DE19754285A1 - Flügelzellenmaschine, insbesondere Flügelzellenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenmaschine, insbesondere Flügelzellenpumpe, mit den im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Flügelzellenmaschinen der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Sie weisen einen Rotor auf, der innerhalb eines in einem Gehäuse angeordneten Hubrings rotiert. Der Hubring besitzt eine zur Drehachse des Rotors nicht koaxial verlaufende Kontur und bildet wenig­ stens einen Pumpenraum aus. Der Rotor besitzt radial verlaufende Schlitze, in denen radial bewegliche Flü­ gel angeordnet sind. Bei Rotation des Rotors werden die Flügel an der Kontur des Hubrings entlanggeführt, wobei zwischen zwei benachbarten Flügeln jeweils Kam­ mern mit sich verändernden Volumina vorhanden sind. Entsprechend der Drehbewegung des Rotors wird hierbei ein Saugbereich und ein Druckbereich ausgebildet, wo­ bei der Saugbereich im Bereich sich vergrößernder Volumina und der Druckbereich im Bereich sich ver­ kleinernder Volumina angeordnet ist. Der Saugbereich ist mit einem Sauganschluß der Flügelzellenmaschine und der Druckbereich mit einem Druckanschluß der Flügelzellenmaschine verbunden, so daß ein Fluid, beispielsweise Öl, gefördert werden kann.

Es ist bekannt, eine sogenannte Unterflügelpumpe aus­ zubilden, die eine im Saugbereich angeordnete Unter­ flügelniere aufweist. Die Unterflügelniere ist über eine Fluidverbindung in einer den Pumpenraum begren­ zenden Seitenfläche angeordnet. Diese Unterflügel­ niere ist mit dem Druckbereich der Flügelzellenpumpe verbunden. Die Unterflügelniere ist so angeordnet, daß sie sich im Bewegungsbereich von Unterflügelkam­ mern befindet, die unterhalb der Flügel in den in den Rotor eingebrachten Schlitzen ausgebildet werden. Die Unterflügelniere erstreckt sich hierbei über einen bestimmten Drehwinkelbereich, so daß sich mehrere Unterflügelkammern gleichzeitig im Bereich der Unter­ flügelniere befinden. Es ergibt sich somit eine Fluidverbindung zwischen den Unterflügelkammern und der Unterflügelniere, deren Gesamtfläche der Summe der Teilflächen der einzelnen, gerade mit der Unter­ flügelniere in Kontakt stehenden Unterflügelkammern entspricht.

Entsprechend der Drehbewegung des Rotors, und damit der sich verändernden radialen Position der Flügel in den Schlitzen, verändern die Unterflügelkammern ihre - im Querschnitt gesehen - Flächen, so daß auch die Ge­ samtfläche variiert. Unter Gesamtfläche beziehungs­ weise Teilfläche der Fluidverbindung wird die freie Querschnittsfläche der Fluidverbindung zwischen der Unterflügelnut und der sich im Bereich einer Unter­ flügelnut befindenden Unterflügelkammern verstanden. Die Volumenstrompulsation der Unterflügelpumpe über­ lagert sich mit der Volumenstrompulsation der Ober­ flügelpumpe zu einer Gesamtvolumenstrompulsation der Flügelzellenpumpe.

Bei bekannten Flügelzellenpumpen erstreckt sich die Unterflügelniere, die dem Saugbereich zugeordnet ist, über einen relativ großen Drehwinkelbereich des Ro­ tors, so daß sich ebenfalls im Bewegungsbereich der Unterflügelkammern befindliche Unterflügel-Drucknie­ ren nur über einen relativ kleinen Drehwinkelbereich erstrecken können. Diese Unterflügel-Drucknieren ste­ hen ebenfalls über die Unterflügelkammern und einer, in einer zweiten Seitenfläche umlaufenden Nut oder vier Nieren, die untereinander Fluidverbindungen auf­ weisen, die zu den Unterflügelkammern offen ist, mit der Unterflügelniere in Verbindung. Durch die sich über einen relativ großen Winkelbereich erstreckende Unterflügelniere wird zwar ein relativ gutes Pulsa­ tionsverhalten erzielt, jedoch besitzt eine derartige Flügelzellenpumpe aufgrund der sich über einen rela­ tiv kurzen Drehwinkelbereich erstreckenden Unter­ flügel-Druckniere ein schlechtes Kaltstartverhalten. Die Unterflügel-Drucknieren erfahren über die Unter­ flügelniere, die Unterflügelkammern sowie die um­ laufende Nut einen Druckaufbau, der der Einwärtsbewe­ gung der Flügel bei deren Einfahren im Druckbereich der Flügelzellenpumpe entgegenwirkt und diese Ein­ wärtsbewegung dämpfen soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flü­ gelzellenmaschine, insbesondere Flügelzellenpumpe der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die sich durch ein gutes Pulsationsverhalten der Unterflügelpumpe und durch ein gutes Kaltstartverhalten auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Flügel­ zellenmaschine, insbesondere Flügelzellenpumpe, ge­ löst, die die in Anspruch 1 genannten Merkmale auf­ weist. Dadurch, daß die Unterflügelniere sich über einen Drehwinkelbereich von vorzugsweise 58° bis 71° erstreckt und die Gesamtfläche der Fluidverbindung bei Rotation des Rotors im wesentlichen konstant bleibt, ist es möglich, eine geringe Pulsation durch die im wesentlichen kostant bleibende Gesamtfläche der Fluidverbindung zu erreichen und gleichzeitig aufgrund der sich lediglich über einen Drehwinkelbe­ reich von 58° bis 71° erstreckenden Unterflügelniere Platz über einen größeren Drehwinkelbereich zur Ver­ fügung zu haben, der für die Ausbildung der Unter­ flügel-Druckniere zur Verfügung steht, so daß hier­ durch ein gutes Kaltstart- und Hochdrehzahlverhalten gewährleistet ist. Durch die Erstreckung der Unter­ flügelniere über einen Drehwinkelbereich von 58° bis 71° wird erreicht, daß bei einer insbesondere zehn­ flügeligen Flügelzellenmaschine gerade eine Unter­ flügelkammer in den Bereich der Unterflügelniere ein­ läuft, während eine weitere Unterflügelkammer gerade aus dem Bereich der Unterflügelniere ausläuft. Der tatsächliche Drehwinkelbereich, über den sich die Unterflügelniere erstreckt, richtet sich nach der - in Drehrichtung gesehenen - Breite der Unterflügel­ kammern. Je breiter die Unterflügelkammern sind, um so geringer ist der Drehwinkelbereich zu wählen, über den sich die Unterflügelniere erstreckt.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Unterflügelniere und der der Unter­ flügelniere gegenüberliegende Nutabschnitt eine sich über dem Drehwinkel der Flügel identisch verändernde Kontur aufweisen, das heißt, diese sind Spiegelbild­ lich ausgebildet. Hierdurch wird erreicht, daß die sich über die Drehbewegung des Rotors verändernden Flächen der einzelnen Unterflügelkammern (Teilflä­ chen) entsprechend der momentanen Stellung des Rotors berücksichtigt werden und so eine im wesentlichen konstante Gesamtfläche der Fluidverbindung über die gesamte Unterflügelniere gewährleistet werden kann. Insbesondere ist bevorzugt, wenn ein sich, vorzugs­ weise kontinuierlich, verringernder Konturabschnitt, bei Flügelzellenpumpenbetrieb in Drehrichtung des Ro­ tors betrachtet, am Ende der Unterflügelnut vorge­ sehen ist. Hierdurch wird sehr vorteilhaft ein Flä­ chenzuwachs durch eine Unterflügelkammer, die gerade in den Bereich der Unterflügelniere einfährt, ausge­ glichen, so daß die Gesamtfläche im wesentlichen konstant gehalten werden kann.

Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Unterflügelniere in bezug auf den Saugbereich derart angeordnet ist, daß das Einfahren einer Unterflügelkammer in den Bereich der Unterflü­ gelniere und das gleichzeitige Ausfahren einer wei­ teren Unterflügelkammer aus dem Bereich der Unter­ flügelniere in einer Winkelstellung des Rotors er­ folgt, in der der kinematische Volumenstrom der Un­ terflügelpumpe ihr Minimum aufweist. Hierdurch wird erreicht, daß der Volumenstromverlauf in diesem Zeit­ punkt eine geringe Steilheit aufweist, so daß die Volumenstrompulsation der Unterflügelpumpe durch die Flächenumschaltung nur minimal beeinflußt wird.

Weitere vorteilhafte 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 erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine geöffnete Flügel­ zellenpumpe;

Fig. 2 den Verlauf des Hubes über dem Drehwinkel;

Fig. 3 den Verlauf der radialen Geschwindigkeit eines Flügels über dem Drehwinkel;

Fig. 4 den Volumenstromverlauf der Unterflügel­ pumpe;

Fig. 5 eine Veränderung von Flächen von Unter­ flügelkammern über dem Drehwinkel der Flügelzellenpumpe gemäß Fig. 1;

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine erste Seitenfläche der Flügelzellenpumpe;

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine zweite Seitenfläche der Flügelzellenpumpe und

Fig. 8 eine Draufsicht auf die übereinandergelegten Seitenflächen der Flügelzellenpumpe gemäß Fig. 6 und 7.

Fig. 1 zeigt eine Teilansicht einer geöffneten, als Flügelzellenpumpe 10 ausgebildeten Flügelzellenma­ schine. Die Flügelzellenpumpe 10 besitzt einen inner­ halb eines Gehäuses 12 drehfest angeordneten Hubring 14. Der Hubring 14 schließt einen Innenraum 16 ein, innerhalb dessen ein Rotor 18 angeordnet ist. Eine im folgenden als Kontur 20 bezeichnete Innenkontur des Hubrings 14 ist so gewählt, daß sich zwei diametral gegenüberliegende Pumpenräume 22 zwischen dem Außen­ umfang des Rotors 18 und der Innenfläche des Hubrings 14 ergeben. Hierzu weist die Kontur 20 einen soge­ nannten Kleinkreis 24 auf, dessen Durchmesser im we­ sentlichen dem Außendurchmesser des Rotors 18 ent­ spricht. Ferner weist die Kontur 20 einen sogenannten Großkreis 26 auf, dessen Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rotors 18, so daß es zur Ausbildung der Pumpenräume 22 kommt. Die Übergangs­ bereiche zwischen dem Kleinkreis 24 und dem Großkreis 26 besitzen einen bestimmten Verlauf, auf den anhand von Fig. 2 und 3 noch näher eingegangen wird.

Der Rotor 18 weist über seine Umfangsfläche 28 ver­ teilt radial verlaufende Schlitze 30 auf. Im gezeig­ ten Beispiel sind insgesamt zehn Schlitze 30 mit ei­ ner gleichmäßigen Winkelteilung eingebracht, das heißt, die Schlitze 30 sind jeweils um 36° in Um­ fangsrichtung zueinander beabstandet. Innerhalb der Schlitze 30 sind radial bewegliche Flügel 32', 32'' und 32''' angeordnet, von denen aus Gründen der Über­ sichtlichkeit nur drei dargestellt sind. Die Schlitze 30 und die Flügel erstrecken sich über die gesamte Breite des Rotors 18.

Jedem Pumpenraum 22 sind ein Saugbereich 34 und ein Druckbereich 36 zugeordnet. Der Saugbereich 34 ist über eine Saugniere 38 mit einem Sauganschluß der Flügelzellenpumpe 10 verbunden, während der Druck­ bereich 36 über eine Druckniere 40 mit einem Druck­ anschluß der Flügelzellenpumpe 10 verbunden ist.

Der Innenraum 16 und damit die Pumpenräume 22 sind beidseitig von Seitenflächen 56 und 58 (Fig. 6 bis 8) verschlossen, von denen die eine in Fig. 1 nicht dargestellt ist, so daß man quasi in den Pumpenraum 16 hineinsieht. Die Seitenflächen sind fest mit dem Gehäuse 12 und/oder dem Hubring 14 verbunden und lie­ gen dicht an den Seitenflächen des Rotors 18 bezie­ hungsweise den Seitenkanten der Flügel 32 an. Hier­ durch sind die Pumpenräume 22 nahezu druckdicht ver­ schlossen.

Die eine der Seitenflächen, die beispielsweise von dem Gehäuse 12 ausgebildet wird, besitzt jedem Saug­ bereich eines Pumpenraumes 22 zugeordnet eine Unter­ flügelniere 42, die über eine nicht näher darge­ stellte Fluidverbindung mit dem Druckbereich der Flü­ gelzellenpumpe 10 in Verbindung steht. Die Unter­ flügelniere 42 erstreckt sich über einen Winkel α von 70°. Der Winkel α von 70° ist für das gezeigte Aus­ führungsbeispiel gewählt und kann bei anderen Aus­ führungsbeispielen, auf die später noch Bezug ge­ nommen wird, in einem Bereich zwischen 58° und 71° liegen.

Die Unterflügelnieren 42 liegen in einem Bewegungs­ bereich von Unterflügelkammern 44, die innerhalb des Rotors 18 zwischen den Flügeln 32 und dem Grund der Schlitze 30 ausgebildet sind. Ferner ist im Bewe­ gungsbereich der Unterflügelkammern 44 winkelversetzt zu den Unterflügelnieren 42 jeweils eine Unterflügel- Druckniere 46 angeordnet. Die Unterflügel-Drucknieren 46 werden von Vertiefungen in der Seitenfläche gebil­ det und besitzen in Draufsicht gesehen eine noch zu erläuternde Kontur.

Die Unterflügelnieren 42 besitzen in Draufsicht gese­ hen eine Kontur, die sich dadurch auszeichnet, daß in Drehrichtung 48 des Rotors 18 gesehen, zunächst ein erster konstanter Konturabschnitt 50 vorgesehen ist, dessen radiale innere und äußere Begrenzungsfläche im wesentlichen konzentrisch zueinander verlaufen. Der erste Konturabschnitt 50 geht in einen, hauptsächlich durch den Flügelverlauf bestimmten, sich vorzugsweise kontinuierich erweiternden Konturabschnitt 52 über, an den sich schließlich ein sich vorzugsweise konti­ nuierlich verjüngender Konturabschnitt 54 schließt.

Die weitere, in Fig. 1 nicht dargestellte Seiten­ fläche, die beispielsweise von einem Deckel der Flü­ gelzellenpumpe 10 gebildet sein kann, besitzt eine im Bewegungsbereich der Unterflügelkammern 44 umlaufende Nut, die in Richtung der Unterflügelkammern offen ist. Diese Nut besitzt eine Kontur, die gegenüberlie­ gend der Unterflügelnieren 42 und der Unterflügel Drucknieren 46 exakt den gleichen Konturverlauf wie die Unterflügelnieren 42 und die Unterflügel-Druck­ nieren 46 aufweist. Diese umlaufende Nut ist jedoch durchgehend ausgebildet, so daß eine durchgehende Fluidverbindung über den gesamten Umfang der Nut ge­ währleistet ist.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Nut auch von vier Nieren gebildet sein, die untereinander in Fluidverbindung stehen. Diese Nieren befinden sich der Lage nach in direkter Zuordnung zu den Unter­ flügelnieren 42 und den Unterflügel-Drucknieren 46. Die Fluidverbindung kann in der Seitenfläche oder im Rotor ausgebildet sein.

Die Funktion der Flügelzellenpumpe 10 ist allgemein bekannt, so daß hier nur das Wesentliche angegeben wird. Über eine nicht dargestellte Antriebsachse wird der Rotor 18 in Drehbewegung - in Drehrichtung 48 - versetzt, wodurch die Flügel 32', 32'' und 32''' an der Kontur 20 entlanggeführt werden. Im Übergang vom Kleinkreis 24 zum Großkreis 26 werden die Flügel ra­ dial nach außen gefahren, so daß sich zwischen zwei benachbarten Flügeln eine Kammer mit sich vergrößern­ dem Volumen bildet. Hierdurch wird über die Saugniere 38 ein Fluid im Saugbereich 34 angesaugt. Im Über­ gangsbereich zwischen dem Großkreis 26 und dem Klein­ kreis 24, dem Druckbereich 36, werden die Flügel 32 radial nach innen gedrängt, so daß sich das Volumen der Kammer zwischen zwei benachbarten Flügeln 32 ver­ ringert und ein hier zuvor angesaugtes Fluid über die Drucknieren 40 ausgepreßt wird. Entsprechend der Drehzahl des Rotors 18 stellt sich somit ein bestimm­ ter Volumenstrom eines geförderten Fluids ein. Dieses geförderte Fluid steht über die nicht dargestellte Verbindung auch in den den Saugbereichen 34 zugeord­ neten Unterflügelnieren 42 an. An den Unterflügel­ nieren 42 werden die Unterflügelkammern 44 vorbei­ bewegt. Da die Flügel 32 im Saugbereich 34 radial nach außen fahren, vergrößert sich in diesem Bereich die freie Querschnittsfläche zwischen den Unterflü­ gelkammern 44 und der Unterflügelniere 42. Das in die Unterflügelkammern 44 geförderte Fluid drückt von unten die Flügel 32 radial nach außen. Hierdurch wird gewährleistet, daß diese sicher an der Innenkontur 20 anliegen und somit benachbarte Kammern zwischen jeweils zwei Flügeln 32 abgedichtet sind. Entspre­ chend der Stellung des Rotors 18 befinden sich immer wenigstens zwei Unterflügelkammern 44 im Bereich einer Unterflügelniere 42. Hierdurch ergibt sich eine Gesamtsumme einer Fläche, die sich aus den Teil­ flächen der gerade im Bereich der Unterflügelniere 42 sich befindenden Unterflügelkammern 44 gebildet wird. Über die Nut in der nicht dargestellten Seitenplatte besteht eine Fluidverbindung zwischen den Unter­ flügelnieren 42, den gerade mit diesen sich über­ deckenden Unterflügelkammern 44 sowie der Nut mit den Unterflügel-Drucknieren 46. Hierdurch wirkt ein Druck auch im Druckbereich 36 der Flügelzellenpumpe 10 radial auf die Flügel nach außen, so daß diese bei ihrem radialen Einfahren eine Dämpfung ihrer Bewegung erfahren.

Die sich bewegenden Flügel und die damit sich verän­ dernden Unterflügelkammervolumina erzeugen in Summe einen pulsierenden Volumenstrom (Unterflügelpumpe), der über obengenannte Fluidverbindung zum Druckbe­ reich der Pumpe Verbindung hat. Der Volumenstrom und die Geschwindigkeit des Fluidstroms ist wiederum ab­ hängig von der Veränderlichkeit obengenannter Gesamt­ fläche. Diese Volumenstrompulsation überlagert die Volumenstrompulsation der Oberflügelpumpe mit entge­ gengesetztem Vorzeichen, so daß insgesamt ein Aus­ gleich der Volumenstrompulsation in der gesamten Flü­ gelzellenpumpe 10 erfolgt. Die Volumenstrompulsation der Unterflügelpumpe ist somit in bestimmten Grenzen erwünscht. Diese Volumenstrompulsation der Unterflü­ gelpumpe ist im wesentlichen abhängig von der Kine­ matik der Flügelzellenpumpe 10, das heißt der Dreh­ zahl des Rotors 18 sowie der radialen Bewegung der Flügel und der Gesamtfläche der gerade in Überdeckung mit der Unterflügelniere 42 sich befindenden Unter­ flügelkammern 44.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Abwicklung der Kontur 20 des Hubrings 14 über dem Drehwinkel eines Flügels 32', 32'', 32''' dargestellt. Die Betrachtung erfolgt ausgehend von einem in Fig. 1 mit A bezeichneten Punkt, der dem Nullpunkt entspricht, über eine volle Umdrehung von 360°. Fig. 2 zeigt hierbei den ra­ dialen Hub H eines Flügels, während Fig. 3 die ra­ diale Geschwindigkeit v des Flügels 32', 32'', 32''' zeigt.

Anhand des Hubverlaufes in Fig. 2 wird deutlich, daß die Flügel vom Punkt A beginnend, zunächst im Klein­ kreis 24 keinen Hub erfahren. Nachfolgend folgt ein ansteigender Ast, der dem Durchfahren des Saugbe­ reichs 34 entspricht. Innerhalb des Saugbereichs 34 liegt ein Punkt B, bei dem ein sogenannter Wendepunkt liegt, das heißt, bis zu dem Punkt B steigt der ra­ diale Hub H progressiv an. Der Flügel bewegt sich dabei mit einer stetig steigenden radialen Geschwin­ digkeit v (Fig. 3). Ab dem Punkt B sinkt die radiale Geschwindigkeit v durch den degressiven Verlauf des Hubs H auf den Wert Null ab, wobei der Flügel 32 an dieser Stelle in den Großkreis 26 einläuft. Innerhalb des Großkreises 26 bleibt die radiale Geschwindigkeit v im wesentlichen auf einem Wert nahe Null, bis der Flügel 32 in den Druckbereich 36 einfährt. Während des Durchfahrens des Druckbereiches 36 nimmt der radiale Hub H bis auf den Minimalwert im Kleinkreis 24 ab. Hierbei ergibt sich bis zu einem Wendepunkt C, eine betragsmäßig größer werdende negative, das heißt radial einwärts gerichtete, radiale Geschwindigkeit v. Ab dem Wendepunkt C wird die Geschwindigkeit v dann bis zum Erreichen des Kleinkreises 24 wiederum betragsmäßig kleiner und steigt bis auf den Nullwert an. Durch den doppelhubigen Aufbau der Flügel-zellen­ pumpe 10 wiederholt sich der radiale Hub H bezie­ hungsweise der Verlauf der radialen Geschwindigkeit v für jeden Flügel 32. Die radiale Geschwindigkeit v ist direkt proportional dem Volumenstrom, den ein Flügel 32 während einer Umdrehung des Rotors 18 bei einer Flügelzellenpumpe 10 erzeugt.

In Fig. 4 ist der Volumenstrom Q der Unterflügel­ pumpe gezeigt. Der hier wiedergegebene Volumenstrom Q wird durch eine in Fig. 1 dargestellte Flügel­ zellenpumpe 10 mit zehn um 36° zueinander versetzten Flügeln 32 realisiert. Der Volumenstrom Q pulsiert hierbei um einen Fixpunkt (Nullinie), wobei die von der Kurve eingeschlossene Fläche unterhalb der Linie einem Ansaugen der Unterflügelpumpe entspricht und die von der Kurve oberhalb der Nullinie eingeschlos­ sene Fläche einem Drücken der Unterflügelpumpe ent­ spricht. Ein Minimum dieses Verlaufs wird bestimmt durch den mit Punkt B bezeichneten Wendepunkt im ansteigenden Ast des Hubes H, der mit dem Maximum der radialen Geschwindigkeit v zusammenfällt. Das Maximum des Volumenstroms Q fällt zusammen mit dem Punkt C bezeichneten Wendepunkt im fallenden Ast des Hubes H, der mit dem Minimum der radialen Geschwindigkeit v zusammenfällt. In den Fig. 2 und 3 erfolgte die Definition der Punkte B und C jeweils für einen Flügel, während in Fig. 4 der Verlauf des Volumen­ stroms Q für die Überlagerung von insgesamt zehn Flügeln dargestellt ist.

In Fig. 5 ist in einer oberen Kennlinie die Gesamt­ summe der Flächen der Unterflügelkammern 44 darge­ stellt, die gerade mit der Unterflügelniere 42 sowie der gegenüberliegenden Nut in Kontakt stehen. Bei den in Fig. 1 gezeigten Momentaufnahmen eines sich dre­ henden Rotors 18 sind diese Flächen schwarz gekenn­ zeichnet. Es wird deutlich, daß ein erster Flügel 32' gerade in den Bereich der Unterflügelniere 42 ein­ läuft, ein zweiter Flügel 32'' gerade den ansteigenden Konturabschnitt 52 erreicht, während ein dritter Flü­ gel 32''' gerade den Bereich der Unterflügelniere 42 verläßt. Die Gesamtfläche setzt sich somit aus insge­ samt drei Teilflächen - bezogen auf die in Fig. 1 gezeigte Momentaufnahme - zusammen. Entsprechend der Rotation des Rotors 18, damit aller Flügel 32 der Flügelzellenpumpe und somit der Unterflügelkammern 44, ergibt sich der in Fig. 5 oben dargestellte Ge­ samtflächenverlauf über dem Drehwinkel. Anhand der Darstellung wird deutlich, daß dieser Flächenverlauf, abgesehen von geringfügigen Schwankungen, im wesent­ lichen konstant verläuft und die Abweichungen von dem Fixwert (x-Linie) relativ gering sind. Dies wird ins­ besondere durch die hier beschriebene Kontur der Unterflügelniere 42 sowie der gegenüberliegenden Nut erzielt. In Fig. 5 unten ist der Einzelflächenver­ lauf von drei Unterflügelkammern 44 dargestellt, wo­ bei klar ist, daß sich bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 eine Überlagerung von den Flächenverläufen von insgesamt zehn Unterflügelkammern 44 ergibt.

Anhand der unteren Darstellung in Fig. 5 soll ver­ deutlicht werden, daß der Flächenverlauf einer ein­ zelnen Unterflügelkammer 44 einerseits von dem radialen Hub des Flügels 32 und andererseits der Kontur der Unterflügelniere 42 entscheidend abhängt.

Zur Verdeutlichung der Zusammenhänge ist ein Ab­ schnitt a über einen Winkelbereich sowohl in Fig. 4 und Fig. 5 gekennzeichnet. Dieser Abschnitt a reprä­ sentiert einerseits den Abschnitt, in dem die Gesamt­ fläche der Unterflügelkammern 44 geringfügig kleiner ist als der angenommene Fixwert. Durch die hier be­ schriebene Auslegung und Anordnung der Kontur der Unterflügelniere ist dieser Abschnitt so gelegt, daß er mit dem Minimum des Volumenstroms Q der Unter­ flügelkammern zusammenfällt. Das Minimum wird be­ stimmt - wie bereits erläutert - durch den mit Punkt B bezeichneten Wendepunkt der Kontur 20. Die Unter­ flügelniere 42 ist nun derart in der Seitenfläche ortsfest angeordnet, der sich in bezug auf den Punkt B folgendes ergibt: der Flügel 32' fährt gerade in den Bereich der Unterflügelniere 42 ein, während der Flügel 32''' gerade aus dem Bereich der Unterflügel­ niere 42 ausfährt. Hiermit findet zu diesem Zeitpunkt eine Flächenumschaltung bei der Überlagerung der Ge­ samtfläche aller im Bereich der Unterflügelniere 42 sich befindenden Unterflügelkammern 44 statt. Anhand der unteren Darstellung in Fig. 5 soll dies ver­ deutlicht werden, wobei zu erkennen ist, daß der Flä­ chenverlauf der Unterflügelkammer 44''' im Bereich des Punktes B beziehungsweise des Abschnittes a gera­ de anfängt, einen mengenmäßigen Beitrag zur Gesamt­ fläche zu leisten, während die Fläche der Unter­ flügelkammer 44' gerade ihren Anteil zur Gesamtfläche beendet. Der Hauptanteil an der Gesamtfläche wird in dem Momemt von der Unterflügelkammer 44'' übernommen. Dies wird erreicht, indem die Unterflügelniere 42 sich über einen Winkelbereich des Winkels α von 70° erstreckt und die gedachte Mitte beziehungsweise Win­ kelhalbierende dieses Winkels mit dem Punkt B zusam­ menfällt, beziehungsweise die Mitte der Unterflügel­ niere 42 in einem Winkelbereich von ± 5° zum Punkt B liegt.

Die Winkelerstreckung des Winkels α kann in Abhängig­ keit von dem tatsächlichen Aufbau der Flügelzellen­ pumpe 10, insbesondere der Breite der Schlitze 30 und somit der Unterflügelkammern 44, variieren. Der Win­ kel α wird um so kleiner, je breiter die Schlitze 30 in ihren mit der Unterflügelniere 42 in Kontakt kom­ menden unteren Bereich sind. Ferner ist der Winkel α auch von der Art der Ausbildung des Untergrundes, einfacher Schlitz mit Radius oder Schlitz mit zusätz­ licher Erweiterung am Schlitzgrund in sogenannter Tropfenform, abhängig.

Durch die hier beschriebene Anordnung der Unter­ flügelniere 42 wird erreicht, daß das Umschalten der Gesamtfläche von einer gerade die Unterflügelniere 32 verlassenden Unterflügelkammer 44 zu einer gerade in die Unterflügelniere 32 einlaufenden Unterflügelkam­ mer 44 im Minimum der kinematischen Volumenstrom­ pulsation der Unterflügelpumpe liegt. In diesem Bereich hat der anliegende Volumenstrom Q einen kleinen Gradienten (Steilheit), so daß sich dies positiv auf die gesamte Volumenstrompulsation der Flügelzellenpumpe 10 auswirkt. Ferner trägt die im wesentlichen konstante Gesamtfläche der gerade mit der Unterflügelniere 42 in Kontakt stehenden Unter­ flügelkammern 44 zu einem guten Pulsationsverhalten der Unterflügelpumpe bei.

Anhand der unteren Darstellung in Fig. 5 wird noch der Einfluß des kontinuierlich sich vergrößernden Konturabschnittes 52 und des sich kontinuierlich ver­ jüngenden Konturabschnittes 54 der Unterflügelniere 42 deutlich. Durch die Ausgestaltung dieser Abschnit­ te kommt es in der Überlagerung der Flächen gemäß der in Fig. 5 oben gezeigten Darstellung zu einer zu­ sätzlichen Homogenisierung, das heißt, die Gesamtflä­ che bleibt im wesentlichen konstant. Hierdurch wird erreicht, daß ein mit dem Doppelpfeil gekennzeichne­ ter Abfall der Gesamtfläche so gering wie möglich ist.

In den Fig. 6 bis 8 sind die zuvor erläuterten, jedoch in Fig. 1 nicht dargestellten Seitenflächen 56 und 58 gezeigt. Fig. 6 zeigt die Seitenfläche 56, die beispielsweise Bestandteil des Gehäuses 12 der Flügelzellenpumpe 10 sein kann. In Fig. 7 ist die Seitenfläche 58 gezeigt, die beispielsweise durch einen Deckel der Flügelzellenpumpe 10 gebildet werden kann. Die Seitenflächen 56 und 58 liegen beidseitig an dem Pumpenraum 16 an. Die Seitenfläche 56 besitzt die, hier schraffiert dargestellten, Unterflügelnie­ ren 42. Ferner sind hier die Unterflügel-Drucknieren 46, die Drucknieren 40 sowie die Saugnieren 38 vor­ gesehen. Es wird deutlich, daß die Unterflügel-Druck­ nieren 46 sich über einen relativ großen Winkel­ bereich von zirka 90° erstrecken und einen ersten Abschnitt 60 aufweisen, der - im Querschnitt bezie­ hungsweise in radialer Richtung gesehen -, eine rela­ tiv breite Struktur aufweist. Der Abschnitt 60 geht in einen Abschnitt 61 über, dessen Breite der in radialer Richtung gemessenen Breite der Nut 62 ent­ spricht. Hierdurch wird ein gutes Kaltstart- und Hochdrehzahlverhalten der Flügelzellenpumpe 10 er­ reicht. Somit zeichnet sich die Flügelzellenpumpe 10 durch ein gutes Kaltstart- und Hochdrehzahlverhalten sowie aufgrund der Ausbildung und Anordnung der Un­ terflügelniere 42 durch eine bereits ausführlich er­ läuterte geringe Pulsation aus.

In Fig. 7 ist die umlaufende Nut 62 zu erkennen, die in die Seitenfläche 58 eingearbeitet ist und zum Pum­ penraum 16 hin offen ist. Die Nut 62 besitzt eine Kontur, die identisch ist mit der Kontur der Unter­ flügelnieren 42 und der Unterflügel-Drucknieren 46. In der Fig. 8 ist dies in der übereinandergelegten Darstellung der Seitenflächen 56 und 58 zu erkennen. In Fig. 8 ist die untenliegende Seitenfläche 58 mit der darübergeklappten, zu Fig. 6 spiegelverkehrt dargestellten Seitenfläche 56 dargestellt, so daß sich die Kontur der Unterflügelnieren 42 sowie der Unterflügel-Drucknieren 46 mit den entsprechenden Konturabschnitten der Nut 62 exakt decken. Hierdurch wird sichergestellt, daß an der Verbindung zwischen den Unterflügelkammern 44 und der Nut 62 genau die gleichen Flächenverhältnisse herrschen wie an der Verbindung der Unterflügelkammern 44 zu den Unterflü­ gelnieren 42 beziehungsweise den Unterflügel-Druck­ nieren 46. Die Nut 62 besitzt lediglich noch die hier mit 64 bezeichneten Verbindungen, die eine Fluidver­ bindung zwischen den Unterflügelnieren 42 über die Unterflügelkammern 44 sowie Nut 62 mit den Unter­ flügel-Drucknieren 46 bilden.

Claims (12)

1. Flügelzellenmaschine, insbesondere Flügelzellen­ pumpe, mit einem in einem, mindestens einen Saugbe­ reich und einen Druckbereich ausbildenden Hubring angeordneten Rotor, in dessen Umfangsfläche über die gesamte Breite sich erstreckende, im wesentlichen radial verlaufende Schlitze eingebracht sind, in de­ nen Flügel radial verschieblich gelagert sind und mit seitlichen, feststehenden Begrenzungsflächen (Seiten­ flächen), die dichtend am Rotor und an den Seiten­ kanten der Flügel anliegen, wobei mindestens eine der Seitenflächen eine im Bewegungsbereich von Unter­ flügelkammern verlaufende, zu diesen offene Nut auf­ weist, und die zweite Seitenfläche im Bewegungsbe­ reich der Unterflügelkammern wenigstens eine dem Saugbereich zugeordnete und mit dem Druckbereich ver­ bundene Unterflügelniere aufweist, so daß entspre­ chend der Rotorstellung eine Fluidverbindung zwischen der Unterflügelniere und der Nut über die sich gerade im Bereich der Unterflügelniere befindenden Unter­ flügelkammern besteht, und wenigstens eine dem Druck­ bereich zugeordnete Unterflügel-Druckniere im Bewe­ gungsbereich der Unterflügelkammern in der die Unter­ flügelniere aufweisenden zweiten Seitenfläche vorge­ sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterflü­ gelniere (42) sich über einen Drehwinkelbereich (α) erstreckt und die Gesamtfläche - im Querschnitt gesehen - der sich im Bereich der Unterflügelniere (42) befindlichen Unterflügelkammern (44) bei einer Rotation des Rotors (18) im wesentlichen konstant bleibt.

2. Flügelzellenmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Winkel (α) 58° bis 71°, insbe­ sondere 70°, beträgt, und daß die Flügelzellen­ maschine (10) zehn Flügel (32) aufweist.

3. Flügelzellenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (62) von vier in Fluidverbindung stehenden Nieren gebildet wird.

4. Flügelzellenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterflü­ gelniere (42) und der der Unterflügelniere (42) ge­ genüberliegende Nutabschnitt der Nut (62) oder der miteinander verbundenen vier Nieren über dem Dreh­ winkel der Flügel (32) spiegelbildlich ausgebildet sind.

5. Flügelzellenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterflü­ gelniere (42) in Richtung eines radial ausfahrenden Flügels (32) einen - in radialer Richtung gesehen - konstanten Konturabschnitt (50), einen sich er­ weiternden Konturabschnitt (52) und einen sich ver­ jüngenden Konturabschnitt (54) besitzt.

6. Flügelzellenmaschine nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Konturabschnitte (52, 54) sich kontinuierlich erweitern beziehungsweise verjüngen.

7. Flügelzellenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterflü­ gelkammer (44) gerade in den Bereich der Unterflügel­ niere (42) einfährt, wenn eine andere Unterflügel­ kammer (44) gerade den Bereich der Unterflügelniere (42) verläßt, so daß eine Flächenumschaltung bei im wesentlichen konstanter Gesamtfläche erfolgt.

8. Flügelzellenmaschine nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Flächenumschaltung im Minimum des Volumenstromverlaufes (Q) der Unterflügelpumpe erfolgt.

9. Flügelzellenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterflü­ gelniere (42) so angeordnet ist, daß die Winkel­ halbierende des Winkels (α) im Bereich eines Wende­ punktes (B) der Kontur (20) liegt, zu dem die radiale Geschwindigkeit (v) der Flügel (32) ihr Maximum hat.

10. Flügelzellenmaschine nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Winkelhalbierende des Winkels (α) in einem Winkelbereich von ± 5° zum Wendepunkt (B) liegt.

11. Flügelzellenmaschine nach einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Un­ terflügel-Druckniere (46) über einen Winkelbereich von wenigstens 90° erstreckt.

12. Flügelzellenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterflügel-Druckniere (46) in Richtung eines radial einfahrenden Flügels (32) einen Konturabschnitt (60) aufweist, der eine - in radialer Richtung - relativ große Breite aufweist, der in einen Abschnitt (61) übergeht, dessen - in radialer Richtung gesehene - Breite der Breite der Nut (62) entspricht.