DE10319912A1

DE10319912A1 - Pumpe oder Kompressor

Info

Publication number: DE10319912A1
Application number: DE10319912A
Authority: DE
Inventors: Carsten Sczesny; Robert Deipenwisch; Volker Romp; Andreas Huster
Original assignee: LuK Automobiltechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain Hueckeswagen GmbH
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2003-05-05
Publication date: 2003-11-20

Abstract

Flügelzellenpumpe oder Flügelzellenkompressor mit einem Rotor und einem Ring zur Bildung einer Hubkontur, mit in dem Rotor angeordneten Schlitzen, in denen Flügel zumindest radial verschieblich gelagert sind.

Description

Die Erfindung befasst sich mit einer Flügelzellenpumpe oder einem Flügelzellenkompressor mit einem Rotor und einem Ring zur Bildung einer Hubkontur, mit im Rotor angeordneten Schlitzen, in denen Flügel zumindest radial verschieblich gelagert sind. Derartige Flügelzellenmaschinen oder Flügelzellenkompressoren sind bekannt. Die Flügelzellenpumpen bilden durch aus dem Rotor herausfahrende Flügel, welche an der Hubkontur des Hubringes entlang gleiten, zwischen den Flügeln, der Hubkontur und dem Rotor abgeschlossene Zellen, die sich je nach Umdrehung vergrößern und verkleinern und dadurch Druckmedium ansaugen oder ausstoßen. Diese Flügelzellenmaschinen bilden zwischen dem exzentrisch zum Hubring gelagerten Rotor einen Bereich mit geringstem Abstand zwischen dem Rotor und dem Hubring, dem sogenannten Schmiegespalt, der zur Trennung zwischen dem Druck- und dem Saugbereich dient. Da dieser Schmiegespalt keine berührende Dichtfläche darstellt, da der Rotor nicht am Hubring schleifen soll, tritt immer eine gewisse Leckage zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckseite auf. Besonders bei Druckmedien wie Luft ist die Größe des Spaltes entscheidend für den Leckagestrom zwischen Ring und Rotor von der Hochdruckseite zur Saugdruckseite. Deswegen ist es insbesondere bei Flügelzellenkompressoren für den Wirkungsgrad von außerordentlicher Wichtigkeit, diesen Leckagestrom so gering wie möglich zu halten. Vor allem bei trockenlaufenden Flügelzellenkompressoren für die Druckluftversorgung in Luftfedersystemen für Kraftfahrzeuge ist dieser Leckagestrom ein Problem, da bei trockenlaufenden Maschinen nicht durch vorhandenes Schmiermittel dieser Spalt abgedichtet werden kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Flügelzellenpumpe oder einen verbesserten Flügelzellenkompressor darzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Flügelzellenpumpe oder durch einen Flügelzellenkompressor mit einem Rotor und einem Ring zur Bildung einer Hubkontur, mit im Rotor angeordneten Schlitzen, in denen Flügel zumindest radial verschieblich gelagert sind, wobei im Bereich des geringsten Abstandes zwischen Rotoraußenfläche und Hubringinnenfläche (der sogenannte Schmiegespalt) eine zusätzliche Dichtungseinrichtung im Hubring angeordnet ist. Eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe oder ein Flügelzellenkompressor zeichnet sich dadurch aus, dass die Dichtungseinrichtung die Rotoraußenfläche berührt. Eine weitere erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe oder ein Flügelzellenkompressor zeichnet sich dadurch aus, dass die Dichtungseinrichtung durch einen Sperrflügel oder einen Wippflügel dargestellt ist.
Weiterhin wird eine Flügelzellenpumpe oder ein Flügelzellenkompressor bevorzugt, bei welchem die Längsachse des Sperrflügels oder Wippflügels schräg zur Längsachse des Rotors angeordnet ist. Das hat den Vorteil, dass sowohl das Eindringen der Flügel in den Sperrflügelschlitz als auch das Eindringen des Sperrflügels in die Flügelschlitze vermieden wird. Das gleiche gilt analog für den Wippflügel.
Eine weitere erfindungsgemäße Sperrflügelpumpe oder ein Sperrflügelkompressor zeichnet sich dadurch aus, dass der Sperrflügel oder Wippflügel zumindest auf einer Fläche mit Hochdruck beaufschlagbar ist. Auch wird eine Pumpe oder ein Kompressor bevorzugt, bei welchem der Sperrflügel oder der Wippflügel auf zwei Flächen mit Hochdruck beaufschlagbar ist.
Eine erfindungsgemäße Pumpe oder ein Kompressor zeichnet sich dadurch aus, dass der Sperrflügel oder der Wippflügel mit einer Federkraft beaufschlagbar ist. Weiterhin wird eine Pumpe oder ein Kompressor bevorzugt, bei welcher/welchem der Wippflügel um einen Drehpunkt drehbar gelagert ist, wobei durch Variation des Drehpunktes die Anpresskraft variierbar ist, die durch die druckbeaufschlagten Flächen hervorgerufen wird.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Sperrflügelmaschine im Querschnitt in Seitenansicht.
Fig. 2 zeigt eine Sperrflügelmaschine im Querschnitt in Aufsicht.
Fig. 3 zeigt eine Wippflügelmaschine im Querschnitt von der Seite.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung einer Flügelzellenpumpe oder eines Flügelzellenkompressors mit Sperrflügel in einem Querschnitt einer Seitenansicht. Ein Rotor 1 dreht sich in Drehrichtung 3, wie durch einen Pfeil dargestellt. In dem Rotor ist in einem radialen Schlitz 5 ein Flügel 7 radial verschieblich angeordnet. Der Flügel 7 gleitet mit seiner Stirnfläche 9 an der Innenfläche eines Hubringes 11 entlang, wobei die Stirnfläche 9 des Flügels derartig abgeschrägt ist, dass sie in Drehrichtung noch einen Spalt 13 zwischen Flügelkopf und Hubkontur 11 offenlässt. Der Hubring 15 selbst, der hier einen Teil des Kompressorgehäüses darstellen kann, ist mit einem radialen Schlitz 17 versehen, in welchem ein Sperrflügel 19 gleitend gelagert ist. Der Sperrflügel 19 wird in diesem Beispiel durch eine Feder 21 gegen die Außenfläche 23 des Rotors 1 gepresst. Zur besseren Abdichtung hat der Sperrflügel 19 noch eine bogenförmige Fläche 25, welche auf dem Rotor 1 gleitend abdichtet. Die Hochdruckseite 27 der Flügelzellenmaschine ist durch sich verkleinernde Zellen zwischen Rotor und Hubring gekennzeichnet, während die Saugseite 29 umgekehrt durch sich vergrößernde Zellvolumina gebildet wird. Der Sperrflügel 19 bildet damit innerhalb des sogenannten Schmiegespaltes 31, also der engsten Stelle zwischen Rotor 1 und Ringkontur 11, die Trennstelle zwischen Hochdruckbereich 27 und Saugdruckbereich 29. Zwischen dem Flügelschlitz 17 für den Sperrflügel und dem Sperrflügel 19 selbst ist ein radialer Spalt 33 und ein axialer Spalt 35 dargestellt, in welchem der Hochdruck aus dem Bereich 27 wirksam werden kann. Das führt dazu, dass auf der seitlichen Fläche 37 des Sperrflügels 19 der Hochdruck wirksam wird und den Sperrflügel nach links in den Spalt 17 drückt und damit diese Seite abdichtet, und dass der Hochdruck weiterhin in dem Spalt 35 wirksam wird und daher auf die Oberfläche 39 des Sperrflügels drückt und damit den Sperrflügel 19 gegen die Außenseite des Rotors 1 presst. Somit wird die Abdichtung dieses zusätzlichen Sperrflügels 19 vom Hochdruck entsprechend dem Druckniveau unterstützt. Wenn zu große Spalte im Schlitz 17 für den Sperrflügel 19 den Aufbau einer Abdichtung im Stillstand einer Maschine nicht gewährleisten können, so hilft das Federelement 21, den Flügel 19 schon vorab in einer Anfahrposition gegen den Rotor 1 zu pressen und damit die Dichtfunktion vorab herzustellen.
In Fig. 2 ist im Querschnitt eine Aufsicht auf die entsprechende Sperrflügelmaschine dargestellt. Der Rotor ist dabei nicht dargestellt, um einen Blick auf die Dichtstelle des Sperrflügels zu ermöglichen, angedeutet ist nur die Querschnittsposition eines im Rotor gelagerten Flügels 7. Der Flügel 7 ist, wie vorhergehend schon erwähnt, in radialen Schlitzen 5 des Rotors 1 gelagert und wird nur noch als Umriss dargestellt. Wichtig ist, dass die Längsachse 41 des Flügels 7 in gleicher Richtung orientiert ist wie die Längsachse des Rotors 1, wo hingegen die Längsachse 43 des Sperrflügels 19 derartig schräg zu der Achse 41 angeordnet ist, dass sowohl das Eindringen des Flügels 7 in den Sperrflügelschlitz 17 als auch das Eindringen des Sperrflügels 19 in den Flügelschlitz 5 des Flügels 7 vermieden wird.
Dargestellt sind weiterhin die Kanten der Ringinnenfläche 11 des Hubringes 15 sowie zwei seitlich abgrenzende Begrenzungsflächen 45 und 47, welche die Rotationsgruppe seitlich abdichten und entweder durch separate Seitenplatten oder durch Gehäuseelemente selbst dargestellt werden können.
Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine Seitenansicht einer ähnlichen erfindungsgemäßen Pumpe, wobei diese Pumpe keinen Sperrflügel, sondern einen sogenannten Wippflügel enthält. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorherige Erläuterung verwiesen wird. Zunächst erkennt man am Flügel 7, dass der Flügelkopf 50 nicht mehr die deutliche Schräge aufweist wie der Flügelkopf 9 in Fig. 1. In Fig. 1 muss der Flügel die entsprechende Schräge haben, um weich gegen den Sperrflügel 19 einzulaufen. Das ist bei der Konstruktion des Wippflügels 52 nicht mehr notwendig, da der Wippflügel 52 an der Einlaufstelle des Flügelkopfes 50 einen entsprechenden Spalt 54 aufweist. Der Wippflügel 52 hat in etwa eine dreieckige Querschnittsform und ist in einem Drehpunkt 56 drehbar gelagert. Der Hubring 15 bzw. das Pumpengehäuse hat auch eine in etwa dreieckförmige Nut 58, die den Wippflügel 52 aufnimmt. An der Spitze 60 des Wippflügels 52 bzw. der Nut 58 ist eine elastische Dichtung angebracht, welche hier in Spitzenpunkt des Wippflügels 52 den Druckraum vom Saugraum der Pumpe abtrennt. Der Druckraum wird wieder von den sich verkleinernden Zellen 27 her gefüllt, während die sich vergrößernden Zellen 29 den Saugraum darstellen. Der Hochdruck ist damit in der Lage, auf die Fläche 62 und die Fläche 64 des Wippflügels zu wirken und damit je nach Anordnung des Drehpunktes 76 den Flügel, wie in Fig. 3 dargestellt, so anzustellen, dass er mit einer Dichtkante 66 auf dem Rotor 1 anliegt und dort abdichtet. Dabei wird die Anpresskraft im Dichtpunkt 66 durch die Höhe des Druckes im Hochdruckbereich und die Anordnung des Drehpunktes 56 bestimmt, so dass durch Variation des Drehpunktes 56 die Anpresskraft beeinflusst. werden kann. Durch das Kippen des Wippflügels 52 aufgrund der Druckkräfte wird zum einen das Verhaken der Flügel verhindert, zum anderen wird der Kontakt zwischen Dichtelement 52 und Rotor 1 sichergestellt. Auch bei dieser Konstruktion ist ein zusätzlicher Einsatz von Federelementen denkbar.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder den Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbstständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbstständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Erfindung ist auch nicht auf (das) die Ausführungsbeispiel(e) der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und den Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

1. Flügelzellenpumpe oder -kompressor mit einem Rotor und einem Ring zur Bildung einer Hubkontur, mit in dem Rotor angeordneten Schlitzen, in denen Flügel zumindest radial verschieblich gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des geringsten Abstandes zwischen Rotoraußenfläche und Hubringinnenfläche (sog. Schmiegespalt) eine zusätzliche Dichtungseinrichtung im Hubring angeordnet ist.

2. Flügelzellenpumpe oder -kompressor, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung die Rotoraußenfläche berührt.

3. Flügelzellenpumpe oder -kompressor, insbesondere nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung durch einen Sperrflügel oder einen Wippflügel dargestellt ist.

4. Flügelzellenpumpe oder -kompressor, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Sperrflügels oder Wippflügels schräg zur Längsachse des Rotors angeordnet ist.

5. Flügelzellenpumpe oder -kompressor, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrflügel oder Wippflügel zumindest auf einer Fläche mit Hochdruck beaufschlagbar ist.

6. Flügelzellenpumpe oder -kompressor, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrflügel oder Wippflügel auf zwei Flächen mit Hochdruck beaufschlagbar ist.

7. Flügelzellenpumpe oder -kompressor, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrflügel oder Wippflügel mit einer Federkraft beaufschlagbar ist.

8. Flügelzellenpumpe oder -kompressor, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wippflügel um einen Drehpunkt drehbar gelagert ist.

9. Flügelzellenpumpe oder -kompressor, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Variation des Drehpunktes des Wippflügels die Anpresskraft variierbar ist.

10. Flügelzellenpumpe oder -kompressor mit einem Rotor und einem Ring zur Bildung einer Hubkontur, mit im Rotor angeordneten Schlitzen, in denen Flügel zumindest radial verschieblich gelagert sind, gekennzeichnet durch mindestens ein in den Anmeldeunterlagen offenbartes erfinderisches Merkmal.