Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Flügelzellenpumpen der hier angesprochenen Art sind aus der DE 28 35 816 A1 bekannt. Sie weisen einen Rotor auf, in dessen Umfangswandung Flügel aufnehmende Schlitze eingebracht sind. Der Rotor dreht sich innerhalb eines Konturrings, der vorzugsweise zwei sichelförmige Förderräume bildet, die von den Flügeln durchlaufen werden. Bei der Drehung des Rotors ergeben sich größer und kleiner werdende Räume. Im Betrieb der Flügelzellenpumpe ergeben sich somit Saug- und Druckbereiche. Bei einem Konturring der hier angesprochenen Art ergeben sich zwei getrennte Pumpenabschnitte mit je einem Saug- und einem Druckbereich.
Die seitliche Begrenzung des Druckbereichs erfolgt auf der Auslaß- beziehungsweise Förderseite mittels einer dicht anliegenden Druckplatte und auf der der Förderseite gegenüberliegenden Seite beispielsweise durch das Gehäuse der Flügelzellenpumpe.
Wird eine Flügelzellenpumpe betriebswarm stillgesetzt, gleiten die obenliegenden Flügel aufgrund ihrer Schwerkraft in die in den Rotor eingebrachten Schlitze. Dadurch entfällt die zwischen Saug- und Druckbereich gegebene Trennung, es entsteht quasi ein Kurzschluß in einem, nämlich im oberen Pumpenabschnitt. Auf der gegenüberliegenden Seite gleiten die Flügel der Schwerkraft folgend aus ihren Schlitzen heraus, oder sie bleiben draußen, so daß hier die Trennung erhalten bleibt.
Erkaltet nun das von der Flügelzellenpumpe geförderte Fluid, beispielsweise Hydrauliköl, erhöht sich dessen Viskosität, so daß die Beweglichkeit der Flügel nachläßt. Bei Inbetriebnahme der Pumpe fördert zwar der noch getrennte Pumpenabschnitt das Fluid. Die Förderleistung ist jedoch stark reduziert, da eine hydraulische Verbindung zwischen dem fördernden unteren Druckbereich zum gegenüberliegenden oberen Druckbereich und dort zum Saugbereich besteht.
Bei der Abdichtung der Druckbereiche durch das Gehäuse tritt häufig eine unerwünschte Leckage auf, da sich das Gehäuse durch den innerhalb des Konturrings herrschenden Druck vom Rotor wegbiegt und so eine Vergrößerung des Leckagespalts auftritt. Eine Verringerung der Leckage wird dadurch erzielt, daß statt der Abdichtung durch das Gehäuse eine weitere Druckplatte Verwendung findet. Diese ist im wesentlichen identisch wie die auslaß- bzw. förderseitige Druckplatte ausgebildet und weist jeweils in die Druckbereiche der beiden Pumpenabschnitte mündenden Kanäle auf, die eine Verbindung mit einem zwischen Druckplatte und Gehäuse gebildeten Druckraum herstellen.
Das erwähnte Problem des Kurzschlusses beim Anlaufen der Pumpe tritt verstärkt bei dieser Ausführungsform auf, da neben der förderseitigen Verbindung zwischen den Druckbereichen auch auf der der Förderseite gegenüberliegenden Seite eine entsprechende hydraulische Verbindung besteht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Flügelzellenpumpe zu schaffen, die sehr gute Kaltstarteigenschaften aufweist und darüber hinaus eine sehr geringe Leckageneigung besitzt.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe einer Flügelzellenpumpe gelöst, die die in Anspruch 1 genannten Merkmale umfaßt. Die Flügelzellenpumpe weist zwei dicht am Rotor anliegende Druckplatten auf, wobei die der Förderseite gegenüberliegende Druckplatte eine Öffnung aufweist, die eine Fluid-Verbindung zwischen einem vorzugsweise unteren Druckbereich und einem abgeschlossenen Druckraum herstellt. Dadurch wird in diesem Druckraum ein Druck aufgebaut, der die Druckplatte etwas zum Rotor hin durchbiegt und dicht an den Rotor andrückt. Der im Förderbereich aufgebaute Druck führt in gleicher Weise zu einer Beaufschlagung der förderseitigen Druckplatte mit einer Kraft, die diese Druckplatte dicht an den Rotor andrückt. Darüber hinaus wird ein Kurzschluß zwischen den beiden Druckbereichen über den Druckraum dadurch vermieden, daß lediglich einer der beiden Druckbereiche in der der Förderseite gegenüberliegenden Druckplatte mit dem Druckraum verbunden ist. Der andere Druckbereich der Pumpe wird durch die Druckplatte zum Druckraum hin abgedichtet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform hat die Fluid-Verbindung in der der Förderseite gegenüberliegenden Druckplatte eine Durchtrittsfläche, die kleiner als 1/3 der Durchtrittsfläche der Auslaßöffnung der förderseitigen Druckplatte ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die den Druckraum abschließende Druckplatte, die eine Öffnung zur Verbindung des unteren Druckbereich mit dem Druckraum umfaßt, eine weitere verhältnismäßig kleine Öffnung auf, die vom Druckraum in den anderen oben liegenden Druckbereich mündet. Mit Hilfe dieser Öffnung läßt sich eine Entlüftung des Druckraums bei der Erstinbetriebnahme der Pumpe bewerkstelligen, mit dem vorteilhaften Ergebnis einer Geräuschverminderung. Um einen Kurzschluß über diese Entlüftungsöffnung zu verhindern, muß sie so ausgebildet sein, daß sie für ein kaltes Fluid hoher Viskosität einen sehr hohen hydraulischen Widerstand besitzt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist an der der Förderseite gegenüberliegenden Druckplatte eine Öffnung vorgesehen, die den in eingebauter Lage oberen Druckbereich mit dem Druckraum verbindet. Der unten liegende Druckbereich ist durch die Druckplatte zum Druckraum hin abgedichtet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht auch darin, die der Förderseite gegenüberliegende Druckplatte mit zwei Öffnungen zu versehen, die jeweils eine Verbindung zwischen einem Druckbereich und dem Druckraum herstellen und die einen hohen hydraulischen Widerstand aufweisen. Die Summe der beiden Widerstände muß dabei einen Wert übersteigen, der zur Vermeidung eines Kurzschlusses in der Kaltstartphase notwendig ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Zum besseren Verständnis soll zunächst allgemein anhand von Figur 1 auf den Aufbau einer Fügelzellenpumpe eingegangen werden. Diese umfaßt ein Gehäuse 1, in dem ein zu einem Auslaß führender Kanal 3 vorgesehen ist. Über den Auslaß wird ein Verbraucher, beispielsweise eine Lenkhelfeinrichtung, mit einem Fluid, beispielsweise Hydrauliköl versorgt.
Das Gehäuse weist einen kreisrunden Innenraum 5 auf, der einen Konturring 7 und einen Rotor 9 aufnimmt, in dessen Umfangsfläche Flügel 8 aufnehmende Schlitze eingebracht sind. Der Rotor 9 wird über eine Antriebswelle 11 in Rotation versetzt, so daß sich die Flügel 8 innerhalb des Konturrings 7 bewegen, dessen Innenraum 5 so ausgestaltet ist, daß zwei sichelförmige, auch als Förderräume bezeichnete Freiräume gebildet werden, die von den Flügeln durchlaufen werden. Zwischen je zwei -in Umfangsrichtung gesehen- benachbarten Flügeln liegen sogenannte Flügelzellen, die bei einer Drehung des Rotors kleiner und größer werden. Dadurch werden Saug- und Druckbereiche gebildet. Die Stirnflächen des Konturringes 7 und des Rotors 9 liegen an Dichtflächen an, die von Druckplatten 17.1 und 17.2 gebildet werden. Im folgenden wird die der Förderseite zugewandte Druckplatte 17.1 als förderseitige Druckplatte und die andere Druckplatte 17.2 als druckkammerseitige Druckplatte bezeichnet. Die aus den beiden Druckplatten 17.1 und 17.2, dem Konturring 7 und dem Rotor 9 gebildete Einheit liegt somit im Innenraum 5 des Gehäuses. Zumindest die dem Kanal 3 beziehungsweise Auslaß zugewandte förderseitige Druckplatte 17.1 ist so ausgebildet, daß das von den Flügelzellen geförderte Hydrauliköl durch die Druckplatte hindurch gefördert wird und in einen zwischen der Druckplatte und der Gehäuseinnenseite gebildeten Auslaßbereich und von dort zum Verbraucher gelangt.
Die Flügelzellenpumpe ist so aufgebaut, daß das Hydrauliköl im Druckbereich zu den im Inneren des Rotors liegenden Unterseiten der Flügel -dem sogenannten Unterflügelbereich- gelangt und diese mit Druck beaufschlagt. Durch den im Unterflügelbereich herrschenden Überdruck werden die Flügel aus den Schlitzen radial nach außen gepreßt und liegen somit dichtend an der Innenseite des Konturrings an.
Die dem Rotor 9 zugewandten Flächen der beiden Druckplatten 17.1 und 17.2 sind in Figur 2a beziehungsweise 2b in Draufsicht dargestellt. Deutlich zu erkennen sind jeweils zwei Ansaugbereiche 21 und zwei nierenförmige Druckbereiche 23. Weiter innen ist in der druckraumseitigen Druckplatte 17.2 gemäß Figur 2a eine im wesentlichen ringförmige Nut 25 für die Unterflügelbereiche vorgesehen. In der förderseitigen Druckplatte 17.1 gemäß Figur 2b sind dagegen vier unabhängige im wesentlichen ringsegmentförmige Nuten 27 ausgebildet.
Figur 2a läßt noch erkennen, daß die nierenförmigen Druckbereiche 23 der druckraumseitigen Druckplatte 17.2 in runde Kanäle 29 übergehen. Wenigstens einer oder beide Kanäle 29 weisen eine Durchtrittsfläche, das heißt durchströmte Querschnittsfläche, auf, die weniger als ein 1/3 der Durchtrittsfläche der Druckbereiche 23 der förderseitigen Druckplatte 17.1 betragen.
In Figur 3 sind stark vereinfacht vier unterschiedliche Ausführungsformen der Flügelzellenpumpe dargestellt, wobei es im wesentlichen auf die unterschiedlichen Ausgestaltungen der Druckplatten ankommt. Die übrigen Details, insbesondere Rotor, Flügel, Welle etc. sind aus diesem Grund nicht dargestellt.
Die Flügelzellenpumpe gemäß Figur 3a weist sowohl auf der Auslaß- oder Förderseite F des Rotors als auch auf der gegenüberliegenden Druckraumseite D eine Druckplatte 17.1 beziehungsweise 17.2 auf. Beide Druckplatten 17 liegen dicht an Konturring und Rotor 51 an und sollen damit eine Leckage von Hydrauliköl aus den Druckbereichen verhindern.
Die Darstellung der förderseitigen Druckplatte 17.1 in Figur 3a läßt zwei Auslaßkanäle 53.1 und 53.2 erkennen, die jeweils eine Fluid-Verbindung zwischen einem Druckbereich und einem Förder- beziehungsweise Auslaßbereich 55 herstellen.
Auf der gegenüberliegenden Seite liegt die druckraumseitige Druckplatte 17.2 am Rotor 51 an. Sie weist ebenfalls einen Kanal 59 auf, der eine Fluid-Verbindung zwischen einem -in der Figur unteren-Druckbereich UD und einem Druckraum 61 herstellt. Dieser Druckraum 61 wird einerseits durch die druckraumseitige Druckplatte 17.2 und andererseits durch das Gehäuse gebildet.
In der druckraumseitigen Druckplatte 17.2 sind darüber hinaus weitere Öffnungen 63a, 63b vorgesehen, die in den jeweiligen Unterflügelbereich der Flügel münden. Damit entsteht eine Fluid-Verbindung zwischen dem unteren Druckbereich und mindestens einem Unterflügelbereich.
Deutlich zu erkennen ist in Figur 3a, daß die druckraumseitige Druckplatte 17.2 keinen einem in der Figur oberen Druckbereich OD zugeordneten Kanal aufweist. Damit steht dieser obere Druckbereich nicht mit dem Druckraum 61 in Verbindung. Ein Kurzschluß in der Anlaufphase zwischen oberem Druckbereich, in dem der Kurzschluß herrscht, und unterem Druckbereich wird auf diese Weise verhindert. Hierbei wird vorausgesetzt, daß entsprechende Maßnahmen zur Verhinderung eines Kurzschlusses auch auf der Förderseite getroffen werden. So verhindern beispielsweise als Stege oder Platten ausgebildete hydraulische Widerstände auf der Förderseite, daß in der Kaltstartphase Fluid vom unteren Druckbereich in den oberen Druckbereich beziehungsweise den Auslaßbereich strömt.
Die in Figur 3b gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen lediglich darin, daß die in den Unterflügelbereich mündende Öffnung 63 nicht in der druckraumseitigen Druckplatte 17.2 sondern in der förderseitigen Druckplatte 17.1 vorgesehen ist. Darüber hinaus ist der Kanal 59 der Druckplatte 17.2 nicht dem unteren Druckbereich sondern dem oberen Druckbereich zugeordnet. Eine Änderung der Wirkungsweise der beiden Druckplatten ergibt sich nach der Anlaufphase dadurch jedoch nicht.
Eine dritte Ausführungsform ist in Figur 3c zu sehen, wobei diese im wesentlichen mit der in Figur 3a dargestellten Ausführungsform übereinstimmt.
Sie unterscheidet sich jedoch darin, daß in der druckraumseitigen Druckplatte 17.2 ein kleiner, im wesentlichen einer Entlüftung dienender Kanal 65 vorgesehen ist, der eine Verbindung zwischen dem Druckraum 61 und dem oberen Druckbereich schafft. Der Querschnitt des Kanals 65 wird dabei so dimensioniert, daß dessen hydraulischer Widerstand insbesondere für kaltes Hydrauliköl mit hoher Viskosität sehr groß ist. Der Widerstand sollte auf jeden Fall so groß sein, daß in der Kaltstartphase ein Ölstrom vom unteren Druckbereich über den Druckraum 61 und den Kanal 65 in den oberen Druckbereich, wo der Kurzschluß herrscht, und dann in den Ansaugbereich nahezu unterbunden wird.
Die Funktion dieses Entlüftungskanals 65 besteht darin, sich im oberen Bereich des Druckraums 61 ansammelnde Luft entweichen zu lassen. Daher ist dieser Entlüftungskanal 65 dem obenliegenden Druckbereich zuzuordnen. Durch die damit erzielte Entlüftung des Druckraums 61 läßt sich eine Geräuschverminderung erzielen.
Figur 3d zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die druckraumseitige Druckplatte 17.2 zwei Kanäle 71 aufweist. Der obere Kanal 71.1 verbindet den oberen Druckbereich mit dem Druckraum 61, der untere Kanal 71.2 den unteren Druckbereich mit dem Druckraum 61. Die Querschnitte der beiden Kanäle 71 sind dabei so gewählt, daß die Summe der beiden einzelnen hydraulischen Widerstände für ein zähflüssiges, kaltes Öl so groß ist, daß sich nahezu kein ölstrom zwischen den beiden Druckbereichen durch den Druckraum 61 entwickelt.
Damit wird diese Pumpe bezüglich der Entlüftungsfunktion lageunabhängig, da sich jeweils im oberen Bereich des Druckraums unabhängig von der Einbaulage ein Entlüftungskanal befindet, durch den die sich ansammelnde Luft entweichen kann.
In den Figuren 3e und 3f sind zwei weitere Ausführungsbeispiele gezeigt, wie druckraumseitig ein hydraulischer Widerstand realisierbar ist, der beispielsweise statt der kleinen Querschnitte gemäß Figur 3d, eingesetzt werden kann. So läßt sich einerseits ein Steg 77 am Gehäuse vorsehen, der den Ölstrom in der Kaltstartphase zwischen unterem und oberem Druckbereich begrenzt. Neben der Anordnung des Stegs 77 am Gehäuse ist dieser natürlich auch an der Druckplatte 17.2 ausbildbar, wie in Figur 3f gezeigt. Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungen eines hydraulischen Widerstands denkbar.