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Die
Erfindung betrifft eine Flügelzellenmaschine und insbesondere
eine Flügelzellenpumpe.
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Aus
der
DE 10 2004
009 840 A1 ist eine Flügelzellenpumpe bekannt,
die einen Rotor, mehrere in Radialschlitzen des Rotors geführte
Flügel und eine als Kurvenring bezeichnete Arbeitsraumaußenwand aufweist.
In stirnseitigen Seitenwänden dieser Flügelzellenpumpe
sind saug- und druckseitige Versorgungskanalmündungen vorgesehen,
durch welche ein Medium, das mit der Flügelzellenpumpe
gefördert wird, in die Arbeitskammern, die durch den Kurvenring,
den Rotor und die Flügel begrenzt werden, bei einer Rotation
des Rotors ein- bzw. austreten kann. Um im Betrieb eine dichte Anlage
der Flügel an dem Kurvenring zu gewährleisten,
sind an dem Rotor Hinterflügelkanäle ausgebildet,
die über eine Leitung an eine Druckquelle angeschlossen
sind. Die
DE 10 2004
009 840 A1 befasst sich im Detail mit der Optimierung der
Hinterflügelkanäle.
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Aus
der
DE 10 2005
048 602 A1 ist ferner eine Flügelzellenpumpe mit
einem Rotor, mehreren in Radialschlitzen des Rotors geführten
Flügel und einer als Außenring bezeichneten Arbeitsraumaußenwand
bekannt, bei der die Flügel an ihrer radialen Außenseite
in radialer Richtung in Schuhen geführt sind. Bei dieser
Flügelzellenpumpe sind durch Führungsräume
(Radialschlitze) in dem Rotor, in denen sich die Flügel
in radialer Richtung des Rotors nach der Art von Kolbenpumpen bewegen,
zweite Förderzellen gebildet, mit denen der Arbeitsraum
der Flügelzellenpumpe und damit deren Leistungsvermögen erhöht
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flügelzellenmaschine,
insbesondere eine Flügelzellenpumpe mit hoher Leistungsdichte
bei gleichzeitig einfacher Bauform zur Verfügung zu stellen.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Gemäß der
Erfindung ist bei einer Flügelzellenmaschine mit einer
Arbeitsraumaußenwand, einem Rotor und mehreren Flügeln,
die in dem Rotor in Führungsräumen in radialer
Richtung verlagerbar angeordnet sind, mindestens ein erstes Flügelführungselement
vorgesehen, welches eine erste äußere Führungsfläche
aufweist, an welcher sich innere erste Radialführungsabschnitte
der Flügel permanent abstützen. Das Flügelführungselement
bewirkt mit seiner permanenten Abstützung der Flügel,
dass permanent zwischen äußeren Stirnkanten der
Flügel und der Arbeitsraumaußenwand eine gute
Dichtwirkung besteht, so dass bei einfacher Bauform die Flügelzellenmaschine
eine hohe Leistungsdichte aufweist. Federelemente, welche die Flügel
in dem Führungsräumen nach außen vorspannen
und auch eine Druckbeaufschlagung der Flügel an ihrer Innenkante sind
somit entbehrlich. Die Dichtungswirkung besteht auch unabhängig
von der Drehzahl, obgleich eine hohe Drehzahl und die damit verbundenen
Fliehkräfte die Dichtwirkung erhöhen.
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Grundsätzlich
ist es möglich, eine Flügelzellenmaschine mit
nur einem Flügelführungselement auszurüsten,
denn stirnseitige Führungswände der Flügelzellenmaschine
verhindern mit ihrer Führung ein Kippen der Flügel.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung ist jedoch ein zweites Flügelführungselement
vorgesehen, welches eine äußere zweite Führungsfläche
aufweist, an welcher sich innere zweite Radialführungsabschnitte
der Flügelzellen permanent abstützen. Durch eine
solche, an zwei Punkten erfolgende Abstützung, welche vorzugsweise
symmetrisch zu einer Mittenebene der Flügel ausgebildet
ist, lässt sich eine verbesserte Abdichtung und damit eine
höhere Leistungsdichte erreichen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens
eine erste und/oder das zweite Flügelführungselement
als flache Scheibe oder als flacher Ring ausgebildet. Bei einer
solchen Ausgestaltung ist die Flügelzellenmaschine besonders
einfach herstellbar.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens
das eine erste und/oder das zweite Flügelführungselement
als Dichtabschluss für die Führungsräume
ausgebildet. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es im Zusammenwirken
mit entsprechenden Versorgungskanalmündungen möglich,
die Flügelhubräume, also die Räume, in
denen sich die Flügel in radialer Richtung des Rotors nach
Art von Kolbenpumpen bewegen, als Fördervolumen zu verwenden,
um die Leistungsdichte einer Flügelzellenmaschine zu erhöhen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotor der
Flügelzellenmaschine fliegend gelagert, womit sich insbesondere ein
als flache Scheibe ausgebildetes Flügelführungselement,
welches als axialer Dichtabschluss für die Führungsräume
ausgebildet ist, besonders einfach herstellen und anordnen lässt.
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Gemäß einer
weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die
Flügelzellenmaschine als Flügelzellenpumpe, insbesondere
als Schmierölpumpe einer Brennkraftmaschine ausgebildet.
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Die
gemäß der Erfindung vorgesehene Führung
der Flügel lässt sich auch auf Treibschieberpumpen übertragen,
so dass auch für Treibschieberpumpen, deren Flügel
(Treibschieber) gemäß der Erfindung geführt
sind, Schutz beansprucht wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung
im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
als Flügelzellenpumpe ausgeführte Flügelzellenmaschine
mit sieben Flügeln gemäß einer besonders
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit abgenommener
Seitenwand in perspektivischer Darstellung,
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2 eine
Ansicht auf eine Flügelzellenpumpe mit fünf Flügeln
entsprechend der Flügelzellenpumpe in 1 mit
abgenommenem Flügelführungselement und weggelassenem
Gehäuse,
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Schnittes gemäß der
Linie III-III in 2 und
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4 einen
Flügel der Flügelzellenpumpen in den 1 bis 3 in
perspektivischer Darstellung.
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Die
in 1 gezeigte Flügelzellenpumpe 100 mit
sieben Flügeln gemäß einer besonders
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein Gehäuse 102 auf,
welches blockartig mit einer ersten Stirnwand 104 und mit
Umfangswänden 106 ausgebildet ist. Das Gehäuse 102 ist
mittels eines Deckels (nicht gezeigt) verschlossen, wobei der Deckel
mit den Umfangswänden 106 verschraubt ist. Dazu
sind in den Umfangswänden 106 vier Durchgangsbohrungen
oder Gewindebohrungen 108 ausgebildet.
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Da
sich die Flügelzellenpumpen in den 1 und 2 nur
in der Anzahl der Flügel und korrespondierend damit der
Rotorform unterscheiden, werden für beide Varianten die
gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Im
Innern des Gehäuses 102 ist eine Arbeitsraumaußenwand 110 in
Richtung des Doppelpfeils V verschiebbar angeordnet. Ferner befinden
sich im Innern des Gehäuses 102 ein Rotor 112,
an dem Rotor 112 radial in Führungsräumen 114 des
Rotors 112 geführte Flügel 116 sowie
ein Flügelführungselement 118.
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Der
Rotor 112 weist einen Führungskörper 120 auf
(2), welcher auf eine Antriebsachse 122 aufgesteckt
ist, wobei der Führungskörper 120 und die
Antriebsachse 122 zu einer Rotorachse 124 koaxial
ausgerichtet sind. Die Antriebsachse 122 ist fliegend gelagert.
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Der
Führungskörper 120 des Rotors 112 ist nach
Art einer dickwandigen Walze gefertigt, wobei an seinem Umfang in
gleichem Winkelabstand voneinander beispielsweise sieben bzw. fünf
Führungsräume 114 als zentral auf die
Rotorachse 124 hin ausgerichtete Schlitze ausgebildet sind.
Im Bereich der umfangsseitigen Enden der Führungsräume 114 weist
der Führungskörper 120 nach radial außen
vorstehende, sich in Richtung der Rotorachse 124 erstreckende,
paarweise angeordnete Rippen 126, 128 auf, welche
die Führungsräume 114 in radialer Richtung
verlängern und gleichzeitig bewirken, dass die zwischen
den Flügeln 116, der Arbeitsraumaußenwand 110 sowie
dem Führungskörper 120 gebildeten Arbeitsräume 130 stets
ein Minimalvolumen aufweisen.
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In
axialer Richtung stützt sich der Rotor 112 an
Innenflächen 132 der Stirnwände 104 ab,
wobei von diesen Stirnwänden in 2 nur die
erste Stirnwand 104 gezeigt ist.
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Die
Flügel 116 sind – wie insbesondere in 4 gezeigt – im
Wesentlichen quaderförmige Blättchen, deren gegenüberliegende
Gleitflächen 134, 136 in zueinander parallelen
Ebenen ausgebildet sind. An ihrer äußeren Stirnkante 138 sind
die Flügel 116 gerundet, so dass ein Abschnitt
einer Zylindermantelfläche 140 gebildet ist. Der
Radius dieser Zylindermantelfläche 140 ist kleiner
oder gleich dem Radius der Innenfläche 142 der
Arbeitsraumaußenwand 110. An ihrer radial inneren
Stirnkante 144 sind die Flügel angefasst, um ein
Einsetzen in den Führungskörper 120 zu
erleichtern.
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An
einer ihrer beiden, einander in Achsrichtung gegenüberliegenden
Stirnkanten 146 weisen die Flügel 116 eine
Ausklinkung 148 auf, wobei durch diese Ausklinkung 148 an
jedem Flügel 116 ein innerer, erster Radialführungsabschnitt 150 gebildet
ist. Mit diesem Radialführungsabschnitt 150 stützen
sich die Flügel 116 an dem Flügelführungselement 118 an dessen
erster, äußerer Führungsfläche 152 ab.
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Das
Flügelführungselement 118 ist bei der besonders
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine ungelochte
Kreisscheibe, welche in einem Gleitraum 154 aufgenommen
ist. Der Gleitraum 154 ist in dem Führungskörper 120 gegenüber
einer Stirnseite 156 nach innen zurückversetzt
angeordnet, wobei die radiale Erstreckung dieses Gleitraumes 154 es
ermöglicht, dass das Flügelführungselement 118 relativ
zu dem Rotor 112 eine exzentrische Bewegung erfährt.
Insbesondere aus 1 erschließt sich,
dass der Innenradius der Arbeitsraumaußenwand 110 gleich
der Summe des Radius des Flügelführungselementes 118 und
der Tiefe T (4) der Flügel 116 im
Bereich des Radialführungsabschnittes 150 ist,
wobei nur der Vollständigkeit halber erwähnt ist,
dass alle Flügel 116 untereinander gleich ausgestaltet
sind.
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Wird
der Rotor 112 in Richtung des Pfeiles R (2)
gedreht, wird auf einer Saugseite 158 der Flügelzellenpumpe ein
Medium angesaugt, wobei die dafür vorgesehenen saugseitigen
Versorgungskanalmündungen 160 in der ersten Stirnwand 104 angeordnet
sind. Bezüglich des Rotors 112 befindet sich die
erste Stirnwand 104 dem Flügelführungselement 118 stirnseitig
gegenüberliegend. In der ersten Stirnwand 104 ist
darüber hinaus eine zweite saugseitige Versorgungskanalmündung 162 ausgebildet, über welche
die Flügelhubräume 164, die durch die
Innenwände der Führungsräume 114 und
die inneren Stirnkanten 144 der Flügel 116 gebildet
sind mit einem Medium versorgt werden. Das Flügelführungselement 118 wirkt
auf der den Versorgungskanalmündungen 160, 162 gegenüberliegenden
Seite des Führungskörpers 120 als Dichtabschluss
für die Flügelhubräume 164.
In entsprechender Weise sind auch auf der Druckseite 166 Versorgungskanalmündungen
(nicht gezeigt) vorgesehen.
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Es
sei noch erwähnt, dass die Lage der zentralen Achse der
Arbeitsraumaußenwand 110 relativ zu der Rotorachse 124 durch
eine Druckbeaufschlagung von Verstellräumen 168, 170 bestimmt
wird, wobei diese Verstellräume 168, 170 zwischen
gegenüberliegenden Umfangswänden 106 des
Gehäuses 102 und der Arbeitsraumaußenwand 110 gebildet sind
und über Verstelldruckleitungen 172 mit einem Druckmittel
versorgt werden.
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Abschließend
sei noch einmal darauf hingewiesen, dass mit der Erfindung in besonders
einfacher Art und Weise die Flügelhubräume 164 als
zusätzliches Fördervolumen genutzt werden können. Bei
der Erfindung ist ein Kurzschluss der Flügelhubräume
ausgeschlossen. Die besonders einfache Bauform wird bei der besonders
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch die einseitige
radiale Führung der Flüge 116 über
das Flügelführungselement 118 in Kombination
mit der gegenseitigen axialen Führung der Flügel 116 über
das Gehäuse 102 besonders gefördert,
wobei die Flügelhubräume 164 über
das Flügelführungselement 118 axial abgedichtet
sind.
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Insgesamt
ergeben sich dadurch bei der besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besonders geringe Fertigungs- und Montagekosten, insbesondere
durch den Entfall eines Entführungsringes und einer Wellenlagerung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004009840
A1 [0002, 0002]
- - DE 102005048602 A1 [0003]