DE102004060554A1

DE102004060554A1 - Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE102004060554A1
Application number: DE102004060554A
Authority: DE
Inventors: Achim Koehler; Christian Langenbach; Joerg Wuerz; Joerg Morlok
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-06-22
Also published as: EP1828609B1; EP1828609A1; WO2006063913A1; US20090291010A1; JP2008524485A; CN101080572A; US7878779B2

Abstract

Die Flügelzellenpumpe weist ein Pumpengehäuse (10) auf, in dem ein Rotor (20) angeordnet ist, der durch eine Antriebswelle (12) rotierend angetrieben wird, wobei der Rotor (20) über seinen Umfang verteilt mehrere Nuten (24) aufweist, die zumindest im Wesentlichen radial zur Drehachse (13) des Rotors (20) verlaufen und in denen jeweils ein flügelförmiges Förderelement (26) verschiebbar geführt ist. Der Rotor (20) ist von einer Umfangswand (18) umgeben, die zu dessen Drehachse (13) exzentrisch verläuft und an der die Förderelemente (26) mit ihren radial äußeren Enden anliegen. An den Rotor (20) grenzen in Richtung von dessen Drehachse (13) Gehäusestirnwände (14, 16) des Pumpengehäuses (10) an. Durch die Förderelemente (26) wird bei der Drehbewegung des Rotors (20) Medium von einem Saugbereich (28, 30) zu einem zu diesem in Drehrichtung (21) des Rotors (20) versetzten Druckbereich (32, 34) gefördert. In wenigstens einer der Gehäusestirnwände (14, 16) ist eine die Drehachse (13) des Rotors (20) umgebende Ringnut (38; 138) ausgebildet, die den radial innenliegenden Innenbereich der Nuten (24) des Rotors (20) gegenüberliegt und die mit dem Druckbereich (32, 34) über eine Verbindungsnut (40) in der Gehäusestirnwand (14, 16) verbunden ist. Die Verbindungsnut (40) verläuft, ausgehend vom Druckbereich (32, 34), in Drehrichtung (21) des Rotors (20) gekrümmt radial nach innen zur Ringnut (38; 138).

Description

Die Erfindung geht aus von einer Flügelzellenpumpe nach der Gattung des Anspruchs 1.

Eine solche Flügelzellenpumpe ist durch die DE 199 52 167 A1 bekannt. Diese Flügelzellenpumpe weist ein Pumpengehäuse auf, in dem ein Rotor angeordnet ist, der durch eine Antriebswelle rotierend angetrieben wird. Der Rotor weist über seinen Umfang verteilt mehrere Nuten auf, die zumindest im wesentlichen radial zur Drehachse des Rotors verlaufen und in denen jeweils ein flügelförmiges Förderelement verschiebbar geführt ist. Das Pumpengehäuse weist eine den Rotor umgebende, zu dessen Drehachse exzentrische Umfangswand auf, an der die Flügel mit ihren radial äußeren Enden anliegen. Das Pumpengehäuse weist in Richtung der Drehachse des Rotors an diesen angrenzende Gehäusestirnwände auf. Bei der Rotation des Rotors werden infolge der exzentrischen Anordnung der Umfangswand zwischen den Flügeln sich vergrößernde und verkleinernde Kammern gebildet, zwischen denen das zu fördernde Medium unter Druckerhöhung von einem Saugbereich zu einem zu diesem in Umfangsrichtung versetzten Druckbereich gefördert wird. Die Flügel werden dabei infolge der Fliehkräfte bei rotierendem Rotor in Anlage an der Umfangswand gehalten, wobei jedoch insbesondere beim Anlaufen der Flügelzellenpumpe bei niedriger Drehzahl nur geringe Fliehkräfte wirken, so dass die Flügelzellenpumpe nur wenig fördert. Bei der bekannten Flügelzellenpumpe ist in einer Gehäusestirnwand eine sich über einen Teil des Umfangs des Rotors erstreckende ringförmige Nut vorgesehen, der von einer anderen Förderpumpe, die mit der Flügelzellenpumpe eine gemeinsame Pumpenanordnung bildet, verdichtetes Medium zugeführt wird. Die ringförmige Nut ist mit den von den Flügeln in den Nuten des Rotors durch die Flügel begrenzten radial innen liegenden Innenbereichen verbunden. Durch den erhöhten Druck in den Innenbereichen der Nuten werden die Flügel zusätzlich zur Fliehkraft radial nach außen zur Umfangswand hin gedrückt. Diese Maßnahme ist jedoch nur möglich, wenn die weitere Förderpumpe vorhanden ist. Darüberhinaus können durch die sich nur über einen Teil des Umfangs des Rotors erstreckende ringförmige Nut die Innenbereiche der Nuten des Rotors nur über einen entsprechenden Teil einer Umdrehung des Rotors druckbeaufschlagt werden, wodurch sich unter Umständen nur eine geringe Anpresskraft der Flügel an der Umfangswand ergibt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Druckbeaufschlagung der radial innenliegenden Innenbereiche der Nuten des Rotors durch den von den Flügelzellenpumpe selbst erzeugten Druck erfolgt. Durch die sich über den gesamten Umfang des Rotors erstreckende Ringnut wird die Druckbeaufschlagung der Innenbereiche der Nuten des Rotors verbessert. In der nach innen verlaufenden Verbindungsnut entsteht darüber hinaus bei der Rotation des Rotors eine Schleppströmung, durch die eine Druckerhöhung in der Ringnut bewirkt wird, die wiederum zu einer Druckerhöhung in den mit der Ringnut in Verbindung stehenden Innenbereichen der Nuten des Rotors führt. Diese Schleppströmung wird mit zunehmender Drehzahl des Rotors verstärkt, so dass die Anpressung der Förderelemente an die Umfangswand mit zunehmender Drehzahl weiter verstärkt wird. Durch den Verlauf der Verbindungsnut wird außerdem erreicht, dass die Förderelemente diese nahezu rechtwinklig überstreichen, wodurch die Gefahr eines Verkippens und/oder Verkantens der Förderelemente beim Überstreichen der Verbindungsnut gering ist.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 wird eine verlustarme Ein- und Ausströmung bei der Verbindungsnut ermöglicht. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 5 kann eine Leckage aus der Ringnut radial nach innen gering gehalten werden.

Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine Flügelzellenpumpe in vereinfachter Darstellung in einem Querschnitt entlang Linie I-I in 2, 2 die Flügelzellenpumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Querschnitt entlang Linie II-II in 3, 3 die Flügelzellenpumpe in einem Längsschnitt entlang Linie III-III in 1 und 4 die Flügelzellenpumpe in einem Querschnitt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den 1 bis 4 ist eine Flügelzellenpumpe dargestellt, die vorzugsweise zum Fördern von Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, vorgesehen ist. Durch die Flügelzellenpumpe wird dabei Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter zu einer Hochdruckpumpe gefördert. Die Flügelzellenpumpe kann getrennt von der Hochdruckpumpe angeordnet sein, an die Hochdruckpumpe angebaut oder in die Hochdruckpumpe integriert sein. Die Flügelzellenpumpe weist ein Pumpengehäuse 10 auf, das mehrteilig ausgebildet ist, und eine Antriebswelle 12, die in das Pumpengehäuse 10 hineinragt. Das Pumpengehäuse 10 weist zwei Gehäusestirnwände 14, 16 auf, durch die in axialer Richtung, das heißt in Richtung der Drehachse 13 der Antriebswelle 12, eine Pumpenkammer begrenzt wird. In Umfangsrichtung wird die Pumpenkammer durch eine Umfangswand 18 begrenzt, die einstückig mit einer der Gehäusestirnwände 14, 16 oder getrennt von diesen ausgebildet sein kann.
In der Pumpenkammer ist ein Rotor 20 angeordnet, der mit der Antriebswelle 12 drehfest verbunden ist, beispielsweise über eine Nut/Federverbindung 22. Der Rotor 20 weist mehrere über seinen Umfang verteilt angeordnete, zumindest im wesentlichen radial zur Drehachse 13 des Rotors 20 verlaufende Nuten 24 auf. Die Nuten 24 erstrecken sich ausgehend vom Außenmantel des Rotors 20 zur Drehachse 13 hin in den Rotor 20 hinein. Es sind beispielsweise vier Nuten 24 vorgesehen, wobei auch weniger oder mehr als vier Nuten 24 vorgesehen sein können. In jeder Nut 24 ist ein scheibenförmiges Förderelement 26 verschiebbar angeordnet, das nachfolgend als Flügel bezeichnet wird und das mit seinem radial äußeren Endbereich aus der Nut 24 herausragt.
Die Innenseite der Umfangswand 18 des Pumpengehäuses 10 ist exzentrisch zur Drehachse 13 des Rotors 20 ausgebildet, beispielsweise kreisförmig oder mit anderer Form. In wenigstens einer Gehäusestirnwand 14, 16 ist ein Saugbereich vorgesehen, in dem wenigstens eine Saugöffnung 28 mündet. Im Saugbereich ist vorzugsweise in wenigstens einer Gehäusestirnwand 14, 16 eine in Umfangsrichtung des Rotors 20 langgestreckte, etwa nierenförmig gekrümmte Saugnut 30 ausgebildet, in die die Saugöffnung 28 mündet. Die Saugöffnung 28 mündet in die Saugnut 30 vorzugsweise in deren entgegen der Drehrichtung 21 des Rotors 20 weisenden Endbereich. Die Saugöffnung 28 ist mit einem vom Vorratsbehälter herführenden Zulauf verbunden. In wenigstens einer Gehäusestirnwand 14, 16 ist außerdem ein Druckbereich vorgesehen, in dem wenigstens eine Drucköffnung 32 mündet. Im Druckbereich ist vorzugsweise in wenigstens einer Gehäusestirnwand 14, 16 eine in Umfangsrichtung des Rotors 20 langgestreckte, etwa nierenförmig gekrümmte Drucknut 34 ausgebildet, in die die Drucköffnung 32 mündet. Die Drucköffnung 32 mündet in die Drucknut 34 vorzugsweise in deren in Drehrichtung 21 des Rotors 20 weisenden Endbereich. Die Drucköffnung 32 ist mit einem zur Hochdruckpumpe führenden Ablauf verbunden. Die Saugöffnung 28, die Saugnut 30, die Drucköffnung 32 und die Drucknut 34 sind mit radialem Abstand von der Drehachse 13 des Rotors 20 nahe der Innenseite der Umfangswand 18 angeordnet. Die Flügel 26 liegen mit ihren radial äußeren Enden an der Innenseite der Umfangswand 18 an und gleiten an dieser bei der Drehbewegung des Rotors 20 in Drehrichtung 21 entlang. Infolge der exzentrischen Ausbildung der Innenseite der Umfangswand 18 bezüglich der Drehachse 13 des Rotors 20 ergeben sich zwischen den Flügeln 26 Kammern 36 mit veränderlichem Volumen. Die Saugnut 30 und die Saugöffnung ist in einem Umfangsbereich angeordnet, in dem sich bei der Drehbewegung in Drehrichtung 21 des Rotors 20 das Volumen der Kammern 36 vergrößert, so dass diese mit Kraftstoff befüllt werden. Die Drucknut 34 und die Drucköffnung 32 ist in einem Umfangsbereich angeordnet, in dem sich bei der Drehbewegung in Drehrichtung 21 des Rotors 20 das Volumen der Kammern 36 verringert, so dass aus diesen Kraftstoff in die Drucknut 34 und von dieser in die Drucköffnung 32 verdrängt wird.
In wenigstens einer Gehäusestirnwand 14, 16 ist eine Ringnut 38 vorgesehen, die mit der Drucknut 34 über eine Verbindungsnut 40 verbunden ist. Die Ringnut 38 verläuft in einem solchen radialen Abstand von der Drehachse 13 des Rotors 20, dass diese den durch die Flügel 26 in den Nuten 24 des Rotors 20 begrenzten radial inneren Innenbereichen gegenüberliegt. Die Ringnut 38 ist zumindest annähernd konzentrisch zur Drehachse 13 des Rotors 20 ausgebildet und zwischen dieser und der Antriebswelle 12 ist ein Dichtbereich 39 gebildet, in dem zwischen dem Rotor 20 und der angrenzenden Gehäusestirnwand 14,16 nur ein geringer axialer Abstand vorhanden ist. Im Bereich um die Antriebswelle 12 herrscht nur ein geringer Druck, so dass zwischen der Ringnut 38 und dem Bereich um die Antriebswelle 12 ein Druckgefälle besteht. Die Verbindungsnut 40 verläuft derart, dass diese sich in Drehrichtung 21 des Rotors 20 der Ringnut 38 annähert. Weiterhin verläuft die Verbindungsnut 40 vorzugsweise gekrümmt, insbesondere schneckenförmig gekrümmt. Die Verbindungsnut 40 mündet vorzugsweise einerseits zumindest annähernd tangential in die Drucknut 34 und/oder andererseits zumindest annähernd tangential in die Ringnut 38. Vorzugsweise mündet die Verbindungsnut 40 in den entgegen der Drehrichtung 21 des Rotors 20 weisenden Endbereich der Drucknut 34. Durch die Verbindung der Ringnut 38 mit der Drucknut 34 herrscht in der Ringnut 38 und damit in den mit dieser in Verbindung stehenden Innenbereichen der Nuten 24 des Rotors 20 ein erhöhter Druck, durch den die Anlagekraft der Flügel 26 an der Innenseite der Umfangswand 18 verstärkt wird, wodurch die Förderleistung der Flügelzellenpumpe verbessert wird. Durch den gekrümmten Verlauf der Verbindungsnut 40 wird außerdem bei der Drehbewegung des Rotors 20 in dieser eine Schleppströmung erzeugt, die zu einer weiteren Druckerhöhung in der Ringnut 38 und damit den Nuten 24 führt, wodurch die Anpresskraft der Flügel 26 an die Umfangswand 18 weiter erhöht wird. Insbesondere erfolgt infolge dieser Schleppströmung bereits beim Anlaufen der Flügelzellenpumpe ein Druckaufbau in der Ringnut 38, so dass die durch die Flügelzellenpumpe bereits beim Anlaufen eine ausreichende Kraftstoffmenge fördert. Durch den gekrümmten Verlauf der Verbindungsnut 40 ist außerdem sichergestellt, dass die Flügel 26 sich bei der Drehbewegung des Rotors 20 annähernd tangential über die Verbindungsnut 40 bewegen, wodurch der Verschleiß der Flügel 26 und der Gehäusestirnwand 14,16 gering gehalten wird.
Es kann vorgesehen sein, dass nur in einer Gehäusestirnwand 14 oder 16 die Ringnut 38 und die diese mit der Drucknut 34 verbindende Verbindungsnut 40 angeordnet ist oder es können in beiden Gehäusestirnwänden 14 und 16 jeweils eine Ringnut 38 und eine Verbindungsnut 40 angeordnet sein, die dann vorzugsweise spiegelbildlich zueinander in den Gehäusestirnwänden 14 und 16 angeordnet sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass in beiden Gehäusestirnwänden 14 und 16 jeweils eine Ringnut 38 angeordnet ist, jedoch nur in einer Gehäusestirnwand 14 oder 16 eine Verbindungsnut 40 angeordnet ist. Es kann außerdem vorgesehen sein, dass nur in einer Gehäusestirnwand 14 oder 16 die Saugnut 30 und/oder die Drucknut 34 ausgebildet ist, wobei die andere Gehäusestirnwand 16 bzw. 14 glatt ausgebildet ist, oder dass in beiden Gehäusestirnwänden 14 und 16 jeweils eine Saugnut 30 und/oder Drucknut 34 ausgebildet ist, die dann vorzugsweise spiegelbildlich zueinander in den Gehäusestirnwänden 14 und 16 angeordnet sind. Die Saugöffnung 28 und die Drucköffnung 32 ist dabei jedoch nur in einer Gehäusestirnwand 14 oder 16 vorgesehen. Bei der spiegelbildlichen Anordnung der Saugnuten 30 und Drucknuten 34 sowie der Ringnuten 38 und Verbindungsnuten 40 in beiden Gehäusestirnwänden 14 und 16 wird erreicht, dass der Rotor 20 und die Flügel 26 in axialer Richtung beidseitig zumindest annähernd gleich belastet sind, so dass keine oder nur eine geringe resultierende Kraft auf den Rotor 20 und die Flügel 26 in Richtung der Drehachse 13 wirkt. Die Tiefe der Ringnut 38 und der Verbindungsnut 40 in der Gehäusestirnwand 14,16 beträgt beispielsweise etwa 0,1 bis 2 mm, wobei vorzugsweise die Breite der Nuten 38 und 40 größer ist als deren Tiefe.
In 3 ist die Flügelzellenpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Aufbau im wesentlichen gleich ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel, jedoch die Anordnung der Ringnut 138 modifiziert ist. Abweichend zum ersten Ausführungsbeispiel ist die Ringnut 138 exzentrisch zur Drehachse 13 des Rotors 20 angeordnet. Der Ringnut 138 ist beispielsweise zumindest annähernd kreisförmig ausgebildet, wobei deren Mittelpunkt M bezüglich der Drehachse 13 des Rotors 20 um einen die Exzentrizität bildenden Abstand e versetzt angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Exzentrizität e der Ringnut 138 zumindest annähernd gleich groß und gleichsinnig wie die Exzentrizität der Innenseite der Umfangswand 18 des Pumpengehäuses 10. Vorzugsweise ist der Mittelpunkt M der Ringnut 138 zu einem in Drehrichtung 21 des Rotors 20 gesehen zwischen der Saugnut 30 und der Drucknut 34 liegenden Bereich der Umfangswand 18 hin bezüglich der Drehachse 13 versetzt angeordnet. Durch diese exzentrische Ausbildung der Ringnut 138 ist die radiale Erstreckung s1 des Dichtbereichs 139 innerhalb der Ringnut 138 zur Antriebswelle 12 hin auf der Seite, zu der hin der Mittelpunkt M bezüglich der Drehachse 13 versetzt ist, vergrößert während die radiale Erstreckung s2 des Dichtbereichs 139 auf der gegenüberliegenden Seite verringert ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ringnut 138 nicht kreisförmig ausgebildet ist, sondern einen exzentrischen Verlauf bezüglich der Drehachse 13 aufweist, wobei die radiale Erstreckung s1 des Dichtbereichs 139 in einem Bereich in Drehrichtung 21 des Rotors 20 zwischen der Saugnut 30 und der Drucknut 34 größer ist als die radiale Erstreckung s2 des Dichtbereichs 139 im gegenüberliegenden Bereich.

Claims

Flügelzellenpumpe mit einem Pumpengehäuse (10), in dem ein Rotor (20) angeordnet ist, der durch eine Antriebswelle (12) rotierend angetrieben wird, wobei der Rotor (20) über seinen Umfang verteilt mehrere Nuten (24) aufweist, die zumindest im wesentlichen radial zur Drehachse (13) des Rotors (20) verlaufen und in denen jeweils ein flügelförmiges Förderelement (26) verschiebbar geführt ist, mit einer den Rotor (20) umgebenden, zu dessen Drehachse (13) exzentrisch verlaufenden Umfangswand (18) des Pumpengehäuses (10), an der die Förderelemente (26) mit ihren radial äußeren Enden anliegen, mit an den Rotor (20) in Richtung von dessen Drehachse (13) angrenzenden Gehäusestirnwänden (14,16) des Pumpengehäuses (10), wobei durch die Förderelemente (26) bei der Drehbewegung des Rotors (20) Medium von einem Saugbereich (28,30) zu einem zu diesem in Drehrichtung (21) des Rotors (20) versetzten Druckbereich (32,34) gefördert wird, wobei in wenigstens einer der Gehäusestirnwände (14,16) eine sich zumindest über einen Teil des Umfangs des Rotors (20) erstreckende ringförmige Nut (38; 138) vorgesehen ist, die den durch die Förderelemente (26) in den Nuten (24) des Rotors (20) begrenzten Innenbereichen (25) gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Nut als über den gesamten Umfang des Rotors (20) verlaufende Ringnut (38; 138) ausgebildet ist, dass die Ringnut (38; 138) mit dem Druckbereich (32,34) über eine Verbindungsnut (40) in der Gehäusestirnwand (14,16) verbunden ist, und dass die Verbindungsnut (40) ausgehend vom Druckbereich (32,34) in Drehrichtung (21) des Rotors (20) radial nach innen zur Ringnut (38; 138) verläuft.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsnut (40) gekrümmt, vorzugsweise schneckenförmig gekrümmt verläuft.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsnut (40) zumindest annähernd tangential in die Ringnut (38; 138) und/oder in eine im Druckbereich angeordnete gekrümmte Drucknut (34) mündet.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsnut (40) in den entgegen der Drehrichtung (21) des Rotors (20) weisenden Endbereich der Drucknut (34) mündet.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (138) exzentrisch zur Drehachse (13) des Rotors (20) verläuft.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (138) zumindest annähernd kreisförmig verläuft und dass deren Mittelpunkt (M) bezüglich der Drehachse (13) des Rotors (20) zu einem Bereich der Umfangswand (18) des Pumpengehäuses (10) versetzt angeordnet ist, der in Drehrichtung (21) des Rotors (20) zwischen dem Saugbereich (28, 30) und dem Druckbereich (32, 34) liegt.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (138) in einem Umfangsbereich, der in Drehrichtung (21) des Rotors (20) zwischen dem Saugbereich (28, 30) und dem Druckbereich (32, 34) liegt, mit größerem radialem Abstand von der Drehachse (13) des Rotors (20) verläuft als in dem gegenüberliegenden Umfangsbereich.