WO2010034491A2 - Vorrichtung zu abzweigen eines fluidischen teilstroms - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abzweigen eines fluidischen Teilstroms aus einem Hauptstrom mittels einer Hydropumpe (10), die nach dem Verdrängerprinzip arbeitend voneinander abgedichtete einzelne, in Funktionsgruppen aufgeteilte Hauptkammern (12,14,16,18,20) aufweist, mittels deren von mindestens einem Hauptstromeinlaß (22) kommendes Fluid von einer Eingangs- oder Saugseite zu einer Ausgangs- oder Druckseite der Hydropumpe (10) und weiter über mindestens einen Hauptstromablaß (24) transportierbar ist, wobei für den Transport des Teilstroms mindestens eine eigenständige Teilkammer (26) neben den Hauptkammern (12,14,16,18,20) vorgesehen ist, die Bestandteil der Druckseite der Hydropumpe (10) und an einen eigenständigen Teilstromauslaß (42) angeschlossen ist, der vom jeweiligen Hauptstromeinlaß (22) und jeweiligem Hauptstromauslaß (24) getrennt ist.

Description

Hydac Filtertechnik GmbH, Industriegebiet, 66280 Sulzbach/Saar
Vorrichtung zum Abzweigen eines fluidischen Teilstroms
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abzweigen eines fluidischen Teilstroms aus einem Hauptstrom mittels einer Hydropumpe, die nach dem Verdrängerprinzip arbeitend voneinander abgedichtete einzelne, in Funktionsgruppe aufgeteilte Hauptkammern aufweist, mittels deren von mindes- tens einem Hauptstromeinlaß kommendes Fluid von einer Eingangs- oder Saugseite zu einer Ausgangs- oder Druckseite der Hydropumpe und weiter über mindestens einen Hauptstromablaß transportierbar ist.
Dahingehende Hydropumpen (DE 21 14 202 C3) sind im Stand der Tech- nik in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. In der Regel dienen Hydropumpen dazu, mechanische Energie in Form von Drehmoment sowie Drehzahl in hydraulische Energie mit vorgebbarem Volumenstrom und Fluiddruck umzuwandeln. Hydropumpen, die nach dem sog. Verdrängerprinzip arbeiten, weisen im Pumpengehäuse abgedichtete einzelne Kammern auf, wobei in diesen Kammern Fluid von der Eingangsseite der Pumpe, gebildet aus einem Sauganschluß, zur Ausgangsseite in Form des Druckanschlusses transportiert wird. Da insoweit zwischen dem Sauganschluß und dem Druckanschluß keine direkte Verbindung besteht, eignen sich Pumpen nach dem Verdrängerprinzip insbesondere für hohe Fluid- System-Drücke. Je nachdem, ob zur Realisierung des Verdrängerprinzips Flügel oder Kolben eingesetzt werden, unterscheidet man bauartbedingt Zahnradpumpen und Schneckenpumpen von der Flügelzellenpumpe und diese wiederum von der Radial- und Axialkolbenpumpe. Allen diesen Hydropumpen gemein ist, dass unabhängig davon, ob das Verdrängervolumen konstant oder variabel gehalten ist, jedenfalls das verdrängte Volumen sich immer nur auf einen zu fördernden Fluidstrom bezieht, der nachfolgend als Hauptstrom bezeichnet ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Lösungen derart weiter zu verbessern, dass in kostengünstiger Weise der Anwendungsbereich dahingehender Vorrichtungen mit Hydropumpe erweitert ist. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Vorrichtung mit der Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht das Abzweigen eines fluidischen Teilstroms aus dem genannten Hauptstrom, wobei für den Transport des Teilstroms mindestens eine eigenständige Teilkammer neben den Hauptkammern für die Hauptstromförderung vorgesehen ist, die Bestandteil der Druckseite der Hydropumpe und an einen eigenständigen Teilstromauslaß angeschlossen ist, der vom jeweiligen Hauptstromeinlaß und dem jeweiligen Hauptstromauslaß getrennt ist.
Durch den abgezweigten Teilstrom aus dem Hauptstrom ist es möglich, den Teilstrom für verschiedenste Aufgabengebiete einzusetzen, wobei sowohl das Fluidvolumen des Teilstroms als auch dessen Fluiddruck je nach Auslegung der Vorrichtung vorgebbar ist. Der dahingehende fluidische Teilstrom kann mithin unabhängig vom Hauptstrom für die Versorgung einzelner fluidischer Verbraucher eingesetzt werden. Auch ist über den Teilstrom eine Notversorgung von hydraulischen Komponenten im Bereich der Wankstabilisierung oder von Lenkunterstützungssystemen im Versagensfall ohne wei- teres möglich. Ferner kann der Teilstrom, der aus dem Hauptstrom abgezweigt ist, einer sensorischen Überprüfung unterzogen werden, beispielsweise auf seinen Verschmutzungsgrad hin analysiert werden, um dergestalt qualitative Aussagen über den Hauptstrom zu erhalten. Hier sind eine Viel- zahl von Anwendungen in verschiedensten technischen Gebieten möglich.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Hydropumpe eine Flügelzellenpumpe ist. Vorzugsweise sind dabei die einzelnen Flügel der Flügelzellenpumpe in einem antreibbaren Rotor längsverschiebbar zwischen einer Endstellung im Rotor und einer die Verschiebbarkeit der Flügel nach außen hin begrenzenden Umfassungswand eines Stators derart geführt, dass für mindestens einen Teil der Flügel jeweils zwei gegenüberliegende Fluidräume zwischen diesen und dem Rotor sowie dem Stator gebildet sind. Aufgrund der gege- nüberliegenden Fluidräume lassen sich je nach deren volumetrischer Ausgestaltung für verschiedene Anwendungsfälle unterschiedliche Druckniveaus mittels einer Vorrichtung realisieren, was insoweit auch für den Hauptstrom zu weiteren Möglichkeiten der Anpassung an Anforderungen des hydraulischen Kreises führt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung braucht jedoch nicht für den Einsatz bei einer Flügelzellenpumpe eingeschränkt zu sein, sondern grundsätzlich können hier alle Hydropumpen, die nach dem Verdrängerprinzip oder einem vergleichbaren Prinzip arbeiten, zur Anwendung kommen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Teilstrombildung mit beliebig vorgebbarem Volumenanteil ist je nach Auslegung der Vorrichtung bevorzugt in der Art eines modularen Bausteins ausgebildet, der mit anderen Komponenten, wie beispielsweise Antriebseinheiten und/oder Filtereinheiten, un- ter Bildung fluidischer Gesamteinrichtungen kombinierbar ist; als Einzelbaustein aber auch in Komplettsystemen, wie der Wankstabilisierung, der Lenkunterstützung etc., einsetzbar ist, wo man für diverse Steuerungsaufgaben, aber auch für Notfunktionen eigenständige Teilvolumenströme benötigt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maß- stäblicher Darstellung die
Fig.1 in der Art eines Längsschnitts die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der untere Bildrand der einfacheren Darstellung wegen teilweise abgeschnit- ten wiedergegeben ist;
Fig.2 in der Art einer Explosionszeichnung den Gegenstand nach der Fig.1, jedoch in einer hierzu versetzten Bildebene dargestellt;
Fig.3 eine stirnseitige Unteransicht auf den Kammerblock nach den
Fig. 1 und 2;
Fig.4 ein mögliches Anwendungsbeispiel für die in den Fig.1 bis 3 gezeigte Vorrichtung.
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung dient dem Abzweigen eines fluidischen Teilstroms aus einem Hauptstrom mittels einer Hydropumpe 10, die nach dem Verdrängerprinzip arbeitend voneinander abgedichtete ein- zelne Kammern 12, 14, 16, 18 und 20 aufweist, mittels deren Fluid von der Eingangs- oder Saugseite zur Ausgangs- oder Druckseite der Hydropumpe 10 transportierbar ist.
Für den abzuzweigenden Teilstrom ist eine eigenständige Teilkammer 26 vorgesehen, die Bestandteil der Druckseite der Hydropumpe 10 ist zusammen mit der dritten Kammer 16, der vierten Kammer 18 sowie der fünften Kammer 20, wohingegen die erste Kammer 12 und die zweite Kammer 14 der Saugseite zugeordnet sind.
Als Hydropumpe 10 dient im vorliegenden Fall eine Flügelzellenpumpe, deren Drehrichtung in der Fig.3 mit einem Pfeil 28 wiedergegeben ist. Die einzelnen Flügel 30 der Flügelzellenpumpe sind in einem antreibbaren Rotor 32 längsverschiebbar zwischen einer Endstellung im Rotor 32 und einer die Verschiebbarkeit der Flügel 30 nach außen hin begrenzenden Umfas- sungswand 34 eines Stators 36 derart geführt, dass für die Flügel 30 jeweils zwei gegenüberliegende Fluidräume 38,40 zwischen diesen und dem Rotor 32 sowie dem Stator 36 gebildet sind.
Wie sich weiter aus der Fig.3 ergibt, erweitern sich in Drehrichtung gese- hen der rechte Fluidraum 38 sowie die Fluidräume 40 und üben insoweit eine Saugwirkung auf den Hauptfluidvolumenstrom aus unter Einbezug der Einzelkammern 12 und 14. In Blickrichtung auf die Fig.3 gesehen hingegen verjüngen sich in Drehrichtung der Flügelzellenpumpe die Fluidräume 38 und 40 bezogen auf die Kammern 16,18 und 20, so dass insoweit mit ei- nem vorgebbaren Druckniveau der Hauptstrom auf die Ausgangs- oder
Druckseite gelangt. Das dahingehende Verdrängerprinzip ist bei Flügelzellenpumpen und vergleichbaren Verdrängerpumpen bekannt, so dass an dieser Stelle hierauf nicht mehr im einzelnen näher eingegangen wird. Aufgrund der einzelnen Kammern nebst den Fluidräumen 38 und 40 sowohl auf der Saugseite als auch auf der Druckseite läßt sich jedoch für die einzelnen Kammern 12 gegenüber 14 sowie 16 und 18 gegenüber 20 ein un- terschiedliches paarweise zusammenhängendes Druckniveau einstellen, so dass insoweit auch zwei voneinander separierte Hauptströme mittels der Vorrichtung ansteuerbar wären. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch mit den Kammern 12,14,16,18 und 20 nur ein Hauptfluidstrom ge- meinsam gefördert.
Zur Bildung des fluidischen Teilstroms dient die Teilkammer 26, die von den anderen genannten Kammern insoweit räumlich separiert ist und einen separaten Teilstromauslaß 42 aufweist. Über den genannten Teilstromaus- laß 42 wird die Teilstrommenge abgeführt, die der jeweilige Flügel 30 in Verschieberichtung auf den zweiten Fluidraum 40 insoweit aus der Vorrichtung ausschiebt. Da die Flügel 30 in unmittelbarer Aufeinanderfolge die Teilkammer 26 durchqueren, wird permanent Fluid auf der Druckseite der Vorrichtung über den Teilstromauslaß 42 nach außen abtransportiert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Teilstrom nach Versorgen eines hydraulischen Verbrauchers, zur Realisierung einer Notfunktion oder nach Durchlaufen einer Sensoreinheit (nicht dargestellt) auf die Saugseite der Vorrichtung gebracht und über den Teilstromeinlaß 44 der Vorrichtung wiederum zugeführt.
Insgesamt bleibt insoweit festzuhalten, dass ein Teil der Fluidräume 38,40 den einzelnen Kammern 12,14,16,18 und 20 der Saug- und der Druckseite der Hydropumpe 10 zugeordnet sind und dass ein anderer Teil, gebildet durch mindestens einen der Fluidräume 40, der Teilkammer 26 für die Teil- Strombildung zugeordnet ist. Wie insbesondere die Explosionszeichnung nach der Fig.2 zeigt, ist der Stator 36 aus einem zylindrischen Hohlring gebildet, der in einem Gehäuse 46 der Vorrichtung aufnehmbar ist. Der Rotor 32 mit seinen einzelnen Flügeln 30 ist exzentrisch mit seiner Antriebsachse im Stator 36 aufgenommen zwecks Realisierung des bereits beschriebenen Flügelzellenpumpenprinzips. Die aufgezeigten Kammern 12,14,16,18,20 und 26 wiederum sind Bestandteil eines eigenständigen Kammerblocks 48, wobei der einfacheren Darstellung wegen die vierte Kammer 18 in der Fig. 2 nicht dargestellt ist. Der Kammerblock 48 schließt nach außen hin bündig mit dem Vorrichtungsgehäuse 46 (vgl. Fig.1) ab und ist zum Inneren in Richtung des Stators 36 über einen Dichtring 50 entsprechend abgedichtet. Für eine Abdichtung an sich anschließende Vorrichtungsteile kann auf der gegenüberliegenden Seite des Kammerblockes 48 ein weiterer Dichtring 52 vorhanden.
Für den Antrieb der Flügelzellenpumpe dient eine Antriebswelle 54, die nach außen hin über einen gekammerten Dichtring 56 abgedichtet ist, sowie über einen eigenständigen Dichtring 58 gegenüber einer Antriebswelle 60 eines Elektromotors 62 (vgl. Fig.4). Bei der Darstellung nach der Fig.2 ist der Teilstromauslaß 42 gegenüber der Darstellung nach der Fig.1 in der Bildebene um einen Schwenkwinkel von etwa 120° versetzt dargestellt.
Wie sich des weiteren aus den Figuren ergibt, münden die Kammern 12,14,16,18 und 20 von Saug 22- und Druckseite 24 innerhalb des Kammerblockes 48 zu dessen beiden gegenüberliegenden Stirnseiten 64,66 in die Umgebung, bis auf die Teilkammer 26 für die Teilstrombildung, die auf ihrer der Hydropumpe 10 abgewandten Seite nach außen hin durch Wandteile 68 des Kammerblockes 48 (Fig. 1) abgeschlossen ist. Ferner sind die einzelnen Kammern 12,14,16,18 und 20 sowie 26 in konzentrischer Anordnung zur Antriebsachse (Antriebswelle 60) der Hydropumpe verlaufend angeordnet und im übrigen sichelförmig ausgebildet. Dabei bildet die erste Kammer 12 mit der dritten und vierten Kammer 16 bzw. 18 den äußeren konzentrischen Ring und die zweite Kammer 14 mit der fünften Kammer 20 und der Teilkammer 26 liegen auf der inneren konzentrischen Kreisbahn um die Antriebsachse. Sofern für die Hydropumpe 10 andere Verdrängerpumpen zum Einsatz kommen sollten, ist insoweit eine andere Anordnung zu wählen, wobei für das Ausgliedern des Teilstroms aus dem Hauptstrom hierfür eine eigenständige Abzweigkammer notwendig ist mit separatem Auslaß gegenüber den Einlassen und Auslässen für den Hauptstrom.
Im folgenden wird anhand der Fig.4 ein Ausführungsbeispiel für die An- wendung der beschriebenen Vorrichtung aufgezeigt. Dabei ist die Vorrichtung nach den Fig.1 bis 3 auf eine als Ganzes mit 70 bezeichnete Filtereinheit aufgesetzt, die üblicher Bauart ist. Die Filtereinheit 70 weist ein austauschbares Filterelement 72 in einem Filtergehäuse 74 auf, wobei die Filtermatte 76 des Filterelementes 72 innenumfangsseitig von einem üblichen Stützrohr 78 mit sternförmig angeordneten Innenwänden 80 abgestützt ist. Ferner weist die Filtereinrichtung 70 auf ihrer Oberseite einen Fluideinlaß 82 auf sowie einen Fluidauslaß 84, die den Hauptstrom führen. Des weiteren weist die Filtereinrichtung 70 eine als Ganzes mit 86 bezeichnete By- paßeinrichtung auf, die den Fluidweg zwischen erfindungsgemäßer Vorrich- tung und dem Fluidauslaß 84 unmittelbar freigibt, sofern das Filterelement 72 aufgrund von Verschmutzungen verblockt ist.
Gegenüberliegend zu der Filtereinrichtung 70 und von oben her auf die erfindungsgemäße Vorrichtung aufsitzend ist der Elektromotor 62 vorgese- hen, wobei der einfacheren Darstellung wegen die Elektrowicklung weggelassen wurde. Der Elektromotor 62 treibt insoweit die Antriebswelle 60 an, die in Blickrichtung auf die Fig.4 gesehen mit ihrem unteren Ende in den Rotor 32 der Flügelzellenpumpe eingreift, um so deren Antrieb zu gewährleisten. Ist die Flügelzellenpumpe als Hydropumpe 10 in Betrieb, saugt sie über ihre Saugseite und mithin über einen Hauptstromeinlaß 22 Fluid über den Fluideinlaß 82 an und auf der Druckseite und mithin über den Hauptstromauslaß 24 wird die dahingehende Fluidmenge des Hauptstroms über eine Durchlaßstelle 88 (vgl. Fig.1 ) in den Fluidraum 90 zwischen Filtergehäuse 74 und Filterelement 72 eingebracht, wobei nach Durchströmen des Filterelementes 72 von außen nach innen über die Wandführung des Stützrohres 78 das abgereinigte Fluid über den Fluidauslaß 84 aus der Vor- richtung herausgeführt wird. Gleichzeitig wird bei dem dahingehenden Förderbetrieb für den Hauptstrom Nebenstromfluid über den Teilstromeinlaß 44, beispielsweise von einer Sensoreinrichtung stammend, angesaugt, und über die separate Teilkammer 26 und den Teilstromauslaß 42 wieder- um an die Sensoreinrichtung (nicht dargestellt), beispielsweise zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades eines Teils des Fluids des Hauptstromes weitergeleitet.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist nur exemplarisch und die erfindungsgemäße Vorrichtung kann immer dort eingesetzt werden, wo eine Teilstrommenge aus einem Hauptstrom benötigt wird. Dergestalt lassen sich auch Notfunktionen bei Wankstabilisierungseinrichtungen im Fahrzeug und/oder Lenkhilfseinrichtungen mit Teilstromfluid versehen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zum Abzweigen eines fluidischen Teilstroms aus einem Hauptstrom mittels einer Hydropumpe (10), die nach dem Verdrän- gerprinzip arbeitend voneinander abgedichtete einzelne, in Funktionsgruppen aufgeteilte Hauptkammern (12,14,16,18,20) aufweist, mittels deren von mindestens einem Hauptstromeinlaß (22) kommendes Fluid von einer Eingangs- oder Saugseite zu einer Ausgangs- oder Druckseite der Hydropumpe (10) und weiter über mindestens einen Hauptstro- mablaß (24) transportierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass für den
Transport des Teilstroms mindestens eine eigenständige Teilkammer (26) neben den Hauptkammern (12,14,16,18,20) vorgesehen ist, die Bestandteil der Druckseite der Hydropumpe (10) und an einen eigenständigen Teilstromauslaß (42) angeschlossen ist, der vom jeweiligen Hauptstromeinlaß (22) und jeweiligem Hauptstromauslaß (24) getrennt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydropumpe (10) eine Flügelzellenpumpe ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Flügel (30) der Flügelzellenpumpe in einem antreibbaren Rotor (32) längsverschiebbar zwischen einer Endstellung im Rotor (32) und einer die Verschiebbarkeit der Flügel (30) nach außen hin begrenzenden Umfassungswand (34) eines Stators (36) derart geführt sind, dass für mindestens einen Teil der Flügel (30) jeweils zwei gegenüberliegende Fluidräume (40,38) zwischen diesen (30) und dem Rotor (32) sowie dem Stator (36) gebildet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Saug(22)- und der Druckseite (24) der Hydropumpe (10) jeweils mindestens zwei Kammern (12,14;16,18,20,26) in einem Kammerblock (48) der Vorrichtung angeordnet sind und dass ein Teil der Kammern (12,16,18) dem einen Fluidraum (38) und der andere Teil der Kammern (14,20,16) dem anderen Fluidraum (40) eines jeden Flii- gels (30) zuordenbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (12,14,16,18,20) von Saug- und Druckseite innerhalb des Kammerblockes (48) zu dessen beiden gegenüberliegenden Stirnseiten (64,66) in die Umgebung münden und dass die Teilkammer (26) für die
Teilstrombildung auf ihrer der Hydropumpe (10) abgewandten Seite nach außen hin abgeschlossen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich- net, dass die einzelnen Kammern (12,14,16,18,20,26) in konzentrischer
Anordnung zu einer Antriebswelle (60) eines Elektromotors (62) verlaufen und sichelförmig ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich- net, dass der aus dem Hauptstrom auf der Druckseite der Hydropumpe
(10) abgezweigte Teilstrom einem hydraulischen Verbraucher, vorzugsweise in Form einer Sensoreinrichtung, zuführbar ist, nach dessen Durchlaufen der Teilstrom auf die Saugseite der Hydropumpe (10) zurückkehrt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass für den Antrieb der Hydropumpe der Elektromotor (62) dient und dass für eine Filtration des Fluids des Hauptstroms eine Filtereinheit (70) vorgesehen ist, die auf gegenüberliegenden Seiten an die Vorrichtung als Teil derselben anschließbar sind.
PCT/EP2009/006900 2008-09-27 2009-09-24 Vorrichtung zu abzweigen eines fluidischen teilstroms WO2010034491A2 (de)

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