DE102009056010B4

DE102009056010B4 - Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE102009056010B4
Application number: DE102009056010.6A
Authority: DE
Inventors: Theodor Hüser; Alexander Rüther; Udo Schubert
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: WO2011064281A2; CN102667161A; WO2011064281A3; US9429155B2; DE102009056010A1; CN102667161B; US20130045126A1

Abstract

Flügelzellenpumpe (1), umfassend- eine elektrische Pumpeinheit, die eine Pumpenkammer (2), in die ein Fluid ein- und ausströmen kann, sowie einen Rotor (7) mit einer Anzahl von Schiebern (8), die verschiebbar in dem Rotor (7) angeordnet sind und mittels derer das Fluid vor dem Herausströmen aus der Pumpenkammer (2) verdichtet werden kann, aufweist und- ein Schalldämpfermittel (10), in das das Fluid nach dem Hindurchtritt durch die Pumpenkammer (2) hineinströmen kann und das eine Schalldämpferkappe (14) umfasst, die an einem Teil der Pumpenkammer (2) angebracht ist und ein Schalldämpfervolumen definiert, wobei innerhalb des Schalldämpfervolumens ein Vorschalldämpfermittel (16) mit mindestens einem Vorschalldämpferauslass (18), aus dem das Fluid ausströmen kann, angeordnet ist, wobei der Vorschalldämpferauslass (18) einen sich in Ausströmrichtung des Fluids verjüngenden Querschnittsverlauf aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnittsverlauf des Vorschalldämpferauslasses (18) in Ausströmrichtung des Fluids zumindest abschnittsweise eine sich verjüngende ovale Kontur aufweist, und dass das Vorschalldämpfermittel (16) eine Vorschalldämpferhülse (17) aufweist, an der der Vorschalldämpferauslass (18) ausgebildet ist oder die mit dem Vorschalldämpferauslass (18) strömungstechnisch verbunden ist, wobei sich die Vorschalldämpferhülse (17) innerhalb des Schalldämpfervolumens zwischen einer Abdeckplatte (5) der Pumpenkammer (2) und der Schalldämpferkappe (14) erstreckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe, umfassend eine elektrische Pumpeinheit, die eine Pumpenkammer, in die ein Fluid ein- und ausströmen kann, sowie einen Rotor mit einer Anzahl von Schiebern, die verschiebbar in dem Rotor angeordnet sind und mittels derer das Fluid vor dem Herausströmen aus der Pumpenkammer verdichtet werden kann, aufweist und ein Schalldämpfermittel, in das das Fluid nach dem Hindurchtritt durch die Pumpenkammer hineinströmen kann und das eine Schalldämpferkappe umfasst, die an einem Teil der Pumpenkammer angebracht ist und ein Schalldämpfervolumen definiert, wobei innerhalb des Schalldämpfervolumens ein Vorschalldämpfermittel mit mindestens einem Vorschalldämpferauslass, aus dem das Fluid ausströmen kann, angeordnet ist, wobei der Vorschalldämpferauslass einen sich in Ausströmrichtung des Fluids verjüngenden Querschnittsverlauf aufweist.
Flügelzellenpumpen, die häufig auch als Drehschieberpumpen bezeichnet werden, sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Ausführungsformen bereits bekannt. Beispiele für Flügelzellenpumpe liefern die DE 100 24 699 A1 , die DE 199 36 644 B4 , die DE 10 2006 058 977 A1 , die DE 10 2006 058 978 A1 , die DE 10 2006 058 979 A1 , die US 4 747 761 A , die DE 42 39 575 A1 , die WO 03/046384 A1 sowie die DE 10 2006 058 980 A1 .
Um die Geräusche, die während des Betriebs der Flügelzellenpumpe auftreten, dämpfen zu können, wird bei den aus dem Stand der Technik bekannten Flügelzellenpumpen ein Schalldämpfermittel eingesetzt, das insbesondere durch eine Schalldämpferkappe gebildet sein kann, die an einem Teil der Flügelzellenpumpe (insbesondere an einer Montageplatte) befestigt ist und zusammen mit einem Teil des Pumpenrings ein Schalldämpfervolumen definiert. Das Fluid strömt nach dem Hindurchtritt durch den Pumpenring, innerhalb dessen es verdichtet wird, zunächst in das Schalldämpfervolumen ein und verlässt die Flügelzellenpumpe nach dem Durchströmen des Schalldämpfervolumens durch (mindestens) eine Fluidaustrittsöffnung, die strömungstechnisch mit dem Schalldämpfervolumen in Verbindung steht.
Um das Geräuschniveau während des Betriebs der Flügelzellenpumpe weiter abzusenken, ist es aus dem Stand der Technik ferner bekannt, ein zusätzliches Vorschalldämpfermittel zu verwenden, das insbesondere innerhalb des Schalldämpfervolumens angeordnet sein kann und einen Vorschalldämpferauslass aufweist, aus dem das Fluid herausströmen kann. Das innerhalb der Pumpenkammer verdichtete Fluid strömt zunächst aus der Pumpenkammer in das Vorschalldämpfermittel ein, durchströmt dieses und tritt durch den Vorschalldämpferauslass heraus und strömt in das verbleibende Schalldämpfervolumen ein. Anschließend verlässt das Fluid die Flügelzellenpumpe durch (mindestens) eine Fluidauslassöffnung, die strömungstechnisch mit dem Schalldämpfervolumen in Verbindung steht.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorschalldämpfermittel weisen einen schlitzartigen Vorschalldämpferauslass auf, durch den das Fluid beim Verlassen des Vorschalldämpfermittels hindurchtreten muss. Strömungstechnisch liegt ein Querschnittssprung von einem großen Strömungsquerschnitt innerhalb des Vorschalldämpfermittels hin zu einem erheblich kleineren Strömungsquerschnitt beim Durchströmen des schlitzförmigen Vorschalldämpferauslasses vor. Es hat sich gezeigt, dass sich eine derartige Gestaltung des Vorschalldämpferauslasses negativ auf die Leistung der Flügelzellenpumpe auswirkt. Das Geräuschniveau der Flügelzellenpumpe ist zwar geringer als bei Flügelzellenpumpen, die kein zusätzliches Vorschalldämpfermittel aufweisen. Die Geometrie des Vorschalldämpferauslasses mit einem Querschnittssprung von einem großen Strömungsquerschnitt hin zu einem kleinen Strömungsquerschnitt, der durch die schlitzförmige Gestaltung des Vorschalldämpferauslasses bedingt ist, führt zu einer spürbaren Leistungsdrosselung der Flügelzellenpumpe.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe, eine Flügelzellenpumpe der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die einen geräuscharmen Betrieb ohne eine damit verbundene Leistungsdrosselung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Flügelzellenpumpe der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass dass der Querschnittsverlauf des Vorschalldämpferauslasses in Ausströmrichtung des Fluids zumindest abschnittsweise eine sich verjüngende, ovale - insbesondere elliptische - Kontur aufweist. Überraschend hat es sich gezeigt, dass bei einer derartigen Gestaltung des Vorschalldämpferauslasses während des Betriebs der Flügelzellenpumpe keine wahrnehmbaren Leistungsverluste auftreten. Um die Vorschalldämpfung effizient zu gestalten, zeichnet sich die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe ferner dadurch aus, dass das Vorschalldämpfermittel eine Vorschalldämpferhülse aufweist, an der der Vorschalldämpferauslass ausgebildet ist oder die mit dem Vorschalldämpferauslass strömungstechnisch verbunden ist, wobei sich die Vorschalldämpferhülse innerhalb des Schalldämpfervolumens zwischen einer Abdeckplatte der Pumpenkammer und der Schalldämpferkappe erstreckt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Vorschalldämpferauslass einen sich in Ausströmrichtung des Fluids kontinuierlich verjüngenden Querschnittsverlauf aufweist. Dadurch wird auf besonders vorteilhafte Weise erreicht, dass im Bereich des Vorschalldämpferauslasses keinerlei Querschnittssprünge beziehungsweise Stufen im Querschnittsverlauf vorhanden sind.
Vorzugsweise kann die Vorschalldämpferhülse schlauchartig ausgebildet sein.
Um die Schalldämpfungswirkung weiter zu erhöhen, wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Vorschalldämpferhülse aus einem schalldämmenden Material, insbesondere aus Gummi, besteht.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

1 einen Längsschnitt durch eine Flügelzellenpumpe gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 einen Schnitt durch die Flügelzellenpumpe entlang der Linie A-A gemäß 1;
3 einen Schnitt durch die Flügelzellenpumpe entlang der Linie B-B gemäß 1.

Der grundlegende konstruktive Aufbau sowie das grundlegende Funktionsprinzip einer Flügelzellenpumpe 1, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, sind aus dem Stand der Technik bekannt und sollen nachfolgend näher erläutert werden. Die Flügelzellenpumpe 1 umfasst eine elektrische Antriebseinheit, die in einem Gehäuse der Flügelzellenpumpe 1 untergebracht ist und einen Elektromotor mit einer Motorwelle 6 aufweist. Die Flügelzellenpumpe 1 (Drehschieberpumpe) kann insbesondere als Unterdruckpumpe zur Erzeugung eines Vakuums ausgebildet sein, die nach dem so genannten Verdrängerprinzip arbeitet. Über einen Fluideinlasskanal 15, der vorliegend als Fluideinlassstutzen ausgebildet ist, wird während des Betriebs der Flügelzellenpumpe 1 Luft oder ein anderes Fluidmedium angesaugt und strömt in eine Pumpenkammer 2 der Flügelzellenpumpe 1 ein und wird dort verdichtet.
Die Pumpenkammer 2 umfasst eine Grundplatte 4, einen Pumpenring 3 sowie eine Abdeckplatte 5, die miteinander verbunden sind. Der Pumpenring 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine elliptische Innenkontur (insbesondere in 3 zu erkennen) mit einer entsprechend geformten Innenwand 30 auf. Es besteht in einer alternativen Ausführungsform auch die Möglichkeit, dass der Pumpenring 3 kreisringförmig ausgebildet ist und eine kreisförmige Innenkontur aufweist.
Im Inneren der Pumpenkammer 2 ist ein zylindrischer Rotor 7 angeordnet, der mit der Motorwelle 6 der Antriebseinheit in Wirkverbindung steht. Der Rotor 7 wird während des Betriebs der Flügelzellenpumpe 1 von der Motorwelle 6 des Elektromotors angetrieben und dadurch in Rotation versetzt. Zu diesem Zweck ist der Rotor 7 über einen entsprechend geformten Mitnehmer 9 drehfest mit der Motorwelle 6 verbunden. Der Mitnehmer 9 ist seinerseits drehfest an der Motorwelle 6 des Elektromotors angebracht.
Der Rotor 7 weist eine Anzahl von Führungsschlitzen 70 auf, die jeweils zur Aufnahme eines Schiebers 8 geeignet sind. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Rotor 7 in Umfangsrichtung verteilt insgesamt acht Führungsschlitze 70 auf, die sich von dessen Außenumfang rotoreinwärts erstrecken. In jedem der Führungsschlitze 70 ist jeweils einer der Schieber 8 verschiebbar angeordnet. Der Rotor 7 wird während des Betriebs der Flügelzellenpumpe 1 von der Motorwelle 6 des Elektromotors angetrieben und dadurch in Rotation versetzt. Wie in 3 zu erkennen, bilden die Schieber 8 abhängig von ihrer Drehlage unterschiedlich große Arbeitszellen mit der Innenwand 30 des Pumpenrings 3, der Außenwand 71 des Rotors 7 und gegebenenfalls benachbarten Schiebern 8 aus.
Ferner weist die Flügelzellenpumpe 1 eine Montageplatte 11 auf, an der ein hier nicht explizit dargestelltes Gehäuse, in dem der Elektromotor untergebracht ist, befestigt ist. Die Montageplatte 11 kann alternativ auch ein Teil des Gehäuses sein. Ferner ist ein Dichtring 13 vorgesehen, der bei der Montage auf der Montageplatte 11 angeordnet wird. Der Dichtring 13 ist zur Abdichtung einer Schalldämpferkappe 14 geeignet, welche die Flügelzellenpumpe 1 endseitig abschließt und einen Teil eines Schalldämpfermittels 10 der Flügelzellenpumpe 1 bildet. Die Schalldämpferkappe 14 ist mit Hilfe geeigneter Befestigungsschrauben 12 mit der Montageplatte 11 verschraubt.
Während des Betriebs der Flügelzellenpumpe 1 strömt das Fluid durch den Fluideinlasskanal 15 und von dort durch entsprechende Fluidaustrittsöffnungen der Montageplatte 11 und anschließend durch zwei um 180° zueinander versetzt (und damit einander gegenüberliegend) angeordnete Fluideintrittsöffnungen 40, die in der Grundplatte 4 ausgebildet sind, in die Pumpenkammer 2 ein. Die Schieber 8 des sich drehenden Rotors 7 komprimieren das Fluid und treiben es zu zwei Fluidaustrittsöffnungen 50, die um 180° zueinander versetzt in der Abdeckplatte 5 der Pumpenkammer 2 vorgesehen sind und die gegenüber den Fluideintrittsöffnungen 40 der Grundplatte 4 um etwa 90° versetzt angeordnet und als länglich geformte Öffnungen ausgebildet sind
Das Dämpfungsvolumen des Schalldämpfermittels 10 wird vorliegend im Wesentlichen durch die Oberfläche der Abdeckplatte 5 und die Schalldämpferkappe 14 räumlich definiert, die das Dämpfungsvolumen einschließen. Im Inneren des Schalldämpfervolumens ist ein Vorschalldämpfermittel 16 vorgesehen, das in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Vorschalldämpferhülse 17, die sich zwischen der Abdeckplatte 5 und der Schalldämpferkappe 14 erstreckt, und einen Vorschalldämpferauslass 18 gebildet ist. Der Vorschalldämpferauslass 18 kann an der Vorschalldämpferhülse 17 ausgebildet sein oder mit der Vorschalldämpferhülse 17 strömungstechnisch verbunden sein. Die Vorschalldämpferhülse 17 ist vorzugsweise schlauchartig geformt und besteht aus einem schalldämmenden Material, insbesondere aus Gummi.
Der Teil des Schalldämpfervolumens, der durch denjenigen Teil der Schalldämpferkappe 14, der an einen ersten äußeren Randabschnitt der Vorschalldämpferhülse 17 angrenzt, und denjenigen Teil der Montageplatte 5, der an einen zweiten äußeren Randabschnitt der Vorschalldämpferhülse 17 angrenzt, sowie den Vorschalldämpfer-auslass 18 begrenzt ist, bilden das Vorschalldämpfermittel 16 der Flügelzellenpumpe 1 aus und legen somit auch das Vorschalldämpfervolumen fest. Das Fluid strömt nach dem Hindurchtritt durch die Pumpenkammer 2 durch die beiden Fluidaustrittsöffnungen 50 der Abdeckplatte 5 zunächst in das Vorschalldämpfervolumen des Vorschalldämpfermittels 16 ein und anschließend durch den Vorschalldämpferauslass 18 in das übrige Schalldämpfervolumen des Schalldämpfermittels 10. Danach strömt das Fluid zu einem Fluidauslassbereich 19 (siehe 3) und strömt durch diesen aus der Flügelzellenpumpe 1 heraus.
Der Vorschalldämpferauslass 18 weist vorliegend einen sich in Ausströmrichtung des Fluids verjüngenden Querschnitt auf. Damit unterscheidet sich die Form des Vorschalldämpferauslasses 18 ganz erheblich von den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, bei denen der Vorschalldämpferauslass einen Querschnittssprung definiert und insbesondere schlitzartig ausgebildet sein kann. Die besondere Gestaltung des Vorschalldämpferauslasses 18 mit einer Querschnittsverjüngung in Ausströmrichtung des Fluids hat den Vorteil, dass in diesem Bereich keine Leistungsverluste der Flügelzellenpumpe 1 auftreten, wie dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen häufig zu beobachten ist. Die Gestaltung der Auslassgeometrie des Vorschalldämpferauslasses 18 mit der Querschnittsverjüngung ist derart, dass eine effektive Geräuschdämpfung ohne die übliche Drosselung der Leistung der Flügelzellenpumpe 1 erzielt werden kann. Vorzugsweise weist der Vorschalldämpferauslass 18 einen sich in Strömungsrichtung des Fluids kontinuierlich verjüngenden Querschnittsverlauf auf. Dadurch wird erreicht, dass im Bereich des Vorschalldämpferauslasses 18 keinerlei Querschnittssprünge beziehungsweise Stufen im Querschnittsverlauf vorhanden sind. Der Querschnittsverlauf des Vorschalldämpferauslasses 18 weist vorliegend zumindest abschnittsweise eine sich verjüngende, ovale - insbesondere elliptisch geformte - Kontur auf.
Bezugszeichenliste

1: Flügelzellenpumpe
2: Pumpenkammer
3: Pumpenring
4: Grundplatte
5: Abdeckplatte
6: Motorwelle
7: Rotor
8: Schieber
9: Mitnehmer
10: Schalldämpfermittel
11: Montageplatte
12: Befestigungsschraube
13: Dichtring
14: Schalldämpferkappe
15: Fluideinlasskanal
16: Vorschalldämpfermittel
17: Vorschalldämpferhülse
18: Vorschalldämpferauslass
19: Fluidauslassbereich
30: Innenwand
40: Fluideintrittsöffnung
50: Fluidaustrittsöffnung
70: Führungsschlitz
71: Außenwand

Claims

Flügelzellenpumpe (1), umfassend - eine elektrische Pumpeinheit, die eine Pumpenkammer (2), in die ein Fluid ein- und ausströmen kann, sowie einen Rotor (7) mit einer Anzahl von Schiebern (8), die verschiebbar in dem Rotor (7) angeordnet sind und mittels derer das Fluid vor dem Herausströmen aus der Pumpenkammer (2) verdichtet werden kann, aufweist und - ein Schalldämpfermittel (10), in das das Fluid nach dem Hindurchtritt durch die Pumpenkammer (2) hineinströmen kann und das eine Schalldämpferkappe (14) umfasst, die an einem Teil der Pumpenkammer (2) angebracht ist und ein Schalldämpfervolumen definiert, wobei innerhalb des Schalldämpfervolumens ein Vorschalldämpfermittel (16) mit mindestens einem Vorschalldämpferauslass (18), aus dem das Fluid ausströmen kann, angeordnet ist, wobei der Vorschalldämpferauslass (18) einen sich in Ausströmrichtung des Fluids verjüngenden Querschnittsverlauf aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnittsverlauf des Vorschalldämpferauslasses (18) in Ausströmrichtung des Fluids zumindest abschnittsweise eine sich verjüngende ovale Kontur aufweist, und dass das Vorschalldämpfermittel (16) eine Vorschalldämpferhülse (17) aufweist, an der der Vorschalldämpferauslass (18) ausgebildet ist oder die mit dem Vorschalldämpferauslass (18) strömungstechnisch verbunden ist, wobei sich die Vorschalldämpferhülse (17) innerhalb des Schalldämpfervolumens zwischen einer Abdeckplatte (5) der Pumpenkammer (2) und der Schalldämpferkappe (14) erstreckt.
Flügelzellenpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschalldämpferauslass (18) einen sich in Ausströmrichtung des Fluids kontinuierlich verjüngenden Querschnittsverlauf aufweist.
Flügelzellenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnittsverlauf des Vorschalldämpferauslasses (18) in Ausströmrichtung des Fluids zumindest abschnittsweise eine sich verjüngende elliptische Kontur aufweist.
Flügelzellenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschalldämpferhülse (17) schlauchartig ausgebildet ist.
Flügelzellenpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschalldämpferhülse (17) aus einem schalldämmenden Material, insbesondere aus Gummi, besteht.