DE1812818B - Radialflugelmaschine - Google Patents
RadialflugelmaschineInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Radialflügelmaschine. vorzugsweise Pumpe, mit einem den Rotor
umgebenden Nockenring, der zwischen sich und dem Rotor Arbeitskammern bildet, die mit der Förderdruck-
und der Ansaugseite in Verbindung stehen und mit an beiden Seiten des Rotors angeordneten
durch Druckbcaiifschlagung in abdichtender Berührung
stehenden Druckplatten, die biegbar sind, um den Leckstrom bei unterschiedlichen Drucken möglichst
gering zu halten.
Eines der Hauptprobleme bei Radialflügelmaschinen besteht darin, einen geeigneten Abstand zwischen
den Rotorflächen vorzusehen. Es soll ein geringer Zwischenraum vorgesehen sein, damit der Rotor sich
unbehindert drehen kann, aber dieser Zwischenraum soll wiederum nicht zu groß sein, damit nicht durch
Leckverluste der volumetrische Wirkungsgrad zu sehr ίο abnimmt. Auch nichtbewegte, aufeinanderliegende
Flächen müssen auf sehr enge Toleranzen bearbeitet werden und trotz der Einhaltung von engen HersteKungstoleranzen
steigt der Leckverlust an, wenn die Betriebsdrücke erhöht werden und Änderungen
in der Viskosität des Mediums auftreten.
Bei Einrichtungen, die eine festgeklemmte Seite aufweisen, steigt die Leckage an. sogar wenn di
Laufzwischenräume sehr gering sind und wenn c möglich ist, sehr geringe Laufzwischenräume unter
Hochdruck-Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten Tatsächlich hat bei extremen Hochdruck-Betrieb-bedingungen
der längs der Außenflächen des Rotor·; herrschende hohe Druck die Neigung, die Innenfläche
der Anlaufscheibe nach außen von dem Roto·· weg zu biegen, wodurch der Laufzvvischenraum zwischen
dem Rotor und den Anlaufscheiben vergrößert wird und die Leckage sich erhöht.
Bei Radialflügelpumpen oder -motoren der druck-
belasteten Art. die nur eine einzige Anlaufscheibe benutzen, kann die Leckage zwischen der Rotorflächc
auf der einen Seite eivva konstant oder durch die Verwendung einer biegbaren Anlaufplatte (USA.-Patentschrift
2 544 988) sogar bei ansteigendem Druck verringert werden. Dadurch wird jedoch nicht
der Leckagefaktor auf der gegenüberliegenden Seite der Roiorflächc verringert. Bei Einrichtungen, die
eine einzige druckbelastcte Anlaufplatte aufweisen.
besteht bei extremen Hochdruckbedingungen, wenn
die Einrichtung mehrere Tage einer hydraulischen Beaufschlagung ausgesetzt ist. für die Innenfläche der
festen Anlaut'platte auf der gegenüberliegenden Seite
des Rotors die Neigung sich nach außen zu biegen.
wodurch die Leckagebahn vergrößert wird, womit sich die Schwierigkeiten erhöhen, mit dem Ergebnis,
t-laß sich der volumetrische Wirkungsgrad wesentlich
verringert.
Es ist daher bei hohen Drücken erforderlich, die Leckagebahnen auf beiden Seiten des Rotors entsprechend
zu steuern, sowie einen sachgemäßen Zwischenraum zwischen den Rotorflächen und den
Wandllächen vorzusehen.
Es i'i an sich bekannt (deutsche Patentschrift
I 155 339), in Druckplatten tiefe Ringnuttn vorzusehen,
um die den Rotoren zugekehrten NS andteile
nachgiebig auszubilden. Die dadurch gebildeten Räume sind jedoch nicht der Saug- oder der Druckseite
zugeordnet.
Eine Möglichkeit zur Verringerung oder Kontrolle der Leckagebahn auf jeder Seite des Rotors (und
damit der Erhöhung des volumetrische Wirkungsgrades)
besteht darin (USA.-Patentschrift 3 187 678), eine ausbalancierte bewegbare Hülseneinheit vorzusehen,
die ein symmetrisches schwimmendes Doppeldruckplattensystem aufweist, welches so ausgelegt
ist. daß ein gegebener Rmgrotorzwischcnratim aufrechterhalten
wird, unabhängig von dem Belasttingsclruck.
Die Pumpen mit einer solchen schwimmenden llülscnanordnung stellen eine große Verbesserung
gegenüber den festen Arten und denen mit einer Platle dar.
Das Ausmaß des Zwischenraums zwischen dem Rotor und der Anlaufplatte hängt ah von verschiedenen
Faktoren, wie die Beziehung zwischen den wirksamen Druckbereichen, die wirken, um die
Druckplatten in einer Abdichtungsberührung mit dem Ring und Rotor zu halten, die Gestaltung und
das Material der Druckplatten, die den Betrag der Verbiegung der Platten bestimmen und der Anfangszwischenraum
zwischen der Druckplatte und dem Rotor, bevor Druck zugeführt wird. Durch Veränderungen
eines oder aller dieser Faktoren kann ein sachgemäßer Laufzwischenraum erzielt werden.
Nachteilig an dieser bekannten Einrichtung ist der Umstand, daß die Verbiegung der Druckplatte zu
.lern Rotor stärker als der Betriebsdruck ansteigt. in diesem Anstieg der Druckplattenverbiegung
M. igt die Gefahr der Rotor-Druckplatten-Abnutzung und des Fressens.
Wenn der Betriebsdruck erhöht wird, kann die Verhiegung durch die Verwendung eines Materials
größerer Festigkeit, durch die Vergrößerung der Dicke des Materials, durch die Veränderung der
Konstruktion, wie Anbringung von Rippen an der Druckplatte, oder durch Verringerung des Bereichs
tier Druckplatte, die dem Druck ausgesetzt wird. Heiner gemacht werden. Solche Maßnahmen sind
jedoch unerwünscht, da sie entweder zu einer Verteuerung
oder Vergrößerung der Einheit oder abtr zu einer Abnahme des volumetrische!! Wirkungsgrades
führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Maschinen der eingangs angegebenen Art die Leck-Mrömung
zwischen Rotor und Druckplatte einerseits möglichst gering zu halten und andererseits den Verschleiß,
der beim Anpressen durch zu hohen Druck und vor ailem durch ungleichmäßiges Andrücken
entsteht, in möglichst geringen Grenzen zu halten.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Bereich der mittigen Innenbohrung der Druckplatten
an sich bekannte Ringausnehmungen vorgesehen sind, die mit der Ansaiigseite in Verbindung stehen
und daß im radial außen liegenden Bereich d'^r
Druckplatten, mit dem sie sich seitlich am Nockenring abstützen, außenlicgcnde Druckkammern vorgesehen
sind, die mit der Förderdruckseitc verbunden sind.
Bei de erfmdungsgcmäß ausgebildeten Maschine
ist der Betrag der Verbiegung der Druckplatte kontrollierbar und einstellbar. Vorteilhaft ist ferner, daß
der Verschleiß zwischen der Druckplatte und dem Pumpmechanisrnus bei steigendem Druck nicht ansteigt
und daß der volumetrische Wirkungsgrad nicht abnimmt. Hin weherer Vorteil besteht darin, daß die
Maschine klein b;.uit 'incl daß keine teuren Korrekturmrißniihmcn
erforderlich sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispicls unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Es zeigt
F i g. I einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung längs der Linie 1-1 in
Fig.2,
F i g. 2 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, längs der Linie 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in
F i g. 4 eine Teilansieht nach Fig. 1, wobei der Rotorzwischenraum in übertriebener Form dargestellt
ist,
F i g. 5 eine Teilansiclu entsprechend der nach
F i g. 4, wobei aber der Rotorzwischenraum hei einer Verhiegung der Anlaufplatte dargestellt ist.
In F i g. 1 ist eine Radialflügelmaschine dargestellt, die allgemein mit 10 bezeichnet ist. Das Gehäuse 11
umfaßt einen topfförmigen Körper 12 und einen
ίο Deckel 14, der an dem Körper 12 mittels Schraubholzen
16 befestigt ist.
Wie Fig.2 zeigt, ist der Körper 12 mit einem
Einlaß- oder Zuführanschluß 18 versehen, von dem zwei Durchgänge 22 bzw. 24 abzweigen, und zwar in
entgegengesetzten Richtungen, .!ede," Zweig endigt
in einer Vielzahl von Einlaßöffnungen 25, die in einem Ring 26 angeordnet sind, und in einem Paar
Einlaßöffnungen 27. die in einem Druckplattenpaur 32, 33 vorgesehen sind. Das Gehäuse 11 besitzt
eine zylindrische Bohrung 28, in der ein symmetrisch angeordneter F.insatz 30 schwimmend montiert
ist.
Der Einsatz 30 weist einen Nockenring 26. einen Pum;.enmechanismus oder Rotor 34. der in dem
Nockenring 26 drehbar ist, und ein Paar identischer und auswechselbarer elastisch verbiegbarer Druckplatten
32 und 33 auf, von denen eine an jeder Seite des Rotors 34 und des Ringes 26 angeordnet ist.
Eine Vielzahl von Flügeln 38 sind in und aus Schlitzcn 40 bewegbar, die in dem Rotor 34 angeordnet
sind, wenn der Rotor um den Nockenring 26 sich dreht. Jede Druckplatte 32 und 33 besitzt übereinstimmende
Innenflächen 42 und 43 sowie identische Außenflächen 44 und 45, wobei die Innenfläche 42
direkt gegenüber der Rotorfläche 46 und die Innenfläche 43 direkt gegenüber der Rotorfläche 48 angeordnet
ist, um einen kleinen Laufzwischeniaum zwischen den Platten 32 und 33 und den Seitenflächen
auf den Flächen des Rotors 34 zu bilden. Jede Druckplatte 32 und 33 besitzt ringförmige Ausnehmungen
35 bzw. 36. die sich von dem Umfang der Innenbohrungen 51 durch jede Platte erstrecken. Der
Zweck dieser Ausnehmungen soll nachfolgend noch erläutert werden. Schraubbolzen 50 erstrecken sich
durch die Platten 32 und 33 sowie den Ring 26 und halten mittels Muttern 52 den Einsatz 30 zusammen,
welcher aus dem Ring 26. dem Rotor 34 und den Platten 32 und 33 besteht, um den Einbau zu erleichtern.
Ferner wird eine radiale Drehung der Platten 32 und 33 in der Bohrung 28 verhindert. Die Muttern
52 sind gewöhnlich ohne Anpressung auf den Bolzen 50 aufgeschraubt, so daß die Anlaufplatten als
schwimmend montiert angesehen werden können.
Der Rotor 34 wird durch eine Welle 54 angetrieben.
die sich durch die Bohrungen 51 erstreckt und allein in dem Körpe-12 durch ein Lager 56 getragen wird,
das naiv; dem einen Ende der Bohrung 28 im Körper 12 angeordnet ist, und durch ein Lager 58, das sich
in dem Deckel 14 am anderen Ende der Bohrung 28 befindet. Die Welle ist mit dem Rotor 34 durch eine
Keilverbindung 60 verbunden. Ferner ist eine Wellendichtung SS voi gesehen, die eine Leckage an der
Verbindungsstelle der Welle 54 von dem Pumpenkörper 12 verhindert.
Ein abgestuftes Teil 62 an jeder Außenfläche 44 und 45 der Druckplatte bildet ein inneres ringförmiges Nabenteil 64.
den Außenenden der Bohrung 28 ein Paar Betriebsdruckkammern 66 und 68. deren Drücke gegen den
ringförmigen Zwischenraum an den Außenrändem wirken, die an dem Außenumfang einer jeden Anlaufplatte
beginnen und sich nach innen zu den Naben 64 erstrecken, so daß die Druckplatten 32 und
33 in Abclichtungsberührung mit einem Teil der Außenflächen des Rotors 34 und des Nockenringes
26 in einer weiter unten beschriebenen Weise gedrängt werden. Die Platten 32 bzw. 33 liegen an den
Nockenringseitenflächen 67 und 69 in einem allgemein ringförmigen Bereich 65 an, der in der Nahe
des Umfangs einer jeden Plattenfläche 42 und 43 angeordnet ist.
Je eine Niedcrdruckkammer 70 oder 72 ist am Linde der Bohrung angeordnet und mit der Einlaßseite
der Pumpe 10 verbunden. Die Kammern 70 und
72 stehen mit den Ausnehmungen 35 und 36 über einen ringförmigen Raum in Verbindung, der zwischen
dem Außen- und Inncnumfang der Welle 54 bzw. der Bohrungen 51 ausgebildet ist. Die Niederdruckkammern
70 und 72 werden durch einen Nabenteil 64 und der unmittelbar gegenüberliegenden Gehäuseflächc
gebildet. Jede der Niederdruckkammern 70 und 72 besitzt eine l'mfangsfläche 71 in dem
Gehäuse 11. in das das abgestufte Teil 62 der schwimmenden
Druckplatten 32 und 33 teleskopartig eingreift.
Hin rechteckiger Schlitz oder eine Kammcrbohruns:
73 i^t in dem Ring 26 vorgesehen. Ein Fcstlegebolz.cn
75 ist verstellbar in dem Gehäuse 11 eingesetzt, um mit der Bohrung 73 in Eingriff zu kommen und dabei
zu verhindern, daß sich der Ring 26 in der Bohrung 28 dreht. Der Durchmesser der Bohrung 73 ist so
gewählt, daß der Nockenring 26 und damit der Einsatz 30 sich axial in der Bohrung 28 bewegen kann,
und zwar entsprechend auf die Summe der auf sie wirkenden lndraulischen Kräfte. Der Einsatz 30 ist
als in der Bohrung 28 frei schwimmend anzusehen.
Indem der Rotor 34 in dem Nockenring 26 montiert ist. sind zwei gegenüberliegende Arbeitskammern 74
und 76 ausgebildet, durch welche die Flügel 38 gehen,
wenn der Rotor 34 umläuft. Diese Kammern können in Druckmitteleinlaßzonen und Druckmittelauslaßzonen
unterteilt worden, wobei die erstere das Teil der Kammern 74 und 76 umfaßt, das mit der Vielzahl
der F.inlaßdurchgänge 25 fluchtet, die im Ring 26 \orcesehen sind und mit dem Paar ceccnüherlicgender
Druckmittelöffnungen 27. die in jeder Druckplatte 32 und 33 vorgesehen sind. Die AuOaßzonen
umfassen das Teil der Kammern, das mit dem Paar diametral gegenüberliegend angeordneter Flüssigkeitsair-laßöffnungen
80 und 82 in jeder Platte 32 und 33 fluchtet.
Der schwimmende Einsatz. 30 ist bei beliebiger Art von Radialflügelkonstruktion anwendbar. Zum Zweck
der Veranschaulichung besitzt der Rotor 34 InnenfUiiiel
38. deren Betrieb und Druckübertragungsanordnunc bekannt ist.
Bei dem in jeder Druckplatte 32 und 33 vorgesehenen Einlaßöffnungspaar 27 handelt es sich um Ausschnitte
32 und 33. die an einem Punkt auf dem Außenumfans des Flansches in der Nähe des Mittelabsdiniüe-s
besinnen und sich radial nach innen erstrecken und" dann in radialer Richtung zu der
nahen Fläche 42 und 43 einer jeden Platte reichen.
In jeder der Einlaßöffnungen Π sind Ansätze 84 angeordnet
und fluchten mit den Innenflächen der Druckplatte 32 und 33. um mit dem Ring 26 in Berührung
zu kommen.
Die Flüssigkeitsauslaßöffnungen 80 und 82 stehen mit den Druckkammern 66 und 68 in Verbindung.
Ein Paar auseinanderlaufender Hoehdruckauslaßdurchgänge 90 und 92 verbinden jede der Druckkammern
mit der Auslaßverbindung 94, die in dem Gehäuse 11 vorgesehen ist. An bestimmten Stellen
ist eine Vielzahl von O-Ringen 96 vorgesehen, um
ίο eine Leckage zu verhindern.
Wie bereits erwähnt wurde, wirkt der hydraulische Druck in den Kammern 66 b/w. 68 gegen einen Teil
der Außenflächen 44 und 45 einer jeden Druckplatte 32 bzw. 33. um die Druckplatten in eine abdichtende
Berührung und mechanische Auflage mit den gegenüberliegenden Seitenflächen 46 und 48 des Rotors 34
und mit den gegenüberliegenden Seitenflächen 67 bzw. 69 des Nockenrings zu drängen und zu biegen.
Wie in übertriebener Weise in F ig. 4 dargestellt ist.
besitzt der Ring 26 eine etwas größere Breite als der
Rotor 34. um einen geeigneten Laufzwischenraum /wischen den Innenflächen der Druckplatten und den
gegenüberliegenden Seitenflächen des Rotors herzustellen. W'-nn die Druckplatten sich etwas verbiegen,
wie übertrieben in F i g. 5 dargestellt, hängt das Ausmaß ui's Laufzwischenraumes von der Gestalt
der Druckplatte und dem Material, aus dem es konstruiert ist. ab. Eine elastische biegbare Anlaufplatte
aus geeignetem Material, wie Gußeisen, kann Verwendung
finden. In der dargestellten Einrichtung liegt der Laufzwischenraum im Bereich eines Tausendstels
eines Zolls.
Es ist zu bemerken, daß das alleinige Lager gegen eine nach innen gerichtete Bewegung der Druckplatte
das Teil des Nockenringes ist. gegen den die Umfangskante
der Druckplatte durch das Druckmittel in den Kammern 66 und 68 gedrückt wird. Das übrige der
Druckplatte innerhalb des Nockenringes ist vollständig ungelagert gegen eine nach innen gerichtete
Axialbewcgung auf Grund des Zwischenraumes zwischen dem Rotor und der Druckplatte. Somit
ist die Druckplatte derart gestaltet, daß eine vorhestimmte
Biegung ihrer nichtgelagcrten Fläche als Funktion des Druckes ausgeführt wird, der über den
Rotorflächen 46 und 48 und in den Kammern 66 und 68 herrscht. Wenn der Druck in den Kammern 66
und 68 ansteigt, biegen sich die Druckplatten /u dem
Rotor und verringern den Rotorzwischenraum.
Durch ringförmige Ausnehmungen 35 und 36 jede:
Druckplatte kann das Ausmaß der Verbiegung dei Druckplatte begrenzt werden. Wie bereits erwähn
wurde, wird die Druckplatte in Richtung des Rotor: cebogen. wenn zu den Außenflächen der Platts
Druck zugeführt wird, wobei jedoch das Ausmai der Biegung der Flächen 98 und 99, die den Aus
nehmungen 35 und 36 zugeordnet sind, größer ist n\
der Innenflächen 42 und 43.
Die durch den auf die Außenfläche einer jedei Platte wirkenden Druck erzeugte Biegebewegun
wird nicht vollständig auf den Teil der Platte über tragen, der an dem Rotor anliegt, sondern sie wir
teilweise absorbiert durch die Abschnitte der PIatt< die den Flächen 98 und 99 zugeordnet sind. Som
können die Druckplatten, die eine ringförmige Au?
nehmung haben, bei einem höheren Drucknivea
arbeiten als die Platten, die nicht eine solche Au!
nehmung aufweisen, während das Ausmaß der Bii gung der Innenflächen der Platte nicht erhöht win
tv :
1999
Das Ausmaß der flüssigkeitsabdichtenden Berührung
/.wischen der Anlaufplatte und den Rotorflächen
kann genau gesteuert werden durch die Oestalitung der Größe der ringförmigen Ausnehmungen
in Bähung auf die Gestalt, die Dicke, das
Material und den Druck, dem sie ausgesetzt werden wird.
Es ist daraus zu ersehen, daß die vorliegende Erfindung
eine Radialflügelmaschine verfügbar macht, die bei hohen Drücken arbeiten kann, ohne daß die
Abnutzung zwischen der Druckplatte und dem Rotor ansteigt und ohne daß der volumetrische
Wirkungsgrad verringert wird oder teure Korrekturmaßnahmen erforderlich sind.
109 5a
1999
Claims (5)
1. Radialflügelmaschine, vorzugsweise Pumpe, mit einem den Rotor umgebenden Nockenring,
der zwischen sich und dem Rotor Arbeitskammern bildet, die mit der Förderdruck- und der
Ansaugseite in Verbindung stehen und mit an beiden Seiten des Rotors angeordneten durch
Druckbeaufschlagung in abdichtender Berührung stehenden Druckplatten, die biegbar sind, um den
Leckstrom bei unterschiedlichen Drücken möglichst aering zu halten, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der mittigen Innenbohrung (51) der Druckplatten (32.33) an sich
bekannte Ringausnehmungen (35, 36) vorgesehen sind, die mit der Ansaugseite in Verbindung
stehen, und da::.> im radial außenliegenden Bereich
(84) der Druckplatten (32. 33). mit dem sie sich seitlich am Nockenring (26) abstützen, außenliegende
Druckkammern (66. 68) vorgesehen sind, die mit der Förderdruckscite verbunden sind.
2. Radialflügelmaschine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Nockenring (26)
eine größere Weite als der Rotor (34) aufweist.
ν Radialflügelmaschine nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung
\on 7\vei Druckplatten (32. 33) der Xockenring (26) axial verschiebbar ist.
4. RadialflügdmasJ'iiK nach einem der Ansprüche
I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß ein
Paar Niederdruckkammern (70. 72, und ein Paar Hochdruckkammern (66. 68) vorgesehen sind, von
denen je eine an den äußeren Enden der Bohrung (28) angeordnet ist. daß ein Paar Nabenbereiche
(62) an den Außenflächen der Druckplatten ausgebildet sind, die teleskopartig in die Niederdruckkammern
(70. 72) hineinragen, ansprechend auf den Flüssigkeitsauslaßdruck in den Hochdruckkamniern.
der gegen die übrigen Bereiche der Außenflächen der Druckplatten wirkt, daß
Verbindungen zwischen jeder Hochdruckkammer (66. 68) zu der Arbeitskammer bestehen, die mit
dem Hochdruckbetricbsdurchgang verbunden ist und daß jede Ringausnehmiing (35. 3d) mit einer
der Niederuruckkammern (70. 72) verbunden ist.
5. Radialflügelmaschine nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Ringausnehmungen
(35.36) sich zwischen den Innen- und Außenflächen einer jeden Druckplatte erstrecken, auspeilend
von dem Umfang einer Bohrung, die sich axial durch die Platten und den Rim: erstreckt,
um die Welle für den Rotor aufzunehmen.
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