DE10324280A1

DE10324280A1 - Flügelzellenmaschine

Info

Publication number: DE10324280A1
Application number: DE10324280A
Authority: DE
Inventors: Robert Deipenwisch; Axel Fasbender; Andreas Huster; Volker Middelmann; Thomas Nied-Menninger; Heiko Schulz-Andres; Friedrich Schuler; Carsten Sczesny
Original assignee: LuK Automobiltechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain Hueckeswagen GmbH
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2003-12-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenmaschine mit einem insbesondere zylinderförmigen Rotor, der innerhalb eines Hubrings zwischen zwei Seitenflächen drehbar angeordnet ist und mindestens einen Flügel antreibt, der verschiebbar in dem Rotor gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenmaschine, insbesondere Flügelzellenpumpe, mit einem insbesondere zylinderförmigen Rotor, der innerhalb eines Hubrings zwischen zwei Seitenflächen, insbesondere Gehäuseseitenflächen und/oder Seitenplatten, drehbar angeordnet ist und mindestens einen Flügel antreibt, der verschiebbar in einem Rotor gelagert ist.
Flügelzellenmaschinen der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Sie weisen einen Rotor auf, der zwischen zwei Gehäuseseitenflächen beziehungsweise Seitenplatten innerhalb eines Hubrings rotiert. Der Rotor ist drehbar gelagert und weist oft einen oder mehrere radiale Schlitze auf, in denen ein oder mehrere Flügel verschiebbar aufgenommen sind. Der Rotor, der Hubring und die Gehäuseseitenflächen beziehungsweise Seitenplatten begrenzen jeweils zwischen zwei benachbarten Flügeln oder zwischen zwei Abschnitten eines einzigen Flügels einen Verdrängerraum (Zelle), dessen Volumen sich ändert, wenn der Rotor in Drehung versetzt wird. Dabei kommt es auf der Saugseite (Zulaufseite) der Flügelzellenmaschine zu einer Volumenvergrößerung, die ein Ansaugen des Arbeitsmediums in den jeweiligen Verdrängerraum bewirkt, und auf der Druckseite zu einer Volumenabnahme, die ein Komprimieren des Arbeitsmediums beziehungsweise Fördern des Arbeitsmediums aus dem jeweiligen Verdrängerraum bewirkt. Entsprechend der Drehbewegung des Rotors wird ein Saugbereich und ein Druckbereich ausgebildet, wobei der Saugbereich im Bereich sich vergrößernder Volumina und der Druckbereich im Bereich sich verkleinernder Volumina angeordnet ist. Der Saugbereich steht mit einem Sauganschluss und der Druckbereich mit einem Druckanschluss der Flügelzellenmaschine in Verbindung.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad der Flügelzellenmaschine zu erhöhen.
Die Aufgabe ist bei einer Flügelzellenmaschine, insbesondere Flügelzellenpumpe, mit einem insbesondere zylinderförmigen Rotor, der innerhalb eines Hubrings zwischen zwei Seitenflächen, insbesondere Gehäuseseitenflächen und/oder Seitenplatten, drehbar angeordnet ist und mindestens einen Flügel antreibt, der bevorzugt radial verschiebbar, insbesondere aber auch exzentrisch gegenüber der Rotorachse in dem Rotor gelagert ist, dadurch gelöst, dass der Rotor radial außen mit mindestens einer Schmiegespaltdichteinrichtung ausgestattet ist. Die Schmiegespaltdichteinrichtung sorgt insbesondere im ölfreien Betrieb der Flügelzellenmaschine für eine Abdichtung des Schmiegespalts zwischen Rotor und Hubring. Dadurch wird gewährleistet, dass das Arbeitsmedium nicht von einem Verdrängerraum über den Schmiegespalt in einen anderen Verdrängerraum gelangen kann.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Flügelzellenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiegespaltdichteinrichtung ein längliches Dichtelement umfasst, das, im Querschnitt betrachtet, zumindest teilweise in eine Nut aufgenommen ist, die in der Mantelfläche des Rotors in axialer Richtung verläuft. Das Dichtelement kann auch als "Blindflügel" bezeichnet werden, da das Dichtelement nicht an der Verdrängung des Arbeitsmediums beteiligt ist. Aufgrund der Tatsache, dass das Dichtelement nur zu einem Teil in der Nut aufgenommen ist, ragt es mit dem anderen Teil aus der Nut heraus. Der aus der Nut herausragende Teil des Dichtelements sorgt für eine gute Abdichtung des Schmiegespalts zwischen zwei benachbarten Verdrängerräumen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Flügelzellenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Dadurch wird eine gleichmäßige Anlage des Dichtelements an der Innenfläche des Hubrings unabhängig von der Lage des Dichtelements in der Nut gewährleistet. Alternativ kann der Querschnitt der Nut auch oval, im Wesentlichen rechteckförmig oder trapezförmig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Querschnitt des Dichtelements an den Querschnitt der Nut angepasst, um eine Führung des Dichtelements in der Nut in radialer Richtung zu gewährleisten.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Flügelzellenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt der Nut in radialer Richtung nach außen hin verjüngt, und dadurch, dass der Durchmesser des Dichtelements größer als der kleinste Abstand der Flanken der Nut ist. Dadurch wird ein Herausrutschen des Dichtelements aus der Nut verhindert, wenn sich das Dichtelement nicht im Bereich des Schmiegespalts und somit nicht in Anlage an den Hubring befindet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Flügelzellenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Nut trapezförmig ausgebildet ist. Durch den trapezförmigen Querschnitt wird einerseits sichergestellt, dass das Dichtelement nicht aus der Nut herausrutschen kann. Andererseits werden durch die ebenen Nutflanken Beschädigungen des Dichtelements im Betrieb der Flügelzellenmaschine vermieden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Flügelzellenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement aus einem elastischen Material gebildet ist. Bei dem Material kann es sich um herkömmliche Dichtungswerkstoffe handeln, die eine ausreichende Elastizität und eine niedrige Reibungszahl aufweisen. Um die Reibung zwischen dem Dichtelement und dem Hubring zu minimieren, kann das Dichtungselement mit einer Schicht aus Polytetrafluoräthylen ausgestattet sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Flügelzellenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dichtelement und dem Grund der Nut eine Federeinrichtung angeordnet ist. Die Federeinrichtung ist so vorgespannt, dass das Dichtelement teilweise aus der Nut herausgedrückt wird. Dadurch wird eine satte Anlage des Dichtelements an dem Hubring gewährleistet, wenn das jeweilige Dichtelement im Schmiegespalt angeordnet ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Flügelzellenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen dem Dichtelement und dem Grund der Nut mit Druck beaufschlagt ist. Dadurch wird dieselbe Wirkung wie durch die Federeinrichtung erzielt. Die Druckbeaufschlagung kann in ähnlicher Weise wie bei der Unterflügelversorgung durch eine Verbindung zum Druckbereich sichergestellt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Flügelzellenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Flügel radial verschiebbar in dem Rotor gelagert sind, und dadurch, dass zwischen zwei Flügeln jeweils mindestens ein Dichtelement vorgesehen ist. Das Prinzip einer Flügelzellenpumpe beziehungsweise Flügelzellenmaschine wird als bekannt vorausgesetzt. Durch die Flügel werden die Verdrängerräume unterteilt. Die zwischen den Flügeln vorgesehenen Dichtelemente sind nicht an der Verdrängung des Arbeitsmediums beteiligt, sondern sorgen lediglich für eine ordentliche Abdichtung des Schmiegespalts.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Flügelzellenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel und die Dichtelemente so auf dem Umfang des Rotors verteilt angeordnet sind, dass sich im Betrieb der Flügelzellenmaschine immer mindestens ein Dichtelement oder ein Flügel im Schmiegespalt an dem Hubring in Anlage befindet. Dadurch wird gewährleistet, dass zwei durch den Schmiegespalt getrennte Verdrängerräume durch das Dichtelement voneinander abgeschottet sind. Es kann kein Arbeitsmedium aus einem Verdrängerraum über den Schmiegespalt in einen benachbarten Verdrängerraum gelangen. Die minimal erforderliche Anzahl der zwischen den Flügeln angeordneten Dichtelemente kann ermittelt werden, indem man den Schmiegespalt über einen gewissen Winkelbereich mit einer Gleichkreiskontur von Rotor und Hubring versieht und die Dichtelemente so positioniert, dass immer ein Dichtelement in den Schmiegespalt einfährt, wenn ein anderes den Schmiegespalt verlässt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Hubring, in welchem ein Rotor drehbar angeordnet ist;
Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung;
Fig. 3 einen vergrößert dargestellten Schmiegespalt mit einer Gleichkreiskontur von Rotor und Hubring;
Fig. 4 einen Ausschnitt wie in Fig. 2 mit einer trapezförmigen Nut und
Fig. 5 einen Ausschnitt wie in Fig. 2 mit einer trapezförmigen Nut und einer Federeinrichtung.
In Fig. 1 ist ein Rotor 1 mit einer kreiszylinderförmigen Außenkontur im Querschnitt dargestellt. Der Rotor 1 ist innerhalb eines Hubrings 2 drehbar aufgenommen. Rotor 1 und Hubring 2 gehören zu einer Flügelzellenpumpe, deren Funktion als bekannt vorausgesetzt wird.
Der Rotor 1 weist drei sternförmig angeordnete Schlitze auf, in denen jeweils ein Flügel 4, 5, 6 radial verschiebbar aufgenommen ist. Im Bereich eines Schmiegespalts 7 befindet sich die Mantelfläche des Rotors 1 in Anlage an der Innenseite des Hubrings 2. Jeweils zwischen zwei Flügeln 4, 5, 6 sind Verdrängerräume ausgebildet, deren Volumen sich in Abhängigkeit von der Rotation des Rotors 1 relativ zum Hubring 2 verändert. Wenn der Rotor 1 im Uhrzeigersinn um seine Rotationsachse in Drehung versetzt wird, verkleinert sich das Volumen des Verdrängerraums zwischen den Flügel 4 und 6. Gleichzeitig vergrößert sich das Volumen des Verdrängerraums zwischen den Flügeln 4 und 5. Zwischen je zwei der Flügel 4, 5, 6 sind jeweils zwei Dichtelemente 8, 9, 10, 11, 12 und 13 mit einem kreisförmigen Querschnitt angeordnet. Das Dichtelement 8 ist momentan im Bereich des Schmiegespalts 7 angeordnet und liegt in der momentanen Rotorposition, wie der vergrößerten Darstellung aus Fig. 2 zu entnehmen ist, an der Innenseite des Hubrings 2 an. Die übrigen Dichtelemente 9, 10, 11, 12 und 13 sind in der momentanen Rotorposition von der Innenseite des Hubrings 2 beabstandet.
In Fig. 3 ist die Innenseite eines Hubrings im Bereich des Schmiegespalts durch einen Kreisbogen 15 und zwei Tangenten 14, 16 gebildet, von denen der Bogen 15 im Wesentlichen den gleichen Radius aufweist wie die Mantelfläche 17 des Rotors 1. Ein in dem Rotor 1 verschiebbar gelagerter Flügel 18 befindet sich in Anlage am Schnittpunkt der Tangente 14 und des Kreisbogens 15. Ein Dichtelement 19 befindet sich in Anlage am Schnittpunkt des Kreisbogens 15 und der Tangente 16. Der in Fig. 3 dargestellte Schmiegespalt ist also mit einer Gleichkreiskontur von Rotor und Hubring versehen. Dadurch lässt sich die minimal nötige Anzahl der Dichtelemente ermitteln. Immer, wenn ein Dichtelement (zum Beispiel 19) den Schmiegespalt bei Drehung des Rotors verlässt, taucht das nächste (zum Beispiel 18) in den Schmiegespalt ein.
In Fig. 4 ist die Mantelfläche des Rotors mit 20 bezeichnet. Die Mantelfläche des Rotors schmiegt sich an die Innenseite eines Hubrings 22. Ein Dichtelement 24 mit einem kreisrunden Querschnitt befindet sich in Anlage an der Innenseite des Hubrings 22. Das Dichtelement 24 ist in einer Nut 25 aufgenommen, die in der Mantelfläche 20 des Rotors ausgespart ist. Die Nut 25 hat einen trapezförmigen Querschnitt. Vom Grund 26 der Nut 25 gehen zwei Nutflanken 27 und 28 aus, deren Abstand zueinander ausgehend vom Nutgrund 26 nach außen hin kontinuierlich abnimmt. Das Dichtelement 24 ist quasi so zwischen den Nutflanken 27 und 28 eingeklemmt, dass es nicht aus der Nut 25 herausrutschen kann, wenn sich das Dichtelement 24 nicht mehr in Anlage an dem Hubring 22 befindet. Es wird dadurch gewährleistet, dass der geringste Abstand zwischen den Nutflanken 27 und 28 kleiner als der Durchmesser des Dichtelements 24 ist.
In Fig. 5 ist die Mantelfläche eines Rotors mit 30 bezeichnet. Die Mantelfläche des Rotors schmiegt sich an die Innenseite eines Hubrings 32. Ein Dichtelement 34 befindet sich in Anlage an der Innenseite des Hubrings 32. Das Dichtelement 34 ist teilweise in einer Nut 35 aufgenommen, deren Querschnitt, wie bei der in Fig. 4 dargestellten Nut 25, trapezförmig ausgebildet ist. Allerdings weist die in Fig. 5 dargestellte Nut 35 eine größere Tiefe als die in Fig. 4 dargestellte Nut 25 auf. Zwischen dem Nutgrund 36 der Nut 35 und dem Dichtelement 34 ist ein Zwischenraum ausgespart, in dem eine Feder 40 angeordnet ist. Die Feder 40 ist zwischen dem Nutgrund 36 und dem Dichtelement 34 vorgespannt und sorgt dafür, dass das Dichtelement 34 mit einem Teil seines Querschnitts aus der Nut 35 herausgedrückt wird. Ein Herausrutschen des Dichtelements 34 aus der Nut 35 wird dadurch verhindert, dass der geringste Abstand zwischen den beiden Nutflanken 37 und 38 kleiner als der Durchmesser des Dichtelements 34 ist.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das Dichtelement 24 am Nutgrund 26 der Nut 25 an. Die Tiefe der Nut 25 ist dabei so bemessen, dass ein Teil des Querschnitts des Dichtelements 24 aus der Nut 25 herausragt. Dadurch wird eine ausreichende Dichtwirkung erzielt.
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 Merkmalskombinationen 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 Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbstständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung 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 Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar 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. Flügelzellenmaschine, insbesondere Flügelzellenpumpe, mit einem insbesondere zylinderförmigen Rotor der innerhalb eines Hubrings zwischen zwei Seitenflächen, insbesondere Gehäuseseitenflächen und/oder Seitenplatten, drehbar angeordnet ist und mindestens einen Flügel antreibt, der bevorzugt radial, aber auch exzentrisch gegenüber der Rotorachse verschiebbar in dem Rotor gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor radial außen mit mindestens einer Schmiegespaltdichteinrichtung ausgestattet ist.

2. Flügelzellenmaschine, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiegespaltdichteinrichtung ein längliches Dichtelement umfasst, das, im Querschnitt betrachtet, teilweise in einer Nut aufgenommen ist, die in der Mantelfläche des Rotors in axialer Richtung verläuft.

3. Flügelzellenmaschine, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

4. Flügelzellenmaschine, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt der Nut in radialer Richtung nach außen hin verjüngt, und dadurch, dass der Durchmesser des Dichtelements größer als der kleinste Abstand der Nutflanken ist.

5. Flügelzellenmaschine, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Nut trapezförmig ausgebildet ist.

6. Flügelzellenmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement aus einem elastischen Material gebildet ist.

7. Flügelzellenmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dichtelement und dem Grund der Nut eine Federeinrichtung angeordnet ist.

8. Flügelzellenmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen dem Dichtelement und dem Grund der Nut mit Druck beaufschlagt ist.

9. Flügelzellenmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Flügel radial verschiebbar in dem Rotor gelagert sind, und dadurch, dass zwischen zwei Flügeln jeweils mindestens ein Dichtelement vorgesehen ist.

10. Flügelzellenmaschine, insbesondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel und die Dichtelemente so auf dem Umfang des Rotors verteilt angeordnet sind, dass sich im Betrieb der Flügelzellenmaschine immer ein Dichtelement oder ein Flügel im Schmiegespalt an dem Hubring in Anlage befindet.

11. Flügelzellenmaschine, insbesondere Flügelzellenpumpe, mit einem insbesondere zylinderförmigen Rotor, der innerhalb eines Hubrings zwischen zwei Seitenflächen, insbesondere Gehäuseseitenflächen und/oder Seitenplatten, drehbar angeordnet ist und mindestens einen Flügel antreibt, der verschiebbar in dem Rotor gelagert ist, gekennzeichnet durch zumindest ein in den Anmeldeunterlagen offenbartes erfinderisches Merkmal.