DE1653921C3

DE1653921C3 - Rotationskolbenpumpe

Info

Publication number: DE1653921C3
Application number: DE1653921A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1966-12-17
Filing date: 1967-12-14
Publication date: 1979-11-22
Also published as: DE1653921A1; DE1653921B2; GB1198716A; US3495539A

Description

Die F.rlindung betrifft eine Rotationskolbenpumpe, bestehend aus einem Gehäuseteil mit zylindrischer Ausnehmung und einer in dem Gehäuseteil gelagerten Antriebswelle, auf der ein Rotor befestigt ist. der mit der Innenfläche des Gehäuseteils eine Pumpenkammer begrenzt, wobei der Rotor zwei sich diametral gegenüberliegende, zur Achse der Welle konzentrische, leilzylindrische Umfangsflächen von unterschiedlichem Radius aufweist, von denen die mit dem größeren Radius mit der Innenfläche des Gehäuseteil abdichtet und die durch zwei Nockenflächen Von abnehmendem bzw, zunehmendem Radius miteinander verbunden sind, in denen jeweils ein im Rotor etwa radial verlaufender Abschnitt des Saugkanals bzw. des Druckkanals über eine in Umfangsrichtung etwa über ί die Ausdehnung der Nockenfläche erweiterte Öffnung mündet sowie aus einer Mehrzahl von lose in radialen Nuten der innenfläche des Gehäuses und in gleichen Umfangsabständen angeordneten und die Pumpenkammer in eine Mehrzahl von Zellen unterteilenden

κι Trennschiebern, die jeweils in Richtung auf den Rotor elastisch vorgespannt sind.

Es ist eine als Pumpe oder Motor verwendbare Vorrichtung mit einem zentralen feststehenden Achsstummel bekannt, auf dem ein Rotor gelagert ist, der eine zur Mittellinie des Achssiummels koaxiale Arbeitsmifilkammer von außen her begrenzt Die innere Begrenzung erfolgt durch einen kreiszylindrischen zur Mittellinie des Achsstummels versetzten Exzenter, an dessen IJmfangsfläche unter elastischer Vorspannung Trennschieber gleitend angreifen, die in radialen Ausnehmungen des Rotors verschieblich gelagert sind. Der Achsstiimmel weist achsnarallele Bohrungen auf. von denen radiale Kanäle in Ausnehmungen in dem Exzenter münden. Diese Bohrungen dienen zur Zu- und

."> Abführung des Arbeitsmittels (vergl. US-PS 30 08 424).

Bei einer anderen ähnlichen, bekannten Vorrichtung weist der um den feststehenden Achsstummel umlaufende Rotor eine zur (* cittellinie des Achsstummels konzentrische Kreisfläche auf, in der in radialen Ausnehmungen radial nach außen elastisch vorgespannte Arbeiisschicber gleiten. Diese wirken mit einer ebenfalls kreisförmigen, zur Mittellinie des Achsstummels jedoch versetzten Innenfläche des Gehäuses zusammen. Bei dieser bekannten Vorrichtung erfolgt

r. die Zuführung und die Abführung des Arbeitsmittels durch entsprechende Ausnehmungen in einem den Achsslummel hallenden Flansch (vergl. IIS-PS 30 09 421).

Es ist weiterhin bekannt, in einem durch eine Welle

•to antreibbaren Rotor von zylinderförmigr-r tlmfangsflä· ehe nachgiebig Arbeiisschieber /u lagern und /wischen der /ur Achse der Welle konzentrischen innenfläche des feststehenden Gehäuses und dem Rotor einen hohl/ylindrischen Zwischenring exzentrisch /ur Achse der

i') Welle /u lagern, mit dessen Innenfläche die Arbeitsschieber zusammenwirken. Dieser Zwischenring weist an seinem Außenumfang weitere Arbeitsschieber auf. die ihrerseits mit der Innenflache des Gehäuses zusammenwirken. Der Zwischenring kann entweder

"«ι drehfesl gehalten oder in Drehnchlung des Rotors oder dieser entgegen angclriebcn werden. Die Zu und Abführung des Arbeitsmittels erfolgt über Ausnehmtin gen und Kanäle, die in dem feststehenden Gehäuse angeordnet sind (vergl. US PS 30 J8 4I2).

Ti Bei als Gebläse oder Vakuumpumpen dienenden Vorrichtungen ist es bekannt, in einem ortsfesten Gehäuse einen zentralen Siator und einen diesen umgebenden Rotor mn in radialen Ausnehmungen geführten Irennschiebern anzuordnen, die auf der

bo kreis/ylmdrischen Flache des Stators aufliegen. Die kreis/ylindristhe Innenfläche des Rolor isl exzentrisch gegenüber der Mittelachse des Stators angeordnet, der scinerscils Öffnungen für den Luflcinlaß und den Auslaß aufweist (vgl. G B-PS 3 14 622).

Dabei isl es auch bekannt, die Trcnnelemente als schwenkbare Flügel auszubilden, um die Reibung zwischen Rotor und den FlOgcicndcn möglichst klein zu hallcn(vgl.GB-PS5 9 4)

Bei all diesen bekannten Vorrichtungen sind die Einlaß- und Auslaßkanäle für das Arbeitsmittel stets in dem ruhenden Teil angeordnet

Es ist eine doppeltwirkende Pumpe mit einem Rotor bekannt, der auf einem axialen Ansatz des Gehäuseteils gelagert ist Der zentrale Ansaugkanal ist in diesem Ansatz vorgesehen, während der Druckkanal in einem feststehenden Gehäuseteil verläuft (US-PS 33 14 368). Hierbei besteht die Gefahr, der Kavitation bei Ein- und Austritt der Flüssigkeit in bzw. aus dem Rotor bzw. in den Stator. In dem Rotor selber sind Kanalabschnitte als Einlaß und Auslaß vorgesehen, wobei die Verbindungen zu diesen Kanälen beim Umlauf des Rotors jeweils unterbrochen werden. Hierdurch wird die Ausbildung von Kavitation noch unterstützt Hinzu kommt das ts Auftreten schroffer Obergänge zwischen der Flüssigkeit in den Kanälen des Stators und in den Kanälen des Rotors. Radial verlaufende Bereiche der im Rotor angeordneten Kanalabschnitte heben sich in ihrer Wirkung auf die Flüssigkeitsströmung weitgehend i» gegenseitig auf.

Bei der Pampe der eingangs erläuterten Art münden die in der Achse der Welle verlaufenden Kanälr· über radial geneigte Kanalabschnitte am Umfang des Rotors wobei in diesem Bereich in der Innenfläche des >5 feststehenden Gehäuses Ringnuten vorgesehen sind, an die Einlaß und Auslaß angeschlossen sind (vergl. FR-PS 9 78 151). Hierbei ist die Anordnung so getroffen, daß sich die Strömungsrichtung des Druckmittels in radialer Richtung umkehrt Soweit also auf das in den Kanälen sn der Welle befindliche Arbeitsmittel Zentrifugalkräfte einwirken können, wird diese Wirkung in jedem der Kanäle weitgehend aufgehoben.

Es ist auch eine Rotationspumpe bekannt, bei der die Saugöffnung des Saugkanals im Rotor koaxial zur π Achse der Antriebswelle in der einen Stirnseite der Welle liegt, während der Druckkanal einen mit dem axialen Eingangskanal axial fluchtenden Austrittskanal im Rotor aufweist, dessen Mündung an der anderen Stirnfläche des Rotors liegt (vergl. FR-PS 6 09 491). »1

Der Rotor wi st einen sektorförmigen Dichtungsabschnitt, der mit der konzentrischen Innenwand des Gehäuses zusammenwirkt, sowie eine teilnngförmige Pumpenkammer auf, wobei sich diametral gegenüberliegende, zusätzlich angetriebene Steuerelemente nut dem r> Rotor zusammenwirken, um Ansaugung und Ausstoß zu steuern. Dabei erfolgt die Ansaugung ii. die Pumpenkammer der Drehrichtung des Rotors entgegen, was in einer Ausschaltung von Zentrifugalkräften auf die angesaugte Flüssigkeit führt. Da die unter Druck ίο gesetzte Flüssigkeit wieder !:<is zur axialen Mute des Rotors radial nach innen gedruckt werden muß. und zwar gegen di; Wirkung etwaiger Zentrifugalkräfte, (ritt cm erheblicher Verlust an Druck auf.

Fs ist gegenüber diesem Stand der Technik Aufgabe r. der Erfindung eine Rotationskolbenpumpe der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß auch bei hohen Drücken und hohen Drehzahlen eine wirksame Dampfung oder Minderung von Schwingungen und Geräuschen erreicht wird, die üblicherweise durch das wi Auslecken von Druckmittel sowie durch Stoße oder andere Unregelmäßigkeiten während des Füllens der Zellen der Pumpe und während des Ausstoßens des Druckmittels aus diesen Zellen verursacht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemüß dadurch gelöst, daß die Ansaugöffnung des Saugkanals des Rotors koaxial zu der Achse der Antriebswelle in der einen Stirnseite der Welle münde", während der Druckkanal in Form eines zur Achse der Antriebswelle pantile! und nahe dem Außenurrfang des Rotors eingearbeiteten Kanals an einer in entgegengesetzte Richtung weisenden Stirnfläcne des Rotors axial austritt Aufgrund dieser Ausbildung wird erreicht, daß das Arbeitsmittel entlang der Drehachse im wesentlichen drucklos angesaugt und dann vor dem Eintritt in die zugehörigen Zellen unter einen ausreichenden Vordruck gebracht wird. Hierdurch wird jede Kavitation zuverlässig ausgeschaltet und gleichzeitig ein stoßfreies Füllen der Zelle während des Saughubes gewährleistet. Darüber hinaus wird erreicht, daß das unter Druck aus den Zellen ausgestoßene Druckmittel aus den Zellen einem vorbestimmten Druck entgegen abgefördert wird Damit wird gewährleistet, daß auch der Austritt des Druckmittels stoßfrei und ohne die Gefahr einer Bildung von Kavitation erfolgt. Es wird dadurch deutlich, daß es wesentlich auf die relative Lage zwischen der Eintrittsmündung und der Austrittsmündung jedes einzelnen Kanals ankommt. Aufgrund der vorgesehenen Anordnung wird die ge^c"Mlte Aufgabe nuf besonders einfache und elegante Weise und besonders zuverlässig gelöst.

Vorteilhafterweise mündet der Druckkanal in der Antriebswelle in axialer Richtung jeweils auf der axial Jn Außenseite von zwei an den Stirnflächen des Rotors anliegenden Scheibenkörpern in einer Sammelkammer. Durch den unmittelbaren Übergang des Ausstoßkanals in axial angrenzende Sammelkammern wird gewährleistet, daß unmittelbar angrenzend an die Stirnflächen des Rotors in den nicht umlaufenden Teilen eine Arbeitsmittelmenge verbleibt, gegen die der Ausstoß erfolgt. Dadurch wird die angestrebte Wirkung ν erstärkt, indem die Geräuschbildung vermindert und Unregelmäßigkeiten oder Stöße im Druckmittel unterbunden werden.

Die Aussaugung kann vorteiiliafterweise unmittelbar aus einem Arbeitsmittelsumpf erfolgen, indem der Ansaugkanal an einem Ende der Antriebswelle axial unmittelbar in den Arbeitsmittelsumpf mündet.

Um einen möglichst sprungfreien Übergang /wischen den einzelnen Räumen und den Kanälen zu erhalten, ist die Anordnung zweckmäßigerweise so getroffen, daß von den Rändern der beiden Ausnehmungen in den Nockenflächen des Rotors jeweils eine sich verengende Nut in Drehrichtung bis in die angrenzende teilz>lindrischer Umfangsflächedes Rotors ragt.

Die FMindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fs zeigt

F i g. 1 einen axialen Schnitt durch eine Rotationskolbenpumpe gemäß der Erfindung.

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 2 2 der F ig. I.

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 3-3 der Fig. ι,

F ι g. 4 und 5 perspektivische Ansichten de* Rotors der Rotationskolbenpumpe nach Fig. I bis 3 in zwei verschiedenen Umfangsansichtcn.

Fig. 6 in ähnlicher Darstellung wie F i g. I ein abgewandeltes Ausfihningsbeispiel der Erfindung, wobei der Schnitt entlang der Schnittlinie 6-6 der F i g. 7 gelegt ist,

F i g. 7 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 7-7 der Fig.6und

F i g. 8 eine schematische Darstellung des Saugzyklusses und des Ausstoßzykldsscs der Rotationskolbenpumpe nach der Erfindung.

Bei dem AusführunesbeisDicl gemäß F i g. 1 bis F i e. 5

ist in einem äuDcrefi Gehäuse 10 ein zylindrischer Gehäuseteil 20 vorgesehen, in dem zwischen zwei Stirnscheiben 12 und 13 ein Rotor 30 drehbar angeordnet ist, der mit einem Wellenslummel und einem Antriebswellenabschnitt 31 in Lagern des Gehäuses ahtretbbar und axial un verschiebbar gelagert ist.

Der Rotor 30 weist einen zentralen, einstückig mit den Wellenabschnitten verbundenen Abschnitt auf, auf dem ein Rotorring 32 fest angeordnet ist, dessen Außenumfang ein nicht kreisförmiges Profil bildet.

In der inneren Umfangsfläche des Gehäuseteils 20 sind mehrere in Umfangsrichtung in Abständen angeordnete, radial nach innen offene Nuten 22 eingearbeitet. In jede radial verlaufende Nut ist ein Trennschieber lose eingelegt, der jeweils in Richtung auf den Rotor 30 durch eine Feder 24 elastisch vorgespannt ist. Hierdurch wird die Pumpenkammer in eine Mehrzahl von Zellen 25 unterteilt. Im dargestellten

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υιΐ3μιΐίΐ siiiu aciiia ι ι uiuianiicui.! uiiu cma^/i cmuiiu sechs Zellen vorgesehen. Jeder Trennschieber besteht aus einem im Querschnitt U-förmig gebogenen Blechteil geringer Masse.

Die Außenumfangsfläche des Rotors 30 wird durch zwei sich diametral gegenüberliegende, zur Achse der Welle 31 konzentrische lcilzylindrische Umfangsflächcn G und Ct von unterschiedlichem Radius Ri und Ri gebildet, so daß im Zusammenwirken mit der inneren Umfangsfläche 21 des Gehäuseteils 20 eine Pumpenkammer 21r mit einer Querschnittsfläche in Forin eines Kreiszweiecks begrenzt ist. Der Radius Ri ist praktisch der gleiche wie der Innenradius der Innenfläche 21 des Gehäuseteils 20.

Wie die Fig.4 und 5 zeigen, weist die äußere Umfangsfläche des Rotors 30 an zwei etwa diametral gegenüber und jeweils im Abstand von den beiden Stirnkanlen des Rotors 30 liegenden Flächenbereichen eine in die Umfangsfläche des Rotors mündende Ausnehmung 33 bzw. 35 auf, die in ihrem Mündungsbereich jeweils eine sich verengende Nut 39 bzw. 38 aufweist, die von der Mündungskante in Drehrichtung bis in die angrenzende teilzylindrische Umfangsfläche mit dem Radius R₇ bzw. R, des Rotors 30 ragt.

Wie F i g. 2 zeigt, durchdringen beide Ausnehmungen 33 und 35 die Wanddicke des Nockenringes 32 vollständig. Auf der Innenseite des Nockenringes steht die Ausnehmung 33 in freier Verbindung mit einer radialen Bohrung im zentralen Abschnitt der Welle 31. die ihrerseits wiederum in freier Strömungsverbindung mit einem koaxial angeordneten Saugkanal steht, der an einer Stirnseite der Welle 31 in einer Saugöffnung 37 mündet.

Der zentrale Abschnitt der Welle 31 weist in der von dem Nockenring 32 umschlossenen Umfangsfläche eine zur Achse der Welle 31 verlaufende und radial nach außen offene Nut 36 auf, die zu dem anderen Stimende des Rotors 30 hin offen ist. Dieser nutenförmige Kanal, der unter dem Nockenring 32 verläuft, steht in freier Strömungsverbindung mil der Ausnehmung 35 in dem Nockenring 32. An dieser Stirnseite steht der nutcnförmigc Druckkanal 36 in freier Verbindung mit einer Satnmclkammcr 19, während der Ansaugkanal unmittelbar in einen Arbeitsmitielsumpf mündet.

Die Mündungsweitc der Ausnehmungen 33 und 35, gemessen in Umfangsrichtung, ist in bezug auf den Umfangsabstand der Trennschieber 23 so gewählt, daß die zwischen den Trcnnschicbcrn gebildeten Zellen 25 nacheinander mit der mit dem Saugkanal 34 in Verbindung stehenden Ausnehmung bzw. mit der mit dem Druckkanal 36 in Verbindung stehenden Ausnch mung 35 treten können. Auf diese Weise wird die Pumpenkammer 21 r in einen Ansaugabschnitt (linke Hälfte in Fig. 2) und einen Druckabschniti (rechte Hälfte in Fig. 2) unterteilt. Beide werden durch die zylindrischen Abschnitte mit dem Radius R\ und R/ und die mit diesen Umfangsflächen zusammenwirkenden

TrerifiSCnicbci gcgcncii'iiii'idcr iiügcuiciiici. Die Pum

pcnwirkung kommt durch die fortlaufende Veränderung der Qucrschnitlsgröße dieser beiden Teilräumc der Pumpenkammer 21rbei der Rotation des Rotors 30 zustande.

In Fig.8(1) ist gezeigt, wie durch die Trennschieber die Pumpenkammer in sechs Kammerabschnittc Si bis 5> unterteilt ist. weiche jeweils durch zwei aufeinanderfolgende Trennschieber begrenzt sind. Jede Pumpenkammer liwirchläuft im Wechsel die Ansaug- und die Druckzonc der Pumpenkammer, was in Fig.8(11) in

in einer abgewinkelten graphischen Darstellung wiedergegeben ist. in der auf tier Ordinate die Druckwerte und auf der Abzisse der Drehwinkel wiedergegeben ist. fließt aus der Sammelkammer 19 das Druckmittel mit nahezu konstantem Volumen Gab.

J5 Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 6 und 7 gezeigt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist in einem Gehäuse 110 ein Gehäuseteil 120 zwischen Stirnscheiben 112 und 113 angeordnet, in dem ein Rotor 130 geführt ist, der in diesem Fall insgesamt einstückig mit der Welle 131 ausgebildet ist. Die Umfangsfläche des Rotors weist zwei zylindrische Abschnitte mit dem Radius Rm und Rn und Übergangsabschnitte Go und Go auf und wirkt mit in Umfangsrichtung verteilten Trennschiebern 123 in df»r bereits zuvor beschriebenen Weise zusammen.

Der Rotor weist wiederum auf sich gegenüberliegenden Umfangsflächen Ausnehmungen auf, weiche eine Verbindung der Pumpenkammer mit dem Ansaugkanal 134 bzw. dem Druckkanal 136 herstellen. Der Ansaugkanal 134 ist wiederum gleichachsig zu der Welle 131 in dieser eingearbeitet und verläuft in axiu'ar Richtung bis zu der Mündung 137 in einem Stimende der Welle 131. Der Druckkanal ist in Form eines nahe der Umfangsfläche des Rotors in diesem parallel zur Achse der Welle 131 eingearbeiteten Kanal 136, der an dem gegenüberliegenden Stimende des Rotors 130 in einer Sammelkammer 119 rnündet.

Fierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Rotationskolbenpumpe, bestehend aus einer.'i Gehäuseteil mit zylindrischer Ausnehmung und einer in dem Gehäuseteil gelagerten Antriebswelle:, auf der ein Rotor befestigt ist, der mit der Innenfläche des Gehäuseteils eine Pumpenkammer begrenzt, wobei der Rotor zwei sich diametral gegenüberliegende, zur Achse der Welle konzentrische, teilzylindrische Umfangsflächen von unterschiedlichem Radius aufweist, von denen die mit dem größeren Radius mit der Innenfläche des Gehäuseteils abdichtet, und die durch zwei Nockenfläche!ι von abnehmendem bzw. zunehmendem Radiu-·. miteinander verbunden sind, in denen jeweils ein inii Rotor etwa radial verlaufender Abschnitt des Saugkanals bzw. des Druckkanals über eine in Umfangsrichtung etwa über die Ausdehnung de;· Nockenfläche erweiterte Öffnung mündet, sowiu durch eine Mehrzahl von lose in radialen Nuten de. Innenfläche dc"5 Gehäuses sowie in gleichen Urnfangsabstänu'en angeordneten und die Pumpen kammer in eine Mehrzahl von Zellen unterteilenden Trennschiebern, die jeweils in Richtung auf den Rotor elastisch vorgespannt sind, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ansaugöffnung (37) des Saugkanals des Rotors (30 bzw. 130) koaxial zu der Achse der Antriebswelle (31 bzw. 131) in der einen Stirnseite der Welle mündet, während der Druckka nal in Form eines zur Achse der Antriebswelle (3 P bzw. 131) parallel und nahe dem Außenumfang des Rotors eingearbeiteten Kanals (36 bzw. 136) an einer in entgegengesetzte Richtung weisenden Stirnfläche des Rotors axial austritt.
2. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Jruckkanal (36 bzw. 136) in der Antriebswelle (31 bzw. 131) ir axialer Richtung jeweils auf der axialen Außenseite von zwei an Jen Stirnflachen des Rotors anliegen den Scheibenkörpern (12, 13 b/w. 112, 113) in einei Sammelkammer (19 bzw. 119) mündet.
3. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal (34 b/w. 134) an einem Ende der Antriebswelle (31 b/w. 131) axial unmitielbar in einen Arbeitsmittelsumpl mündet.
4. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch I bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß von den Rändern der beiden Ausnehmungen (33, 35) in den Nockenflächen (C I, C2) des Rotors (30) jeweils eine sich verengende Nut (39 b/w. 38) in Drchrichlung bis in die angrenzende, teilzylindrische IJmfangsfläche (R 2 b/w. R 1) des Rotors ragt.