EP0763659A2 - Flügelzellenpumpe - Google Patents

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EP0763659A2
EP0763659A2 EP96113888A EP96113888A EP0763659A2 EP 0763659 A2 EP0763659 A2 EP 0763659A2 EP 96113888 A EP96113888 A EP 96113888A EP 96113888 A EP96113888 A EP 96113888A EP 0763659 A2 EP0763659 A2 EP 0763659A2
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EP
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suction
pump
fluid
consumer
connection
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EP96113888A
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EP0763659A3 (de
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Ivo Agner
Bernd Denfeld
Thomas Dr. Nied-Menninger
Gerhard Dr. Overdiek
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LuK Fahrzeug Hydraulik GmbH and Co KG
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LuK Fahrzeug Hydraulik GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/06—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • F04C15/062—Arrangements for supercharging the working space

Definitions

  • the invention relates to pumps namely roller cell pumps, vane pumps and gear pumps according to the preamble of claims 1 and 7.
  • a problem with pumps of the type mentioned here is that a negative pressure can arise in the suction area, due to which cavitation occurs, which on the one hand leads to high noise levels and on the other hand can cause damage.
  • a pump which has the features mentioned in claims 1 and 7.
  • An embodiment of the invention is preferred in which that is returned by the consumer Fluid is passed into a pressure chamber which has an outlet opening to the suction chamber of the pump.
  • the cross-section of this outlet is smaller than that of the channel that leads the fluid.
  • Another preferred embodiment of the pump is one in which the cross section of the suction chamber is larger than that of the outlet. Hydraulic energy conversion creates a supercharging pressure in the suction chamber through the fluid emerging from the outlet at high speed, which contributes to avoiding cavitation in the suction region of the pump.
  • an embodiment of the pump is preferred in which a wall section is provided which delimits the suction region of the pump from the suction connection.
  • a wall section is provided which delimits the suction region of the pump from the suction connection.
  • the invention relates to gear pumps, roller cell pumps and vane pumps.
  • a vane pump is described below purely by way of example. However, it should be noted that the charging of the suction area of the vane pump described here can also be used in roller cell and gear pumps.
  • the vane pump 1 shown in FIG. 1 has a rotor 3, in the circumferential wall of which radially extending slots 5 are made, which accommodate radially movable vanes 7.
  • the rotor 3 is rotatably arranged in a contour ring 9, the inner surface 11 of which is designed in such a way that two mutually opposite, here identically designed conveying spaces 13 and 15 are formed, which are essentially sickle-shaped.
  • the blades move in and out of the slots from, so that suction and pressure areas are formed in the delivery rooms 13 and 15.
  • suction and pressure areas are formed in the delivery rooms 13 and 15.
  • the contour ring 9 is inserted into a pump housing 25, in the interior of which a suction connection 27 opens.
  • a connection is connected to the suction connection 27, which leads to a tank into which fluid which is returned by the consumer and is under a possibly low pressure is introduced.
  • the suction connection is connected to a suction chamber 29 which completely surrounds the contour ring 9 and is in fluid communication with the suction regions 17 and 19 of the pump.
  • the suction chamber 29 is closed at its end facing away from the suction connection 27 by means of a sealing bead 31. Beyond the sealing bead is a pressure chamber 33 which is delimited on the one hand by the housing 25 and on the other hand by the contour ring 9 and which has an outlet 35 to the suction chamber 29.
  • a return connection 37 opens into the pressure chamber 33, via which a fluid under pressure passes from a consumer to the vane pump 1.
  • the cross section of the return connection is significantly larger than that of the outlet 35.
  • FIG. 1 It can be seen from FIG. 1 that between the pressure chamber 33 and the suction connection 27 there is a wall section 39 which emerges from the suction connection 27 deflects fluid flowing into the suction chamber 29, which optionally also causes a cross-sectional taper in the transition area between the return connection 37 or pressure chamber 33 and the suction chamber 29, so that fluid flowing from the return connection 37 into the suction chamber 29 is accelerated.
  • Fluid or hydraulic oil flowing out of the outlet 35 entrains the hydraulic oil present in the area of the suction connection, that is to say the liquid which is returned from the consumer directly to the pump and is under pressure transfers its energy to the liquid entrained from the suction connection.
  • FIG. 2 A modified embodiment of a vane pump results from FIG. 2.
  • the same parts are provided with the same reference numbers here, so that the detailed description thereof can be dispensed with.
  • the vane pump 1 also has a rotor 3 rotatably mounted within a contour ring 9.
  • the suction areas 17 and 19 of the two pump sections are, like their print area 21 and 23, indicated by dashed lines.
  • the wings 7 have not been shown here.
  • the return connection 37 opens into a pressure space 33 which is arranged at a distance from the contour ring 9 and which opens to the suction connection 27 via outlets 35a and 35b.
  • the cross section of the outlets 35a and 35b is substantially smaller than that of the return port 37. Liquid conveyed through the return port 37 into the pressure chamber 33 therefore exits through the outlets 35a and 35b at a much greater speed than is given in the return port 37.
  • the liquid entering the suction connection 27 at high speed entrains the fluid present here and transfers its energy to this fluid.
  • the wall section 39 results in optimal mixing of the two fluids, so that the energy of the fluid supplied under excess pressure through the return port 37 is optimally transmitted to the fluid in the suction port 27.
  • the outlets 35a and 35b are arranged and designed such that the liquid emerging from them does not collide with the opposite boundary wall 41 of the suction connection, which would lead to energy losses.
  • the boundary wall 41 is part of a pipe connection which runs perpendicular to the image and leads to the tank.
  • the wall section 39 also narrows the suction connection 27 in the transition region to the suction chamber 29, so that a mixing chamber is formed here, so to speak.
  • the fluid flowing through is accelerated by the constriction.
  • the cross section of the suction chamber 29 increases, so that here, due to the energy conversion, a supercharging pressure is built up, due to which the fluid is introduced into the suction regions 17 and 19 with an overpressure.
  • the exemplary embodiment of the vane pump 1 shown in FIG. 2 is characterized in that the wall section 39 delimits the interior of the pump receiving the rotor 3 from the return connection 37 and from the suction connection 27, so that when the vane pump 1 is at a standstill, idling is reliably avoided.
  • the rotor is therefore completely immersed in the fluid even after the pump has been shut down and is therefore characterized by an optimal starting behavior. In other words, it is ensured that the vane pump 1 does not idle at the start and immediately begins to deliver the fluid. It is essential, however, that the connection between the suction connection 27 and the suction chamber 29 and the pressure outlet of the pressure kidneys 21 and 23 connected to the working pressure side of the vane pump 1 is arranged so far above that an oil collecting chamber is created. The oil there improves the starting properties of the pump.
  • the vane pump 1 like the roller cell pumps and gear pumps similar construction not mentioned here in detail, have no flow control valve, as is common in conventional pumps of the type mentioned here and how they are used, for example, in vane pumps for power steering systems.
  • Such flow control valves are complex and involve high production costs.
  • charging of the suction space of pumps which are provided with a flow control valve can only be guaranteed if the flow control valve has responded and a fluid from the pressure side of the pump returns directly to its suction area.
  • the pumps described with reference to FIGS. 1 and 2 are therefore characterized by a very simple construction.
  • cavitation in the suction area of the pump is avoided with a high degree of certainty, so that noise and wear are greatly reduced and the speed limit of the pump can be raised.

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Abstract

Es wird eine Pumpe, nämlich Rollenzellenpumpe oder Flügelzellenpumpe zur Versorgung eines Verbrauchers mit einem Fluid vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, daß zur Aufladung des Saugbereiches (29) vom Verbraucher zurückgeführtes, unter Druck stehendes Fluid verwendet wird. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft Pumpen nämlich Rollenzellenpumpen, Flügelzellenpumpen und Zahnradpumpen gemäß Oberbegriff der Ansprüche 1 und 7.
  • Problematisch bei Pumpen der hier angesprochenen Art ist, daß im Saugbereich ein Unterdruck entstehen kann, aufgrund dessen Kavitation eintritt, die einerseits zu einer hohen Geräuschentwicklung führt, andererseits Schäden verursachen kann.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Pumpe zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Pumpe vorgeschlagen, die die in Anspruch 1 und 7 genannten Merkmale aufweist. Dadurch, daß der Saugbereich der Pumpen durch von einem Verbraucher zurückgeführtes, unter Druck stehendes Fluid aufgeladen wird, das heißt, dadurch, daß dem Saugbereich ein Fluid unter einem Überdruck zugeführt wird, können Kavitationseffekte sicher vermieden werden.
  • Bevorzugt wird eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das von dem Verbraucher zurückgeführte Fluid in einen Druckraum geleitet wird, der einen sich zum Saugraum der Pumpe öffnenden Auslaß aufweist. Der Querschnitt dieses Auslasses ist kleiner als der des das Fluid heranführenden Kanals. Durch diese Ausgestaltung wird das herangeführte Fluid beim Durchtritt durch den Auslaß bescheunigt. Das mit großer Geschwindigkeit in den Saugraum eintretende Fluid kann daher ein dort vorhandenes Fluid mitreißen und dem Saugbereich der Pumpe zuführen.
  • Bevorzugt wird weiterhin eine Ausführungsform der Pumpe, bei der der Querschnitt des Saugraums größer ist als der des Auslasses. Durch hydraulische Energieumwandlung wird durch das aus dem Auslaß mit hoher Geschwindigkeit austretende Fluid ein Aufladedruck im Saugraum aufgebaut, der dazu beiträgt, daß Kavitation im Saugbereich der Pumpe vermieden wird.
  • Bevorzugt wird schließlich noch eine Ausführungsform der Pumpe, bei der ein Wandabschnitt vorgesehen ist, der den Saugbereich der Pumpe vom Sauganschluß abgrenzt. Durch diesen Wandbereich kann einerseits die Strömung vom Sauganschluß in den Saugbereich beeinflußt werden, beispielsweise um eine Beschleunigung des durchtretenden Fluidstroms zu bewirken, andererseits kann ein Leerlaufen des Pumpenraums bei Stillstand der Pumpe vermieden werden, so daß sich ein besseres Anlaufverhalten der Pumpe einstellt.
  • Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    Eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer geöffneten Flügelzellenpumpe und
    Figur 2
    eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer geöffneten Flügelzellenpumpe.
  • Die Erfindung betrifft Zahnradpumpen, Rollenzellenpumpen und Flügelzellenpumpen. Im folgenden wird rein beispielhaft eine Flügelzellenpumpe beschrieben. Es ist jedoch festzuhalten, daß die hier beschriebenen Aufladung des Saugbereichs der Flügelzellenpumpe auch bei Rollenzellen- und Zahnradpumpen einsetzbar ist.
  • Die in Figur 1 dargestellte Flügelzellenpumpe 1 weist einen Rotor 3 auf, in dessen Umfangswandung radial verlaufende Schlitze 5 eingebracht sind, die radial bewegliche Flügel 7 aufnehmen.
  • Der Rotor 3 ist drehbar in einem Konturring 9 angeordnet, dessen Innenfläche 11 so ausgebildet ist, daß zwei einander gegenüberliegende, hier identisch ausgebildete Förderräume 13 und 15 ausgebildet werden, die im wesentlichen sichelförmig sind. Bei einer Drehung des Rotors 3 im Inneren des Konturrings 9 fahren die Flügel in den Schlitzen ein und aus, so daß in den Förderräumen 13 und 15 Saug- und Druckbereiche ausgebildet werden. Bei einer Drehung des Rotors 3 ergeben sich hier zwei gegenüberliegende Saugbereiche 17 und 19 sowie zwei gegenüberliegende Druckbereiche 21 und 23, deren in der Figur 1 angegebene Anordnung bei einer Drehung des Rotors gegen den Uhrzeigersinn gegeben ist.
  • Der Konturring 9 ist in ein Pumpengehäuse 25 eingesetzt, in dessen Inneren ein Sauganschluß 27 mündet. An den Sauganschluß 27 ist eine Verbindung angeschlossen, die zu einem Tank führt, in den von dem Verbraucher zurückgeführtes, unter einem allenfalls geringen Druck stehendes Fluid eingeleitet wird. Der Sauganschluß steht in Verbindung mit einem den Konturring 9 praktisch vollständig umgebenden Saugraum 29, der mit den Saugbereichen 17 und 19 der Pumpe in Fluidverbindung steht. Der Saugraum 29 wird an seinem, dem Sauganschluß 27 abgewandten Ende über einen Dichtungswulst 31 abgeschlossen. Jenseits des Dichtungswulstes liegt ein Druckraum 33, der einerseits von dem Gehäuse 25 und andererseits von dem Konturring 9 abgegrenzt wird und der einen Auslaß 35 zum Saugraum 29 aufweist. In den Druckraum 33 mündet ein Rücklaufanschluß 37, über den ein unter Druck stehendes Fluid von einem Verbraucher zur Flügelzellenpumpe 1 gelangt. Der Querschnitt des Rücklaufanschlusses ist wesentlich größer als der des Auslasses 35.
  • Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß zwischen dem Druckraum 33 und dem Sauganschluß 27 ein Wandabschnitt 39 liegt, der das aus dem Sauganschluß 27 in den Saugraum 29 strömende Fluid ablenkt, der gegebenenfalls auch eine Querschnittsverjüngung im Übergangsbereich zwischen Rücklaufanschluß 37 beziehungsweise Druckraum 33 und Saugraum 29 bewirkt, so daß aus dem Rücklaufanschluß 37 in den Saugraum 29 strömende Fluid beschleunigt wird.
  • Aus dem Auslaß 35 ausströmendes Fluid beziehungsweise Hydrauliköl reißt das im Bereich des Sauganschluß vorhandene Hydrauliköl mit, das heißt die von dem Verbraucher direkt zur Pumpe rückgeführte unter Überdruck stehende Flüssigkeit überträgt ihre Energie auf die aus dem Sauganschluß mitgerissene Flüssigkeit.
  • Da der Querschnitt des Saugraums 29 nach dem Auslaß 35 wesentlich größer ist als der Querschnitt des Auslasses selbst, findet im Saugraum eine Energieumwandlung statt, aufgrund derer sich im Saugraum 29 ein Aufladedruck einstellt, der bis in die Saugbereiche 17 und 19 wirkt, so daß die Flügelzellenpumpe 1 das Fluid kavitationsarm ansaugen kann.
  • Eine abgewandelte Ausführungsform einer Flügelzellenpumpe ergibt sich aus Figur 2. Gleiche Teile sind hier mit gleichen Bezugsziffern versehen, so daß insofern auf dessen ausführliche Beschreibung verzichtet werden kann.
  • Auch bei den hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Flügelzellenpumpe 1 einen innerhalb eines Konturrings 9 drehbar gelagerten Rotor 3 auf. Die Saugbereiche 17 und 19 der beiden Pumpenabschnitte sind, ebenso wie deren Druckbereich 21 und 23, gestrichtelt angedeutet. Zur besseren Übersichtlichkeit wurden hier die Flügel 7 nicht dargestellt.
  • Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mündet der Rücklaufanschluß 37 in einem in einem Abstand zum Konturring 9 angeordneten Druckraum 33, der sich über Auslässe 35a und 35b zum Sauganschluß 27 öffnet. Der Querschnitt der Auslässe 35a und 35b ist wesentlich kleiner als der des Rücklaufanschlusses 37. Durch den Rücklaufanschluß 37 in den Druckraum 33 geförderte Flüssigkeit tritt daher mit einer wesentlich größeren Geschwindigkeit durch die Auslässe 35a und 35b aus, als sie im Rücklaufanschluß 37 gegeben ist.
  • Die mit hoher Geschwindigkeit in den Sauganschluß 27 eintretende Flüssigkeit reißt das hier vorhandene Fluid mit und überträgt seine Energie auf dieses Fluid. Durch den Wandabschnitt 39 ergibt sich eine optimale Durchmischung der beiden Fluide, so daß die Energie des unter einem Überdruck durch den Rücklaufanschluß 37 angelieferten Fluids optimal auf das Fluid im Sauganschluß 27 überträgt.
  • Die Auslässe 35a und 35b sind so angeordnet und ausgebildet, daß aus diesen austretende Flüssigkeit nicht auf die gegenüberliegende Begrenzungswand 41 des Sauganschlusses prallt, was zu Energieverlusten führen würde. Die Begrenzungswand 41 ist Teil eines senkrecht zur Bildebende verlaufenden Rohranschlusses, der zum Tank führt.
  • Der Wandsabschnitt 39 verengt auch den Sauganschluß 27 im Übergangsbereich zum Saugraum 29, so daß hier quasi eine Mischkammer ausgebildet wird. Durch die Verengung wird das hindurchströmende Fluid beschleunigt. Nach dem Ende des Wandabschnitts 39 vergrößert sich der Querschnitt des Saugraums 29, so daß hier auf Grund der Energieumwandlung ein Aufladedruck aufgebaut wird, auf Grund dessen das Fluid mit einem Überdruck in die Saugbereiche 17 und 19 eingebracht wird.
  • Das in Figur 2 dargestellt Ausführungsbeispiel der Flügelzellenpumpe 1 zeichnet sich dadurch aus, daß der Wandabschnitt 39 den den Rotor 3 aufnehmenden Innenraum der Pumpe gegenüber dem Rücklaufanschluß 37 und gegenüber dem Sauganschluß 27 abgrenzt, so daß bei Stillstand der Flügelzellenpumpe 1 ein Leerlaufen sicher vermieden wird. Der Rotor ist also auch nach Stillegung der Pumpe vollständig in das Fluid eingetaucht und zeichnet sich daher durch ein optimales Anlaufverhalten aus. Mit anderen Worten, es wird sichergestellt, daß die Flügelzellenpumpe 1 beim Start nicht leerläuft und unverzüglich mit der Förderung des Fluids beginnt. Wesentlich ist allerdings, daß die Verbindung zwischen Sauganschluß 27 und Saugraum 29 sowie der mit der Arbeitsdruckseite der Flügelzellenpumpe 1 verbundene Druckabgang der Drucknieren 21 und 23 so weit obenliegend angeordnet ist, daß ein Ölsammelraum entsteht. Das dort vorhandene Öl verbessert die Starteigenschaften der Pumpe.
  • Aus der Beschreibung zu den Figuren 1 und 2 wird ohne weiteres ersichtlich, daß die Flügelzellenpumpe 1, ebenso wie die hier nicht im einzelnen erwähnten Rollenzellenpumpen und Zahnradpumpen ähnlichen Aufbaus, kein Stromregelventil aufweisen, wie dies bei herkömmlichen Pumpen der hier angesprochenen Art üblich ist und wie sie beispielsweise bei Flügelzellenpumpen für Lenkhelfsysteme verwendet werden. Derartige Stromregelventile sind aufwendig aufgebaut und bedingen hohe Fertigungskosten. Überdies kann eine Aufladung des Saugraums von Pumpen, die mit einem Stromregelventil versehen sind, nur dann gewährleistet werden, wenn das Stromregelventil angesprochen hat und ein Fluid von der Druckseite der Pumpe unmittelbar zu deren Saugbereich zurückleitet.
  • Dem gegenüber ist also der Aufbau der anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Pumpen wesentlich vereinfacht. Außerdem ist die Aufladung des Saugbereichs immer dann gewährleistet, wenn von dem Verbraucher ein unter Druck stehendes Fluid zurückgeleitet wird.
  • Die anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Pumpen zeichnen sich also durch einen sehr einfachen Aufbau aus. Durch die Aufladung des Saugbereichs mit Hilfe des unter Druck stehenden Fluids des Verbrauchers wird mit hoher Sicherheit Kavitation im Saugbereich der Pumpe vermieden, so daß die Geräuschentwicklung und der Verschleiß stark vermindert sind und die Drehzahlgrenze der Pumpe angehoben werden kann.

Claims (7)

  1. Pumpe, nämlich Rollenzellenpumpe oder Flügelzellenpumpe zur Versorgung eines Verbrauchers mit einem Fluid, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufladung des Saugbereiches (29) vom Verbraucher zurückgeführtes, unter Druck stehendes Fluid verwendet wird.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Verbraucher zurückgeführte Fluid in einen Druckraum (33) geleitet wird, der einen sich zum Saugraum (29) in der Pumpe (1) öffnenden Auslaß (35; 35 a; 35 b) aufweist, dessen Querschnitt kleiner ist als der Querschnitt des das Fluid heranführenden Kanals.
  3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugraum (29) in Fluidverbindung zu einem Sauganschluß (27) steht, über den ein Fluid aus einem Tank angesaugt wird.
  4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Saugraums (29) größer ist als der Querschnitt des Auslasses (35; 35a; 35b).
  5. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (35a; 35b) des Druckraums unmittelbar in den Sauganschluß (27) mündet.
  6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen den Saugbereich (29) der Pumpe (1) vom Sauganschluß (27) abgrenzenden Wandabschnitt (39).
  7. Pumpe nämlich Zahnradpumpe zur Versorgung eines Verbrauchers mit einem Fluid, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufladung des Saugbereichs vom Verbraucher zurückgeführtes unter Druck stehendes Fluid verwendet wird.
EP96113888A 1995-09-14 1996-08-30 Pumpe Revoked EP0763659B1 (de)

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