EP1421283A1 - Flügelzellenpumpe - Google Patents

Flügelzellenpumpe

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EP1421283A1
EP1421283A1 EP02776658A EP02776658A EP1421283A1 EP 1421283 A1 EP1421283 A1 EP 1421283A1 EP 02776658 A EP02776658 A EP 02776658A EP 02776658 A EP02776658 A EP 02776658A EP 1421283 A1 EP1421283 A1 EP 1421283A1
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EP
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rotor
spring elements
vane pump
spring
pump
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Siemens AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
    • F01C21/0818—Vane tracking; control therefor
    • F01C21/0827—Vane tracking; control therefor by mechanical means
    • F01C21/0845—Vane tracking; control therefor by mechanical means comprising elastic means, e.g. springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber

Definitions

  • the present invention relates to a vane cell pump for conveying fluids and in particular a vane pump, which is used as a pre-feed unit for a storage injection system in motor vehicles.
  • a prefeed pump is normally also used in addition to a high-pressure pump.
  • vane pumps are used as pre-delivery pumps, which can provide the necessary volume flow and a corresponding pressure increase. Vane pumps can ensure the necessary operating points relatively well, especially at very low speeds (starter speed).
  • the known vane pumps are made of metallic materials.
  • the vane pump according to the invention for conveying fluids ensures that the vanes are always in contact with a ring, which provides the stroke curve of the pump, regardless of the speed.
  • each wing is prestressed outwards by means of a spring element, so that the wing is constantly in contact with the stroke curve.
  • the spring elements are designed such that they are an integral part of the rotor of the pump. As a result, the spring elements are captively connected to the rotor, so that there are significant cost reductions, in particular when the pump is installed. Due to this one-piece design of the rotor and spring elements, the rotor provided with spring elements can be easily assembled as a subassembly during assembly, without lengthy individual spring elements having to be placed in the rotor.
  • the rotor is particularly preferably made of plastic and the spring elements are injected captively into the rotor.
  • the rotor in particular, can be produced at particularly low cost, so that, together with the assembly advantages in comparison with conventional vane pumps made of metal, there is a cost reduction of over 40%.
  • plastic the mechanical processing steps required for metallic materials can also be significantly reduced.
  • plastic for the rotor it can in particular be ensured that the spring elements are injected captively into the rotor in such a way that there is no interruption in the rotor end faces. This ensures a homogeneous radial sealing length of the rotor to the neighboring parts of the pump.
  • Spring tongues or coil springs are preferably used as spring elements.
  • the spring elements are arranged in such a way that they are positioned in recesses in which the wings are guided at the bottom of the recesses, so that the wings are pretensioned outwards by the spring elements.
  • the spring elements are attached to a ring.
  • the spring elements are arranged on the outer circumference of the ring and protrude outwards. In particular the positioning of the spring elements, e.g. when plastic injection molding the rotor, significantly simplified.
  • the spring elements are also advantageously made of spring steel or plastic. If the spring elements and the rotor are made of plastic, the spring elements can particularly preferably be injection molded simultaneously with the rotor, as a result of which further cost reductions can be achieved. In order to obtain manufacturing-related cost reductions for other components of the vane pump, the vanes and / or the cam ring and / or a side plate and / or a pump housing are preferably made of plastic. A thermoset is particularly preferably used as the plastic.
  • the vane pump according to the invention is particularly preferred as a prefeed pump for a fuel storage injection system, such as a common rail system.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a vane pump according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic side view of the main components of the vane pump shown in Figure 1;
  • Figure 3 is a sectional view taken along line B-B of Figure
  • Figure 4 is a sectional view taken along line A-A of Figure
  • Figure 5 is a partial sectional view taken along the line C-C in Figure 2;
  • FIG. 6 shows a perspective view of the spring element component
  • Figure 7 is an exploded perspective view of the main components of the vane pump.
  • the vane pump comprises a rotor 2, which is driven in a known manner via a drive shaft 9.
  • a plurality of cutouts 10 are formed on the rotor 2, in each of which a wing 4 is arranged.
  • the wings 4 are guided in the radially formed recesses 10.
  • the rotor 2 is further arranged in a stroke curve element designed as a ring 3.
  • the cam ring 3 is an integral part of a housing 8 of the vane pump.
  • the cam ring 3 can also be designed as a separate component.
  • the cam ring 3 is arranged eccentrically to the rotor 2, so that the chambers of the pump which are separated from one another by the individual vanes are formed in a known manner.
  • a spring component is further integrally formed in the rotor 2, which consists of a spring ring 6 and spring elements 5 arranged thereon.
  • the spring component is shown in a perspective view.
  • the spring elements 5 are arranged on the outer circumference of the ring 6 and provide a spring force in the radial direction of the ring 6.
  • the spring component is made of spring steel and can be easily punched out and Bending the spring elements 5 by about 90 ° to the ring surface.
  • the spring elements 5 are each arranged in the recesses 10 of the rotor 2 such that they bias the wings 4 radially outwards. This ensures that the vanes 4 are in contact with the stroke curve of the ring 3 in every position and at every speed of the rotor 2 (cf. FIG. 2).
  • the rotor 2 is made of plastic and the spring component is completely injected into the rotor as a prefabricated assembly. This configuration of the rotor also ensures that the two rotor end faces S, T (see FIG. 3) are of homogeneous design, so that a good seal with respect to adjacent components of the vane pump, i.e. the housing 8 and a side window 7 (see FIG. 1) is ensured.
  • the use of the ring-shaped spring component with several spring elements thus ensures that the vanes 4 are constantly in contact with the stroke curve and thus there are no losses in efficiency, even when starting an engine at low speeds. Furthermore, a lifting of the blades at high speeds and thus the volume flow pulsations are minimized.
  • the spring elements 5 support the hydraulic loading of the wings 4 on the rear.
  • the spring elements 5 are an integral part of the rotor 2, the assembly costs in particular can also be significantly reduced, since no complex positioning of spring elements in the recesses 10 of the rotor 2 is necessary.
  • a volume flow required for a high pressure pump of a storage injection system for motor vehicles during the starting process to be provided.
  • plastic is used as the material for components of the vane pump
  • a surprisingly high cost saving in manufacture can be achieved compared to the known vane pumps with metallic components.
  • the combination according to the invention of integral spring elements in a rotor of the vane pump thus enables great competitive advantages.
  • the present invention thus relates to a vane cell pump for conveying fluids with a rotor 2, a cam ring 3 and a plurality of vanes 4 which are prestressed by means of spring elements 5, the spring elements 5 being an integral part of the rotor.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe zur Förderung von Fluiden mit einem Rotor (2), einem Hubkurvenring (3) und einer Vielzahl von Flügeln (4), welche mittels Federelementen (5) vorgespannt sind, wobei die Federelemente (5) ein integraler Bestandteil des Rotors sind.

Description

Beschreibung
Flügel zellenpumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flügel zellenpumpe zur Förderung von Fluiden und insbesondere eine Flügelzellenpumpe, welche als Vorfördereinheit für ein Speichereinspritzsystem bei Kraftfahrzeugen verwendet wird.
Bei Speichereinspritzsystemen für Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise bei Common-Rail-Systemen, wird neben einer Hochdruckpumpe normalerweise auch eine Vorförderpumpe verwendet . Üblicherweise werden dabei als Vor förderpumpen Flügelzellenpumpen eingesetzt, welche den notwendigen Volumenstrom sowie eine entsprechende Druckerhöhung bereitstellen können. Flügelzellenpumpen können dabei insbesondere auch bei sehr kleinen Drehzahlen (Anlasserdrehzahl ) die notwendigen Betriebspunkte relativ gut gewährleisten . Die bekannten Flügelzellenpumpen sind dabei aus metallischen Werkstoffen hergestellt .
Bei den relativ kleinen Drehzahlen von ca . 75 U/min beim Anlassen eines Fahrzeuges ist bei den bekannten Flügelzellenpumpen j edoch nachteilig, dass die Fliehkraft der Flügel allein nicht ausreicht, um eine sichere Anlage der Flügel an eine entsprechende Hubkurve eines Ringes der Pumpe zu gewährleisten . Dadurch entsteht ein verzögerter Druckaufbau bzw. Leckagen, welche zu Wirkungsgradverlusten beim Startvorgang des Kraftfahrzeugs führen und diesen Startvorgang somit erschweren bzw . teilweise auch unmöglich machen. Weiterhin ist es möglich, dass bei sehr hohen Drehzahlen der Flügelzellenpumpe Volumenstrompulsationen auftreten, bei denen die Flügel in partiellen Winkelbereichen der Hubkurve teilweise abheben . Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine Flügelzellenpumpe bereitzustellen, welche ein sicheres Anlegen der Flügel an einem Hubkurvenelement bereitstellt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe zur Förderung von Fluiden stellt dabei sicher, dass die Flügel unabhängig von der Drehzahl ständig an einem Ring anliegen, welcher die Hubkurve der Pumpe bereitstellt. Hierzu wird jeder Flügel mittels ei- nes Federelements nach außen vorgespannt, so dass der Flügel ständig an der Hubkurve anliegt. Dabei sind die Federelemente derart ausgebildet, dass sie ein integraler Bestandteil des Rotors der Pumpe sind. Dadurch sind die Federelemente unverlierbar mit dem Rotor verbunden, so dass sich insbesondere bei der Montage der Pumpe deutliche Kostenreduzierungen ergeben. Durch diese einstückige Ausbildung von Rotor und Federelementen kann bei der Montage der mit Federelementen versehene Rotor einfach als Unterbaugruppe montiert werden, ohne dass langwierig einzelne Federelemente in den Rotor plaziert werden müssen.
Besonders bevorzugt ist der Rotor aus Kunststoff hergestellt und die Federelemente werden in den Rotor unverlierbar eingespritzt. Dadurch kann insbesondere der Rotor besonders kos- tengünstig hergestellt werden, so dass sich zusammen mit den Montagevorteilen im Vergleich zu herkömmlichen, aus Metall hergestellten Flügelzellenpumpen, eine Kostenreduzierung von über 40% ergibt. Insbesondere können durch die Verwendung von Kunststoff auch die bei metallischen Werkstoffen notwendigen mechanischen Bearbeitungsschritte deutlich reduziert werden. Bei der Verwendung von Kunststoff für den Rotor kann insbesondere sichergestellt werden, dass die Federelemente derart in den Rotor unverlierbar eingespritzt sind, dass keine Unterbrechung der Rotorstirnflächen entsteht. Dadurch wird eine homogene radiale Dichtlänge des Rotors zu den benachbarten Teilen der Pumpe sichergestellt.
Vorzugsweise werden als Federelemente Federzungen oder Spiralfedern verwendet. Die Federelemente sind dabei derart angeordnet, dass sie in Aussparungen, in denen die Flügel geführt sind, am Boden der Aussparungen positioniert sind, so dass die Flügel durch die Federelemente nach außen vorge- spannt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Federelemente an einem Ring befestigt. Dadurch ist es möglich, dass die Federelemente eben- falls als eine Baugruppe bereitgestellt werden. Die Federelemente sind am Außenumfang des Ringes angeordnet und stehen nach außen vor. Dadurch wird insbesondere die Positionierung der Federelemente, z.B. beim Kunststoffspritzen des Rotors, deutlich vereinfacht.
Weiter vorteilhaft sind die Federelemente aus Federstahl oder aus Kunststoff hergestellt. Wenn die Federelemente und der Rotor aus Kunststoff hergestellt sind, können die Federelemente besonders bevorzugt gleichzeitig mit dem Rotor ge- spritzt werden, wodurch sich weitere Kostenreduzierungen erzielen lassen. Um auch bei anderen Bauteilen der Flügelzellenpumpe herstellungsbedingte Kostenreduzierungen zu erhalten, sind vorzugsweise die Flügel und/oder der Hubkurvenring und/oder eine Seitenscheibe und/oder ein Pumpengehäuse aus Kunststoff her- gestellt. Besonders bevorzugt wird dabei als Kunststoff ein Duroplast verwendet.
Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe als Vorförderpumpe für ein Kraftstoff-Speicherein- spritzsystem, wie z.B. einem Common-Rail-System, eingesetzt.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Flügelzellenpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer Flügelzellenpumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine schematische Seitenansicht der Hauptbauteile der in Figur 1 gezeigten Flügelzellenpumpe;
Figur 3 eine Schnittansicht entlang der- Linie B-B von Figur
2;
Figur 4 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von Figur
3;
Figur 5 eine Teilschnittansicht entlang der Linie C-C in Figur 2;
Figur 6 eine perspektivische Ansicht des Federelementbauteils; und Figur 7 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Hauptbauteile der Flügelzellenpumpe.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 7 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in Figur 1 gezeigt, umfasst die Flügelzellenpumpe einen Rotor 2, welcher in bekannter Weise über eine Antriebswelle 9 angetrieben wird. Wie in den Figuren 4 und 7 gezeigt, sind am Rotor 2 mehrere Aussparungen 10 ausgebildet, in welchen jeweils ein Flügel 4 angeordnet ist. Die Flügel 4 werden dabei in den radial gebildeten Aussparungen 10 geführt.
Wie aus den Figuren 2 und 4 ersichtlich ist, ist der Rotor 2 weiter in einem als Ring 3 ausgebildeten Hubkurvenelement angeordnet. Wie in Figur 1 dargestellt, ist der Hubkurvenring 3 dabei ein integraler Bestandteil eines Gehäuses 8 der Flügelzellenpumpe. Es sei jedoch angemerkt, dass der Hubkurvenring 3 auch als separates Bauteil ausgebildet sein kann. Der Hubkurvenring 3 ist dabei exzentrisch zum Rotor 2 angeordnet, so dass in bekannter Weise die durch die einzelnen Flügel von einander getrennten Kammern der Pumpe entstehen.
Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, ist im Rotor 2 weiter ein Federbauteil integral gebildet, welches aus einem Federring 6 und daran angeordneten Federelementen 5 besteht. In Figur 6 ist das Federbauteil in perspektivischer Ansicht dargestellt. Die Federelemente 5 sind am Außenumfang des Ringes 6 angeordnet und stellen eine Federkraft in radialer Richtung des Ringes 6 bereit. Das Federbauteil ist aus Federstahl hergestellt und kann einfach durch Ausstanzen und Umbiegen der Federelemente 5 um ca. 90° zur Ringfläche hergestellt werden.
Die Federelemente 5 sind dabei jeweils in den Aussparungen 10 des Rotors 2 derart angeordnet, dass sie die Flügel 4 radial nach außen vorspannen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Flügel 4 in jeder Stellung und bei jeder Drehzahl des Rotors 2 an der Hubkurve des Ringes 3 anliegen (vgl. Figur 2) . Der Rotor 2 ist dabei aus Kunststoff hergestellt und das Feder- bauteil ist als vorgefertigte Baugruppe in den Rotor komplett eingespritzt. Durch diese Ausbildung des Rotors wird weiterhin sichergestellt, dass die beiden Rotorstirnflächen S, T (vgl. Figur 3) homogen ausgebildet sind, so dass eine gute Abdichtung hinsichtlich benachbarter Bauteile der Flügelzel- lenpumpe, d.h. dem Gehäuse 8 und einer Seitenscheibe 7 (vgl. Figur 1), sichergestellt ist.
Die Verwendung des ringförmigen Federbauteils mit mehreren Federelementen stellt somit sicher, dass die Flügel 4 ständig an der Hubkurve anliegen und somit keine Wirkungsgradver- luste, auch beim Anlassen eines Motors mit geringen Drehzahlen, auftreten. Weiterhin wird auch ein Abheben der Flügel bei hohen Drehzahlen und somit die Volumenstrompulsationen minimiert. Die Federelemente 5 unterstützen dabei die rück- seitige hydraulische Beaufschlagung der Flügel 4.
Da die Federelemente 5 ein integraler Bestandteil des Rotors 2 sind, können weiterhin auch insbesondere die Montagekosten deutlich verringert werden, da keine aufwendigen Position- ierungen von Federlementen in den Aussparungen 10 des Rotors 2 notwendig sind. Somit kann erfindungsgemäß insbesondere ein beim Startvorgang notwendiger Volumenstrom für eine Hochdruckpumpe eines Speichereinspritzsystems für Kraftfahrzeuge bereitgestellt werden. Insbesondere bei Verwendung von Kunststoff als Material für Bauteile der Flügelzellenpumpe kann eine überraschend hohe Kosteneinsparung bei der Herstellung im Vergleich zu den bekannten Flügelzellenpumpen mit metalli- sehen Bauteilen erreicht werden. Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Kombination von integralen Federelementen in einem Rotor der Flügelzellenpumpe große Wettbewerbsvorteile.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine Flügel- zellenpumpe zur Förderung von Fluiden mit einem Rotor 2, einem Hubkurvenring 3 und einer Vielzahl von Flügeln 4, welche mittels Federelementen 5 vorgespannt sind, wobei die Federelemente 5 ein integraler Bestandteil des Rotors sind.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es können verschiedene Abweichungen und Änderungen ausgeführt werden, ohne den Erfin- dungsumfang zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Flügelzellenpumpe zur Förderung von Fluiden mit einem Rotor (2) , einem Hubkurvenring (3) und einer Vielzahl von Flügeln (4), welche mittels Federelementen (5) vorgespannt sind, wobei die Federelemente (5) ein integraler Bestandteil des Rotors (2) sind.
2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e- k e n n z e i c h n e t, dass der Rotor (2) aus Kunststoff hergestellt ist und die Federelemente (5) in den Rotor (2) unverlierbar eingespritzt sind.
3. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Federelemente (5) als Federzungen oder als Spiralfedern ausgebildet sind.
4. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Federelemente (5) an einem Ring (6) angeordnet sind.
5. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Federelemente (5) aus Federstahl oder aus Kunststoff hergestellt sind.
6. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Flügel (4) und/oder der Hubkurvenring (3) und/oder eine Seitenscheibe (7) und/oder ein Pumpengehäuse (8) aus Kunststoff hergestellt sind. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a- d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Kunststoff ein Duroplast verwendet wird.
Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Flügelzellenpumpe als Vorförderpumpe für eine Hochdruckpumpe eines Speichereinspriztzsystems verwendet wird.
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