EP1043503B1 - Mengenregelbare Flügelzellenpumpe - Google Patents

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EP1043503B1
EP1043503B1 EP00105640A EP00105640A EP1043503B1 EP 1043503 B1 EP1043503 B1 EP 1043503B1 EP 00105640 A EP00105640 A EP 00105640A EP 00105640 A EP00105640 A EP 00105640A EP 1043503 B1 EP1043503 B1 EP 1043503B1
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EP
European Patent Office
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casing
bearing
rotor
delivery
volume
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EP00105640A
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EP1043503A2 (de
EP1043503A3 (de
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Leopold Müller
Mathias Kramer
Heiko Neukirchner
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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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
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/18—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber
    • F04C14/22—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber by changing the eccentricity between cooperating members
    • 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
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/30—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C2/34—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C2/344—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F04C2/3441—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • F04C2/3442—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation the surfaces of the inner and outer member, forming the working space, being surfaces of revolution

Definitions

  • the invention relates to variable-volume vane pumps according to the one in the preamble of the genus described in the main claim.
  • Known vane pumps of the generic type have a rotor in which Wings are slidably guided in radial slots. The outer The ends of the wings slide in a cam ring that encompasses the delivery chamber. This The cam ring can be pivoted on one side in a housing in a fixed bearing stored. In the stationary state of the rotor, it is turned into a spring force Position of maximum funding pushed and held. Furthermore stands with the cam ring an actuator in engagement, the actuating force contrary to the maximum promotion directed spring force acts. In all versions described below The vane ring of vane pumps is also mounted on one in the housing Swivel axis.
  • a disadvantage of this embodiment is that the area of overflow from below Delivery pressure of standing oil from the cam ring to the housing only via gap cross-sections or can be sealed with non-positive sealing strips.
  • the size of the Gap cross-section depends on a number of dimensional tolerances, which are in the Manufacture of the housing and the cam ring result.
  • the cam ring is supported by a nose in the housing and thus by one Adjustable pivot axis with a spring pushing the cam ring in the direction of maximum Funding applied.
  • US 5 800 131 A discloses a vane pump, which has a spring, the one Stroke ring in the direction of maximum conveyance and an actuating device, which enables regulation depending on pressure, temperature or speed, includes.
  • the cam ring can be pivoted by means of a pin, but is stationary stored.
  • vane pumps with vanes arranged in the rotor, guided in radial slots, and a cam ring which is slidably mounted in the stationary housing.
  • a guide ring rotatably guided in the cam ring surrounds and rotates with the wings.
  • the invention is based, for a variable-speed vane pump the task to create a positive and non-positive bearing for the cam ring, the can be made mechanically compact and low-friction.
  • this object is achieved by the means mentioned in the characterizing part of the main claim.
  • the cam ring is pivotably mounted in the housing in an inwardly open bearing trough with a radially molded, complementary bearing segment, this results in simple positive and non-positive mounting for the cam ring.
  • the frictional connection in the bearing is secured both by one or more pressure elements acting on the cam ring and by forces acting between the rotor and cam ring.
  • FIG. 1 shows a section of a vane pump 1 designed according to the invention, which has the following basic structure:
  • vanes 5 are arranged so that they can be pushed.
  • the outer ends of the vanes 5 slide in the inner contour 6 of a cam ring 7 surrounding the rotor 4, which forms the delivery chamber 8 with the circumferential, volume-changing delivery chambers 9.
  • the conveying chambers 9 are connected to the suction or pressure side in a known manner during the suction and conveying process via axial or radial suction or pressure slots.
  • the interior of the housing 10 with the actuating device 11 is relieved of pressure.
  • the cam ring 7 is pivotally mounted in the housing 10 in a bearing point of the housing 10, which is open on one side and is formed by a bearing trough 18, with a radially molded, complementary bearing segment 73.
  • This enables simple positive and non-positive mounting for the cam ring 7.
  • the cam ring 7 has radially directed overflow cross sections 71 which open centrally in the bearing segment 73 and which merge into overflow channels 72 which open outwards in the center of the bearing recess 18 formed in the housing 10, see FIG. 2.
  • the overflow channels 72 opening in the center of the bearing segment 73 are preferably acted upon by the pressure side of the vane pump, openings 101 in the bearing recess 18 formed in the housing 10 then forming the inlet to the pressure circuit D.
  • the gap cross sections between the bearing trough 18 and the bearing segment 73 are acted upon by the pressure oil via the overflow channels 72, with which good lubrication is achieved.
  • the outer diameter Ra of the bearing segment 73 can be slightly larger than the inner diameter R1 of the bearing trough 18 in the housing 10.
  • the gap cross sections between the bearing trough 18 and the bearing segment 73 result in a crescent shape. An area with line contact occurs at the boundary of the overlap of the bearing trough 18 and the bearing segment 73, but this is acted upon by the pressure oil present in the gap cross section.
  • the sliding curve 12 mounted in the housing 10 is connected to an actuator, not shown.
  • the spring force F acts indirectly via the curve 12 of the adjusting device 11 on the adjusting ring 7 and in the non-driven state of the vane pump moves it to maximum delivery.
  • a pressure element 19 mounted in the housing 10 engages the cam ring 7 and urges it in the direction of zero conveyance against an actuating device 11 mounted in the housing 10 and holds it in engagement.
  • the pressure element 19 can act by means of spring force or by applying pressure oil.
  • the rotor 4 should have a direction of rotation in which the resulting force of the frictional torque between the rotor 4 and the cam ring 7 is directed in the direction of the actuating device 11.
  • the forces emanating from the conveying chambers 9 and acting when the rotor 4 rotates, as well as forces of one or more pressure elements 19 on the adjusting ring 7, must form a resultant force which results in the Storage tray 18 is directed.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Details And Applications Of Rotary Liquid Pumps (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft mengenregelbare Flügelzellenpumpen gemäß der im Oberbegriff des Hauptanspruches beschriebenen Gattung.
Vorbekannte gattungsgemäße Flügelzellenpumpen weisen einen Rotor auf, in dem Flügel schubbeweglich in radialen Schlitzen geführt angeordnet sind. Die äußeren Enden der Flügel gleiten in einem Hubring, der den Förderraum umfasst. Dieser Hubring ist in einem Gehäuse einseitig in einer ortsfesten Lagerstelle schwenkbar gelagert. Im stehenden Zustand des Rotors wird dieser mittels Federkraft in eine Stellung maximaler Förderung gedrängt und gehalten. Weiterhin steht mit dem Hubring ein Stellglied im Eingriff, dessen Stellkraft entgegen der auf maximale Förderung gerichteten Federkraft wirkt. Bei allen nachfolgend beschriebenen Ausführungen von Flügelzellenpumpen ist der Hubring ebenfalls auf einer im Gehäuse gelagerten Achse schwenkbar gelagert.
Vorbekannt ist es durch die Schriften US 2 318 292 A, Fig. 4 und DE 34 46 603 A1, Fig. 3, dass bei Flügelzellenpumpen der vorbeschrieenen Art das Füllen und Ausschieben bzw. Fördern über radiale Öffnungen im Förderraum erfolgt. Ein Umlenken der Strömung erfolgt jeweils in einem radial am Fördergehäuse angrenzenden Raum des Hubringes aus oder hin zu axialen Öffnungen im Gehäuse, die nicht unmittelbar mit dem Förderraum in Verbindung stehen. Als axiale Öffnung kann auch eine hohlgebohrte und radial mit Öffnungen versehene Achse des Hubringes dienen.
Vorbekannt ist es durch die Schrift DE 40 11 671 C2 bei Flügelzellenpumpen, dass das Füllen bzw. Ausschieben bzw. Fördern über radiale Öffnungen im Förderraum erfolgt. Hierzu sind die radialen Flächen des Hubringes um den Bereich der radialen Öffnungen geringe Spaltquerschnitte bildend und damit, ohne Berührung dichtend, gegenüber einer komplementären Innenkontur des Gehäuses ausgeführt. Die Außenkontur des Hubringes und die komplementäre Innenkontur des Gehäuses sind um den Bereich der Öffnungen in ihrer Form durch einen Radius, mit der Schwenkachse des Hubringes als Drehpunkt, definiert. Bei dieser Ausführung erfolgt ein Umlenken der Strömung in einem radial am Hubring angrenzenden Raum des Fördergehäuses.
Nachteilig ist bei dieser Ausführung, dass der Bereich des Überströmens von unter Förderdruck stehendem Öl vom Hubring zum Gehäuse nur über Spaltquerschnitte oder mittels kraftschlüssigen Dichtleisten abgedichtet werden kann. Die Größe des Spaltquerschnittes ist von einer Reihe von Maßtoleranzen abhängig, die sich bei der Fertigung des Gehäuses und des Hubringes ergeben.
Ferner ist bei der druckbegrenzten Flügelzellenpumpe gemäß der DE 31 35 697 A1 der Hubring über eine Nase im Gehäuse abgestützt und somit um eine Schwenkachse verstellbar wobei eine Feder den Hubring in Richtung maximaler Förderung beaufschlagt. Ein mit dem Hubring in Eingriff stehendes Stellglied, dessen Stellkraft entgegen der auf maximale Förderung gerichteten Federkraft wirkt, ist nicht vorgesehen.
Die US 5 800 131 A offenbart eine Flügelzellenpumpe, welche eine Feder, die einen Hubring in Richtung maximaler Förderung beaufschlagt sowie eine Stelleinrichtung, die eine Regelung abhängig von Druck, Temperatur oder Drehzahl ermöglicht, umfasst. Der Hubring ist mittels eines Zapfens verschwenkbar, jedoch ortsfest gelagert.
Vorbekannt sind auch Flügelzellenpumpen mit im Rotor, in radialen Schlitzen geführt angeordneten Flügel, und einem im ortsfest Gehäuse schiebbar gelagerten Hubring. Ein im Hubring drehbar geführter Führungsring umschließt die Flügel und läuft mit ihnen um. Mittels Verstellung des Hubringes wird die Exzentrizität des Führungsringes zur Achse des Rotors und damit in bekannter Weise die Fördermenge verändert. DD-Zeitschrift "Maschinenbautechnik, ) (1960); Heft 2, Seite 75 und 76; Bilder 5 bis 8. Das Füllen der Förderräume und das Ausschieben aus ihnen erfolgt über radiale Öffnungen im Führungsring aus oder zu radial umgebenden Räumen im Hubring. Diesen Räume im Hubring weisen Öffnungen in der Ebene der Führungsflächen auf, denen gegen Öffnungen von Kanälen im ortsfesten Gehäuse liegen. Damit ist ein günstiges radiales Zu- und Abströmen zu und von den Förderräumen gesichert.
Nachteilig ist bei dieser Ausführung, dass der Bereich des Überströmens von unter Förderdruck stehendem Öl vom Hubring zum Gehäuse nur über passungsbestimmte Spaltquerschnitte abgedichtet wird. Dabei wirkt der Förderdruck in Richtung einer Anlage auf der Saugseite, wodurch sich ein Spalt auf der Förderseite einstellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine mengenregelbare Flügelzellenpumpe eine form- und kraftschlüssige Lagerung für den Hubring zu schaffen, die mechanisch kompakt und reibungsarm gestaltet werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches genannten Mittel gelöst.
Infolgedessen, dass der Hubring erfindungsgemäß im Gehäuse in einer nach innen offenen Lagermulde mit einem radial angeformten, komplementären Lagersegment schwenkbar gelagert ist, ergibt sich eine einfache form- und kraftschlüssige Lagerung für den Hubring. Der Kraftschluss in der Lagerung wird sowohl durch ein oder mehrere am Hubring angreifende Druckelemente als auch durch wirkende Kräfte zwischen Rotor und Hubring gesichert.
Merkmale der Unteransprüche werden im Rahmen der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen und Vorteilen erläutert.
Anhand einer Zeichnung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Es zeigt:
Fig.1
eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe
Fig. 2
die Lagerung des Hubringes im Gehäuse in vergrößerter Darstellung.
In Fig.1 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäß ausgestalteten Flügelzellenpumpe 1 dargestellt, die folgenden Grundaufbau aufweist:
In radialen Schlitzen 3 eines in einem Gehäuse 10 gelagerten Rotors 4 sind Flügel 5 schubbeweglich geführt angeordnet. Die äußeren Enden der Flügel 5 gleiten in der Innenkontur 6 eines den Rotor 4 umgebenden Hubringes 7, der den Förderraum 8 mit den umlaufenden, volumenveränderlichen Förderkammern 9 bildet.
Die Förderkammem 9 stehen in bekannter Weise beim Saug- und Fördervorgang über axiale oder radiale Saug- oder Druckschlitze mit der Saug- bzw. Druckseite in Verbindung. Der Innenbereich des Gehäuses 10 mit der Stelleinrichtung 11 ist druckentlastet.
Der Hubring 7 ist im Gehäuse 10 in einer einseitig offenen, durch eine Lagermulde 18 gebildete Lagerstelle des Gehäuses 10 mit einem radial angeformten, komplementären Lagersegment 73 schwenkbar gelagert. Dies ermöglicht eine einfache form- und kraftschlüssige Lagerung für den Hubring 7.
Der Hubring 7 weist ausgehend von dem Förderraum 8 radialgerichtete, mittig im Lagersegment 73 mündende Überströmquerschnitte 71 auf, die in Überströmkanäle 72 übergehen, welche in der Mitte der im Gehäuse 10 gebildeten Lagermulde 18 nach außen münden, siehe Fig. 2.
Die mittig im Lagersegment 73 mündenden Überströmkanäle 72 werden vorzugsweise von der Druckseite der Flügelzellenpumpe beaufschlagt, wobei dann Öffnungen 101 in der im Gehäuse 10 geformten Lagermulde 18 den Zulauf zum Druckkreis D bilden. Die Spaltquerschnitte zwischen Lagermulde 18 und Lagersegment 73 werden über den bzw. die Überströmkanäle 72 vom Drucköl beaufschlagt, womit eine gute Schmierung erzielt wird.
Erfindungsgemäß vorteilhaft kann der Außendurchmesser Ra des Lagersegmentes 73 geringfügig größer als der Innendurchmesser Rl der Lagermulde 18 im Gehäuse 10 sein. Die Spaltquerschnitte zwischen Lagermulde 18 und Lagersegment 73 ergeben sich in einer sichelförmigen Form. Es stellt sich ein Bereich mit Linienberührung an der Begrenzung der Überdeckung von Lagermulde 18 und Lagersegment 73 ein, der jedoch von dem im Spaltquerschnitt vorhandenen Drucköl beaufschlagt ist.
Die im Gehäuse 10 gegengelagerte schiebbare Kurve 12 ist mit einem nicht dargestellten Stellglied verbunden. Es verlagert die Kurve 12 gegenüber dem Abstützpunkt des Hubringes 7 entgegen oder in Richtung der wirkenden Federkraft F in Abhängigkeit von Stellsignalen eines Druckregelkreises , letzerer nicht dargestelllt.
Die Federkraft F wirkt indirekt über die Kurve 12 der Stelleinrichtung 11 auf den Stellring 7 und verlagert diesen im nicht angetriebenen Zustand der Flügelzellenpumpe auf maximaler Förderung.
Am Hubring 7 greift ein im Gehäuse 10 gegengelagertes Druckelement 19 an, das ihn in Richtung - Null-Förderung - gegen eine im Gehäuse 10 gegengelagerte Stelleinrichtung 11 drängt und mit diesem in Eingriff hält. Das Druckelement 19 kann mittels Federkraft oder durch Beaufschlagen mit Drucköl wirken.
Der Rotor 4 sollte eine solche Drehrichtung aufweisen, bei der die resultierende Kraft des Reibmomentes zwischen Rotor 4 und Hubring 7 in Richtung der Stelleinrichtung 11 gerichtet ist.
Um das Lagersegment 73 des Stellringes 7 sicher in der Lagermulde 18 zu halten, müssen die bei Förderung von den Förderkammem 9 ausgehenden und beim Umlauf des Rotors 4 wirkenden Kräfte sowie Kräfte eines oder mehrerer Druckelemente 19 am Stellring 7 eine resultierende Kraft bilden, die in die Lagermulde 18 gerichtet ist.

Claims (6)

  1. Mengenregelbare Flügelzellenpumpe (1) mit folgender Bauart:
    in einem Rotor (4) sind in radialen Schlitzen (3) Flügel (5) schubbeweglich geführt angeordnet,
    die äußeren Enden der Flügel (5) gleiten in einen, einen Förderraum (8) umfassenden Hubring (7),
    der Hubring (7) ist in einem Gehäuse (10) einseitig in einer ortsfesten Lagerstelle des Gehäuses (10) schwenkbar gelagert, wobei ihn eine Federkraft (F) im stehenden Zustand des Rotors (4) in eine Stellung maximaler Förderung drängt und hält,
    mit dem Hubring (7) steht ein Stellglied im Eingriff, dessen Stellkraft entgegen der auf maximale Förderung gerichteten Federkraft (F) wirkt,
    gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    im Gehäuse (10) ist innen eine offene Lagermulde (18) angeordnet, in welcher ein am Hubring (7) radial angeformtes, komplementäres Lagersegment (73) schwenkbar gelagert ist,
    am Hubring (7) wirkt stetig eine resultierende Kraft, welche durch die beim Umlauf des Rotors (4) und beim Fördern wirkende Kräfte und solche eines oder mehrerer Druckelemente (19) bestimmt ist und eine solche Wirkrichtung aufweist, dass das Lagersegment (73) in der Lagermulde (18) des Gehäuses (10) kraftschlüssig gehalten ist.
  2. Mengenregelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1;
    dadurch gekennzeichnet, daß am Hubring (7) ein Druckelement (19) angreift das ihn in Richtung - Null - Förderung - gegen eine im Gehäuse (10) gegengelagerte Stelleinrichtung (11) drängt und mit diesem in Eingriff hält.
  3. Mengenregelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1;
    dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (4) eine solche Drehrichtung aufweist, bei der die resultierende Kraft des Reibmomentes zwischen Rotor (4) und Hubring (7) in Richtung der Stelleinrichtung (11 ) gerichtet ist.
  4. Mengenregelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1;
    dadurch gekennzeichnet daß der Hubring (7) radialgerichtete, mittig im Lagersegment (73) mündende Überströmkanäle (72) aufweist, denen in der Mitte der Lagermulde (18) Öffnungen (101) im Gehäuse (10) gegenüber angeordnet sind.
  5. Mengenregelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die mittig im Lagersegment (73) mündenden Überströmquerschnitte (71) von den druckseitigen Förderkammem (9) beaufschlagt sind und die Überströmkanäle (72) in der im Gehäuse (10) geformten Lagermulde (18) den Zulauf zum Druckkreis (D) über die Öffnungen (101) bilden.
  6. Mengenregelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (RA) Lagersegment (73) geringfügig größer ist als der Innendurchmesser (Rl) der Lagermulde (18) im Gehäuse (10).
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EP1043503A2 EP1043503A2 (de) 2000-10-11
EP1043503A3 EP1043503A3 (de) 2002-03-27
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