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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine mechanisch angetriebene Rollenzellenpumpe,
die für den
Betrieb eines automatischen Getriebes für Kraftfahrzeuge, insbesondere
eines stufenlosen Getriebes (continuously variable transmission – CVT) verwendet
wird. Die Rollenzellenpumpe umfasst ein Pumpengehäuse, einen
Träger,
der einen im Wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt hat und sich im Inneren des Pumpengehäuses befindet,
wobei der Träger
durch eine Antriebswelle drehbar ist, einen ringförmigen Kurvenring,
der eine nicht kreisförmige Innenfläche hat
und den Träger
in radialer Richtung umgibt, und im Wesentlichen zylindrische Rollenelemente,
die in Schlitzen am Rand des Trägers
verschiebbar vorhanden sind. Die Rollenzellenpumpe umfasst des Weiteren
wenigstens einen Speiseloch und wenigstens ein Ableitloch, wobei
die Löcher
im Pumpengehäuse
angeordnet sind und eine im Wesentlichen längliche Form haben, wobei sich
die Längsachsen
der Löcher
in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung erstrecken. Die Löcher sind durch
einen schmalen Steg in ein inneres Loch und ein äußeres Loch unterteilt. Der
Steg lagert die Rollenelemente in axialer Richtung.
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Bei
Drehung des Trägers
wirken die Rollenelemente mit einer Innenfläche des Kurvenrings entlang
von Kontaktlinien dazwischen unter dem Einfluss eines Drucks und/oder
einer Zentrifugalkraft zusammen. Die Räume zwischen dem Pumpengehäuse, dem
Träger,
dem Kurvenring und den Rollenelementen bilden Pumpenkammern, die
mit hydraulischen Kanälen
im Pumpengehäuse
durch die Speiselöcher
und die Ableitlöcher
in Verbindung kommen können,
um einen Strom von Fluid zu oder von den Pumpenkammern zuzulassen.
Die Pumpenkammern sind in Kurvenkammern und Trägerkammern unterteilt, wobei
die Kurvenkammern von tangentialen Mittelebenen der Rollenelemente
radial nach außen
und die Trägerkammern
von tangentialen Mittelebenen der Rollenelemente radial nach innen
reichen, wobei die tangentiale Mittelebene eines Rollenelementes eine
Ebene ist, die sich durch die Mittellinie des zylindrischen Rollenelementes
in axialer sowie tangentialer Richtung erstreckt, mit anderen Worten,
eine Ebene, die sich im Wesentlichen parallel zum Rand des Trägers erstreckt.
Jedes Rollenelement ist mit einer vorderen Kurvenkammer und einer
hinteren Kurvenkammer verbunden, wobei die vordere Kurvenkammer
von einer radialen Mittelebene des Rollenelementes in Drehrichtung
und die hintere Kurvenkammer von der radialen Mittelebene des Rollenelementes
in Gegen-Drehrichtung
reichen, wobei die radiale Mittelebene eines Rollenelementes eine
Ebene ist, die sich in axialer Richtung durch die Mittellinie des zylindrischen
Rollenelementes sowie durch die Kontaktlinie zwischen dem Rollenelement
und dem Kurvenring erstreckt. Damit wirkt eine Kurvenkammer, die
sich zwischen zwei Rollenelementen erstreckt, gleichzeitig als vordere
Kurvenkammer für
das Rollenelement in Gegen-Drehrichtung und als hintere Kurvenkammer
für das
Rollenelement in Drehrichtung. Da jedes Rollenelement auf der einen
Seite mit einer Trägerkammer
und auf der anderen Seite mit einer vorderen Kurvenkammer und einer
hinteren Kurvenkammer verbunden ist, entspricht jede Trägerkammer
einer vorderen Kurvenkammer und einer hinteren Kurvenkammer.
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Der
Krümmungsradius
der Innenfläche
des Kurvenrings ändert
sich entlang des Umfangs des Kurvenrings. Infolgedessen variiert
das Volumen von jeder Pumpenkammer während der Drehung des Trägers in
Verbindung mit der tangentialen Position der Pumpenkammer. Wenn
das Volumen einer Pumpenkammer zunimmt, nimmt der Druck in der Kammer,
d. h. der Speisedruck, ab, wobei Fluid von einem Speicherbehälter durch
hydraulische Speisekanäle und
die Speiselöcher
in die Pumpenkammer gezogen wird. Folglich ist die tangentiale Position
der Speiselöcher
relativ zu dem Kurvenring so, dass die Pumpenkammern mit den Speiselöchern in
Kontakt kommen, wenn das Volumen der Pumpenkammer zunimmt. Wenn
das Volumen einer Pumpenkammer abnimmt, wird Fluid aus der Pumpenkammer
durch die Ableitlöcher
und hydraulische Ableitkanäle
an einen Verbraucher des unter Druck stehenden Fluids abgeleitet,
wodurch ein höherer
Druck, d. h. ein Ableitdruck bewirkt werden kann. Folglich ist die
tangentiale Position der Ableitlöcher
relativ zu dem Kurvenring so, dass die Pumpenkammern mit den Ableitlöchern in
Kontakt kommen, wenn das Volumen der Pumpenkammer abnimmt.
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Eine
Rollenzellenpumpe, wie sie oben beschrieben und im Oberbegriff von
Anspruch 1 besonders angeführt
ist, ist aus GB A-2 118 247 oder EP-A- 0 921 314 bekannt und zum
Pumpen von Fluid für
ein Automatikgetriebe in hydraulisch gesteuerten und/oder betriebenen
Automatikgetrieben für
Kraftfahrzeuge, insbesondere für
stufenlose Getriebe geeignet. Bei einem stufenlosen Getriebe (CVT)
wie einem stufenlosen Keilriemen-Getriebe kann ein großer Strom
von Fluid für
die Steuerung des Übersetzungsverhältnisses
erforderlich sein. Da die Pumpe durch eine Welle angetrieben wird,
die antreibbar mit der Motorwelle verbunden ist, ist die Pumpe so
ausgeführt,
dass sie eine gewünschte
Pumpenleistung, d. h. eine gewünschte
Strömungsrate
und einen gewünschten
Druck selbst beim niedrigster Drehzahl des Motors bereitstellen
kann. Andererseits kann die Pumpe auch mit der extrem hohen Pumpenleistung zuverlässig umgehen,
die bei der höchsten
Drehzahl des Fahrzeugmotors bereitgestellt wird.
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Obwohl
die bekannte Rollenzellenpumpe an sich zufrieden stellend funktioniert,
besitzt sie den Nachteil dahingehend, dass im Inneren der bekannten
Rollenzellenpumpe leicht ein Hohlsog auftritt, was sowohl auf die
Abnutzung von Pumpenteilen als auch auf durch die Pumpe erzeugte
Geräusche
hinausläuft.
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Bei
hohen Drehzahlen des Fahrzeugmotors wird eine hohen Pumpenleistung
bereitgestellt, d. h. es wird ein großer Strom von Fluid abgeleitet.
Um einen so großen
Ableitstrom zu ermöglichen,
muss ein gleich großer
Speisestrom in die Pumpe gezogen werden. Da der Strom des Fluids
durch ein Speiseloch in eine Pumpenkammer vom Grad eines Unterdrucks,
der in der Pumpenkammer bewirkt wird, und vom Oberflächenbereich
des jeweiligen Lochs abhängig
ist, wobei der Oberflächenbereich
der Löcher in
einer Pumpe eine Konstante ist, wird der Unterdruck, der zum Hineinziehen
eines so großen
Speisestroms erforderlich ist, ebenfalls groß sein, so dass ein Hohlsog
leicht auftritt.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, die durch die Pumpe erzeugten Geräusche und
die Abnutzung von Pumpenteilen zu verringern. Dieses Ziel wird entsprechend
der Kenntnis, die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegt, durch
Vergrößern des
Oberflächenbereiches
der Löcher
erreicht, durch die das Fluid zu und von den Pumpenkammern strömen kann. Insbesondere
wird dieses Ziel durch Bereitstellung einer modifizierten Form des
Steges erreicht, wobei sich die Innenfläche und die Außen fläche des
Steges parallel zur Kurvenringfläche über einen
wesentlichen Teil der tangentialen Abmessung des Steges erstrecken.
Bei der gleichen Pumpenleistung bedeutet ein größerer Oberflächenbereich
der Löcher
einen weniger extremen Unterdruck, d. h., einen höheren Speisedruck
in einer Pumpenkammer, wenn er mit den Speisekanälen in Verbindung steht, wobei
dies eine Verringerung der durch die Pumpe erzeugten Geräusche und
eine Verringerung der Abnutzung von Pumpenteilen zur Folge hat.
Der Oberflächenbereich
der Löcher
in der bekannten Rollenzellenpumpe ist kleiner als der Oberflächenbereich
in der Pumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung, da bei der bekannten Pumpe die Stegoberflächen die
Form eines Kreissegments haben und sich im Wesentlichen parallel
zum kreisförmigen
Umfang des Trägers
erstrecken. Mit dieser bekannten Form des Steges ist die Verteilung
der Ströme
von Fluid zwischen dem inneren Loch und dem äußeren Loch nicht ausgeglichen und
für die
meisten tangentialen Positionen des Trägers nicht optimal.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Pumpe
befindet sich der Oberflächenbereich
der Löcher
auf einem Maximum, da die Stege so angeordnet sind, dass der radiale Abstand
zwischen den Mittellinien der Stege und der Kurvenringfläche im Wesentlichen
gleich dem Radius der Rollenelemente ist. Diese Gestaltung bietet
außerdem
eine optimale axiale Lagerung der Rollenelemente, indem die Rollenelemente
mittig und über
einen maximal möglichen
Oberflächenbereich
der Rollenelemente für
eine vorgegebene radiale Breite der Stege gelagert werden.
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Ein
weiterer Nachteil der bekannten Rollenzellenpumpe ist der, dass
die Rollenelemente dafür bekannt
sind, intermittierend den Kontakt mit der Oberfläche des Kurvenrings zu verlieren,
wobei dies besonders in dem Fall unerwünscht ist, dass sich der Fluiddruck
in einer mit einem Rollenelement verbundenen Pumpenkammer vom Speisedruck
zum Ableitdruck und umgekehrt ändert.
Dieser unerwünschte
Kontaktverlust läuft
auf eine Abnutzung von Pumpenteilen, durch die Pumpe erzeugte Geräusche und eine
Abnahme der Pumpenwirksamkeit hinaus.
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Das
Rollenelement verliert den Kontakt mit der Oberfläche des
Kurvenrings, wenn eine Kraft, die durch eine Druckdifferenz zwischen
der Trägerkammer
und den ent sprechenden Kurvenkammern erzeugt wird, radial nach innen
gerichtet ist und einen höheren
Wert hat als die Zentrifugalkraft, die radial nach außen gerichtet
ist Das Rollenelement bewegt sich dann in eine Richtung radial nach
innen unter dem Einfluss einer sich ergebenden Kraft, die radial nach
innen gerichtet ist, und verliert den Kontakt mit der Kurvenringfläche. Eine
derartige unerwünschte Bewegung
findet statt, wenn der Fluiddruck in der Trägerkammer niedriger ist als
der mittlere Fluiddruck der entsprechenden Kurvenkammern.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, die durch die Pumpe erzeugten Geräusche zu
verringern, die Abnutzung von Pumpenteilen zu verringern und eine höhere Pumpenwirksamkeit
zu erreichen. Dieses Ziel wird entsprechend der Kenntnis, die der
vorliegenden Erfindung zu Grunde liegt, durch Vornehmen von konstruktionstechnischen
Messungen erreicht, um zu gewährleisten,
dass der Fluiddruck in der Trägerkammer
immer höher
als der oder wenigstens gleich dem mittleren Fluiddruck der entsprechenden Kurvenkammern
ist. Insbesondere wird dieses Ziel durch die Bereitstellung einer
modifizierten Anordnung der Löcher
erreicht, wobei das Speiseloch so geformt ist, dass die vordere
Kurvenkammer mit dem äußeren Speiseloch
in Verbindung kommt, bevor die entsprechende Trägerkammer mit dem inneren Speiseloch
in Verbindung kommt, und wobei das Ableitloch so geformt ist, dass
die Trägerkammer
mit dem inneren Ableitloch in Verbindung kommt, bevor die entsprechende
vordere Kurvenkammer mit dem äußeren Ableitloch
in Verbindung kommt. Zusatzlich kann das Speiseloch so geformt sein,
dass die Verbindung zwischen der Trägerkammer und dem inneren Speiseloch
unterbrochen ist, bevor die Verbindung zwischen der vorderen Kurvenkammer
und dem äußeren Speiseloch
unterbrochen ist. Darüber hinaus
kann das Ableitloch so geformt sein, dass die Verbindung zwischen
der vorderen Kurvenkammer und dem äußeren Ableitloch unterbrochen
ist, bevor die Verbindung zwischen der Trägerkammer und dem inneren Ableitloch
unterbrochen ist. Im Gegensatz zu diesen Lochformen sind die Lochformen
bei der bekannten Rollenzellenpumpe so, dass die Trägerkammer
mit dem inneren Speiseloch in Verbindung kommt, bevor die entsprechende
vordere Kurvenkammer mit dem äußeren Speiseloch
in Verbindung kommt, und die vordere Kurvenkammer mit dem äußeren Ableitloch
in Verbindung kommt, bevor die entsprechende Trägerkammer mit dem inneren Ableitloch
in Verbindung kommt. Außerdem
ist das Speiseloch so geformt, dass die Verbindung zwischen der
Trägerkammer
und dem inneren Speiseloch und die Verbindung zwischen der entsprechenden
hinteren Kurvenkammer und dem äußeren Speiseloch
zum annähernd
gleichen Moment unterbrochen werden. Bei der Rollenzellenpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Druck in der Trägerkammer nicht niedriger werden
als der mittlere Druck der entsprechenden Kurvenkammern, so dass
die sich ergebende Kraft auf die Rollenelemente als Folge dieser
Drücke
nicht in eine Richtung radial nach innen ausgerichtet sein wird.
Die Rollenelemente werden damit ihr Zusammenwirken mit der Kurvenringfläche aufrechterhalten,
wobei dies eine Verringerung der durch die Pumpe erzeugten Geräusche, eine
Verringerung der Abnutzung von Pumpenteilen und eine Zunahme der
Pumpenwirksamkeit zur Folge hat.
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Ein
weiterer Nachteil der bekannten Rollenzellenpumpe ist der, dass
eine Kammer ziemlich plötzlich
mit einem Loch in Verbindung kommt, da sich die radiale Abmessung
der Löcher
fast unmittelbar auf einem Maximum befindet. Folglich ändert sich der
Fluiddruck in der Pumpenkammer abrupt, wobei dies sowohl eine Abnutzung
von Pumpenteilen als auch einen hohen Pegel der durch die Pumpe
erzeugten Geräusche
zur Folge hat.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, die durch die Pumpe erzeugten Geräusche sowie
die Abnutzung von Pumpenteilen zu verringern. Dieses Ziel wird durch
Bereitstellung eines Lochs mit einem Endteil erreicht, das sich
in Gegen-Drehrichtung erstreckt, so dass an der Position von dem
Endteil eine Pumpenkammer mit dem Loch durch eine Öffnung dazwischen
in Verbindung kommt, wobei die Öffnung
eine konstante radiale Breite hat, die erheblich kleiner ist als
die des breitesten Teils der Öffnung.
Demzufolge kann der Druck in einer Pumpenkammer in einer definierten
und allmählichen
bzw. abgestuften Weise auf das Niveau gebracht werden, das in dem
hydraulischen Kanal vorherrschend ist, der mit dem jeweiligen Loch
verbunden ist, z. B. im Wesentlichen ohne dynamische Wirkungen,
die durch Druckschwankungen oder Vibrationen verursacht werden,
im Wesentlichen bevor der Fluidstrom zu oder von der Pumpenkammer
beginnt.
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Es
wird angemerkt, dass ein Loch mit einem Endteil, das sich in Gegen-Drehrichtung
erstreckt, von dem wenigstens ein Teil eine erheblich geringere Abmessung
hat als der Hauptteil des Lochs, jedoch mit einer radialen Abmessung,
die in Gegen-Drehrichtung abnimmt, auf dem technischen Gebiet der Ausführung von
Rotationspumpen zum Beispiel aus den Druckschriften FR-A-2 095 994
oder EP-A-0 200 294 bekannt ist. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass
eine derartige bekannte Endteil-Form
für die
gegenwärtige
Art der Pumpe nicht optimal ist, die in einem weiten Bereich von
Drehzahlen des Trägers
betrieben werden kann. Die Analyse der Druckänderungen, die in der Pumpe
als eine Funktion der Drehzahl auftreten, offenbarten, dass sie,
obwohl bei der bekannten Form des Endteils die Druckänderungen
bei einer bestimmten Drehzahl am abgestuftesten sein können, bei
anderen Drehzahlen noch relativ abrupt sind. Durch die Verwendung
der erfindungsgemäßen Form
des Endteils wird es vorteilhafterweise erreicht, dass die Druckänderungen
für die
meisten Drehzahlen des Trägers
ausreichend abgestuft sind.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Pumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Endteil ein Schlitz, der durch Zusammenwirken
zwischen dem Kurvenring und dem äußeren Speiseloch gebildet
wird, wobei der Endteil des äußeren Speiselochs
so geformt ist, dass er den Kurvenring in axialer Richtung überlappt.
Diese Konfiguration kann einfach hergestellt werden und ist daher
relativ preiswert. Es wird angemerkt, dass die Konfiguration des Kurvenrings
und des äußeren Speiselochs
alternativ auch übernommen
werden kann, um preiswert einen schlitzförmigen Endteil mit einer radialen
Breite zu bilden, die in Gegen-Drehrichtung abnimmt.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung
ist der Endteil eine Nut, die durch eine Aussparung im Pumpengehäuse gebildet
wird, die an den Träger
angrenzt. Die Trägerkammer
kommt mit dem Ableitloch an der Position der Nut in Verbindung, bevor
sie mit einem Teil des Ableitlochs mit einer erheblich größeren radialen
Abmessung in Verbindung kommt. Mit diesem Aufbau wird ein weniger
abrupter Druckanstieg in der Trägerkammer
erreicht als bei dem bekannten Aufbau, in dem die Trägerkammer
direkt mit einem Ableitloch mit einer relativ großen radialen
Abmessung in Verbindung kommt. Mit Bezug auf den bekannten Aufbau,
der einen Endteil mit einer radialen Breite enthält, die in der Drehrichtung des
Trägers
zunimmt, ist das Leistungsverhalten der Pumpe verbessert, da für einen
wesentlichen Teil des Drehzahlbereichs des Trägers allmähliche bzw. abgestufte Druckänderungen
in der Pumpenkammer erreicht werden.
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Es
wurde festgestellt, dass eine Nut mit einem rechteckigen Querschnitt
für eine
CVT-ähnliche Anwendung
der Rollenzellenpumpe besonders geeignet ist, wobei die Pumpe in
der Lage sein muss, mit hohen Drücken
und einer weitgehend variablen Drehzahl des Trägers umzugehen. Eine derartige Nut
hat vorzugsweise eine Tiefe in axialer Richtung, die in der Drehrichtung
des Trägers
zunimmt.
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Auf
Grund der allmählichen
Druckänderungen,
die mit dem erfindungsgemäßen Maß erreicht werden,
werden die durch die Pumpe erzeugten Geräusche sowie die Abnutzung von
Pumpenteilen verringert.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Pumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Pumpe mit einem Spalt zwischen den Rollenelementen
und dem Träger
in tangentialer Richtung versehen. Der Spalt bildet einen Kanal,
durch den entsprechende Kurven- und Trägerkammern in Verbindung stehen.
Diese kleinen Kanäle
tragen zu einer Glättung
der Druckdifferenzen zwischen der Trägerkammer und der Kurvenkammer
bei. Wenn es in Kombination mit einem Loch mit einem Endteil gemäß der vorliegenden
Erfindung übernommen
wird, muss nur eins, das innere oder das äußere Loch mit einem solchen
Endteil bereitgestellt werden. Der Druck in einem Teil der Pumpenkammer,
der nicht mit dem nur inneren oder äußeren Loch verbunden ist, wird
durch die Verbindung durch den Spalt allmählich geändert. Es kann damit vorteilhafterweise
erreicht werden, dass der Fluiddruck in der Kammer, die anfänglich nicht
mit einem Loch in Verbindung steht, noch in einem gewissen Grad
entsprechend der Kammer geändert
wird, die mit einem Loch in Verbindung steht, wobei dies einen geringeren
Fluiddruck-Anstieg oder -Abfall in der zuerst erwähnten Kammer
zur Folge hat, wenn sie mit dem Loch in Verbindung kommt. Bei einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Breite des Spalts in tangentialer Richtung so
bemessen, dass die Rate, mit der sich der Fluiddruck in der Kurvenkammer
während
des Betriebs ändert,
im Wesentlichen der in der Trägerkammer entspricht.
Erfindungsgemäß kann die
Breite des Spalts in tangentialer Richtung auch so bemessen sein,
dass sie einer minimalen Breite in tangentialer Richtung entspricht,
die erforderlich ist, um zuzulassen, dass die Druckdifferenz annähernd Null
wird. Es wird angemerkt, dass das Übernehmen einer minimalen Breite
des Spalts zum Erreichen der oben erwähnten Anforderungen äußerst vorteilhaft
ist, weil dann das Ausmaß der
tangentialen Bewegung und die tangentiale Geschwindigkeit der Rollenelemente eingeschränkt sind,
wobei dadurch die Pumpengeräusche
und die Abnutzung eingeschränkt
sind. Es wurde festgestellt, dass eine Breite in tangentialer Richtung
mit einem Wert im Bereich von 0,04 mm bis 0,18 mm besonders geeignet
ist. In einer gegenwärtig
begünstigten
Ausführung
der Rollenzellenpumpe entspricht ein solcher Bereich etwa 0,5 bis
2,5 Prozent eines Durchmessers des Rollenelementes.
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Die
Erfindung wird nun ausführlicher
mit Bezug auf die nicht einschränkenden
Beispiele des in den Abbildungen gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert, in
denen ähnliche
Teile mit gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet sind und in denen
zeigen:
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1 einen
axialen Querschnitt der inneren Pumpenteile einer bekannten Rollenzellenpumpe;
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2 einen
radialen Querschnitt II-II der Pumpe gemäß 1;
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3 einen
axialen Querschnitt der inneren Pumpenteile eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Rollenzellenpumpe;
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4 ein
Detail A der Pumpe gemäß 3;
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5 ein
Detail B der Pumpe gemäß 3;
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6 ein
Detail C der Pumpe gemäß 3;
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7 ein
Detail D der Pumpe gemäß 3.
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1 und 2 zeigen
eine bekannte Rollenzellenpumpe 1, die mit einem Pumpengehäuse 2 versehen
ist, wobei das Pumpengehäuse 2 einen
im Wesentlichen zylind risch geformten Träger 3 aufnimmt, der
durch eine Pumpenwelle 4 drehbar ist. Die Drehrichtung
wird durch einen Pfeil R angezeigt. Des Weiteren ist die bekannte
Pumpe 1 mit einem ringförmigen
Kurvenring 5 versehen, der eine nicht kreisförmige Innenfläche hat
und den Träger 3 radial umgibt,
wobei der Kurvenring 5 eine innere Kurvenfläche 5a hat.
An seinem radialen Rand ist der Träger 3 mit Schlitzen 6 versehen,
die sich von ihrer radial äußeren Fläche 3a radial
nach innen erstrecken. Jeder Schlitz 6 nimmt ein zylindrisches
Rollenelement 7 auf, wobei das Rollenelement 7 in
den Schlitzen 6 radial bewegbar ist.
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Während des
Betriebs der Pumpe 1 nehmen die Volumen der Räume zwischen
dem Pumpengehäuse 2,
dem Träger 3,
dem Kurvenring 5 und den Rollenelementen 7 abwechselnd
zu und ab, wobei daher die Räume
als Pumpenkammern 8 wirken. Die Pumpenkammern 8 umfassen
Trägerkammern 8a und
Kurvenkammern 8b, wobei die Trägerkammern 8a von
tangentialen Mittelebenen der Rollenelemente 7 radial nach
innen reichen und die Kurvenkammern 8b von den tangentialen
Mittelebenen radial nach außen
reichen, wobei die tangentiale Mittelebene eines Rollenelementes 7 eine
Ebene ist, die sich im Wesentlichen parallel zum Rand des Trägers 3 und
durch die Mittellinie des Rollenelementes 7 erstreckt.
Jedes Rollenelement 7 ist mit einer vorderen Kurvenkammer 8b und
einer hinteren Kurvenkammer 8b verbunden, wobei die vordere
Kurvenkammer 8b von einer radialen Mittelebene des Rollenelementes 7 in
Drehrichtung und die hintere Kurvenkammer 8b von der radialen
Mittelebene in Gegen-Drehrichtung reichen, wobei die radiale Mittelebene
eines Rollenelementes 7 eine Ebene ist, die sich in axialer Richtung
durch die Mittellinie des Rollenelementes 7 und durch die
Kontaktlinie zwischen dem Rollenelement 7 und dem Kurvenring 5 erstreckt.
Da jedes Rollenelement 7 mit einer Trägerkammer 8a sowie einer
vorderen Kurvenkammer 8b und einer hinteren Kurvenkammer 8b verbunden
ist, entspricht jede Trägerkammer 8a einer
vorderen Kurvenkammer 8b und einer hinteren Kurvenkammer 8b.
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Entlang
ihren Umfangs ist die Kurvenfläche 5a mit
Speiseteilen, die einen zunehmenden Radius in der Drehrichtung R
des Trägers 3 haben,
so dass das Volumen einer Pumpenkammer 8, das an dem Speiseteil
vorbeiführt,
zunimmt, Ableitteilen, die einen abnehmenden Radius in der Drehrichtung
R haben, so dass das Volumen einer Pumpenkammer 8, das
an dem Ableitteil vorbeiführt,
abnimmt, und Zwischenteilen versehen, die an den Speiseteil und
den Ableitteil angrenzen und die einen im Wesentlichen konstanten
Radius haben, so dass das Volumen einer Pumpenkammer 8,
das an einem Zwischenteil vorbeiführt, im Wesentlichen konstant
ist. Die Zwischenteile sind vorgesehen, um eine direkte Verbindung
zwischen einem Speisekanal 11 zum Einspeisen von Fluid
in die Pumpenkammern 8 und einem Ableitkanal (nicht dargestellt)
zum Ableiten von Fluid aus den Pumpenkammern 8 zu verhindern,
sowie einen glatten Übergang
zwischen dem Unterdruck und dem Überdruck
von Fluid zu ermöglichen,
das in der Pumpenkammer 8 vorhanden ist.
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Das
Pumpengehäuse 2 ist
mit Speiselöchern 9 und
Ableitlöchern 10 versehen,
um einen im Wesentlichen axialen Strom von Fluid in den Pumpenkammern 8 und
einem hydraulischen Kanal in dem Pumpengehäuse 2 zu ermöglichen.
Die Speiselöcher 9 sowie
die Ableitlöcher 10 haben
eine längliche Form,
wobei sich die Längsachsen
der Löcher
in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung erstrecken. Des Weiteren überlappen
die Löcher 9, 10 die Pumpenkammern 8 teilweise
in axialer Richtung. Die tangentiale Position der Löcher 9, 10 ist
mit der Form der Kurvenfläche 5a,
insbesondere mit dem Zwischenraum zwischen dem Träger 3 und
dem Kurvenring 5 verbunden, da der Zwischenraum infolge
der kreisförmigen
Form des radialen Randes des Trägers 3 und
des sich ändernden
Radius der Kurvenfläche 5a variabel
ist. Damit die Pumpe 1 richtig funktioniert, befinden sich
die Speiselöcher 9 in
dem Bereich, in dem der Zwischenraum zunimmt, wogegen sich die Ableitlöcher 10 in
dem Bereich befinden, in dem der Zwischenraum abnimmt. Jedes Speiseloch 9 ist
in ein inneres Speiseloch 9a und ein äußeres Speiseloch 9b durch
einen schmalen Steg 12 unterteilt. Die radiale Position
der inneren Speiselöcher 9a entspricht
der radialen Position der Trägerkammern 8a, wogegen
die radiale Position der äußeren Speiselöcher 9b der
radialen Position der Kurvenkammern 8b entspricht. Ähnlich dazu
ist jedes Ableitloch 10 ebenfalls in ein inneres Ableitloch 10a und
ein äußeres Ableitloch 10b durch
einen schmalen Steg 12 unterteilt, wobei die radiale Position
der inneren Ableitlöcher 10a der
radialen Position der Trägerkammern 8a und
die radiale Position der äußeren Ableitlöcher 10b der
radialen Position der Kurvenkammern 8b entspricht. Der
schmale Steg 12 dient als eine axiale Lagerung für die Rollenelemente 7.
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Während des
Betriebs der bekannten Rollenzellenpumpe 1 wird der Träger 3 durch
die Pumpenwelle 4 gedreht, wobei die Rollenelemente 7 mit der
Kurvenfläche 5a unter
dem Einfluss einer Zentrifugalkraft zusammenwirken, wobei das Volumen
von jeder Pumpenkammer 8 abwechselnd zu- und abnimmt. Wenn
das Volumen einer Pumpenkammer 8 zunimmt, wird ein Unterdruck
bewirkt, wobei ein Fluid von einem Fluid-Speicherbehälter (nicht
dargestellt) durch den Speisekanal 11 und ein Speiseloch 9 zur Pumpenkammer 8 strömen wird,
wogegen Fluid durch ein Ableitloch 10 und einen Ableitkanal
(nicht dargestellt) zu einem Verbraucher des unter Druck stehenden
Fluids (nicht dargestellt) unter dem Einfluss eines Überdrucks
abgeleitet wird, wenn das Volumen der Pumpenkammer 8 abnimmt.
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Die
bekannte Rollenzellenpumpe 1, wie sie in 1 und 2 dargestellt
ist, umfasst zwei Speiselöcher 9 und
zwei Ableitlöcher 10,
die in dem Pumpengehäuse 2 abwechselnd
bereitgestellt werden, wobei man dadurch in einem Pumpengehäuse 2 wirksam
zwei Pumpen erhält.
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3 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Rollenzellenpumpe 20.
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Die
Rollenzellenpumpe 20, wie sie in 3 dargestellt
ist, umfasst einen Kurvenring 5 mit einer Kurvenfläche 5a,
die zwei Speiseteile und zwei Ableitteile umfasst, wobei sie dadurch
wirksam wie zwei Pumpen funktioniert. Die Anzahl von Speiseteilen
sowie die Anzahl von Ableitteilen müssen nicht unbedingt zwei sein,
unter der Bedingung, dass beide Anzahlen wenigstens eins sind.
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Vorteilhafterweise
werden die Rollenelemente 7 in den Schlitzen 6 mit
einer definierten tangentialen Toleranz zwischen den Rollenelementen 7 und dem
Träger 3 bereitgestellt,
um zu ermöglichen,
dass Fluid-Druckdifferenzen zwischen den Trägerkammern 8a und
den Kurvenkammern 8b schnell minimiert werden.
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Bei
der Rollenzellenpumpe 20 erstreckt sich das äußere Speiseloch 9b über das
innere Speiseloch 9a in Gegen-Drehrichtung hinaus, wogegen
sich das innere Ableitloch 10a über das äußere Ableitloch 10b in
Gegen-Drehrichtung hinaus erstreckt.
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Hierdurch
kommt die vordere Kurvenkammer 8b mit dem äußeren Speiseloch 9b in
Verbindung, bevor die entsprechende Trägerkammer 8a mit dem
inneren Speiseloch 9a in Verbindung kommt, wobei die Trägerkammer 8a mit
dem inneren Ableitloch 10a in Verbindung kommt, bevor die
entsprechende vordere Kurvenkammer 8b mit dem äußeren Ableitloch 10b während des
Betriebs der Pumpe 20 in Verbindung kommt.
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Zusatzlich
zeigt 3 die Option des äußeren Speiselochs 9b,
das sich über
das innere Speiseloch 9a in Drehrichtung hinaus erstreckt,
wobei dadurch während
des Betriebs der Pumpe die Verbindung zwischen der Trägerkammer 8a und
dem inneren Speiseloch 9a unterbrochen wird, bevor die
Verbindung zwischen der vorderen Kurvenkammer 8b und dem äußeren Speiseloch 9b unterbrochen
wird. Diese optionale Form des Speiselochs 9 trägt dazu bei,
nicht zuzulassen, dass der Fluiddruck in der Trägerkammer 8a geringer
wird als der sich ergebende Fluiddruck der entsprechenden Kurvenkammer 8b.
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4 zeigt
ein Detail der Rollenzellenpumpe 20, das durch ein Bezugszeichen
A in 3 angezeigt wird. In diesem Beispiel wird der
Steg 12 zwischen dem inneren Speiseloch 9a und
dem äußeren Speiseloch 9b gezeigt.
Nichtsdestoweniger ist die folgende Beschreibung auch in einem Kontext
des inneren Ableitlochs 10a und des äußeren Ableitlochs 10b gültig. Der
Steg 12 ist in radialer Richtung durch eine Innenfläche 12a und
eine Außenfläche 12b begrenzt.
Die Flächen 12a, 12b erstrecken
sich parallel zur inneren Kurvenfläche 5a. Es ist notwendig,
dass beide Flächen 12a, 12b so
geformt sind, dass erfindungsgemäß wenigstens
ein wesentlicher Teil von einer der Flächen 12a, 12b eine
Form haben muss, die zu der Form der Kurvenringfläche 5a gleich
ist. Des Weiteren zeigt 4 die Option einer radial am
weitesten außen
liegenden Grenzfläche
des äußeren Speiselochs 9b,
die sich im Wesentlichen parallel zur inneren Kurvenfläche 5a erstreckt.
Vorteilhafterweise ist der Steg 12 so angeordnet, dass
er die Rollenelemente 7 in axialer Richtung mittig lagert,
wenn die Rollenelemente 7 mit der Kurvenfläche 5a zusammenwirken.
Mit dieser Anordnung erhält
man einen maximalen Oberflächenbereich
der Speiselöcher 9, durch
die Fluid zu den Pumpenkammern 8 strömen kann. Wenn jedoch das äußere Speiseloch 9b mit
einem Anschluss versehen ist, der einen Strom in radialer Richtung
zulässt,
dann kann der Steg 12 vorteilhafterweise im Verhältnis zur
mittigen Position, wie sie oben beschrieben ist, radial nach außen angeordnet
sein. Mit einer solchen Anordnung des Steges 12 können die
Fluidströme
zu den Trägerkammern 8a und
in die Kurvenkammern 8b im Wesentlichen gleich sein, wodurch
die Entwicklung einer möglicherweise
ungünstigen,
sich ergebenden Kraft, die bewirkt, dass die Rollenelemente 7 ihr
Zusammenwirken mit der Kurvenfläche 5a verlieren,
verhindert werden kann.
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Vorzugsweise
ist eine radial am weitesten innen liegende Grenzfläche des
inneren Speiselochs 9a wie ein Kreissegment geformt. Die
radiale Position der radial am weitesten innen liegenden Grenzfläche kann
dann zu der radialen Position der radial am weitesten innen liegenden
Teile der Schlitze 6 am Rand des Trägers 3 im Wesentlichen
gleich sein.
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5 zeigt
ein Detail der Rollenzellenpumpe 20, das durch das Bezugszeichen
B in 3 angezeigt wird. In diesem Detail wird eine Nut 13 gezeigt, die
sich von einem Endteil 10c vom inneren Ableitloch 10a in
Gegen-Drehrichtung erstreckt. Die radiale Position der Nut 13 ist
so, dass sie mit den Trägerkammern 8a in
Verbindung kommen kann. Vorzugsweise hat die Nut 13 einen
rechteckigen Querschnitt, wobei die Breite der Nut 13 in
radialer Richtung eine Konstante ist, wogegen die axiale Tiefe der
Nut 13 in der Richtung des inneren Ableitlochs 10a allmählich zunimmt.
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6 zeigt
ein Detail der Rollenzellenpumpe 20, das durch ein Bezugszeichen
C in 3 angezeigt wird. Dieses Detail offenbart einen
Endteil 9c des äußeren Speiselochs 9b.
Der Endteil 9c überlappt
lediglich einen Teil des Kurvenrings 5 in axialer Richtung
und erstreckt sich in Gegen-Drehrichtung, so dass dazwischen ein
Schlitz 14 ausgebildet ist. Dadurch kommen die Kurvenkammern 8b mit
dem äußeren Speiseloch 9b durch
den Schlitz 14 während
des Betriebs der Pumpe 20 in Verbindung. Der erfindungsgemäße Aufbau
stellt einen vorteilhaft einfachen und kosteneffektiven Aufbau zum
Realisieren des Endteils 9c des jeweiligen Lochs 9b dar.
Die Breite des Schlitzes 14 in radialer Richtung kann konstant
eingestellt werden oder kann einen allmählichen Anstieg in der Drehrichtung
zeigen, wobei dadurch eine konstante Breite den Vorzug hat, wie
oben erwähnt
ist.
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7 zeigt
ein Detail einer Rollenzellenpumpe 20, das durch ein Bezugszeichen
D in 3 angezeigt wird. Dieses Detail offenbart einen
Spalt 15 zwischen dem Rollenelement 7 und dem
Träger 3 in tangentialer
Richtung. Der Spalt 15 bildet einen Kanal, durch den die
entsprechenden Kurvenkammern 8b und die Trägerkammer 8a in
Verbindung stehen. Wenn es in Verbindung mit der Nut 13 oder
den Schlitz 14 gemäß der vorliegenden
Erfindung übernommen
wird, muss nur eins, das innere oder das äußere Loch 9a, 10a oder 9b, 10b mit
einer solchen Nut 13 oder einem Schlitz 14 gemäß 3 versehen sein.
Mit Bezug wieder auf 7 erreicht der Spalt 15 vorteilhafterweise,
dass der Fluiddruck in einem Teil 8b der Pumpenkammer 8,
der anfänglich
nicht mit dem Loch 10 in Verbindung steht, noch in einem gewissen
Grad entsprechend einem Teil 8a der Pumpenkammer 8 geändert wird,
die mit dem Loch 10 in Verbindung steht, wobei dies einen
kleineren Fluiddruck-Anstieg oder -Abfall in der zuerst erwähnten Kammer 8b zur
Folge hat, wenn sie mit dem Loch 10 in Verbindung kommt.
Erfindungsgemäß ist die
tangentiale Breite des Spalts 15 vorzugsweise so definiert,
dass sie einer minimalen tangentialen Breite entspricht, die erforderlich
ist, um zuzulassen, dass die Druckdifferenz im Wesentlichen Null
wird. Auf diese Weise wird eine Bewegungsfreiheit des Rollenelementes 7 in
tangentialer Richtung vorteilhafterweise minimiert.
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Es
wird dem Fachmann klar sein, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung
nicht auf die im Vorhergehenden erörterten Beispiele beschränkt ist, sondern
dass verschiedene Verbesserungen und Modifikationen davon möglich sind,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist.