DE102007000953A1

DE102007000953A1 - Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE102007000953A1
Application number: DE200710000953
Authority: DE
Inventors: Johannes Burdiak; Giovanni Giarratano
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2007-09-24
Filing date: 2007-09-24
Publication date: 2009-04-09

Abstract

Bei einer Flügelzellenpumpe (1) mit druckbeaufschlagtem saugseitigen Hinterflügelkanal (21) wird die druckabhängige radiale Abstützung der Rotorflügel (12) durch Zuordnung eines gedrosselten Ablaufanschlusses (25) zum saugseitigen Hinterflügelkanal (21) viskositätsabhängig im Sinne einer Verringerung der radialen Abstützkraft bei abnehmender Viskosität des Arbeitsmediums beeinflusst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Flügelzellenpumpen der vorgenannten Art sind aus der Praxis bekannt. Ihre radial zwischen dem Rotor und dem diesen umschließenden Kurvenring gebildeten Arbeitskammern sind durch in Umfangsrichtung zueinander beabstandete Rotorflügel voneinander abgegrenzt, die in radialen Führungsschlitzen des Rotors radial verschieblich angeordnet sind. Radial außen liegen die Rotorflügel an der Innenfläche des Kurvenringes an. Die Größe der Arbeitskammern ändert sich über dem Umlauf des Rotors und die Exzentrizität der Innenfläche des Kurvenrings zum Rotor ist gegebenenfalls durch Verlagerung des Kurvenrings längs einer zur Rotorachse senkrechten Achse des Kurvenringes verstellbar, in Bezug auf die der Saug- und der Druckbereich der Flügelzellenpumpe einander gegenüberliegen. Über den saug- und druckseitigen Umfangsbereich erstrecken sich jeweils nierenförmige, in Überdeckung zu den Arbeitskammern liegende saug- und druckseitige Anschlussöffnungen, die in seitlichen Begrenzungen der Arbeitskammern vorgesehen sind. Diese können durch Seitenwände der Flügelzellenpumpe gebildet sein, zwischen denen der Kurvenring liegt und in denen die Welle des Rotors gelagert ist.
Fußseitig zu den Führungsschlitzen der Rotorflügel, und damit nach innen gegenüber den saug- und druckseitigen Anschlussöffnungen versetzt, sind von den Führungsschlitzen überfahrene Hinterflügelkanäle vorgesehen, die über die Führungsschlitze mit den jeweils zugehörigen Arbeitskammern verbunden sind und in denen sich leckagebedingt ein zu diesen Arbeitskammern korrespondierender Druckaufbau ergibt. Ergänzend hierzu ist für den saugseitigen Hinterflügelkanal eine zusätzliche Druckversorgung vorgesehen, um in allen Betriebszuständen und unter allen Betriebsbedingungen, insbesondere auch unter Kaltstartbedingungen eine die Arbeitskammern gegeneinander abgrenzende dichtende Anlage der Rotorflügel an der Innenfläche des Kurvenringes sicherzustellen. Hieraus wiederum resultiert im Saugbereich ein erhöhter Verschleiß, dem durch eine kostenaufwändige, verschleißhemmende Beschichtung der Innenfläche des Kurvenringes oder auch der Rotorflügel begegnet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen im Saugbereich auftretenden Verschleiss in kostengünstiger Weise auszuschalten, oder zumindest zu verringern.
Gemäß der Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht, demzufolge der saugseitige Hinterflügelkanal mit einem gedrosselten Ablaufanschluss versehen wird.
Dieser Aufbau gewährleistet einerseits den für eine sichere dichtende Anlage erforderlichen Druckaufbau im Hinterflügelkanal auch unter Kaltstartbedingungen, wenn aufgrund der höheren Viskosität der Zufluss von Arbeitsflüssigkeit aus den Arbeitskammern über die Führungsschlitze auf den Hinterflügelkanal verringert ist, da in entsprechender Weise der Ablauf aus dem Hinterflügelkanal gedrosselt ist. Bei geringer Viskosität ergibt sich ein entsprechender Effekt; der leckageabhängige Ölzulauf aus den Arbeitskammern über die Führungsschlitze auf den Hinterflügelkanal wird größer, und hierzu korrespondierend ergibt sich ein verstärkter Ablauf über den Ablaufanschluss.
Die Folge ist eine Vergleichmäßigung der Abstützkräfte zwischen den Rotorflügeln und der Innenfläche des Kurvenringes verbunden mit der Möglichkeit, diese Abstützkräfte unter allen Betriebsbedingungen auf das saugseitig erforderliche Niveau abzustimmen und somit einen verschleißarmen Betrieb zu gewährleisten, ohne dass zusätzliche verschleißmindernde Beschichtungen erforderlich sind, oder unter Verwendung kostengünstiger Beschichtungsmaterialien.
Grundsätzlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, eine entsprechende viskositätsabhängige Druckbeeinflussung für den der Druckseite der Flügelzellenpumpe zugeordneten Hinterflügelkanal vorzusehen.
In Ausgestaltung der Erfindung kann der saugseitige Hinterflügelkanal an zumindest einem, bevorzugt aber beiden Enden mit einem Zulaufanschluss versehen sein, wobei der gedrosselte Ablaufanschluss bevorzugt am gegenüberliegenden Ende bzw. im mittleren Bereich zwischen den endseitigen Zulaufanschlüssen vorgesehen wird.
Weiter erweist es sich als vorteilhaft, wenn der jeweilige Zulaufanschluss über eine Drosselstelle mit dem Hinterflügelkanal verbunden ist.
Der Zulaufanschluss kann seinerseits über einen Anschluss an die Druckseite der Flügelzellenpumpe gespeist werden, oder über eine separate Druckquelle.
Für den gedrosselten Ablaufanschluss erweist sich eine Verbindung zur Saugseite der Flügelzellenpumpe, insbesondere zum der Flügelzellenpumpe zugeordneten Vorratsbehälter als zweckmäßig.
Der gedrosselte Ablaufanschluss kann aber auch auf die Lagerung der Rotorwelle geführt werden, um deren Schmierung zu verbessern, wobei die Gestaltung des Lagerbereiches der Rotorwelle auch die Möglichkeit eröffnet, die Drosselung des Ablaufanschlusses über die Lagerspiele der Welle zu realisieren.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachfolgend anhand einer schematisierten Darstellung einer Flügelzellenpumpe erläutert.
Die in einer schematisierten Schnittdarstellung gezeigte Flügelzellenpumpe 1 umfasst einen zentral angeordneten Rotor 2 mit einer Drehachse 3. Der Rotor 2 liegt innerhalb eines Gehäuses 4, das seinerseits einen den Rotor 2 umschließenden Kurvenring 5 und seitlich zum Kurvenring liegende Seitenwände 6 aufweist, von denen in der gezeigten Schnittdarstellung nur die hinter der Zeichenebene Liegende sichtbar ist. In den Seitenwänden 6 ist die Welle 7 des Rotors 2 gelagert. Der Kurvenring 5 weist eine dem Rotor 2 zugewandte Innenfläche 8 auf, die als Kreisringfläche den Rotor 2 bei exzentrisch zu dessen Drehachse 3 liegender Achse 9 umschließt.
Der in nicht dargestellter Weise angetriebene Rotor 2 weist eine Drehrichtung 10 auf und ist mit gegen seinen Umfang offenen, radialen Führungsschlitzen 11 für Rotorflügel 12 versehen, die in den Führungsschlitzen 11 radial verschieblich geführt sind und die, entsprechend ihrer Beabstandung in Umfangsrichtung, aufeinander folgende Arbeitskammern 13 gegeneinander abgrenzen, welche radial durch die Umfangsfläche 14 des Rotors 2 und die Innenfläche 8 des Kurvenringes 5 und axial durch die Seitenwände 6 begrenzt sind.
Entsprechend dem exzentrischen Versatz zwischen der Drehachse 3 des Rotors 2 und der Achse 9 der die Innenfläche 8 des Kurvenringes 5 bildenden Ringfläche sind die Arbeitskammern 13 in ihrem Volumen bei Drehung des Rotors 3 gegenüber dem Kurvenring 5 veränderlich, und es ergibt sich bezogen auf den zur Achse 9 nicht drehbaren Kurvenring ein saugseitiger Umfangsbereich 15 und ein druckseitiger Umfangsbereich 16. Der saugseitige Umfangsbereich 15 und der druckseitige Umfangsbereich 16 liegen einander bezogen auf die Achse 17 des dargestellten Achsenkreuzes, auf der die Drehachse 3 des Rotors 2 und die Achse der die Innenfläche 8 bildenden Ringfläche liegen, in Erstreckungsrichtung der hierzu senkrechten Achse 18 gegenüber.
Zur Versorgung der Arbeitskammern 13 sind in den von diesen beim Umlauf des Rotors 2 überstrichenen, saugseitigen und druckseitigen Umfangbereichen 15, 16 saugseitige und druckseitige Anschlussöffnungen 19, 20 vorgesehen, wobei diese Anschlussöffnungen 19, 20 im gezeigten Ausführungsbeispiel durch in zumindest einer, bevorzugt in beiden Seitenwänden 6 vorgesehene bogenförmige Ausnehmungen ausgebildet sind, die von den an der Innenfläche 8 und an den Seitenwänden 6 dichtend anliegenden Rotorflügeln 12 überstrichen werden.
Radial innen liegen die Führungsschlitze 11 im saugseitigen und im druckseitigen Umfangsbereich 15, 16 in Überdeckung zu so genannten Hinterflügelkanälen 21, 22, deren jeweils bogenförmiger Erstreckungsbereich etwa dem der saugseitigen bzw. druckseitigen Anschlussöffnung 19 bzw. 20 entspricht und die über die jeweils leckagebehaftete Führung der Rotorflügel 12 in den Führungsschlitzen 11 mit den den saugseitigen und den druckseitigen Umfangsbereich 15, 16 durchfahrenden Arbeitskammern 13 in Verbindung stehen und dadurch korrespondierend druckbeaufschlagt sind.
Die Rotorflügel 12 sind drehzahlabhängig fliehkraftbeaufschagt und zudem, entsprechend dem sich in den Hinterflügelkanälen 21, 22 aufbauenden Druck, auch druckabhängig in Richtung auf ihre Anlagestellung an der Innenfläche 8 des Kurvenringes 5 belastet. Dem Hinterflügeldruck entgegenwirkende Kräfte auf die Rotorflügel 12 ergeben sich druck- und drehzahlabhängig.
Um im Saugbereich auch in Berücksichtigung betriebsbedingt unterschiedlicher Viskositäten des hydraulischen Arbeitsmediums, insbesondere Hydrauliköl, eine dichtende Anlage der Rotorflügel 12 zur Innenfläche 8 des Kurvenringes 5 sicherzustellen, ist der saugseitige Hinterflügelkanal 21 des Weiteren im Ausführungsbeispiel endseitig mit Zulaufanschlüssen 23 für unter Druck stehendes Arbeitsmedium verbunden. Die Zulaufanschlüsse 23 können beispielsweise mit der Druckseite der Flügelzellenpumpe 1 verbunden sein, oder auch an eine separate Druckquelle, so beispielsweise eine Vorförderpumpe, angeschlossen sein.
Die Verbindung der Zulaufanschlüsse 23 zum Hinterflügelkanal 21 erfolgt bevorzugt über eine jeweilige Drosselstrecke 24, die auch als vom Rotor 2 überfahrener, gegen den Rotor 2 offener Kanal in der jeweiligen Seitenwand ausgebildet sein kann, dies analaog zum jeweiligen Hinterflügelkanal 21 bzw. zur saugseitigen Anschlussöffnung 19.
Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht auch bei betriebsbedingt hoher Viskosität des hydraulischen Arbeitsmediums, beispielsweise Hydrauliköl, eine hinreichend dichte Anlage der Rotorflügel 12 an der Innenfläche 8 des Kurvenrings 5, kann aber zur Folge haben, dass bei abnehmender Viskosität, so insbesondere erwärmtem Arbeitsmedium und somit im bezogen auf die Betriebsdauer überwiegenden Arbeitsbereich, eine zu hohe Anpresskraft der Rotorflügel 12 gegen die Innenfläche 8 gegeben ist, mit entsprechend erhöhtem Verschleiß sowohl an der Innenfläche 8 als auch an den Rotorflügeln 12.
Um dem zu begegnen ist der saugseitige Hinterflügelkanal 21 mit einem gedrosselten Ablaufanschluss 25 versehen, der viskositätsabhängig, insbesondere im Kaltstartbetrieb, bei hoher Viskosität den erforderlichen Druckaufbau im Hinterflügelkanal 21 ermöglicht, bei verringerter Viskosität aber zu einem Druckabbau im Hinterflügelkanal 21 führt, durch den die Anpresskraft der Rotorflügel 12 gegen die Innenfläche 8 reduziert wird, so dass sich ein entsprechend verschleißarmer Betrieb ergibt, der ansonsten gegebenenfalls nötige verschleißresistente Beschichtungen der Innenfläche 8 und/oder der Rotorflügel 12 unnötig macht. In entsprechender Weise können gegebenenfalls auch die Rotorflügel 12 aus einem kostengünstigeren Material hergestellt werden.
Durch die erfindungsgemäße Lösung werden des Weiteren auch die Reibverluste der Flügelzellenpumpe reduziert, und es kann die Drosselung des Ablaufanschlusses 25 nicht nur über eine jeweilige Drosselstrecke viskositätsabhängig erfolgen, sondern gegebenenfalls auch dadurch, dass der Ablaufanschluss 25 auf einen Bereich der Flügelzellenpumpe 1 ausmündet, der aufgrund seiner Funktion bereits drosselnd wirkt, wie beispielsweise die Lagerfläche für die Rotorwelle 7. Auch bei drosselnder Ausbildung des Ablaufanschlusses 25 mit entsprechend konstruktiv zugeordneter Drosselstrecke erweist sich eine Verbindung des Ablaufanschlusses 25 zur Lagerung der Rotorwelle 7 zur Verbesserung der Schmierung dieses Bereiches als zweckmäßig.
Erfindungsgemäß wird somit durch die Zuordnung eines Ablaufanschlusses 25 mit viskositätsabhängiger Drosselung zum druckbeaufschlagten, saugseitigen Hinterflügelkanal 21 ein Verfahren zum Betrieb einer Flügelzellenpumpe 1 bzw. eine Lösung für eine Flügelzellenpumpe 1 geschaffen, die diese in ihrer Funktion unabhängiger von Schwankungen in der Viskosität des hydraulischen Arbeitsmittels, insbesondere Hydrauliköl, macht, und dies bei einem kostengünstigen, verschleißreduzierenden Aufbau.

Claims

Flügelzellenpumpe (1) mit einem Rotor (2), mit einer zum Rotor (2) exzentrisch umschließenden Innenfläche (8) eines Kurvenringes (5), mit in Führungsschlitzen (11) des Rotors (2) radial verschieblich geführten Rotorflügeln (12), mit zwischen dem Rotor (2) und der Innenfläche (8) des Kurvenringes (5) liegenden, über die Rotorflügel (12) getrennten Arbeitskammern für ein hydraulisches Arbeitsmedium (13), mit im saug- und druckseitigen Umfangsbereich (15, 16) jeweils in Überdeckung zu den Arbeitskammern (13) liegenden und auf die jeweiligen Arbeitskammern (13) ausmündenden, saug- und druckseitigen Anschlussöffnungen (19, 20) sowie mit hierzu radial nach innen versetzten, durch die Führungsschlitze (11) in deren radial innerem Bereich überfahrenen, druckbeaufschlagten Hinterflügelkanälen (21, 22), deren saugseitiger Hinterflügelkanal (21) über einen Zulaufanschluss (23) mit unter Druck stehendem Arbeitsmedium beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der saugseitige Hinterflügelkanal (21) einen gedrosselten Ablaufanschluss (25) aufweist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der saugseitige, bogenförmige Hinterflügelkanal (21) im Bereich zumindest eines seiner Bogenenden einen Zulaufanschluss (23) aufweist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der saugseitige Hinterflügelkanal (21) im Bereich seiner beiden Bogenenden jeweils einen Zulaufanschluss (23) aufweist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufanschluss (23) im Übergang auf den saugseitigen Hinterflügelkanal (21) eine Drosselstrecke (24) aufweist.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufanschluss (23) mit der Druckseite der Flügelzellenpumpe (1) verbunden ist.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufanschluss (23) an eine separate Druckquelle angeschlossen ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gedrosselte Ablaufanschluss (25) an den Saugbereich der Flügelzellenpumpe (1) angeschlossen ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gedrosselte Ablaufanschluss (25) an einen Lagerbereich der Welle (7) des Rotors (2) angeschlossen ist.
Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Ablaufanschlüsse (23; 25) zum Hinterflügelkanal (21) in voneinander abgelegenen Bereichen desselben vorgesehen sind.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einerends zum Hinterflügelkanal (21) vorgesehenem Zulaufanschluss (23) der Ablaufanschluss (25) am anderen Endbereich angeordnet ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei in beiden Endbereichen des Hinterflügelkanals (21) vorgesehenem Zulaufanschluss (23) der Ablaufanschluss (25) im dazwischen liegenden Mittelbereich vorgesehen ist.