DE102010022677A1

DE102010022677A1 - Flügelzellenpumpe

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Publication number: DE102010022677A1
Application number: DE102010022677A
Authority: DE
Inventors: Dr. Schmidt Eugen; Dipl.-Ing. Pawellek Franz
Original assignee: Geraete und Pumpenbau GmbH Dr Eugen Schmidt
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2030-06-05
Also published as: US8998594B2; EP2633194A2; CN103221690A; WO2011150917A3; WO2011150917A2; CN103221690B; US20130078127A1; DE102010022677B4; BR112012030739A2

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flügelzellenpumpe zu entwickeln, welche die Reibungs- und Leckageverluste senkt, bei minimalem Außendurchmesser eine strömungstechnisch optimale Befüllung und Entleerung der Pumpenkammern, im unteren wie auch im oberen Drehzahlbereich gewährleistet, dabei die Verlustleistungen deutlich senkt, insbesondere die Reibungsverluste minimiert, zudem fertigungstechnisch einfach herstell- und montierbar ist und die Fertigungskosten deutlich reduziert, gleichzeitig „partikelunempfindlich” ist, den Verschleiß der Baugruppen minimiert, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer erhöht und sich durch einen geräuscharmen Lauf selbst bei hohen Drehzahlen auszeichnet, und dabei einen hohen spezifischen Fördervolumenstrom mit hohem volumetrischen Wirkungsgrad sowohl bei niedrigen wie auch bei hohen Drehzahlen gewährleistet. Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine mit dem Rotor (3) starr verbunden Antriebswelle (2), die Rotorwelle (12) im Bereich des Rotors (3) vollständig oder teilweise als Hohlwelle, mit einer in der Hohlwelle angeordneten Zylinderführung (13) ausgebildet ist, und dass der Rotor (3) flügelförmige, radial verlaufende Flügelplattenführungsstege (14) mit Lagernuten (4) aufweist, die bis in die Zylinderführung (13) hineinreichen, wobei in der Zylinderführung (13) ein Synchronisierzylinder (15) angeordnet ist, und dass die in den Lagernuten (4) angeordneten Flügelplatten (5) sowohl am Synchronisierzylinder (15) wie auch am Innenzylinder (6) des Stellschiebers (7) anliegen, und dass die räumlich der/den Einströmniere/n (9) gegenüberliegend angeordneten Ausströmöffnungen (10) im Innenzylinder (6) des Stellschiebers (7) angeordnet sind. Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit einem in einem Pumpengehäuse gelagerten, von einer Welle angetriebenen Rotor, mehreren in diesem Rotor radial verschiebbar gelagerten Flügelplatten und einem den Rotor und die Flügelplatten umgebenden Außenring, wobei dieser entweder direkt im Pumpengehäuse, oder in einem im Pumpengehäuse entlang vorgegebener Bahnen verfahrbaren Stellring angeordnete ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit einem in einem Pumpengehäuse gelagerten, von einer Welle angetriebenen Rotor, mehreren in diesem Rotor radial verschiebbar gelagerten Flügelplatten und einem den Rotor und die Flügelplatten umgebenden Außenring, wobei dieser entweder direkt im Pumpengehäuse, oder in einem im Pumpengehäuse entlang vorgegebener Bahnen verfahrbaren Stellring angeordnete ist.
Im Stand der Technik sind die unterschiedlichsten Ausführungen von Flügelzellenpumpen bekannt geworden. So beschreiben beispielsweise die DE 29 14 282 C2 , wie auch die DE 103 53 027 A1 jeweils regelbare Flügelzellenpumpen mit einem linear verschiebbaren Stellring zur Erzielung einer variablen Förderleistung.
Zumeist sind beidseitig des Rotors einer Flügelzellenpumpe einerseits eine Saugniere und andererseits eine, zu dieser um 180° versetzte Druckniere angeordnet.
Charakteristisch für die beiden vorgenannten Bauformen ist auch, dass die Flügelplatten stets allein durch die bei der Rotation des Rotors auf die in Lagerschlitzen des Rotors radial verschiebbar gelagerten Flügelplatten einwirkenden Fliehkräfte gegen den Außenring gepresst werden.
Insbesondere bei niederen Drehzahlen, d. h. z. B. bei den Leerlaufdrehzahlen eines Kfz-Motors, hat eine derartige „Fliehkraftzellenabdichtung” den Nachteil von relativ hohen Leckageverlusten, selbst dann wenn die Flügelplatten recht massiv, d. h. in der Wandstärke „dick” ausgeführt werden.
Bei höheren Drehzahlen führen dann diese massiven, d. h. in der Wandstärke „dick” ausgeführten, schweren Flügelplatten zwangsläufig zu hohen Reibungsverlusten am Innenradius des Außenringes.
In der EP 1 043 503 A2 wird nun eine weitere Bauform einer regelbaren Flügelzellenpumpe mit einem schwenkbar gelagerten Stellring vorbeschrieben.
Auch bei dieser Bauform werden die Flügelplatten allein durch die, bei der Rotation des Rotors auf die in den Lagerschlitzen des Rotor radial verschiebbar gelagerten Flügelplatten einwirkende Fliehkraft gegen den Außenring gepresst, was wiederum die bereits erläuterten Nachteile zur Folge hat.
Um die aus der „Fliehkraftabdichtung” resultierenden Nachteile zu beseitigen wurden, wie beispielsweise auch in der DE 43 02 610 A1 , der DE 195 33 686 A1 , der WO 2006/045 190 ( DE 11 2005 002 644 T5 ) oder auch der DE 10 2008 036 327 A1 offenbart, in die Flügelzellenpumpen die unterschiedlichsten Bauformen von Synchronisierringen eingebaut.
Diese zusätzliche Anordnung derartiger Synchronisierringe erfordert zwangsläufig einen erhöhten Fertigungs- und Montageaufwand, wobei bei maximaler Auslenkung des Stellringes, auf Grund der „kurzen” Flügelführung im Rotor zur Vermeidung der „Flügelkippung” stets eine Flügeldicke von mindestens 3 mm eingehalten wird.
Dadurch treten auch bei diesen Bauformen noch relativ hohe Reibungsverluste auf.
Gegenüber den zuvor beschriebenen Bauformen wird aufgrund des Einsatzes von Synchronisierringen, insbesondere im unteren Drehzahlbereich, die Abdichtung am Außenring erhöht.
Da die Synchronisierringe aus fertigungstechnischen Gründen feingeschnitten werden, verbleiben Fertigungstoleranzen von ca. 0,15 mm so dass die in Abhängigkeit von der Spaltweite in dritter Potenz auftretenden volumetrischen Verluste nur bedingt gesenkt werden können.
Eine weitere Senkung der volumetrischen Verluste erfordert beim Einsatz von Synchronisierringen einen wesentlich höheren Fertigungsaufwand.
Allen vorgenannten Bauformen ist dabei gemeinsam, dass der Außenrand des Rotors zwischen den Lagerstellen der Flügelplatten stets bogenförmig, d. h. als Kreisbogen entsprechend dem Außendurchmesser des jeweiligen Rotors ausgebildet ist.
In der DE 33 34 919 C2 , der DE 44 42 083 A1 , aber auch in der WO 2002/081921 ( DE 602 07 401 T2 ) werden Bauformen von Flügelzellenpumpen mit variabler Förderleistung vorbeschrieben, bei denen am/im unteren Rand jeder Zellenkammer, d. h. in der „Zylindermantelfläche” des jeweiligen Rotors, über die gesamte Rotorbreite verlaufende, parallel zu den Lagernuten der Flügelplatten am unteren Rand jeder Zellenkammer angeordnete, von den Lagernuten beabstandete, zur Mittenachse jeder Zellenkammer stets symmetrisch ausgebildete, in ihrem Querschnitt zumeist fast trapezförmig ausgeformte Querrillen angeordnet sind, welche das Volumen der jeweiligen Pumpenkammern erhöhen sollen.
Entsprechend der jeweiligen Exzentrizität des Rotors gegenüber dem Außenring pumpt dann die jeweilige Flügelzellenpumpe den Fördervolumenstrom als Verdrängerpumpe aus der Saugniere in die Druckniere.
Eine weitere Bauform einer Verdrängerpumpe, mit derart vergrößerten Verdrängerkammern wurde auch von der Anmelderin in der DE 10 2005 017 834 A1 vorbeschrieben.
Ein wesentlicher Nachteil dieser vorgenannten Bauformen von Flügelzellenpumpen des gegenwärtigen Standes der Technik besteht auch darin, dass bei Antriebsdrehzahlen im Bereich von 4500 U/min bis über 6000 U/min (z. B. beim Einsatz dieser Flügelzellenpumpen als direkt von der Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors angetriebene Ölpumpen) die Befüllung der Flügelzellen (Pumpenkammern) unvollständig, mit all den dann daraus resultierenden Nachteilen, wie u. a. hohen Verlustleistungen, einer erhöhten Geräuschentwicklung, einem verstärkten Verschleiß u. dgl. m. erfolgt.
Daher wurde von der Anmelderin in der DE 10 2008 059 720 A1 eine spezielle unsymmetrische Querrillenbauform vorgeschlagen.
Die wesentlichen Nachteile all der vorgenannten Bauformen besteht jedoch sowohl im zwingend erforderlichen hohen Fertigungs- und Montageaufwand um die Reibungsverluste und das Radialspiel der Flügel, und damit die Leckageverluste (volumetrischen Verluste) zu minimieren und einen vertretbaren Wirkungsgrad zu erzielen, wie auch in dem zwingend erforderlichen großen Bauraumaußendurchmesser um wirksame Verdrängerkammern selbst bei den konstruktiv, wie auch fertigungsbedingt relativ schmalen, befüllbaren Kammerbreiten auszubilden, wobei die großen Innenradien der Außenringe zwingend hohe Reibmomente aus den Flügelreibkräften (am Außenring) zur Folge haben.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin eine neuartige Flügelzellenpumpe zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, die Reibungs- und Leckageverluste senkt, bei minimalem Außendurchmesser eine strömungstechnisch optimale Befüllung und Entleerung der Pumpenkammern, im unteren wie auch im oberen Drehzahlbereich gewährleistet, dabei die Verlustleistungen deutlich senkt, insbesondere die Reibungsverluste minimiert, zudem fertigungstechnisch einfach herstell- und montierbar ist und die Fertigungskosten deutlich reduziert, gleichzeitig „partikelunempfindlich” ist, den Verschleiß der Baugruppen minimiert, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer erhöht und sich durch einen geräuscharmen Lauf selbst bei hohen Drehzahlen auszeichnet, und dabei einen hohen spezifischen Fördervolumenstrom mit hohem volumetrischen Wirkungsgrad sowohl bei niedrigen wie auch bei hohen Drehzahlen gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Flügelzellenpumpe nach den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen zu den einzelnen Bauformen der erfindungsgemäßen Lösung.
Nachfolgend soll nun die Erfindung an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit sechs Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen dabei:
1: die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe als Doppelkammerpumpe mit einem linear verfahrbaren Stellschieber 7 im Radialschnitt bei B-B gemäß 2;
2: die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe als Doppelkammerpumpe aus der 1 mit linear verfahrbarem Stellschieber 7 in der Seitenansicht im Schnitt bei A-A gemäß 1;
3: die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe als Freikammerpumpe mit einem linear verfahrbaren Stellschieber 7 im Radialschnitt bei D-D gemäß 4;
4: die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe als Freikammerpumpe aus der 3 mit linear verfahrbarem Stellschieber 7 in der Seitenansicht im Schnitt bei C-C gemäß 3;
5: die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe als Doppelkammerpumpe mit einem schwenkbaren Stellschieber 7 im Radialschnitt;
6: die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe als Freikammerpumpe mit einem schwenkbaren Stellschieber 7 im Radialschnitt.
In der 1 ist die erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe als Doppelkammerpumpe mit einem linear verfahrbaren Stellschieber 7, im Radialschnitt bei B-B (gemäß 2) dargestellt.
In einem Pumpengehäuse 1 ist auf einer Antriebswelle 2 ein drehfest mit der Antriebswelle 2 verbundener Rotor 3 angeordnet.
Erfindungsgemäß ist die Antriebswelle 2 mit dem Rotor 3 einstückig als Rotorwelle 12 aufgebaut.
Kennzeichnend ist, dass die Rotorwelle 12, im Bereich des Rotors 3 vollständig oder teilweise als Hohlwelle, mit einer in der Hohlwelle angeordneten Zylinderführung 13 ausgebildet ist, wobei der Rotor 3 flügelförmige, radial verlaufende Flügelplattenführungsstege 14 mit Lagernuten 4 aufweist, die bis in die Zylinderführung 13 hineinreichen.
In diesen Lagernuten 4 des Rotors 3 sind radial verschiebbar Flügelplatten 5 gelagert.
Der Rotor 3 und die Flügelplatten 5 werden zylindermantelförmig von einem Innenzylinder 6 eines Stellschiebers 7 umgeben, wobei dieser Stellschieber 7 im vorliegenden Ausführungsbeispiel entlang vorgegebener Bahnen linear verschiebbar im Pumpengehäuse 1 gelagert ist, und ein- oder beidseitig des Stellschiebers 7 in den Seitenwandungen des Pumpengehäuses 1, in einen im Pumpengehäuse angeordneten Einströmkanal 8 mündende, Einströmniere/n 9 angeordnet sind.
Zu dieser/diesen Einströmniere/n 9 sind im Pumpengehäuse 1 räumlich versetzt Ausströmöffnungen 10 angeordnet, welche in einen im Pumpengehäuse 1 angeordneten Ausströmkanal 11 münden.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass in der Zylinderführung 13 ein Synchronisierzylinder 15 angeordnet ist, und die in den Lagernuten 4 angeordneten Flügelplatten 5 sowohl am Synchronisierzylinder 15 wie auch am Innenzylinder 6 des Stellschiebers 7 anliegen, wobei die räumlich gegenüberliegend, zu der/den Einströmniere/n 9 um ca. 180° versetzt angeordneten Ausströmöffnungen 10 im Innenzylinder 6 des Stellschiebers 7 angeordnet sind.
Im gegenwärtigen Stand der Technik werden die Rotoren von Flügelzellenpumpen gesintert und kalibriert, wobei dieses Fertigungsverfahren die Breite des Rotors und damit die Pumpenkammerlänge stark einschränkt, und zudem eine Flügelplattendicke von ca. 3 mm erfordert.
Die erfindungsgemäße Lösung hingegen ermöglicht die Herstellung des Rotors im wesentlich kostengünstigeren Metallpulverspritzgießverfahren, wodurch die Schlitzbreiten der Lagernuten 4 und damit die Flügelplattendicke bis auf 1 mm gesenkt werden kann.
In Verbindung mit der Führung der Flügelplatten in den erfindungsgemäß sehr „langen” Lagernuten der Flügelplattenführungsstege 14 ist auch die mechanische Stabilität solch „dünner” Flügelplatten im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung gewährleistet.
Wie später noch zu erläutern sein wird, wirken dabei diese erfindungsgemäßen sehr „langen” Flügelplattenführungsstege 14 im Zusammenhang mit einer neuartigen radialen Ausströmgeometrie gleichzeitig als Kreiselpumpe.
Der erfindungsgemäße Einsatz von 1 mm dicken Flügelplatten hat jedoch zunächst den Vorteil, dass die Fliehkraft und damit gleichzeitig das am Innenzylinder 6 auftretende Reibmoment und damit die Reibungsverluste sehr deutlich gesenkt werden.
Zugleich bewirkt die erfindungsgemäße Anordnung, dass die erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpen mit wesentlich kleinerem Innenzylinderdurchmesser (Durchmesser des Innenzylinders 6) und wesentlich breiteren Flügelplatten 5, d. h. größerer Kammerlänge gebaut werden können.
So können bei gegenüber bisherigen Flügelzellenpumpen gleichbleibendem Kammervolumen die Reibradien der Flügel, und dadurch die Reibmomente und somit auch die Reibungsverluste deutlich reduziert werden.
Zudem können die Reibungsverluste auch durch eine Verringerung der Anzahl der Flügelplatten in den erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpen nochmals deutlich reduziert werden.
Die bezogen auf die Flügelplattenhöhe gegenüber den bisherigen Lösungen wesentlich längeren, erfindungsgemäß Anwendung findenden Flügelplattenführungsstege 14 bewirken zudem gleichzeitig eine wesentlich bessere Flügelführung in den langen Lagernuten.
Dies hat einerseits die Vermeidung von Kippungen, Kantenlauf mit einer daraus resultierenden deutlichen Reduzierung der Reibungsverluste in den Flügelführungen zur Folge.
Gleichzeitig wird durch die hohe Flügelführung auch die Abdichtung in den Flügelführungen erhöht und dadurch auch die dort auftretenden volumetrischen Verluste deutlich reduziert.
Zugleich wird durch die erfindungsgemäße Lösung der Leckagestrom zwischen den Flügelplatten und dem Innenzylinder gegenüber den bisherigen Lösungen des Standes der Technik deutlich reduziert.
Die geringsten Spaltmaße (Spalthöhen) werden im Stand der Technik im Zusammenhang mit dem Einsatz von Synchronringen (Hubringen) erzielt. Diese drücken die Flügelplatten 5 während Ihres Umlaufs an den Innenzylinder 6 an.
Die Synchronringe werden in der Fertigung feingeschnitten und sind daher gegenüber der in der vorliegenden Erfindung Anwendung findenden technischen Mittel-/Wirkungsbeziehung mit wesentlich höheren Toleranzen behaftet.
Der in der Zylinderführung 13 umlaufende Synchronisierzylinder 15 übernimmt in der vorliegenden Erfindung die Aufgabe der Synchronringe (Hubringe). Derartige Zylinderrollen können mit einer wesentlich höheren Fertigungsgenauigkeit zu wesentlich geringeren Kosten hergestellt werden, da solche Synchronisierzylinder 15 durch spitzenloses Schleifen mit höchster Fertigungsgenauigkeit hergestellt werden.
Durch den Einsatz derart gefertigter Synchronisierzylinder 15 kann der Dichtspalt zwischen den Flügelplatten 5 und dem Innenzylinder 6 sehr deutlich auf unter 1 Zehntel mm gesenkt werden.
Da sich der Leckagestrom proportional zur 3. Potenz der Spalthöhe verhält, hat eine wesentliche Reduzierung des Dichtspalts zwischen den Flügelplatten 5 und dem Innenzylinder 6 sehr deutliche Auswirkungen auf den Leckagestrom am Dichtspalt zwischen den Flügelplatten 5 und dem Innenzylinder 6 gegenüber dem an diesen Stellen im Stand der Technik auftretenden Leckagestrom.
Kennzeichnend ist weiterhin, dass wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt, die Flügelplattenführungsstege 14 an ihrem Außenumfang mittels eines Außenringes 17 untereinander verbunden sind, wobei im mit der Einströmniere 9 versehenen Einströmbereich, seitlich des Stellschiebers 7 im Bereich des Außenringes 17, d. h. in der Seitenwandung des Pumpengehäuse 1, den Außenring 17 umgebende Überströmnieren 16 angeordnet sind.
Die aus den Flügelplattenführungsstegen 14 und dem Außenring 17 gebildeten inneren Kammern bewirken nun, bei umlaufendem Rotor 3, einen in diesen inneren Kammern auftretenden Kreiselpumpeneffekt, welcher ein Einströmen des Fördermediums aus der/den inneren Kammer/n über die erfindungsgemäßen Überströmnieren 16, d. h. um den Außenring 17 herum, in die äußere/n Verdrängerzelle/n bewirkt.
Vorteilhaft ist dabei, wenn im Bereich des Außenrandes der inneren Kammern, dem Außenring 17 in der Seitenwandung des Pumpengehäuses 1 benachbart, eine umlaufende Leitrille 27 angeordnet ist, die in die Überströmnieren 16 übergeht und so ein hocheffektives Einströmen des Fördermediums aus der/den inneren Kammer/n über die umlaufende Leitrille 27 in die Überströmniere 16 und von dort in die äußere/n Verdrängerzelle/n bewirkt.
Die erfindungsgemäße Lösung bewirkt mittels des kombinatorischen Effekts, welcher der aus der erfindungsgemäßen Überlagerung einer innen liegenden Kreiselpumpe und einer außen liegenden Verdrängerpumpe resultiert, dass die Verdrängerzellen im gesamten Drehzahlbereich stets optimal und vollständig, d. h. gasblasenfrei befüllt werden.
In der 2 ist nun die erfindungsgemäße, als Doppelkammerpumpe aufgebaute Flügelzellenpumpe aus der 1, mit einem linear verfahrbaren Stellschieber 7 in der Seitenansicht im Schnitt bei A-A (gemäß 1) dargestellt.
Erfindungsgemäß ist das Pumpengehäuse 1 mehrteilig aufgebaut, und besteht aus einem Distanzstück 18, einer Seitenplatte 19 mit einem Achslager 20 und einer Deckplatte 21 mit einem Wellenlager 22. Kennzeichnend ist auch, dass die außerhalb des Pumpengehäuses 1 mit einem Kettenrad als Antriebsrad 23 versehene Rotorwelle 12 mehrstückig ausgebildet ist und einerseits aus einer im Pumpengehäuse 1 gelagerten Hohlwelle 24 besteht, deren Innendurchmesser im Mittenbereich des Rotors 3 dem Innendurchmesser der Zylinderführung 13 entspricht.
Auch dieser erfindungsgemäße konstruktive Aufbau führt zu einer weiteren Senkung der Fertigungs- und Montagekosten.
Erfindungswesentlich ist gleichzeitig, dass die Zylinderführung 13 konstruktiv dadurch ausgebildet wird, dass im freien Ende der Hohlwelle 24 mit dem Innendurchmesser der Zylinderführung 13 drehfest ein Lagerring 25 angeordnet ist, wodurch eine kostengünstige Fertigung und Montage ermöglicht wird.
Kennzeichnend dabei ist auch, dass mittels dieses Lagerringes 25 die mit dem Lagerring 25 drehfest verbundene Hohlwelle 24 zugleich drehbar auf einer im Pumpengehäuse 1 drehfest angeordneten Lagerachse 26 gelagert ist.
Auch dadurch wird eine weitere Senkung der Fertigungs- und Montagekosten bei Einhaltung einer hohen Fertigungsgenauigkeit gewährleistet.
Zudem kann durch die erfindungsgemäße Lösung gleichzeitig auch die Anzahl der Flügelplatten am Rotor deutlich reduziert werden, wodurch die Reibungsverluste nochmals deutlich sinken. Die großen Einströmöffnungen, die großen Kammern, wie auch die großen Ausströmöffnungen gewährleisten dabei auch, dass die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe „partikelunempfindlich” arbeitet.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen die Reibungsverluste zu minimieren und die Verlustleistungen deutlich zu senken. Da die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe zudem fertigungstechnisch einfach herzustellen und zu montieren ist, wurden die Fertigungskosten gegenüber den Bauformen des Standes der Technik deutlich reduziert.
Infolge der präzisen Fertigung und der geringen Reibung zeichnet sich die vorliegende Lösung nicht nur durch einen sehr geringen Verschleiß, eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer, sondern auch durch einen geräuscharmen Lauf sowohl bei niedrigen, wie selbst auch bei hohen Drehzahlen aus, und gewährleistet dabei gleichzeitig einen hohen spezifischen Fördervolumenstrom mit hohem volumetrischen Wirkungsgrad sowohl bei niedrigen wie bei hohen Drehzahlen (im Bereich von 4.500 U/min bis über 6.000 U/min).
Die 3 zeigt nun eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe, hier als Freikammerpumpe, im Radialschnitt bei D-D gemäß 4, wiederum mit einem linear verfahrbaren Stellschieber 7.
Auch in dieser Ausführungsform als Freikammerpumpe ist in einem Pumpengehäuse 1 auf einer Antriebswelle 2 ein drehfest mit der Antriebswelle 2 verbundener Rotor 3 angeordnet.
Erfindungsgemäß ist die Antriebswelle 2 mit dem Rotor 3 einstückig als Rotorwelle 12 aufgebaut.
Erfindungswesentlich ist auch für diese Bauform, dass die Rotorwelle 12, im Bereich des Rotors 3 vollständig oder teilweise als Hohlwelle, mit einer in der Hohlwelle angeordneten Zylinderführung 13 ausgebildet ist, wobei der Rotor 3 flügelförmige, radial verlaufende Flügelplattenführungsstege 14 mit Lagernuten 4 aufweist, die bis in die Zylinderführung 13 hineinreichen.
In diesen Lagernuten 4 des Rotor 3 sind radial verschiebbar Flügelplatten 5 gelagert.
Der Rotor 3 und die Flügelplatten 5 werden zylindermantelförmig von einem Innenzylinder 6 eines Stellschiebers 7 umgeben, wobei dieser Stellschieber 7 im vorliegenden Ausführungsbeispiel entlang vorgegebener Bahnen linear verschiebbar im Pumpengehäuse 1 gelagert ist, wobei ein- oder beidseitig des Stellschiebers 7 in den Seitenwandungen des Pumpengehäuses 1, in einen im Pumpengehäuse angeordneten Einströmkanal 8 mündende, Einströmniere/n 9 angeordnet sind.
Zu dieser/diesen räumlich versetzt sind im Pumpengehäuse 1 Ausströmöffnungen 10 angeordnet welche in einen im Pumpengehäuse 1 angeordneten Ausströmkanal 11 münden.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass in der Zylinderführung 13 ein Synchronisierzylinder 15 angeordnet ist, und die in den Lagernuten 4 angeordneten Flügelplatten 5 sowohl am Synchronisierzylinder 15 wie auch am Innenzylinder 6 des Stellschiebers 7 anliegen, wobei die räumlich zu der Einströmniere 9 gegenüberliegend, d. h. um 180° versetzt angeordneten Ausströmöffnungen 10 im Innenzylinder 6 des Stellschiebers 7 angeordnet sind.
Kennzeichnend ist auch, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Flügelplattenführungsstege 14 an ihrem Außenumfang nicht mittels eines Außenringes untereinander verbunden sind, und seitlich des Stellschiebers 7, d. h. in der Seitenwandung des Pumpengehäuse 1 keine Überströmnieren angeordnet sind.
Diese in der 3 dargestellte Bauform der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe, die sogenannte Freikammerpumpe, d. h. ohne den die Flügelplattenführungsstege 14 an ihrem Außenumfang verbindenden Außenring 17, bei der die innen liegende Kreiselpumpe ohne Trennwand in die außen liegende Verdrängerpumpe übergeht, ist für den Einsatz im oberen Drehzahlbereich (d. h, diese Pumpen laufen überwiegend hochtourig) sehr gut geeignet.
Durch das bei dieser, in der 3 dargestellten Bauform gewährleistete, ungehinderte Einströmen (ohne ein Umlenken über Überströmnieren 16) in die Verdrängerpumpe, aber insbesondere infolge des ungehinderten radialen Ausströmens des Fördermediums nicht nur aus der Verdrängerpumpe sondern zugleich auch aus der Kreiselpumpe, verringern sich die Strömungsverluste und es erhöht dabei sich zugleich der volumetrische Pumpenwirkungsgrad.
In der 4 ist nun die erfindungsgemäße, als Freikammerpumpe aufgebaute Flügelzellenpumpe in der Seitenansicht im Schnitt bei C-C gemäß 3 dargestellt.
Erfindungsgemäß ist auch bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung das Pumpengehäuse 1 mehrteilig aufgebaut, und besteht aus einem Distanzstück 18, einer Seitenplatte 19 mit einem Achslager 20 und einer Deckplatte 21 mit einem Wellenlager 22.
Kennzeichnend ist auch, dass die außerhalb des Pumpengehäuses 1 mit einem Kettenrad als Antriebsrad 23 versehene Rotorwelle 12) mehrstückig ausgebildet ist und einerseits aus einer im Pumpengehäuse 1 gelagerten Hohlwelle 24 besteht, deren Innendurchmesser im Mittenbereich des Rotors 3 dem Innendurchmesser der Zylinderführung 13 entspricht.
Kennzeichnend ist dabei, dass die Zylinderführung 13 auch in dieser Bauform konstruktiv dadurch ausgebildet wird, dass im freien Ende der Hohlwelle 23 mit dem Innendurchmesser der Zylinderführung 13 drehfest ein Lagerring 25 angeordnet ist.
Erfindungswesentlich ist auch in dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, dass mittels dieses Lagerringes 25 die mit dem Lagerring 25 drehfest verbundene Hohlwelle 24 drehbar auf einer im Pumpengehäuse 1 drehfest angeordneten Lagerachse 26 gelagert ist.
In der 5 ist nun die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe als Doppelkammerpumpe mit einem schwenkbaren Stellschieber 7 im Radialschnitt dargestellt.
Diese erfindungsgemäße Lösung einer Doppelkammerpumpe mit einem schwenkbaren Stellschieber 7 weist dabei alle erfindungswesentlichen, bereits im Zusammenhang mit den 1 und 2 erläuterten Merkmale auf.
Die 6 zeigt nun eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe in der Bauform als Freikammerpumpe mit einem schwenkbaren Stellschieber 7 im Radialschnitt.
Auch diese erfindungsgemäße Lösung einer Freikammerpumpe mit einem schwenkbaren Stellschieber 7 weist wiederum alle erfindungswesentlichen, bereits im Zusammenhang mit den 3 und 4 erläuterten Merkmale auf.
Somit kann bezugnehmend auf die Ausführungen zu den 1, 2 und 3, in welchen die erfindungswesentlichen Bauteile und deren Wirkungen ausführlich erläutert wurden zusammenfassend festgestellt werden, dass alle in den Ausführungsbeispielen 1 bis 6 vorgestellten Bauformen der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe die eingangs erläuterten Nachteile des Standes der Technik beseitigen, die Reibungs- und Leckageverluste deutlich senken, bei minimalem Außendurchmesser eine strömungstechnisch optimale Befüllung und Entleerung der Pumpenkammern, im unteren wie auch im oberen Drehzahlbereich gewährleisten und die Verlustleistungen deutlich senken.
Da alle in den 1 bis 6 dargestellten Bauformen der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe zudem fertigungstechnisch einfach herzustellen und einfach zu montieren sind, werden auch die Fertigungskosten gegenüber den Bauformen des Standes der Technik deutlich reduziert.
Infolge der in Verbindung mit den 1 bis 3 erläuterten technischen Mittel-Wirkungszusammenhänge der erfindungsgemäßen Baugruppen konnte die Reibung und damit auch der Verschleiß der Baugruppen minimiert, und dabei die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpen deutlich erhöht werden.
Wegen der durch die erfindungsgemäße Lösung möglich werdenden präzisen Fertigung und einer nicht zuletzt daraus resultierenden merklichen Reduzierung der Reibung zeichnet sich die vorliegende Lösung zudem durch einen sehr geräuscharmen Lauf sowohl bei niedrigen, wie selbst auch bei hohen Drehzahlen aus und gewährleistet gleichzeitig einen hohen spezifischen Fördervolumenstrom mit hohem volumetrischen Wirkungsgrad sowohl bei niedrigen wie auch bei hohen Drehzahlen (im Bereich von 4.500 U/min bis über 6.000 U/min).
Bezugszeichenliste

1: Pumpengehäuse
2: Antriebswelle
3: Rotor
4: Lagernut
5: Flügelplatte
6: Innenzylinder
7: Stellschieber
8: Einströmkanal
9: Einströmniere
10: Ausströmöffnung
11: Ausströmkanal
12: Rotorwelle
13: Zylinderführung
14: Flügelplattenführungssteg
15: Synchronisierzylinder
16: Überströmniere
17: Außenring
18: Distanzstück
19: Seitenplatte
20: Achslager
21: Deckplatte
22: Wellenlager
23: Antriebsrad
24: Hohlwelle
25: Lagerring
26: Lagerachse
27: Leitrille

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2914282 C2 [0002]
DE 10353027 A1 [0002]
EP 1043503 A2 [0007]
DE 4302610 A1 [0009]
DE 19533686 A1 [0009]
WO 2006/045190 [0009]
DE 112005002644 T5 [0009]
DE 102008036327 A1 [0009]
DE 3334919 C2 [0016]
DE 4442083 A1 [0016]
WO 2002/081921 [0016]
DE 60207401 T2 [0016]
DE 102005017834 A1 [0018]
DE 102008059720 A1 [0020]

Claims

Flügelzellenpumpe mit einem Pumpengehäuse (1) einer im Pumpengehäuse (1) gelagerten Antriebswelle (2), einem drehfest mit einer Antriebswelle (2) verbundenen Rotor (3), mehreren in Lagernuten (4) des Rotor (3) radial verschiebbar gelagerten Flügelplatten (5) und einem den Rotor (3) und die Flügelplatten (5) zylindermantelförmig umgebenden Innenzylinder (6) eines Stellschiebers (7), wobei dieser Stellschieber (7) entlang vorgegebener Bahnen verschiebbar oder schwenkbar im Pumpengehäuse (1) gelagert ist, wobei ein- oder beidseitig des Stellschiebers (7) in den Seitenwandungen des Pumpengehäuses (1), in einen im Pumpengehäuse angeordneten Einströmkanal (8) mündende, Einströmniere/n (9) angeordnet sind, zu dieser/diesen um ca. 180° versetzt räumlich versetzt sind im Pumpengehäuse (1) Ausströmöffnungen (10) angeordnet, welche in einen im Pumpengehäuse (1) angeordneten Ausströmkanal (11) münden, dadurch gekennzeichnet, dass – eine mit dem Rotor (3) starr verbunden Antriebswelle (2), die Rotorwelle (12) im Bereich des Rotors (3) vollständig oder teilweise als Hohlwelle, mit einer in der Hohlwelle angeordneten Zylinderführung (13) ausgebildet ist, und dass – der Rotor (3) flügelförmige, radial verlaufende Flügelplattenführungsstege (14) mit Lagernuten (4) aufweist, die bis in die Zylinderführung (13) hineinreichen, wobei – in der Zylinderführung (13) ein Synchronisierzylinder (15) angeordnet ist, und dass – die in den Lagernuten (4) angeordneten Flügelplatten (5) sowohl am Synchronisierzylinder (15) wie auch am Innenzylinder (6) des Stellschiebers (7) anliegen, und dass – die räumlich der/den Einströmniere/n (9) gegenüberliegend angeordneten Ausströmöffnungen (10) im Innenzylinder (6) des Stellschiebers (7) angeordnet sind.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelplattenführungsstege (14) an ihrem Außenumfang mittels eines Außenringes (17) untereinander verbunden sind, wobei im mit der Einströmniere (9) versehenen Einströmbereich, ein- oder beidseitig des Stellschiebers (7) im Bereich des Außenringes (17), d. h. in der/den Seitenwandung/en des Pumpengehäuses (1), den Außenring (17) umgebende Überströmnieren (16) angeordnet sind, die ein Einströmen des Fördermediums über die Überströmnieren (16) aus der/den inneren Kammer/n um den Außenring (17) herum in die äußere/n Verdrängerzelle/n ermöglichen.
Flügelzellenpumpe nach den Ansprüchen 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Synchronisierzylinders (15) eine Kugel angeordnet ist, die die Synchronisierung der Flügelplatten (5) bewirkt.
Flügelzellenpumpe nach den Ansprüchen 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmniere/n (9) im Bereich der Überströmnieren (16) angeordnet ist/sind und so gleichzeitig als Überströmnieren (16) fungiert/fungierenen.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß ein- oder beidseitig des Stellschiebers (7), im Bereich des Außenrandes der inneren Kammern, dem Außenring (17) benachbart, in der Seitenwandung des Pumpengehäuses (1) eine umlaufende Leitrille (27) angeordnet ist, welche in die Überströmniere (16) übergeht.
Flügelzellenpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (1) mehrteilig aufgebaut ist und aus einem Distanzstück (18), einer Seitenplatte (19) mit einem Achslager (20) und einer Deckplatte (21) mit einem Wellenlager (22) besteht.
Flügelzellenpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (2) mit dem Rotor (3) einstückig als Rotorwelle (12) aufgebaut ist,
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die außerhalb des Pumpengehäuses (1) mit einem Antriebsrad (23) versehene Rotorwelle (12) mehrstückig ausgebildet ist und einerseits aus einer im Pumpengehäuse (1) gelagerten Hohlwelle (24) besteht, deren Innendurchmesser im Mittenbereich des Rotors (3) dem Innendurchmesser der Zylinderführung (13) entspricht, wobei die Zylinderführung (13) derart gebildet wird, dass im freien Ende der Hohlwelle (23) mit dem Innendurchmesser der Zylinderführung (13) drehfest ein Lagerring (25) angeordnet ist, wobei in diesem Lagerring (25) eine im Pumpengehäuse (1) angeordnete Lagerachse (26) drehbar gelagert ist.