EP2773850B1 - Pumpeinrichtung zur förderung eines mediums - Google Patents
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- F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
Definitions
- the invention relates to a pumping device for conveying a medium with a vane pump, in which the vane pump has a rotor with vane slots radially outwardly towards a stroke contour of a stator extendable wings, with a pressure range of the pumping device via a fluid channel connected lower wing areas for acting on the underwing areas with pressure for hydraulic extension of the wings, wherein the lower wing areas of the wings are interconnected.
- Such pumping devices are used in today's motor vehicles to promote transmission oil and are known in practice.
- the lower wing areas are initially connected to one another.
- some of the vanes are pressed by the stroke contour of the stator in the rotor and generate a pressure in the under wing area.
- Other wings should be extended by the pressure in the lower wing areas of the rotor against the stroke contour of the stator.
- the lower wing areas are also connected via the fluid channel with another pressure range.
- a disadvantage of the known pumping device is that with viscous medium or not completely filled with medium vane pump the pressure generated by the incoming wings in the lower wing areas can escape through the fluid channel. As a result, the wings to be moved out remain inside the rotor and there is no delivery of the medium.
- the invention is based on the problem, a pumping device of the type mentioned so on to form that they a reliable pressure build-up when starting the vane pump allows.
- This design ensures that the pressure generated by the incoming wings is used in the under wing areas to extend other wings. Since the fluid channel is closed when starting the vane pump, it is avoided that pressure built up by the incoming wings can escape into the pressure region before a pressure in the pressure region is established. Thanks to the invention, the wings guided past the suction area are extended during the first revolution of the rotor.
- the pumping device according to the invention is characterized structurally particularly simple.
- the fluid channel can be closed in both directions as a function of the operating state of the pump device according to the invention if a switchable valve is arranged in the fluid channel.
- the structural complexity for closing the fluid channel can be kept particularly low according to an advantageous embodiment of the invention, when a check valve is arranged in the fluid channel, and when the check valve blocks in the direction of the pressure range.
- the check valve prevents the start of the vane pump that built-up pressure from incoming wings escapes into the pressure area without a pressure in the lower wing areas of the wing to be extended can be built.
- the check valve may be used as a replacement or in addition to the described switchable valve.
- Movable components for closing the fluid channel at the start of the vane pump can be according to another advantageous embodiment of the invention easily avoided if a temperature-dependent hydraulic resistance is arranged in the fluid channel, wherein the hydraulic resistance is highest at low temperatures.
- the hydraulic resistance is preferably designed such that the maximum leakage losses occurring in operation in the underflying area produce a pressure difference which is clearly below the minimum operating pressure of the pumping device. This ensures that the throttled pressure in the underwing area does not fall below the ambient pressure and is sufficient to extend the wings. Due to the temperature dependence allows the hydraulic resistance at the start of the pumping device and thus the still cold medium, the decoupling of the underwing area of the pressure range, so that the lower wing areas of the retracting and extending wings are coupled.
- the pressure in the lower wing areas is throttled, so that the contact pressure of the extending wings is minimized against the stroke contour. This reduces friction and wear of the vane pump.
- the hydraulic resistance is a throttle.
- the hydraulic resistor may be used as a replacement or in addition to the switchable valve or the check valve.
- the pressure region is arranged at the outlet of the vane pump.
- the wings can be reliably hydraulically extended when the pressure region is arranged at the outlet of a second pump.
- a portion of the flow rate of the second pump for the hydraulic extension of the blades of the vane pump can be used.
- the pumping device according to the invention has two pumps, which can be operated independently of each other.
- the second pump allows according to another advantageous embodiment of the invention, a direct generation of a pressure for extending the blades of the vane pump, when the second pump is a gear ring pump or as a gear pump.
- gear ring pumps or gear pumps have inherently fixed teeth, which ensures the immediacy of promotion with the start of the second pump even in cold and viscous media.
- FIG. 1 shows a pumping device with a double-stroke vane pump 1.
- the vane pump 1 has a rotor 2 rotatable in a stator 2 and extendable wings 4, 5.
- the vane pump 1 conveys a medium, such as gear oil from suction 6 to pressure areas 7.
- the wings 4, 5 are in wing slots 8, 9 guided radially displaceable against a stroke contour 10 of the stator 2.
- the rotor 3 has lower wing regions 11, 12, which are interconnected partially via bottlenecks 13.
- the pressure regions 7 are connected via fluid channels 14 with check valves 15 arranged therein with underfloor regions 12 arranged in the suction region 6.
- the check valves 15 are aligned such that they lock in the direction of the pressure area 7.
- the vanes 4 located on the pressure region 7 are pressed into the rotor 3, while vanes 5 located on the suction region 6 extend.
- the pressed into the rotor 3 wings 4 build in the lower wing areas 11, 12 to a pressure which causes the didacticfahrenden wings 5 are extended from the rotor 3.
- the check valves 15 prevent the start of the vane pump 1, an escape of pressure from the lower wing areas 11, 12, when no pressure is built up in the pressure areas 7.
- FIG. 2 shows the vane pump 1 from FIG. 1 In a sectional view along the line II - II. It can be seen here that the lower wing regions 11, 12 are connected to one another via a groove 16 arranged in the stator 2. The check valves 15 are also arranged in the stator 2. In the FIG. 1 shown bottlenecks 13, via which the lower wing areas 11, 12 are connected to each other, are arranged in the stator 2 and thus stationary to the likewise stationary suction regions 6 and the pressure areas. 7
- FIG. 3 shows a further embodiment of the pumping arrangement with a single-stroke vane pump 17 and a second pump 18. From the vane pump 17 is shown for simplicity only the stator 19 with suction areas 20, with pressure areas 21 and over a constriction 22 interconnected under wing areas 23, 24.
- the second pump 18 is designed, for example, as a gear pump and conveys the medium from a suction region 25 to a pressure region 26.
- the pressure region 21 of the vane pump 17 is connected via a fluid channel 27 with a check valve 28 to the lower wing region 24 at the suction region 20.
- the pressure region 26 of the second pump 18 is also connected via a second fluid channel 29 with a second check valve 30 to the lower wing region 24.
- the two check valves 28, 30 are designed such that a pressure from the lower wing areas 23, 24 can not escape. However, as soon as a pressure is built up in the pressure regions 21, 26 of the vane pump 17 or the second pump 18, the conveyed medium passes via the fluid channels 27, 29 into the underfinger regions 23, 24.
- FIG. 4 shows a switchable 3/2-way valve 31, which instead of the two check valves 28, 30 in the pumping device FIG. 3 can be used.
- FIG. 5 shows a further embodiment of the pumping device, which is different from the FIG. 3 especially differs in that the vane pump 17 instead of the check valve 28 has a temperature-dependent, hydraulic resistance 32. The resistance 32 is greatest when the temperature is lowest. Otherwise the pumping device is as closed FIG. 3 described constructed.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Pumpeinrichtung zur Förderung eines Mediums mit einer Flügelzellenpumpe, bei der die Flügelzellenpumpe einen Rotor mit aus Flügelschlitzen radial nach außen in Richtung einer Hubkontur eines Stators ausfahrbaren Flügeln hat, mit mit einem Druckbereich der Pumpeinrichtung über einen Fluidkanal verbundenen Unterflügelbereichen zur Beaufschlagung der Unterflügelbereiche mit Druck zum hydraulischen Ausfahren der Flügel, wobei die Unterflügelbereiche der Flügel untereinander verbunden sind.
- Solche Pumpeinrichtungen werden bei heutigen Kraftfahrzeugen zur Förderung von Getriebeöl eingesetzt und sind aus der Praxis bekannt. Bei dieser Pumpeinrichtung sind zunächst die Unterflügelbereiche miteinander verbunden. Bei einer Drehung des Rotors werden einige der Flügel von der Hubkontur des Stators in den Rotor eingedrückt und erzeugen einen Druck in den Unterflügelbereich. Andere Flügel sollen durch den Druck in den Unterflügelbereichen aus dem Rotor gegen die Hubkontur des Stators ausgefahren werden. Um einen ausreichenden Druck der Unterflügelbereiche sicher zu stellen, sind die Unterflügelbereiche zudem über den Fluidkanal mit einem weiteren Druckbereich verbunden.
- Nachteilig bei der bekannten Pumpeinrichtung ist jedoch, dass bei zähflüssigem Medium oder nicht vollständig mit Medium gefüllter Flügelzellenpumpe der von den einfahrenden Flügeln in den Unterflügelbereichen erzeugte Druck über den Fluidkanal entweichen kann. Dies führt dazu, dass die auszufahrenden Flügel innerhalb des Rotors verbleiben und eine Förderung des Mediums unterbleibt.
- Das Dokument
WO03/044368 - Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Pumpeinrichtung der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass sie einen zuverlässigen Druckaufbau beim Anfahren der Flügelzellenpumpe ermöglicht.
- Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest beim Start der Flügelzellenpumpe der Fluidkanal von dem Unterflügelbereich in Richtung des Druckbereichs geschlossen ist.
- Durch diese Gestaltung wird sichergestellt, dass der von den einfahrenden Flügeln erzeugte Druck in den Unterflügelbereichen genutzt wird, um andere Flügel auszufahren. Da der Fluidkanal beim Start der Flügelzellenpumpe geschlossen ist, wird vermieden, dass von den einfahrenden Flügeln aufgebauter Druck in den Druckbereich entweichen kann, bevor ein Druck in dem Druckbereich aufgebaut ist. Dank der Erfindung werden die an dem Saugbereich vorbeigeführten Flügel bei der ersten Umdrehung des Rotors ausgefahren. Die erfindungsgemäße Pumpeinrichtung gestaltet sich hierdurch konstruktiv besonders einfach.
- Der Fluidkanal lässt sich in beiden Richtungen in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der erfindungsgemäßen Pumpeinrichtung schließen, wenn in dem Fluidkanal ein schaltbares Ventil angeordnet ist.
- Der bauliche Aufwand zum Schließen des Fluidkanals lässt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering halten, wenn in dem Fluidkanal ein Rückschlagventil angeordnet ist, und wenn das Rückschlagventil in Richtung des Druckbereichs sperrt. Das Rückschlagventil verhindert beim Start der Flügelzellenpumpe, dass von einfahrenden Flügeln aufgebauter Druck in den Druckbereich entweicht, ohne dass ein Druck in den Unterflügelbereichen der auszufahrenden Flügel aufgebaut werden kann. Das Rückschlagventil kann als Ersatz oder zusätzlich zu dem beschriebenen schaltbaren Ventil eingesetzt sein.
- Bewegliche Bauteile zum Schließen des Fluidkanals beim Start der Flügelzellenpumpe lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach vermeiden, wenn in dem Fluidkanal ein temperaturabhängiger hydraulischer Widerstand angeordnet ist, wobei der hydraulische Widerstand bei geringen Temperaturen am höchsten ist. Der hydraulische Widerstand ist bevorzugt so ausgelegt, dass die maximal im Betrieb vorkommenden Leckageverluste im Unterflügelbereich eine Druckdifferenz erzeugen, die eindeutig unter dem minimalen Betriebsdruck der Pumpeinrichtung liegt. Dadurch ist sichergestellt, dass der gedrosselte Druck im Unterflügelbereich nicht unter den Umgebungsdruck abfällt und zum Ausfahren der Flügel ausreicht. Durch die Temperaturabhängigkeit ermöglicht der hydraulische Widerstand beim Start der Pumpeinrichtung und damit beim noch kalten Medium die Abkoppelung des Unterflügelbereichs von dem Druckbereich, so dass die Unterflügelbereiche der einfahrenden und der ausfahrenden Flügel gekoppelt sind. Ein weiterer Vorteil dieser Gestaltung besteht darin, dass der Druck in den Unterflügelbereichen gedrosselt ist, so dass die Anpressung der ausfahrenden Flügel gegen die Hubkontur minimiert wird. Dies vermindert Reibung und Verschleiß der Flügelzellenpumpe. Im einfachsten Fall ist der hydraulische Widerstand eine Drossel. Der hydraulische Widerstand kann als Ersatz oder zusätzlich zu dem schaltbaren Ventil oder dem Rückschlagventil eingesetzt sein.
- Zur weiteren Verringerung des baulichen Aufwandes der Pumpeinrichtung trägt es bei, wenn der Druckbereich am Auslass der Flügelzellenpumpe angeordnet ist.
- Die Flügel lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zuverlässig hydraulisch ausfahren, wenn der Druckbereich am Auslass einer zweiten Pumpe angeordnet ist. Durch diese Gestaltung kann ein Teil des Förderstromes der zweiten Pumpe für das hydraulische Ausfahren der Flügel der Flügelzellenpumpe genutzt werden. Durch diese Gestaltung hat die erfindungsgemäße Pumpeinrichtung zwei Pumpen, welche unabhängig voneinander betrieben werden können.
- Die zweite Pumpe ermöglicht gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine direkte Erzeugung eines Drucks zum Ausfahren der Flügel der Flügelzellenpumpe, wenn die zweite Pumpe eine Zahnradringpumpe oder als Zahnradpumpe ausgebildet ist. Solche Zahnradringpumpen oder Zahnradpumpen weisen prinzipbedingt feststehende Zähne auf, was auch bei kalten und zähflüssigen Medien die Unmittelbarkeit der Förderung mit dem Start der zweiten Pumpe sicherstellt.
- Vorgesehene Drücke in den Unterflügelbereichen lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sicherstellen, wenn die Unterflügelbereiche über eine in einem Stator angeordnete Nut miteinander verbunden sind und wenn die Nut eine Engstelle zwischen den Unterflügelbereichen der ausfahrenden Flügel und den Unterflügelbereichen der einfahrenden Flügel hat. Damit wirkt die Engstelle als Drossel und verlangsamt ein Überströmen des Mediums von dem einen Unterflügelbereich in den anderen Unterflügelbereich.
- Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind mehrere davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- Fig. 1
- schematisch eine erfindungsgemäße Pumpeinrichtung mit einer Flügelzellenpumpe,
- Fig. 2
- eine Schnittdarstellung durch die Flügelzellenpumpe aus
Figur 1 entlang der Linie II - II, - Fig. 3
- schematisch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpeinrichtung,
- Fig. 4
- ein 3/2 Wege-Ventil für die Pumpeinrichtung aus
Figur 3 , - Fig. 5
- schematisch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpeinrichtung.
-
Figur 1 zeigt eine Pumpeinrichtung mit einer doppelhubigen Flügelzellenpumpe 1. Die Flügelzellenpumpe 1 hat einen in einem Stator 2 drehbaren Rotor 3 und ausfahrbare Flügel 4, 5. Die Flügelzellenpumpe 1 fördert ein Medium, beispielsweise Getriebeöl von Saugbereichen 6 zu Druckbereichen 7. Die Flügel 4, 5 sind in Flügelschlitzen 8, 9 radial verschieblich gegen eine Hubkontur 10 des Stators 2 geführt. Der Rotor 3 hat Unterflügelbereiche 11, 12, welche untereinander teilweise über Engstellen 13 miteinander verbunden sind. Die Druckbereiche 7 sind über Fluidkanäle 14 mit darin angeordneten Rückschlagventilen 15 mit im Saugbereich 6 angeordneten Unterflügelbereichen 12 verbunden. Die Rückschlagventile 15 sind derart ausgerichtet, dass sie in Richtung des Druckbereichs 7 sperren. Bei der Drehung des Rotors 3 gegen den Uhrzeigersinn werden die am Druckbereich 7 befindlichen Flügel 4 in den Rotor 3 hineingedrückt, während am Saugbereich 6 befindliche Flügel 5 ausfahren. Die in den Rotor 3 hineingedrückten Flügel 4 bauen in den Unterflügelbereichen 11, 12 einen Druck auf, welcher dazu führt, dass die auszufahrenden Flügel 5 aus dem Rotor 3 ausgefahren werden. Die Rückschlagventile 15 verhindern beim Start der Flügelzellenpumpe 1 ein Entweichen des Drucks aus den Unterflügelbereichen 11, 12, wenn noch kein Druck in den Druckbereichen 7 aufgebaut ist. -
Figur 2 zeigt die Flügelzellenpumpe 1 ausFigur 1 in einer Schnittdarstellung entlang der Linie II - II. Hierbei ist zu erkennen, dass die Unterflügelbereiche 11, 12 über eine in dem Stator 2 angeordnete Nut 16 miteinander verbunden sind. Die Rückschlagventile 15 sind ebenfalls im Stator 2 angeordnet. Die inFigur 1 dargestellten Engstellen 13, über die die Unterflügelbereiche 11, 12 miteinander verbunden sind, sind in dem Stator 2 angeordnet und damit ortsfest zu den ebenfalls ortsfesten Saugbereichen 6 und den Druckbereichen 7. -
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Pumpanordnung mit einer einhubigen Flügelzellenpumpe 17 und einer zweiten Pumpe 18. Von der Flügelzellenpumpe 17 ist zur Vereinfachung nur der Stator 19 mit Saugbereichen 20, mit Druckbereichen 21 und mit über eine Engstelle 22 miteinander verbundenen Unterflügelbereichen 23, 24 dargestellt. Die zweite Pumpe 18 ist beispielsweise als Zahnradpumpe ausgebildet und fördert das Medium von einem Saugbereich 25 zu einem Druckbereich 26. Wie bei der Ausführungsform nach denFiguren 1 und 2 ist der Druckbereich 21 der Flügelzellenpumpe 17 über ein Fluidkanal 27 mit einem Rückschlagventil 28 mit dem Unterflügelbereich 24 an dem Saugbereich 20 verbunden. Der Druckbereich 26 der zweiten Pumpe 18 ist ebenfalls über einen zweiten Fluidkanal 29 mit einem zweiten Rückschlagventil 30 mit dem Unterflügelbereich 24 verbunden. Die beiden Rückschlagventile 28, 30 sind derart gestaltet, dass ein Druck aus den Unterflügelbereichen 23, 24 nicht entweichen kann. Sobald jedoch in den Druckbereichen 21, 26 der Flügelzellenpumpe 17 oder der zweiten Pumpe 18 ein Druck aufgebaut ist, gelangt das geförderte Medium über die Fluidkanäle 27, 29 in die Unterflügelbereiche 23, 24. -
Figur 4 zeigt ein schaltbares 3/2-Wege-Ventil 31, welches anstelle der beiden Rückschlagventile 28, 30 in der Pumpeinrichtung ausFigur 3 eingesetzt werden kann. Sobald die Flügelzellenpumpe 17 oder die zweite Pumpe 18 einen Druck in dem jeweiligen Druckbereich 21, 26 aufbaut, wird dieser Druckbereich 21, 26 mit den Unterflügelbereichen 24 verbunden. Hierdurch ist es möglich, den Druckbereich 26 der zweiten Pumpe 18 mit dem Unterflügelbereich 24 der Flügelzellenpumpe 18 zu verbinden und gleichzeitig ein Entweichen des Drucks in den Druckbereich 21 der Flügelzellenpumpe 17 zu verhindern. -
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Pumpeinrichtung, welche sich von der ausFigur 3 vor allem dadurch unterscheidet, dass die Flügelzellenpumpe 17 anstelle des Rückschlagventils 28 einen temperaturabhängigen, hydraulischen Widerstand 32 hat. Der Widerstand 32 ist am größten, wenn die Temperatur am niedrigsten ist. Ansonsten ist die Pumpeinrichtung wie zuFigur 3 beschrieben aufgebaut.
Claims (8)
- Pumpeinrichtung zur Förderung eines Mediums mit einer Flügelzellenpumpe (1, 17), bei der die Flügelzellenpumpe (1, 17) einen Rotor (3) mit aus Flügelschlitzen (8, 9) radial nach außen in Richtung einer Hubkontur (10) eines Stators (2, 19) ausfahrbaren Flügeln (4, 5) hat, und mit mit einem Druckbereich (7, 21, 26) der Pumpeinrichtung über einen Fluidkanal (14, 27, 29) verbundenen Unterflügelbereiche (11, 12, 23, 24) zur Beaufschlagung der Unterflügelbereichen (11, 12, 23, 24) mit Druck zum hydraulischen Ausfahren der Flügel (4, 5), wobei die Unterflügelbereiche (11, 12, 23, 24) der Flügel (4, 5) untereinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest beim Start der Flügelzellenpumpe (1, 17) der Fluidkanal (14, 27, 29) von dem Unterflügelbereich (11, 12, 23, 24) in Richtung des Druckbereichs (7, 21, 26) geschlossen ist.
- Pumpeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fluidkanal (27, 29) ein schaltbares Ventil (31) angeordnet ist.
- Pumpeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fluidkanal (14, 27, 29) ein Rückschlagventil (15, 28, 30) angeordnet ist, und dass das Rückschlagventil (15, 28, 30) in Richtung des Druckbereichs (7, 21, 26) sperrt.
- Pumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fluidkanal (27, 29) ein temperaturabhängiger, hydraulischer Widerstand (32) angeordnet ist, wobei der hydraulische Widerstand (32) bei geringen Temperaturen am höchsten ist.
- Pumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbereich (7, 21) am Auslass der der Flügelzellenpumpe (1, 17) angeordnet ist.
- Pumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbereich (26) am Auslass einer zweiten Pumpe (18) angeordnet ist.
- Pumpeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pumpe (18) eine Zahnradringpumpe oder als Zahnradpumpe ausgebildet ist.
- Pumpeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterflügelbereiche (11, 12, 23, 24) über eine in dem Stator (2, 19) angeordnete Nut (16) miteinander verbunden sind und dass die Nut (16) eine Engstelle (13, 22) zwischen den Unterflügelbereichen (12, 24) der ausfahrenden Flügel (5) und den Unterflügelbereich (11, 23) der einfahrenden Flügel (4) hat.
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