Beschreibung
Flügelzeilenpumpe
Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe zur Förderung von Fluiden umfassend einen Rotor, einen Hubring und mehrere Flügel die jeweils längsbeweglich in im Rotor ausgebildeten Schlitzen angeordnet sind.
Gattungsgemäße Flügelzellenpumpen werden beispielsweise bei
Common-Rail Speichereinspritzsystemen für Kraftfahrzeuge ein¬ gesetzt. Die Flügelzellenpumpe wird dabei vorzugsweise über die Nocken- oder Kurbelwelle des Motors angetrieben. Nachtei¬ lig an den bekannten Flügelzellenpumpen ist jedoch, dass beim Anlassen des Motors die Fliehkraft der Flügel nicht aus¬ reicht, um eine sichere Anlage der Flügel an einem entspre¬ chenden Hubring der Flügelzellenpumpe zu gewährleisten. Auf¬ grund dessen kommt es zu einem verzögerten Druckaufbau bzw. zu Leckagen welche den Startvorgang des Motors erschweren. Ein weiterer Nachteil der bekannten Flügelzellenpumpen liegt darin, dass bei sehr hohen Drehzahlen der Flügelzellenpumpe Volumenstrompulsationen auftreten. Diese rühren daher, dass die Flügel in partiellen Winkelbereichen des Hubrings teil¬ weise abheben.
Um das Anliegen der Flügel auch beim Anlaufen der Flügelzel¬ lenpumpe zu gewährleisten sieht die DE 101 42 712 Al vor, dass die Flügel mittels Federelemente nach außen vorgespannt werden, so dass sie ständig am Hubring anliegen. Derartige Federn sind jedoch teuer und erhöhen die Anzahl der Bauteile der Pumpe sowie den Montageaufwand.
Weiterhin ist aus der DE 102 02 721 Al eine Flügelzellenpumpe bekannt, welche ein Führungselement umfasst, das die nach in- nen gerichteten Seiten der Flügel mechanisch führt. Hierbei sind die Flügel an Ihrer Rückseite am Außenumfang des Füh¬ rungselementes zwangsgeführt. Das Führungselement weist einen
kreisförmigen Außenumfang auf, welcher parallel zum Innenum¬ fang des Hubrings angeordnet ist. Durch die mechanische Zwangsführung liegen die Flügel ständig am Hubring der Flü¬ gelzellenpumpe an. Die mechanische Zwangsführung erhöht je- doch ebenfalls die Bauteilanzahl der Flügelzellenpumpen und den Montageaufwand.
Weiterhin ist es bekannt, die Rückseite der Flügel mit dem Flüssigkeitsdruck der Pumpe zu beaufschlagen. Hierdurch wer- den die Flügel an den Hubring der Flügelzellenpumpe ange¬ drückt. Dies funktioniert allerdings nur dann wenn die Pumpe bereits fördert und den entsprechenden Flüssigkeitsdruck auf¬ gebaut hat. Aus diesem Grund ist diese Lösung nicht geeignet um den Startvorgang des Motors zu verbessern.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einfa¬ chem konstruktiven Aufbau und einfacher, kostengünstiger Her¬ stellbarkeit eine Flügelzellenpumpe bereit zu stellen, die in jedem Betriebszustand ein sicheres Anliegen der Flügel am Hubring gewährleistet.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche Ein¬ zeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe zur Förderung von FIu- iden umfassend einen Rotor, einen Hubring und mehrere Flügel die jeweils längsbeweglich in im Rotor ausgebildeten Schlit¬ zen angeordnet sind, zeichnet sich dadurch aus, dass die Schlitze derart angeordnet sind, dass bei einer Beschleuni¬ gung des Rotors zumindest ein Teil der Trägheitskraft der Flügel in Richtung der Schlitzöffnung gerichtet ist. Die
Trägheitskraft sorgt somit beim Startvorgang des Motors (Be¬ schleunigung des Rotors) dafür, dass sich die Flügel in Rieh-
tung der Schlitzöffnung bewegen und sich mit Ihren Aussenkan- ten gegen den Hubring drücken. Die Trägheitskraft wirkt dabei gerade während der Beschleunigungsphase des Rotors d.h. zu einer Zeit in der die Fliehkraft noch nicht so groß ist, dass ein sicheres Anlegen der Flügel am Hubring gewährleistet ist. Hierdurch wird gegenüber dem Stand der Technik ein deutlich schnellerer Druckaufbau ermöglicht. Es sind keine zusätzli¬ chen Bauelemente notwendig die die Flügel beim Startvorgang gegen den Hubring drücken. Hierdurch verringert sich sowohl die Anzahl der Bauteile der Flügelzellenpumpe als auch der Montageaufwand erheblich.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schlitze jeweils parallel und in Drehrichtung um einen Versatz versetzt zu jeweils einer zur Rotorachse radial ver¬ laufenden Linie angeordnet sind. Eine solche Anordnung der Schlitze lässt sich fertigungstechnisch besonders einfach herstellen. Das Versetzen der Schlitze parallel und in Dreh¬ richtung zu einer radial verlaufenden Linie bezogen auf die Rotorachse erhöht dabei die Fertigungskosten gegenüber den bisherigen Flügelzellenpumpen nicht. Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe lässt sich somit kostenneutral herstellen.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Versatz kleiner als 10% des Rotordurchmessers ist. Hierdurch wird ein Klemmen der Flügel beim Betrieb der Flügelzellenpumpe sicher vermieden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schlitze zusätzlich druckbeaufschlagt sind, der Gestalt, dass die in den Schlitzen angeordneten Flügel nach außen gegen den Hubring gedrückt werden. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass bei höheren Drehzahlen d. h. wenn ein entsprechender Pumpendruck aufgebaut ist die Flügel mit einem größeren Druck gegen den Hubring gedrückt werden und dadurch eine verbesserte Dichtwirkung haben und eine geringere Lecka¬ ge verursachen. Besonders bevorzugt stehen die Schlitze dabei
mit der Druckseite der Flügelzellenpumpe hydraulischen in Wirkverbindung. Hierdurch lässt sich die Druckbeaufschlagung der Flügel besonders einfach erreichen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Schlitze der
Flügelzellenpumpe derart anzuordnen, dass bei einer Beschleu¬ nigung des Rotors zumindest ein Teil der Trägheitskraft der Flügel in Richtung der Schlitzöffnung gerichtet ist. Dadurch wirkt nicht nur die Fliehkraft auf den Flügel sondern zusätz- lieh die Trägheitskraft wodurch ein sehr schnelles Ausfahren der Flügel beim Anlaufen des Rotors erfolgt. Hierdurch wird bereits bei niedrigen Drehzahlen ein sicheres Anliegen der Flügel am Hubring gewährleistet. Die erfindungsgemäße Flügel¬ zellenpumpe ist insbesondere als Vorförderpumpe für Kraft- stoffeinspritzsysteme geeignet. Durch die erfindungsgemäße
Flügelzellenpumpe wird das Startverhalten des Kraftfahrzeugs gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert. Die An¬ ordnung der Schlitze führt zu keinen erhöhten Fertigungskos¬ ten der Flügelzellenpumpe und ist einfach herzustellen.
Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung wer¬ den im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläu¬ tert. Es zeigt:
Figur 1: einen Radialschnitt durch die erfindungsgemäße Flü¬ gelzellenpumpe;
Figur 2 : eine Detailansicht der in Figur 1 dargestellten Flü¬ gelzellenpumpe.
Bei den Figuren handelt es sich jeweils um stark vereinfachte Darstellung bei denen nur die Wesentlichen, zur Beschreibung der Erfindung notwendigen Bauteile gezeigt sind.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe darge- stellt. Die Flügelzellenpumpe besteht im Wesentlichen aus ei¬ nem schematisch angedeuteten Gehäuse 7 in dem ein Hubring 2 angeordnet ist, der mit einem Rotor 1 zusammen wirkt. Im Ro-
tor 1 sind mehrere Flügel 3 längs beweglich angeordnet. Der Hubring 2 besitzt eine Innenlaufbahn 8. Bei Drehung des Ro¬ tors 1 werden die längsbeweglichen Flügel 3 nach außen ge¬ drückt und liegen mit ihrer Außenkante 9 an der Innenlaufbahn 8 des Hubrings 2 an. Jeweils zwei Flügelpaare bilden zusammen mit dem Rotor 1 und zwei, an jeder Seite der Flügelzellenpum¬ pe angeordneten, Scheiben (nicht dargestellt) Arbeitskammern 10.
In mindestens einer der beiden Scheiben sind Saug- und/oder Druckschlitze angeordnet. Im dargestellten Fall hat der Hub¬ ring 2 eine einfach exzentrisch ausgebildeten Innenlauffläche 8, so dass ein Paar von Saug- und Druckschlitzen ausreicht. Die Druckschlitze sind in Figur 1 nicht dargestellt, da der prinzipielle Aufbau der Flügelzellenpumpe bereits hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Anordnung der Saug- und/oder Druckschlitze ist zudem unwesentlich für die Erfindung. Zum prinzipiellen Aufbau einer Flügelzellenpumpe sei an dieser Stelle beispielsweise auf die DE 35 02 519 Al hingewiesen.
Über den Saugschlitz erfolgt die Zufuhr und über den Druck¬ schlitz die Abfuhr des Fluides aus der Flügelzellenpumpe. Die Schlitze 4 sind jeweils parallel und in Drehrichtung um eine Versatz a versetzt zu jeweils einer zur Rotorachse 6 radial verlaufenden Linie x im Rotor 1 angeordnet. Durch diese An¬ ordnung wirkt bei einer Beschleunigung des Rotors 1 nicht wie beim Stand der Technik ausschließlich die Zentrifugalkraft auf die Flügel 3 sondern zusätzlich zumindest ein Teil der Trägheitskraft. Durch die zusätzlich wirkende Trägheitskraft werden die Flügel 3 sehr schnell, bereits beim Anfahren der Flügelzellenpumpe, gegen die Innenlaufbahn 8 des Hubrings 2 gedrückt. Durch das schnelle Ausfahren der Flügel 3 werden Leckageverluste beim Startvorgang minimiert und ein schneller Druckaufbau erreicht.
Das Einbringen der Schlitze 4 in den Rotor 1 kann dabei auf sehr einfache Weise beispielsweise durch Schleifen erfolgen. Es entstehen gegenüber den bislang verwendeten Rotoren mit radialer Anordnung der Schlitzen keine zusätzlichen Mehrkos- ten.
Der Versatz a beträgt vorzugsweise weniger als 10% des Rotor¬ durchmessers. Hierdurch wird ein Klemmen der Flügel 3 wir¬ kungsvoll verhindert.
Zusätzlich können die Schlitze 4 druckbeaufschlagt werden der Gestalt, dass die in den Schlitzen 4 angeordneten Flügel 3 zusätzlich gegen den Hubring 2 gedrückt werden. Hierdurch wird eine weiter verbesserte Abdichtung der Arbeitskammer 10 erreicht. Die Schlitze 4 sind hierzu vorzugsweise mit der Druckseite der Flügelzellenpumpe hydraulisch verbunden.
Figur 2 zeigt eine Detailansicht der in Figur 1 dargestellten Flügelzellenpumpe. Die Schlitze 4 sind jeweils parallel und in Drehrichtung um einen Versatz a versetzt zu jeweils einer zur Rotorachse 6 radial verlaufenden Linie x angeordnet. Durch diese Anordnung wirkt bei einer Beschleunigung des Ro¬ tors 1 nicht nur die Zentrifugalkraft an den Flügeln 3 son¬ dern auch die Trägheitskraft Fτ. Ein Teil der Trägheitskraft Fτ wirkt dabei in Richtung der Schlitzöffnung 5. Hierdurch wird der Flügel 3 beim Starten der Flügelzellenpumpe sowohl durch die Zentrifugalkraft als auch durch einen Teil der Trägheitskraft FTL aus dem Schlitz 4 heraus gedrückt und ge¬ gen die Innenlaufbahn 8 des Hubrings 2 gepresst. Die zusätz- liehe Wirkung der Trägheitskraft Fτ auf den Flügel 3 sorgt dafür, dass der Flügel 3 bereits beim Anlaufen der Flügelzel¬ lenpumpe gegen die Innenlaufbahn 8 des Hubrings 2 gedrückt wird und so ein schneller Druckaufbau erfolgt. Hierdurch ver¬ bessert sich das Startverhalten des Motors gegenüber den bis- herigen Stand der Technik erheblich.
Die Anordnung der Flügel 3 im Rotor 1 sorgt gleichzeitig da¬ für, dass der Flügel 3, gegen die Wandung des Schlitzes 4 ge¬ drückt wird. Hierdurch erhöht sich die Reibung des Flügels 3 im Schlitz 4 was zu einem stabileren Laufverhalten der Flü- gelzeilenpumpe führt. Das häufig zu beobachtende Abheben der Flügel 3 in partiellen Winkelbereichen der Hubkurve bei hohen Drehzahlen der Flügelzellenpumpe wird wirkungsvoll verhin¬ dert. Hierdurch werden Volumenstrompulsationen weitgehend vermieden.
Die vorgeschlagene Flügelzellenpumpe ermöglicht somit einen schnellen Druckaufbau während des Startvorgangs des Motors. Durch die zusätzliche Wirkung der Trägheitskraft in Richtung der Schlitzöffnung 5 wird der Flügel 3 bereits beim Anlaufen des Rotors 1 gegen die Innenlaufbahn 8 des Hubrings 2 ge¬ drückt und eine sichere Abdichtung der Arbeitskammer 10 er¬ reicht. Dadurch kommt es zu einem sehr schnellen Druckaufbau. Die erhöhte Reibung im Schlitz 4 sorgt zudem bei hohen Dreh¬ zahlen für einen stabilen Lauf der Flügel und eine pulsation- sarme Förderung der Flügelzellenpumpe. Die Flügelzellenpumpe eignet sich insbesondere als Vorförderpumpe bei Kraftstoff¬ einspritzsystemen.