Flugeizellenpumpe
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Flugeizellenpumpe nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine solche Flugeizellenpumpe ist durch die
DE 199 52 167 Al bekannt. Diese Flugeizellenpumpe weist ein
Pumpengehause auf, in dem ein Rotor angeordnet ist, der durch eine Antriebswelle rotierend angetrieben wird. Der
Rotor weist über seinen Umfang verteilt mehrere Nuten auf, die zumindest im wesentlichen radial zur Drehachse des Rotors verlaufen und in denen jeweils ein flugelformiges Forderelement verschiebbar gefuhrt ist. Das Pumpengehause weist eine den Rotor umgebende, zu dessen Drehachse exzentrische Umfangswand auf, an der die Flügel mit ihren radial äußeren Enden anliegen. Das Pumpengehause weist in Richtung der Drehachse des Rotors an diesen angrenzende Gehausestirnwande auf. Bei der Rotation des Rotors werden infolge der exzentrischen Anordnung der Umfangswand zwischen den Flugein sich vergrößernde und verkleinernde Kammern gebildet, zwischen denen das zu fordernde Medium unter Druckerhohung von einem Saugbereich zu einem zu diesem in Umfangsrichtung versetzten Druckbereich gefordert wird. Die Flügel werden dabei infolge der Fliehkräfte bei rotierendem Rotor in Anlage an der Umfangswand gehalten, wobei jedoch insbesondere beim Anlaufen der Flugeizellenpumpe bei niedriger Drehzahl nur geringe
Fliehkräfte wirken, so dass die Flugeizellenpumpe nur wenig fordert. Bei der bekannten Flugeizellenpumpe ist vorgesehen, dass von einer anderen Forderpumpe, die mit der Flugeizellenpumpe eine gemeinsame Pumpenanordnung bildet, verdichtetes Medium in die durch die Flügel in den Nuten des Rotors begrenzten Innenbereiche zugeführt wird, wodurch die Flügel zusatzlich zur Fliehkraft radial nach außen zur Umfangswand hin gedruckt werden. Dabei ist in wenigstens einer Gehausestirnwand eine sich über einen Teil des Umfangs des Rotors erstreckende ringförmige Nut vorgesehen, der von der weiteren Forderpumpe verdichtetes Medium zugeführt wird. Die Herstellung der ringförmigen Nut in der Gehausestirnwand ist dabei aufwendig und muss üblicherweise mittels eines spanabhebenden Verfahrens, wie beispielsweise Fräsen, erfolgen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemaße Flugeizellenpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass deren Herstellung vereinfacht ist, da die Einbringung der wenigstens einen ringförmigen Nut im Rotor auf einfachere Weise möglich ist als in der Gehausestirnwand.
In den abhangigen Ansprüchen sind vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemaßen Flugelzellenpumpe angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht eine beidseitige Druckbeaufschlagung des Rotors, so dass auf diesen zumindest im wesentlichen keine Axialkrafte wirkt und der Verschleiss des Rotors und der Gehausestirnwande gering gehalten werden kann. Die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht zumindest annähernd die Vermeidung von Axialkraften auf den Rotor bei zugleich begrenzter Erstreckung der ringförmigen Nuten in den beiden Stirnseiten des Rotors. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung gemäß Anspruch 4, indem durch eine
ringförmige Nut nur jeweils zwei aufeinanderfolgende Nuten im Rotor miteinander verbunden werden, da hierbei mögliche Leckageverluste gering gehalten werden können.
Zeichnung
Zwei Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Flugeizellenpumpe in vereinfachter Darstellung in einem Querschnitt entlang Linie I-I in Figur 3, Figur 2 die Flugeizellenpumpe in einem Querschnitt entlang Linie II-II in Figur 3 gemäß einem ersten Ausfuhrungsbeispiel, Figur 3 die Flugeizellenpumpe in einem Längsschnitt entlang Linie III- III in Figur 1 und Figur 4 die Flugelzellenpumpe in einem Querschnitt entlang Linie II-II gemäß einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel .
Beschreibung der Ausfuhrungsbeispiele
In den Figuren 1 bis 4 ist eine Flugelzellenpumpe dargestellt, die vorzugsweise zum Fordern von Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, vorgesehen ist. Durch die Flugelzellenpumpe wird dabei Kraftstoff aus einem Vorratsbehalter zu einer Hochdruckpumpe gefordert. Die Flugelzellenpumpe kann getrennt von der Hochdruckpumpe angeordnet sein, an die Hochdruckpumpe angebaut oder in die Hochdruckpumpe integriert sein. Die Flugelzellenpumpe weist ein Pumpengehause 10 auf, das mehrteilig ausgebildet ist, und eine Antriebswelle 12, die in das Pumpengehause 10 hineinragt. Das Pumpengehause 10 weist zwei
Gehausestirnwande 14,16 auf, durch die in axialer Richtung, das heißt in Richtung der Drehachse 13 der Antriebswelle 12, eine Pumpenkammer begrenzt wird. In Umfangsrichtung wird die Pumpenkammer durch eine Umfangswand 18 begrenzt, die einstuckig mit einer der Gehausestirnwande 14,16 oder
getrennt von diesen ausgebildet sein kann. Der Rotor 20 weist den Gehausestirnwanden 14,16 zugewandte Stirnseiten 201 und 202 auf.
In der Pumpenkammer ist wie in den Figuren 1, 3 und 4 dargestellt ein Rotor 20 angeordnet, der mit der Antriebswelle 12 drehfest verbunden ist, beispielsweise über eine Nut/Federverbindung 22. Der Rotor 20 weist mehrere über seinen Umfang verteilt angeordnete, zumindest im wesentlichen radial zur Drehachse 13 des Rotors 20 verlaufende Nuten 24 auf. Die Nuten 24 erstrecken sich ausgehend vom Außenmantel des Rotors 20 zur Drehachse 13 hin in den Rotor 20 hinein. Es sind beispielsweise vier Nuten 24 vorgesehen, wobei auch weniger oder mehr als vier Nuten 24 vorgesehen sein können. In jeder Nut 24 ist ein scheibenförmiges Forderelement 26 verschiebbar angeordnet, das nachfolgend als Flügel bezeichnet wird und das mit seinem radial äußeren Endbereich aus der Nut 24 herausragt. Durch jeden Flügel 26 wird in der jeweiligen Nut 24 ein radial innenliegender Innenbereich 25 begrenzt.
Die Innenseite der Umfangswand 18 des Pumpengehauses 10 ist exzentrisch zur Drehachse 13 des Rotors 20 ausgebildet, beispielsweise kreisförmig oder mit anderer Form. In wenigstens einer Gehausestirnwand 14,16 ist wie in Figur 2 dargestellt ein Saugbereich vorgesehen, in dem wenigstens eine Säugöffnung 28 mundet. Im Saugbereich ist vorzugsweise in wenigstens einer Gehausestirnwand 14,16 eine in Umfangsrichtung des Rotors 20 langgestreckte, etwa nierenformig gekrümmte Saugnut 30 ausgebildet, in die die Säugöffnung 28 mundet. Die Säugöffnung 28 mundet in die Saugnut 30 vorzugsweise in deren entgegen der Drehrichtung 21 des Rotors 20 weisenden Endbereich. Die Säugöffnung 28 ist mit einem vom Vorratsbehalter herfuhrenden Zulauf verbunden. In wenigstens einer Gehausestirnwand 14,16 ist außerdem ein Druckbereich vorgesehen, in dem wenigstens
eine Druckoffnung 32 mundet. Im Druckbereich ist vorzugsweise in wenigstens einer Gehausestirnwand 14,16 eine in Umfangsrichtung des Rotors 20 langgestreckte, etwa nierenformig gekrümmte Drucknut 34 ausgebildet, in die die Druckoffnung 32 mundet. Die Druckoffnung 32 mundet in die Drucknut 34 vorzugsweise in deren in Drehrichtung 21 des Rotors 20 weisenden Endbereich. Die Druckoffnung 32 ist mit einem zur Hochdruckpumpe fuhrenden Ablauf verbunden. Die Säugöffnung 28, die Saugnut 30, die Druckoffnung 32 und die Drucknut 34 sind mit radialem Abstand von der Drehachse 13 des Rotors 20 nahe der Innenseite der Umfangswand 18 angeordnet. Die Flügel 26 liegen mit ihren radial äußeren Enden an der Innenseite der Umfangswand 18 an und gleiten an dieser bei der Drehbewegung des Rotors 20 in Drehrichtung 21 entlang. Infolge der exzentrischen
Ausbildung der Innenseite der Umfangswand 18 bezuglich der Drehachse 13 des Rotors 20 ergeben sich zwischen den Flugein 26 Kammern 36 mit veränderlichem Volumen. Die Saugnut 30 und die Säugöffnung ist in einem Umfangsbereich angeordnet, in dem sich bei der Drehbewegung in
Drehrichtung 21 des Rotors 20 das Volumen der Kammern 36 vergrößert, so dass diese mit Kraftstoff befullt werden. Die Drucknut 34 und die Druckoffnung 32 ist in einem Umfangsbereich angeordnet, in dem sich bei der Drehbewegung in Drehrichtung 21 des Rotors 20 das Volumen der Kammern 36 verringert, so dass aus diesen Kraftstoff in die Drucknut 34 und von dieser in die Druckoffnung 32 verdrangt wird.
In wenigstens einer Stirnwand 201,202 des Rotors 20 ist bei einem in Figur 2 dargestellten ersten Ausfuhrungsbeispiel eine sich über den gesamten Umfang des Rotors 20 erstreckende ringförmige Nut 38 vorgesehen, die mit den durch jeden Flügel 26 in der jeweiligen Nut 24 begrenzten Innenbereichen 25 verbunden ist. Nachfolgend wird die ringförmige Nut 38 als Ringnut 38 bezeichnet. Die Ringnut 38 kann beispielsweise derart verlaufen, dass deren radial
innerer Rand zumindest annähernd im selben radialen Abstand von der Drehachse 13 des Rotors 20 verlauft wie die radial inneren Rander der Nuten 24 im Rotor 20, wobei die Ringnut 38 dann etwa tangential in die Nuten 24 mundet. Es kann auch vorgesehen sein, dass der radial innere Rand der Ringnut 38 mit geringerem radialem Abstand von der Drehachse 13 verlauft als die radial inneren Rander der Nuten 24, wobei die Ringnut 38 beispielsweise etwa radial in die Nuten 24 mundet. Die Ringnut 38 kann auch mit geringerem radialem Abstand von der Drehachse 13 verlaufen als die radial inneren Rander der Nuten 24 und über jeweils eine weitere Nut im Rotor 20 mit den Innenbereichen 25 der Nuten 24 verbunden sein. Die Ringnut 38 kann auch mit größerem radialem Abstand von der Drehachse 13 verlaufen als die radial inneren Rander der Nuten 24, sollte jedoch mit geringerem radialem Abstand von der Drehachse 13 verlaufen als die radial inneren Enden der Flügel 26. Durch die Nuten 24 wird die Ringnut 38 in mehrere Ringnutabschnitte unterteilt. Es kann vorgesehen sein, dass in beiden Stirnseiten 201,202 des Rotors 20 jeweils eine Ringnut 38 vorgesehen ist oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass nur in einer Stirnseite 201 oder 202 des Rotors 20 eine Ringnut 38 vorgesehen ist. Von der Drucknut 34 fuhrt in der der Stirnseite 201,202 des Rotors 20, in der die Ringnut 38 angeordnet ist, zugewandten
Gehausestirnwand 14,16 nach innen eine Verbindungsnut 40 ab, die etwa im Abstand der Ringnut 38 von der Drehachse 13 endet und über die die Ringnut 38 somit mit der Drucknut 34 und damit dem Druckbereich verbunden ist. Anstelle der Verbindungsnut 40 kann auch eine Verbindungsbohrung vorgesehen sein. Zwischen der Ringnut 38 und der Antriebswelle 12 ist ein Dichtbereich 39 gebildet, in dem zwischen dem Rotor 20 und der angrenzenden Gehausestirnwand 14,16 nur ein geringer axialer Abstand vorhanden ist. Im Bereich um die Antriebswelle 12 herrscht nur ein geringer
Druck, so dass zwischen der Ringnut 38 und dem Bereich um die Antriebswelle 12 ein Druckgefalle besteht.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die ringförmige Nut 38 auf einer Stirnseite 201 bzw. 202 des Rotors 20 sich nicht über den gesamten Umfang des Rotors 38 erstreckt sondern nur über einen Teil des Umfangs, wobei auch mehrere in Umfangsrichtung zueinander versetzte ringförmige Nuten 38 vorgesehen sein können. Beispielsweise können mehrere ringförmige Nuten 38 vorgesehen sein, die jeweils nur die Innenbereiche 25 von zwei aufeinander folgenden Nuten 24 des Rotors 20 miteinander verbinden. Dies bedeutet, dass bei der Ausfuhrung gemäß Figur 2 zwei Abschnitte 381,382 der Ringnut 38 entfallen. Eine beidseitige und symmetrische Anordnung der ringförmigen Nuten 38 am Rotor 20 bietet den Vorteil, dass auf den Rotor 20 zumindest annähernd keine resultierenden Kräfte in Richtung von dessen Drehachse 13 wirken und keine Kippmomente senkrecht zur Drehachse 13, so dass der Rotor 20 zumindest annähernd mittig zwischen den beiden Gehausestirnwanden 14,16 umlauft ohne in Anlage an diesen zu kommen. Wenn in beiden Stirnseiten 201,202 des Rotors 20 jeweils Abschnitte von ringförmigen Nuten 38 vorgesehen sind, die sich nicht über den gesamten Umfang des Rotors 20 erstrecken, so kann die Leckage durch den Dichtbereich 39 gering gehalten werden.
Die Verbindungsnut 40 kann beispielsweise radial oder geneigt zu einer Radialen bezuglich der Drehachse 13 von der Drucknut 34 nach innen verlaufen. Die Verbindungsnut 40 kann insbesondere derart verlaufen, dass diese sich in Drehrichtung 21 des Rotors 20 der Ringnut 38 annähert. Weiterhin kann die Verbindungsnut 40 schneckenförmig gekrümmt verlaufen. Die Verbindungsnut 40 mundet vorzugsweise einerseits zumindest annähernd tangential in die Drucknut 34 und/oder andererseits zumindest annähernd tangential in die Ringnut 38. Vorzugsweise mundet die
Verbindungsnut 40 in den entgegen der Drehrichtung 21 des Rotors 20 weisenden Endbereich der Drucknut 34. Durch die Verbindung der Ringnut 38 mit der Drucknut 34 herrscht in der Ringnut 38 und damit in den mit dieser in Verbindung stehenden Innenbereichen 25 der Nuten 24 des Rotors 20 ein erhöhter Druck, durch den die Anlagekraft der Flügel 26 an der Innenseite der Umfangswand 18 verstärkt wird, wodurch die Forderleistung der Flugelzellenpumpe verbessert wird.
Die wenigstens eine ringförmige Nut 38 wird im Rotor 20 vorzugsweise mittels Urformen und nicht durch ein spanabhebendes Verfahren eingebracht. Der Rotor 20 kann beispielsweise mittels eines Press- oder Schmiedeprozesses hergestellt werden, wobei dann durch entsprechende Form des Press- oder Schmiedewerkzeugs die wenigstens eine ringförmige Nut 38 bei der Herstellung des Rotors 20 in diesem geformt wird. Der Rotor 20 kann insbesondere aus Sintermetall bestehen, um eine ausreichende Festigkeit und Verschleissbestandigkeit des Rotors 20 sicherzustellen.
Es kann vorgesehen sein, dass nur in einer Gehausestirnwand 14 oder 16 die die ringförmige Nut 38 mit der Drucknut 34 verbindende Verbindungsnut 40 angeordnet ist oder es kann in beiden Gehausestirnwanden 14 und 16 jeweils wenigstens eine Verbindungsnut 40 angeordnet sein, die dann vorzugsweise spiegelbildlich zueinander in den Gehausestirnwanden 14 und 16 angeordnet sind. Es kann außerdem vorgesehen sein, dass nur in einer Gehausestirnwand 14 oder 16 die Saugnut 30 und/oder die Drucknut 34 ausgebildet ist, wobei die andere
Gehausestirnwand 16 bzw. 14 glatt ausgebildet ist, oder dass in beiden Gehausestirnwanden 14 und 16 jeweils eine Saugnut 30 und/oder Drucknut 34 ausgebildet ist, die dann vorzugsweise spiegelbildlich zueinander in den Gehausestirnwanden 14 und 16 angeordnet sind. Die
Säugöffnung 28 und die Druckoffnung 32 ist dabei jedoch nur
in einer Gehausestirnwand 14 oder 16 vorgesehen, wobei in einer Gehausestirnwand 14 die Säugöffnung 28 vorgesehen ist und in der anderen Gehausewand 16 die Druckoffnung 32 vorgesehen ist. Bei der spiegelbildlichen Anordnung der Saugnuten 30 und Drucknuten 34 sowie der Ringnuten 38 und Verbindungsnuten 40 in beiden Gehausestirnwanden 14 und 16 wird erreicht, dass der Rotor 20 und die Flügel 26 in axialer Richtung beidseitig zumindest annähernd gleich belastet sind, so dass keine oder nur eine geringe resultierende Kraft auf den Rotor 20 und die Flügel 26 in Richtung der Drehachse 13 wirkt. Die Tiefe der wenigstens einen ringförmigen Nut 38 im Rotor 20 und der Verbindungsnut 40 in der Gehausestirnwand 14,16 betragt beispielsweise zwischen 0,1 und 2mm, wobei vorzugsweise die Breite der Nuten 38,40 großer ist als deren Tiefe.
In Figur 4 ist die Flugeizellenpumpe gemäß einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel dargestellt, bei dem der wesentliche Aufbau gleich ist wie beim ersten Ausfuhrungsbeispiel. In den beiden Stirnseiten 201,202 des Rotors 20 ist jeweils wenigstens eine ringförmige Nut 38 eingebracht, wobei sich die ringförmigen Nuten 38 der einen Stirnseite 201 über einen anderen Umfangsbereich des Rotors 20 erstrecken als die ringförmigen Nuten 38 der anderen Stirnseite 202. Beim dargestellten Ausfuhrungsbeispiel weist der Rotor 20 vier Nuten 24 auf, wobei sich zwei ringförmige Nuten 383 der einen Stirnseite 201 jeweils über etwa 90° zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Nuten 24 erstrecken und einander diametral gegenüberliegen. Die zwei ringförmigen Nuten 384 der anderen Stirnseite 202 erstrecken sich ebenfalls über etwa 90°, sind jedoch gegenüber den Nuten 383 der Stirnseite 201 um 90° versetzt angeordnet, so dass diese sich nicht überdecken, und erstrecken sich zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Nuten 24. Die ringförmigen Nuten 384 der Stirnseite 202 sind in Figur 4 gestrichelt dargestellt, da diese auf der gegenüberliegenden Stirnseite
202 des Rotors 20 angeordnet sind und somit in Figur 4 eigentlich nicht sichtbar sind. Die Ausbildung gemäß Figur 4 kann auch auf andere Ausfuhrungen des Rotors 20 übertragen werden, bei denen dieser eine geradzahlige Anzahl von Nuten 24 aufweist. Dabei erstrecken sich auf jeder Stirnseite 201,202 des Rotors 20 die ringförmigen Nuten 38 jeweils nur zwischen zwei aufeinander folgenden Nuten 24 und die ringförmigen Nuten 38 der beiden Stirnseiten 201,202 sind in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet, so dass diese sich nicht überdecken. Durch diese Anordnung der ringförmigen Nuten 38 ergeben sich zumindest im wesentlichen keine axialen Kräfte in Richtung der Drehachse 13 auf den Rotor 20, die diesen gegen eine der Gehausestirnwande 14,16 drucken wurden und damit einen erhöhten Verschleiss verursachen wurden.
Außerdem kann die Leckage durch den Dichtbereich 39 gering gehalten werden.