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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe,
insbesondere zur Förderung von Kraftstoff, umfassend einen
Rotor, einen Hubring und eine Vielzahl von Flügeln, die in im
Rotor gebildeten Schächten geführt sind.
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Flügelzellenpumpen werden beispielsweise als Benzinpumpen
oder bei Dieseleinspritzsystemen als Vorförderpumpen
verwendet. Generell besteht bei Flügelzellenpumpen das Problem,
dass die Flügel bei einer geringen Drehzahl nicht oder nur
ungenügend gegen den Hubring gedrückt werden, da die
Fliehkraft nicht ausreichend ist. Somit bleibt eine Förderung bei
niederen Drehzahlen aus bzw. ist nur unzureichend. Bei
Verwendung von Flügelzellenpumpen als Förderpumpen von
Kraftstoff stehen jedoch gerade beim Start nur geringe Drehzahlen
zur Verfügung. Dieses Problem wird dadurch noch vergrößert,
dass die Pumpe häufig mit waagrechter Rotorachse eingebaut
ist, so dass die Flügel im Stillstand teilweise in die im
Rotor gebildeten Schächte aufgrund der Schwerkraft
zurückgezogen werden. Dies erschwert das Starten des Motors,
insbesondere bei ungünstigen klimatischen Bedingungen wie z. B.
tiefen Temperaturen.
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Um insbesondere beim Anlassen des Fahrzeugs eine sichere
Anlage der Flügel an den Hubring zu gewährleisten, werden daher
Federn verwendet, welche in den Schächten des Rotors
angeordnet sind und die Flügel nach außen gegen den Hubring drücken.
Derartige Federn sind jedoch teuer und erhöhen überdies die
Teileanzahl, so dass insbesondere auch die Montage der
Flügelzellenpumpen aufwendig ist. Weiterhin ist bekannt, die
Flügelrückseiten der Flügel mit Pumpendruck zu beaufschlagen.
Dies funktioniert allerdings nur, wenn die Pumpe schon
fördert und einen entsprechenden Druck aufgebaut hat. Daher kann
ein derartiges Verfahren beim Starten eines Fahrzeugs nicht
angewandt werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei
einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit
eine Flügelzellenpumpe bereitzustellen, die in jedem
Betriebszustand der Pumpe ein sicheres Anliegen der Flügel an
den Hubring gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Flügelzellenpumpe mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen
jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe umfasst einen Rotor,
einen Hubring und eine Vielzahl von Flügeln. Die Flügel sind
in im Rotor gebildeten Schächten geführt. Weiter umfasst die
erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe ein Führungselement,
welches die nach innen gerichteten Seiten der Flügel
(Flügelrückseiten) mechanisch zwangsführt. Hierbei sind die
Flügelrückseiten am Außenumfang des Führungselements zwangsgeführt.
Dabei weist das Führungselement einen kreisförmigen
Außenumfang auf, welcher parallel zum Innenumfang des Hubringes
angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße mechanische
Zwangsführung ist die Flügelzellenpumpe somit sowohl bei
niederen Drehzahlen als auch beim Anlaufen der Pumpe aus dem
Stand immer in der Lage, zu fördern. Weiterhin verhindert das
Führungselement, dass die Flügel im Stillstand der Pumpe
aufgrund der Schwerkraft in die Schächte im Rotor zurückgezogen
werden. Abhängig von den jeweils gewählten
Fertigungstoleranzen kann dabei das Führungselement bei Bewegung der
Flügel mitgenommen werden (enge Toleranzen) als auch an
seiner Position stehen bleiben (größere Toleranzen), so dass die
Flügel auf dem Aussenumfang des Führungselements gleiten.
Somit können insbesondere die Probleme beim Förderbeginn der
Flügelzellenpumpe gelöst werden, ohne dass hierzu Federkräfte
notwendig wären, da das Anlegen der Flügel an den Hubring
erfindungsgemäß mittels einer mechanischen Zwangsführung
erfolgt.
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Besonders bevorzugt ist das Führungselement als Ring oder als
Scheibe ausgebildet. Eine Ausbildung als Ring hat dabei
insbesondere Vorteile hinsichtlich des Gewichtes, während eine
Ausbildung als Scheibe eine verbesserte Stabilität
bereitstellen kann.
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Weiter bevorzugt weist das Führungselement eine Elastizität
in Radialrichtung auf. Hierzu kann das Führungselement
beispielsweise als Ring aus einem Werkstoff mit einer gewissen
Eigenelastizität hergestellt werden. Besonders bevorzugt ist
der Ring dabei aus Federstahl oder aus Kunststoff
hergestellt. Durch die Elastizität in Radialrichtung können
insbesondere die geforderten Genauigkeiten für die einzelnen
Bauteile der Flügelzellenpumpe herabgesetzt werden. Durch das
Bereitstellen der nach außen gerichteten Federkraft durch das
Führungselement ergibt sich insbesondere eine verbesserte
Dichtwirkung zwischen den Flügeln und dem Hubring. Es sei
angemerkt, dass die Federkraft des Führungselements dabei
vorzugsweise derart gewählt werden sollte, dass die Flügel auf
dem Führungselement trotz der Federkraft gleiten können.
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Um gegen einen Versatz in Axialrichtung der Pumpe gesichert
zu sein, ist das Führungselement vorzugsweise mittels
Formschluss mit den Flügeln verbunden. Dabei können die Flügel
relativ zum Führungselement in Umfangsrichtung auf dem
Führungsring gleiten. Gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind dabei an den
Innenseiten der Flügel (Flügelrückseiten) Nuten zur Aufnahme des
Führungselements ausgebildet. Dadurch kann eine Bewegung des
Führungselements in Axialrichtung der Pumpe verhindert werden
und die Flügel auf dem Führungselement gleiten.
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Um einen besonders kompakten Aufbau aufzuweisen, ist im Rotor
vorzugsweise eine Aussparung gebildet, in welcher das
Führungselement angeordnet ist. Die Aussparung ist dabei
vorzugsweise an einer der beiden Stirnseiten des Rotors
angeordnet.
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Vorzugsweise ist das Führungselement als Ring mit einem
runden Querschnitt, oder einem ovalen Querschnitt, oder einem
rechteckigen Querschnitt, oder einem dreieckigen Querschnitt,
oder einem n-eckigen Querschnitt, oder einem quadratischen
Querschnitt gebildet. Dadurch können zum einen Kostenvorteile
bei der Herstellung des Führungselements erreicht werden, als
andererseits auch eine leichte formschlüssige Verbindung
zwischen dem Führungselement und den Flügeln der
Flügelzellenpumpe erreicht werden. Dabei können in den Flügeln
Ausnehmungen entsprechend dem Querschnitt des Führungselements
gebildet sein oder auch Aussparungen mit anderen beliebigen
Formen, solange nur ein axialer Versatz des Führungselements
verhindert wird.
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Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße
Flügelzellenpumpe als Vorförderpumpe bei
Kraftstoff-Speichereinspritzsystemen verwendet.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
bevorzugte Ausführungsbeispiele von Flügelzellenpumpen gemäß
der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der Zeichnung ist:
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Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer
Flügelzellenpumpe gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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Fig. 2 eine schematische Schnittansicht entlang der
Linie A-A von Fig. 1 und
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Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines
Führungselements und eines Flügels für eine
Flügelzellenpumpe gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2
eine Flügelzellenpumpe 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, umfasst die
Flügelzellenpumpe 1 einen Hubring 2 sowie einen im Hubring angeordneten
Rotor 3. Der Rotor 3 ist fest mit einer Antriebswelle 4
verbunden. Der Hubring 2 ist dabei exzentrisch zum Rotor 3
angeordnet. Hierbei weist der Rotor 3 bzw. die Welle 4 einen
Mittelpunkt M auf, während eine innere kreisförmige Aussparung
11 des Hubrings 2 um einen Mittelpunkt N gebildet ist (vgl.
Fig. 1).
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Im Rotor 3 sind fünf Aussparungen bzw. Schächte 8 gebildet,
welche zur Aufnahme von jeweils einem Flügel 6 dienen. Die
Anzahl der Aussparungen ist jedoch nicht auf fünf beschränkt,
es können auch mehr oder weniger sein. Die Flügel 6 können
dabei abhängig von ihrer Position in Rotationsrichtung weiter
außen oder weiter innen im Schacht 8 angeordnet sein.
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Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe ein
Führungselement 7, welches als Ring mit einem kreisrunden
Querschnitt ausgebildet ist (vgl. Fig. 2). Das
Führungselement 7 ist dabei derart in der Flügelzellenpumpe 1
angeordnet, dass sein Mittelpunkt auf dem Mittelpunkt N der
inneren kreisförmigen Aussparung 11 des Hubrings 2 liegt. Mit
anderen Worten haben das Führungselement 7 und die innere
Aussparung 11 des Hubrings 2 den gleichen Mittelpunkt N. Der
Außenumfang des Führungselements 7 ist somit parallel, d. h. in
Umfangsrichtung in konstantem Abstand, zum Innenumfang der
Aussparung 11 des Hubrings 2 angeordnet. Das Führungselement
7 ist dabei derart in der Flügelzellenpumpe angeordnet, dass
sein Außenumfang sich mit den nach innen gerichteten Enden
der Flügel 6 (Flügelrückseiten) in Kontakt befindet. Um ein
axiales Versetzen des Führungselements 7 zu verhindern, sind
in den Flügeln 6 jeweils Nuten 9 an ihren Flügelrückseiten
ausgebildet (vgl. Fig. 2). Die Nuten 9 weisen dabei eine
Form auf, welche der äußeren Form des Führungselements 7
entspricht. Dies ist jedoch nicht zwingend so. In Fig. 3 ist
ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Zwangsführung der
Flügel 6 auf dem Führungselement 7 dargestellt. Dabei weist
das Führungselement 7 einen kreisförmigen Querschnitt auf und
in den Flügeln 6 ist eine rechteckige Aussparung 10
ausgebildet. Dadurch wird ebenfalls ein axialer Versatz des
Führungselements 7 verhindert, wobei die Flügel 6 auf dem
Führungselement 7 gleiten können. Allgemein ist es auch möglich,
dass sich das Führungselement 7, ggf. nur kurzzeitig, mit den
Flügeln 6 mitdreht. Durch die Nuten 9 bzw. 10 kann somit ein
axiales Versetzen des Führungselements 7 verhindert werden.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, stellt das ringförmige
Führungselement 7 sicher, dass die Flügel 6 in jeder Position in
Umfangsrichtung an der inneren Aussparung 11 des Hubrings 2
anliegen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass auch beim
Start der Flügelzellenpumpe sofort mit einer Förderung
begonnen wird. Daher ist die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe
1 besonders als Kraftstoffpumpe bei Fahrzeugen verwendbar.
Dabei ist es nicht notwendig, dass das Führungselement 7
Federkräfte in Radialrichtung bereitstellt, da es tolerierbar
ist, wenn ein kleines Spiel zwischen den Flügeln 6 und der
inneren Aussparung 11 des Hubrings beim Start der Pumpe
vorhanden ist. Dieses Spiel kann jedoch abhängig von den jeweils
gewählten Toleranzen sehr eng bemessen werden. Mit steigenden
Drehzahlen werden dann die Flügel 6 aufgrund der Fliehkraft
in bekannter Weise gegen die Aussparung 11 des Hubrings 2
gedrückt.
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Um jedoch möglichst kein Spiel zwischen den Flügeln und der
Innenseite 11 des Hubrings 2 aufzuweisen, ist das
Führungselement 7 vorzugsweise als Federring ausgebildet, welcher
eine Vorspannkraft in Radialrichtung bereitstellen kann.
Dadurch können die Flügel 6 gegen die Innenseite 11 des
Hubrings 2 gedrückt werden. Somit können eventuell auftretenden
Verluste beim Anlaufen der Pumpe minimiert werden.
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Da die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe 1 anstatt einer
Vielzahl von einzelnen Federn nur ein Führungselement 7
aufweist, ist weiterhin auch die Montage der Flügelzellenpumpe
im Vergleich mit dem Stand der Technik deutlich vereinfacht.
Somit werden erfindungsgemäß neben den. Vorteilen beim
Betrieb, insbesondere beim Anfahren der Pumpe, auch
fertigungstechnische Vorteile bei reduzierten Herstellungskosten
erhalten.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine
Flügelzellenpumpe, insbesondere zur Förderung von Kraftstoff, umfassend
einen Rotor 3, einen Hubring 2 und eine Vielzahl von Flügeln
6. Die Flügel 6 sind in im Rotor gebildeten Kanälen bzw.
Schächten 8 geführt. An ihren nach innen gerichteten Seiten
sind die Flügel 6 an einem Führungselement 7 mechanisch
zwangsgeführt. Dabei weist das Führungselement 7 einen
kreisförmigen Außenumfang auf, der in paralleler Weise zum
kreisförmigen Innenumfang einer Aussparung 11 des Hubrings 2
verläuft.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten
Ausführungsbeispiele beschränkt. Es können verschiedene
Abweichungen und Änderungen ausgeführt werden, ohne den
Erfindungsumfang zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Flügelzellenpumpe
2 Hubring
3 Rotor
4 Welle
5 Aussparung
6 Flügel
7 Führungselement
8 Schacht
9 Nut
10 Nut
11 Aussparung