Pumpe

Abstract

 Pumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe oder Rollenzellenpumpe, welche mindestens zweihubig (zweiflutig) oder mehrhubig ausgeführt ist, mit einer Rotationsgruppe, welche einen Konturring, einen Rotor mit radialen Schlitzen, in welchen radial verschieblich Flügel oder Rollen angeordnet sind, und zur axialen Abdichtung Seitenplatten oder Gehäuseseitenwände mit Saugnieren und Drucknieren aufweist, wobei eine Flut so beeinflussbar ist, dass ein im Wesentlichen druckloses Umfördern ermöglicht wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe oder Rollenzellenpumpe, welche mindestens zweihubig (zweiflutig) oder mehrhubig ausgeführt ist, mit einer Rotationsgruppe, welche einen Konturring, einen Rotor mit radialen Schlitzen, in welchen radial verschieblich Flügel oder Rollen angeordnet sind, und zur axialen Abdichtung Seitenplatten bzw. Gehäuseseitenwände mit Saugnieren und Drucknieren aufweist.

[0002] Dabei sind Pumpenausführungen bekannt, bei welchen zur Energieersparnis eine Flut in drucklosen Umlauf geschaltet wird, indem eine Druckniere über einen Umlaufkanal mit einer Saugniere verbunden wird. Diese Schaltung wird dann gewählt, wenn nicht die gesamte Förderleistung der Pumpe benötigt wird. Hierbei ergeben sich aber Nachteile, da durch die vorgestellten Lösungen Umlauf- bzw. Strömungsverluste in der Pumpe generiert werden. Die zweite Flut saugt das Öl durch eine Saugniere an, fördert es zur Druckseite, die dann durch eine Druckniere hindurch im so genannten drucklosen Umlauf zum Tank oder zur nächsten Saugniere hin geschaltet ist. Aufgrund der notwendigen und vorliegenden Dimensionierungen der Kanäle, deren Kanten und Radien sowie der Saug- und Drucknieren ergibt sich ein Strömungsverlust, der erheblich zur Gesamtleistungsaufnahme der Pumpe beitragen kann.

[0003] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Pumpe darzustellen, die diese Nachteile nicht aufweist.

[0004] Die Aufgabe wird gelöst durch eine Pumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe oder Rollenzellenpumpe, welche mindestens zweihubig (zweiflutig) oder mehrhubig ausgeführt ist, mit einer Rotationsgruppe, welche einen Konturring, einen Rotor mit radialen Schlitzen, in welchen radial verschieblich Flügel oder Rollen angeordnet sind, und zur axialen Abdichtung Seitenplatten oder Gehäuseseitenwände mit Saugnieren und Drucknieren aufweist, wobei innerhalb der Rotationsgruppe eine Flut so beeinflussbar ist, dass ein im Wesentlichen druckloses Umfördem innerhalb der Rotationsgruppe ermöglicht wird und somit eine äußere Förderung durch Saugniere und Druckniere hindurch unterbunden wird.

[0005] Bevorzugt wird eine Pumpe, bei welcher das drucklose Umfördern innerhalb der Rotationsgruppe durch Flügeleinschieben in den Rotor bzw. durch Verhindern des Ausfahrens der Flügel oder durch Abheben der Flügel von der Kontur im Trennbereich realisiert werden kann.

[0006] Weiterhin wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher das Ausfahren der Flügel durch einen Schieber, der in einer Tasche im Hubring ausfahrbar angeordnet ist, verhindert werden kann. Auch wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher der Schieber in den axialen Außenbereichen des Hubrings die Flügel führt. Das hat den Vorteil, dass sich in den Innenbereichen der Hubkontur ein Kanal ergibt, in welchem das drucklose Umfördern innerhalb der Rotationsgruppe erfolgen kann.

[0007] Eine erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass das Einschieben der Flügel durch ein Scharnier bzw. eine Klappe im Hubring realisiert werden kann, wobei die Klappe in einer Tasche auf einer Seite im Hubring gelagert und auf der anderen Seite radial in Richtung Rotorachse ausfahrbar ist.

[0008] Weiterhin wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher das Abheben der Flügel von der Kontur im Trennbereich durch ein Band oder einen Draht oder einen Folienstreifen im Hubring realisiert werden kann, wobei das bandförmige Element/Draht/Folienstreifen auf einer Seite am Hubring eingespannt und auf der anderen Seite im Bereich der Saugtasche aus der inneren Ringkontur herausgeleitet wird.

[0009] Eine erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass der Schieber oder das Scharnier/die Klappe oder das Band/Draht/Folienstreifen durch einen Aktor betätigt werden kann. Bevorzugt wird eine Pumpe, bei welcher der Aktor temperaturabhängig betätigbar ist.

[0010] Eine weitere erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass das drucklose Umfördern innerhalb der Rotationsgruppe durch eine Unterbrechung der Abdichtung bzw. durch einen Kurzschluss im Trennbereich realisierbar ist, indem ein Teil der Trennkammerwandung entfernt wird.

[0011] Auch wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher das drucklose Umfördem innerhalb der Rotationsgruppe durch einen axialen Kurzschlusskanal realisierbar ist, indem ein Teil einer axialen Seitenfläche der Trennkammer durch Einfahren in eine Seitentasche innerhalb einer Seitenplatte bzw. des Gehäuses entfernt wird. Weiterhin wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher der entfembare Teil der axialen Seitenfläche über eine keilförmige Rampe bzw. eine schiefe Ebene verlagerbar ist.

[0012] Auch wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher das drucklose Umfördem innerhalb der Rotationsgruppe durch einen radialen Kurzschlusskanal realisierbar ist, indem ein Teil der radialen Seitenfläche im Trennbereich (Teil der Hubringkontur) entfernt wird, wobei ein Schieber in einer axial mittig angeordneten Seitentasche im Hubring oder in seitlich rechts und links (symmetrisch) angeordneten Seitentaschen dieses Teil betätigen kann.

[0013] Eine erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass die entfernbaren Teile der Trennkammerwandung durch einen Aktor betätigbar sind. Auch wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher der Aktor temperaturabhängig verstellbar ist.

[0014] Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben:

Figur 1

zeigt eine Pumpe mit einem Schieber zum Einschieben der Flügel.

Figur 2

zeigt eine Pumpe mit einem Scharnier bzw. einer Klappe zum Einschieben der Flügel.

Figur 3

zeigt eine Pumpe mit einem Band zum Einschieben der Flügel.

Figur 4

zeigt eine Pumpe mit einer Unterbrechung des Trennbereichs durch Entfernen eines axialen Wandteiles.

Figur 5

zeigt eine Pumpe mit einer Unterbrechung des Trennbereiches durch Entfernen eines radialen Wandteiles.

[0015] Eine erste erfindungsgemäße Lösungsvariante besteht darin, in einer Flut das Ausfahren bzw. Trennen der Flügel zwischen Saug- und Druckbereich zu verhindern. Wenn es gelingt, die Flügel am Ausfahren zu hindern, wird erst gar kein Öl angesaugt, und somit muss auch keines in den Umlauf gefördert werden. Sollte es nicht möglich sein, die Flügel komplett eingefahren im Rotor zu belassen, ist es auch möglich und hilfreich, lediglich im Trennbereich die Flügel abheben zu lassen. Hierzu werden drei Ausführungsbeispiele vorgestellt. Die Ansteuerung bzw. Aktorik kann mit den bisher bekannten Aktoren durchgeführt werden.

[0016] Die Erfindung besteht also darin, durch geeignete Schaltprinzipien auf das Umfördem des Volumenstroms zu verzichten.

[0017] In Figur 1 ist die erste Variante einer erfindungsgemäßen Lösung dargestellt. In einem Pumpengehäuse 1 ist ein Hubkonturring 3 angeordnet. Innerhalb des Hubkonturringes 3 befindet sich ein drehbarer Rotor 5, welcher in radialen Schlitzen Flügel 7 aufweist. Die Flügel 7 fahren aus den Schlitzen radial aus und gleiten mit ihren Köpfen an der Innenkontur des Hubkonturringes 3 entlang. Dabei bilden sich vergrößernde Zellen 9, welche aus den Saugbereichen 11 ÖI ansaugen, und verkleinernde Zellen 13, welche Öl durch entsprechende Drucknieren 15 hinwegfördern. Zwischen den Druckbereichen der Zellen 13 und den Saugbereichen der Zellen 9 befinden sich Trennbereiche 17, in welchem die Flügel innerhalb der Hubkontur auf einem etwa kreisförmigen Bereich laufen und dort die Druckseite von der Saugseite trennen.

[0018] In Figur 1 a ist die Pumpe in dem Zustand dargestellt, in welchem beide Fluten, das bedeutet also beide Druckbereichszellen 13 fördern und beide Saugbereichszellen 9 ansaugen. Im Bereich der einen Flut ist ein Schieber 19 im Gehäuse angeordnet, welcher eine Teilkontur 21 mit einem etwa kreisförmigen Konturbereich 23 aufweist. Der Konturbereich 21 kann beispielsweise in einer axial mittig oder axial seitlich angeordneten Tasche des Hubkonturringes 3 angeordnet sein.

[0019] In Figur 1 b ist der Schieber 19 ausgefahren und führt mit seiner Innenkontur 23 die Flügel 7 derart, dass sie in den Schlitzen des Rotors 5 eingefahren bleiben und somit weder im Saugbereich 11 vergrößernde Zellen noch im Drucknierenbereich 15 verkleinernde Zellen bilden können. Die auf diese Art stillgelegte zweite Flut dieser zweiflutigen Flügelzellenpumpe ist also nicht in der Lage, irgendeine Förderleistung aufzubringen.

[0020] Die Lösung wird also realisiert, indem in den Hubring 3 Taschen eingesetzt sind. In diesen Taschen gleitet ein entsprechender Schieber mit seinem Konturteil 21. Das Einbringen der Taschen ist für Hubringe aus Kunststoff bzw. Sinterstahl einfach herzustellen. Der Schieber 19 muss nun mit seinem Konturteil 21 so gestaltet werden, dass er im Trennbereich 17 die gleiche Kontur wie der Hubring 3 hat. Außerdem müssen Spalte in soweit vermieden werden, dass Leckagen nicht auftreten bzw. nicht zu groß werden. Aufgrund der geringen Drücke bei beispielsweise Schmierölpumpen für Verbrennungsmotoren sind diese Forderungen fertigungstechnisch zu erfüllen. Wenn nun ein hier nicht dargestellter Aktor, beispielsweise ein temperaturabhängig schaltender Aktor mit einem Dehnelement, den Schieber 19 aus seiner Grundposition herausschiebt, wie in Figur 1 b dargestellt, werden die Flügel 7 am Schieberkonturteil 21 bzw. dessen Kontur 23 entlang gleiten und somit nicht mehr an die eigentliche Hubringkontur kommen. Da der Schieberkonturteil 21 bei seitlich angeordneten Taschen nur in den Außenbereichen der Flügel 7 führt, ergibt sich im inneren Bereich des Konturringes 3 ein Kanal, der durch den Flügelkopf, die Schieberflächen 21 und die verbliebene Ringkontur gebildet wird. Durch diesen Kanal kann evtl. doch noch gefördertes Restöl zurückströmen.

[0021] Eine Alternative zu der Schieberfunktion ist das Prinzip eines Scharniers in Figur 2. Alle Teile, welche sich hinsichtlich Figur 1 nicht geändert haben, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und durch die Beschreibung aus Figur 1 erläutert. In der zweiten Flut des Hubrings 3 ist nun ein Scharnierelement 25 gelagert, welches als zusätzliches Füllstück in eine vorgesehene Tasche des Hubringes 3 eingesetzt ist. Dieses Scharnier 25 wird im Punkt 27 im Hubring 3 gelagert, und um diesen Drehpunkt 27 herum kann ein Aktor mit dem Hebelarm 29 das Scharnier 25 in Richtung Rotorachse auslenken, wie in Figur 2b gezeigt. Die Flügel 7 fahren hier zwar im Saugbereich 9 zunächst aus, aber im vormaligen Trennbereich 17 sofort wieder ein. Da auch hier das Scharnier 25 mit seiner Kontur nur in einem Teilbereich der Konturbreite die Flügel 7 führt, ergibt sich im Restbereich der Hubkontur ein Kanal oder Kanäle, der oder die auch wieder durch die Flügelköpfe, die Fläche des Scharniers 25 und die verbliebene Ringkontur gebildet wird bzw. werden. Durch diesen Kanal/Kanäle kann also das kurzzeitig im Saugbereich geförderte Öl zurückströmen. Die Flügelzellenpumpe wirkt also hier in der zweiten Flut lediglich wie eine Strömungsmaschine und kann dadurch die Verluste deutlich reduzieren.

[0022] Eine Alternative zu den Lösungen aus Figur 1 und Figur 2 ist in Figur 3 der Einsatz eines so genannten Bandes 30 bzw. Drahtes. Hierzu wird ein dünnes Band 30 oder eine Folie in den Hubring 3 eingelegt. Dieses Band 30 wird auf der einen Seite 32 (zum Beispiel Druckseite) durch die Befestigung des Ringes 3 innerhalb eines hier nicht dargestellten Deckels und des Gehäuses 1 eingespannt. Auf der anderen Seite wird dieses Band 30 im Bereich der Saugtaschen 11 aus der inneren Ringkontur herausgeleitet und an einen Aktor 34 angebunden. Wenn nun der Aktor 34 ausfährt, wird das Band 30 gespannt und aus der Hubringkontur des Hubringes 3 herausgezogen. Die Flügel 7 haben somit keine Möglichkeit mehr, der eigentlichen Hubringkontur zu folgen. Der Werkstoff des Bandes 30 ist vorzugsweise eine Metalllegierung, ebenso sind aber Kunststofffolien denkbar oder z. B. auch sehr dünne Drähte. Eine Folie 30 im abgewickelten Zustand ist beispielsweise in Figur 3c dargestellt. Die Folie 30 hat an der Einspannstelle 32 zwei Lappen 36, welche beispielsweise um den Hubring 3 herum gelegt und dort mit irgendeiner Befestigungsmethode, beispielsweise Löten oder Schweißen oder Kleben, befestigt sind. Der geschlossene Teil 40 ist der Teil, welcher beispielsweise in Figur 3b die Flügel in die Schlitze zurückdrückt. Die Öffnung 42 ist im Ansaugbereich 11 angeordnet und ermöglicht somit ein ungehindertes Zuströmen im Ansaugbereich der Pumpe im nicht betätigten Zustand des Aktors, wie in Figur 3a dargestellt. Die beiden Lappen 44 sind dann die Anschlussteile für den Aktor 34.

[0023] Ein anderes erfindungsgemäßes Lösungsprinzip als das Flügeleinschieben ist, den Trennbereich dadurch zu unterbrechen, dass ein Teil der Trennkammerwände entfernt wird. Somit bilden sich auch hier innerhalb der Rotationsgruppe Kanäle, durch die das geförderte Öl direkt um die Flügel herum wieder zurück in die Saugkammer strömen kann.

[0024] In Figur 4 wird beispielsweise eine axiale Seitenfläche 46 der Trennkammer 17 entfernt. Dies geschieht mit Hilfe eines Schiebers 48, der in einer Seitenplatte 50 des Gehäuses eingesetzt ist. Ein Aktor fährt also diesen Schieber 48 in die Seitenplatte 50 ein. Wie hier dargestellt ist, drückt der Schieber 48 den verschiebbaren Teil 46 der Seitenwand über eine schiefe Ebene 52 gegen die axiale Seitenfläche 56 des Konturringes 3. Dabei muss selbstverständlich noch ein gewisses Laufspiel zwischen der verschiebbaren Seitenwand 46 und der Lauffläche 54 des Rotors 5 gewährleistet sein. Auch wird die Dichtwirkung der verschiebbaren Seitenwand 46 durch die Anpressung über die schiefe Ebene 52 verbessert. Wird der Keil 52 radial nach innen bis zur Unterflügelnut 58, welche sich in der Seitenwand 46 hier in der Ausnehmung 60 fortsetzt, ausgeführt, würden sich Toleranzunterschiede nur in der Breite der Unterflügelnut 58 zeigen. Dies ist also nicht kritisch.

[0025] Ebenso ist es möglich, radiale Seitenflächen 62 (d.h. Teile der Hubringkontur des Hubringes 3) zu entfernen, wie in Figur 5 dargestellt. Hier wird ein Schieber 64 wiederum in Seitentaschen 66 des Hubringes 3 eingesetzt und durch einen Aktor so eingeschoben, dass mit Erreichen der Schalttemperatur bei einem temperaturabhängig betätigten Aktor die Hubringkontur des Hubringes 3 geschlossen ist und der Trennbereich vorhanden ist, also beide Fluten fördern. Im geöffneten Zustand, wie in Figur 5b dargestellt, bilden sich im Bereich 66 die Kurzschlusskanäle im Trennbereich und verbinden den Druckbereich mit dem Saugbereich. Auch hier findet die Umförderung in der zweiten Flut innerhalb der Rotationsgruppe statt und muss nicht durch Drucknieren in den Seitenplatten nach außen geführt werden und durch Saugnieren in den Seitenplatten wieder in die Rotationsgruppe hineingeführt werden.

[0026] Grundsätzlich ist festzuhalten, dass die Prinzipien der drucklosen Umförderung innerhalb der Rotationsgruppe, wie hier beschrieben, nicht direkt mit einer Öltemperaturregelung zusammenhängen müssen. Es ist also davon auszugehen, dass solche Schaltprinzipien auch für andere Ansteuerungen möglich sind, wie z. B. druckgeregelte oder elektronisch geregelte Schaltpumpen.

Bezugszeichenliste

[0027] 

1

Pumpengehäuse

3

Hubkonturring

5

Rotor

7

Flügel

9

vergrößernde Zellen

11

Saugbereiche

13

verkleinernde Zellen

15

Drucknieren

17

Trennbereiche

19

Schieber

21

Teilkontur des Schiebers 19

23

kreisförmiger Konturbereich der Teilkontur 21

25

Scharnierelement

27

Drehpunkt des Scharnierelements 25

29

Hebelarm eines Aktors

30

Band oder Draht oder Folie

32

Einspannseite des Bandes

34

Aktor

36

Befestigungslappen der Folie 30

40

geschlossener Teil der Folie 30

42

Öffnung im Ansaugbereich der Folie 30

44

Anschlusslappen für den Aktor 34

46

axiale Seitenfläche der Trennkammer 17

48

Schieber

50

Seitenplatte des Gehäuses

52

schiefe Ebene

54

Lauffläche des Rotors 5

56

axiale Seitenfläche des Konturringes 3

58

Unterflügelnut

60

Ausnehmung

62

radiale Seitenflächen der Hubringkontur

64

Schieber

66

Seitentaschen

Ansprüche

1. Pumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe oder Rollenzellenpumpe, welche mindestens zweihubig (zweiflutig) oder mehrhubig ausgeführt ist, mit einer Rotationsgruppe, welche einen Konturring (3), einen Rotor (5) mit radialen Schlitzen, in welchen radial verschieblich Flügel (7) oder Rollen angeordnet sind, und zur axialen Abdichtung Seitenplatten oder Gehäuseseitenwände mit Saugnieren und Drucknieren aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Rotationsgruppe eine Flut so beeinflussbar ist, dass ein im Wesentlichen druckloses Umfördern innerhalb der Rotationsgruppe ermöglicht wird und dass somit eine äußere Förderung durch Saugniere und Druckniere (15) hindurch unterbunden wird.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das drucklose Umfördern durch Einschieben der Flügel (7) in den Rotor (5) oder durch Verhindern des Ausfahrens der Flügel (7) oder durch Abheben der Flügel (7) von der Kontur im Trennbereich (17) realisiert werden kann.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausfahren der Flügel (7) durch einen ausfahrbaren Schieber (14), welcher in einer Tasche im Hubring (3) angeordnet ist, verhindert werden kann.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (19) in den axialen Außenbereichen des Hubrings (3) die Flügel (7) führt.

5. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einschieben der Flügel (7) durch ein Scharnier (25) bzw. eine Klappe im Hubring (3) realisiert werden kann, wobei die Klappe (25) in einer Tasche auf einer Seite im Hubring (3) gelagert und auf der anderen Seite radial in Richtung Rotorachse ausfahrbar ist.

6. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abheben der Flügel (7) von der Kontur im Trennbereich durch ein Band (30) bzw. einen Draht oder einen Folienstreifen im Hubring (3) realisiert werden kann, wobei das bandförmige Element/Draht/Folienstreifen (30) auf einer Seite am Hubring (3) eingespannt ist und auf der anderen Seite im Bereich der Saugtasche (11) aus der inneren Ringkontur herausgeleitet wird.

7. Pumpe nach Anspruch 3 bis Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (19) oder das Scharnier/Klappe (25) oder das Band/Folienstreifen/Draht (30) durch einen Aktor (34) betätigt wird.

8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (34) temperaturabhängig betätigt wird.

9. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das drucklose Umfördem innerhalb der Rotationsgruppe durch eine Unterbrechung der Abdichtung bzw. einen Kurzschluss im Trennbereich (17) realisierbar ist, indem ein Teil (46, 62) der Trennkammerwandung entfernt wird.

10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das drucklose Umfördern innerhalb der Rotationsgruppe durch einen axialen Kurzschlusskanal realisiert wird, indem ein Teil (46) einen axialen Seitenfläche der Trennkammer durch Einfahren in eine Seitentasche innerhalb einer Seitenplatte (50) oder des Gehäuses entfernt wird.

11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der entfernbare Teil (46) der axialen Seitenfläche über eine keilförmige Rampe (52) bzw. eine schiefe Ebene verlagerbar ist.

12. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das drucklose Umfördem innerhalb der Rotationsgruppe durch einen radialen Kurzschlusskanal realisierbar ist, indem ein Teil der radialen Seitenfläche (62) im Trennbereich (17) (Teil der Hubringkontur) entfernt wird, wobei ein Schieber (64) in einer axial mittig angeordneten Seitentasche (66) im Hubring (3) oder in seitlich rechts und links (symmetrisch) angeordneten Seitentaschen diesen Teil betätigen kann.

13. Pumpe nach Anspruch 9 bis Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die entfernbaren Teile (46, 62) der Trennkammerwandung durch einen Aktor betätigbar sind.

14. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor temperaturabhängig verstellbar ist.

Zeichnung