WO2019137664A1 - Strömungsoptimierte flügelzellenpumpe - Google Patents

Strömungsoptimierte flügelzellenpumpe Download PDF

Info

Publication number
WO2019137664A1
WO2019137664A1 PCT/EP2018/081437 EP2018081437W WO2019137664A1 WO 2019137664 A1 WO2019137664 A1 WO 2019137664A1 EP 2018081437 W EP2018081437 W EP 2018081437W WO 2019137664 A1 WO2019137664 A1 WO 2019137664A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
radial
vane
pump
recesses
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/081437
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Sieder
Original Assignee
Nidec Gpm Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec Gpm Gmbh filed Critical Nidec Gpm Gmbh
Priority to US15/733,360 priority Critical patent/US11549508B2/en
Priority to BR112020012045-6A priority patent/BR112020012045A2/pt
Priority to CN201880085591.3A priority patent/CN111556928B/zh
Publication of WO2019137664A1 publication Critical patent/WO2019137664A1/de

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/30Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C2/34Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C2/344Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F04C2/3441Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • F04C2/3442Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation the surfaces of the inner and outer member, forming the working space, being surfaces of revolution
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/18Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber
    • F04C14/22Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber by changing the eccentricity between cooperating members
    • F04C14/223Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber by changing the eccentricity between cooperating members using a movable cam
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0042Systems for the equilibration of forces acting on the machines or pump
    • F04C15/0049Equalization of pressure pulses
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2210/00Fluid
    • F04C2210/20Fluid liquid, i.e. incompressible
    • F04C2210/206Oil
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00Components
    • F04C2240/20Rotors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00Components
    • F04C2240/30Casings or housings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2270/00Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/14Pulsations
    • F04C2270/145Controlled or regulated

Definitions

  • the present invention relates to a flow-optimized vane pump with a reduced pulsation of a pressure in the vane cells.
  • circulating displacement pumps such as e.g. Vane pumps in principle a pressure pulsation resulting from the sequence of suction and erringungszyklus during one revolution of the pump shaft.
  • the pulsation relates both to the outlet pressure of the pump and the flow behavior during the charge change of the flow in and out of the vane to the inlet and outlet, as well as a pressure within the now closing vane.
  • Pulsed pressure in closed volumes or circuits generally results in problems in a hydraulic system, such as reduced seal site durability or perceptible noise. From the prior art vane pumps are known with different application-specific geometries, which are aimed at reducing pulsations.
  • DE 11 2015 000 504 T5 describes a vane pump for use in a power steering system of a vehicle.
  • the pump chamber assumes an inner contour with two radial elevations.
  • the inlets and outlets are arranged at the end side of the rotor and the slidingly mounted blocking vanes.
  • Serving as a control mirror side plate has on the rotor 2 facing end face a notch opposite to the direction of rotation, which grants an earlier, gradually increasing opening cross-section to the outlet.
  • Pre-control geometry which is introduced at a fixed control level of the pump.
  • the open transition l causing the vane between suction and displacement in each stroke may adversely affect the volumetric efficiency of the pump.
  • the measure mentioned in the state of the art is aimed at avoiding fluctuations in the pump outlet and serves to optimally provide as constant a delivery pressure as possible from a vane pump, as desired, for example, for the precise control of linear, ie non-rotary, hydraulic actuators.
  • the vane pump for delivering liquids, in particular viscous oils comprises: a rotor having sliding slots in which slidable vanes are received and retractable with respect to a rotor radius; a pump housing having a pump chamber which surrounds the rotor and whose inner contour has a hollow cylinder eccentric to the rotor radius and / or at least one radial elevation to the rotor radius in the direction of rotation of the rotor; so that vane cells, each occupy a circumferential part of the pump chamber volume between two adjacent wings, a V olumenzu Spotify and volume decrease in dependence on the radial inner contour of the pump chamber through; and an inlet in the rotation angle range of the V olumenzu fortune Spotify and an outlet in the rotation angle range of V lumenab Spotify, which open to at least one end face of the rotor in the pump chamber; wherein over the circumference of the rotor projecting radial projections to the sliding slots, which form a rotor radius on both sides of the retractable
  • a dynamic vane control geometry is applied to a vane pump, which is realized by modifying a rotating control mirror by the rotor of the vane pump, as explained below.
  • the recesses at the end faces of the radial elevations of the rotor cause, in a rotation angle range between the outlet opening and the inlet opening, in which the circulating vane cells move closed through the pump chamber, a time-extended, larger cross-section of the volume of the vane first to the outlet opening and then to the inlet opening.
  • the recesses in the radial direction may have at least two adjacent radial portions, which mutually differ with respect to a depth of the recess to the surface of the end face of the rotor.
  • a radial portion of the recesses located farther in the radial direction of the rotor may have a greater depth, and an adjacent radial portion of the recesses located farther out in the radial direction of the rotor may have a smaller depth ,
  • the portion of greater depth may take the function of a pressure limiting balance channel and the portion of lesser depth may have the function of a flow resistance that provides a lower threshold for pressure equalization.
  • a contour of the recesses or a radial portion of the recesses may be constant along the circumferential direction of the rotor.
  • a flow-effective function of the end-side recesses behaves neutral to the rotational angle of the rotor.
  • the recesses or a radial portion of the recesses may form a groove with a rectangular, V-shaped or U-shaped contour.
  • Such contours in rotationally symmetrical shape of the recess allow a simplified production of the rotor, such as by means of a machining of the recess on the rotating workpiece.
  • the mentioned cross-sectional contours of the recesses ensure that a mold without undercuts of the Blank contour of the rotor can be solved.
  • a distance between an orifice of the inlet and an outlet of the outlet into the pump chamber may substantially correspond to the distance between two vanes.
  • a distance traveled by a closed volume of a wing cell is minimized and an effective working stretch area of the wing cells is maximized.
  • a duration of a closed volume change is minimized, so that the times of a volume closure and a volume opening substantially coincide. Due to the additional pressure-compensating effect of the recesses according to the invention during a substantially simultaneous volume closure and volume opening in such an arrangement of the mouths of inlet and outlet, a pressure peak can be suppressed.
  • a hydraulic pump for generating a constant pressure for hydraulic actuators or drives may comprise the vane pump according to the invention.
  • the recesses cause a reduction in pulsation of the pressure in the vane cells, even in combination with a medium of higher viscosity than water, e.g. enters with a hydraulic oil, and in closed circuits such.
  • a hydraulic system causes a noise suppression.
  • such a hydraulic pump for generating a constant pressure may have a volumetrically variable pump geometry, wherein a distance between the rotor radius and the inner contour of an eccentric hollow cylinder or a radial elevation of the pump chamber is adjustable by means of an actuator.
  • a pulsation of the pressure within the vane cells adversely affects the life, since the pressure fluctuations over an adjustable pump chamber wall directly on the Actuator for volumetric adjustment of the pump to be transferred.
  • the pulsation in pump operation brings a constant vibration load against the force, whereby a bearing of the adjustable pump geometry and the actuator itself are exposed to vibrations.
  • a volumetrically adjustable vane pump benefits in particular from a modification according to the invention for reducing the pulsation of the pressure within the vane.
  • a hydraulic pump as
  • Power source can be used in a hydraulic power steering system for vehicles.
  • Fig. 1 is an open plan view of a volumetrically adjustable
  • FIG. 2 is a perspective view of a rotor with a recess according to the first embodiment of the invention
  • Fig. 3 is a perspective view of a rotor with an end face
  • Fig. 4 is a virtual representation of a simulation of a normalized pressure curve in the pump chamber during a volume closure of a vane between outlet and inlet;
  • Fig. 5 is a virtual representation of a simulation of a normalized
  • FIG. 6 shows a diagram of a normalized pump outlet pressure as a function of a rotational angle of the rotor for a vane-cell pump according to the invention and a conventional vane-cell pump.
  • Fig. 1 shows a view of an open pump housing 1 of a volumetrically adjustable vane pump, on which a pump cover has been removed.
  • the pump has a variable pump geometry, which is adjusted by a displacement between two housing parts.
  • An outer housing part 1a forms a main part of the pump housing 1 and receives an inlet 5, an outlet 6 and an actuator 7 with a return spring 70 therein. Furthermore, a rotor 2 is rotatably mounted on the outer housing part la, so that the rotor 2 and the outer housing part 1 a define a fixed component with respect to the V create movement of the variable pump geometry.
  • a lifting ring 1b which includes the pump chamber 10, is slidably received together with a coaxially arranged guide ring 13 as an inner housing part in the outer housing part 1a and thus forms a movable component with respect to the V create movement of the variable pump geometry.
  • the lifting ring 1b forms a chamber wall of the pump chamber 10 in the form of a hollow cylinder.
  • An inner contour 12 of the cylindrical pump chamber 10 is eccentric with respect to the rotor 2, wherein a measure of the eccentricity or a distance between the centers of the pump chamber 10 and the rotor 2 in response to a linear displacement of the cam lb are adjusted to the outer housing part la can.
  • the adjusting movement is carried out by actuation of a not further explained actuator 7, which generates a force along the displacement path while biasing the return spring 70 to a reversible actuating movement.
  • the guide ring 13 is arranged on both sides of the axial ends of the rotor 2 and concentric with the inner contour 12 of the pump chamber 10.
  • the guide ring 13 is firmly connected to the lifting ring lb, so that it always has the same eccentricity as the pump chamber 10 to the rotor 2 in any position of the adjustment.
  • the rotor 2 has sliding slots 23, in which radially aligned blocking vanes 3 are received displaceably mounted.
  • a radial extent of the blocking vanes 3 corresponds to a distance between the guide ring 13 and the inner contour 12 of the pump chamber 10, so that the inner ends of the blocking vanes 3 slide on the guide ring 13, and the outer ends of the blocking vanes 3 slide in the inner contour 12 of the pump chamber 10 during the blocking vanes 3 are guided on a circular path through the pump chamber 10 by a rotation of the rotor 2. Since the guide ring 13 and the inner contour 12 extend eccentrically to the rotor 2, the blocking vanes 3 also slide in and out of the sliding slots 23 in the radial direction. In this case, the blocking vanes 3 are completely retractable in the sliding slots 23 in relation to a rotor radius r.
  • a maximum flow rate of the pump is achieved when the lifting ring lb is displaced together with guide ring 13 to a maximum eccentricity with respect to the rotor 2, so that the inner contour 12 comes into contact with a rotor radius r of the rotor 2 almost. In such a position, a maximum V olumen change of the vane between the blocking wings 3 during a rotor rotation of 180 ° in the pump chamber 10 is achieved. In contrast, a minimum flow rate of the pump is achieved when along the displacement position is taken, at which there is essentially no eccentricity, ie a center of the rotor 2 and a center of the guide ring 13 are arranged coaxially, so that the rotating vane cells within the Pump chamber 10 experienced no V olumen selectedung.
  • a crescent-shaped depression which forms an opening of the outlet 6 into the pump chamber 10 extends in the end chamber wall of the pump chamber 10 at both axial ends of the rotor 2.
  • a crescent-shaped depression which forms a mouth of the inlet 5 into the pump chamber 10 also extends in each case to the two axial ends of the rotor 2.
  • a volume of the vane in the upper rotation angle range decreases and a lower rotation angle range, whereby a displacement and suction between the rotating vane and the outlet 6 and inlet 5 is effected.
  • the rotor 2 has on the circumference also to the sliding slots 23 toward tapered radial projections 21 which define the rotor radius r of the rotor 2 at the sliding slots 23. Between the radial elevations 21 radial pockets 20 are recessed in the rotor radius r, which form a dead space, which favors a flow behavior and a sealing of the effective working volume outside of the rotor radius r in the wing cell.
  • the blocking wing 3 exceeds the end of the opening contour of the crescent-shaped mouth of the outlet 6 and completes a connection between the vane cell and the outlet 6 completely.
  • the preceding barrier vane 3 exceeds an edge at the beginning of an opening contour of the crescent mouth of the inlet 5 in the end chamber wall of the pump chamber 10 and the closed volume of the vane cell is reopened to the inlet 5.
  • the short-term completion of the volume of the vane cell ensures a permanent barrier between the crescent-shaped mouths of the inlet 5 and outlet 6 to exclude a hydraulic short circuit between the inlet 5 and the outlet 6.
  • Fig. 2 shows a recess 4 according to a first Ausumngsform of the invention.
  • the recess 4 extends at an end face of the rotor 2 from a radial pocket 20, starting over the radially protruding cross section of a radial projection 21.
  • the recess 4 is divided into a radially outer portion 40 and into a radially inner portion 41 which extends through a different depth of the recess 4 differ.
  • the end surfaces are recessed both from the inner portion 41 and the outer portion 40 of the recess 4 with respect to a radially further inwardly facing end face 22 of the rotor 2.
  • the inner portion 41 with the greater depth assumes the function of a channel which supplies the hydraulic oil from the dead space of the radial pocket 20.
  • the outer portion 40 with the smaller depth causes by a reduction of the flow cross-section in a radial outlet direction a defined flow resistance.
  • a flow resistance to prevent a potential leakage flow can be selected, which can occur due to a shortest distance c and a pressure difference between the outlet 5 and the outlet 6 ownedmed through the vane cells ,
  • Fig. 3 shows a recess 4 according to a second embodiment of the invention.
  • the second embodiment differs from the first embodiment by the inner portion 42 of the recess 4.
  • the inner portion 42 of the recess 4 of the second Embodiment instead of the rectangular or U-shaped contour of the inner portion 41 of the recess 4 of the first embodiment, the inner portion 42 of the recess 4 of the second Embodiment on a V-shaped contour.
  • the recess 4 of the second embodiment forms a shallower gradation between the inner portion 42 and the outer portion 40, whereby a greater flow resistance.
  • a selection of the gradation of the recess 4 according to the first embodiment or the second embodiment and the depth can be selected, for example, depending on a viscosity of the intended conveying medium or the hydraulic oil in a suitable manner.
  • FIG. 4 shows a pressure profile of the vane cells in the pump chamber 10 on the basis of differently marked regions.
  • a pump geometry without the recesses 4 is simulated.
  • the illustrated volumes of the vane cells with respect to the skipped opening contours of the crescent-shaped openings of the inlet 5 and the outlet 6 correspond to the same rotational angular position of the rotor 2 as in FIGS. 1 and 2. From the simulation it can be seen that in a vane cell at the bottom left, which passes the distance between the mouths of the inlet 5 and the outlet 6, passes through a pressure peak while the volume of the wing cell is completed.
  • the vane cell As the vane cell continues to move counterclockwise, it enters a rotational angle range of the inlet 5 where there is a depression in the vane cell until a vole increase ends at a position opposite to the area of the pressure peak. Then, by decreasing the volume, an increase in pressure in the vane cell begins, which ends shortly before a vole closure in the described pressure peak.
  • the simulation shows a pump geometry according to the invention with recesses 4 in the end faces of the radial projections 21 of the rotor 2.
  • the filled free spaces in connection with the Openings contours of the crescent mouths of the inlet 5 and the outlet 6 is an extension of an opening cross-section for a compensating flow.
  • the virtual simulation for the pump geometry with the recesses 4 shown on the right results in a substantial reduction in the pressure peak a level that substantially corresponds to that of the previously passed Vrdrfitungsphase in which a complete opening to the mouth of the outlet 6 is made.
  • FIG. 5 shows a distribution of the pressure-compensating flow out of a vane cell shortly before the volumetric closure, wherein the rotational angle position again corresponds to that of FIGS. 1 and 4.
  • the size and length of the illustrated vector arrows corresponds to a flow velocity or a volume flow per unit area of the flow cross section.
  • the vector arrows in the center of the image, which emerge at the edge of the opening contour of the mouth of the outlet 6, are much larger than the vector arrows in an upper area of the figure representing a flow of the exhaust phase of the subsequent wing cell.
  • This high flow velocity results from the small opening cross-section, which remains in an overlap of the radial projection 21 with the opening contour of the mouth of the outlet 6.
  • the right-hand illustration of the pump geometry with the recesses 4 illustrates the larger remaining opening cross-section between the vane cell and the outlet 6 after the radial projection 21 has already partly passed the opening contour of the mouth of the outlet 6.
  • the upward-pointing vector arrows show that the flow velocity in the critical region is still greater than that in the displacement phase of the subsequent wing cell.
  • 6 shows a diagram of an output-side discharge pressure of the pump as a function of a rotation angle of the rotor 2.
  • a dashed line indicates a pressure curve for a pump geometry without the recesses 4, and a solid line indicates the pressure curve of a pump geometry according to the invention with recesses 4.
  • the pressure profile and a resulting distribution of the flow velocity which were explained with the figures 4 and 5, propagate to the outlet 6 of the pump and cause accordingly a fluctuation of the output-side discharge pressure of the pump.
  • a normalized delivery pressure which is 1.00 [-] in FIG. 6, in a conventional rotor 2
  • a pressure fluctuation having a difference value of 0.23 [-] occurs every time a vane passes the pressure fluctuation is reduced by the inventive pump geometry with recesses 4 to a pressure fluctuation with a difference value of 0.19 [-].
  • the vane pump for application of the invention may also have another pump housing 1.
  • the pump housing 1 may have a different kinematics for volumetric adjustment, in which between a inner contour of the pump chamber 10 and the rotor 2 a S swiveling motion instead of a linear displacement follows, as is known from other types of the type of variable displacement.
  • the pump chamber 10 may have a different inner contour 12 than that of an eccentric hollow cylinder.
  • the inner contour 12 of the pump chamber 10 may have at least one cam-shaped elevation to the rotor radius r.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)
  • Details And Applications Of Rotary Liquid Pumps (AREA)

Abstract

Ein Flügelzellenpumpe zum Fördern von Flüssigkeiten, insbesondere von viskosen Ölen, weist auf: einen Rotor (2) mit Gleitschlitzen (23), in denen verschiebbare Flügel (3) aufgenommen und in Bezug zu einem Rotorradius (r) versenkbar sind; ein Pumpengehäuse (1 ) mit einer Pumpenkammer (10), die den Rotor (2) umgibt; und einen Einlass (5) und einen Auslass (6), die zu wenigstens einer Stirnseite des Rotors (2) in die Pumpenkammer (10) münden; wobei über den Umfang des Rotors (2) radiale Erhebungen (21) zu den Gleitschlitzen (23) hervorstehen, die einen Rotorradius (r) beiderseits der versenkbaren Flügel (3) bilden, und zwischen den radialen Erhebungen (21) radiale Taschen (20) zum Rotorradius (r) vertieft sind. Innerhalb der radialen Erhebungen (21) sind an der wenigstens einen Stirnseite des Rotors (2), zu welcher der Einlass (5) und der Auslass (6) münden, Ausnehmungen (4) ausgebildet, die eine rotierende Vorsteuergeometrie zur Verringerung von Druckspitzen in den Flügelzellen bereitstellen.

Description

Besch
Figure imgf000003_0001
Strömungsoptimierte Flügelzellenpumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine strömungsoptimierte Flügelzellenpumpe mit einer verringerten Pulsation eines Drucks in den Flügelzellen.
Im Gegensatz zu Kreiselpumpen erzeugen umlaufende V erdrängerpumpen wie z.B. Flügelzellenpumpen prinzipiell eine Druckpulsation, die aus der Abfolge von Ansaug- und V erdrängungszyklen während einer Umdrehung der Pumpenwelle entsteht. Die Pulsation betrifft sowohl den Ausgangsdruck der Pumpe und das Strömungsverhalten beim Ladungswechsel des Förderstroms in und aus den Flügelzellen zum Ein- und Auslass, als auch einen Druck innerhalb der zwischenzeitlich schließenden Flügelzellen. Ein pulsierender Druck in geschlossenen Volumina oder Kreisläufen führt in einem hydraulischen System im Allgemeinen zu Problemstellungen wie einer verringerten Haltbarkeit von Dichtungsstellen oder einer Geräuschentwicklung mit wahrnehmbaren Resonanzen. Aus dem Stand der Technik sind Flügelzellenpumpen mit unterschiedlichen anwendungsspezifischen Geometrien bekannt, die auf eine Verringerung von Pulsationen abzielen. So beschreibt beispielsweise die DE 11 2015 000 504 T5 eine Flügelzellenpumpe zur Verwendung in einer Servolenkung eines Fahrzeugs. Die Pumpenkammer nimmt eine Innenkontur mit zwei radialen Erhebungen ein. Die Ein- und Auslässe sind stimseitig zu dem Rotor und den gleitend gelagerten Sperrflügeln angeordnet. Eine als Steuerspiegel dienende Seitenplatte weist an der dem Rotor 2 zugewandten Stirnseite eine Einkerbung entgegen der Drehrichtung auf, die einen früheren, graduell zunehmenden Öffnungsquerschnitt zum Auslass gewährt. Die genannte Druckschrift beschreibt demnach die Umsetzung einer statischen
V orsteuergeometrie, die an einem feststehenden Steuerspiegel der Pumpe eingebracht wird. Eine derartige Modifikation der Pumpengeometrie, die einen geöffneten Übergang l der Flügelzelle zwischen Ansaugen und Verdrängen in jedem Arbeitshub bewirkt, kann die volumetrische Effizienz der Pumpe in nachteilhafter Weise beeinflussen.
Die aus dem Stand der Technik genannte Maßnahme zielt auf die Vermeidung von Schwankungen im Pumpenauslass ab und dient der optimierten Bereitstellung eines möglichst konstanten Förderdrucks aus einer Flügelzellenpumpe, wie er beispielsweise für die präzise Ansteuerung von linearen, also nicht-rotatorischen hydraulischen Stellgliedern erwünscht ist.
Es besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine alternative Optimierung der Pumpengeometrie zu schaffen, die auch eine Verringerung einer Pulsation innerhalb der Flügelzellen einer Flügelzellenpumpe bewirkt.
Die Aufgabe wird durch eine Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Flügelzellenpumpe zum Fördern von Flüssigkeiten, insbesondere von viskosen Ölen, weist auf: einen Rotor mit Gleitschlitzen, in denen verschiebbare Flügel aufgenommen und in Bezug zu einem Rotorradius versenkbar sind; ein Pumpengehäuse mit einer Pumpenkammer, die den Rotor umgibt und deren Innenkontur einen zu dem Rotorradius exzentrischen Hohlzylinder und/oder wenigstens eine radiale Erhebung zu dem Rotorradius in Umlaufrichtung des Rotors aufweist; sodass Flügelzellen, die jeweils ein umlaufendes Teil volumen der Pumpenkammer zwischen zwei benachbarten Flügeln einnehmen, eine V olumenzunahme und Volumenabnahme in Abhängigkeit der radialen Innenkontur der Pumpenkammer durchlaufen; und ein Einlass im Drehwinkelbereich der V olumenzunahme und ein Auslass im Drehwinkelbereich der V olumenabnahme, die zu wenigstens einer Stirnseite des Rotors in die Pumpenkammer münden; wobei über den Umfang des Rotors radiale Erhebungen zu den Gleitschlitzen hervorstehen, die einen Rotorradius beiderseits der versenkbaren Flügel bilden, und zwischen den radialen Erhebungen radiale Taschen zum Rotorradius vertieft sind. Die Flügelzellenpumpe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass innerhalb der radialen Erhebungen an der wenigstens einen Stirnseite des Rotors, zu welcher der Einlass und der Auslass münden, Ausnehmungen ausgebildet sind.
Erfmdungsgemäß wird erstmals an einer Flügelzellenpumpe eine dynamische V orsteuergeometrie angewendet, die durch Modifikation eines rotierenden Steuerspiegels seitens des Rotors der Flügelzellenpumpe realisiert wird, wie nachstehend erläutert ist.
Die Ausnehmungen an den Stirnseiten der radialen Erhebungen des Rotors bewirken in einem Drehwinkelbereich zwischen der Auslassöffnung und der Einlassöffnung, in dem sich die umlaufenden Flügelzellen geschlossen durch die Pumpenkammer bewegen, einen zeitlich verlängerten, größeren V erbindungsquerschnitt des Volumens der Flügelzellen zunächst zu der Auslassöffnung und anschließend zu der Einlassöffnung. Dadurch verkürzt sich bzw. entfällt eine vollständig geschlossene V olumenverschiebung, d.h. insbesondere eine geschlossene V olumenänderung, wodurch die Erzeugung von kurzzeitigen hohen Druckspitzen in umlaufenden Flügelzelle effektiv verringert wird.
Auch wenn eine Distanz zwischen Einlass und Auslass auf das Maß einer dazwischenliegenden Flügelzelle gewählt wird, um die effektive Strecke einer geschlossenen V olumenverschiebung bzw. Volumenänderung einer Flügelzelle zu minimieren, verbleibt zu den gegebenenfalls simultanen Zeitpunkten eines Volumenabschlusses und einer V olumenöffhung der Flügelzelle durch die stimseitigen Ausnehmungen im Rotor ein geringer Öffhungsquerschnitt, der einen Druckanstieg innerhalb der Flügelzelle begrenzt.
Zugleich besteht in Abhängigkeit von der vorgesehenen Viskosität des Mediums und der Abmessung der Ausnehmungen eine ausreichende Dichtungswirkung an dem geringen Öffhungsquerschnitt der Ausnehmungen, sodass ein hydraulischer Kurzschluss zwischen Einlass und Auslass während des Passierens der Flügelzelle verhindert wird, und eine Verschlechterung der volumetrischen Effizienz unterdrückt wird. Vorteilhafte W eiterbildungen der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die Ausnehmungen in radialer Richtung wenigstens zwei benachbarte radiale Abschnitte aufweisen, die sich in Bezug zu einer Tiefe der Ausnehmung zur Oberfläche der Stirnseite des Rotors gegenseitig unterscheiden. Somit ist es möglich, unterschiedliche funktionale bzw. strömungswirksame Bereiche in den Ausnehmungen, insbesondere in Bezug auf eine Dichtungstrecke der Flügelzelle zu der Einlass- und Auslassöffnung einzurichten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein radialer Abschnitt der Ausnehmungen, der in Radialrichtung des Rotors weiter innen angeordnet ist, eine größere Tiefe aufweisen, und ein benachbarter radialer Abschnitt der Ausnehmungen, der in Radialrichtung des Rotors weiter außen angeordnet ist, kann eine geringere Tiefe aufweisen. Wie später erläutert wird, kann der Abschnitt mit größerer Tiefe die Funktion eines druckbegrenzenden Ausgleichkanals einnehmen und der Abschnitt mit geringerer Tiefe die Funktion eines Strömungswiderstands, der einen unteren Schwellenwert für einen Druckausgleich vorgibt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine Kontur der Ausnehmungen oder eines radialen Abschnitts der Ausnehmungen entlang der Umfangsrichtung des Rotors konstant sein. Somit verhält sich eine strömungswirksame Funktion der stimseitigen Ausnehmungen neutral zum Drehwinkel des Rotors.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die Ausnehmungen oder ein radialer Abschnitt der Ausnehmungen eine Nut mit einer rechteckigen, V-fÖrmigen oder U- förmigen Kontur bilden. Derartige Konturen in rotationssymmetrischer Gestalt der Ausnehmung ermöglichen eine vereinfachte Fertigung des Rotors, wie z.B. anhand einer spanabhebende Bearbeitung der Ausnehmung am rotierenden Werkstück. Bei einer Fertigung durch einen Sinterprozess stellen die genannten Querschnittskonturen der Ausnehmungen sicher, dass ein Formwerkzeug ohne Hinterschnitte von der Rohteilkontur des Rotors gelöst werden kann. Insbesondere jedoch lässt sich durch Auswahl der genannten Querschnittskonturen der Ausnehmungen ein Strömungsverhalten geometrisch beeinflussen und somit beispielsweise auf eine Viskosität des Mediums abstimmen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein Abstand zwischen einer Mündung des Einlasses und einer Mündung des Auslasses in die Pumpenkammer im Wesentlichen dem Abstand zwischen zwei Flügeln entsprechen. Somit wird eine Strecke, die durch ein abgeschlossenes Volumen einer Flügelzelle zurückgelegt wird, minimiert und eine effektive Arbeitsstreckecke der Flügelzellen maximiert. Infolgedessen wird eine Dauer einer geschlossenen V olumenänderung minimiert, sodass die Zeitpunkte eines V olumenabschluss und einer V olumenöffnung im Wesentlichen zusammenfallen. Durch den zusätzlichen druckausgleichenden Effekt der erfindungsgemäßen Ausnehmungen während einem im Wesentlichen simultanen Volumenabschluss und Volumenöffhung bei einer derartigen Anordnung der Mündungen von Einlass und Auslass kann eine Druckspitze unterdrückt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine Hydraulikpumpe zum Erzeugen eines konstanten Drucks für hydraulische Stellglieder oder Antriebe die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe umfassen. Wie obenstehend erläutert, bewirken die Ausnehmungen eine Verringerung einer Pulsation des Drucks in den Flügelzellen, die selbst in Kombination mit einem Medium von höherer Viskosität als Wasser wie z.B. mit einem Hydrauliköl eintritt, und in geschlossenen Kreisläufen wie z.B. einem Hydrauliksystem eine Geräuschunterdrückung herbeiführt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine solche Hydraulikpumpe zum Erzeugen eines konstanten Drucks eine volumetrisch variable Pumpengeometrie aufweisen, wobei ein Abstand zwischen dem Rotorradius und der Innenkontur eines exzentrischen Hohlzylinders oder einer radialen Erhebung der Pumpenkammer mittels Stellglied einstellbar ist. Bei Typen von Verstellpumpen wirkt sich eine Pulsation des Drucks innerhalb der Flügelzellen nachteilig auf die Lebensdauer aus, da die Druckschwankungen über eine verstellbare Pumpenkammerwand direkt auf das Stellglied zur volumetrischen Verstellung der Pumpe übertragen werden. Somit bringt die Pulsation im Pumpenbetrieb eine ständige Schwingungsbelastung gegen die Stellkraft auf, wodurch eine Lagerung der verstellbaren Pumpengeometrie sowie das Stellglied selbst Vibrationen ausgesetzt werden. Da eine entsprechende Kinematik hohen Anforderungen bezüglich der Abdichtung unterliegt, und durch Vibrationen per se schneller als eine starre Geometrie verschleißt, profitiert eine volumetrisch verstellbare Flügelzellenpumpe in besonderem Maß von einer erfindungsgemäßen Modifikation zur Verringerung der Pulsation des Drucks innerhalb der Flügelzellen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine solche Hydraulikpumpe als
Antriebsquelle in einem hydraulischen Lenkhilfesystem für Fahrzeuge verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. In diesen zeigen:
Fig. 1 eine geöffnete Draufsicht auf eine volumetrisch verstellbare
Flügelzellenpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht auf einen Rotor mit einer Ausnehmung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf einen Rotor mit einer stimseitigen
Ausnehmung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine virtuelle Darstellung einer Simulation eines normierten Druckverlaufs in der Pumpenkammer während eines Volumenabschlusses einer Flügelzelle zwischen Auslass und Einlass; Fig. 5 eine virtuelle Darstellung einer Simulation eines normierten
Strömungsverlaufs, der entsprechend dem Druckverlauf aus Fig. 6 resultiert; und Fig. 6 ein Diagramm eines normierten Pumpenausgangsdrucks in Abhängigkeit eines Drehwinkels des Rotors für eine erfmdungsgemäße Flügelzellenpumpe und eine herkömmliche Flügelzellenpumpe.
Nachstehend wird der Aufbau der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht auf ein geöffnetes Pumpengehäuse 1 einer volumetrisch verstellbaren Flügelzellenpumpe, an der ein Pumpendeckel entfernt wurde. Um den geforderten Volumenstrom unabhängig von einer Drehzahl der Pumpe einstellen zu können, verfügt die Pumpe über eine variable Pumpengeometrie, die durch eine Verschiebung zwischen zwei Gehäuseteilen verstellt wird.
Ein äußeres Gehäuseteil la bildet einen Hauptteil des Pumpengehäuses 1 und nimmt einen Einlass 5, einen Auslass 6 und ein Stellglied 7 mit einer Rückstellfeder 70 darin auf. Ferner ist ein Rotor 2 an dem äußeren Gehäuseteil la drehbar gelagert, so dass der Rotor 2 und das äußere Gehäuseteil 1 a eine feststehende Komponente in Bezug auf die V erstellbewegung der variablen Pumpengeometrie definieren. Ein Hubring lb, der die Pumpenkammer 10 umfasst, ist gemeinsam mit einem hierzu koaxial angeordneten Führungsring 13 als ein inneres Gehäuseteil in dem äußeren Gehäuseteil 1 a verschiebbar aufgenommen und bildet somit eine bewegliche Komponente in Bezug auf die V erstellbewegung der variablen Pumpengeometrie.
Der Hubring lb bildet eine Kammerwand der Pumpenkammer 10 in Form eines Hohlzylinders. Eine Innenkontur 12 der zylindrischen Pumpenkammer 10 verläuft exzentrisch in Bezug zu dem Rotor 2, wobei ein Maß der Exzentrizität bzw. ein Abstand der Mittelpunkte der Pumpenkammer 10 und des Rotors 2 in Abhängigkeit einer linearen Verschiebung des Hubrings lb zu dem äußeren Gehäuse Teil la eingestellt werden kann. Die Verstellbewegung erfolgt durch Betätigung eines nicht weiter erläuterten Stellglieds 7, das eine Stellkraft entlang des Verstell wegs erzeugt und dabei die Rückstellfeder 70 zu einer reversiblen Stellbewegung vorspannt. Der Führungsring 13 ist beidseitig zu den axialen Enden des Rotors 2 und konzentrisch zu der Innenkontur 12 der Pumpenkammer 10 angeordnet. Der Führungsring 13 ist mit dem Hubring lb fest verbunden, sodass er in einer beliebigen Position des Verstellwegs stets dieselbe Exzentrizität wie die Pumpenkammer 10 zu dem Rotor 2 aufweist. Auf der nicht dargestellten gegenüberliegenden axialen Seite des Rotors 2 ist dieselbe Anordnung eines Führungsrings 13 bereitgestellt.
Der Rotor 2 weist Gleitschlitze 23 auf, in denen radial ausgerichtete Sperrflügel 3 verschiebbar gelagert aufgenommen sind. Eine radiale Erstreckung der Sperrflügel 3 entspricht einem Abstand zwischen dem Führungsring 13 und der Innenkontur 12 der Pumpenkammer 10, sodass die innenliegenden Enden der Sperrflügel 3 auf dem Führungsring 13 gleiten, und die außenliegenden Enden der Sperrflügel 3 in der Innenkontur 12 der Pumpenkammer 10 gleiten während die Sperrflügel 3 durch eine Rotation des Rotors 2 auf einer Kreisbahn durch die Pumpenkammer 10 geführt werden. Da der Führungsring 13 und die Innenkontur 12 exzentrisch zum Rotor 2 verlaufen, gleiten die Sperrflügel 3 zudem auch in der Radialrichtung in den Gleitschlitzen 23 ein und aus. Dabei sind die Sperrflügel 3 in Bezug zu einem Rotorradius r vollständig in den Gleitschlitzen 23 versenkbar.
Ein maximaler Förderstrom der Pumpe wird erzielt, wenn der Hubring lb gemeinsam mit Führungsring 13 zu einer maximalen Exzentrizität in Bezug zu dem Rotor 2 verschoben wird, sodass die Innenkontur 12 mit einem Rotorradius r des Rotors 2 nahezu in Kontakt gelangt. In einer solchen Stellung wird eine maximale V olumenänderung der Flügelzellen zwischen den Sperrflügeln 3 während einer Rotorumdrehung von 180° in der Pumpenkammer 10 erzielt. Demgegenüber wird ein minimaler Förderstrom der Pumpe erzielt, wenn entlang des Verstellwegs eine Position eingenommen wird, an der im Wesentlichen keine Exzentrizität mehr vorliegt, d.h. ein Mittelpunkt des Rotors 2 und ein Mittelpunkt des Führungsrings 13 koaxial angeordnet sind, so dass die umlaufenden Flügelzellen innerhalb der Pumpenkammer 10 keine V olumenänderung erfahren. In einem oberen Bereich der Fig. 1 verläuft in der stimseitigen Kammerwand der Pumpenkammer 10 zu beiden axialen Enden des Rotors 2 jeweils eine sichelförmige Vertiefung, die eine Mündung des Auslasses 6 in die Pumpenkammer 10 bildet. Im Wesentlichen achsensymmetrisch hierzu verläuft in einem unteren Bereich der Fig. 1 ebenso zu den beiden axialen Enden des Rotors 2 jeweils eine sichelförmige Vertiefung, die ein Mündung des Einlasses 5 in die Pumpenkammer 10 bildet. Im Zusammenhang mit der eingezeichneten Drehrichtung des Rotors 2 entgegen dem Uhrzeigersinn, nimmt ein Volumen der Flügelzellen im oberen Drehwinkelbereich ab und ein einem unteren Drehwinkelbereich zu, wodurch ein Verdrängungs- und Ansaugvorgang zwischen den umlaufenden Flügelzellen und dem Auslass 6 bzw. Einlass 5 bewirkt wird.
Zwischen einem Ende einer Öffhungskontur der sichelförmigen Mündung des Auslasses 6 und einem Anfang einer Öffhungskontur der sichelförmigen Mündung des Einlasses 5 in Bezug zu der Drehrichtung besteht ein Abstand c. Innerhalb einer Umlaufstrecke des Abstands c steht die stimseitige Kammerwand in Gleitkontakt zu den Sperrflügeln 3 und einer Stirnfläche 22 des Rotors 2.
Der Rotor 2 weist am Umfang ferner zu den Gleitschlitzen 23 hin zulaufende radiale Erhebungen 21 auf, die den Rotorradius r des Rotors 2 an den Gleitschlitze 23 definieren. Zwischen den radialen Erhebungen 21 sind in dem Rotorradius r radiale Taschen 20 vertieft, die einen Totraum bilden, der ein Strömungsverhalten und eine Abdichtung des effektiven Arbeitsvolumen außerhalb des Rotorradius r in der Flügelzelle begünstigt.
Wenn sich der Rotor 2 dreht und die Flügelzellen zwischen den Sperrflügeln 3 umlaufend durch die Pumpenkammer 10 geführt werden, nimmt das Volumen der Flügelzellen im Drehwinkelbereich der sichelförmigen Mündung des Einlasses 5 zu, sodass das Fördermedium bzw. Hydrauliköl in die Pumpenkammer 10 eingesaugt wird solange eine Verbindung zwischen Flügelzelle und Einlass 5 besteht. Im darauffolgenden Drehwinkelbereich der sichelförmigen Mündung des Auslasses 6 nimmt das Volumen der Flügelzellen ab, sodass das Hydrauliköl verdrängt bzw. ausgeschoben wird solange eine Verbindung zwischen Flügelzelle und Auslass 6 besteht. In einem Drehwinkel der Strecke c, die zwischen der Mündung des Auslasses 6 und der Mündung des Einlasses 5 liegt, ist das Volumen der Flügelzellen abgeschlossen, da zwischenzeitlich keine Verbindung zum Einlass 5 oder zum Auslass 6 besteht.
Wenn der vorauslaufende Sperrflügel 3 einer Flügelzelle die Strecke c durchläuft und sich der nachlaufende Sperrflügel 3 dieser Flügelzelle auf das Ende einer Öffnungskontur der sichelförmigen Mündung des Auslasses 6 zu bewegt, erreicht zunächst eine Umfangssteigung der entsprechenden radialen Erhebung 21 eine Kante am Ende einer Öffnungskontur der sichelförmigen Mündung des Auslasses 6 in der stimseitigen Kammerwand der Pumpenkammer 10. Zu diesem Zeitpunkt wird ein V erbindungsquerschnitt, durch den das abnehmende Volumen der Flügelzelle vor dem nachlaufenden Sperrflügel 3 aus der Pumpenkammer 10 zum Auslass 6 ausgeschoben wird, erheblich verringert bzw bereits im Wesentlichen verschlossen, wenn sich eine Einstellposition der Pumpenkammer auf dem Verstellweg an einer Endposition zum Rotorradius r befindet. Anschließend überschreitet der Sperrflügel 3 das Ende der Öffnungskontur der sichelförmigen Mündung des Auslasses 6 und schließt eine Verbindung zwischen der Flügelzelle und dem Auslass 6 vollständig ab. Kurz danach oder im Wesentlichen zugleich überschreitet der voranlaufende Sperrflügel 3 eine Kante am Beginn einer Öffnungskontur der sichelförmigen Mündung des Einlasses 5 in der stimseitigen Kammerwand der Pumpenkammer 10 und das abgeschlossene Volumen der Flügelzelle wird zum Einlass 5 wieder geöffnet. Der kurzzeitige Abschluss des Volumens der Flügelzelle gewährleistet eine ständige Barriere zwischen den sichelförmigen Mündungen des Einlasses 5 und Auslasses 6, um einen hydraulischen Kurzschluss zwischen dem Einlass 5 und dem Auslass 6 auszuschließen.
Fig. 2 zeigt eine Ausnehmung 4 gemäß einer ersten Ausfühmngsform der Erfindung. Die Ausnehmung 4 erstreckt sich an einer Stirnseite des Rotors 2 von einer radialen Tasche 20 ausgehend über den radial hervorstehenden Querschnitt einer radialen Erhebung 21. Die Ausnehmung 4 ist in einen radial außenliegenden Abschnitt 40 und in einen radial innenliegenden Abschnitt 41 unterteilt, die sich durch eine unterschiedliche Tiefe der Ausnehmung 4 unterscheiden. Dabei sind die stimseitigen Oberflächen sowohl von dem inneren Abschnitt 41 als auch dem äußeren Abschnitt 40 der Ausnehmung 4 in Bezug zu einer radial weiter einwärts liegenden Stirnfläche 22 des Rotors 2 vertieft. Wenn sich ein Sperrflügel 3 auf eine Kante am Ende der Öffnungskontur der sichelförmigen Mündung des Auslasses 6 zu bewegt, wobei der Sperrflügel im Gleitschlitz 23 eingeschoben bzw. versenkt wird, und der davorliegende Umfangsanstieg der radialen Erhebung 21 die Kante am Ende der Öffnungskontur bereits überschritten hat, verbleibt am Umfang des Rotors 2 im Wesentlichen kein Öffnungsquerschnitt, durch den das Fördermedium bzw. Hydrauliköl während der weiteren V olumenverringerung entfliehen kann. Allerdings verbleibt stimseitig durch die vertieften Flächen der Ausnehmung 4 zu der Kammerwand der Pumpenkammer 10 noch ein geringer Öffnungsquerschnitt, wodurch noch ein späteres Entfliehen von Hydrauliköl ermöglicht wird, bevor der nachlaufende Sperrflügel 3 das Ende der Kante der Öffnungskontur der sichelförmigen Mündung des Auslasses 6 überschreitet und eine Verbindung zwischen dem Volumen der Flügelzelle und dem Auslass 6 endgültig trennt. Somit wird durch die Ausnehmungen 4 in der Stirnfläche des Rotors 2 eine verlängerte ausgleichende Strömung kurz vor dem Volumenabschluss der Flügelzellen ermöglicht, die einen Druckanstieg in den Flügelzellen begrenzt bzw. verringert.
Innerhalb der Ausnehmung 4 übernimmt der innere Abschnitt 41 mit der größeren Tiefe die Funktion eines Kanals ein, der das Hydrauliköl aus dem Totraum der radialen Tasche 20 zuführt. Der äußere Abschnitt 40 mit der geringeren Tiefe bewirkt durch eine Verkleinerung des Strömungsquerschnitts in einer radialen Austrittrichtung einen definierten Strömungswiderstand. Somit kann anhand der Tiefe des äußeren Abschnitts 40 und der Geometrie der Ausnehmung 4 ein Strömungswiderstand zur Verhinderung eines potenziellen Leckagestroms gewählt werden, der aufgrund eines möglichst kurzen Abstands c und einer Druckdifferenz zwischen dem Auslass 5 und dem Auslass 6 kurzeitig durch die Flügelzellen hindurch auftreten kann.
Fig. 3 zeigt eine Ausnehmung 4 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die zweite Ausfuhrungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform durch den inneren Abschnitt 42 der Ausnehmung 4. Anstelle der rechteckigen bzw. U-förmigen Kontur des inneren Abschnitts 41 der Ausnehmung 4 der ersten Ausführungsform, weist der innere Abschnitt 42 der Ausnehmung 4 der zweiten Ausführungsform eine V-förmige Kontur auf. Somit bildet die Ausnehmung 4 der zweiten Ausführungsform eine flachere Abstufung zwischen dem inneren Abschnitt 42 und dem äußeren Abschnitt 40 aus, wodurch ein größerer Strömungswiderstand entsteht. Eine Auswahl der Abstufung der Ausnehmung 4 gemäß der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform sowie der Tiefe kann beispielsweise in Abhängigkeit einer Viskosität des vorgesehenen Fördermediums bzw. des Hydrauliköls in geeigneter Weise gewählt werden.
Fig. 4 zeigt als Ergebnis einer virtuellen Simulation des Pumpenbetriebs einen Druckverlauf der Flügelzellen in der Pumpenkammer 10 anhand unterschiedlich gekennzeichneter Bereiche.
Auf der linken Seite in Fig. 4 ist eine Pumpengeometrie ohne die Ausnehmungen 4 simuliert. Dabei entsprechen die dargestellten Volumina der Flügelzellen in Bezug zu den darüber skizierten Offnungskonturen der sichelförmigen Mündungen des Einlasses 5 und des Auslasses 6 derselben Drehwinkelposition des Rotors 2 wie in den Figuren 1 und 2. Aus der Simulation ist ersichtlich, dass in einer Flügelzelle unten links, welche die Strecke zwischen den Mündungen des Einlasses 5 und des Auslasses 6 passiert, eine Druckspitze durchläuft während das Volumen der Flügelzelle abgeschlossen ist. Wenn sich die Flügelzelle entgegen dem Uhrzeigersinn weiter bewegt, gelangt sie in einen Drehwinkelbereich des Einlasses 5, in dem ein Unterdrück in der Flügelzelle herrscht bis eine V olumenzunahme an einer Position endet, die dem Bereich der Druckspitze gegenüberliegt. Anschließend beginnt durch eine V olumenabnahme ein Druckanstieg in der Flügelzelle, welcher kurz vor einem V olumenabschluss in der beschriebenen Druckspitze endet.
Auf der rechten Seite der Figur 4 zeigt die Simulation eine erfindungsgemäße Pumpengeometrie mit Ausnehmungen 4 in den Stirnseiten der radialen Erhebungen 21 des Rotors 2. Wie aus der perspektivischen Darstellung der Hohlräume in der Pumpenkammer 10 ersichtlich ist, füllen die Volumina der Flügelzellen die Freiräume der Ausnehmungen 4 beidseitig zu den Sperrflügeln 3 stimseitig auf. Im zeitlichen Verlauf der Rotordrehung stellen die aufgefüllten Freiräume im Zusammenhang mit den Öffiiungskonturen der sichelförmigen Mündungen des Einlasses 5 und des Auslass 6 eine Verlängerung eines Öffhungsquerschnitts für eine ausgleichende Strömung dar. Wie aus der Abbildung hervorgeht, ergibt die auf der rechten Seite dargestellte virtuelle Simulation für die Pumpengeometrie mit den Ausnehmungen 4 eine wesentliche Reduzierung der Druckspitze bis auf einen Pegel, der im Wesentlichen demjenigen der zuvor durchlaufenen V erdrängungsphase entspricht, bei der eine vollständige Öffnung zur Mündung des Auslasses 6 besteht.
Fig. 5 zeigt eine Verteilung der druckausgleichenden Strömung aus einer Flügelzelle kurz vor dem Volumenabschluss, wobei die Drehwinkelposition wiederum derjenigen aus den Figuren 1 und 4 entspricht. Die Größe und Länge der dargestellten Vektorpfeile entspricht einer Strömungsgeschwindigkeit bzw. einem Volumenstrom pro Flächeneinheit des Strömungsquerschnitts.
In der linken Abbildung, die sich auf eine Pumpengeometrie ohne die Ausnehmungen 4 bezieht, sind die Vektorpfeile in der Mitte der Abbildung, die an der Kante der Öffnungskontur der Mündung des Auslasses 6 hervortreten, sehr viel größer als die Vektorpfeile in einem oberen Bereich der Abbildung, die eine Strömung der Ausschubphase der nachfolgenden Flügelzelle darstellen. Diese hohe Strömungsgeschwindigkeit resultiert aus dem geringen Öffnungsquerschnitt, der in einer Überschneidung der radialen Erhebung 21 mit der Öffnungskontur der Mündung des Auslasses 6 verbleibt.
Demgegenüber verdeutlicht die rechte Abbildung der Pumpengeometrie mit den Ausnehmungen 4 den größeren verbleibenden Öffnungsquerschnitt zwischen der Flügelzelle und dem Auslass 6 nachdem die radiale Erhebung 21 die Öffnungskontur der Mündung des Auslasses 6 bereits teilweise passiert hat. Die nach oben weisenden Vektorpfeile zeigen, dass die Strömungsgeschwindigkeit in dem kritischen Bereich immer noch größer als diejenige in der Verdrängungsphase der nachfolgenden Flügelzelle ist. Allerdings lässt sich im Vergleich der linken Abbildung und der rechten Abbildung feststellen, dass eine Verringerung des Anstiegs in der Strömungsgeschwindigkeit durch die Ausnehmungen 4 erzielt wird. Fig. 6 zeigt ein Diagramm eines ausgangsseitigen Förderdrucks der Pumpe in Abhängigkeit eines Drehwinkels des Rotors 2. Eine gestrichelte Linie gibt einen Druckverlauf für eine Pumpengeometrie ohne die Ausnehmungen 4 an, und eine durchgezogene Linie zeigt den Druckverlauf einer erfindungsgemäßen Pumpengeometrie mit Ausnehmungen 4 an. Der Druckverlauf und eine resultierende Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit, die mit den Figuren 4 und 5 erläutert wurden, breiten sich zu dem Auslass 6 der Pumpe aus und bewirken dementsprechend eine Schwankung des ausgangsseitigen Förderdrucks der Pumpen. Im Vergleich zu einem auf den Mittelwert normierten Förderdruck, der in Fig. 6 bei 1,00 [-] liegt, tritt bei einem herkömmlichen Rotor 2 bei jedem Passieren einer Flügelzelle eine Druckschwankung mit einem Differenzwert von 0,23 [-] auf, wohingegen die Druckschwankung durch die erfindungsgemäße Pumpengeometrie mit Ausnehmungen 4 auf eine Druckschwankung mit einem Differenzwert von 0,19 [-] gesenkt wird.
Abgesehen von den dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen kann die Flügelzellenpumpe zur Anwendung der Erfindung ebenso ein anderes Pumpengehäuse 1 aufweisen. Beispielsweise kann das Pumpengehäuse 1 eine andere Kinematik zur volumetrischen Verstellung aufweisen, bei der zwischen einer Innenkontur der Pumpenkammer 10 und dem Rotor 2 eine S chwenkbewegung anstatt einer linearen Verschiebung folgt, wie aus anderen Typen der Gattung von Verstellpumpen bekannt ist. Darüber hinaus kann die Pumpenkammer 10 eine andere Innenkontur 12 als diejenige eines exzentrischen Hohlzylinders aufweisen. Beispielsweise kann die Innenkontur 12 der Pumpenkammer 10 wenigstens eine nockenförmige Erhebung zu dem Rotorradius r aufweisen.

Claims

AnsjM üehe
Flügelzellenpumpe zum Fördern von Flüssigkeiten, insbesondere von viskosen Ölen, aufweisend: einen Rotor (2) mit Gleitschlitzen (23), in denen verschiebbare Flügel (3) aufgenommen und in Bezug zu einem Rotorradius (r) versenkbar sind; ein Pumpengehäuse (1) mit einer Pumpenkammer (10), die den Rotor (2) umgibt und deren Innenkontur (12) einen zu dem Rotorradius (r) exzentrischen Hohlzylinder oder wenigstens eine radiale Erhebung zu dem Rotorradius (r) in Umlaufrichtung des Rotors (2) aufweist; sodass
Flügelzellen (30), die jeweils ein umlaufendes Teil volumen der Pumpenkammer (10) zwischen zwei benachbarten Flügeln (3) einnehmen, eine V olumenzunahme und V olumenabnahme in Abhängigkeit der radialen Innenkontur (12) der Pumpenkammer (10) durchlaufen; und ein Einlass (5) im Drehwinkelbereich der V olumenzunahme und ein Auslass (6) im Drehwinkelbereich der V olumenabnahme, die zu wenigstens einer Stirnseite des Rotors (2) in die Pumpenkammer (10) münden; wobei über den Umfang des Rotors (2) radiale Erhebungen (21) zu den Gleitschlitzen (23) hervorstehen, die einen Rotorradius (r) beiderseits der versenkbaren Flügel (3) bilden, und zwischen den radialen Erhebungen (21) radiale Taschen (20) zum Rotorradius (r) vertieft sind; dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der radialen Erhebungen (21) an der wenigstens einen Stirnseite des Rotors (2), zu welcher der Einlass (5) und der Auslass (6) münden, Ausnehmungen (4) ausgebildet sind.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 , wobei die Ausnehmungen (4) in Radialrichtung des Rotors (2) wenigstens zwei benachbarte radiale Abschnitte (41, 42) aufweisen, die sich in Bezug zu einer Tiefe (d) der Ausnehmung zur Oberfläche der Stirnseite des Rotors
(2) gegenseitig unterscheiden.
3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein radialer Abschnitt (41) der Ausnehmungen (4), der in Radialrichtung des Rotors
(2) weiter innen angeordnet ist, eine größere Tiefe (di) aufweist, und ein benachbarter radialer Abschnitt (42) der Ausnehmungen (4), der in Radialrichtung des Rotors (2) weiter außen angeordnet ist, eine geringere Tiefe (d2) aufweist.
4. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Kontur der Ausnehmungen (4) oder eines radialen Abschnitts (41, 42) der Ausnehmungen (4) entlang der Umfangsrichtung des Rotors (2) konstant ist.
5. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ausnehmungen (4) oder ein radialer Abschnitt (41, 42) der Ausnehmungen (4) eine Nut mit einer rechteckigen, V-förmigen oder U-förmigen Kontur bildet.
6. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Abstand (c) zwischen einer Mündung des Einlasses (5) und einer Mündung des
Auslasses (6) in die Pumpenkammer (10) im Wesentlichen dem Abstand zwischen zwei Flügeln (3) entspricht.
7. Hydraulikpumpe zum Erzeugen eines konstanten Drucks für hydraulische Stellglieder oder Antriebe umfassend eine Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Hydraulikpumpe nach Anspruch 7, ferner aufweisend: eine volumetrisch variable Pumpengeometrie, wobei ein Abstand zwischen dem Rotorradius (r) und der Innenkontur (12) eines exzentrischen Hohlzylinders oder einer radialen Erhebung der Pumpenkammer (10) mittels Stellglied (7) einstellbar ist.
9. Verwendung einer Hydraulikpumpe nach einem der Ansprüche 7 oder 8 als Antriebsquelle in einem hydraulischen Lenkhilfesystem für Fahrzeuge.
PCT/EP2018/081437 2018-01-12 2018-11-15 Strömungsoptimierte flügelzellenpumpe WO2019137664A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/733,360 US11549508B2 (en) 2018-01-12 2018-11-15 Flow-optimised vane pump
BR112020012045-6A BR112020012045A2 (pt) 2018-01-12 2018-11-15 bomba de palhetas para transportar líquidos, bomba hidráulica para gerar uma pressão constante para atuadores ou acionadores hidráulicos, e, uso de uma bomba hidráulica
CN201880085591.3A CN111556928B (zh) 2018-01-12 2018-11-15 流动优化叶片泵

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018100614.4 2018-01-12
DE102018100614.4A DE102018100614B4 (de) 2018-01-12 2018-01-12 Strömungsoptimierte Flügelzellenpumpe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019137664A1 true WO2019137664A1 (de) 2019-07-18

Family

ID=64332304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/081437 WO2019137664A1 (de) 2018-01-12 2018-11-15 Strömungsoptimierte flügelzellenpumpe

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11549508B2 (de)
CN (1) CN111556928B (de)
BR (1) BR112020012045A2 (de)
DE (1) DE102018100614B4 (de)
WO (1) WO2019137664A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3862566A1 (de) * 2020-02-06 2021-08-11 Schwäbische Hüttenwerke Automotive GmbH Rotationspumpe mit verstellbarem spezifischen fördervolumen und einer druckausgleichsfläche
US11549508B2 (en) 2018-01-12 2023-01-10 Nidec Gpm Gmbh Flow-optimised vane pump

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019121958A1 (de) * 2019-08-14 2021-02-18 Schwäbische Hüttenwerke Automotive GmbH Flügelzellenpumpe mit Druckausgleichsverbindung

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007061833A1 (de) * 2007-12-20 2008-09-04 Daimler Ag Flügelzellenmaschine
DE102007018692A1 (de) * 2007-04-20 2008-10-23 Daimler Ag Regelbare Pumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe
DE102008006289A1 (de) * 2008-01-28 2009-07-30 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Pumpenrad
WO2010123556A2 (en) * 2009-04-21 2010-10-28 Slw Automotive Inc. Vane pump with improved rotor and vane extension ring
DE102011018394A1 (de) * 2011-04-21 2012-10-25 Daimler Ag Verdrängerpumpe eines Kraftfahrzeugs
DE112015000504T5 (de) 2014-01-27 2016-12-01 Kyb Corporation Flügelpumpe

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5501586A (en) * 1994-06-20 1996-03-26 Edwards; Thomas C. Non-contact rotary vane gas expanding apparatus
KR100605377B1 (ko) * 2004-07-06 2006-08-02 발레오전장시스템스코리아 주식회사 차량용 진공펌프의 펌프로터
US8579598B2 (en) * 2007-09-20 2013-11-12 Hitachi, Ltd. Variable capacity vane pump
JP5358524B2 (ja) * 2010-07-13 2013-12-04 日立オートモティブシステムズステアリング株式会社 可変容量形ベーンポンプ
US20120045355A1 (en) * 2010-08-17 2012-02-23 Paul Morton Variable displacement oil pump
JP5620882B2 (ja) * 2011-05-23 2014-11-05 日立オートモティブシステムズ株式会社 可変容量形ポンプ
CN203809289U (zh) * 2014-01-15 2014-09-03 王光明 活塞控制式变排量叶片泵
JP6522430B2 (ja) * 2015-06-02 2019-05-29 Kyb株式会社 ポンプ装置
DE102016124104A1 (de) 2016-12-12 2018-06-14 Schwäbische Hüttenwerke Automotive GmbH Hydraulikvorrichtung mit Dichtelement
DE102018100614B4 (de) 2018-01-12 2021-07-22 Nidec Gpm Gmbh Strömungsoptimierte Flügelzellenpumpe

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007018692A1 (de) * 2007-04-20 2008-10-23 Daimler Ag Regelbare Pumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe
DE102007061833A1 (de) * 2007-12-20 2008-09-04 Daimler Ag Flügelzellenmaschine
DE102008006289A1 (de) * 2008-01-28 2009-07-30 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Pumpenrad
WO2010123556A2 (en) * 2009-04-21 2010-10-28 Slw Automotive Inc. Vane pump with improved rotor and vane extension ring
DE102011018394A1 (de) * 2011-04-21 2012-10-25 Daimler Ag Verdrängerpumpe eines Kraftfahrzeugs
DE112015000504T5 (de) 2014-01-27 2016-12-01 Kyb Corporation Flügelpumpe

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11549508B2 (en) 2018-01-12 2023-01-10 Nidec Gpm Gmbh Flow-optimised vane pump
EP3862566A1 (de) * 2020-02-06 2021-08-11 Schwäbische Hüttenwerke Automotive GmbH Rotationspumpe mit verstellbarem spezifischen fördervolumen und einer druckausgleichsfläche
DE102020103081A1 (de) 2020-02-06 2021-08-12 Schwäbische Hüttenwerke Automotive GmbH Rotationspumpe mit verstellbarem spezifischen Fördervolumen und einer Druckausgleichsfläche
US11542940B2 (en) 2020-02-06 2023-01-03 Schwäbische Hüttenwerke Automotive GmbH Rotary pump having an adjustable specific delivery volume and a pressure equalization surface

Also Published As

Publication number Publication date
CN111556928B (zh) 2021-12-14
DE102018100614A1 (de) 2019-07-18
CN111556928A (zh) 2020-08-18
DE102018100614B4 (de) 2021-07-22
US20210115920A1 (en) 2021-04-22
BR112020012045A2 (pt) 2020-11-24
US11549508B2 (en) 2023-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19917506B4 (de) Verstellbare Flügelzellenpumpe
DE19631974C2 (de) Flügelzellenmaschine
DE10240409B4 (de) Variable Verdrängungspumpe
WO2019137664A1 (de) Strömungsoptimierte flügelzellenpumpe
DE19846815B4 (de) Ventilanordnung und Pumpe für ein Getriebe
DE102013202128A1 (de) Flügelpumpe
DE102012210453A1 (de) Verstellpumpe
EP2359005B1 (de) Flügelzellenpumpe
DE112015005251T5 (de) Flügelzellenpumpe mit variabler kapazität
DE112015001797T5 (de) Verstellpumpe mit hydraulikdurchgang
DE10144641A1 (de) Entspannungsventil
DE102016121241A1 (de) Hydraulischer Antrieb, hydraulischer Motor und integrierte Pumpe mit dem hydraulischen Antrieb
WO1993009349A1 (de) Flügelzellenpumpe
DE102012204424A1 (de) Flügelzellenpumpe mit einem Gehäuse, einem verschiebbaren Stator, und einem innerhalb von dem Stator drehbaren Rotor
DE102005040702B4 (de) Rotationspumpe
DE4135904A1 (de) Kolbenpumpe, insbesondere radialkolbenpumpe
DE3826548A1 (de) Fluegelradkompressor mit variabler foerderleistung
EP3020917B1 (de) Hydraulische Flügelzellenmaschine
DE19523533C2 (de) Sauggeregelte Innenzahnradpumpe
WO2014191176A1 (de) Verdrängerpumpe, insbesondere flügelzellenpumpe
DE19927792A1 (de) Ölmpumpe
DE19827970A1 (de) Regeleinrichtung für Hydraulikpumpen
DE102006060433B4 (de) Flügelzellenpumpe
DE4440782C2 (de) Innenzahnradpumpe mit Verdrängervorsprüngen
DE102005043977B4 (de) Rotationspumpe

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18804288

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112020012045

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112020012045

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20200615

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18804288

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1