DE102007061833A1 - Flügelzellenmaschine - Google Patents

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Thomas Dipl.-Ing. Fischer
Jan Herre
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    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/30Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenmaschine und insbesondere eine Flügelzellenpumpe (100). Um eine Flügelzellenmaschine mit hoher Leistungsdichte bei gleichzeitig einfacher Bauform zur Verfügung zu stellen, ist gemäß der Erfindung mindestens ein erstes Flügelführungselement (118) vorgesehen, welches eine erste äußere Führungsfläche (152) aufweist, an welcher sich innere erste Radialführungsabschnitte (150) der Flügel (116) permanent abstützen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenmaschine und insbesondere eine Flügelzellenpumpe.
  • 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.
  • 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.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flügelzellenmaschine, insbesondere eine Flügelzellenpumpe mit hoher Leistungsdichte bei gleichzeitig einfacher Bauform zur Verfügung zu stellen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Flügelzellenmaschine als Flügelzellenpumpe, insbesondere als Schmierölpumpe einer Brennkraftmaschine ausgebildet.
  • 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.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine als Flügelzellenpumpe ausgeführte Flügelzellenmaschine mit sieben Flügeln gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit abgenommener Seitenwand in perspektivischer Darstellung,
  • 2 eine Ansicht auf eine Flügelzellenpumpe mit fünf Flügeln entsprechend der Flügelzellenpumpe in 1 mit abgenommenem Flügelführungselement und weggelassenem Gehäuse,
  • 3 eine perspektivische Ansicht eines Schnittes gemäß der Linie III-III in 2 und
  • 4 einen Flügel der Flügelzellenpumpen in den 1 bis 3 in perspektivischer Darstellung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102004009840 A1 [0002, 0002]
    • - DE 102005048602 A1 [0003]

Claims (7)

  1. Flügelzellenmaschine, mit einer Arbeitsraumaußenwand (110), einem Rotor (112) und mehreren Flügeln (116), die in dem Rotor (112) in Führungsräumen (114) in radialer Richtung verlagerbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erstes Flügelführungselement (118) vorgesehen ist, welches eine erste äußere Führungsfläche (152) aufweist, an welcher sich innere erste Radialführungsabschnitte (150) der Flügel (116) permanent abstützen.
  2. Flügelzellenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Flügelführungselement vorgesehen ist, welches eine äußere zweite Führungsfläche aufweist, an welcher sich innere zweite Radialführungsabschnitte der Flügel permanent abstützen.
  3. Flügelzellenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste und/oder das zweite Flügelführungselement (118) als flache Scheibe oder als flacher Ring ausgebildet ist.
  4. Flügelzellenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste und/oder das zweite Flügelführungselement (118) als axialer Dichtabschluss für die Führungsräume ausgebildet ist.
  5. Flügelzellenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (112) fliegend gelagert ist.
  6. Flügelzellenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung des Arbeitsvolumens die Arbeitsraumaußenwand (110) in einem Gehäuse (102) in Bezug auf die Rotorachse (124) verlagerbar angeordnet ist.
  7. Flügelzellenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelzellenmaschine als Flügelzellenpumpe (100), insbesondere als Schmierölpumpe einer Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
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