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EP 0 816 680 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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12.03.2003 Patentblatt 2003/11 |
(22) |
Anmeldetag: 23.06.1997 |
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Flügelzellenpumpe
Vane pump
Pompe à palettes
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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DE FR GB IT |
(30) |
Priorität: |
29.06.1996 DE 19626211
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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07.01.1998 Patentblatt 1998/02 |
(73) |
Patentinhaber: Luk Fahrzeug-Hydraulik GmbH & Co. KG |
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61352 Bad Homburg (DE) |
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Erfinder: |
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- Agner, Ivo
61352 Bad Homburg (DE)
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(74) |
Vertreter: Gleiss, Alf-Olav, Dipl.-Ing. et al |
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Gleiss & Grosse
Leitzstrasse 45 70469 Stuttgart 70469 Stuttgart (DE) |
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Entgegenhaltungen: :
US-A- 3 790 314
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US-A- 4 610 614
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- PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 010, no. 291 (M-522), 3.Oktober 1986 -& JP 61 106991
A (TOYODA MACH WORKS LTD), 24.Mai 1986,
- PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 016, no. 206 (M-1248), 15.Mai 1992 -& JP 04 031682
A (TOYODA MACH WORKS LTD), 3.Februar 1992,
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Derartige Flügelzellenpumpen sind allgemein bekannt. Sie umfassen üblicherweise einen
Rotor, in dessen Umfangswandung Flügel aufnehmende Schlitze eingebracht sind. Der
Rotor dreht sich innerhalb eines Konturrings, der bei einer doppelhubigen Flügelzellenpumpe
zwei sichelförmige Förderräume bildet, die von den Flügeln durchlaufen werden. Jedem
dieser Förderräume ist eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung zugeordnet. Durch
die Einlaßöffnung wird das zu fördernde Fluid in eine zwischen zwei Flügeln ausgebildete
Förderzelle eingesaugt und durch die Auslaßöffnung hindurch wieder ausgestoßen.
[0003] Das Fördern des Fluids wird dadurch erreicht, daß sich aufgrund der Geometrie des
Konturrings die Flügelzellenvolumina im Ansaugbereich vergrößern und im Druckbereich
verkleinern.
[0004] Insbesondere beim Einsatz derartiger Flügelzellenpumpen im Zusammenspiel mit Automatikgetrieben
ergibt sich der Nachteil, daß die im Fluid, insbesondere Hydrauliköl, enthaltene Luft
sehr schnell stark komprimiert wird, was zu sehr störenden Kavitationsgeräuschen führt.
[0005] Zur Vermeidung dieser Geräusche wurde vorgeschlagen, den Konturring so auszubilden,
daß ein sanfter Druckanstieg erzielt wird. Es ergibt sich dadurch jedoch der Nachteil,
daß der Druckanstieg stark toleranzabhängig bezüglich der Form des Konturrings wird.
Kleine herstellungsbedingte Schwankungen im Konturring-Verlauf führen folglich schon
zu spürbaren Änderungen beim Druckanstieg. Steigt der Druck infolgedessen zu stark,
führt dies wieder zu Kavitationsgeräuschen.
[0006] Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Flügelzellenpumpe zu schaffen,
bei der keine beziehungsweise nur geringe Kavitationsgeräusche auftreten.
[0007] Diese Aufgabe wird durch eine Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst. Dadurch, daß der Konturring so ausgebildet wird, daß eine starke kinematische
Vorkompression erzielt wird, läßt sich die Toleranzempfindlichkeit senken. Unter kinematischer
Vorkompression ist diejenige Kompression gemeint, die alleine durch die Geometrie
des Konturrings, das heißt die Verkleinerung des Zellvolumens bewirkt wird. Herstellungsbedingte
Schwankungen im Konturring-Verlauf beeinflussen die Vorkrompression nur unwesentlich.
Der sich daraus ergebende an sich ungewünschte starke Druckanstieg wird dadurch abgeschwächt,
daß die Einlaßöffnung eine in Drehrichtung des Rotors sich erstreckende Öffnungserweiterung,
vorzugsweise eine Kerbe, aufweist. Durch entsprechende Ausgestaltung dieser Öffnungserweiterung
ist die aus einem Vorkompressionsbereich in den Ansaugbereich zurückströmende Volumenmenge
einstellbar, und damit auch der Grad des Druckanstiegs.
[0008] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0009] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die
Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- Figur 1
- schematisch einen Ausschnitt, nämlich einen Pumpenabschnitt, einer doppelhubigen Flügelzellenpumpe
im Querschnitt, und
- Figur 2
- ein Diagramm des Konturverlaufs und des Volumenverlaufs einer Förderzelle.
[0010] Eine Flügelzellenpumpe 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in dem ein Rotor 5 im Uhrzeigersinn
drehbar gelagert ist.
[0011] In eine Umfangswandung 7 des Rotors 5 sind mehrere, im vorliegenden Ausführungsbeispiel
zehn radial verlaufende Schlitze 9 eingebracht. Die Schlitze 9 dienen der Aufnahme
von radial verschiebbaren Flügeln 11, die mit ihren vom Rotor abgewandten Ende während
der Drehung des Rotors 5 an einer Innenwandung 13 eines Konturrings 15 anliegen.
[0012] Der Konturring 15 ist so ausgebildet, daß sich bei einer Drehung des Rotors 5 der
in Figur 2 dargestellte Hubverlauf der Flügel bei einer doppelhubigen Pumpe ergibt.
Deutlich zu erkennen sind dabei zwei Winkelbereiche 101, in denen der Hub -also eine
Bewegung der Flügel in anderer Richtung- im wesentlichen konstant bleibt. Diesen Winkelbereichen
folgt jeweils ein weiterer Winkelbereich, in dem der Flügel radial nach außen fährt
und damit einen zunehmenden Hub erfährt. Bei einer weiteren Drehung des Rotors 5 drückt
der Konturring den Flügel wieder radial nach innen, wobei die Hubverkleinerung in
einem Bereich 105 zunächst flach, das heißt relativ langsam, und in einem anschließenden
Winkelbereich 107 steiler, also schneller, ausfällt. Im Bereich 105 ist die Veränderung
des Hubs größer 3,5µm/Grad über einen Winkel von mindestens 30° (bei acht Flügeln
>3µm/Grad über mindestens 40°, bei sechs Flügeln >2,5µm über mindestens 55°). Dem
Winkelbereich 107 folgt dann der bereits angegebene Winkelbereich 101.
[0013] Im selben Diagramm ist auch der Verlauf des von zwei Flügeln begrenzten Zellvolumens
mit gestrichelter Linie gezeigt, wobei der erste Flügel, also der in Drehrichtung
vorauseilende Flügel, den auf der Abszisse aufgetragenen Winkel bestimmt. Deutlich
zu erkennen ist, daß der Verlauf des Volumens gegenüber dem Verlauf des Hubs winkelversetzt
ist. Grundsätzlich läßt sich der Volumenverlauf in drei Bereiche untergliedern, nämlich
einen Ansaugbereich 119, einen Vorkompressionsbereich 125 und einen Druckbereich 131.
[0014] In Figur 1 ist teilweise eine als Dichtfläche wirkende Druckplatte 20 zu erkennen,
die -bezüglich der Zeichnungsebene- an der unteren Stirnseite des Rotors 5 und des
Konturrings 15 dichtend anliegt. Eine weitere an der oberen Stirnseite des Rotors
5 anliegende ebenfalls als Dichtfläche wirkende Druckplatte ist nicht gezeigt. Zwischen
der Umfangswandung 7 des Rotors 5, der Innenwandung 13 des Konturrings 15, den beiden
Druckplatten und benachbarten Flügeln 11 bilden sich Förderzellen 17 mit einem variablen
Zellvolumen aus. Im Ansaugbereich 119 vergrößert sich das Volumen der jeweiligen Förderzelle
17, so daß durch eine in der unteren Druckplatte 20 vorgesehene Ansaugöffnung 21 Fluid
in die Zelle angesaugt wird.
[0015] Sobald der in Drehrichtung hinten liegende Flügel der jeweiligen Förderzelle 17 die
in Drehrichtung vordere Kante 23 der Ansaugöffnung 21 überschritten hat, ist die Verbindung
zwischen Förderzelle 17 und Ansaugbereich 21 weitgehend unterbrochen. Die Förderzelle
17 hat nun auf jeden Fall den Vorkompressionsbereich 125 erreicht. Durch entsprechende
Ausgestaltung des Konturrings 15 wird in diesem Bereich das Förderzellenvolumen um
ein bestimmtes Maß verkleinert. Im weiteren Verlauf der Drehung des Rotors erreicht
dann der vordere Flügel der Förderzelle 17 eine Kante 27 einer Förderöffnung 29, die
in Verbindung mit dem Druckbereich der Flügelzellenpumpe 1 steht. Durch weitere Verkleinerung
des Förderzellenvolumens wird das darin vorhandene Fluid beim Durchlaufen des Druckbereichs
131 durch die Förderöffnung 29 hindurch in den Druckbereich gefördert.
[0016] In der Figur ist darüber hinaus im Vorkompressionsbereich 125 ein beispielsweise
als Vertiefung in der dem Rotor zugewandten Oberfläche der Druckplatte 20 ausgebildeter
Durchbruch 33 zu erkennen, der von der Kante 23 der Ansaugöffnung 21 ausgeht und sich
in Drehrichtung erstreckt. Dieser Durchbruch 33 dient als Öffnungserweiterung der
Ansaugöffnung 21 in den Vorkompressionsbereich 125 hinein. Im Bereich des Durchbruchs
liegt die seitliche Fläche eines den Durchbruch überfahrenden Flügels nicht direkt
an der Druckplatte an, so daß in der Förderzelle 17 vorhandenes Fluid während der
Vorkompression in den Ansaugbereich 21 zurückströmen kann.
[0017] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist diese Erweiterung der Ansaugöffnung 21 als
Kerbe 33' ausgebildet, deren Spitze in Drehrichtung des Rotors 5 zeigt, das heißt
in Richtung des nachfolgenden Druckbereichs. Damit ergibt sich -in Drehrichtung gesehen-
eine stark abnehmende durchströmbare Fläche der Kerbe 33'.
[0018] Im folgenden soll nun die Funktionsweise der Pumpe und insbesondere der Kerbe 33'
beschrieben werden:
[0019] Während der Drehung des Rotors 5 erreicht eine Förderzelle 17, das heißt der vorauseilende
Flügel dieser Zelle, den Ansaugbereich 119 und saugt, bedingt durch das sich vergrößernde
Zellvolumen, Fluid durch die Ansaugöffnung 21, beispielsweise aus einem Ölsumpf, an.
Sehr häufig ist im angesaugten Öl Luft enthalten, die zuvor beispielsweise durch die
Zahnräder eines Automatikgetriebes eingebracht wurde. Unmittelbar nachdem die Förderzelle
17, das heißt der nacheilende Flügel, die Bereichsgrenze zwischen Ansaugbereich 119
und Vorkompressionsbereich 125 überschritten hat, ist die Verbindung zwischen Förderzelle
17 und Ansaugöffnung 21 im wesentlichen unterbrochen. Innerhalb des Vorkompressionsbereichs
erfährt das Zellvolumen eine Verkleinerung, so daß der Druck innerhalb der Förderzelle
17 bedingt durch die Kontur des Konturrings 15 stark ansteigt. Dieser Druckanstieg
wird jedoch abgeflacht dadurch, daß während des Druckaufbaus Öl aus der Förderzelle
17 über die Kerbe 33' zurück in den Ansaugbereich strömt. Da die durchströmte Querschnittsfläche
der Kerbe 33 in Drehrichtung abnimmt, verringert sich dadurch auch die zurückfliessende
Ölmenge bis der hinten liegende Flügel die Spitze der Kerbe 33' erreicht hat. Die
Verbindung in den Ansaugbereich ist damit geschlossen.
[0020] Mit Hilfe des flacheren Druckanstiegs im Vorkompressionsbereich 125 läßt sich verhindern,
daß die im Öl vorhandene ungelöste Luft zu stark komprimiert wird und damit Kavitationsgeräusche
verursacht. Darüber hinaus läßt sich das Zellvolumen im Vorkompressionsbereich 125
stärker verringern, wobei der sich daraus ergebende starke Druckanstieg durch die
Wirkung der Kerbe abgeschwächt wird. Der Vorteil dabei liegt darin, daß toleranzbedingte
Abweichungen der Innenwandung des Konturrings 15 nicht mehr so stark ins Gewicht fallen.
[0021] Sobald der nacheilende Flügel einer Förderzelle 17 die Kerbe 33' überlaufen hat,
erreicht der vorauseilende Flügel 11 die in Drehrichtung gesehen hintere, Kante 27
der Förderöffnung 29. Die Förderzelle 17 steht somit in Verbindung mit dem Druckbereich
und das kleiner werdende Volumen der Förderzelle 17 führt zu einem Ausstoß des in
dieser Förderzelle eingeschlossenen Öls durch die Förderöffnung 29 hindurch.
[0022] Es ist je nach Anwendungsfall möglich, die Förderzelle 17 erst dann zum Druckbereich
hin zu öffnen, wenn der hintere Flügel die Kerbe 33' überschritten hat. Es ist jedoch
auch möglich, eine Überschneidung zuzulassen, so daß zumindest kurzfristig eine Verbindung
zwischen Druckbereich und Ansaugbereich über die Förderzelle 17 und die Kerbe 33'
besteht. Aufgrund des sehr geringen Strömungsquerschnitts der Kerbe 33' führt dies
jedoch nicht zu einem nennenswerten Kurzschluß.
[0023] Selbstverständlich kann neben der beschriebenen Kerbenform jede andere geometrische
Form für den Durchbruch 33 eingesetzt werden.
[0024] Die Kerbengeometrie bewirkt einen nahezu betriebsdruckunabhängigen Druckanstieg in
den Vorkompressonsbereich, solange keine Verbindung mit dem Betriebsdruck über die
Förderöffnung 29 besteht.
1. Flügelzellenpumpe mit einem Rotor (5), der zur verschieblichen Aufnahme von Flügeln
(11) radial verlaufende Schlitze (9) aufweist und der mit seinen Stirnflächen an Dichtflächen
anliegt, die mit Saug- und Druckbereichen zugeordneten Ansaug- und Förderöffnungen
versehen sind, und mit einem die Flügel (11) umgebenden, Saug-, Vorkompressions- und
Druckbereiche bildenden Konturring (15), dadurch gekennzeichnet, daß der Konturring (15) so ausgebildet ist, daß die kinematische Vorkompression in einer
Förderzelle größer als die gewünschte Vorkompression ist, und daß die Ansaugöffnung
(21) eine in Drehrichtung verlaufende Öffnungserweiterung (33) aufweist, die einen
steilen Druckanstieg im Vorkompressionsbereich (125) auf den gewünschten Wert abschwächt.
2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungserweiterung (33) als Kerbe (33') ausgebildet ist, deren Spitze in Drehrichtung
zeigt.
3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnungserweiterung (33) maximal soweit erstreckt, daß eine Trennung zwischen
Ansaugöffnung (21) und Förderöffnung (29) über eine Förderzelle (17) gewährleistet
ist.
4. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungserweiterung (33) sich mindestens soweit in Drehrichtung erstreckt, daß
eine Verbindung zwischen Förderöffnung (29) und Ansaugöffnung (21) über eine Förderzelle
(17) gerade noch nicht besteht.
5. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Konturring (15) so ausgebildet ist, daß sich das Volumen einer Förderzelle (17)
im Vorkompressionsbereich (125) verringert.
6. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Saug-, Vorkompressions- und Druckbereiche ausgebildet sind.
7. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub eines Flügels bei insgesamt zehn Flügeln im Vorkompressionsbereich über einen
Winkelbereich von mindestens 30° größer 3,5µm/Grad ist.
8. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen als Druckplatte (20) ausgebildet sind, und daß die Öffnungserweiterung
(33) als Nut in eine dem Rotor (5) zugewandte Fläche der Druckplatte (20) eingebracht
ist, die zur Ansaugöffnung randoffen ausgebildet ist.
1. Vane pump comprising a rotor (5) which has radially extending slots (9) to accommodate
vanes (11) in a displaceable manner and which abuts with its end faces against sealing
surfaces which are provided with intake and delivery openings associated with suction
and pressure regions, and comprising a contour ring (15) surrounding the vanes (11)
and forming suction, pre-compression and pressure regions, characterised in that the contour ring (15) is so configured that the kinematic pre-compression in a delivery
cell is greater than the desired pre-compression, and in that the intake opening (21) has a widening (33) which extends in the direction of rotation
and reduces a steep rise in pressure in the pre-compression region (125) to the desired
value.
2. Vane pump according to claim 1, characterised in that the widening (33) of the opening is formed as a notch (33'), the tip of which points
in the direction of rotation.
3. Vane pump according to claim 1 or 2, characterised in that the widening (33) of the opening extends at the most so far that a separation is
guaranteed between intake opening (21) and delivery opening (29) via a delivery cell
(17).
4. Vane pump according to claim 1 or 2, characterised in that the widening (33) of the opening extends at least so far in the direction of rotation
that a connection between delivery opening (29) and intake opening (21) via a delivery
cell (17) is only just not produced.
5. Vane pump according to one of the preceding claims, characterised in that the contour ring (15) is so configured that the volume of a delivery cell (17) is
reduced in the pre-compression region (125).
6. Vane pump according to one of the preceding claims, characterised in that two suction, pre-compression and pressure regions are formed.
7. Vane pump according to one of the preceding claims, characterised in that, with altogether ten vanes in the pre-compression region, the stroke of a vane is
greater than 3.5 µm/degrees over an angular region of at least 30°.
8. Vane pump according to one of the preceding claims, characterised in that the sealing surfaces are configured as a pressure plate (20) and in that the widening (33) of the opening is introduced as a groove into a surface of the
pressure plate (20) facing the rotor (5), said groove being open at its edge towards
the intake opening.
1. Pompe à palettes avec un rotor (5) qui présente des fentes (9) qui s'étendent radialement
pour recevoir de façon mobile des palettes (11) et qui s'appuie sur des surfaces d'étanchéité
avec ses surfaces frontales, lesquelles sont munies d'ouvertures d'aspiration et de
refoulement associées à des zones d'aspiration et de pression et avec un anneau de
contour (15) entourant les palettes (11) et formant des zones d'aspiration, de précompression
et de pression, caractérisée en ce que l'anneau de contour (15) est formé de telle manière que la précompression cinématique
dans une cellule de refoulement est supérieure à la précompression souhaitée et que
l'ouverture d'aspiration (21) présente un élargissement d'ouverture (33) qui s'étend
en direction de rotation et qui ramène à la valeur souhaitée une augmentation rapide
de la pression dans la zone de précompression (125).
2. Pompe à palettes selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élargissement d'ouverture (33) a la forme d'une entaille (33') dont le bout est
orienté en direction de rotation.
3. Pompe à palettes selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'élargissement d'ouverture (33) s'étend au maximum jusqu'à une distance telle qu'une
séparation est assurée entre l'ouverture d'aspiration (21) et l'ouverture de refoulement
(29) le long d'une cellule de refoulement (17).
4. Pompe à palettes selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'élargissement d'ouverture (33) s'étend au minimum en direction de rotation jusqu'à
ce qu'il n'y ait pas encore de liaison entre l'ouverture de refoulement (29) et l'ouverture
d'aspiration (21) le long d'une cellule de refoulement (17).
5. Pompe à palettes selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'anneau de contour (15) est formé de telle sorte que le volume d'une cellule de
refoulement (17) se réduit dans la zone de précompression (125).
6. Pompe à palettes selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que sont formées deux zones d'aspiration, de précompression et de pression.
7. Pompe à palettes selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élévation d'un palette pour au total dix palettes dans la zone de précompression
est sur une zone d'angle d'au moins 30° supérieure à 3,5 µm/degré.
8. Pompe à palettes selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les surfaces d'étanchéité ont la forme de plaque de serrage (20) et que l'élargissement
d'ouverture (33) est ménagé comme une rainure dans une surface de la plaque de serrage
(20), orientée vers le rotor (5), et qui est formée de manière ouverte sur le bord
vers l'ouverture d'aspiration.

