EP1642032B1 - Pumpe - Google Patents

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EP1642032B1
EP1642032B1 EP04738715A EP04738715A EP1642032B1 EP 1642032 B1 EP1642032 B1 EP 1642032B1 EP 04738715 A EP04738715 A EP 04738715A EP 04738715 A EP04738715 A EP 04738715A EP 1642032 B1 EP1642032 B1 EP 1642032B1
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EP
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pressure
reniform
pump
cross
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EP04738715A
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Ivo Agner
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ixetic Bad Homburg GmbH
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ixetic Bad Homburg GmbH
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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
    • 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
    • F04C15/0042—Systems for the equilibration of forces acting on the machines or pump
    • F04C15/0049—Equalization of pressure pulses
    • 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
    • F04C2250/00—Geometry
    • F04C2250/10—Geometry of the inlet or outlet
    • F04C2250/102—Geometry of the inlet or outlet of the outlet

Definitions

  • the invention relates to a pump, such as a vane pump or roller-cell pump, in particular for transmission oil for automatic transmission, with a Hubkonturring, with a rotor with radial slots, in which wings or rollers are arranged radially displaceable, with side plates or housing side walls, which axially bound the rotation group laterally, wherein in the side plates or housing side walls in the printing area ejection openings, so-called pressure kidneys are arranged.
  • a pump is eg from the US-A-2 291 856 known.
  • Transmission pumps for automatic transmissions usually work with foamed gear oil and have a suction filter. Due to the undissolved air in the oil, air accumulation in the filter can occur. Here are many small to large bubbles together. If now such a bubble sucked in, it comes to crackling noises.
  • the air bubble causes, for example, in a vane pump, a large part of the cell is filled with air and in the context of over pressure equalizing notches or intermediate capacities (see DE 10027990 ), which are arranged in the so-called Vorkompressions Scheme controlled pressure equalization process, the time is insufficient to fill the cell with oil.
  • the pressure equalization process is now completed relatively abruptly when opening the large pressure kidneys of the standard pumps. This impact creates very high pressure peaks, which are acoustically reflected in the crackling noise.
  • the cavitation vacuole is directly comparable in effect to a large bubble.
  • a pump such as vane pump or roller-cell pump, in particular for transmission oil for automatic transmission, with a Hubkonturring, with a rotor with radial slots, in which wings are arranged radially displaceable, with side plates or housing side walls, which axially bound the rotation group laterally, wherein in the side plates or housing side walls in the printing area ejection openings, so-called Drucknieren, are arranged, wherein the cross-sectional areas of both pressure kidneys of a printing area are unequal size, that is arranged asymmetrically.
  • a pump is preferred in which the cross-sectional area of the pressure kidney of this pressure range, which is connected to the pressure output, is greater than z.
  • a pump is further preferred in which the area ratio of the pressure kidney of a pressure area connected to the pressure outlet to the pressure level of the same pressure area not connected to the pressure outlet is less than or equal to 70 to 30 when the pressure levels are above one Rotation angle of 20 ° are open.
  • a pump according to the invention is characterized in that the cross-sectional areas of the (gently opening) pressure kidneys are produced by covering the pressure kidney edges of the side plates with the stroke ring contour.
  • a pump is preferred in which the cross-sectional areas of the (gently opening) pressure kidneys are created by covering the pressure kidney edges of the side plates with the rotor. Furthermore, a pump is preferred in which the cross-sectional areas of the (gently opening) pressure kidneys are produced by creating continuously expanding pressure kidneys on the side plates or side walls or on the contour ring.
  • FIG. 1 shows in supervision a rotation group with much smaller print kidneys from both sides.
  • a rotor 3 is rotatably arranged.
  • the rotor 3 has a plurality of radially displaceable vanes 5, which slide in vane slots 7 in the rotor.
  • the direction of rotation of the rotor for the two views is indicated in each case by a direction of rotation arrow 9.
  • FIG. 1b z. B. resulting in the direction of rotation 9 cells enlarging in the area 11, which can suck 12 oil from the existing there suction kidney.
  • a pressure equalization notch 17 is arranged in the pre-compression area, which already allows a certain precompression in the great circle area, before the cross-sectional area 13 of a pressure kidney of a pressure range (a tide) of the pump, based on one and the same cell, ie within the area of a cell, is opened to the outlet.
  • the pressure kidneys begin there or a little later, where the leading wing of the considered cell leaves the precompression area (great circle area) with its opening edge.
  • the position of the pressure kidneys and thus the ejection area can be advanced in the direction of rotation with respect to a standard pump.
  • the discharge area can be formed in the Hubkonturring (1) by a parabolic contour function. The general function of such a vane pump with its suction and ejection operations is known.
  • FIG. 1a the other side of the rotation group is displayed.
  • the curve of the derivative of the cell volume formed between two vanes, the rotor, the ring and the plane surfaces of the side plates is represented by the angle of rotation over the angle of rotation, with respect to the trailing wing.
  • the Curve of the region 33 for the Vorkompressionskerbe 17 and the region 35, where the reduced pressure kidney is opened shown schematically.
  • the curve 20 thus represents the derivative of the cell volume according to the angle of rotation, plotted against the angle of rotation.
  • the area 22 of the curve 20 thus represents the above-mentioned function in the intake of the vane pump. It extends to the point 24, and there is the function in the Vorkompressions Scheme 26 via.
  • the pre-compression region 26 is arranged in the so-called large-circle region of the stroke contour.
  • the function from the precompression area then merges into the discharge area 30 of the vane pump. From this point 38 the connection of the cell with the pressure kidney is made up to the point 32.
  • the discharge area 30 extends to the point 32. Since this is a double-stroke, (double-flow) pump, the stroke contour repeats and thus also the above mentioned function.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Pumpe, wie Flügelzellenpumpe oder Rollenzellenpumpe, insbesondere für Getriebeöl für Automatikgetriebe, mit einem Hubkonturring, mit einem Rotor mit radialen Schlitzen, in welchen Flügel oder Rollen radial verschieblich angeordnet sind, mit Seitenplatten oder Gehäuseseitenwänden, welche die Rotationsgruppe axial seitlich begrenzen, wobei in den Seitenplatten oder Gehäuseseitenwänden im Druckbereich Ausstoßöffnungen, so genannte Drucknieren, angeordnet sind. Eine solche Pumpe ist z.B. aus der US-A-2 291 856 bekannt.
  • Getriebepumpen für Automatikgetriebe arbeiten üblicherweise mit verschäumtem Getriebeöl und haben einen Saugfilter. Aufgrund der ungelösten Luft im Öl kann es zu Luftansammlungen im Filter kommen. Hierbei schließen sich viele kleine zu großen Luftblasen zusammen. Wird nun eine solche Luftblase angesaugt, kommt es zu Knackgeräuschen. Die Luftblase bewirkt, dass beispielsweise in einer Flügelzellenpumpe ein Großteil der Zelle mit Luft gefüllt ist und im Rahmen des über Druckausgleichskerben oder Zwischenkapazitäten (siehe DE 10027990 ), welche in dem so genannten Vorkompressionsbereich angeordnet sind, gesteuerten Druckausgleichsvorganges die Zeit nicht ausreicht, die Zelle mit Öl zu füllen. Der Druckausgleichsvorgang wird nun relativ schlagartig beim Öffnen der großen Drucknieren der Standardpumpen vollendet. Diese Schlagartigkeit erzeugt sehr hohe Druckspitzen, die sich im Knackgeräusch akustisch widerspiegeln.
  • Kritische Betriebszustände für diesen Fall sind:
    • Niedrige Drehzahlen und hohe Drücke, da hier aufgrund der geringen Strömungsgeschwindigkeiten durch den Filter die Luftblasenansammlungen besonders stark sind.
  • Das beim Starten entstehenden Geräusch, wenn das Ansaugrohr der Pumpe teilweise leer gelaufen ist.
  • Das Geräusch, wenn die Pumpe in Kavitation arbeitet, beispielsweise bei niedrigen Öltemperaturen. Die Kavitationsvakuole ist in der Wirkung direkt mit einer großen Luftblase vergleichbar.
  • In all diesen Zuständen ist bei einer Standardpumpe der Drehwinkel für die Druckausgleichsvorgänge im Vorkompressionsbereich nicht ausreichend, die Zelle zu füllen. Eine Beschleunigung der Druckausgleichsvorgänge durch z. B. größere Druckausgleichskerben im Vorkompressionsbereich führt zu einer unzulässigen Verschlechterung des Geräusches durch ansteigende Druckgradienten in den anderen Betriebszuständen.
  • In der Schrift US 2 291 856 ist eine Flügelzellenpumpe dargestellt, bei welcher die Querschnittsflächen der Drucknieren über dem Drehwinkel progressiv ansteigen und bei weiterem Drehverlauf entweder linear bleiben oder progressiv oder degressiv sich weiter verändern. In der Druckschrift EP 0 816 681 A2 sind vordere und hintere Seitenplatten mit Ausführungen der vorderen und hinteren Drucknieren dargestellt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Pumpe darzustellen, die diese Probleme nicht aufweist.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Pumpe, wie Flügelzellenpumpe oder Rollenzellenpumpe, insbesondere für Getriebeöl für Automatikgetriebe, mit einem Hubkonturring, mit einem Rotor mit radialen Schlitzen, in welchen Flügel radial verschieblich angeordnet sind, mit Seitenplatten oder Gehäuseseitenwänden, welche die Rotationsgruppe axial seitlich begrenzen, wobei in den Seitenplatten oder Gehäuseseitenwänden im Druckbereich Ausstoßöffnungen, so genannte Drucknieren, angeordnet sind, wobei die Querschnittsflächen beider Drucknieren eines Druckbereiches ungleich groß, also unsymmetrisch angeordnet sind. Auch wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher die Querschnittsfläche der Druckniere dieses Druckbereiches, welche mit dem Druckausgang verbunden ist, größer ist als z. B. die gegenüberliegende Querschnittsfläche der Druckniere dieses Druckbereiches, welche nicht mit dem Druckausgang verbunden ist (also keine Durchgangsöffnung besitzt und damit einen so genannten Schattenport darstellt). Das hat den Vorteil, dass die mit dem Druckausgang verbundene Druckniere weniger Widerstand und damit weniger Verluste beim Ausstoßen des Fluids aus der zu verdichtenden Zelle erzeugt.
  • Es ist hier unwesentlich, ob nur eine Druckniere direkt mit dem Druckausgang verbunden ist oder beide (bezogen auf einen Druckbereich), da das Öl praktisch an den Flügelseiten vorbei von der vorlaufenden Zelle in die zu befüllende Zelle fließen kann.
  • Man kann deswegen das Öffnungsverhalten auch unsymmetrisch gestalten, d.h., die Druckniere auf der einen Seite etwas schneller öffnen lassen als auf der anderen Seite, bezogen auf den selben Druckbereich. Das ist insofern von Vorteil, wenn die Druckniere nur einer Seitenplatte direkt mit dem Druckausgang verbunden ist, um gerade auf dieser Seite noch eine große Querschnittsfläche zu erzielen.
  • Daher wird weiterhin eine Pumpe bevorzugt, bei welcher das Flächenverhältnis der Druckniere eines Druckbereiches, die mit dem Druckausgang verbunden ist, zu der Druckniere des selben Druckbereiches, die nicht mit dem Druckausgang verbunden ist, kleiner gleich 70 zu 30 beträgt, wenn die Drucknieren über einem Drehwinkel von 20° geöffnet sind.
  • Eine erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass die Querschnittsflächen der (sanft öffnenden) Drucknieren durch Überdeckung der Drucknierenkanten der Seitenplatten mit der Hubringkontur erzeugt werden. Das hat folgende Vorteile: Wenn die Zelle wegen großer Luftblasen oder Kavitation oder ähnlichem nicht richtig gefüllt ist, kann das verbleibende Öl aufgrund der Fliehkraft in der Zelle nach außen geschleudert werden. Hierbei erscheint es zweckmäßiger, nach Öffnen der Drucknieren mit dem von der Druckseite rückfließenden Öl eine Ölsäule vor sich her zu schieben, als das Öl direkt in die Luftblase oder Vakuole reinschießen zu lassen.
  • Auch wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher die Querschnittsflächen der (sanft öffnenden) Drucknieren durch Überdeckung der Drucknierenkanten der Seitenplatten mit dem Rotor erzeugt werden. Weiterhin wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher die Querschnittsflächen der (sanft öffnenden) Drucknieren durch Schaffung sich stetig erweiternder Drucknieren an den Seitenplatten oder Seitenwänden bzw. am Konturring erzeugt werden.
  • Weiterhin gibt es die Möglichkeit, eine Flächenminderung der Drucknierenflächen durch eine große Druckkerbe, eine Abflachung oder Ähnliches zu realisieren. Da dies aber aus Platzgründen bei mehrhubigen Flügelzellenpumpen im Ausstoßbereich erfolgen muss, geht diese Fläche direkt zusätzlich als Ausstoßfläche verloren und erzeugt zusätzliche Druckverluste bei höheren Drehzahlen.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben.
    • Figur 1
    zeigt zwei Aufsichten auf eine Rotationsgruppe, die einen allgemeinen Aufbau einer Pumpe zeigt ohne die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
    Figur 2
    zeigt zwei Aufsichten auf eine Rotationsgruppe mit Drucknieren einer Standardpumpe.
    Figur 3
    zeigt eine Kurve mit der Ableitung des Zellvolumens nach dem Drehwinkel über dem Drehwinkel und den entsprechenden Winkelbereichen der Druckniere des Pumpe nach Figur. 1.
  • Figur 1 zeigt in Aufsicht eine Rotationsgruppe mit wesentlich verkleinerten Drucknieren von beiden Seiten. Innerhalb eines Hubkonturrings 1 ist ein Rotor 3 drehbar angeordnet. Der Rotor 3 weist mehrere radial verschiebliche Flügel 5 auf, welche in Flügelschlitzen 7 im Rotor gleiten. Die Drehrichtung des Rotors für die beiden Ansichten wird jeweils durch einen Drehrichtungspfeil 9 angegeben. In Figur 1b z. B. ergeben sich bei der Drehrichtung 9 vergrößernde Zellen im Bereich 11, welche aus der dort vorhandenen Saugniere 12 Öl ansaugen können. Im Druckbereich ist die verkleinerte Querschnittsfläche 13 einer Druckniere eines Druckbereiches (einer Flut) der Pumpe, bezogen auf ein- und dieselbe Zelle, also innerhalb des Bereiches einer Zelle, dargestellt, die teilweise durch eine Aushöhlung 15 in der Seitenplatte hinter dem Hubkonturring (1) sich fortsetzt und über dem Drehwinkel etwa eine konstante oder leicht zunehmende Breite aufweist. Vor dem Druckbereich ist im Vorkompressionsbereich eine Druckausgleichskerbe 17 angeordnet, welche eine gewisse Vorkompression im Großkreisbereich schon zulässt, bevor die Querschnittsfläche 13 einer Druckniere eines Druckbereiches (einer Flut) der Pumpe, bezogen auf ein- und dieselbe Zelle, also innerhalb des Bereiches einer Zelle, zum Auslass geöffnet wird. Die Drucknieren beginnen da oder etwas später, wo der vorlaufende Flügel der betrachteten Zelle mit seiner öffnenden Kante den Vorkompressionsbereich (Großkreisbereich) verlässt. Dabei kann die Lage der Drucknieren und damit der Ausstoßbereich in Drehrichtung vorverschoben sein gegenüber einer Standardpumpe. Der Ausstoßbereich kann im Hubkonturring (1) durch eine parabelförmige Konturfunktion ausgebildet sein. Die generelle Funktion einer derartigen Flügelzellenpumpe mit ihren Ansaug- und Ausstoßvorgängen ist bekannt. In der Ansicht in Figur 1a wird die andere Seite der Rotationsgruppe dargestellt. Auch hier ist die Querschnittsfläche 13 einer Druckniere eines Druckbereiches (einer Flut) der Pumpe, bezogen auf ein- und dieselbe Zelle, also innerhalb des Bereiches einer Zelle, mit einem Teilbereich 15 durch eine Aushöhlung in der Seitenplatte hinter dem Hubkonturring dargestellt. Auf dieser Druckplattenseite entfällt allerdings die Vorkompressionskerbe 17.
  • Im Gegensatz dazu weisen Standardflügelzellenpumpen, wie in Figur 2 dargestellt, hinter der Vorkompressionskerbe 17 eine Druckniere 19 auf, welche sich sofort mit einem sehr großen Querschnitt öffnet und damit sofort die Zelle im Druckbereich relativ widerstandsfrei mit dem gesamten Druckbereich außerhalb der Rotationsgruppe verbindet. Alle anderen Bauteile haben die gleiche Struktur wie in Figur 1 und sollen daher zur Vermeidung von Wiederholungen nicht noch einmal beschrieben werden.
  • In Figur 3 ist die Kurve der Ableitung des Zellvolumens, welches zwischen zwei Flügeln, dem Rotor, dem Ring und den Planflächen der Seitenplatten ausgebildet wird, nach dem Drehwinkel über dem Drehwinkel dargestellt, bezogen auf den nachlaufenden Flügel. Zusätzlich ist unter der Kurve der Bereich 33 für die Vorkompressionskerbe 17 und der Bereich 35, wo die verkleinerte Druckniere geöffnet ist, schematisch dargestellt.
  • Die Kurve 20 stellt also die Ableitung des Zellvolumens nach dem Drehwinkel, aufgetragen über dem Drehwinkel dar. Der Bereich 22 der Kurve 20 stellt damit die oben genannte Funktion im Ansaugbereich der Flügelzellenpumpe dar. Er erstreckt sich bis zum Punkt 24, und dort geht die Funktion in den Vorkompressionsbereich 26 über. Der Vorkompressionsbereich 26 ist im so genannten Großkreisbereich der Hubkontur angeordnet. Im Punkt 28 geht die Funktion aus dem Vorkompressionsbereich dann in den Ausstoßbereich 30 der Flügelzellenpumpe über. Ab diesem Punkt 38 wird die Verbindung der Zelle mit der Druckniere hergestellt bis zum Punkt 32. Der Ausstoßbereich 30 erstreckt sich bis zum Punkt 32. Da es sich in diesem Fall um eine doppelhubige, (zweiflutige) Pumpe handelt, wiederholt sich die Hubkontur und damit auch die oben genannte Funktion.

Claims (6)

  1. Pumpe, wie Flügelzellenpumpe oder Rollenzellenpumpe, insbesondere für Getriebeöl für Automatikgetriebe, mit einem Hubkonturring (1), mit einem Rotor (3) mit radialen Schlitzen (7), in welchen Flügel (5) oder Rollen radial verschieblich angeordnet sind, mit Seitenplatten oder Gehäuseseitenwänden, welche die Rotationsgruppe axial seitlich begrenzen, wobei in den Seitenplatten oder Gehäuseseitenwänden im Druckbereich der Pumpe die Ausstoßöffnungen, so genannte Drucknieren, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen (13) beider Drucknieren eines Druckbereiches ungleich groß, also unsymmetrisch angeordnet sind.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (13) der Druckniere eines Druckbereiches, welche mit dem Druckausgang verbunden ist, größer ist als die Querschnittsfläche (13) der Druckniere dieses Druckbereiches, welche nicht mit dem Druckausgang verbunden ist und somit einen genannten Schattenport ohne Durchgangsöffnung darstellt.
  3. Pumpe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenverhältnis der Druckniere eines Druckbereiches, die mit dem Druckausgang verbunden ist, zur der Druckniere dieses Druckbereiches, die nicht mit dem Druckausgang verbunden ist (Schattenport), kleiner gleich 70 zu 30 beträgt, wenn die Drucknieren über einen Drehwinkel von 20° geöffnet sind.
  4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen (13) der Drucknieren eines Druckbereiches durch Überdeckung (15) der Drucknierenkanten der Seitenplatten mit der Hubringkontur (1) erzeugt werden.
  5. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen (13) der Drucknieren eines Druckbereiches durch Überdeckung der Drucknierenkanten der Seitenplatten mit dem Rotor (3) erzeugt werden.
  6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen (13) der Drucknieren durch Schaffung sich stetig erweiternder Drucknieren an den Seitenplatten oder Seitenwänden bzw. am Konturring (1) erzeugt werden.
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