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Doppeltwirkende Flügelzellenpumpe Die Erfindung betrifft eine doppeltwirkende
Flügelzellenpumpe mit Außenbeaufschlagung, deren in radialen FUhrungen.
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des Läufers gleitende Schieber auf einem den Arbeitsraum der Pumpe
einschließenden Ständerring mit korbbogenförmigem Innenprofil gleiten und deren
Durck- bzw. Saugkammern sich jeweils diametral gegenüberliegen.
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Derartige Flügelzellenpumpen sind beispielsweise in "Ölhydraulik"
(H.Zoebl; Springer Verlag, Wien 1963; Seite 77 ff.)
und in "51hydraulik,
Grundlagen und Anwendung " (E.M.
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Chaimowitsch; VEB Verlag Technik, Berlin 1961; S.125 ff) beschrieben,
FlUgelzellenpumpan werden heute bis zu Fördermengen von 2000 1/min und bis zu Förderdrücken
von 200 atü gebaut und vorteilhaft in Verbindung mit Werkzeugmaschinen verwendet,
beispielsweise auf dem Gebiet der Vorschubregelung für Werkstücke oder Arbeitsschlitten.
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Flügelzellenpumpen werden im allgemeinen dort eingesetzt, wo es auf
ruhigen Gang der Pumpe und die Gleichförmigkeit des Förderstromes ankommt. Außerdem
können sehr hohe Drehzahlen des Läufers, und damit große Fördermengen und ein besonders
niedriges Leistungsgewicht erreicht werden.
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Zwar erfordern die Flügelzellenpumpen eine hohe Herstellungsgenauigkeit,
so daß nur bei höchster Präzision während der Fertigung der beweglichen Teile der
innere Schlupf in Grenzen gehalten wird; jedoch kann der Schlupfverlust bei den
derzeit im Handel erhältlichen, in ihren Abmessungen verhältnismäßig großen Pumpen
und ihren groben Fördermengen durchaus fertigungstechnisch beherrscht werden, so
daß der Wirkungsgrad nicht allzu nachteilig beeinflußt wird.
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FUr viele Anwendungszwecke sind derartige Flügelzellenpumpen infolge
ihrer Größe nicht geeignet So müssen beispielsweise in Verbindung mit geologischen
Probebohrungen Pumpen in einem im Jeweiligen Bohrschacht befindlichen genormten
2"-Rohr in die gewünschte Tiefe - etwa lOOm oder mehr - abgelassen werden und aus
dieser Tiefe die dort vorhandene Flüssigkeit an die Oberfläche fördern, Der hierfür
erforderliche hohe Arbeitsdruck und der gleichzeitige große Wirkungsgrad, der Flügelzellenpumpen
für dieses Anwendungsgebiet besonders geeignet erscheinen läßt, geht aber bei einer
Verkleinrung der Abmessungen von Flilgelzellenpumpen verloren, Wit bereits oben
erwähnt, müssen die Toleranzen bei der Fertigung der beweglichen Teile und des Stäriderringes
bei
Flügelzellenpumpen sehr klein gehalten werden1 um nur geringe Undichtigkeiten und
damit einen' hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Bei einer Verkleinerung der Abmessungen
von Flügelzellenpumpen auf die vorerwähnten Maße erreichen diese Toleranzen so geringe
Werte, daß dadurch die fertigungstechnischen Probleme nicht mehr beherrschbar sind.
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Hier setzt-nun die Erfindung ein, deren Ziel es ist, bei Flügelzellenpumpen
insbesondere kleiner und kleinster Abmessungen die den Schlupfverlust verursachenden
Undichtigkeiten zwiscnen Schiebern, Läufer und Ständerring klein zu halten, so daß
damit die Möglichkeit gegeben ist, auch für Flügelzellenpumpen, bei deren Anwendung
kleine Abmessungen gefordert werden, einen Wirkungsgrad zu schaffen, der dem von
Flügelzellenpumpen großer Abmessungen ungefähr vergleichbar ist.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Ständerring
jeweils an den Orten eines Überganges von einer Druck- zu einer Saugkammer zusätzliche
der Abdichtung dienende I4ittel aufweist. In einer einfachen aber besonders vorteilhaften
Ausführungsform der Erfindung sind diese der Abdichtung dienenden Mittel jeweils
die konkav in den Arbeitsraum hereinragenden und sich glatt an ihn anschließenden
mittleren Teile von vorgespannten-Blattfedern.
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Auf diese fertigungstechnisch einfache Weise wird erreicht, daß die
Undichtigkeiten zwischen den beweglichen Teilen der Flügelzellenpumpen und dem Korbbogengehäuse
sehr klein gehalten werden. Da d-ie je nach Anforderung an den Arbeitsdruck mehr
oder weniger vorgespannten Blattfedern sich spielfrei an den Läufer und die Schieber
anlegen, werden die durch die Fertigung des Läufers und des korbbogenförmigen Ständerringes
notwendig auftretenden Toleranzen und die , daraus resultierenden Undichtigkeiten
fast vollständig beseitigt.
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Außerdem werden sich die Blattfedern - bedingt durch ihre Elastizität
- in geringem Maße etwas deI geometrischen Form der auf ihr gleitenden Schieber
und des Läufers anglei(hen.
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Während sich bei bekannten Flügelzellenpumpen wegen der Geometrie
des korbbogenförmigen Ständorringes die Schieber bzw.
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der Läufer illit; dem Ständerriilg lediglich in einer Linie berühren,
wird durch die Verwendung der BlattSedern die Auflagefläche des Läufers und (3er
Schieber in den Gebieten eiles Ueberganges von einer Druck- zu einer Saugkammer
vergrößert. Da an diesen Orten aber die größten Druckdifierenzen innerhalb der Pumpe
herrschen, bietet eine größere Auflage fläche zwischen den beweglichen Teilen und
dem Ständerring, wie leicht einzusehen ist, eine größere Sicherheit als eine linienförmige
Berührung dafür, daß Undichtigkeiten vermieden werden.
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Diese Vorteile werden nach einer bevorzugten Ausführungsform der Flügelzellenpumpe
noch dadurch unterstUtzt, daß jede Blattfeder im Ständerring in Einschnitten geführt
und an ihrem einen Ende befestigt ist, während sie mit ihrem anderen Ende in dem
zugeordneten Einschnitt gleitend angeordnet ist; dadurch können geringe durch die
Elastizität der Feder bedingte Längenunterschiede ausgeglichen werden.
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Im Gegensatz zu bekannten Flügelzellenpumpen ist in einer weiteren
AusfUhrungsform vorgesehen, die im allgemeinen sichelförmigen Auslaßöffnungen der
Druckkammern aus fertigungstechnischen Gründen durch mehrere kreisförmige Auslaßöffnungen
zu ersetzen, deren Querschnitte jeweils in Richtung der in Drehrichtung des Läufers
folgenden Saugkammer kleiner werden. Neben der fertigungstechnischen Einfachheit,
die kreisförmige Ausschnitte bieten, da sie einfach gebohrt werden können, können
auch in die Auslaßöffnungen Rückschlagventile in kurzer Entfernung von der Druckkammer
eingebaut werden, so daß bei einem Stillstand der Flügelzellenpumpe.
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diese nur in ganz geringem Umfang zurücklaufen kann.
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Besonders für die Förderung von Gasen ist nach einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, daß das Pumpengehäuse bis-auf die Ein- und Auslaßöffnungen
für das Fördermittel allseitig geschlossen ist, und der Antrieb des Läufers über
eine an sich bekannte Magnetkupplung erfolgt.
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Durch Undichtigkeiten der Wellenlagerung des Läufers austretendes
Fördermittel kann dadurch nicht nach außen gelangen.
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Es kann auch vorgesehen werden, dieses aus dem Arbeitsraum der Flügelzellenpumpe
austretende Fördermittel ilber eine Rückleitu-ng wieder an die Saugseite der Flügelzellenpumpe
zu ihren.
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In einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung in Verbindung mit
der Zeichnung näher erläutert werden.
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Im einzelnen zeigen: Figur 1 eine teilweise aufgebrochene Darstellung
einer nach der Erfindung konstruierten Flügelzellenpumpe; Figur 2 die konstruktive
Ausbildung der Flügelzellenpumpe an -dem Ort eines Überganges von einer Druck- zu
einer Saugkammer und Figur 5 e iiaen Längsschnitt durch eine Flügelzellenpumpe,
deren Antrieb für den Läufer über eine Magnetkupplung erfolgt.
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Eine Elügelzellenpumpe 1 kreisförmigen Querschnltts ist gemäß der-schematischen
Zeichnung der Fig. 3 aus mehreren kreisförmigen Elementen aufgebaut, die beispielsweise
durch Schraubern 2 direkt verbunden werden oder Flansche 3 aufwelsen, die dann jeweils
durch Schrauben 4 gehalten werden.
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Über einen Saugstutzen 11, einen Kanal 12 und über von einem Verteilungsraum
13 ausgehende Saugleitungen 14 gelangt ein Fördermittel in einen durch ein korbbogenförmiges
Inner1-profil 15 eines Ständerringes 16 begrenzten Arbeitsraum der Flügelzellenpumpe
1.
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In dem Arbeitsraum befindet sich zentrisch angeordnet ein mittels
einer Welle 21 drehbar gelagerter Rotor 22. Über in einen Verteilungsraum 23 mündende
Druckkanäle 24 verläßt das Fördermittel durch einen weiteren Kanal 25 und einen
Auslaßstutzen 26 die Flügelzellenpumpe. Druck- und Saugkariäle 24 bzw. 14 besitzen
aus fertigungstechnischen Gründen kreisförmige Querschnitte, Rückschlagventile 27
sin@ in die Kanäle eingebaut. Sollte ein geringer Teil des Fördermittels in dem
Spielraum zwischeii der Welle 21 und dem Pumpengehäuse den Arbeitsraum ver lassen,
so ist ein Rtickkanal 2- vorgesehen, der dieses Fördermittel wieder an Teile Saugseite
der Flügelzellenpumpe zurücktransportiert. An der Saugseite der Pumpe kann, was
für viele Anwendungszwecke vorteilhaft ist, noch ein mit einem Ventil 29 versenließbarer
Zuführkanal 30 vorgesehen sein, Uber den dem Fördermittel beispielsweise aus einem
anderen nicht dargestellter Pumpenkreislauf ein Dosiermittel zugesetzt werden kann.
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An dem Ende der gegen den Arbeitsr@um der Flügelzellenpumpe mittels
eines O-Ringes 51 abgedichteten Welle 21 ist ein ringförmiger, beispielsweise sechs
Pole (Nord- und Südpole, N bzw. S) enthaltener Permanentmagnet 32 mit Hilfe einer
Schraube 33 befestigt. Das Pumpengehäuse ist durch eine dünne Wantl 34 aus unmagnetischem
Material nach außen gasdicht abgeschlossen. Auf der dem Arbeitsraum der Pumpe abgewandten
Seite der Wand 34 ist ebenfalls ein mittels einer @chraube 35 auf einer Welle 3@
befestigter Permanentmagnet 37 angeordnet, bei dem die geometrische Anordung cter
Pole mit aber des Permanentmagneten 32 identisch ist. Die Welle 36 ist mit einem
iiitnt
gezeigten Motor, beispielsweise einem Elektroltotor, verbunden, der über die Magnetkupplung
37,32 den Rotor 22 antreibt.
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Der rotor 22 (s.Fig.1) ist mit radialen Einschnitten 41 versehen,
in denen Schieber 42 angeordnet sind, die bei einer Drchg g des Rotors bedingt durch
die angreifende Zentrifugalkraft auf dem Innenprofil 15 des Ständerringes 16 gleiten,
wodurch der Raum zwischen Rotor 22 led Ständerring 16 in einzelne Zellen geteilt
wird, deren Volumen bei einer Drehung des Rotors 22 sich zweirnal vergröl3ert (Saugwirkung)
und ebenfalls zweimal verkleinert (Druclnwirlciang). Dadurch wird der Arbeitsraum
der Flügelzellenpumpe in je zwei Druck-43 und zwei Saugkammern 44 unterteilt. Jeweils
inden Ort eines Überganges von einer Druck- zu einer Saugkammer ist eine in Einschnitten
45 und 46 des Ständerringes 16 geführte vorgespannte und konkav in den Arbeitsraum
hineinragende Blattfeder 51 angeordnet. An ihrem einen Ende ist die Blattfeder aufgerollt
und in einer Erweiterung 52 des Einschnitts 46 befestigt gehalten. Die Blattfeder
51 ist-so angeordnet, daß ein Schieber 42 ohne einen radialen Geschwindigkeitssprung
auf sie aufgleiten oder von ihr abgleiten kann. Gleitet ein Schieber 42 auf der
Blattfeder 51, so wird sich diese wegen ihrer Elastizität ein wenig der geometrischen
Gestalt des Schiebers angleichen, so daß die Berührung zwischen Schieber 42 und
Blattfeder-51 eine Fläche wird. Aus dem gleichen Grunde wird auch der Läufer 22
die Blattfeder 51 in einer Fläche berühren, was zum Vermeiden von Undichtigkeiten
ungleich günstiger ist als eine linienförmige Berührung. Ferner werden die Querschnitte
der von einer Druckkammer 43 wegfUhrenden Druckkanäle 24 jeweils in Richtung der
in Drehrichtung des Läufers 22 folgenden Saugkammer 44 kleiner.
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Patent-ansprüche: