WO2014191176A1 - Verdrängerpumpe, insbesondere flügelzellenpumpe - Google Patents

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    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/30—Casings or housings

Definitions

  • the invention relates to a positive displacement pump, in particular vane pump according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • a vane pump of this type is known for example from DE 10 2009 000 155 A1.
  • the wings are pressed by a hydraulic pressure to the outside against the inner contour of a cam ring. This hydraulic pressure is applied to the wings over a constant geometry of a
  • the rear wing channel is provided in the transition region between the suction and the pressure area with a break.
  • Wing pressure to the outside against the cam ring may not be sufficient.
  • the rear wing channel is filled with a fluid as a pressure medium, generally oil, or the oil is displaced therefrom.
  • Displacement takes place when the wings are pushed through the cam ring to the center of the axle.
  • the present invention has for its object to provide a positive displacement pump of the type mentioned, in which eliminates the disadvantages mentioned above or at least largely avoided, in particular in which no high wear and less leakage occurs and in which the transition between the suction and the pressure range is more homogeneous and without high sudden pressure differences.
  • the Deutschenerielkanal begins in the entrance to the pressure area by a ramp.
  • a preferred inclined ramp By forming a preferred inclined ramp while maintaining a high pressure, the volume of oil in the Schuerielkanal is gradually increased to full flow.
  • the reduction or increase in the flow volume can be done in accordance with the invention by reducing the width and / or the depth of Deutschenerielkanales. Preferably, the reduction or increase is carried out continuously.
  • the Hintereriel System or Hintererielkanal has virtually at least one non-coaxial to the axis of the rotor contour (on the inside and / or
  • Pressure area in the direction of the suction area becomes smaller as the space becomes smaller increased hydraulic pressure and thus pressed the wing each rising homogeneously against the inner wall of the cam ring.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a vane pump as positive displacement pump.
  • Figure 2 shows a control panel of the vane pump according to the invention.
  • Vane pumps as positive displacement pumps of the type mentioned are well known, which is why below only in detail for the invention essential parts.
  • a vane pump may be provided for conveying a fluid, such as hydraulic oil, for a power steering system of a passenger car.
  • a cam ring 2 In an outer ring 1 of a housing of the vane pump is a cam ring 2, a arranged in the interior of the cam ring 2 runner or rotor 3, which is rotatably connected to a drive shaft 4, stored.
  • the rotor 3 is provided with radially outwardly open slots, in which wings 5 are guided displaceably.
  • the wings 5 are radially outward against the inner circumference of the cam ring 2.
  • the cam ring 2 surrounds the rotor 3 and, together with the rotor and a control plate 6 with the blades 5, adjoins one another in the circumferential direction successive working chambers.
  • the suction and / or pressure side supply of the working chambers in the suction takes place by means of a suction kidney 7 and in the pressure range of the vane pump via a pressure kidney 8 via an annular Schuerielkanal 9, the wings 5 are acted upon in their Hintereriellitis with fluid pressure.
  • the Hintererielkanal 9 is in a part-circular annular channel 9a, located in the
  • Rear wing area of the suction side is located in the control panel and a first
  • a wedge-shaped delimitation or interruption 1 1 through the side walls of the "wedge", which separate the two part-circular ring channels 9a and 9b from each other.
  • the wedge shape expands radially from the inside to the outside. A radially extending wall of the wedge thus limits the annular channel 9a, while the second wall defines the beginning of the annular channel 9b. If necessary, several interruptions can be provided.
  • the annular channel 9b begins with an inclined ramp 12 (see FIG. 2).
  • the inclined ramp 12 begins at the surface of the control plate and extends axially obliquely down to the bottom of the groove of the annular channel 9b.
  • the ramp-shaped lowering to the bottom of the groove can also be carried out stepwise by a plurality of ramps 12 arranged one behind the other.
  • the width of the part-circular annular channel 9b decreases in a sickle-shaped manner from the pressure region in the direction of the suction region.
  • the crescent-shaped reduction runs along the inner diameter of the annular channel 9b, whereby an enlargement of the
  • the Hinterhofflkanal or part-circular annular channel 9a in the figure 2 extends coaxially with the same groove width and groove depth.
  • Another embodiment may be that the annular channel 9b in
  • Pressure range runs continuously and the sickle shape is provided with the widening toward the pressure area sickle only in the suction area.

Abstract

Eine Verdrängerpumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Lenksystemes, ist mit einem Rotor 3, in dessen Umfangsfläche über seine Breite sich erstreckende, wenigstens annähernd radial verlaufende Schlitze eingebracht sind, in denen verschiebbare Flügel 5 angeordnet sind, die an der Kontur eines verstellbaren Kurvenrings 2 bei Rotation des Rotors 3 entlanggeführt sind, und mit einer Stirnplatte und einer Steuerplatte 6, die den Rotor 3 und den Kurvenring 2 zwischen sich einschließen, versehen. Die Steuerplatte und/oder die Stirnplatte enthalten einen Hinterflügelkanal 9, der mit Hinterflügelräumen zum Andrücken der Flügel 5 an den Kurvenring 2 zusammenwirkt. Der Hinterflügelkanal (9) weist im Übergangsbereich zwischen den Saug- und dem Druckbereich eine Unterbrechung (11) auf. Der Hinterflügelkanal (9) kann im Eingangsbereich zum Druckbereich durch eine Rampe (12) beginnen.

Description

Verdrängerpumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe
Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Eine Flügelzellenpumpe dieser Art ist beispielsweise aus der DE 10 2009 000 155 A1 bekannt. Bei einer Flügelzellenpumpe werden die Flügel durch einen hydraulischen Druck nach außen gegen die Innenkontur eines Kurvenringes gedrückt. Dieser hydraulische Druck wird den Flügeln über eine konstante Geometrie eines
Hinterflügelkanales in Ringform zur Verfügung gestellt. Durch eine
Querschnittsverengung des Hinterflügelkanales im Bereich der Übergänge zwischen der Druck- und der Saugseite und eine radiale Flügelbewegung entsteht im
Druckbereich ein höherer Hinterflügeldruck als im Saugbereich. Grundsätzlich ist jedoch der Hinterflügeldruck sowohl saugseitig als auch druckseitig unabhängig von den einzelnen Flügelpositionen konstant. Der Hinterflügelkanal ist im Übergangsbereich zwischen dem Saug- und dem Druckbereich mit einer Unterbrechung versehen.
Die Flügel bewegen sich während einer Umdrehung in Führungen, sogenannten Läuferschlitzen im Rotor (auch Läufer genannt) radial von einem Schlitzkern aus von innen nach außen in Richtung auf den Kurvenring und wieder zurück. Im Übergangsbereich zwischen der Druckseite und der Saugseite ist der Flügel deshalb dem größten Druckunterschied ausgesetzt (sogenannter Nullhub). Hierdurch kann die radiale
Flügelpressung nach außen gegen den Kurvenring eventuell nicht ausreichend sein.
Um nun den Flügel im hydraulischen Gleichgewicht zu stabilisieren, ist es erforderlich, die Unterstützung im Hinterflügelbereich zur erhöhen, und zwar je weiter der Flügel in Richtung Schlitzkern, d. h. nach innen, geschoben wird. Diese Druckunterstützung ist bei allen Flügeln in den jeweiligen Bereichen (Druck/Saug) gleich und wird durch die Ringkanal- bzw. Hinterflügelkanaldrosselung und dem Schlitzspiel zwischen Flügel und Schlitz bestimmt. Dabei liegt unabhängig von der Flügelposition bei allen Flügeln immer der größte Druck an. Dies wirkt sich nachteilig auf einen höheren Verschleiß aus und bewirkt auch eine größere Leistungsaufnahme. Durch den beschriebenen extremen Druckunterschied von Niederdruck und Hochdruck aufgrund der Unterbrechung wird der Flügel schlagartig dem Hochdruck ausgesetzt. Dabei entsteht weiterhin auch eine hohe Leckage im Hinterflügelbereich. Begünstigst durch eine mangelhafte hydraulische Unterstützung im Hinterflügelbereich findet auch in nachteiliger weise ein Überströmen am Flügelradius statt.
Durch die radiale Bewegung der Flügel wird der Hinterflügelkanal mit einem Fluid als Druckmittel, im Allgemeinen Öl, befüllt, bzw. wird das Öl daraus verdrängt. Die
Verdrängung findet dabei dann statt, wenn die Flügel durch den Kurvenring zur Achsmitte geschoben werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängerpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die vorstehend genannten Nachteile beseitigt oder wenigstens weitgehend vermieden werden, insbesondere bei der kein hoher Verschleiß und eine geringere Leckage auftritt und bei der der Übergang zwischen dem Saug- und dem Druckbereich homogener und ohne hohe schlagartige Druckdifferenzen erfolgt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das im kennzeichnenden Teil von
Anspruch 1 genannte Merkmal gelöst.
Durch die keilförmige Unterbrechung, die sich dabei radial nach außen erweitern kann, findet nur kurzzeitig eine Unterbrechung der Ölversorgung statt, wodurch stets eine gute Ölversorgung im Hinterflügelbereich vorhanden ist. Gleichzeitig ist der Übergang homogener und hohe schlagartige Druckdifferenzen werden vermieden. Diese
Unterbrechung sollte dabei so klein wie möglich gestaltet sein. Bei einer Drehung des Rotors werden die Flügel durch die erfindungsgemäße Kontur des Hinterflügelkanales damit jeweils variabel mit der erforderlichen Ölmenge versorgt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung, die unabhängig von der Unterbrechung realisierbar ist, kann vorgesehen sein, dass der Hinterflügelkanal im Eingangsbereich zum Druckbereich durch eine Rampe beginnt. Durch die Ausbildung einer vorzugsweisen schrägen Rampe wird bei Aufrechterhaltung eines hohen Druckes das Volumen des Öls im Hinterflügelkanal allmählich bis zum vollen Volumenstrom erhöht. Die schiefe Ebene der Rampe mit der daraus
resultierenden allmählichen Erhöhung der Nuttiefe im Übergang zum Hochdruckbereich gewährleistet somit einen hohen Druck im Hinterflügelkanal und sorgt dadurch für eine größere Versorgung an Ölmenge, wobei ebenfalls der Übergang homogener und hohe Druckdifferenzen vermieden werden.
Durch eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung, nämlich eine Reduzierung und/oder Erhöhung des Durchflussvolumens, wird nun das Ölvolumen in dem
Hinterflügelkanal permanent mit der Hubbewegung verändert. Auf diese Weise kann in definierter Weise jeweils ein optimaler Hinterflügeldruck erzeugt werden. Bei steigender Drehzahl der Verdrängerpumpe, bedingt durch die Kurvenringbewegung, wird der Flügeleinschub immer kleiner und die Drosselung parallel dazu immer größer.
Die Verringerung oder Erhöhung des Durchflussvolumens kann in erfindungsgemäßer Weise durch Reduzierung der Breite und/oder der Tiefe des Hinterflügelkanales erfolgen. Vorzugsweise wird die Reduzierung bzw. Erhöhung dabei kontinuierlich vorgenommen.
In einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass sich der Hinterflügelkanal sichelförmig verändert.
Wenn dabei eine sichelförmige Verringerung entlang dem Innendurchmesser des Hinterflügelkanales verläuft, erreicht man damit gleichzeitig auch eine
Dichtflächenvergrößerung und damit eine Leckölminimierung.
Der Hinterflügelbereich bzw. Hinterflügelkanal besitzt praktisch mindestens eine zur Achse des Rotors nicht koaxial verlaufende Kontur (am Innen- und/oder
Außendurchmesser des Hinterflügelkanales).
Durch eine Verringerung des Durchflussvolumens im Hinterflügelkanal vom
Druckbereich in Richtung zum Saugbereich wird mit kleiner werdendem Raum der hydraulische Druck erhöht und somit der Flügel jeweils homogen steigend gegen die Innenwand des Kurvenringes gedrückt.
Die Umkehrung mit dem gleichen Vorteil wird erreicht, wenn man im Saugbereich das Durchflussvolumen entsprechend erhöht.
Mit zunehmender Drehzahl vergrößert sich der Hinterflügelbereich durch eine
Verschiebung des Kurvenringes, womit der Hinterflügelbereich entsprechend druckmäßig entlastet wird.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Flügelzellenpumpe als Verdrängerpumpe.
Figur 2 eine erfindungsgemäße Steuerplatte der Flügelzellenpumpe.
Flügelzellenpumpen als Verdrängerpumpen der eingangs erwähnten Art sind allgemein bekannt, weshalb nachfolgend nur auf die für die Erfindung wesentlichen Teile näher eingegangen wird.
Eine Flügelzellenpumpe kann zum Fördern eines Fluids, wie zum Beispiel Hydrauliköl, für eine Hilfskraftlenkung eines Personenkraftwagens vorgesehen sein.
In einem Außenring 1 eines Gehäuses der Flügelzellenpumpe ist ein Kurvenring 2, ein im Inneren des Kurvenringes 2 angeordneter Läufer bzw. Rotor 3, der mit einer Antriebswelle 4 drehfest verbunden ist, gelagert. Der Rotor 3 ist mit radial nach außen offenen Schlitzen versehen, in denen Flügel 5 verschiebbar geführt sind. Die Flügel 5 liegen radial außen gegen den Innenumfang des Kurvenringes 2 an. Der Kurvenring 2 umschließt den Rotor 3 und grenzt zusammen mit dem Rotor und einer Steuerplatte 6 mit den Flügeln 5 in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Arbeitskammern ineinander ab. Zumindest über die Steuerplatte 6 erfolgt die saug- und/oder druckseitige Versorgung der Arbeitskammern im Saugbereich mittels einer Saugniere 7 und im Druckbereich der Flügelzellenpumpe über eine Druckniere 8. Über einen ringförmigen Hinterflügelkanal 9 werden die Flügel 5 in ihren Hinterflügelräumen mit Fluiddruck beaufschlagt.
Der Hinterflügelkanal 9 ist in einen teilkreisförmigen Ringkanal 9a, der sich im
Hinterflügelbereich der Saugseite in der Steuerplatte befindet und einen ersten
Druckbereich definiert und in einen zweiten teilkreisförmigen Ringkanal 9b oder zweiten Druckbereich, der sich über die Druckseite der Steuerplatte 6 erstreckt, unterteilt.
Im Übergangsbereich zwischen dem Saugbereich und dem Druckbereich ist der Hinterflügelkanal 9 mit einer keilförmigen Abgrenzung bzw. Unterbrechung 1 1 durch die Seitenwände des "Keiles", die die beiden teilkreisförmigen Ringkanäle 9a und 9b voneinander trennen, versehen. Die Keilform erweitert sich radial von innen nach außen. Eine radial verlaufende Wand des Keiles begrenzt damit den Ringkanal 9a, während die zweite Wand den Beginn des Ringkanales 9b definiert. Im Bedarfsfalle können auch mehrere Unterbrechungen vorgesehen werden.
Daran anschließend in Richtung zum Druckbereich beginnt der Ringkanal 9b mit einer schrägen Rampe 12 (siehe Figur 2). Die schräge Rampe 12 beginnt an der Oberfläche der Steuerplatte und verläuft axial schräg nach unten bis zum Boden der Nut des Ringkanales 9b. Die rampenförmige Absenkung bis zum Boden der Nut kann auch stufenförmig durch mehrere hintereinander angeordnete Rampen 12 erfolgen.
Wie aus der Figur 2 ersichtlich ist, verringert sich die Breite des teilkreisförmigen Ringkanales 9b vom Druckbereich in Richtung Saugbereich sichelförmig bzw.
spiralförmig.
Wie aus der Figur 2 ersichtlich ist, verläuft die sichelförmige Verringerung entlang des Innendurchmessers des Ringkanales 9b, wodurch sich eine Vergrößerung der
Dichtfläche 10 im Hochdruckbereich zwischen dem Ringkanal 9b und der
Durchgangsbohrung zur Welle 4 kontinuierlich durch den entsprechend radial nach außen verschobenen und sich in der Breite verringernden Hinterflügelkanal 9 vergrößert.
Der Hinterflügelkanal bzw. teilkreisförmige Ringkanal 9a in der Figur 2 verläuft koaxial mit gleicher Nutbreite und Nuttiefe.
In der Figur 1 ist alternativ dazu eine Lösung dargestellt, wobei sich der Ringkanal 9b im Druckbereich in Richtung zum Saugbereich verringert und sich der Ringkanal 9a im Saugbereich in Richtung zum Druckbereich sichelförmig erweitert. Damit wird der gleiche Effekt einer variablen Ölmengenversorgung für eine homogene
Flügelanpressung an den Kurvenring erreicht.
Eine weitere Ausführungsform kann darin bestehen, dass der Ringkanal 9b im
Druckbereich kontinuierlich verläuft und die Sichelform mit der sich in Richtung zum Druckbereich erweiternden Sichel nur im Saugbereich vorgesehen ist.
Die Hochdruckversorgung mit Öl für die Flügelzellenpumpe erfolgt über die beiden Nuten bzw. Bohrungen 13 und 14.
Bezugszeichenliste
1 Außenring
2 Kurvenring
3 Rotor
4 Antriebswelle
5 Flügel
6 Steuerplatte
7 Saugniere
8 Druckniere
9 Hinterflügelkanal
9a teilkreisförmige Ringkanal
9b teilkreisförmige Ringkanal
10 Dichtfläche
1 1 keilförmige Unterbrechung
12 schräge Rampe
13 Nut/Bohrung
14 Nut/Bohrung

Claims

Ansprüche
1 . Verdrängerpumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Lenksystems, mit einem Rotor (3), in dessen Umfangsfläche über seine Breite sich erstreckende, wenigstens annähernd radial verlaufende Schlitze eingebracht sind, in denen verschiebbare Flügel (5) angeordnet sind, die an der Kontur eines verstellbaren Kurvenrings (2) bei Rotation des Rotors (3) entlanggeführt sind, und mit einer Stirnplatte und einer Steuerplatte (6), die den Rotor (3) und den Kurvenring (2) zwischen sich einschließen, wobei die Steuerplatte und/oder die Stirnplatte einen Hinterflügelkanal (9) enthalten, der mit Hinterflügelräumen zum Andrücken der Flügel (5) an den Kurvenring (2) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der
Hinterflügelkanal (9) im Übergangsbereich zwischen dem Saug- und dem Druckbereich wenigstens eine keilförmige Unterbrechung (1 1 ) aufweist.
2. Verdrängerpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Keilform der Unterbrechung (1 1 ) radial von innen nach außen erweitert.
3. Verdrängerpumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher eines Lenksystems, mit einem Rotor (3), in dessen Umfangsfläche über seine Breite sich erstreckende, wenigstens annähernd radial verlaufende Schlitze eingebracht sind, in denen verschiebbare Flügel (5) angeordnet sind, die an der Kontur eines verstellbaren Kurvenrings (2) bei Rotation des Rotors (3) entlanggeführt sind, und mit einer Stirnplatte und einer Steuerplatte (6), die den Rotor (3) und den Kurvenring (2) zwischen sich einschließen, wobei die Steuerplatte und/oder die Stirnplatte einen Hinterflügelkanal (9) enthalten, der mit Hinterflügelräumen zum Andrücken der Flügel (5) an den Kurvenring (2) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der
Hinterflügelkanal (9) im Eingangsbereich zum Druckbereich durch eine Rampe (12) beginnt.
4. Verdrängerpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rampe (12) an eine Unterbrechung (1 1 ) des Hinterflügelkanals (9) im Übergangsbereich zwischen dem Saug- und dem Druckbereich anschließt.
5. Verdrängerpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampe (12) einen schrägen Verlauf aufweist.
6. Verdrängerpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rampen (12) stufenförmig hintereinander angeordnet sind.
7. Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Durchflussvolumen im Hinterflügelkanal (9) vom Druckbereich in Richtung zum Saugbereich verringert und/oder vom Saugbereich in Richtung zum Druckbereich erhöht.
8. Verdrängerpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite und/oder Tiefe des Hinterflügelkanales (9) reduziert.
9. Verdrängerpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite des Hinterflügelkanales (9) sichelförmig verringert.
10. Verdrängerpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
Verringerung des Hinterflügelkanales (9) am Innendurchmesser entlang verläuft.
PCT/EP2014/059347 2013-05-28 2014-05-07 Verdrängerpumpe, insbesondere flügelzellenpumpe WO2014191176A1 (de)

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