DE4442083A1 - Flügelzellenpumpe - Google Patents

Flügelzellenpumpe

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flügelzellenpumpe. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf ein hydraulisches System mit einer Flügel­ zellenpumpe gerichtet.
In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 4(1992)- 339 187 ist eine herkömmliche Flügelzellenpumpe offenbart. Ein zylindrischer Rotor ist drehbar in einem Gehäuse gelagert, und auch ein Nockenring ist drehbar in dem Gehäuse gelagert. Nur der Drehwinkel des Nockenrings ist eingeschränkt. Andernfalls dreht sich der Rotor um 360 Grad. In dem Gehäuse ist zwischen einer äußeren Fläche des Rotors und einer inneren Fläche des Nockenrings ein ringförmiger Raum. Eine Vielzahl von Flügeln trennen in dem ringförmigen Raum eine Vielzahl von Zellen ab. Die Flügel sind in Schlitzen des Rotors angeordnet. In dem Gehäuse ist eine Ringnut ausgebildet und steht mit den Schlitzen in Verbindung. Die Flügel werden durch die Zentrifugalkraft selbst und den Öldruck auf die Innenseite der Flügel in den Schlitzen an die innere Fläche des Nockenrings gedrückt. Die Innenseite der Flügel in den Schlitzen wird von einem Druckanschluß der Flügelzellenpumpe aus über die Ringnut mit dem Öldruck beaufschlagt.
Eine derartige Flügelzellenpumpe schafft den Öldruck für ein Hilfskraftlenkungssystem (Servolenkung) bei einem Kraftfahrzeug zu. Beim Betrieb des Hilfskraftlenkungssystems ist eines der zwei Ventile geschlossen, und der Förderdruck der Flügelzellenpumpe nimmt zu. Die Innenseite der Flügel in den Schlitzen wird mit dem hohen Förderdruck beaufschlagt, so daß der Druck die Flügel stark nach außen drückt. Der Druck in den mit dem Druckanschluß in Verbindung stehenden Zellen nimmt jedoch auch zu, und das Öl in den Zellen läuft über die Ringnut an beiden Seiten der Flügel und dem Rotor vorbei zu der Saugseite aus. Danach fällt der Förderdruck ab und der Druck auf der Innenseite der Flügel in den Schlitzen fällt auch ab. Deshalb werden die Flügel nicht ausreichend an die innere Fläche des Nockenrings gedrückt, und das Öl in den mit dem Druckanschluß in Verbindung stehenden Zellen läuft weiter an den äußeren Endabschnitten der Flügel in die anderen Zellen aus. Das heißt, die Pumpenleistung einer derartigen Flügelzellenpumpe ist gering.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, zu verhindern, daß bei einer Flügelzellenpumpe Öl von einem Druckanschluß zu einem Sauganschluß ausläuft, wenn der Förderdruck der Pumpe hoch ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer detaillier­ ten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist ein hydraulisches System für ein Kraftfahr­ zeug, bei dem ein von einer Flügelzellenpumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugter Öldruck angewandt wird.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht der Flügelzellenpumpe.
Fig. 3 ist eine Vorderansicht eines Abstandhalters und eines Rotors, gemäß Fig. 2 aus X-Richtung gesehen.
Fig. 4 ist eine Vorderansicht einer vorderen Abdeckung, gemäß Fig. 2 aus Z-Richtung gesehen, und
Fig. 5 ist eine Vorderansicht einer hinteren Abdeckung, gemäß Fig. 2 aus Y-Richtung gesehen, und
Fig. 6 ist eine Fig. 3 ähnliche Ansicht, zeigt aber eine andere Drehposition des Rotors, und
Fig. 7 ist eine Fig. 3 ähnliche Ansicht, zeigt aber die andere Drehposition des Rotors.
Zuerst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in welcher ein hydraulisches System für ein Kraftfahrzeug (nicht gezeigt) gezeigt ist, bei welchem ein von einer Flügelzellenpumpe erzeugter Öldruck angewandt wird. Die Flügelzellenpumpe 10 wird mittels einer Steuereinrichtung 11 gesteuert und hat ein variables Fördervolumen. Das von der Pumpe 10 geförderte Öl wird über Kanäle 12, 12a, 12b einem Hilfskraftlenkungs­ system 44 und einem hydraulischen Lüftersystem 45 für den Motor des Kraftfahrzeugs zugeführt. Ein Teilungsventil 13 ist geschaffen, um eine feststehende Menge an Öl von dem Kanal 12 in einen ersten Kanal 12a und die restliche Menge an Öl von dem Kanal 12 in einen zweiten Kanal 12b zuzufüh­ ren.
Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, weist ein Gehäuse 17 der Flügelzellenpumpe 10 eine vordere Abdeckung 14, eine hintere Abdeckung 15 und einen Abstandhalter 16 auf. Eine Welle 41 ist drehbar in dem Gehäuse 17 gelagert. Eine Riemenscheibe 18 ist an einem Endabschnitt der Welle 41 befestigt, um die Welle 41 anzutreiben. Die Riemenscheibe 18 wird mittels einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) über einen Riemen (nicht gezeigt) angetrieben. An der Welle 19 ist ein Rotor 19 zur einheitlichen Drehung mit dieser befestigt. Ein Nockenring 20 befindet sich rund um den Rotor 19 und zwischen dem Rotor 19 und dem Nockenring 20 ist ein ringförmiger Raum 21 ausgebildet. Der Raum 21 ist durch eine Vielzahl von Flügeln 23, 23 . . . in eine Vielzahl von Zellen 21a, 21a . . . geteilt. Vor der Linie A werden die Zellen 21a, 21a . . . gemäß der Drehung der Flügel 23, 23 . . . komprimiert. Die Drehrichtung der Flügel 23, 23 . . . ist in Fig. 3 durch den Pfeil R gezeigt. Hinter der Linie A werden die Zellen 21a, 21a . . . gemäß der Drehung der Flügel 23, 23 . . . ausgedehnt. Der Nockenring 20 dreht sich um einen Drehstift 22, der in der vorderen und der hinteren Abdeckung 14, 15 gelagert ist. Eine Differenz zwischen einem Mittelpunkt des Rotors 19 und einem Mittelpunkt des Nockenrings 20 ist gemäß einer Drehung des Nockenrings 20 variabel. Die Flügel 23, 23 . . . sind radial in Schlitzen 47 des Rotors 19 gelagert. Der äußere Endabschnitt von jedem der Flügel 23, 23 . . . ist bei Drehung mit einer inneren Fläche des Nockenring 20 in Berührung.
Die vordere und die hintere Abdeckung 14, 15 sind zum Beispiel aus Aluminium gefertigt, und der Abstandhalter 16 und der Rotor 19 sind aus Eisen gefertigt. Da der Rotor 19 und der Abstandhalter 16 aus dem gleichen Material bestehen, ist der Betrag der Wärmeausdehnung des Abstandhalters 16 gleich dem des Rotors 19.
Eine Ölabdichtung 40 ist rund um die Welle 41 angebracht und verhindert, daß Öl aus der Flügelzellenpumpe 10 nach außen läuft. In der Ölabdichtung 40 angesammeltes Öl strömt über einen Rückführkanal 42 zu dem Sauganschluß 33.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein Vorsprung 24 des Nockenrings 20 mittels einer Feder 26 nach rechts vorgespannt, um die Differenz zwischen dem Mittelpunkt des Rotors 19 und dem Mittelpunkt des Nockenrings 20 zu vergrößern. Auf der anderen Seite wird der Vorsprung 24 mittels eines Kolbens 25 nach links gedrückt, um die Differenz zwischen dem Mittelpunkt des Rotors 19 und dem Mittelpunkt des Nockenrings 20 nicht zu vergrößern. Die Differenz zwischen dem Mittelpunkt des Rotors 19 und dem Mittelpunkt des Nockenrings 20 wird in Abhängigkeit von dem Kräftegleichgewicht zwischen der Feder 26 und dem Kolben 25 definiert.
Die Steuereinrichtung 11 steuert die Ölzufuhr zu dem Kolben 25, und der Vorsprung 24 wird nach links gedrückt. Die Einrichtung 11 weist eine zusätzliche Ölpumpe 27, ein linear gesteuertes Magnetventil 28, ein Steuerkolbenventil 46, eine elektrische Steuereinheit 29 und Kanäle 32, 32a auf. Die zusätzliche Ölpumpe 27 wird durch die Welle 41 angetrieben und ist koaxial mit der Ölpumpe 10 an der Welle 41 (Fig. 2). Die Pumpe 27 pumpt über einen Saugkanal 31 Öl aus einem Speicherbehälter 30 und über den Kanal 32 zu dem Kolben 25. Der Kanal 32a zweigt von dem Kanal 32 ab und ist mit dem linear gesteuerten Magnetventil 28 verbunden. Das Ventil 28 steuert den Öldruck in einem Raum 46a des Steuer­ kolbenventils 46, und die Menge an Öl, die durch den Kanal 32a zu der Saugseite der Pumpe 27 strömt, wird gesteuert. Je größer die Öffnung des Ventils 28 ist, desto größer ist die Menge an Öl, die durch den Kanal 32a zu der Saugseite der Pumpe 27 strömt. Die Ausgangssignale eines Temperatursensors (nicht gezeigt) für das Kühlwassers der Brennkraftmaschine und eines Umdrehungssensors (nicht gezeigt) für die Brennkraftmaschine usw. werden in die elektrische Steuerein­ heit 29 eingegeben, und die elektrische Steuereinheit 29 steuert das linear gesteuerte Magnetventil 28.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind in der vorderen Abdeckung 14 ein Sauganschluß 33, ein Druckanschluß 34 und Druckmittelnuten 35 ausgebildet. Die Nut 35 weist eine Druckseiten-Nut 35a und eine Saugseiten-Nut 35b auf. Die Nut 35a steht mit der Nut 35b über eine Nut 35c (Fig. 5) in Verbindung, welche eingeengt ist und in der hinteren Abdeckung 15 ausgebildet ist, aber die Nut 35a ist nicht direkt mit der Nut 35b in Verbindung. Die Nuten 35 (35a, 35b) beaufschlagen die Schlitze 47 mit einem Öldruck, um die Flügel 23, 23 . . . nach außen zu drücken. In der vorderen Abdeckung 14 ist zwischen den Anschlüssen 33, 34 auf einer linken Seite der Welle 41 ein Abschlußabschnitt 36 ausge­ bildet. Das Volumen einer Zelle 21b (Fig. 6) an dem Abschlußabschnitt 36 ist das kleinste der Volumen der Zellen 21a, 21a . . . Die Nut 35a steht über einen Kanal 37, der in der vorderen Abdeckung 14 ausgebildet ist, mit der Zelle 21b in Verbindung.
Wenn einer der Flügel 23 in der Position der Linie A ist, befindet sich der dahinterliegende der Flügel 23 an dem linken Ende des Druckanschlusses 34, um eine (21b) der Zellen 21a, 21a . . . von dem Druckanschluß 34 abzutrennen. Die Zelle 21b steht weder mit dem Sauganschluß 33 noch mit einem Druckanschluß 34 in Verbindung.
Der Druck in der in Fig. 6 gezeigten Zelle 21b ist entsprechend hoch. Die Zelle 21b ist maximal komprimiert. Wenn die Flügel 23, 23 . . . andererseits in der in Fig. 7 gezeigten Position angeordnet sind, beginnt sich die Zelle 21b auszudehnen und der Druck in der in Fig. 7 gezeigten Zelle 21b sinkt ab. Der Kanal 37 muß mit der in Fig. 6 gezeigten Zelle 21b in Verbindung sein, um die Nuten 35a, 35b mit dem hohen Öldruck zu beaufschlagen. Wenn der Druck in der in Fig. 7 gezeigten Zelle 21b entsprechend niedrig ist, muß der Kanal 37 nicht mit der in Fig. 7 gezeigten Zelle 21b in Verbindung sein, um die Nuten 35a, 35b nicht mit den niedrigen Öldruck zu beaufschlagen. Da die Flügel 23, 23 . . . durch die Zentrifugalkraft selbst und den Öldruck auf die Innenseite der Flügel in den Schlitzen 47 an die innere Fläche des Nockenrings 20 gedrückt werden, wird der Öldruck in den Nuten 35a, 35b auf hohem Druckniveau beibehalten. Andernfalls sind die Flügel 23, 23 . . . nicht ausreichend an die innere Fläche des Nockenrings 20 gedrückt und Öl läuft zwischen den angrenzenden Zellen 21a, 21a aus. Deshalb steht der Kanal 37 vorzugsweise nicht mit der in Fig. 7 gezeigten Zelle 21b, sondern mit der in Fig. 6 gezeigten Zelle 21b in Verbindung.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, sind der Sauganschluß 33 und der Druckanschluß 34 auch in der hinteren Abdeckung 15 ausgebildet. Die Nut 35a steht über einen Druckkanal 38 mit dem Druckanschluß 34 in Verbindung. In der hinteren Abdeckung 15 ist an einem Ende des Druckanschlusses 33 eine Nut 33a ausgebildet. An einem Ende des Druckanschlusses 34 ist in der vorderen Abdeckung 15 eine Nut 34a ausgebildet. Die Nut 34a in der vorderen Abdeckung 14 steht mit der Nut 34a in der hinteren Abdeckung 15 über die Schlitze 47 in dem Rotor 19 in Verbindung.
Gemäß Fig. 1 wird beim Betrieb des Hilfskraftlenkungs­ systems 44 eins der zwei Ventile (nicht gezeigt) des Systems 44 geschlossen, und der Druck in den Kanälen 12, 12a wird erhöht. Obgleich ein Überströmventil 43 den Druck in dem Kanal 12 in den Behälter 30 entlastet, ist die Kapazität des Überströmventils 43 gering, so daß der Druck in dem Druckanschluß 34 der Flügelzellenpumpe 10 auch hoch wird. Dies ist ein überhöhter Druck. Der Öldruck in den Nuten 35a, 35b ist nicht nur höher als der normale Förderdruck, sondern auch höher als der überhöhte Druck. Deshalb werden die Flügel 23, 23 . . . durch den Öldruck in den Nuten 35a, 35b stark gedrückt und die äußeren Endabschnitte der Flügel 23, 23 . . . werden von der inneren Fläche des Nockenrings 20 gelöst. Das Öl in den Zellen 21a, 21a . . ., die mit dem Druckanschluß 34 in Verbindung stehen, läuft nicht an den äußeren Endabschnitten der Flügel 23, 23 . . . vorbei in die angrenzenden Zellen 21a, 21a . . . aus. Da die Nut 35 in die Nuten 35a, 35b geteilt ist, strömt das von den beiden Seiten der Flügel und dem Rotor ausgelaufene Öl nicht über die Nut 35 zu der Saugseite.
Wenn das Druckmedium in der Zelle einer Flügelzellen­ pumpe am Ende des Verdichtungsvorgangs maximal komprimiert ist, ist der Druck in der Zelle höher als der Förderdruck der Pumpe. Die Flügel sind in den Schlitzen eines Rotors gehalten. Ein die eine Zelle und die Innenseiten der Flügel in den Schlitzen verbindender Kanal führt den Druck zu, und der Druck schiebt die Flügel ausreichend an die innere Fläche eines Nockenrings der Pumpe.

Claims (15)

1. Flügelzellenpumpe (10) mit
einem Gehäuse (17), das einen Sauganschluß (33) und einen Druckanschluß (34) aufweist,
einem Nockenring (20), der drehbar in dem Gehäuse (17) angeordnet ist,
einem Rotor (19), der drehbar in dem Gehäuse angeordnet ist und zusammen mit dem Nockenring (20) einen ringförmigen Raum (21) ausbildet,
Flügeln (23), die in Schlitzen (47) des Rotors (19) radial gehalten sind,
Zellen (21a), die durch die Flügel (23) in dem ringförmigen Raum (21) abgeteilt sind,
einer Druckmittelnut (35), die in dem Gehäuse (17) ausgebildet ist, und eine Innenseite der Flügel (23) in den Schlitzen (47) mit einem Öldruck beaufschlagt, und einem Kanal (37), der den Öldruck in einer (21b) der Zellen, welche maximal komprimiert ist, in die Druckmittel­ nut (35) zuführt.
2. Flügelzellenpumpe (10) gemäß Anspruch 1, wobei die eine (21b) der Zellen weder von dem Sauganschluß (33) noch von dem Druckanschluß (34) getrennt ist.
3. Flügelzellenpumpe (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Druckmittelnut (35) in eine Saugseiten-Nut (35b) und eine Druckseiten-Nut (35a) geteilt ist, wobei die Saugseiten-Nut (35b) über einen eingeengten Kanal (35c) mit der Druckseiten-Nut (35a) in Verbindung steht.
4. Flügelzellenpumpe (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Druckmittelnut (35) auf den beiden Seiten des Rotors (19) ausgebildet ist, wobei die Druckmittelnuten (35) auf den beiden Seiten über die Schlitze (47) miteinander in Verbindung stehen.
5. Flügelzellenpumpe (10) gemäß Anspruch 4, wobei jede der auf den beiden Seiten des Rotors (19) ausgebildeten Druckmittelnuten (35) in eine Saugseiten-Nut (35b) und eine Druckseiten-Nut (35a) geteilt ist, wobei die Saugseiten-Nut (35b) über einen eingeengten Kanal (35c), der nur auf einer Seite des Rotors (19) ausgebildet ist, mit der Druckseiten- Nut (35a) in Verbindung steht.
6. Flügelzellenpumpe (10) mit
einem Gehäuse (17), das einen Sauganschluß (33) und einen Druckanschluß (34) aufweist,
einem Nockenring (20), der drehbar in dem Gehäuse (17) angeordnet ist,
einem Rotor (19), der drehbar in dem Gehäuse angeordnet ist und zusammen mit dem Nockenring (20) einen ringförmigen Raum (21) ausbildet,
Flügeln (23), die in Schlitzen (47) des Rotors (19) radial gehalten sind,
Zellen (21a), die durch die Flügel (23) in dem ringförmigen Raum (21) abgeteilt sind,
einer Druckmittelnut (35), die in dem Gehäuse (17) ausgebildet ist, und eine Innenseite der Flügel (23) in den Schlitzen (47) mit einem Öldruck beaufschlagt, und
einem Kanal (37), der den Öldruck in einer der Zellen, welche am Ende des Druckvorgangs ist, in die Druckmittelnut (35) zuführt.
7. Flügelzellenpumpe (10) gemäß Anspruch 6, wobei die eine der Zellen weder von dem Sauganschluß (33) noch von dem Druckanschluß (34) getrennt ist.
8. Flügelzellenpumpe (10) gemäß Anspruch 6, wobei die Druckmittelnut (35) in eine Saugseiten-Nut (35b) und eine Druckseiten-Nut (35a) geteilt ist, wobei die Saugseiten-Nut (35b) über einen eingeengten Kanal (35c) mit der Druckseiten-Nut (35a) in Verbindung steht.
9. Flügelzellenpumpe (10) gemäß Anspruch 6, wobei die Druckmittelnut (35) auf den beiden Seiten des Rotors (19) ausgebildet ist, wobei die Druckmittelnuten (35) auf den beiden Seiten über die Schlitze (47) miteinander in Verbindung stehen.
10. Flügelzellenpumpe (10) gemäß Anspruch 9, wobei jede der auf den beiden Seiten des Rotors (19) ausgebildeten Druckmittelnuten (35) in eine Saugseiten-Nut (35b) und eine Druckseiten-Nut (35a) geteilt ist, wobei die Saugseiten-Nut (35b) über einen eingeengten Kanal (35c), der nur auf einer Seite des Rotors (19) ausgebildet ist, mit der Druckseiten- Nut (35a) in Verbindung steht.
11. Hydraulisches System, das eine Flügelzellenpumpe (10) aufweist, welche ein variables Fördervolumen hat, mit einer Vorrichtung, die den von der Flügelzellenpumpe (10) geschaffenen Öldruck nutzt, und
einer Einrichtung zum Steuern des von der Flügelzellen­ pumpe (10) geförderten Volumens,
wobei die Flügelzellenpumpe (10) aufweist,
ein Gehäuse (17), das einen Sauganschluß (33) und einen Druckanschluß (34) aufweist,
einen Nockenring (20), der drehbar in dem Gehäuse (17) angeordnet ist,
einen Rotor (19), der drehbar in dem Gehäuse angeordnet ist und zusammen mit dem Nockenring (20) einen ringförmigen Raum (21) ausbildet,
Flügel (23), die in Schlitzen (47) des Rotors (19) radial gehalten sind,
Zellen (21a), die durch die Flügel (23) in dem ringförmigen Raum (21) abgeteilt sind,
eine Druckmittelnut (35), die in dem Gehäuse (17) ausgebildet ist, und eine Innenseite der Flügel (23) in den Schlitzen (47) mit einem Öldruck beaufschlagt, und
einen Kanal (37), der den Öldruck in einer der Zellen, welche am Ende des Druckvorgangs ist, in die Druckmittelnut (35) zuführt, wobei die eine der Zellen weder von dem Sauganschluß (33) noch von dem Druckanschluß (34) getrennt ist.
12. Hydraulisches System gemäß Anspruch 11, wobei die Druckmittelnut (35) in eine Saugseiten-Nut (35b) und eine Druckseiten-Nut (35a) geteilt ist, wobei die Saugseiten-Nut (35b) über einen eingeengten Kanal (35c) mit der Druckseiten-Nut (35a) in Verbindung steht.
13. Hydraulisches System gemäß Anspruch 11, wobei die Druckmittelnut (35) auf den beiden Seiten des Rotors (19) ausgebildet ist, wobei die Druckmittelnuten (35) auf den beiden Seiten über die Schlitze (47) miteinander in Verbindung stehen.
14. Hydraulisches System gemäß Anspruch 13, wobei jede der auf den beiden Seiten des Rotors (19) ausgebildeten Druckmittelnuten (35) in eine Saugseiten-Nut (35b) und eine Druckseiten-Nut (35a) geteilt ist, wobei die Saugseiten-Nut (35b) über einen eingeengten Kanal (35c), der nur auf einer Seite des Rotors (19) ausgebildet ist, mit der Druckseiten- Nut (35a) in Verbindung steht.
15. Hydraulisches System gemäß Anspruch 11, wobei die Vorrichtung ein Hilfskraftlenkungssystem ist.
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