.

Jeweils zwei Flügelpaare, beispielsweise die dargestellten Flügel 4 und 5 bilden zusammen mit dem Rotor 2, dem Hubring 3 und zwei seitlich zum einen auf der Seite des Gehäuses 11 und zum anderen auf der Seite eines das Gehäuse 11 abschließenden Deckels 102 angeordneten Scheiben 90, 91 Arbeitskammern, von denen die Arbeitskammer 1 dargestellt ist.

In mindestens einer der beiden Scheiben, im dargestellten Aus­ führungsbeispiel der Scheibe 90, sind Saugschlitze und/oder Druckschlitze angeordnet. Bei der Pumpe gemäß Fig. 1 sind zwei radial bezüglich einander versetzte Saugschlitze 6, 7 sowie zwei ebenfalls radial bezüglich einander versetzte Druck­ schlitze 8 und 9 vorgesehen. Im dargestellten Fall hat der Hubring 3 eine einfach exzentrisch ausgebildete Innenlaufbahn 12, so daß ein Paar von Saugschlitzen und ein Paar von Druck­ schlitzen ausreicht. Über die Saugschlitze 6 und 7 erfolgt die Zufuhr und über die Druckschlitze 8 und 9 erfolgt die Abfuhr des Druckmediums, beispielsweise von Hydraulikflüssigkeit. Die Druck- und Saugschlitze können allgemein als Steuerschlitze und im Hinblick auf die Beschreibung der Erfindung auch als Steuerdurchlässe bezeichnet werden.

Die Arbeitskammern 1 arbeiten mit dem Saugschlitz 6 bzw. dem Druckschlitz 8 zusammen, wohingegen die benachbart zu den Un­ terkanten 4a und 5a der Flügel gebildeten Kammern mit dem Saugschlitz 7 bzw. dem Druckschlitz 9 zusammenarbeiten.

Der Hubring 3 ist innerhalb des Gehäuses 11 längs der Gehäu­ sequerachse 25 verschiebbar, und zwar aus der dargestellten Position maximaler Exzentrizität heraus in eine Position mit der Exzentrizität Null. Die Exzentrizität ist in Fig. 3 mit E bezeichnet und ergibt sich aus dem Abstand zwischen der Rotor­ mitte 23 und der Hubringmitte 24.

Um den Fördervorgang der Pumpe 100 zu starten, wird der Rotor 2 in Richtung des Pfeiles 22 in Fig. 3 in Drehung versetzt. Im Bereich des Ansaugschlitzes 6 (und auch 7) ist das Volumen der Arbeitskammern 1 zunächst noch klein, wächst aber mit weiterer Drehung und füllt sich dabei mit Druckmedium. Wenn die be­ trachtete Arbeitskammer 1 ihre maximale Größe erreicht hat (größter Abstand der Innenlaufbahn 12 gegenüber dem Rotormit­ telpunkt 23) wird sie über die Steuerscheibe 90 von der Saug­ seite getrennt und erhält sodann ihre Verbindung zur Drucksei­ te. Durch den weiteren Verlauf der Innenlaufbahn 12 werden die Flügel 4, 5 in ihre Schlitze geschoben, so daß das Arbeitskam­ mervolumen wieder abnimmt und die Flüssigkeit dadurch zum Druckschlitz 8 (und auch zum Druckschlitz 9) verdrängt wird.

In der in Fig. 3 gezeigten Stellung schließt der Flügel 5 ge­ rade die Kammer 1 vom Saugschlitz 6 ab. Bei weiterer Drehung des Rotors 2 in Richtung des Pfeils 22 wird das Volumen der Kammer 1 verkleinert, wodurch der Druck in der Kammer 1 an­ steigt. Nach Drehung des Rotors 2 um den Winkel öffnet der Flügel 4 die Verbindung der Arbeitskammer 1 mit dem Druck­ schlitz 8.

Nach dieser allgemeinen Beschreibung einer Flügelzellenpumpe 100 sei an Hand der Fig. 4 bis 6 auf das erste Ausführungsbei­ spiel einer erfindungsgemäßen Steuerscheibe 30 eingegangen. Die Steuerscheibe 30 ist von kreisrundem Querschnitt und be­ sitzt eine Rotorseite 31 und diametral dazu eine Gehäuseseite 32. Erfindungsgemäß ist die Steuerscheibe 30 aus einer Leicht­ metallegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung durch vorzugsweise Druckguß hergestellt, und zwar zusammen mit den noch zu beschreibenden Steuerdurchlässen für das Druckmedium.

Die Rotorseite 31 wird mit der Gehäuseseite 32 durch einen ersten Drucksteuerdurchlaß 33 und einen zweiten radial zum ersten nach innen benachbarten Drucksteuerdurchlaß 34 ver­ bunden.

In gleicher Weise steht die Rotorseite 31 mit der Gehäuseseite 32 durch einen ersten Ansaugsteuerdurchlaß 35 und einen radial nach innen demgegenüber benachbart angeordneten zweiten An­ saugsteuerdurchlaß 36 in Verbindung. Die erfindungsgemäße Aus­ bildung dieser Durchlässe 32 bis 36 wird noch im einzelnen im folgenden erläutert.

Der erste Drucksteuerdurchlaß 33 weist eine bogenförmige Ver­ tiefung 39 auf, die vorzugsweise eine konstante Tiefe T, aber eine in bekannter Weise abnehmende Breite (vgl. Fig. 4) be­ sitzt, so daß sich eine nierenförmige Gestalt ergibt. Vom Boden 40 der Vertiefung aus verlaufen einen unterschiedlichen Durchmesser besitzende Bohrungen 41, 42, 43 zur Gehäuseseite 32 hin. Die Bohrungen 41, 42, 43 enden vorzugsweise am Boden 44 einer in der Gehäuseseite 32 ausgebildeten Ausnehmung 45. Die Bohrungen 42, 41, 43 besitzen einen entsprechend der Nie­ renform der Ausnehmung 39 abnehmenden Durchmesser. Benachbart zur Bohrung 42 bildet die Ausnehmung 39 eine spitz zulaufende Vorsteuernut 47. Die zweiten Drucksteuerdurchlässe 34 sind durch einen Steg 48 radial nach innen mit Abstand gegenüber den Durchlässen 33 angeordnet. Die zweiten Drucksteuerdurch­ lässe 34 weisen eine halbkreisförmige Vertiefung 49 auf, und vom Boden dieser Vertiefung 49 aus verlaufen Bohrungen 50, 51 und 52 aus zur Gehäuseseite 32 hin. Die Ausnehmung 49 hat vor­ zugsweise eine konstante Breite, die nicht wesentlich größer ist als der Durchmesser der Bohrungen 50 bis 52. Die Ausneh­ mung 49 besitzt an beiden Enden Vorsteuernuten 53.

Die Bohrungen 50 bis 52 enden gehäuseseitig am Boden 44 der bereits erwähnten Ausnehmung 45, die eine entsprechende ra­ diale Breite besitzt, die vorzugsweise in der in Fig. 6 ge­ zeigten Art und Weise von rechts nach links hin abnimmt. Die Gehäuseseite 32 ist ferner in ihrem radial äußeren Bereich benachbart zur Außenumfangskante 55 mit einer Ringnut 56 aus­ gestattet. Es sei bemerkt, daß die Bohrungen 50 bis 52 in einem inneren Bereich der Ausnehmung 49 vorgesehen sind, während sich die Ausnehmung 49 bogenförmig noch beträchtlich über die Bohrung 52 und die Bohrung 51 hinauserstreckt.

Der erste Ansaugsteuerdurchlaß 35 verläuft von der Rotorseite 31 zur Gehäuseseite 32 hin und weist gehäuseseitig beispiels­ weise drei Vertiefungen 57, 58, 59 auf, die sich bis in den Bereich der noch näher zu beschreibenden zweiten Ansaugsteuer­ durchlässe 36 auf der Gehäuseseite erstrecken.

Auch rotorseitig weist der erste Ansaugsteuerdurchlaß 35 eine im ganzen nierenförmige Vertiefung 60 sowie eine Vorsteuernut 61 auf. Vom Boden 62 der Vertiefung 60 aus erstrecken sich Stege 63, 64, 65 in Richtung auf die Gehäusewand 32. Die Stege 63, 64, 65 bilden Kanäle 66, 67 und 68 für den Durchtritt des Strömungsmittels. Die Kanäle 66, 67 und 68 haben vorzugsweise den in den Fig. 4 und 6 gezeigten Querschnitt.

Der zweite Ansaugsteuerdurchlaß 36 weist rotorseitig ebenfalls eine Vertiefung 69 auf, deren Boden in Fig. 5 ebenfalls mit 62 bezeichnet ist. Diese Vertiefung 69 hat vorzugsweise eine kon­ stante Breite und erstreckt sich über einen etwas geringen Winkel hinweg, als dies für die Vertiefung 60 gilt.

Ein in etwa ovaler Kanal 70 und eine Bohrung 71 verbinden die Rotorseite 31 mit der Gehäuseseite 32, und zwar unter Bildung von Stegen 72, 73 und 74.

Am Boden der Vertiefungen 57, 58 und 59 liegen die Enden 76 der Trennwand 77 zwischen den ersten und zweiten Ansaugsteu­ erdurchlässen 35, 36.

Die Fig. 7 und 8 zeigen die bevorzugte in Fig. 6 bei X allge­ mein dargestellte Ausbildung von zwei Positionsbohrungen 78, die derart gestaltet sind, daß während der Montage der Steu­ erscheibe 30 ein Versatz zwischen einem gehäuseseitigen Stift und den Bohrungen 78 durch plastische Verformung der von den Bohrungen 78 gebildeten Spitzen 79 ausgeglichen werden kann. Damit ergibt sich auf jeden Fall eine sichere Fixierung der Steuerscheibe 30.

Anhand der Fig. 9 bis 11 sei ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerscheibe 80 beschrieben. Die Steuerscheibe 80 weist wiederum eine Rotorseite 81 und eine Gehäuseseite 82 auf. Ebenso sind erste Drucksteuerdurchlässe 83 sowie zweite Drucksteuerdurchlässe 84 vorgesehen. Weiterhin sind erste Saugsteuerdurchlässe 85 und zweite Saugsteuerdurch­ lässe 86 vorgesehen. Die Saugsteuerdurchlässe 85, 86 sind in der gleichen Art und Weise ausgebildet, wie dies bereits für die Saugsteuerdurchlässe 35, 36 des ersten Ausführungsbei­ spiels beschrieben wurde, so daß hier eine nähere Beschreibung entfallen kann.

Auch der erste Drucksteuerdurchlaß 83 ist in der gleichen Wei­ se wie der Drucksteuerdurchlaß 33 ausgebildet und weist wie dieser eine bogenförmige Vertiefung 139, einen Boden 140 sowie Bohrungen 141 bis 143 auf. Ferner ist eine Ausnehmung 145 mit einem Boden 144 vorgesehen. Auch die Vorsteuernut 147 ent­ spricht der Vorsteuernut 47 gemäß Fig. 9. Gleichfalls ist ein dem Steg 48 entsprechender Steg 148 vorgesehen und eine der bogenförmigen Vertiefungen 49 entsprechende Vertiefung 149. Nicht vorhanden sind beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 9 bis 11 den Bohrungen 50 bis 52 gemäß Fig. 4 entsprechende Boh­ rungen.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9 bis 11 sind die bo­ genförmigen Vertiefungen 139 und 149 durch Kanäle verbunden, und zwar im dargestellten Ausführungsbeispiel durch zwei Ka­ näle 107 und 108. Durch diese Kanäle wird erreicht, daß ein etwa auftretender Staudruck weitgehend ausgeglichen werden kann. Vorzugsweise sind die Kanäle 107 und 108 im Bereich der äußersten Bohrungen 143 und 142 des ersten Drucksteuerdurch­ lasses 83 vorgesehen. Die Kanäle 107, 108 enden vorzugsweise in die Ausnehmungen 149 vor den entsprechenden Enden dieser Ausnehmungen 149, vgl. dazu die Fig. 9.

Claims (15)

1. Steuerscheibe für eine Flügelzellenpumpe, bestehend aus einem Metall von vorzugsweise kreisrundem Querschnitt und mit ei­ ner im eingebauten Zustand zum Gehäuse weisenden Gehäuseseite und einer entgegengesetzt dazu liegenden Rotorseite mit einem Druck­ steuerdurchlaß (83), der radial benachbart zu einer radial innen gelegenen, rotorseitig axial offenen Druckausnehmung (84) angeord­ net ist, mit einem Verbindungskanal (107, 108) begrenzter axialer Tiefe zwischen dem Drucksteuerdurchlaß (83) und der Druckausneh­ mung (84) und mit einem Ansaugsteuerdurchlaß (85), der radial be­ nachbart zu einer radial innen gelegenen, rotorseitig axial offe­ nen Ansaugausnehmung (86) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (107, 108) rotorseitig den Drucksteuer­ durchlaß (83) und die Druckausnehmung (84) miteinander verbindet.

2. Steuerscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei rotorseitig axial offene Verbindungskanäle (107, 108) vorhanden sind.

3. Steuerscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Verbindungskanal (107, 108) nichtradial verläuft.

4. Steuerscheibe für eine Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanäle mit der gleichen Tiefe (T) wie die Ausnehmungen (140, 149) ausge­ bildet sind.

5. Steuerscheibe für eine Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanäle (107, 108) im Endbereich der Ausnehmungen (139) des ersten Drucksteuerdurchlasses (83) ausgebildet sind, und daß vorzugsweise der zweite Drucksteuerdurchlaß (84) keine Bohrungen aufweist, sondern allein durch die Ausnehmung (149) gebildet ist.

6. Steuerscheibe für eine Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ scheibe aus einer Aluminiumlegierung besteht und daß mindestens einer der Durchlässe nicht durchgängig ausge­ bildet ist, sondern auf der Druckseite (31, 81) eine eine geringe Tiefe (T) aufweisenden Ausnehmung (39, 49, 60, 69; 139, 149) aufweist und daß Verbindungsbohrungen (41 bis 43; 51 bis 52; 70, 71; 141 bis 142) zur gegenüberliegenden Gehäuseseite (32, 82) hin verlaufen.

7. Steuerscheibe für eine Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen auf der Gehäuseseite (32, 82) in einer gemeinsamen Ausnehmung (45) enden.

8. Steuerscheibe für eine Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ansaugsteuerdurchlässe anstelle von Bohrungen größere Kanäle (Durchbrechungen) (70; 66, 67,68) aufweisen.

9. Steuerscheibe für eine Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die rotorseitigen Vertiefungen und die gehäuseseitigen Ausnehmungen vorzugsweise die gleiche Tiefe (T) besitzen.

10. Steuerscheibe für eine Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tiefe (T) in etwa ein Fünftel der Dicke der Steuerscheibe beträgt.

11. Steuerscheibe für eine Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die jeweils radial außengelegenen Ausnehmungen (39, 60; 139) eine Nierenform besitzen, d. h. eine abnehm­ bare Breite.

12. Steuerscheibe für eine Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die radial innengelegenen Ausnehmungen (49, 69; 149) eine konstante Breite besitzen.

13. Steuerscheibe für eine Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drucksteuerdurchlässe (33, 34; 83) Verbindungsbohrungen (41 bis 43; 51 bis 52) aufweisen.

14. Steuerscheibe für eine Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine vorzugsweise mindestens aber zwei gegenüberliegende Bohrungen (78) mit nach innen ragenden Spitzen (79) in der Gehäuseseite (32) vorgesehen sind, die eine Fixierung der Steuerscheibe sicherstellen.

15. Steuerscheibe für eine Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerscheibe aus der Aluminiumle­ gierung durch ein Gußverfahren, vorzugsweise ein Druckguß­ verfahren, derart hergestellt wird, daß bereits während des Gießens der Steuerscheibe die erforderlichen Steuer­ durchlässe präzise ausgebildet werden.