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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flügelzellenpumpe, um ein Hydraulikfluid
unter Druck an eine hydraulisch betätigte Vorrichtung wie z. B.
eine Servolenkvorrichtung in einem Kraftfahrzeug zu liefern.
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Beschreibung des Stands
der Technik
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Eine
herkömmliche
Flügelzellenpumpe
dieser Art besteht aus einem Statorgehäuse, einem Nockenring, der
an seinem Innenumfang mit einer Nockenfläche ausgebildet ist, die gegen
seine zentrale Achse radial versetzt ist, und innerhalb des Statorgehäuses montiert
ist, einem Paar Endwandstrukturen, die an die gegenüberliegenden
Enden des Nockenrings angepaßt
sind, um einen Pumpenhohlraum im Nockenring zu erzeugen, einer Antriebswelle,
die innerhalb des Statorgehäuses
drehbar montiert ist und sich durch eine der Endwandstrukturen in
das Innere des Pumpenhohlraums erstreckt, einem Rotor, der innerhalb
des Nokkenrings enthalten und auf der Antriebswelle zur gemeinsamen
Drehung montiert ist, und mehreren, in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandeten
Flügeln,
die in den Körper
des Rotors verschiebbar eingebaut sind, um sich vom Rotor radial
nach außen
zu bewegen, und mit der Nockenwelle des Nockenrings zusammenwirken,
um mehrere expandierbare Pumpenkammern zu bilden. In der Flügelzellenpumpe
ist eine der Endwandstrukturen mit einer Saugöffnung an einem Abschnitt ausgebildet,
wo die Pumpenkammern expandieren, während sich die Flügel radial
nach außen
bewegen, und ist mit einer Austrittsöffnung an einem Abschnitt ausgebildet,
wo die Pumpenkammern kontrahieren, während sich die Flügel radial
nach innen bewegen.
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Im
Betrieb ändert
sich der Druck des beim Kompressionshub komprimierten Fluids plötzlich, wenn
es in die Austrittsöffnung
abgeleitet wird. Dies bewirkt ein Pulsieren des Fluids unter Druck,
was zur Folge hat, daß Vibration
und unangenehme Geräusche
im Pumpenaufbau auftreten. Um solche Probleme zu lösen, wurde
in der offengelegten Veröffentlichung
des japanischen Gebrauchsmusters 57(1982)-30396 eine Flügelzellenpumpe
vorgeschlagen, worin eine der Endwandstrukturen 60 an ihrer Innenfläche mit
einer sich fortschreitend vertiefenden oder ausgezogenen Rille 62 (engl.
bearded groove) versehen ist, die von der Austrittsöffnung 61 in
einer zu einer Drehrichtung des Rotors entgegengesetzten Richtung
wie in 8 dargestellt
verjüngt
ist, um den Druck des in die Austrittsöffnung abgeleiteten Fluids allmählich zu
erhöhen.
Die sich fortschreitend vertiefende oder ausgezogene Rille 62 steht
jedoch an einer Schulter 63 der Endwandstruktur 60 mit
der Austrittsöffnung 61 in
Verbindung. Bei einer solchen Konfiguration der sich fortschreitend
vertiefenden oder ausgezogenen Rille nimmt der Druck in einer Pumpenkammer,
die durch benachbarte Flügel
gebildet wird, die diese Saugöffnung
passieren, in einem belasteten Zustand der Flügelzellen- bzw. Kreiselpumpe
zu einem durch ein Zeichen θ1
in 9(b) dargestellten
Zeitpunkt schnell zu, und das Fluid unter Druck in der Austrittsöffnung 61 wird
durch die sich fortschreitend vertiefende oder ausgezogene Rille 62 in
die Pumpenkammer eingeführt,
unmittelbar bevor die Pumpenkammer mit der Austrittsöffnung 61 vollständig verbunden
ist. Dies bewirkt ein in 9(b) dargestelltes Überschießen S' des Drucks im Fluid, was
eine in 9(a) dargestellte
Verringerung S'' des Fluiddrucks
in einem Moment θ2
zur Folge hat, wenn die Pumpenkammer mit der Austrittsöffnung 61 vollständig verbunden
war. Aus diesem Grund bewirkt das Vorsehen der sich fortschreitend
vertiefenden oder ausgezogenen Rille nicht die Vermeidung eines
Pulsierens des Hydraulikfluiddrucks und eliminiert nicht das Auftreten
von Vibrationen und unerwünschten
Geräuschen
im Pumpenaufbau.
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In
GB-A-2 197 030 ist eine Drehschieberpumpe (engl. rotary sliding
vane pump) mit Gleitflügeln
beschrieben.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kreiselpumpe
vom Flügeltyp bzw.
eine Flügelzellenpumpe
zu schaffen, die das Auftreten eines Pulsierens des Fluids unter
Druck beschränken
und die Vibration und das unerwünschte Geräusch, die
oben diskutiert wurden, eliminieren kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Aufgabe gelöst,
indem eine Flügelzellenpumpe
oder ein Kompressor geschaffen wird, die oder der ein Statorgehäuse enthält, einen
Nockenring, der an seinem Innenumfang mit einer Nockenfläche ausgebildet
und innerhalb des Statorgehäuses
montiert ist, ein Paar Endwandstrukturen, die an die gegenüberliegenden
Enden des Nockenrings angepaßt
sind, um einen Pumpenhohlraum im Nockenring zu bilden, eine Antriebswelle,
die innerhalb des Statorgehäuses drehbar
montiert ist und sich durch eine der Endwandstrukturen in das Innere
des Pumpenhohlraums erstreckt, einen Rotor, der innerhalb des Nockenrings enthalten
und auf der Antriebswelle zur gemeinsamen Drehung montiert ist,
und mehrere, in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Flügel, die
in den Körper
des Rotors gleitfähig
eingepaßt
sind, um sich vom Rotor radial nach außen zu bewegen, und mit der
Nockenfläche
des Nockenrings zusammenwirken, um mehrere expandierbare Pumpenkammern zu
bilden, wobei eine der Endwandstrukturen an ihrer Innenfläche mit
einer Saugöffnung
an einem Abschnitt ausgebildet ist, wo die Pumpenkammern expandieren,
während
sich die Flügel
radial nach außen
bewegen, und an ihrer Innenfläche
mit einer Austrittsöffnung
an einem Abschnitt versehen ist, wo die Pumpenkammern kontrahieren,
während
sich die Flügel
radial nach innen bewegen, und einer sich fortschreitend vertiefenden
oder ausgezogenen Rille, die von einem vorderen Ende der Austrittsöffnung in einer
zur Drehrichtung des Rotors entgegengesetzten Richtung verjüngt ist;
wobei die Flügelzellenpumpe
dadurch gekennzeichnet ist, daß die
sich fortschreitend vertiefende oder ausgezogene Rille mit einem
Einleitungsabschnitt versehen ist, dessen Oberfläche in das Innere der Austrittsöffnung geneigt
ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
BEILIEGENDEN ZEICHNUNGEN
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Andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und ihrer Modifikationen
leich ter ersichtlich werden, wenn sie zusammen mit den beiliegenden
Zeichnungen vorgenommen wird, in welchen:
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1 eine vertikale Schnittansicht
einer Flügelzellenpumpe
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine entlang einer Linie
A-A in 1 gelegte Querschnittansicht
ist;
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3 eine vergrößerte Querschnittansicht einer
sich fortschreitend vertiefenden oder ausgezogenen Rille und eines
Einleitungsabschnitts ist, die in 1 dargestellt
sind;
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4 eine vergrößerte perspektivische
Ansicht der sich fortschreitend vertiefenden oder ausgezogenen Rrille
und des Einleitungsabschnitts ist, die in 3 dargestellt sind;
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5(a) eine graphische Darstellung
ist, die den Fluiddruck in einer Austrittsöffnung der Kreiselpumpe in
Bezug zu einem Drehwinkel eines Rotors in der Kreiselpumpe dargestellt;
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5(b) eine graphische Darstellung
ist, die den Fluiddruck in einer durch benachbarte Flügel in der
Kreiselpumpe gebildeten Pumpenkammer in Bezug auf den Drehwinkel
des Rotors in der Kreiselpumpe darstellt;
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6 eine Draufsicht einer
Modifikation des in 3 und 4 Einleitungsabschnitts ist;
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7(a) eine entlang einer
Linie B-B in 6 gelegte
Querschnittansicht ist;
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7(b) eine Querschnittansicht
ist, die eine weitere Modifikation des in 3 und 4 dargestellten Einleitungsabschnitts
veranschaulicht;
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8 eine vergrößerte Schnittansicht
einer sich fortschreitend vertiefenden oder ausgezogenen Rille,
die auf einer Seitenfläche
einer Endwandstruktur in einer herkömmlichen Flügelzellenpumpe ausgebildet
ist;
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9(a) eine graphische Darstellung
ist, die den Fluiddruck in einer Austrittsöffnung die herkömmliche
Kreiselpumpe in Bezug auf einen Drehwinkel eines Rotors in der herkömmliche
Kreiselpumpe darstellt; und
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9(b) eine graphische Darstellung
ist, die einen Fluiddruck in einer durch benachbarte Flügel in der
herkömmlichen
Kreiselpumpe gebildeten Pumpenkammer darstellt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In 1 und 2 der Zeichnungen ist eine Flügelzellenpumpe
gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht, die ein Statorgehäuse 10, das darin mit
einer gestuften zylindrischen Bohrung 11 und einer axialen
Bohrung 12 ausgebildet ist, ein rechtes Endwandelement 13 in
Form eines Verschlusselements, das mit einem Öffnungsende des Statorgehäuses 10 fluiddicht
gekoppelt ist, um die zylindrische Bohrung 11 zu verschließen, und
eine innerhalb des Statorgehäuses 10 drehbar
montierte Antriebswelle 15 enthält. Das rechte Endwandelement 13 ist mit
einer Senkung 14 koaxial mit der axialen Bohrung 12 ausgebildet.
Die Antriebswelle 15 wird von einem Paar axial beabstandete
Lager 16a und 16b abgestützt, die innerhalb der axialen
Bohrung 12 und der Senkung 14 gekoppelt sind.
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Ein
Nockenring 17 ist innerhalb der zylindrischen Bohrung 11 des
Statorgehäuses 10 montiert und
an seiner einen Seite mit dem rechten Endwandelement 13 und
an seiner anderen Seite mit einem linken Endwandelement 18 versehen,
das innerhalb der zylindrischen Bohrung 11 gekoppelt ist.
Der Nockenring 17 hat eine innere Umfangswand, die ein Paar
diametral gegenüberliegende
Nockenflächen 17a definiert,
welche bezüglich
der zentralen Achse der Antriebswelle 15 symmetrisch angeordnet
sind. Ein Rotor 22 ist innerhalb des Nockenrings 17 enthalten
und auf der Antriebswelle 15 zur gemeinsamen Drehung montiert.
Mehrere, in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Flügel 21 sind
im Körper des
Rotors 22 verschiebbar eingepaßt, so daß sie sich vom Rotor 22 radial
nach außen
bewegen. Beim Betrieb der Kreiselpumpe wirken die Flügel 21 mit den
Nockenflächen 17a des
Nokkenrings 17 und der Innenflächen der Endwandelemente 13 und 18 zusammen,
um mehrere expandierbare Pumpenkammern P1 und P2 zu bilden, deren
jeweilige Verdrängungskapazität durch
Drehung des Rotors 22 variiert wird.
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Das
linke Endwandelement 18 ist an seiner Innenseite mit einem
Paar jeweils diametral gegenüberliegende
Saugöffnungen 25a und 25b an
einem Abschnitt ausgebildet, wo die Pumpenkammern expandieren, während sich
die Flügel 21 vom
Rotor radial nach außen
bewegen. Das linke Endwandelement 18 ist auch an seiner
Innenfläche
mit einem Paar jeweils diametral gegenüberliegende Austrittsöffnungen 27a und 27b an
einem Abschnitt versehen, wo die Pumpenkammern kontrahieren, während die
Flügel 21 sich
radial nach innen bewegen. Außerdem
hat das linke Endwandelement 18 eine ringförmige Gegendruckrille 32,
die an ihrer Innenseite koaxial mit dem Rotor 22 ausgebildet
und mit Gegendruckkammern 31 verbunden ist, die von jedem
inneren Ende der Flügel 21 gebildet
werden. Die ringförmige
Gegendruckrille 32 steht über (nicht dargestellte) Verbindungskanäle mit den
Austrittsöffnungen 27a und 27b in
Verbindung. Ein Paar diametral gegenüberliegende radiale Kerben 33 und 34 ist
auf der Innenfläche
der linken Endwand 18 zwischen der Saugöffnung 25a und Austrittsöffnung 27a bzw.
der Saugöffnung 25b und
der Austrittsöffnung 27b ausgebildet.
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Diese
radialen Kerben 33 und 34 sind an ihren inneren
Enden mit einer ringförmigen
Verbindungsrille 35 verbunden, die auf der Innenfläche des linken
Endwandelements 18 koaxial mit dem Rotor 22 ausgebildet
ist, um die Pumpenkammer P1 und P2 dort hindurch miteinander zu
verbinden.
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Das
Statorgehäuse 10 ist
an seinem oberen Endabschnitt mit einer Einlaßöffnung 44 für eine Verbindung
mit einem (nicht dargestellten) Fluidreservoir der Kreiselpumpe
versehen. Die Saugöffnungen 25a, 25b sind
mit der Einlaßöffnung 44 durch
einen im rechten Endwandelement 13 ausgebildeten Hohlraum 41 und
einem im Statorgehäuse 10 ausgebildeten
Umgehungsdurchgang 28 verbunden, während die Austrittsöffnungen 27a, 27b mit
einer Druckkammer 20 in offener Verbindung stehen, die
mit einer (nicht dargestellten) Auslaßöffnung für eine Verbindung mit einer
hydraulisch betätigten
Vorrichtung wie z. B. einer Servolenkvorrichtung in einem Kraftfahrzeug
verbunden ist. Zwischen der Druckkammer 20 und dem Umgehungsdruck 28 ist
ein zylindrischer Hohlraum 45 ausgebildet, um einen Kolben
eines (nicht dargestellten) Stromsteuerventilaufbaus aufzunehmen,
der so angeordnet ist, daß er
eine überschüssige Menge
eines Fluids unter Druck aus der Druckkammer 20 in den
Umgehungsdruck 28 ausströmen läßt, um eine vorbestimmte Menge
eines Fluids unter Druck durch die Auslaßöffnung an die hydraulisch betätigte Vorrichtung
zu liefern.
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In
der oben beschriebenen Kreiselpumpe ist das linke Endwandelement 18 an
seiner Innenfläche mit
einem Paar diametral gegenüberliegende,
sich fortschreitende vertiefende oder ausgezogene Rillen 50,
die von den Austrittsöffnungen 27a, 27b jeweils
in einer zu einer Drehrichtung des Rotors 22 entgegenge setzten
Richtung verjüngt
sind. Ausgezogenen Rillen 50 liegen an jedem vorderen Ende
der Austrittsöffnungen 27a, 27b,
so daß sie
während
einer Drehung des Rotors 22 zuerst mit den Pumpenkammern P1
bzw. P2 verbunden werden. Wie in 3 und 4 gezeigt ist, sind die sich
fortschreitend vertiefenden oder ausgezogenen Rillen 50 jeweils
mit einem Einleitungsabschnitt 51 versehen, dessen Oberfläche in jeden
Innenraum der Austrittsöffnungen 27a, 27b im Querschnitt
sanft gekrümmt
ist. Die sich fortschreitend vertiefende oder ausgezogenen Rille 50 entspricht
der sich fortschreitend vertiefenden oder ausgezogenen Rille 62 der
herkömmlichen
Flügelzellenpumpe
in 8.
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Nimmt
man an, daß der
Rotor 22 durch die Antriebswelle 15 in einem Lastzustand
im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wird das Fluid aus einer Einlaßöffnung 44 durch
den Umgehungsdurchgang 28, den Hohlraum 41 und
die Saugöffnungen 25a, 25b in die
Pumpenkammer P1, P2 gesaugt und in den Pumpenkammern P1, P2 komprimiert,
so daß es
aus den Austrittsöffnungen 27, 27b austritt.
Während
eines solchen Betriebs der Kreiselpumpe nimmt der Druck in den beiden
Pumpenkammern P1, P2, die jeweils von benachbarten Flügeln 21 gebildet
werden, schnell zu, wie in 5(b) dargestellt
ist, wenn die Saugöffnungen 25a, 25b durch
die benachbarten Flügel 21 bei
einem Vorkompressionshub θ1
ganz geschlossen werden. In einem solchen Fall sind die beiden Pumpenkammern
P1, P2 durch die Kerben 33, 34 und die Verbindungsrille 35 miteinander
verbunden, um den schnellen Anstieg des Druckes zu mäßigen.
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Wenn
die Pumpenkammern P1, P2 aus einem Kompressionshub verschoben werden,
so daß sie
mit jedem Innenraum die Austrittsöffnungen 27a, 27b in
Verbindung stehen, ändert
sich der Fluiddruck, wie in 5(a) gezeigt
ist, während
der Druck in den Pumpenkammern P1, P2 sich wie in 5(b) dargestellt ändert. In solch einem Fall
wirkt der Einleitungsabschnitt 51 dahingehend, Fluid unter
hohem Druck aus den Austrittsöffnungen 27a, 27b sanft
in die Pumpenkammern P1, P2 einzuleiten, unmittelbar bevor die Austrittsöffnungen 27a, 27b ganz
geöffnet sind.
Als Folge nimmt der Druck in den Pumpenkammern P1, P2 sanft zu,
wie durch ein Symbol B in 5(b) dargestellt
ist. Dies ist effektiv, um einen schnellen Anstieg des Fluiddrucks bei
den Austrittsöffnungen 27a, 27b zu
vermeiden und ein Pulsieren des Fluids unter Druck zu reduzieren.
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In
einer praktischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die sich fortschreitend vertiefende
oder ausgezogene Rille 50, die auf der Innenfläche des
linken Endwandelements 18 ausgebildet ist, wie in 6 und 7(a) gezeigt modifiziert werden, wobei
der Einleitungsabschnitt 51 eine gekrümmte Oberfläche 51a1 und eine
flache Oberfläche 51a2 aufweist,
die in jeden Innenraum der Austrittsöffnungen 27a, 27b allmählich geneigt
sind. Alternativ dazu kann, wie in 7(b) dargestellt
ist, der Einleitungsabschnitt 51 mehrere flache Oberflächen 51a1 und 51a2 aufweisen,
die allmählich
in jeden Innenraum der Austrittsöffnungen 27a, 27b geneigt sind.