DE4307003C2 - Flügelzellenpumpe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flügelzellenpumpe mit veränderbarem Volumendurchsatz nach Maßgabe des Oberbegriffes von Anspruch 1. Derartige Pumpen können insbesondere in Verbindung mit Kraftfahrzeugmotoren verwendet werden.

Eine Flügelzellenpumpe der eingangs genannten Art ist aus der US-A-4 558 998 bekannt.

Weiterhin offenbart die JP-A-62-276286 eine Flügelzellenpumpe mit veränderbarem Volumendurchsatz zur Verwendung in Kraftfahrzeugen.

Bei dieser bekannten Flügelzellenpumpe sind ein Gehäuse, ein Nockenring und ein mit einer Vielzahl von radial angeordneten Flügeln ausgerüsteter Rotor vorgesehen. Eine innere Umfangsoberfläche des Nockenrings ist kreisförmig und wird von den Flügeln entsprechend der Umdrehung des Rotors berührt. Das Gehäuse weist einen Flüssigkeitseinlaß und einen Flüssigkeits­ auslaß auf. Flüssigkeit wird von dem Flüssigkeitseinlaß zu dem Flüssigkeitsauslaß entsprechend der Bewegung der Flügel bewegt.

Weiterhin sind bei dieser bekannten Pumpe halbkreisförmige Rillen jeweils an beiden Seiten des Nockenrings vorgesehen, die den an dem inneren Umfang des Nockenrings vorgesehenen Einlaß und Auslaß verbinden. Bei dieser Konkstruktion wird die Breite der Rillen kleiner als die Dicke der mit dem Rotor verbundenen Flügel gehalten.

Wie oben erwähnt, sind die Verbindungen zwischen dem Einlaß und dem Auslaß an die Rillen gebunden; somit mildern die Rillen Druckveränderungen, die aus der Belastung der Pumpe resultieren, um Kavitation zu verhindern und das Pumpengeräusch zu verringern.

Bei normalem Betrieb bei konstanter Pumpengeschwindigkeit genügen die obigen Maßnahmen zur Unterdrückung der Kavitation und Verringerung des Pumpengeräusches. Wenn sich jedoch die Betriebsgeschwindigkeit der Pumpe ändert oder Schwankung ausgesetzt ist, so daß eine Druckerhöhung an dem Einlaß und Auslaß auftritt, ist es äußerst schwierig, solche Druckveränderung auszugleichen, um Kavitation und Pumpengeräusch zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Pumpe der eingangs genannten Art Kavitation sogar unter Bedingungen, in denen Druck- und Synchronisationsschwankungen während des Pumpenbetriebs auftreten, zu verhindern und die Geräuschemission zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch eine Pumpe nach Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Pumpe besitzt ein Pumpengehäuse und Flüssigkeitseinlaß- und -auslaßöffnungen in Verbindung mit einem inneren Teilstück des Gehäuses. Weiter ist ein Nockenring vorgesehen, der in einer inneren Kammer des Pumpengehäuses zum Ermöglichen der Regulierung des Flüssigkeitsdurchflußvolumens in der Pumpe angeordnet wird. Ein Rotor wird in einem innerhalb des inneren Umfangs des Nockenrings genau bestimmten Zwischenraum mit einer Vielzahl in Radialenrichtung abstehender Flügel drehbar angeordnet, um eine innere Umfangsoberfläche des Nockenrings entsprechend der Rotorumdrehung zu berühren. Der Nockenring wird schwenkbar gelagert zur Ermöglichung exzentrischer Verschiebungen. Ein erster Raum wird an einer ersten Umfangskante des Rotors zwischen dem Rotor und dem Nockenring gebildet, wobei die Querschnittsfläche des ersten Raumes sich entsprechend der exzentrischen Verschiebung des Nockenrings verändert, ein zweiter Raum wird an einer untersten Umfangskante des Rotors zwischen Rotor und Nockenring gebildet, wobei die Querschnittsfläche des zweiten Raums sich ebenfalls entsprechend der exzentrischen Verschiebung des Nockenrings verändert. Eine konkave Einlaßnut wird in der inneren Umfangsoberfläche des Nockenrings in der Nähe der Einlaßöffnung vorgesehen, und eine konkave Auslaßnut wird in der inneren Umfangsoberfläche des Nockenrings in der Nähe der Auslaßöffnung vorgesehen, wobei eine erste Verbindungsnut mit einer ersten Querschnittsfläche an einer Stelle entsprechend des ersten Raumes vorgesehen wird, und eine zweite Verbindungsnut mit einer zweiten Querschnittsfläche an einer Stelle entsprechend des zweiten Raumes vorgesehen wird. Ein Regelkolben wird an einem äußeren Umfangsteilstück des Nockenrings angeordnet und wirkt mit dem exzentrischen Nockenring zusammen. Der Regelkolben wird mit einer Flüssigkeitskammer in Verbindung gebracht, so daß Flüssigkeitsveränderung in der Flüssigkeitskammer die Kolbenbewegung regelt, wodurch der Kolben den Nockenring exzentrisch verschiebt. Durch die Verschiebung des Nockenrings wird die Querschnittsfläche des ersten und zweiten Raumes verändert und ein Ausgangsvolumen der Flüssigkeit durch die Auslaßöffnung gesteuert.

In der Zeichnung ist

Fig. 1 eine plane Ansicht einer Flügelzellenpumpe mit veränderlichem Flüssigkeitsvolumendurchsatz nach der Erfindung; ist

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teilstücks der Pumpe entlang der Linie S2-S2 der Fig. 1; und

Fig. 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teilstücks der Pumpe entlang der Linie S3-S3 der Fig. 1.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Fig. 1 beschrieben. Die Pumpe besteht aus einem Gehäuse 1 mit einem darin montierten Nockenring 2, der eine Drehachse 2a hat, die eine exzentrisch schwenkbare Bewegung des Nockenrings 2 ermöglicht. Ein Rotor 3 ist drehbar an einem inneren Umfang des Nockenrings 2 angeordnet, wobei eine exzentrische Verschiebung des Rotors 3 entsprechend der Schwenkbewegung des Nockenrings 2 um die Drehachse 2a geregelt wird. Der Nockenring 2 wird zusätzlich in der Richtung seiner exzentrischen Bewegung durch eine Feder 4 beaufschlagt.

Der Rotor 3 hat eine Vielzahl von Flügeln 5, die radial angeordnet und in einer Radialrichtung beweglich sind. Die Flügelenden gleiten entlang der inneren Umfangsoberfläche des Nockenrings 2. Es sei besonders erwähnt, daß der Rotor 3 koaxial mit einem Drehmomentumwandler (nicht in den Zeichnungen gezeigt) montiert wird, um mit diesem zu drehen.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, wird ein hebelartiger Kolben 6 schwenkbar an einem Drehpunkt 6a in dem Pumpengehäuse 1 zum Einstellen der Exzentrizität des Nockenrings 2 montiert. Die innere Oberfläche des Kolbens 6 besitzt ein darauf geformtes konvexes Teilstück 6b, das von der inneren Oberfläche des Kolbens 6 vorsteht. Dem konvexen Teilstück 6b des Kolbens 6 gegenüberliegend wird die äußere Umfangsoberfläche des Nockenrings 2 mit einem ebenen, an die richtige Stelle gebrachten Teilstück 2b versehen, um das konvexe Teilstück 6b des Kolbens 6 zu berühren. Weiter wird eine Flüssigkeitskammer 7 an einer äußeren Seite des Kolbens 6 vorgesehen.

Entsprechend der oben beschriebenen Vorrichtung schließt somit das Gehäuse 1 den drehbar montierten Rotor 3 ein, wobei ein äußerer Umfang davon nächst dem inneren Umfang des Nockenrings 2 liegt. An einer obersten Stelle ª der Rotorbewegung wird an dem äußeren Umfang des Rotors 3 und dem inneren Umfang des Nockenrings 2 ein oberer bzw. erster Raum 8 gebildet. Genauso wird an einer untersten Stelle b der Rotorbewegung an dem äußeren Umfang des Rotors 3 und dem inneren Umfang des Nockenrings 2 ein unterer bzw. zweiter Raum 9 gebildet. Nächst der Einlaßöffnung 1a wird außerdem ein erstes konkaves Teilstück in Form einer Einlaßnut 2c in der inneren Umfangsoberfläche des Nockenrings 2 vorgesehen. In der Nähe der Auslaßöffnung 1b wird ein zweites konkaves Teilstück in Form einer Auslaßnut 2d in der inneren Umfangsoberfläche des Nockenrings 2 vorgesehen.

Weiter wird im Bereich des oberen Raumes 8 eine erste bzw. obere Verbindungsnut 2e zur Ermöglichung einer Flüssigkeitsverbindung zwischen der Einlaßnut 2c der Einlaßöffnung 1a und der Auslaßnut 2d der Auslaßöffnung 1b vorgesehen. Im Bereich des zweiten bzw. unteren Raumes 9 wird eine zweite bzw. untere Verbindungsnut 2f zur Ermöglichung einer weiteren Flüssigkeitsverbindung zwischen der Einlaßnut 2c der Einlaßöffnung 1a und der Auslaßnut 2d der Auslaßöffnung 1b vorgesehen.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der ersten Verbindungsnut 2e. Wie in der Zeichnung erkannt werden kann, wird die Nut als eine winkelige, erste, herausgeschnittene Abschrägung eines vorbestimmten Ausmaßes in einem Teilstück der inneren Umfangsoberfläche des Nockenrings 2 geformt. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, ist die zweite Verbindungsnut 2f als eine winkelige, zweite, herausgeschnittene Abschrägung eines zweiten vorbestimmten Ausmaßes in einem Teilstück der inneren Umfangsoberfläche des Nockenrings 2 geformt. Entsprechend der Erfindung entspricht die Durchgangsfläche der zweiten Verbindungsnut 2f dem Vierfachen der Durchgangsfläche der ersten Verbindungsnut 2e. Wenn der Nockenring 2 in eine Stellung schwenkt, in der die Querschnittsfläche des oberen Raumes 8 am größten wird, beträgt jede der Verbindungsnuten- Querschnittsflächen zwischen 0,1 und 2,0% der Fläche des oberen Raumes 8.

Der Betrieb der oben beschriebenen Ausführungsform wird nun im Detail beschrieben.

Während der Rotor 3 zusammen mit den Flügeln 5 angetrieben wird, um den Nockenring 2 zu drehen, arbeitet die Pumpe in einer bekannten Art und Weise, in der von der Einlaßöffnung 1a eingeführte Flüssigkeit zu der Auslaßöffnung 1b bewegt wird, um dann aus dem Pumpengehäuse 1 ausgestoßen zu werden. Der Flüssigkeitsdruck in der Flüssigkeitskammer 7 regelt die Verschiebung des hebelartigen Kolbens 6, und somit ein exzentrisches Verschieben des Nockenrings 2. Diese Verschiebung des Nockenrings 2 steuert das Ausgangsvolumen der Flüssigkeit durch die Auslaßöffnung 1b.

Bei der oben beschriebenen Konstruktion ist während des Betriebs in jeder der Verbindungsnuten 2e, 2f jeweils von der Eingangsöffnung 1a zu der Ausgangsöffnung 1b ein Druckgradient vorhanden. Dieser Druckgradient veranlaßt, daß Bläschen in der Flüssigkeit zusammenfallen. Somit werden das Auftreten von Kavitation und Geräuschemissionen bedeutsam verringert.

Während sich die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors 3 erhöht, kann der Druck in dem unteren Raum 9 zunehmen, während auf der anderen Seite Druck in dem oberen Raum 8 abnimmt. Die Einlaß- bzw. Auslaßnut 2c, 2d nehmen Flüssigkeitsdruckveränderungen an den Verbindungsnuten 2e und 2f auf. Dies ermöglicht die Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Druckverlaufs, wodurch eine andere Ursache für das Entstehen von Pumpengeräuschen ausgeschieden wird.

Die Querschnittsflächen der Verbindungsnuten 2e und 2f werden außerdem genau definiert. Die Querschnittsfläche der oberen Nut 2e beträgt 0,1% oder mehr als eine maximal mögliche Querschnittsfläche des oberen Raumes 8. Die Querschnittsfläche der unteren Nut 2f beträgt 2% oder weniger als eine mögliche maximale Querschnittsfläche des oberen Raumes. Die Werte der obigen Querschnittsflächen wurden aus Experimenten gewonnen, so daß die wünschenswertesten Durchfluß- und Geräuschunterdrückungsmerkmale erreicht werden.

Somit können in der erfindungsgemäßen Pumpe Bläschen in einer Flüssigkeit, die Kavitationsgeräusche verursachen, zusammenfallen, und bedeutsame Schwankungen im Pumpenausgangsdruck können verhindert werden, wodurch das Pumpengeräusch verringert wird.

Im Gegensatz zu dem bekannten Stand der Technik müssen außerdem die Winkel der Kanten der Einlaß- und Auslaßöffnungen nicht so genau festgesetzt werden, wodurch die Konstruktions- und Produktionsfreiheit erhöht wird.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern bezieht Ausführungsformen und Veränderungen entsprechend den beigefügten Ansprüchen mit ein.

Claims (7)

1. Flügelzellenpumpe mit veränderbarem Volumendurchsatz mit einem Pumpgehäuse (1), einem im Pumpgehäuse (1) schwenkbar ge­ lagerten Nockenring (2), einem exzentrisch in einer durch die Innenumfangswand des Nockenringes (2) radial begrenzten Kammer drehbar angeordneten Rotor (3), der mit einer Vielzahl von radial verschiebbaren Flügeln (5) versehen ist, die jeweils mit der Innenumfangswand des Nockenringes (2) in Berührung stehen, wobei die Exzentrizität zwischen Rotor (3) und Nockenring (2) zur Veränderung des Volumendurchsatzes durch Verschwenken des Nockenringes (2) relativ zum Pumpgehäuse (1) einstellbar ist, und mit einer in der Innenumfangswand des Nockenringes (2) vor­ gesehenen Einlaßnut (2c) auf der Seite der Einlaßöffnung (1a) und einer gegenüberliegenden, in der Innenumfangswand des Nockenrings (2) vorgesehenen Auslaßnut (2d) auf der Seite der Auslaßöffnung (1b), dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Verbindungsnut (2e) in der Innenumfangswand des Nockenringes (2) vorgesehen ist, die sich von der Einlaßnut (2c) in Dreh­ richtung des Rotors (3) zur Auslaßnut (2d) erstreckt, und daß eine zweite Verbindungsnut (2f) in der Innenumfangswand des Nockenringes (2) vorgesehen ist, die sich von der Auslaßnut (2d) in Drehrichtung des Rotors (3) zur Einlaßnut (2c) er­ streckt, wobei die erste und zweite Verbindungsnut (2e, 2f) be­ züglich der Drehachse des Rotors (3) im wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet sind.

2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilquerschnittsfläche der ersten Verbindungsnut (2e) größer oder gleich 0,1% der maximal möglichen, durch zwei auf­ einanderfolgende Flügel (5) sowie den Rotor (3) und die Innen­ umfangswand des Nockenringes (2) begrenzten Fläche (8) ist, und die Profilquerschnittsflächen der zweiten Verbindungsnut (2f) kleiner oder gleich 2% dieser maximal möglichen Fläche (8) ist.

3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede der Profilquerschnittsflächen der Verbindungs­ nuten (2e, 2f) zwischen 0,1% und 2% der maximal möglichen, durch zwei aufeinanderfolgende Flügel (5) sowie den Rotor (3) und die Innenumfangswand des Nockenringes (2) begrenzten Fläche (8) beträgt.

4. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Profilquerschnittsfläche der zweiten Verbindungsnut (2f) das Vierfache der Profilquer­ schnittsfläche der ersten Verbindungsnut (2e) beträgt.

5. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite Verbindungsnut (2e, 2f) als Schrägkante an der Innenumfangswand des Nockenringes (2) ausgebildet ist.

6. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß im Pumpengehäuse (1) ein durch einen Druck in einer Fluidkammer (7) beaufschlagter, mit einem äußeren Umfangsabschnitt (2b) des Nockenringes (2) in Berührung stehender Kolben (6) zur Verschwenkung des Nockenringes (2) relativ zum Pumpgehäuse (1) und zum Rotor (3) vorgesehen ist.

7. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) um einen Drehpunkt (6a) schwenkbar im Pump­ gehäuse (1) gelagert ist.