DE102008042564A1

DE102008042564A1 - Förderaggregat

Info

Publication number: DE102008042564A1
Application number: DE200810042564
Authority: DE
Inventors: Thomas Steidten; Ingo Samerski; Ingo Nowitzky; Niccolo Haegele; Jens Schrader; Guido Daimer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2010-04-08
Also published as: WO2010037620A3; EP2331822A2; BRPI0920534A2; WO2010037620A2; US20110186158A1; CN102171457B; CN102171457A

Abstract

Es sind schon Förderaggregate bekannt, mit einem Antriebsrotor und einem vom Antriebsrotor angetriebenen Abtriebsrotor, die in einem Gehäuse gelagert sind, über jeweils eine Stirnverzahnung kämmend zusammenwirken und Fluid über zumindest einen Einlass ansaugen und über einen Auslass ausdrücken, wobei der Einlass und der Auslass durch zwei Trennstege voneinander getrennt sind. Zur Regelung des Durchsatzes durch das Förderaggregat kann beispielsweise eine Drehzahlregelung oder eine Bypassregelung oder bei Gasen eine Saugdrosselung erfolgen. Eine Drehzahlregelung ist energetisch effizient, aber sehr teuer, da ein drehzahlregelbarer Elektromotor verwendet werden muss. Bei der Bypassregelung wird das Fluid von dem Auslass über einen Bypass zurück zum Einlass gefördert, was jedoch energetisch ungünstig und mit hydraulischen Verlusten verbunden ist. Das erfindungsgemäße Förderaggragat wird derart verbessert, dass einlassseitig der Durchsatz sehr einfach und mit wenig hydraulischen Verlusten steuerbar und auslassseitig im Fall der Förderung von Gasen die innere Kompression einstellbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest einer der Trennstege (9, 10) zumindest eine Steueröffnung (12) hat, deren Öffnungsquerschnitt mit einem Steuerschieber (13) steuerbar ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Förderaggregat nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein Förderaggregat aus der DE 10 2004 026 048 A1 bekannt, mit einem Antriebsrotor und einem vom Antriebsrotor angetriebenen Abtriebsrotor, die in einem Gehäuse gelagert sind, über jeweils eine Stirnverzahnung kämmend zusammenwirken und Fluid über zumindest einen Einlass ansaugen und über einen Auslass ausdrücken, wobei der Einlass und der Auslass durch zwei Trennstege voneinander getrennt sind. Zur Regelung des Durchsatzes durch das Förderaggregat kann beispielsweise eine Drehzahlregelung oder eine Bypassregelung oder bei Gasen eine Saugdrosselung erfolgen. Eine Drehzahlregelung ist energetisch effizient, aber sehr teuer, da ein drehzahlregelbarer Elektromotor verwendet werden muss. Bei der Bypassregelung wird das Fluid von dem Auslass über einen Bypass zurück zum Einlass gefördert, was jedoch energetisch ungünstig und mit hydraulischen Verlusten verbunden ist.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Förderaggregat mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass einlassseitig der Durchsatz sehr einfach und mit wenig hydraulischen Verlusten steuerbar und auslassseitig im Fall der Förderung von Gasen die innere Kompression steuerbar ist, indem zumindest einer der Trennstege zumindest eine Steueröffnung hat, deren Öffnungsquerschnitt mit einem Steuerschieber steuerbar ist. Die erfindungsgemäße Ausführung benötigt für die Volumenstromregelung im Vergleich zum Stand der Technik weniger Bauraum, ist kostengünstiger und energieeffizienter.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Förderaggregates möglich.
Zwischen den Stirnverzahnungen der Rotoren sind Arbeitskammern gebildet, deren Volumen im Bereich des Einlasses in Drehrichtung zunimmt und deren Volumen im Bereich des Auslasses in Drehrichtung abnimmt, wobei das maximale Volumen der Arbeitskammern an einer ersten Übergangsstelle im Bereich eines ersten Trennstegs und das minimale Volumen an einer zweiten Übergangsstelle im Bereich eines zweiten Trennstegs gebildet ist.
Gemäß einer ersten Ausführung ist zumindest eine mit der Einlassseite verbundene Steueröffnung in einem Bereich des ersten Trennstegs angeordnet, der in Drehrichtung hinter der ersten Übergangsstelle liegt, da die jeweiligen Arbeitskammern auf diese Weise variabel über die Stelle ihres maximalen Volumens hinaus mit dem Einlass strömungsverbunden sind. Wenn das Volumen der Arbeitskammern schon abnimmt und diese noch über die Steueröffnung dem Einlass strömungsverbunden sind, wird ein Teil des angesaugten Fluids der Arbeitskammern wieder in den Einlass zurückgeschoben. Dadurch nimmt die geförderte Masse pro Umdrehung ab.
Gemäß einer zweiten Ausführung ist zumindest eine mit der Auslassseite verbundene Steueröffnung in einem Bereich des ersten Trennstegs angeordnet, der in Drehrichtung hinter der ersten Übergangsstelle liegt, da auf diese Weise die innere Verdichtung des Förderaggregates steuerbar ist.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt im Schnitt ein Förderaggregat, bei dem die Erfindung angewendet werden könnte,
2 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotorgehäuses nach 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine dreidimensionale Ansicht des Rotorgehäuses nach 1 und 2 und
4 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotorgehäuses nach 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt im Schnitt ein Förderaggregat, bei dem die Erfindung angewendet werden könnte. Das Förderaggregat 1 hat einen Antriebsrotor 2 und einem vom Antriebsrotor 2 angetriebenen Abtriebsrotor 3, die beide in einem Rotorgehäuse 4 gelagert sind. Der Antriebsrotor 2 wird von einem Motor 5, beispielsweise einem Elektromotor, über eine Antriebswelle angetrieben. Die beiden Rotoren 2, 3 haben jeweils eine Stirnverzahnung 6, beispielsweise eine zykloidische Stirnverzahnung, die kämmend miteinander zusammenwirken und Fluid über zumindest einen Einlass 7 im Rotorgehäuse 4 ansaugen und über einen Auslass 8 im Rotorgehäuse 4 nach dem Verdrängerprinzip ausdrücken. Zwischen den Stirnverzahnungen 6 der Rotoren 2, 3 sind Arbeitskammern 14 gebildet. Die Drehachsen der beiden Rotoren 2, 3 verlaufen schräg zueinander, schließen also einen Winkel ungleich 180 Grad ein, so dass das Volumen der Arbeitskammern 14 während einer Umdrehung des Antriebsrotors 2 abwechselnd zu- und abnimmt. Am Einlass 7 nimmt das Volumen der Kammern 14 in Drehrichtung zu und am Auslass 8 in Drehrichtung ab, so dass Fluid am Einlass in die Arbeitskammern 14 angesaugt und am Auslass aus den Arbeitskammern 14 ausgedrückt wird. Das Rotorgehäuse 4 ist von einem Pumpengehäuse 15 umgeben. Der Einlass 7 und der Auslass 8 des Rotorgehäuses 4 sind innerhalb des Pumpengehäuses 15 gegeneinander abgedichtet, beispielsweise mittels von Trennwandungen 16, 17 oder sonstigen Dichtmitteln. Die Trennwandungen 16, 17 liegen beispielsweise im Bereich der Trennstege 9, 10.
Zum Fördern von Flüssigkeiten müssen die Arbeitskammern 14 entweder mit dem Einlass 7 oder dem Auslass 8 strömungsverbunden sein, damit keine geschlossenen Kammern 14 entstehen, in denen die inkompressible Flüssigkeit durch die Volumenverkleinerung der Kammern 14 komprimiert wird und ein unzulässig hoher Überdruck entsteht, der das Förderaggregat beschädigen könnte. Im Stand der Technik sind die Rotoren 2, 3 auch so gelagert, dass sie bei einem vorbestimmten Überdruck derart auseinandergedrückt werden, dass der Überdruck durch Kurzschluss mit den benachbarten Arbeitskammern abgebaut wird. Bei der Förderung von Gasen sind geschlossene Arbeitskammern 14 zulässig, da Gase kompressibel sind und eine sogenannte innere Kompression innerhalb der geschlossenen Kammern 14 erwünscht ist.
2 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotorgehäuses nach 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Bei der Ansicht nach 2 sind die gegenüber der Ansicht nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der Einlass 7 und der Auslass 8 sind in Umfangsrichtung des Rotorgehäuses 4 durch zwei Trennstege 9, 10 voneinander getrennt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest einer der Trennstege 9, 10 zumindest eine Steueröffnung 12 hat, deren Öffnungsquerschnitt mit einem beweglich gelagerten Steuerschieber 13 veränderbar ist. Beispielsweise sind mehrere Steueröffnungen 12 in Drehrichtung der Rotoren 2, 3 hintereinander angeordnet. Die Steueröffnung 12 ist eine beispielsweise schlitzförmige Durchgangsöffnung. Der Steuerschieber 13 ist beispielsweise elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch verstellbar und wirkt mit der zumindest einen Steueröffnung 12 öffnend oder schließend zusammen. Eine vom Steuerschieber 13 nicht voll überdeckte Steueröffnung 12 ist mit dem Einlass 7 bzw. dem Auslass 8 strömungsverbunden und mündet abhängig von der Position der Rotoren in eine der Arbeitskammern 14. Der Steuerschieber 13 kann in oder entgegen der Drehrichtung der Rotoren 2, 3 und/oder axial bezüglich einer der Drehachsen verstellbar sein.
Das maximale Volumen der Arbeitskammern 14 ist an einer ersten Übergangstelle A im Bereich des ersten Trennstegs 9 und das minimale Volumen an einer zweiten Übergangsstelle B im Bereich des zweiten Trennstegs 10 gebildet. Die Trennstege 9, 10 decken einen vorbestimmten Winkelbereich um die Übergangsstellen A, B herum ab. In Drehrichtung gesehen von der ersten Übergangsstelle A zur zweiten Übergangsstelle B nimmt das Volumen der Kammern 14 ab und von der zweiten Übergangsstelle B zur ersten Übergangsstelle A zu.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die zumindest eine Steueröffnung 12 an dem ersten Trennsteg 9 in Drehrichtung der Rotoren 2, 3 gesehen derart vor der Trennwandung 16 angeordnet, dass sie im geöffneten Zustand mit dem Einlass 7 strömungsverbunden ist. Außerdem ist die zumindest eine Steueröffnung 12 beispielsweise derart angeordnet, dass sie in einem Bereich des ersten Trennstegs 9 liegt, der in Drehrichtung hinter der ersten Übergangsstelle A liegt. Auf diese Weise können die jeweiligen Arbeitskammern 14 abhängig von der Position des Steuerschiebers 13 variabel über die erste Übergangsstelle A hinaus über die Steueröffnung 12 mit dem Einlass 7 verbunden sein, so dass durch die Volumenverkleinerung der jeweiligen Arbeitskammer 14 wieder ein Teil des angesaugten Fluids der Arbeitskammer 14 in den Einlass 7 zurückgeschoben wird. Durch das „späte” Schließen des Einlasses 7 nimmt die geförderte Masse pro Umdrehung ab, wodurch eine einfache und energieeffiziente Volumenstromsteuerung auf der Einlassseite erreicht ist.
Für die Förderung von Gasen kann die zumindest eine Steueröffnung 12 alternativ auch in Drehrichtung der Rotoren 2, 3 vor der ersten Übergangsstelle A am ersten Trennsteg 9 ausgebildet sein. Bei dieser alternativen Ausführung erfolgt die Volumenstromregelung über das „frühe” Schließen der Arbeitskammern 14 am Einlass 7, wodurch die Arbeitskammern 14 nicht vollständig gefüllt werden und die hydraulischen Drosselverluste im Vergleich zum „späten” Schließen des Einlasses 7 verringert werden. Selbstverständlich können für diesen Fall auch eine oder meherere Steueröffnungen 12 in Drehrichtung vor der ersten Übergangsstelle A und eine oder meherere Steueröffnungen 12 hinter der ersten Übergangsstelle A vorgesehen sein.
3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Rotorgehäuses nach 1 und 2. Bei der Ansicht nach 3 sind die gegenüber der Ansicht nach 1 und 2 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
4 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotorgehäuses nach 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei der Ansicht nach 4 sind die gegenüber der Ansicht nach 1 bis 3 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die zumindest eine Steueröffnung 12 auch an dem ersten Trennsteg 9 angeordnet, jedoch ist diese im geöffneten Zustand mit dem Auslass 8 strömungsverbunden, indem sie an dem ersten Trennsteg 9 in Drehrichtung gesehen hinter der Trennwandung 16 ausgebildet ist. Bei der zweiten Ausführung wird mittels der Steueröffnungen 13 nicht der Volumenstrom, sondern die innere Verdichtung gesteuert und dadurch ein energetisch optimaler Betrieb des Förderaggregates erreicht. Wegen der inneren Verdichtung ist die zweite Ausführung nur für die Förderung von Gasen geeignet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004026048 A1 [0001]

Claims

Förderaggregat mit einem Antriebsrotor und einem vom Antriebsrotor angetriebenen Abtriebsrotor, die in einem Rotorgehäuse gelagert sind, über jeweils eine Stirnverzahnung kämmend zusammenwirken und Fluid über zumindest einen Einlass ansaugen und über einen Auslass ausdrücken, wobei der Einlass und der Auslass durch zwei Trennstege voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Trennstege (9, 10) zumindest eine Steueröffnung (12) hat, deren Öffnungsquerschnitt mit einem Steuerschieber (13) steuerbar ist.
Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Stirnverzahnungen (6) der Rotoren (2, 3) Arbeitskammern (14) gebildet sind, deren Volumen am Einlass (7) in Drehrichtung zunimmt und deren Volumen am Auslass (8) in Drehrichtung abnimmt, wobei das maximale Volumen der Arbeitskammern (14) an einer ersten Übergangsstelle (A) im Bereich eines ersten Trennstegs (9) und das minimale Volumen an einer zweiten Übergangsstelle (B) im Bereich eines zweiten Trennstegs (10) gebildet ist.
Förderaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Steueröffnung (12) in einem Bereich des ersten Trennstegs (9) angeordnet ist, der in Drehrichtung der Rotoren (2, 3) gesehen vor und/oder hinter der ersten Übergangsstelle (A) liegt.
Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (13) elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch verstellbar ist.
Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (13) in oder entgegen der Drehrichtung der Rotoren (2, 3) verstellbar ist.