DE19504773A1 - Flügelzellenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit einem Rotor, der radial bewegliche Flügel aufweist, die an der Innenkontur eines in einem Pumpengehäuse angeordneten Hubrings entlang bewegbar sind, wobei der Hubring eine diametral symmetrische doppelte Hub­ kontur aufweist und zwei diametral gegenüberliegende Pumpenräume ausbildet.

Flügelzellenpumpen der eingangs genannten Art sind bekannt. Bei Rotation des Rotors werden die Flügel durch die auftretende Fliehkraft und zusätzlich durch einen unter den Flügeln geleiteten, von dem gepumpten Medium ausgehenden Druck an der Ringkontur entlangge­ führt. Hierdurch kommt es zu der allgemein bekannten Funktion des Ansaugens und Wegpumpens eines beliebi­ gen Mediums. Bei den bekannten doppelhübigen Flügel­ zellenpumpen weist die Innenkontur des Hubrings für jeden der zwei diametral gegenüberliegenden Pumpen­ räume einen Saugbereich und einen Druckbereich auf, die jeweils durch einen Trennbereich voneinander ge­ trennt sind. Zwischen den Saugbereichen des jeweils einen Pumpenraums und den Druckbereichen des jeweils anderen Pumpenraums ist ein weiterer Trennbereich ausgebildet. Die letztgenannten Trennbereiche werden durch einen sagenannten Kleinkreis gebildet, während die Trennbereiche zwischen den Saug- und Druckbe­ reichen eines Pumpenraums durch einen sogenannten Großkreis gebildet werden. Indem nun die Flügel der Flügelzellenpumpe an der Innenkontur des Hubrings entlang bewegbar sind, weisen diese in Abhängigkeit ihres Hubes ein bestimmtes Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungsverhalten in radialer Richtung auf. Bei den bekannten Flügelzellenpumpen ist nachteilig, daß beim Durchlaufen der Trennbereiche zwischen den Pumpenräumen die Flügel radiale Beschleunigungs­ sprünge erfahren, die zu radialen Sprüngen bei der Flügelbewegung führen können. Hierdurch kommt es einerseits zu einer erhöhten Leckage und andererseits zu einer erhöhten Geräuschentwicklung durch das Abheben und das anschließende Wiederauftreffen der Flügel auf die Ringkontur.

Aus der EP 0 151 983 ist eine Flügelzellenpumpe be­ kannt, die einen Hubring mit sich diametral gegen­ überliegenden Pumpenräumen und einen Rotor mit acht Flügeln aufweist. Die Pumpenräume besitzen jeweils einen Eintrittskurvenbereich, der in einen konstanten Geschwindigkeitskurvenbereich, einen Beschleunigungs­ kurvenbereich und einen Geschwindigkeitsverzögerungs­ kurvenbereich unterteilt ist. Durch diese Ausgestal­ tung des Eintrittskurvenbereichs, der sich jeweils an den Trennbereichen zwischen dem Druckbereich des einen Pumpenraums und dem Saugbereich des anderen Pumpenraums anschließt, soll das Auftreten einer Leckage vermindert werden. Hierbei ist jedoch nachteilig, daß die gewählte Innenkontur des Hubrings eine Flügelteilungsstufe von 45° erforderlich macht und somit insgesamt acht Flügel auf dem Rotor vorgesehen sein müssen. Hierdurch ist einerseits durch die vielen Teile ein hoher Montageaufwand notwendig und andererseits kann auf die Ausbildung eines Trennbereichs zwischen den Druckbereichen des einen Pumpenraums und den Saugbereichen des anderen Pumpenraums nicht verzichtet werden. Durch die Aus­ bildung des Eintrittskurvenbereichs kommt es bei der Flügelzellenpumpe gemäß der EP 0 151 983 zu radialen Geschwindigkeitssprüngen der Flügel während des Durchfahrens des Eintrittskurvenbereiches.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flü­ gelzellenpumpe der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die einfach und aus wenigen Teilen aufgebaut ist und bei der zwischen den Pumpenräumen eine Leckage mini­ miert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im An­ spruch 1 genannten Merkmale gelöst. Dadurch, daß der Rotor sechs Flügel aufweist, die jeweils im Abstand von 60° über den Umfang des Rotors angeordnet sind, ist es vorteilhaft möglich, die Flügelzellenpumpe mit wenigen Teilen aufzubauen und gleichzeitig die zwi­ schen zwei Flügeln ausgebildeten Kammern auf maximal sechs zu beschränken. Hiermit kann die Förderstrom­ pulsatian der Flügelzellenpumpe verbessert werden. Gleichzeitig ist hiermit eine Verbesserung der Druck­ pulsation und eine Verringerung der mit dieser zusam­ menhängenden Geräuschentwicklung verbunden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vor­ gesehen, daß die Pumpenräume ohne sprunghafte Än­ derung des radialen Geschwindigkeitsverlaufs der durch die Innenkontur beeinflußten Bewegung der Flü­ gel ineinander übergehen und vorzugsweise die Innen­ kontur in dem Trennbereich zwischen dem Druckbereich des ersten Pumpenraums und dem Saugbereich des zweiten Pumpenraums sowie dem Druckbereich des zweiten Pumpenraums und dem Saugbereich des ersten Pumpenraums keinen eigenen Kreisbereich aufweist, wird vorteilhaft erreicht, daß für die Flügel ein eigenständiges dynamisches radiales Verhalten nur für diese Bereiche entfällt und somit hier die Flügel keine sprunghafte Änderung ihrer radialen Geschwindigkeit und aufgrund eines sich über einen kleinen Winkelbereich stetig ändernden Hubes eine kontinuierliche radiale Geschwindigkeitsänderung auf­ weisen. Da die Beschleunigung die erste Ableitung der Geschwindigkeit nach der Zeit bildet, wird das Auftreten von radialen Beschleunigungssprüngen in den Trennbereichen vermieden. Hierdurch wird verhindert, daß die Flügel von der Innenkontur abheben können, so daß eine Leckage zwischen den Pumpenräumen minimiert wird. Gleichzeitig kommt es zu einer Verminderung der Geräuschentwicklung, da durch das Nichtabheben der Flügel diese auch nicht geräuschintensiv wieder auf die Innenkontur aufschlagen können.

Weitere varteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs­ beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Flügelzellenpumpe;

Fig. 2 einen radialen Wegverlauf eines Flügels der in Fig. 1 gezeigten Flügelzellenpumpe;

Fig. 3 einen radialen Geschwindigkeitsverlauf eines Flügels der in Fig. 1 gezeigten Flügel­ zellenpumpe und

Fig. 4 einen radialen Beschleunigungsverlauf eines Flügels der in Fig. 1 gezeigten Flügel­ zellenpumpe.

In Fig. 1 ist eine Flügelzellenpumpe 10 gezeigt. Die Flügelzellenpumpe 10 besitzt ein Pumpengehäuse 12, in dem in einer Ausnehmung 14 ein Hubring 16 angeordnet ist. Innerhalb des Hubrings 16 ist ein auf einer Antriebswelle 18 befestigter Rotor 20 angeordnet. Der Rotor 20 ist zentrisch zu der Ausnehmung 14 bzw. dem Hubring 16 angeordnet. Der Rotor 20 weist radial verlaufende Schlitze 22 auf, in denen radial bewegli­ che Flügel 24 geführt sind. Der Rotor 20 besitzt ins­ gesamt sechs Schlitze 22, die mit einem Teilungsgrad von 60° über den Umfang des Rotors 20 angeordnet sind.

Der Hubring 16 besitzt eine Innenkontur 26, die zwei diametral gegenüberliegende Pumpenräume 28′ und 28′′ ausbildet. Die Pumpenräume 28′ und 28′′ weisen jeweils einen mit einer Ansaugöffnung verbundenen Saugbereich 30 und einen mit einer Auslaßöffnung verbundenen Druckbereich 32 auf. Der Saugbereich 30′ des ersten Pumpenraums 28′ ist von dem Druckbereich 32′′ des zweiten Pumpenraums 28′′ durch einen an der Innen­ kontur 26 ausgebildeten Trennbereich 34 getrennt. Ge­ genüberliegend ist der Trennbereich 34 auch zwischen dem Druckbereich 32′ des ersten Pumpenraums 28′ und dem Saugbereich 30′′ des zweiten Pumpenraums 28′′ ausgebildet. Die Innenkontur 26 weist im Bereich der Pumpenräume 28 einen sogenannten Fall in einem Trenn­ bereich 36 zwischen dem Saugbereich 30 und dem Druck­ bereich 32 jedes Pumpenraums 28 auf.

In den Trennbereichen 34 besitzt die Innenkontur 26 keinen eigenen Konturbereich, insbesondere keinen Kreisbereich, so daß die Innenkontur von den Be­ reichen der Druckbereiche 32 ansatzlos in die Innen­ kontur in die Bereiche der Saugbereiche 30 übergeht. Der Trennbereich 34 ist somit unmittelbar bei einem Winkel von 0° bzw. gegenüberliegend bei 180° ledig­ lich durch eine Dicke der Flügel 24 bei ent­ sprechender Stellung des Rotors 20 bestimmt. In der Fig. 1 ist eine durch die Winkelstellung 0° bzw. 180° verlaufende Radiale 38 dargestellt. Der Punkt A ist mit 0° und der Punkt B mit 180° gekennzeichnet, wobei der Rotor 20 entgegen der Uhrzeigerrichtung bewegbar ist.

Die in Fig. 1 gezeigte Flügelzellenpumpe 10 übt fol­ gende Funktion aus:
Während des Betriebs der Flügelzellenpumpe 10 wird der Rotor 20 über die Antriebswelle 18 in Rotation versetzt, so daß die Flügel 24 durch eine Fliehkraft und zusätzlich durch Druck unter den Flügeln in den Schlitzen 22 nach außen gedrückt und so an der Innen­ kontur 26 entlangbewegt werden. Durch die Ausbildung der Innenkontur 26 werden die Flügel 24 in den Saugbereichen 30′ und in den Druckbereichen 32 ein­ gefahren. Während der Rotation unterliegen die Flügel 24 somit einem bestimmten radialen Hub, einer be­ stimmten radialen Geschwindigkeit und einer be­ stimmten radialen Beschleunigung (Fig. 2 bis 4). Durch das Ausfahren der Flügel 24 im Bereich der Pumpenräume 28 bilden diese zwischen den Flügeln Pumpenkammern aus. Da insgesamt sechs Flügel 24 vor­ gesehen sind, werden in jedem Pumpenraum 28 maximal drei Pumpenkammern ausgebildet. Bei einer angenomme­ nen Stellung des Rotors 20, bei der jeweils ein Flü­ gel 24 die Position A, also 0° und ein Flügel 24 Position B, also 180°, einnimmt, bildet eine erste Pumpenkammer den Saugbereich 30, eine zweite Pumpen­ kammer den Druckbereich 32 und eine zwischen diesen liegende dritte Pumpenkammer eine Trennung zwischen Saugbereich 30 und Druckbereich 32 jedes Pumpenraums 28. Die Trennung zwischen den Druckbereichen 32 und Saugbereichen 30 der zwei gegenüberliegenden Pumpen­ räume 28 wird jeweils durch mindestens einen Flügel 24 vorgenommen. Die Innenkontur 26 ist so ausgebil­ det, daß die Flügel 24 in den Trennbereichen 34 keinen eigenen Bewegungsbereich, das heißt, einen ausschließlich auf den Trennbereich 34 ausgelegten radialen Hub aufweisen.

Anhand der Fig. 2 bis 4 wird die Dynamik der Flü­ gel 24 bei angenommener konstanter Drehzahl des Ro­ tors 20 verdeutlicht. In der Fig. 2 ist der radiale Hub eines Flügels 24 über dem Winkel dargestellt. Anhand des Kurvenverlaufs wird deutlich, daß der radiale Hub der Flügel 24 lediglich bei 0° und 180°, die den in Fig. 1 mit A und B bezeichneten Posi­ tionen entsprechen, ein Minimum aufweist. Der Hub geht ohne abrupte Änderung von dem ab fallenden Ast im Bereich der Druckbereiche 32 in den ansteigenden Ast im Bereich der Saugbereiche 30 über. Ein Verharren des Hubes auf seinem Minimalwert über einen Winkel­ bereich von mehreren Grad ist nicht gegeben, so daß der Hub ausschließlich in der Winkelposition von 0° bzw. 180° sein Minimum aufweist. Hierdurch ist ein kontinuierlicher Übergang des Druckbereichs 32′ des ersten Pumpenraums 28′ in den Saugbereich 32′′ des zweiten Pumpenraums 28′′ und des Druckbereichs 32′′ des zweiten Pumpenraums 28′′ in den Saugbereich 30′ des ersten Pumpenraums 28′ gegeben, und der Trennbereich 34 wird ausschließlich von der Stellung des Flügels 24, im Extremfall ausschließlich von der Stärke der Flügel 24, bei einer Flügelstellung von 0° bzw. 180° bestimmt.

In der Fig. 3 ist die radiale Geschwindigkeit eines Flügels 24 über dem Winkel aufgetragen. Der Kurven­ verlauf zeigt, daß die Flügel 24 im Trennbereich zwischen den Druckbereichen 32 und den Saugbereichen 30 eine sich konstant verändernde radiale Geschwin­ digkeit aufweisen, die exakt an den Positionen A bzw. B, das heißt bei 0° bzw. 180°, den Wert Null auf­ weisen. Ein Verharren der Flügel 24 auf einem be­ stimmten Geschwindigkeitsniveau in den Trennbereichen 34 wird durch die gewählte Innenkontur 26 vermieden. Die radiale Geschwindigkeit geht von einem maximalen negativen Wert im Bereich der Druckbereiche 32, das heißt, die Flügel 24 werden radial in den Rotor 20 eingeschoben, kontinuierlich in einen maximalen po­ sitiven Wert im Bereich der Saugbereiche 30, das heißt, die Flügel 24 werden radial aus dem Rotor 20 hinausbewegt, über. Durch diese kontinuierliche Ver­ änderung der radialen Geschwindigkeit im Trennbereich 34 werden, wie Fig. 4 verdeutlicht, in diesem Be­ reich Beschleunigungssprünge vermieden. In Fig. 4 ist die radiale Beschleunigung der Flügel 24 über dem Winkel dargestellt. Die Beschleunigung weist in den Trennbereichen 34 einen im wesentlichen annähernd konstanten Verlauf auf, da sich die Beschleunigung aus der Ableitung der Geschwindigkeit nach der Zeit ergibt. Durch dieses Nichtvorhandensein von Beschleu­ nigungssprüngen im Trennbereich 34 werden Sprünge der Flügel 24 in diesem Bereich vermieden, so daß eine Leckage zwischen den Druckbereichen 32 und den Saug­ bereichen 30 in den Trennbereichen 34 vermindert wird.

Claims (7)

1. Flügelzellenpumpe mit einem Rotor, der radial be­ wegliche Flügel aufweist, die an der Innenkontur eines in einem Pumpengehäuse angeordneten Hubrings entlang bewegbar sind, wobei der Hubring eine diame­ tral symmetrische doppelte Hubkontur aufweist und zwei diametral gegenüberliegende Pumpenräume ausbil­ det, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (20) sechs Flügel (24) aufweist, die jeweils im Abstand von 60° über den Umfang des Rotors (20) angeordnet sind.

2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pumpenräume (28′, 28′′) ohne sprung­ hafte Änderung des radialen Geschwindigkeitsverlaufs der durch die Innenkontur (26) beeinflußten Bewegung der Flügel (24) ineinander übergehen.

3. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen­ kontur (26) in den Trennbereichen (34) zwischen einem Druckbereich (32) des ersten Pumpenraums (28′) und einem Saugbereich (30) des zweiten Pumpenraums (28′′) sowie einem Druckbereich (32) des zweiten Pumpenraums (28′′) und einem Saugbereich (30) des ersten Pumpen­ raums (28′) keinen eigenen Kreisbereich aufweist.

4. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Geschwindigkeit der Flügel (24) in den Trennbereichen (34) kontinuierlich von einem maximalen negativen Wert auf einen maximalen positiven Wert steigt.

5. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Geschwindigkeit im Trennbereich (34) ausschließlich bei 0° bzw. 180° einen Wert von Null aufweist.

6. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (24) in den Trennbereichen (34) eine konstante ra­ diale Beschleunigung aufweisen.

7. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub der Flügel (24) im Trennbereich (34) ausschließlich in einer Winkelstellung von 0° bzw. 180° ein Minimum besitzt.