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Die Erfindung betrifft eine einhubige
Flügelzellenpumpe
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Einhubige Flügelzellenpumpen der vorgenannten
Art sind beispielsweise aus der
DE 199 57 886 A1 bekannt und weisen einen
in einem Gehäuse gelagerten
und von einem Kurvenring umschlossenen Rotor auf, über dessen
radial verschiebliche Rotorflügel
in Abhängigkeit
von der Exzentrizität
zwischen Rotor und Kurvenring in ihrem Volumen veränderliche
Arbeitskammern abgegrenzt sind. Der Kurvenring ist zur Veränderung
der Exzentrizität
gegenüber
dem Rotor im Gehäuse
verstellbar, bei Führung und
Abstützung
gegenüber
dem Gehäuse
in einer zur Rotorachse etwa diametralen, quer zur Verstellrichtung
des Kurvenringes sich erstreckenden Ebene. In dieser Ebene erstreckt
sich auch eine Dichtgrenze zwischen Kurvenring und Gehäuse, über die eine
Druckkammer abgegrenzt ist, in Abhängigkeit von deren Druckbeaufschlagung
der Kurvenring gegen eine in Gegenrichtung wirkende Rückstellvorrichtung
verstellbar ist, wobei die Verstellung des Kurvenringes mit einer
Schwenkbewegung desselben um eine Schwenkachse verbunden ist. Diese liegt
als Teil der Führung
und Abstützung
in der zur Rotorachse etwa diametralen Ebene zwischen Rotor und
Gehäuse
und wird durch einen zur Rotorachse parallelen Drehbolzen gebildet.
Als Folge dieser schwenkbaren Abstützung des Kurvenringes, über die
auch das durch die Reibung der Rotorflügel am Innenumfang des Kurvenringes
bei der Drehung des Rotors bedingte Drehmoment abgefangen wird,
ergibt sich in Abhängigkeit
von der Stellung des Kurvenringes und dem Druck in den Arbeitskammern
auf den Kurvenring ein veränderliches
Drehmoment. Dieses muss über
die auf den Kurvenring als Stellkolben wirkenden Stellkräfte ausgeglichen
werden, weswegen für
die Steuerung/Regelung hohe Stelldrücke vorgehalten werden müssen, um
in Abhängigkeit
vom Druck in den Arbeitskammern, und damit in Abhängigkeit
vom Förderdruck
auftretende, hubabhängige
Momente auf den Kurvenring und durch dessen Bewegung bedingte Volumenstromschwankungen
spontan ausgleichen zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den
Einfluss des durch den Förderdruck
verursachten, hubabhängigen
Momentes auf den Kurvenring weitmöglichst auszuschalten.
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Gemäß der Erfindung wird dies bei
einhubigen Flügelzellenpumpen
der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass der Kurvenring über die
Abstützung
in Hubrichtung verlagerbar, insbesondere abwälzend in Hubrichtung verstellbar
mit dem Gehäuse
verbunden ist. Damit werden Kurvenring und Wirklinie der Abstützkraft
um annähernd
den gleichen Betrag verschoben und durch eine Schwenkbewegung des
Kurvenringes gegenüber
dem Gehäuse bedingte
Verlagerungen der resultierenden Druckkraft zur Abstützung zumindest
weitgehend vermieden, somit auch durch den Förderdruck verursachte, von
der Hubstellung des Kurvenringes abhängige Momente auf den Kurvenring
zumindest sehr klein gehalten. Resultierend hieraus können die
vorzuhaltenden Steuerkräfte
und Momente klein gehalten werden, und es werden förderdruckabhängige Volumenstromänderungen,
bzw. Volumenstromschwankungen verringert. Als Folge ergibt sich
ein vereinfachter und kostengünstiger
Aufbau der Volumenstromregelung und eine Verbesserung des Wirkungsgrades
des Systems von Flügelzellenpumpe und
zugehöriger
Regelung.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete, mit Abwälzung des
Kurvenringes zum Gehäuse
arbeitende Flügelzellenpumpe
wird somit im Auf bau vereinfacht und in der Funktion verbessert,
wobei gleichzeitig die in Hubrichtung erfolgende Verlagerung des
Kurvenringes mit geringem Aufwand und sehr reibungsarm realisiert
wird.
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Weitere, mit der erfindungsgemäßen Lösung erreichte
Vorteile sind die Reduzierung der Umkehrspanne beim Anfahren eines
Fördervolumens,
und damit eine verbesserte Wiederholgenauigkeit, sowie generell
eine Verbesserung der Regelbarkeit und eine Erhöhung der Regelgeschwindigkeit
und der Regelgenauigkeit. Ferner bietet die Erfindung erweiterte
Möglichkeiten,
durch Maßnahmen
zur Vorverdichtung im Übergang
zwischen Saug- und Druckseite Geräusch und Pulsation hubunabhängig zu
minimieren.
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Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich insbesondere auch
bei Ausgestaltungen von Flügelzellenpumpen
mit Vorteil verwenden, bei denen eine Exzentrizität des Kurvenringes
quer zur Hubrichtung gegeben ist, um eine Vorverdichtung zu erreichen, wie
sie, abgestimmt auf den Systemdruck und das Volumen der Arbeitskammern,
im Hinblick auf eine Geräuschabsenkung
zweckmäßig ist.
Darüber
hinaus, und insbesondere in Verbindung mit einer derartigen Exzentrizität, kann
es auch zweckmäßig sein, der
Abstützung
des Kurvenringes gegen das Gehäuse
eine flächige,
gehäuseseitige
Auflage zuzuordnen und diese durch ihre Formgebung, gegebenenfalls erfindungsgemäß auch durch
eine Neigung gegenüber
der Hubrichtung dahingehend zu nutzen, dass ungeachtet des hubabhängigen Arbeitskammervolumens
die Vorverdichtung in den Arbeitskammern im Übergang von der Saug- zur Druckseite
konstant gehalten oder auch hubabhängig variiert wird.
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In konstruktiver Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen einhubigen
Flügelzellenpumpe
erweist es sich des weiteren als zweckmäßig, die Abstützung als
Verzahnung auszubilden, deren Teilkreise – zumindest angenähert – durch
eine gehäuseseitige
Auflage für
den Kurvenring und den Außendurchmesser
des Kurvenringes gebildet sind.
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Hierbei ist es von Vorteil, wenn
der Bereich der Verzahnung des Kurvenringes durch zumindest eine
Zahnlücke
gebildet ist, so dass aufwendige Eingriffe in die Konstruktion des
Kurvenringes vermieden werden können.
Für den
Bereich der Verzahnung der Auflage erweist sich eine Ausbildung
derselben mit zumindest einem Zahn als zweckmäßig, wobei der Zahn in einer
besonders einfachen Ausgestaltung durch einen in einem Zahnkopf
auslaufenden, in der Auflage verankerten Stift gebildet sein kann,
so dass über
eine ebene, insbesondere flächige
Ausbildung der Auflage eine entsprechende Rollfläche geschaffen wird und durch
Bemessung der Dicke der Auflage in einfacher Weise auch ein Toleranzabgleich
möglich
ist. Ferner ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, die
Auflage als Zahnstange bzw. Zahnstangensegment auszubilden, und die
Verzahnung des Kurvenringes als Zahnradsegment zu gestalten.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung
sieht vor, die Abstützung
zur abwälzenden
Verstellbarkeit des Kurvenringes gegenüber dem Gehäuse als Flachbandverbindung
auszugestalten. Bevorzugt sitzt hierbei der Kurvenring auf dem Flachband
auf und rollt über
dieses ab, wobei ein Ende des Flachbandes am Kurvenring befestigt
ist. Die Befestigung des Flachbandes am Kurvenring erfolgt bevorzugt
derart, dass sich das Band bei Verlagerung des Kurvenringes in Richtung
auf maximalen Hub, d. h. in Richtung auf den Druckraum, am Kurvenring
aufwickelt.
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Schließlich liegt es auch im Rahmen
der Erfindung, insbesondere bei Ausgestaltung des Innenringes als
Ringkörper
mit konzentrischer Innenfläche und
Außenfläche, die
Abstützung
als Gleitpaarung auszubilden, was die Verwendung entsprechend verschleißfester
Werkstoffe voraussetzt, um eine Veränderung der Abdichtverhältnisse
ebenso auszuschließen
wie eine verschleißbedingte
geometrische Veränderung.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale
der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung
nachstehend mit weiteren Details anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es
zeigen:
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1 schematisiert
eine Schnittdarstellung durch eine einhubige Flügelzellenpumpe – in stark vereinfachter
Form – mit
durch eine Verzahnung gebildeter Abstützung, und
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2 eine
der 1 entsprechende
Darstellung mit Ausgestaltung der Abstützung als Bandverbindung.
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In 1 ist
die einhubige Flügelzellenpumpe insgesamt
mit 1 bezeichnet und weist ein Gehäuse 2 auf, in dem
der Rotor 3 über
seine Welle 4 gelagert ist. Der Rotor 3 ist von
einem Kurvenring 5 umschlossen und die Achse der in den
Seitenwänden
des Gehäuses 2 gelagerten
Welle 9 mit 6 bezeichnet. Mit 7 ist die Mittelachse
des Kurvenringes 5 bezeichnet, für diese Darstellung ausgehend
von einer Kreisringform des Kurvenringes 5. Der Kurvenring 5 ist
im gezeigten Ausführungsbeispiel
in Richtung der die Achsen 6 und 7 verbindenden
Geraden 9 gegenüber
dem Rotor 3 verstellbar, wobei über die Exzentrizität des Kurvenringes 5 zum
Rotor 3, also den Abstand zwischen den Achsen 6 und 7 das
Volumen der Arbeitskammern 10 bestimmt ist, die über im Rotor 3 geführte, radial
verschiebliche Rotorflügel 11 gegeneinander
abgegrenzt sind. Im von den Rotorflügeln 11 überstrichenen
Bereich sind in zumindest einer der Seitenwände 8, sich in Umfangsrichtung
erstreckend und bezogen auf die Gerade 9 einander gegenüberliegend,
ein Saugschlitz 12 und ein Druckschlitz 13 vorgesehen,
wobei das Fördervolumen
der Flügelzellenpumpe 1 durch
die Exzentrizität
des Kurvenringes 5 zum Rotor 3 bestimmt ist, die
durch eine Hubverstellung des als Stellkolben wirkenden Kurvenringes 5 in
Erstreckungsrichtung der Geraden 9 veränderbar ist.
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Die Hubverstellung des Kurvenringes 5 erfolgt
in den Ausführungsbeispielen
in Abhängigkeit von
der Höhe
der Druckbeauf schlagung in einem vom Kurvenring 5 gegenüber dem
Gehäuse 2 abgegrenzten
Druckraum 14, der über
ein Dichtgrenze 15 von einem in Hubrichtung gegenüberliegenden
und ebenfalls durch den Kurvenring 5 und das Gehäuse 2 begrenzten
Raum 16 abgegrenzt ist. Die zur jeweiligen Druckbeaufschlagung
im Druckraum 14 korrespondierende Gegenkraft wird über eine
Rückstellvorrichtung 17 aufgebracht,
die in den Ausführungsbeispielen
durch eine Feder 18 gebildet ist, welche symbolisch als
mechanische Feder ausgebildet ist. Anstelle einer mechanischen Rückstellvorrichtung
kann selbstverständlich
auch eine hydraulische Beaufschlagung erfolgen, sei es in Verbindung
mit einer aktiven Ansteuerung oder in Abstützung gegen eine pneumatische
Feder oder dergleichen.
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Die Dichtgrenze 15, die
quer zur Hubrichtung in einer zur Mittelachse 7 etwa diametral
verlaufenden Ebene liegt, ist im Ausführungsbeispiel gemäß 1 einerseits durch die Anlage
des Kurvenringes 5 an der Wand 19 des Gehäuses 2 veranschaulicht, andererseits
durch eine drehmomentenübertragende Abstützung 20,
die durch eine verzahnungsartige Verbindung zwischen dem Kurvenring 5 und
der zur Gehäusewand 19 gegenüberliegenden
Gehäuseseite
gegeben ist, wobei die verzahnungsartige Verbindung einen Stift 21 umfasst,
der mit einem Zahnkopf 22 in eine als Kerbe im Kurvenring 5 gestaltete
Zahnlücke 23 eingreift,
so dass für
den Kurvenring 5 eine Drehmomentenabstützung gegeben ist, über die
ein Mitdrehen des Kurvenringes 5 beim Umlaufen des Rotors 3 aufgrund
der dabei über
die Rotorflügel 11 auf
den Kurvenring 5 ausgeübten
Kräfte
vermieden wird.
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Die Abstützung 20 ist, wie
durch die Gestaltung des Zahnkopfes 22 und der Zahnlücke 23 angedeutet,
verzahnungsartig gestaltet, wobei die zugehörigen Teilkreise einerseits
durch eine gehäuseseitige
Auflage 24 für
den Kurvenring 5 und andererseits durch den Außenumfang 25 des
Kurvenringes 5 gebildet sind, bzw. diesen in ihrem Verlauf
im wesentlichen entsprechen, wobei zu berücksichtigen ist, dass der Abrollweg
zwischen Kurvenring 5 und Auflage 24 in Anbetracht
der Größe der Exzentrizität des Kurvenrings 5 zum
Rotor 3 verhältnismäßig klein
ist, so dass sich in Verbindung mit der entsprechenden Gestaltung
der zahnartigen Abstützung 20 eine
in ihrer Richtung durch die Abwälzbahn
bestimmte Hubbewegung für
den als Stellkolben dienenden Kurvenring ergibt. Die Abwälzbahn ist
durch die Abstützung 20,
bzw. ihre Auflage 4, bestimmt. Bedingt durch die abwälzende Bewegung
sind nur verhältnismäßig kleine
Stehkräfte
erforderlich.
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Anstelle der in 1 gezeigten Ausbildung der Abstützung 20,
in der die Auflage 24 als Distanzplatte ausgestaltet ist,
die eine Aufnahme für
den Stift 21 bildet, ist es selbstverständlich im Rahmen der Erfindung
auch möglich,
anderweitige Verzahnungsgestaltungen vorzusehen, so beispielsweise
gehäuseseitig
eine Zahnstange bzw. ein Zahnstangensegment vorzusehen, dem kurvenringseitig
ein Zahnradsegment entspricht. Die gezeigte Ausgestaltung der Abstützung 20 zeichnet
sich aber durch besondere Einfachheit aus und bietet in Verbindung
mit einer plattenförmigen
Ausbildung der Auflage 24 zusätzlich auch günstige Voraussetzungen
die Stärke
der die Auflage 24 bildenden Platte toleranzabhängig zu wählen. Ferner
kann durch die Neigung der Auflage 24 oder einen in Verstellrichtung
des Kurvenringes 5 konturierten Verlauf der Auflage 24 erfindungsgemäß auch Einfluss
auf die Vorverdichtung genommen werden.
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In 2 ist
angedeutet, dass in der Dichtgrenze 15 weitere dichtende
oder toleranzabgleichende Elemente vorgesehen sein können, so
insbesondere im Anschluss des Kurvenringes 5 an die Wand 19 beispielsweise
eine elastisch abgestützte Dichtleiste 28 vorgesehen
sein kann. Durch entsprechende Reibpaarungen kann auch Einfluss
auf die für
die Hubverstellung notwendigen Stellkräfte genommen werden.
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Anstelle einer verzahnungsartigen
Abstützung
kann erfindungsgemäß die Abstützung auch durch
eine drehmomentenabstützende
Reibpaarung zwischen Gehäuse 2 bzw.
Auflage 24 und Kurvenring 5 gebildet sein, was
nicht dargestellt ist. Eine solche Reibpaarung kann beispielsweise
durch eine Werkstoffpaarung Stahl gegen Stahl gebildet sein.
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2 zeigt
einen grundsätzlich
der 1 entsprechenden
Aufbau der Flügelzellenpumpe 1. Für entsprechende
Teile finden gleiche Bezugszeichen Verwendung. Abweichend ist in 2 die Abstützung 20 gestaltet,
deren Auflage 24 Träger
für ein Flachband 29 ist,
das sich zwischen Kurvenring 5 und Auflage 24 erstreckt
und auf dem der Kurvenring 5 aufliegt. Das Flachband 29 ist
an seinem einen Ende 30 zur Auflage 24 lagefest
und an seinem anderen Ende 31 am Umfang des Kurvenringes 5 befestigt.
Im Zwischenbereich zwischen den Enden 30 und 31 ist
das Flachband 29 in Abhängigkeit
von der Hubstellung des Kurvenringes 5 an die Auflage 24 und
an den Kurvenring 5 jeweils bereichsweise angelegt. Die
Breite des Flachbandes 29 entspricht der des Kurvenringes 5,
und als Flachband 29 ist beispielsweise und bevorzugt ein
Stahlband vorgesehen, dessen Befestigung gegenüber dem Kurvenring 5 bzw.
der Auflage 24 durch Schweißen, Nieten, Verklemmen oder
dergleichen erfolgen kann. Der einerseits durch das Flachband 29 gebildeten
Dichtgrenze zwischen Kurvenring 5 und Gehäuse 1 entspricht
gegenüberliegend
die als Hubleiste ausgebildete Dichtleiste 28, die so gestaltet
ist, dass sie den in Abhängigkeit
von der Hubstellung des Kurvenringes 5 gegebenen Abstand
zwischen dessen Umfang und der Wand 19 ausgleichend überbrückt.
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In der Fig. ist
des Weiteren die Druckversorgung des Druckraumes 14 über ein
3/3-Wegeventil veranschaulicht, so dass die Einbindung der Steuerung
und/oder Regelung für
die Flügelzellenpumpe 1 in
ein hydraulisches Versorgungssystem mit gebräuchlichen Mitteln erreicht
werden kann. Ein entsprechender Versorgungsanschluss 26 ist
dem 3/3-Wegeventil 27 zur Veranschaulichung zugeordnet.