WO1996013665A1

WO1996013665A1 - Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: WO1996013665A1
Application number: PCT/EP1995/004129
Authority: WO
Inventors: Johann Merz
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 1994-10-29
Filing date: 1995-10-21
Publication date: 1996-05-09
Also published as: DE4438696A1; EP0795086B1; EP0795086A1; KR970707389A; DE59502366D1; ES2116778T3; BR9509452A; JPH10508355A; KR100380294B1; JP3830514B2; US5800135A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit einem Stromregelventil (13), auf dessen Regelkolben (17) einerseits der Förderdruck und andererseits der Auslaßdruck sowie eine Federkraft wirkt. Der Regelkolben (17) arbeitet dabei als Druckwaage, wobei der Differenzdruck bei steigender Pumpendrehzahl als Meßgröße für die abgeregelte Fördermenge dient. Der am Regelkolben (17) abgeregelte Förderstrom wird über einen Abspritzkanal (25) in einen Verteilerabschnitt (20) eingeleitet, der über gebogene Saugarme (21 und 22) mit Saugzonen (23 bzw. 24) in Verbindung steht. Das Hauptmerkmal der Erfindung besteht darin, daß der Verteilerabschnitt (20) und die Saugarme (21 und 22) sich an einer Antriebswelle (12) anschmiegen. Die Antriebswelle (12) wirkt daher als Stromteiler. Außerdem mündet der Abspritzkanal (25) mittig in den Verteilerabschnitt (20) ein, so daß sich einerseits das abgespritzte Öl und andererseits das zusätzlich über einen Saugkanal (18) herangeführte Ansaugöl gleichmäßig auf beide Saugzonen (23 und 24) aufteilt. Da das Drucköl auf die Antriebswelle (12) aus hartem Material auftrifft und an dieser auf einem Teil seines Strömungsweges entlanggeführt ist, kann in diesem Bereich keine Kavitation oder Abrasion auftreten.

Description

Flügelzellenpumpe

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit ei- nem in einem Gehäuse gelagerten Kurvenring und einem durch eine .Antriebswelle antreibbaren Rotor mit radialen Schlit¬ zen. In die radialen Schlitze sind Arbeitsschieber einge¬ setzt, die im Kurvenring dichtend entlanggleiten. Zwischen dem Kurvenring, dem Rotor und den .Arbeitsschiebern sind Arbeitskammern gebildet, die durch Steuerplatten in axialer Richtung begrenzt sind. Im Gehäuse ist ein einerseits vom Förderdruck und andererseits vom Auslaßdruck plus einer Federkraft beaufschlagtes Stromregelventil eingebaut, das eine Verbindung von einer Druckkammer zu einem mit der Saugseite verbundenen Abspritzkanal herstellen kann. Außer¬ dem ist ein Saugkanal in zwei zu Saugzonen geführte, sym¬ metrisch angeordnete, gebogene Saugarme aufgeteilt, die in der Stirnwand eines Gehäuses liegen.

Eine derartige Flügelzellenpumpe ist beispielsweise aus der US-PS 5 112 199 bekannt. Diese Pumpe hat zwei vom Stromregelventil abgehende und mit den beiden Saugzonen verbundene .Abspritzkanäle. Die Saugzonen stehen außerdem noch über zwei Nuten mit einer unterhalb des Stromregelven- tils liegenden Einlaßbohrung in Verbindung. Ein derartiges System mit zwei Abspritzkanälen ist verhältnismäßig teuer. Außerdem können diese Kanäle beim Abspritzen des Öls durch Toleranzen unterschiedlich wirksam werden. Dies bedeutet, daß sich eine der beiden Saugzonen nur verzögert auflädt. Durch die unterschiedliche Befüllung der Saugzonen können Geräusche entstehen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Pumpe in ihrem Abspritz- und Saugbereich so zu verbessern, daß sich auch bei hohen Pumpendrehzahlen ein günstiges Ge¬ räuschverhalten bei geringen Herstellungskosten ergibt.

Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 gekennzeich- nete Flügelzellenpumpe dadurch gelöst, daß der Saugkanal in einen mittig zum Stromregelventil liegenden Verteilerab¬ schnitt mündet, von dem die gebogenen Saugarme ausgehen, wobei der Verteilerabschnitt und die gebogenen Saugarme so angeordnet sind, daß die .Antriebswelle oder deren Gleitla- gerbuchse als Stromteiler wirkt. Der Abspritzkanal des

Stromregelventils mündet dabei mittig in den Verteilerab¬ schnitt.

Nach dem Hauptmerkmal bildet die aAntriebswelle mit ihrer Kontur im Verlauf des Verteilerabschnitts und auf einer Teillänge der Saugarme die innere Kanalwandung. Das am Stromregelventil über den Abspritzkanal in den Vertei¬ lerabschnitt abgeregelte Öl trifft auf die Antriebswelle und strömt beidseitig der Welle ohne große Widerstände über die gebogenen Saugarme in die Saugzonen ab. Da nur ein .Ab- spritzkanal im Zentrum des Verteilerabschnitts liegt, läßt sich das Öl gleichmäßig auf die Saugzonen verteilen. Die aAntriebswelle als Stromteiler hat noch einen weiteren Vor¬ teil: Da das am Stromregelventil mit hoher Geschwindigkeit abgeregelte Öl auf die .Antriebswelle aus hartem Stahl auf¬ trifft, kann an dieser Stelle keine Kavitation bzw. Abra¬ sion auftreten. Bei einer Ausführung der Kanalwandungen aus Druckguß, aus welchem in der Regel das gesamte Gehäuse be¬ steht, wäre ein derartiger Verschleiß im empfindlichen Ver- teilerbereich nicht auszuschließen.

Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Er¬ findung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfin¬ dung ist jedoch nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und ein¬ zelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

In einer Ausführungsform nach Anspruch 2 ist eine Gleitlagerbuchse der Antriebswelle als Stromteiler ausge¬ führt, wobei sich die Gleitlagerbuchse etwa bis zu der in¬ neren Steuerplatte erstreckt. Da die Gleitlagerbuchse als Zweistofflager ausgeführt ist, trifft der Abregelstrahl der Abspritzbohrung wiederum auf den harten Stahlaußenmantel der Buchse.

Nach Anspruch 3 kann die Bohrung des Stromregelventils von einem Druckraum ausgehend um etwa 15° zur Antriebswelle hin geneigt sein. Diese Maßnahme ergibt einen günstigen Ab- spritzwinkel und damit einen besseren Wirkungsgrad (Aufla¬ dung) des abgeregelten Öls.

Nach Anspruch 4 fließt das Lecköl aus dem Bereich des Rotors über die Saugarme unmittelbar den Saugzonen zu. Durch diese Maßnahme läßt sich eine Schmiernut zur Rückfüh¬ rung des Öls im Gleitlager der Antriebswelle einsparen.

In der Beschreibung und in den Ansprüchen ist nur eine Kombinationsmöglichkeit in bezug auf die Ausgestaltung und Anwendung ausführlich dargestellt. Dem Leser wird empfoh¬ len, jede Aussage auch einzeln zu betrachten und ihre Brauchbarkeit in anderen Zusammenhängen und Kombinationen zu überprüfen, dies insbesondere im Zusammenhang mit dem angeführten Stand der Technik. Naheliegende Möglichkeiten ergeben sich für den Fachmann, wenn er die geschilderten Maßnahmen wegen der damit verbundenen Vorteile benutzt.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand der Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsge¬ mäße Flügelzellenpumpe;

Fig. 2 eine Draufsicht nach der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Teil-Längsschnitt durch eine Ausfüh- rungsform mit einer in einer Gleitlagerbuch¬ se gelagerten Antriebswelle;

Fig. 4 den Querschnitt nach der Linie IV-IV in

Fig. 3 und

Fig. 5 einen Teil-Längsschnitt durch eine weitere

Ausführungsform mit einem quer angeordneten

Stromregelventil.

Die Flügelzellenpume dient zum Fördern von Drucköl aus einem nicht dargestellten Behälter zu einem nicht darge¬ stellten Verbraucher, beispielsweise einer Hilfskraftlen¬ kung.

In Fig. 1 und 2 ist in einem ölgefüllten Druckraum 1 eines Gehäuses 2 ein Rotorensatz 3 eingesetzt. Der Rotoren¬ satz 3 besteht aus einem Kurvenring 4 und einem Rotor 5. Der Rotor 5 ist im Inneren des Kurvenringes 4 angeordnet und weist radial gerichtete Schlitze auf, in denen Flügel 6 verschiebbar sind. Zwischen dem Kurvenring, dem Rotor 5 und den Flügeln 6 sind Arbeitskammern gebildet, die von Steuer¬ flächen benachbarter Steuerplatten 7 und 8 in axialer Rich¬ tung begrenzt sind. Die Pumpe entspricht einer doppelhubi- gen Ausführung. Das Gehäuse 2 ist aus einem Lagergehäuse 10 und einem topfförmigen Gehäusedeckel 11 zusammengesetzt. Der Rotor 5 sitzt drehfest auf einer .Antriebswelle 12, die sich in dem Lagergehäuse 10 abstützt. Die Lagerstelle in dem Lagerge¬ häuse 10 ist die einzige Lagerung der Antriebswelle 12. Dies bedeutet, daß die Antriebswelle 12 in dem Gehäusedek- kel 11 in radialer Richtung nicht gelagert ist. Die An¬ triebswelle stützt sich vielmehr an dem Gehäusedeckel 11 in axialer Richtung ab.

Neben einem nicht sichtbaren Sauganschluß für den An¬ schluß des Behälters sowie einem gleichfalls nicht sicht¬ baren Druckanschluß für den Verbraucher ist in dem Lagerge¬ häuse 10 ein Stromregelventil 13 für die Regelung des zu dem Druckanschluß geführten Drucköls vorgesehen. Die Aus¬ bildung des Stromregelventils 13 und eines außerdem noch vorhandenen, nicht sichtbaren Druckbegrenzungsventils ist allgemein bekannt, beispielsweise aus der US-PS 5 098 259 und wird daher nicht näher beschrieben. Ebenso sind die Druckkanäle, die die Arbeitskammern mit dem Stromregelven¬ til 13 und dem Druckbegrenzungsventil verbinden, in dem Lagergehäuse 10 angeordnet. Auch diese Kanäle sind allge¬ mein bekannt und werden deshalb nicht näher beschrieben.

Die Steuerplatte 7 hat eine Drossel 14 und einen

Durchbruch 14A. Die Drossel und der Durchbruch stehen mit den zwischen dem Rotor 5, dem Kurvenring 4 und den Flügeln 6 gebildeten druckführenden Arbeitskammern in Ver¬ bindung. Im Druckraum 1 herrscht dabei der Förderdruck. Der Förderdruck wird über die Drossel 14 und einen Auslaß¬ kanal 19 dem Verbraucher zugeführt. An den Durchbruch 14A schließt axial eine Kolbenbohrung 15 des Stromregelven¬ tils 13 an. Die Kolbenbohrung 15 enthält einen Regelkol¬ ben 17, auf den eine in einen Federraum 15A eingesetzte Feder 16 drückt. Die Kolbenbohrung 15 steht über eine Boh- rung 27 mit dem Auslaßkanal 19 in Verbindung. Wie am besten die Draufsicht nach Fig. 2 erkennen läßt, steht ein Saugka¬ nal 18 über einen Verteilerabschnitt 20 und zwei gebogene Saugarme 21 und 22 mit Saugzonen 23 bzw. 24 in Verbindung. Es ist für die Strömung günstig, den an den Behälter ange¬ schlossenen Saugkanal 18 im Zentrum des Verteilerab¬ schnitts 20 einmünden zu lassen. Die Saugzonen 23 und 24 bilden in bekannter Weise die Einlasse in die zwischen den Flügeln 6 liegenden Arbeitskammern der Pumpe. Nach der Er- findung liegt der Verteilerabschnitt 20 mittig unterhalb des Stromregelventils 13. Der Verteilerabschnitt 20 und die Saugarme 23 und 24 sind so angeordnet, daß die Antriebswel¬ le 12 als Stromteiler wirkt. Die Antriebswelle bildet somit einen Teil der innenliegenden Kanalwandung. Zur Erfindung gehört außerdem noch ein mittig in den Verteilerabschnitt 20 einmündender Abspritzkanal 25 des Stromregelventils 13. Über den Abspritzkanal 25 regelt der Regelkolben 17 des Stromregelventils 13 den bei höheren Drehzahlen geförderten Überschußstrom in die Saugzonen 23, 24 ab. Da die Antriebs- welle 12 die innere Kanalwandung des Verteilerabschnitts 20 und der Saugarme 21, 22 bildet, erhält man eine strömungs- günstige Kanalführung mit guter Aufladewirkung und mit ei¬ ner gleichmäßigen Aufteilung des gesamten Ansaugstromes. Der über den Abspritzkanal 25 in den Verteilerabschnitt 20 einschießende Strahl reißt dabei das über den Saugkanal 18 herangeführte Öl mit, wodurch sich die Aufladung zusätzlich verbessert. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Abspritz¬ kanal 25 zum Verteilerabschnitt 20 hin geneigt ist (Fig. 1), damit der mit hoher Geschwindigkeit in den Ab- spritzkanal 25 eintretende Strahl nicht auf die Kanalwan¬ dung, sondern auf die aus hartem Material gefertigte An¬ triebswelle 12 auftrifft. Dadurch läßt sich Kavitation und Abrasion im Abspritzkanal 25 vermeiden. Das Lecköl aus dem Bereich des Rotors 5 läßt sich zweckmäßig über die Saug- arme 21, 22 unmittelbar in die Saugzonen 23, 24 zurückführen, In den Fig. 3 und 4 stützt sich die Antriebswelle 12 in einer Gleitlagerbuchse 26 ab. Die als Stromteiler wir¬ kende Buchse 26 ist als Zweistofflager ausgeführt, d. h., der Außenmantel besteht z. B. aus Stahl, während die Innen- fläche aus Buntmetall gefertigt ist. Hier ergeben sich die¬ selben Vorteile wie bereits in Verbindung mit Fig. 1 er¬ wähnt. Läßt man zwischen der Stirnplatte 7 und der Gleit¬ lagerbuchse 26 einen kleinen Spalt "S" frei, so kann durch diesen Spalt das Lecköl wiederum aus dem Bereich des Rotors 5 den Saugarmen 21, 22 und damit den Saugzonen 23, 24 zufließen.

In Fig. 5 ist eine weitere Variante dargestellt, in welcher die Kolbenbohrung 15 des Stromregelventils 13 von dem Druckraum 1 ausgehend um etwa 15° zur Antriebswelle 12 hin geneigt ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Abspritzkanal beim Öffnen durch den Regelkolben 17 in einem weiten Bereich parallel oder nahezu parallel zum Abspritz¬ kanal 25 gerichtet ist und der Ölstrahl auf die kavita- tionsresistente Antriebswelle 12 trifft.

Das Stromregelventil 13 arbeitet wie folgt: Mit steigender Drehzahl nimmt der Differenzdruck wegen der Drossel 14 auf die dem Durchbruch 14A zugewandte Stirnflä- ehe des Regelkolbens 22 zu. Der Regelkolben 22 wirkt als Druckwaage und verschiebt sich gegen die Kraft einer Feder 23 und gegen die Kraft des hinter dem Regelkolben herrschenden Auslaßdruckes nach links. Dabei öffnet die Stirnfläche des Regelkolbens 22 den Abspritzkanal 25. Ein Teilstrom gelangt somit in bekannter Weise wieder auf die Zulaufseite der Pumpe. Man erhält somit eine waagerechte oder fallende Nutzstromkennlinie. Bezugszeichen

1 Druckraum

2 Gehäuse

3 Rotorsatz

4 Kurvenring

5 Rotor

6 Flügel

7 Steuerplatte

8 Steuerplatte

9 Saugkanal

10 Lagergehäuse

11 Gehäusedeckel

12 Antriebswelle

13 Stromregelventil

14 Durchbruch

14A Durchbruch

15 Kolbenbohrung

15A Federraum

16 Feder

17 Regelkolben

18 Saugkanal

19 Auslaßkanal

20 Verteilerabschnitt

21 Saugarm

22 Saugarm

23 Saugzone

24 Saugzone

25 Abspritzkanal

26 Gleitlagerbuchse

27 Bohrung

"S" Spalt

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Flügelzellenpumpe mit folgenden Merkmalen: - in einem Gehäuse (2) ist ein Kurvenring (4) gelagert; ein durch eine Antriebswelle (12) antreibbarer Rotor (5) hat radiale Schlitze, in welche an den Kurvenring (4) dichtend entlanggleitende Arbeitsschie¬ ber (6) eingesetzt sind; - zwischen dem Kurvenring (4), dem Rotor (5) und den

Arbeitsschiebern (6) sind Arbeitskammern gebildet, die durch Steuerplatten in axialer Richtung begrenzt sind; im Gehäuse ist ein einerseits vom Förderdruck und andererseits vom Auslaßdruck plus einer Federkraft beaufschlagtes Stromregelventil (13) eingebaut, das eine Verbindung von einer Druckkammer (1 ) zu einem Abspritzkanal (25) herstellen kann; ein Saugkanal (18) ist in zwei zu Saugzonen (23, 24) geführte, symmetrisch angeordnete, gebogene Saug- arme (21 bzw. 22) aufgeteilt, die in einer Stirnwand des Gehäuses liegen, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Merkmale: der Saugkanal (18) mündet in einen mittig zum Stromre¬ gelventil (13) liegenden Verteilerabschnitt (20), von dem die gebogenen Saugarme (21 und 22) ausgehen; der Verteilerabschnitt (20) und die gebogenen Saug¬ arme (21 und 22) sind so angeordnet, daß die Antriebs¬ welle (12) als Stromteiler wirkt und der Abspritzkanal (25) des Stromregelventils (13) mündet mittig in den Verteilerabschnitt (20).

2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß eine Gleitlagerbuchse (26) der Antriebswelle (12) als Stromteiler ausgeführt ist und die Gleitlagerbuchse (26) sich bis in die Nähe der inneren Steuerplatte (7) erstreckt (Fig. 3).

3. Flügelzellenpumpe nach aAnspruch 1, dadurch g e - k e n n z e i c h n e t , daß die einen Regelkolben (17) enthaltende Bohrung (15) des Stromregelventils (13) von einem Druckraum (1) ausgehend um etwa 15° zur Antriebswelle hin geneigt ist (Fig. 5).

4. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das Lecköl aus dem Bereich des Rotors (5) über die Saugarme (21 und 22) unmittelbar den Saugzonen (23 bzw. 24) zufließt.