-
Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe
zur Förderung
eines Fluids nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Es sind Flügelzellenpumpen bekannt, wobei
ein Rotor in einem Kurvenring rotiert. Der Kurvenring ist von je
einer Seite mit einer Stirnplatte und mit einer Steuerplatte abgeschlossen.
Der Kurvenring besitzt eine zur Drehachse des Rotors nicht koaxial
verlaufende Kontur und bildet einen Pumpenraum aus. In der Umfangsfläche des
Rotors sind über
dessen Breite im wesentlichen radial verlaufende Schlitze angeordnet,
in denen radialverschiebliche Flügel
geführt
sind. Bei einer Rotation des Rotors werden die Flügel an der
Kontur des Kurvenringes entlanggeführt, wobei zwischen zwei benachbarten
Flügeln
jeweils Kammern mit sich veränderndem
Volumen gebildet sind. Entsprechend der Drehbewegung des Rotors
wird ein Saugbereich und ein Pumpendruckraum oder Druckbereich ausgebildet,
wobei der Saugbereich im Bereich sich vergrößernden Volumens und der Druckbereich
im Bereich sich verkleinernden Volumens der Kammern angeordnet ist.
-
Dem Saugbereich wird das Fluid über einen
Saugkanal und mit tangentialem Abstand zueinander in der Stirn-
und Steuerplatte angeordneten Saugnieren zugeführt.
-
Über
Drucknieren, die auch mit Druck-Sacknieren über die Kammern kommunizieren,
wird das Fluid aus dem Pumpendruckraum zu einem Druckanschluss der
Flügelzellenpumpe
gelenkt.
-
Die Anordnung und die Form der Fluid-führenden
Bereiche der Stirnplatte und der Steuerplatte ist fertigungsbedingt
so, dass es zu Wirbelbildung, Rückströmung und
auch zu Strömungsverlusten
durch Eintrittsstoß in
dem Saugbereich der Flügelzellenpumpe
und in dem Pumpendruckraum und unter Druck stehenden Fluid-führenden
Bereichen der Flügelzellenpumpe
kommt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Flügelzellenpumpe
der gattungsgemäßen Art
so weiterzubilden, dass Strömungsverluste
in der Flügelzellenpumpe
minimiert sind.
-
Die Aufgabe wird mit einer Flügelzellenpumpe
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Dadurch, dass die Stirnplatte und
/ oder die Steuerplatte der Flügelzellenpumpe
Mittel zur zumindest annähernd
wirbelfreien, gerichteten Strömungsführung des
Fluids aufweist, wobei die Mittel eine unterschiedliche sphärische Form
der Saugnieren in der Steuerplatte und der Stirnplatte oder weitere
konstruktive Maßnahmen
beinhalten, ist eine widerstandarme Führung des Fluids gewährleistet.
-
Durch die konstruktiven Maßnahmen
sind Strömungsverluste
insbesondere beim Eintritt des Fluids in den Pumpenraum und beim
Austritt des Fluids aus dem Pumpenraum minimiert.
-
Um die Umlenkverluste beim Eintritt
des Fluids in den Pumpenraum zu minimieren, weisen die Saugnieren
in der Steuerplatte und der Stirnplatte zueinander unterschiedliche
sphärische
Formgebung auf.
-
Ebenso sind die Drucknieren, die
vorzugsweise in der Steuerplatte als Sacknieren und in der Stirnplatte
als sich zu einem Pumpentilgerraum öffnende Drucknieren ausgebildet
sind, mit einer anderen Kontur in der Steuerplatte als in der Stirnplatte
gebildet. Die Saugnieren in der Steuerplatte und / oder in der Stirnplatte
haben nicht zueinander kongruente Konturen, d.h. ihre Querschnittsform
in der jeweiligen axialen Begrenzungsfläche der Stirnplatte und der
Steuerplatte ist verschieden. Die vorzugsweise als Sacknieren ausgebildeten Drucknieren
in der Steuerplatte haben nicht zueinander kongruente Konturen.
-
Um einen Druckabbau des Fluids beim
Eintritt in den Saugbereich und den Pumpenraum der Flügelzellenpumpe
zu bewirken, erweitern sich die Saugnieren zum Rotor hin. Die Drucknieren
erweitern sich in der Steuerplatte als Sacknieren zum Rotor hin
und in der Stirnplatte vom Rotor weg zum Pumpensammel- oder Tilgerraum
hin. Der konisch sich in Bezug auf alle Wandflächen, die zum Rotor hin gerichtet
sind, erweiternde Querschnitt der Saugnieren ist vorzugsweise unsymmetrisch
ausgebildet, wobei die in radialer Richtung zu dem Rotor benachbart
liegenden Flächen
sich flacher, mit geringerer Steigung zum Rotor öffnen, als die mit größerem radialen
Abstand angeordneten Flächen
der Saugnieren. Die tangentiale Erstreckung der Saugnieren ist kleiner
als die Drucknieren.
-
Bei der Gestaltung der sphärischen
Form und der Kontur der Saugnieren in der Trennebene der Steuerplatte
zum Rotor wurde, wie auch bei der Gestaltung der Saugnieren in der
Stirnplatte und der Drucknieren darauf geachtet, dass keine Bereiche
mit Wirbel bildung und Rückströmung vorhanden
sind, sondern die Strömung
des Fluids über
den gesamten freien Querschnitt der Saugnieren und der Drucknieren
annähernd
gerichtet erfolgt.
-
Um das Fluid energiereich in den
Saugbereich und den Pumpenraum der Flügelzellenpumpe zu führen, weisen
die Saugnieren Rampen in Form von in axialer Richtung der Steuerplatte
angeordneten, rückversetzten
Abflachungen auf.
-
Die Kontur der Drucknieren ist an
die Innenkontur des Kurvenringes angepasst, so dass annähernd keine
Umlenkungs-Druckverluste bei der Fluidströmung in diesem Bereich entstehen.
-
Der Saugkanal, dessen Boden in der
Steuerplatte liegt, ist in zwei Zweigkanäle aufgeteilt, in denen entgegengesetzte
Strömungsrichtungen
des Fluids herrschen. Die Zweigkanäle sind in Längsschnitt
oder Draufsicht der Steuerplatte unsymmetrisch und inkongruent zueinander
gestaltet. Die Zweigkanäle
sind durch eine, mit einem Nasenkreisradius sich aus der Ebene des
Bodens des Saugkanals erstreckende Erhebung geteilt. Die Erhebung
wird durch das vorzugsweise mit Hilfe des Venturi-Düseneffekt
vorbeschleunigten Fluids beaufschlagt, wobei das Fluid in einem
Zweigkanal des Saugkanals in Drehrichtung und in einem weiteren
Zweigkanal entgegengesetzt zur Drehrichtung des Rotors umgelenkt
wird.
-
In tangentialer Richtung des Saugkanals
sind zu beiden Seiten der Erhebung Einsenkungen mit vorzugsweise
großen
Radien in dem Boden des Saugkanals in der Steuerplatte angeordnet,
die eine widerstandsarme Umlenkung des Fluids in die Zweigkanäle des Saugkanals
ermöglichen.
-
Damit die Pumpenräume der zweihubigen Flügelzellenpumpe
gleichzeitig beschickt werden, sind die Fließstrecken des Fluids in den
Zweigkanälen
etwa gleichlang gewählt.
Zu diesem Zweck kann der Zweigkanal des Saugkanals, in dem das Fluid
entgegengesetzt zur Drehrichtung des Rotors gelenkt ist, eine Ausbiegung aufweisen.
Die Ausbiegung verlängert
die Laufstrecke des Fluids in diesem Zweigkanal. Es ist zweckmäßig, die
saugseitige Fluidströmung
durch eine kontinuierliche Querschnittsverengung der Zweigkanäle in tangentialer
Richtung von der Erhebung zu den Saugnieren hin zu beschleunigen.
-
Um das Fluid, welches entgegengesetzt
zur Drehrichtung des Rotors in dem Zweigka nal geleitet ist, nicht
mit einer wesentlich geringeren Relativgeschwindigkeit zu den Flügeln des
Rotors in den Saugbereich und den Pumpenraum der Flügelzellenpumpe
eintreten zu lassen wie das Fluid in dem Zweigkanal, welches in
Drehrichtung des Rotors darin geleitet ist, erhält die Saugniere an ersterem
Zweigkanal möglichst
große
Umlenkradien in ihrer Kontur und ihren sphärisch geformten Wandflächen und
in ihrem Bodenbereich. Zudem kann es zweckmäßig sein, die mittlere Querschnittsfläche des
Zweigkanals, in dem das Fluid entgegen der Drehrichtung des Rotors
gelenkt ist, größer als
die in dem anderen Zweigkanal, in dem das Fluid in Drehrichtung
des Rotors gelenkt ist, auszubilden, um die Strömungsgeschwindigkeit in diesem
Zweigkanal zu verringern.
-
Zur mechanischen Stabilisierung der
Drucknieren und zur Strömungsgleichrichtung
sind Stege in dem freien Querschnitt der Drucknieren in der Stirnplatte
und / oder der Steuerplatte vorgesehen, die vorzugsweise aus den
Trennebenen von Steuer- und Stirnplatte zum Rotor rückversetzt
angeordnet sind.
-
Die Steuer- und oder Stirnplatte
ist vorzugsweise in Druckguss aus einer Aluminiumlegierung hergestellt
und ihre Oberflächen
durch eine Anodisierschicht gehärtet
ausgebildet.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind nachfolgend anhand der Zeichnung gezeigt. In der Zeichnung
zeigt:
-
1 einen
Längsschnitt
durch eine zweihubige Flügelzellenpumpe,
-
2 eine
Draufsicht auf die Steuerplatte in Pfeilrichtung II in 1,
-
2a einen
Querschnitt durch ein Stiftloch entlang der Linie II-II in 2,
-
3 eine
Ansicht der Kontur des Saugkanals und der Saugnieren in der Steuerplatte
in Pfeilrichtung II in 1,
-
3a einen
Querschnitt durch die Saugniere entlang der Linie A-A in 3,
-
3b einen
Längsschnitt
durch den Saugkanal entlang der Linie B-B in 3,
-
4 eine
Ansicht der Steuerplatte mit Kurvenring in Pfeilrichtung II in 1,
-
5 eine
Ansicht einer Steuerplatte mit entgegengesetzter Drehrichtung wie
in 2 gezeigt,
-
6 eine
Ansicht der Stirnplatte in 4 ohne
Kurvenring,
-
6a einen
Querschnitt entlang der Linie VI-VI durch die Stirnplatte in 6,
-
6b einen
Querschnitt C-C in 6,
-
6c eine
Ansicht der Stirnplatte in 4 in
Pfeilrichtung II ohne Kurvenring.
-
In 1 ist
in einem Längsschnitt
entlang ihrer Welle 33 eine zweihubige Flügelzellenpumpe
1 zum Fördern
eines Fluids 2, wie Hydrauliköl und dgl. gezeigt. Ein von
der Welle 33 angetriebener Rotor 3 (vgl. 4) ist mit von seiner Umfangsfläche 4 über dessen
Breite 5 radial verlaufenden Schützen 6 versehen. in jedem
Schlitz 6 ist ein darin verschieblich gelagerter Flügel 7 angeordnet.
Die Flügel 7 werden
unter dem Einfluss von Betriebsdruck der Flügelzellenpumpe 1 in
ihrem Hinterflügelbereich 34 gegen
einen Kurvenring 8 gepresst. Der Kurvenring 8 und
der in dem Kurvenring 8 angeordnete Rotor 3 werden
in axialer Richtung der Welle 33 von einer Steuerplatte 10,
die den Fluidfluss steuert, und einer Stirnplatte 9 begrenzt.
Die Stirnplatte 9 und die Steuerplatte 10 sind
durch Stifte 35 (vgl. 2),
die den Kurvenring 8 durchragen und in Sacklöcher in
Stirnplatte 9 und Steuerplatte 10 eingreifen,
fixiert.
-
Die Stirnplatte 9 und die
Steuerplatte 10 sind unter Zwischenlage von je einer Dichtung
zusammen mit dem Kurvenring 8 über Schraubbolzen (vgl. 5) mit einem Gehäuse 36 verschraubt.
Das Gehäuse 36 dient zur
Unterbringung von Saug- und Druckkanälen des Fluids, sowie zur Aufnahme
eines Stromregelventils 39 und eines Wälzlagers 37 für die Lagerung
der Welle 33.
-
Das Fluid 2 gelangt über einen
Winkeistutzen 38 von einem nicht gezeigten Speicher in
das Pumpengehäuse,
wird dort mit einem druckseitigen Fluidstrahl in der Art einer Wasserstrahlpumpe
beschleunigt und gegen eine nasenförmige Erhebung 24 (vgl. 2, 3, 3b)
gerichtet.
-
Das Fluid 2 gelangt unter
Aufspaltung in zwei Teilströme
an der Erhebung 24 in einen Saugkanal 11, dessen
Boden 25 in der Steuerplatte 10 eingeformt ist.
-
Der Saugkanal 11, bzw. dessen
beide Zweigkanäle 26,26' durch
die er gebildet ist, ist tangential zwischen dem Kurvenring 8 und
einer Innenwand 40 des Gehäuses 36, sowie in
der Steuerplatte 10 geführt.
-
Die Zweigkanäle 26,26' münden in
Saugnieren 12,12' in Stirnplatte 9 und
Steuerplatte 10 an zwei etwa diametral sich gegenüberliegenden
Saugbereichen 13 an dem Rotor 3 (vgl. 1 bis 6).
-
Die Saugbereiche 13 liegen
im Bereich sich vergrößernder
Volumina der zwischen den Flügeln 7 und der
Innenkontur des Kurvenrings befindlichen Kammern. Je ein Pumpendruckraum 15 bildet
sich im Bereich verkleinernder Volumina aus, wobei das Fluid 2 dort über Drucknieren 14,14' in
der Stirnplatte in einen Pumpensammel- oder Tilgerraum 22 zu
dem Stromregelventil 39 und einem Pumpenauslass geführt wird.
Zur hydraulischen Zentrierung sind den Drucknieren 14,14' lagegleich
Drucknieren 14,14' in der Steuerplatte 10 angeordnet,
wobei diese Drucknieren 14,14' als Sacknieren
ausgebildet sind. Die Drucknieren 14,14' sind
tief in die Steuerplatte 10 eingelassen, wobei die Steuerplatte 10 eine
annähernd
doppelt so große
Dicke aufweist, wie die Stirnplatte 9. Die Drucknieren 14,14' und
der Saugkanal 11 sind in der Steuerplatte über mehr
als die Hälfte
ihrer Dicke eingelassen.
-
Die Drucknieren 14,14' in
der Stirnplatte 9 durchragen diese als sich zu einem Pumpesammelraum 22 konisch
erweiternde Durchbrüche,
wobei in den Drucknieren 14,14' von Stirnplatte 9 und
Steuerplatte 10 querverlaufende Stege 32 angeordnet
sind. Die Stege 32 dienen zur Versteifung der Stirn- und
Steuerplatte und der Gleichrichtung des Fluids 2.
-
Zur widerstandsarmen, annähernd wirbel-
und rückströmungsfreien,
gerichteten Lenkung des Fluids 2 sowohl saug- als auch
druckseitig, weist die Flügelzellenpumpe
verschiedenartige Mittel 16 zur Strömungsführung auf.
-
Wie 2, 3, 3b und 5 zeigen,
ist der Saugkanal 11, der sich an der Erhebung 24 in
zwei Zweigkanäle 26,26' aufteilt,
im Längsschnitt
unsymmetrisch ausgebildet.
-
Durch die strömungsteilend wirkende Erhebung 24,
die mit einem Nasenkreisradius 23 versehen ist, der etwa
der Hälfte
ihrer Höhe,
mit der sie aus dem Boden 25 des Saugkanals 11 hervorragt,
entspricht, wird der Fluidstrom in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei ein Teilstrom
in dem Zweigkanal 26' des Saugkanals 11 entgegengesetzt
zur Dreh richtung 29 des Rotors 3 und ein Teilstrom
in Drehrichtung 29 des Rotors 3 verläuft.
-
Die sich quer über den Saugkanal 11 erstreckende
Erhebung 24 geht zu beiden Seiten in kreissegmentförmige Einsenkungen 27,27' im
Boden 25 des Saugkanals 11 über. Die Einsenkungen 27,27' gehen
wiederum mit einem großen
Radius 28 in tangentialer Richtung des Saugkanals 11 versehene,
konvexe Fließstrecken 41 über.
-
Diese Formgebung der Einsenkungen,
der Erhebung und der Fließstrecken
dient als Mittel 16 zur Strömungsführung, das den Umlenkverlust
des Fluids an dieser Stelle des Saugkanals 11 reduziert.
-
Um eine gleichmäßige Beschickung der Saugbereiche 13 der
Flügelzellenpumpe 1 mit
Fluid zu gewährleisten,
ist ferner vorgesehen, die Fließstrecken
in den Zweigkanälen 26,26' etwa
gleichlang zu wählen. Da
in dem Ausführungsbeispiel
in den 1 bis 6c die Saugnieren 12,12' mit
verschiedenen tangentialen Abständen
zu der Erhebung 24 und asymmetrisch zu dem Rotor 3 angeordnet
sind, weist der Zweigkanal 26', in dem das Fluid 2 entgegengesetzt
zu der Drehrichtung 29 des Rotors 3 gelenkt ist,
eine Ausbiegung 30 in radialer Richtung von dem Rotor 3 und
der Welle 33 weg auf.
-
Die Ausbiegung 30 ist im
Bereich eines Stiftes 35 angeordnet und gewährleistet
eine etwa gleichlange Fließstrecke
des Fluids in den Zweigkanälen 26,26'.
Zur Beschleunigung der Fluidströmung
in dem Saugkanal ist dieser von der Erhebung 24 bis zu
den jeweiligen Saugnieren 12,12' verjüngt, wodurch
ein energiereicher beschleunigter Eintritt des Fluids in den Rotor
ermöglicht
ist. Die mittlere Querschnittsfläche 31' des
Zweigkanals 26', in dem das Fluid entgegengesetzt zur Drehrichtung 29 des
Rotors gelenkt ist, kann größer sein
als die mittlere Querschnittsfläche 31 des
Zweigkanals 26, in dem das Fluid in Drehrichtung 29 des
Rotors 3 gelenkt ist, um eine Vergleichmäßigung der
Relativgeschwindigkeit des Fluids in den beiden Saugnieren zum Rotor
zu erhalten.
-
Wie die 2, 3 und 5 zeigen sind in der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe 1 weitere
Mittel 16 zur annähernd
wirbelfreien, gerichteten Strömungsführung des
Fluids 2 vorgesehen. So weisen die Saugnieren 12,12' in
der Steuerplatte 10 eine andere sphärische Form als die Saugnieren 12,12' in
der Stirnplatte 9 auf.
-
Die Saugnieren 12,12' in
der Steuerplatte sind in ihrer Form so gewählt, dass sie sich mit ihren
Flächen 17,17',
die in radialer Richtung benachbart zu dem Rotor 3 liegen,
mit geringerer Steigung (vgl. 2a) öffnen als
mit ihren, dem Rotor 3 abgewandten Flächen 18,18'.
-
Die Saugnieren 12,12' der
Stirnplatte 9 sind mit gleichförmig schräg zur Welle 33 hin
ansteigenden Flächen
ausgebildet, während
die Saugnieren 12,12' der Steuerplatte 10 zueinander
in Form und Kontur inkongruent gebildet sind, wobei die Saugniere 12',
die an den Zweigkanal 26' anschließt, so gestaltet ist, dass
ein großer
Radius in ihrer Kontur an ihrer Spitze in Fluidströmungsrichtung
in dem Zweigkanal 26' betrachtet, gebildet ist. Hingegen
ist bei der Saugniere 12, die an den Zweigkanal 26 in
der Steuerplatte 10 anschließt, ein kleinerer Radius in
ihrer Kontur und in ihren Seitenflächen an ihrer Spitze in Fluidströmungsrichtung
betrachtet, ausgebildet. Auf diese Weise wird die Fluidströmung in
der Saugniere 12' wirkungsvoll, unter Beibehaltung hoher
Strömungsgeschwindigkeiten
und in gerichteter Weise an den Rotor 3 geführt, wobei
die Relativgeschwindigkeiten der Fluidströmungen zu dem Rotor in beiden
Saugnieren annähernd
gleich sind.
-
Die Saugnieren 12,12' in
der Steuerplatte 10 weisen durch in Form von rückversetzt
zur Trennebene der Steuerplatte 10 und dem Rotor 3 angeordnete,
als Abflachungen 21 ausgebildete Rampen 19 auf.
-
Die Abflachungen 21 sind
vor der jeweiligen Steuerkante 20 der Saugnieren 12,12' angeordnet
und bewirken eine energiereiche Aufladung der Kammern oder Flügelzellen.
Eine Nase 42 an der Kontur der Saugniere 12' in
Strömungsrichtung
des Fluids 2 und in radialer Richtung zwischen dem Zweigkanal 26' und
der Saugniere 12' verhindert eine Wirbelbildung des Fluids
in diesem Bereich.
-
Wie der Vergleich der 1, 2, 6 und 6a zeigt, sind die Drucknieren 14,14' in
der Steuerplatte 10 und der Stirnplatte 9 mit
unterschiedlicher Form gebildet, wobei die als Sacknieren in der
Steuerplatte 10 ausgebildeten Drucknieren sich weniger
zu dem Rotor 3 hin erweitern, als die sich diffusorartig
von dem Rotor 3 weg sich erweiternden Drucknieren 14,14' in
der Stirnplatte 9.
-
Es kann zweckmäßig sein, die Kontur der Drucknieren 14,14' in
der Steuerplatte 10 anders als in der Stirnplatte 9 zu
wählen.
Die Kontur der Drucknieren 14,14' ist, wie dies
beispielhaft die 4 zeigt,
der Innenkontur des Kurvenrings 8 angepasst. 5 zeigt ein Beispiel einer
entgegengesetzt zu der in 4 gezeigt drehenden
Flügelzellenpumpe
in einer Draufsicht auf die Steuerplatte.
-
Durch diese konstruktive Maßnahme sind
Kanten im Bereich zwischen Druckniere und Kurvenring und Umlenk-Strömungsverluste
des Fluids vermieden. Eine zusätzliche
Druckausgleichsbohrung in dem Kurvenring ist dadurch vermieden.
-
Wie die 2, 4 und 5 zeigen, ist die Hinterflügelkontur
druckseitig mit einer Abplattung 43, die etwa im Abstand
der Breite eines Flügels
zur Hubkurve verläuft,
versehen. Die Abplattung 43 endet in radialer Richtung
zu der Welle 33 mit einer Hinterflügelnut 44. Durch diese
konstruktive Maßnahme
ist die Leistungsaufnahme und das Kaltstartverhalten der Flügelzellenpumpe 1 optimiert.
-
In den 2 und 3 ist verdeutlicht, dass
die Stiftlöcher 45 in
der Steuerplatte 10 mit je einem Entlastungskanal 46 zum
Saugkanal 11 hin fluidisch verbunden sind, wodurch ein
Verschieben der Stifte 35 in den Stiftlöchern 45 durch Lecköl infolge
Kolbeneffekts vermieden ist.
-
Um Lecköl aus dem Spalt zwischen Rotor,
Kurvenring und Stirnplatte abführen
zu können,
ist in der Stirnplatte 9, wie 1 und 6b zeigen,
eine Sammelnut 47 als Ringnut um die Welle 33 angeordnet.
Diese konstruktive Maßnahme
verhindert ein schädlichen
Druckaufbau des Fluids auf die Wellenlagerung.
-
Sämtliche
Mittel 16 zur annähernd
wirbelfreien, gerichteten Strömungsführung des
Fluids 2 sind durch die Herstellung der Stirnplatte und
der Steuerplatte in Druckgussbauweise realisiert. Die Funktionsoberflächen der
Stirnplatte und der Steuerplatte sind zweckmäßig mit einer anodisch oxidierten
und verdichteten Schicht von etwa 3 – 10 μm versehen.
-