CN111852849A - 具有压力补偿连接装置的叶轮泵 - Google Patents

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Abstract

叶轮泵(1)，具有：输送腔(2)，该输送腔具有入口(E)和出口(A)；设置在输送腔(2)内的转子(3、4)，该转子具有转子体(3)和径向可移动地由转子体(3)容纳的叶片(4)；在轴向端面上限制输送腔(2)的端壁(5、6)；和轴向设置在端壁(5、6)与转子体(3)之间的支承元件(8)，其将叶片(4)支承在其径向内部的叶片末端上，其中，转子体(3)、支承元件(8)和各两个在转子(3、4)的圆周方向上相邻的叶片(4)形成腔(18)，其体积在转子(3、4)转动时变化，其特征在于压力补偿连接装置(10)，该装置将至少两个腔(18)相互流动连接。

Description

具有压力补偿连接装置的叶轮泵
技术领域
本发明涉及一种叶轮泵。叶轮泵包括：用于流体的输送腔，该输送腔具有入口和出口；设置在输送腔内的转子，该转子具有转子体和径向可移动地由转子体容纳的叶片；在轴向端面上限制输送腔的端壁；和轴向设置在端壁与转子体之间的支承元件，该支承元件将叶片支承在其径向内部的叶片末端上，其中，转子体、支承元件和各两个在转子的圆周方向上相邻的叶片形成腔，其体积在转子转动时变化。
发明内容
本发明的目的特别是在于，提供一种具有较长使用寿命且低价的叶轮泵。
该目的通过权利要求1的主题得以实现。从属权利要求中公开了本发明的主题具有优点的进一步构成。
本发明涉及一种可调叶轮泵，其具有：输送腔，该输送腔具有入口和出口；设置在输送腔内用于输送流体的转子，该转子具有转子体和径向可移动地由转子体容纳的叶片；在轴向端面上限制输送腔的端壁；和轴向设置在端壁与转子体之间的支承元件，该支承元件将叶片支承在其径向内部的叶片末端上并把径向外部的叶片末端压向或推向输送腔壁。转子体、支承元件和各两个在圆周方向上相邻的叶片形成腔，其体积在转子旋转或被传动的情况下变化。依据本发明，叶片泵包括压力补偿连接装置，该装置将至少两个腔在流体或流体技术上相互连接。
最好转子体的轴向向外的面、转子体的径向向内的面、端壁的轴向向内的面、支承元件的径向向外的面、叶片的在转子旋转方向上的面和相邻叶片的与转子旋转方向相反的面(其中，叶片的面彼此相对)限定一个腔，该腔形成于转子体、支承元件与各两个在圆周方向上相邻的叶片之间。具有优点的是，压力补偿连接装置将至少一个在转子旋转时变小的腔与至少一个在转子旋转时变大的腔连接。特别是，压力补偿连接装置将至少两个腔之间的流体交换调节为比在没有压力补偿连接装置的情况下仅通过部件间隙实现或能实现的流体交换大，具有优点地大至少二倍。概念“径向”和“轴向”特别是涉及转子的旋转轴线，从而“轴向”是指在旋转轴线上或平行于其分布的方向，“径向”是指垂直于旋转轴线分布的方向。概念“圆周方向”特别是涉及转子的旋转轴线，从而概念“圆周方向”是指环绕旋转轴线具有优点地沿着和/或逆着转子旋转方向分布的方向。
通过依据本发明的压力补偿连接装置，可以在腔之间有针对性地交换包含在或处于腔内的流体，由此在变小的腔内受到压缩的流体可以逸入另一个腔内，具有优点地逸入变大的腔内。特别是变大的腔与变小的腔之间的压差由此可以彼此平衡。由此腔内的高压力可以得到削减、降低或避免，由此可以特别简单地减少支承元件、叶片、转子体和/或输送腔壁的负荷。由此可以减轻支承元件、叶片、转子和/或输送腔壁的磨损，由此可以提供一种具有较长使用寿命且低价的叶轮泵。
转子体利用端壁的朝向它的上面形成轴向的密封间隙。端壁的朝向转子体的上面是轴向端壁的朝向输送腔的内面。支承元件形成与端壁的另一个轴向密封间隙，其中，在支承元件与端壁之间形成的轴向密封间隙设置在转子体与端壁之间形成的轴向密封间隙的径向内部。
轴向密封间隙和另一个轴向密封间隙优选为环形，例如为圆形。在端壁与转子体之间形成的轴向密封间隙的直径大于在端壁与支承元件之间形成的轴向密封间隙的直径。
在转子体与端壁之间形成的轴向密封间隙优选将转子的转子体、支承元件和各两个在圆周方向上相邻的叶片所形成的腔与转子的转子体、输送腔壁和各两个在圆周方向上相邻的叶片所形成的输送单元特别是流体上彼此分开。
转子体、支承元件和各两个在圆周方向上相邻的叶片所形成的腔在转子体与端壁之间形成的轴向密封间隙的径向内部形成。转子体、支承元件和各两个在圆周方向上相邻的叶片所形成的腔在支承元件与端壁之间形成的轴向密封间隙的径向外部形成。叶片将转子体、支承元件和各两个在圆周方向上相邻的叶片所形成的腔在圆周方向上限制在转子体的径向内部。转子体、输送腔壁和各两个在圆周方向上相邻的叶片形成输送单元。转子体、输送腔壁和各两个在圆周方向上相邻的叶片所形成的输送单元形成于在转子体与端壁之间形成的轴向密封间隙的径向外部。叶片将转子体、输送腔壁和各两个在圆周方向上相邻的叶片所形成的输送单元在圆周方向上限制在旋转体的径向外部。在输送单元内从入口向出口输送流体。依据本发明的压力补偿连接装置优选形成于在转子体与端壁之间形成的轴向密封间隙的径向内部。
叶轮泵特别是可以具有底部和盖，其中，底部和盖各自具有或形成一个上述的端壁。叶轮泵最好具有用于调节转子与输送腔之间的偏心率并因此调节输送体积的调节环，其具有或形成径向限制输送腔的输送腔壁。支承元件具有优点地将叶片压向或移向调节环的输送腔壁。输送腔壁优选为叶片的径向外部叶片末端形成止推面。输送腔壁最好构成为调节环的内圆周壁。为调节输送功率，调节环被可移动、可转动或可摆动地支承。
压力补偿连接装置可以在端壁上具有至少一个槽和/或在至少一个叶片上具有槽和/或在叶片上具有至少一个贯通孔和/或在支承元件与端壁之间具有加大的密封间隙和/或在至少一个叶片与端壁之间具有加大的密封间隙。压力补偿连接装置在流体技术上将至少两个腔相互连接，使腔内例如由于不同腔体积而可能出现的不同的流体压力具有优点地得到补偿。槽的深度或轴向延伸具有优点地比在转子体与端壁之间形成的轴向密封间隙大，优选地大至少50％和特别是具有优点地大至少100％，并且/或者比在支承元件与端壁之间形成的轴向密封间隙大。
为构成压力补偿连接装置，加大的轴向密封间隙比在转子体与端壁之间形成的轴向密封间隙大，具有优点地大至少50％和特别具有优点地大至少100％，并且/或者比在叶片与端壁之间特别是在转子体径向外部形成的轴向密封间隙大。可以通过减少叶片的轴向延伸实现在转子体内部在叶片与端壁之间形成的腔的区域内加大的轴向密封间隙，其中，减少轴向延伸仅在径向内部的叶片末端上并因此在叶片背离输送腔壁或调节环的径向面上进行。叶片因此沿其径向延伸观察具有不同的轴向延伸。例如，叶片在其径向内部的叶片末端上具有凹处、斜面、棱角、槽底等。减少的轴向延伸或凹处、斜面等最好在转子体与端壁之间形成的轴向密封间隙的径向外部处于转子的不旋转位置上和/或调节环的不调节位置上。
转子体的至少一个轴向末端可以罐状形成或可以具有向端壁敞开的用于支承元件的容纳室。转子体的轴向末端具有轴向凸起的边缘，其朝向端壁。轴向凸起的边缘径向环绕容纳室并因此径向环绕支承元件。支承元件设置在轴向凸起的边缘的径向内部。轴向凸起的边缘利用其轴向向外的面形成转子体的环形的止推面，它与端壁共同形成在转子体与端壁之间形成的轴向密封间隙。槽可以在端壁的朝向旋转体的面上构成在端壁内。它优选向转子敞开。支承元件优选设置在通过转子体的罐状的轴向末端或轴向凸起的边缘和端壁限制的容纳室内。槽的深度或轴向延伸比容纳室和/或支承元件的深度或轴向延伸小，具有优点地为容纳室和/或支承元件的深度或轴向延伸的一半，更优选地小于一半。
转子在盖内和/或底部内可以支承在轴承上。叶轮泵可以包括用于传动转子的传动轴，其旋转支承在盖和/或底部上的至少一个轴承例如滑动轴承上。
端壁上的槽向容纳室敞开。端壁上的槽可以通过一个圆、一个圆弧段或多个单独的圆弧段形成。优选槽与转子的旋转轴线同心分布，其中，端壁上的槽在径向上至少基本上分布在支承元件的外部，优选在由支承元件包围的区域的外部。这些单独的圆弧段可以处于一条圆线上或与转子轴线/传动轴不同相距的不同圆线上。
作为圆构成的槽或环形槽优选具有统一的宽度和深度。如果槽由多个单独的圆弧段组成，那么每个圆弧段优选具有统一的宽度和深度，其中，第一单独圆弧段的宽度和/或深度与其他单独圆弧段的宽度和/或深度可以不同。单个的或所有的单独的圆弧段可以具有在单独圆弧段的延伸上变化的宽度/或深度。单独圆弧段向包围它的表面的过渡在开始和结束时在圆弧段纵向上可以是断续的、阶梯状的或平缓的。特别是在单独的圆弧段处于不同的圆线上的情况下，单个单独的圆弧段可以通过通道相互连接。
端壁最好具有至少两个在轴向上朝向转子的密封片，它们分别将入口与出口或将输送腔的低压区与高压区分开。密封片沿转子的旋转方向观察各自设置在入口与出口之间。密封片最好相对设置。一个密封片，特别是满负荷输送情况下并因此偏心度最大的情况下，形成于最大的输送单元体积的区域内。另一密封片，特别是满负荷输送情况下并因此偏心度最大的情况下，形成于最小的输送单元体积的区域内并也称为传动条。最好压力补偿连接装置，特别是端壁上的槽，将一个密封片上的至少一个腔与另一密封片上的至少一个腔相互连接。
压力补偿连接装置不将输送单元相互连接。它只将由在圆周方向上相邻的两个叶片与支承元件在转子体之间在转子体的轴向凸起的边缘的径向内部所形成的腔相互连接。转子的轴向凸起的边缘将腔和输送单元彼此密封。
由盖和/或底部形成的端壁上的槽优选与在盖和/或底部上形成的入口分离或密封。由盖和/或底部形成的端壁上的槽优选与盖和/或底部上形成的出口分离或密封。由盖和/或底部形成的端壁上的槽优选与盖和/或底部上的转子的轴承和/或传动轴分离或密封。特别是端壁上的槽不通入入口、不通入出口也不通入轴承；既不是在盖内，也不是在底部。最好端壁上的槽分布在入口及出口的径向内部以及轴承的径向外部。具有优点的是，槽在入口/出口与轴承之间径向分布。端壁上的槽具有优点地与入口、出口和轴承径向相距分布。
为径向移动容纳叶片，转子体可以具有叶片容纳部，它们包括各自一个里面引导叶片的缝隙区域和一个优选径向连接在缝隙区域上的底部区域，叶片在该底部区域内不受引导。底部区域形成叶片容纳部的径向内部区域并可以具有一种不同于缝隙区域缝隙形状的形状，例如是圆的。底部区域设置在转子体与端壁之间形成的轴向密封间隙的径向内部。它径向形成于在转子体与端壁之间形成的轴向密封间隙与轴承之间。端壁上的槽与叶片容纳部的底部区域分离或密封。槽最好不通入叶片容纳部的底部区域内。端壁上的槽具有优点地分布在叶片容纳部的底部区域的径向外部。端壁上的槽具有优点地径向分布在叶片容纳部的底部区域与在转子体和端壁之间形成的轴向密封间隙之间。
叶片容纳部的底部区域具有各自一个底部，其形成各自叶片容纳部的径向内部末端。端壁上的槽与叶片容纳部的底部在径向上最好相距。端壁上的槽在径向上具有优点地分布在叶片容纳部的底部的外部。端壁上的槽具有优点地在径向上分布在叶片容纳部的底部与在转子体和端壁之间形成的轴向密封间隙之间。
正如已经提到的那样，输送单元泵可以包括调节环，利用其可以改变叶轮泵的输送功率。调节环可以形成输送腔。如果叶轮泵包括调节环，那么调节环优选可以至少部分形成输送腔壁，叶片通过支承元件向其张紧。调节环可以是可以改变叶轮泵的输送体积的任何公知的装置，该装置不必具有环形形状。
叶轮泵特别是用于在汽车上使用。它作为汽车泵构成。叶轮泵最好用于供给液体，特别是润滑剂、冷却剂和/或操纵剂。它作为液体泵构成。叶轮泵最好用于供给、润滑和/或冷却汽车的驱动电动机或汽车变速器。最好液体作为油，特别是作为发动机润滑油或变速器油构成。叶轮泵可以作为汽车的发动机润滑剂泵构成或作为汽车的变速器泵构成。
附图说明
下面借助附图对依据本发明的叶轮泵的实施例做详细介绍。本发明的只能取自附图的基本特征构成本发明的范围。其中：
图1示出具有依据本发明的叶轮泵的串联泵的纵剖面图和细节图X；
图2示出叶轮泵的盖侧端壁的俯视图和纵剖面图；
图3示出叶轮泵的底侧端壁的俯视图和纵剖面图；
图4示出图1的纵剖面图和细节图Y；
图5示出叶片泵在缺少底侧端壁情况下的俯视图。
具体实施方式
图1示出具有叶轮泵1和另一个泵22的汽车串联泵的纵截面，这两个泵经由一个共同的传动轴传动。叶轮泵1可以构成为发动机润滑泵，另外的泵22可以构成为真空泵。本发明并不局限于串联泵中叶轮泵的设置。对于本发明的实施方式来说，作为串联泵的构成和另一泵22的构成并不重要。叶轮泵1毫无疑问地可以构成为一个独立的或非从属的泵，例如作为发动机润滑油泵。
叶轮泵1具有转子3、4，包括转子体3和由转子体3径向可移动地容纳的叶片4。转子3、4设置在输送腔2内。输送腔2包括输送腔壁21，它形成对于叶片4的径向外部叶片末端的止推面。叶轮泵1包括传动轴12，其抗扭地与转子3、4并与未详细示出的传动装置连接。通过传动装置，转子3、4环绕其旋转轴线受到传动。
叶轮泵1具有第一端壁5和第二端壁6，它们分别在一个端面上轴向限制输送腔2。第一端壁5由底部或底板形成。第二端壁6由盖或盖板形成。
转子体3的轴向末端罐状构成，从而转子体3在其轴向末端上各形成一个环形的轴向凸起的边缘33，如果转子3、4受到传动的话，则该边缘33停止在底侧端壁5的止推面51上或盖侧端壁6的止推面61上。转子体3第一轴向末端的轴向凸起边缘33与底侧端壁5的止推面形成轴向密封间隙31。转子体3第二轴向末端的轴向凸起边缘33与盖侧端壁6的止推面61形成轴向密封间隙32。通过罐状构成，转子体3在其轴向末端上各具有一个容纳室34，其被相应末端的轴向凸起的边缘33环绕。容纳室34用于容纳或设置用于支承叶片4的支承元件8。
叶轮泵1包括压力补偿连接装置10，它在所示的实施例中具有槽9，该槽形成于端壁5和端壁6的朝向转子体3的上面。
轴向密封间隙31、32将里面设置支承元件8的容纳室34密封。支承元件8与底侧端壁5形成轴向密封间隙81或与盖侧端壁6形成密封间隙82。支承元件8、转子体3、各两个在转子3、4的圆周方向上相邻的叶片4和各自的端壁5、6构成容纳室34内的腔18或转子内腔，其体积在转子3、4受传动的情况下周期性改变。压力补偿连接装置10的槽9将至少两个相邻的腔18相互连接，从而这些腔18之间进行压力补偿。槽9作为封闭的环形槽构成。它在流动上将所有腔18永久相互连接。但槽19也可以作为一个或多个圆弧段形成，从而仅选出的腔18相互连接。
叶轮泵1此外包括入口E，其分配给叶轮泵1的低压侧，流体通过该入口可以流入输送腔2。通过分配给叶轮泵1高压侧的出口A，流体可以再离开输送腔2。
图2以纵剖面图和俯视图示出盖侧端壁6，特别是端壁6的朝向转子3、4的上面。在图2中可以看出对于转子体3的止推面61、入口E、出口A和用于传动轴12的轴承11。此外还可以看出槽9，它形成于端壁6的朝向转子3、4的上面。
在俯视图中，此外可以看出具有最高点14的第一密封片13及具有最高点16的第二密封片15。槽9作为贯通的环形槽构成，它既不通入入口A、出口E内，也不通入轴承11内。压力补偿连接装置10在这里是槽9，在所示的实施例中将所有腔18相互连接。但槽9也可以作为一个或多个单独的圆段形成。圆段然后例如可以仅从密封片15的最高点16一直延伸到密封片13的最高点14。由此虽然未将所有的腔18相互连接，但将最小的腔18和最大的腔18相互连接，由此最小的腔18内并因此最强负荷的腔18上的压力可以得到卸载。
图3基本上示出与图2相同的内容，不同在于底侧端壁5的构成。因此与图2相同的特征参照对图2的说明。
图4示出具有调节环19的图1的叶轮泵，利用该调节环可以调节叶轮泵1的输送量。调节环19形成输送腔壁21。输送腔壁21形成对于叶片14径向外部叶片末端的止推面。叶轮泵1包括端壁6，在第一轴向末端上转子体3的轴向凸起的边缘33沿止推面61止挡于该端壁，还包括轴向相对的端壁5，在第二轴向末端上转子体3的轴向相对的、轴向凸起的边缘33沿止推面51止挡于该端壁。
细节图中示出轴向密封间隙31，转子体3的边缘33与端壁5朝向它的上面形成该密封间隙。容纳室34内设置支承元件8，它与转子体3和在转子体3、4的圆周方向上相邻的两个叶片4共同形成腔18，这些腔经由压力补偿连接装置10(这里是槽9)流体上相互连接，从而腔18之间进行压力补偿。
图5在视图中示出通过弹簧元件20将调节环19向转子3、4与调节环19之间最大偏心度的方向并因此满负荷输送时向叶轮泵1内预张紧。为调节调节环19并因此输送功率，调节环19在液压上可以通过调节腔内的调节压力而逆弹簧元件20的弹簧力调节。可以看出转子3、4带有轴向凸起的边缘33，该边缘33与底侧端壁5沿止推面51形成轴向密封间隙31。转子3、4包括叶片4，它们在调节环19的每个调节位置上由支承元件8压向或移向输送腔2的输送腔壁21。叶片4将输送腔2分成输送单元7，其中流体可以从入口E被输送到出口A。转子体3此外包括叶片容纳部41，该叶片容纳部包括缝隙区域42和具有底部17的底部区域43。
支承元件8、在转子3、4的圆周方向上相邻的两个叶片4和转子体3形成腔18，其体积在转子3、4转动时变化。图5的虚线内示出槽9形式的压力补偿连接装置10。槽9处于容纳室34内，其通过转子体3的轴向凸起的边缘33而在径向受到限制，而且是在叶片容纳部41底部区域43的外部。槽9不通入叶片容纳部41的底部区域43。它径向分布在轴向凸起的边缘33与底部区域43之间。
附图标记
1 叶轮泵
2 输送腔
21 输送腔壁
3 转子体
31 密封间隙
32 密封间隙
33 边缘
34 容纳室
4 叶片
41 叶片容纳部
42 缝隙区域
43 底部区域
5 端壁
51 止推面
6 端壁
61 止推面
7 输送单元
8 支承元件
81 密封间隙
82 密封间隙
9 槽
10 压力补偿连接装置
11 轴承
12 传动轴
13 密封片
14 最高点
15 密封片
16 最高点
17 底部
18 腔
19 调节环
20 弹簧元件
22 泵
A 出口
E 入口

Claims (10)

1.叶轮泵(1)，具有
输送腔(2)，其具有入口(E)和出口(A)，
设置在所述输送腔(2)内的转子(3、4)，其具有转子体(3)和以径向可移动的方式由所述转子体(3)容纳的叶片(4)，
端壁(5、6)，其在轴向端面上限制所述输送腔(2)，和
轴向设置在所述端壁(5、6)与所述转子体(3)之间的支承元件(8)，该支承元件将所述叶片(4)支承在其径向内部的叶片末端上，
其中，所述转子体(3)、所述支承元件(8)和各两个在所述转子(3、4)的圆周方向上相邻的叶片(4)形成腔(18)，所述腔的体积在所述转子(3、4)转动时变化，
其特征在于
压力补偿连接装置(10)，其将至少两个所述腔(18)相互流动连接。
2.按权利要求1所述的叶轮泵，其特征在于，转子体(3)与端壁(5、6)形成轴向密封间隙(31、32)，其中，压力补偿连接装置(10)形成于轴向密封间隙(31、32)的径向内部。
3.按权利要求1或2所述的叶轮泵，其中，压力补偿连接装置(10)在端壁(5、6)内具有至少一个槽(9)和/或在至少一个叶片(4)内具有至少一个槽和/或在至少一个叶片(4)内具有至少一个贯通孔和/或在支承元件(8)与端壁(5、6)之间具有加大的轴向密封间隙和/或在至少一个叶片(4)与端壁(5、6)之间具有加大的轴向密封间隙。
4.按权利要求3所述的叶轮泵，其中，槽(9)通过一个圆、一个圆弧段或多个单独的圆弧段形成，优选与转子(3、4)的旋转轴同心。
5.按权利要求3或4所述的叶轮泵，其中，槽(9)与入口(E)和/或出口(A)分离。
6.按权利要求3–5之一所述的叶轮泵，其特征在于用于传动转子(3、4)的传动轴(12)，其支承在至少一个轴承(11)内，其中，槽(9)与轴承(11)分离。
7.按权利要求3–6之一所述的叶轮泵，其特征在于，转子体(3)为了以径向可移动的方式容纳叶片(4)而具有叶片容纳部(41)，该叶片容纳部各自包括一个形成叶片容纳部(41)的径向内部末端的底部(17)，其中，槽(9)与叶片容纳部(41)的底部(17)在径向上相间隔。
8.按权利要求7所述的叶轮泵，其中，槽(9)分布在叶片容纳部(41)的底部(17)的径向外部。
9.按权利要求3–8之一所述的叶轮泵，其中，槽(9)至少基本上分布在支承元件(8)的径向外部。
10.按前述权利要求之一所述的叶轮泵，其特征在于，其作为汽车发动机润滑剂泵或作为汽车变速器泵而构成。
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