DE2326627A1

DE2326627A1 - Hydraulische fluegelzellenpumpe

Info

Publication number: DE2326627A1
Application number: DE2326627A
Authority: DE
Inventors: James C Swain
Original assignee: Abex Corp
Current assignee: PepsiAmericas Inc
Priority date: 1972-05-22
Filing date: 1973-05-22
Publication date: 1973-12-20
Also published as: DE2326627C3; GB1423545A; DE2326627B2; IT977190B; CA969029A; FR2186073A5; JPS4926806A; JPS5332526B2; US3790314A

Description

'ABISL GOEPORAI'IOIρ 530 fifth Avenues Hew York₉ lev/ York / USA

^Hydraulische PlügelselXenpumpe^ί!

Die Erfindung betrifft, eine hydraulische Flügelzellenpumpe_Ρ ■bestellend aus Läufer und Gehäuse, wobei in einem iron beiden Fitigel angeordnet sind;, die an der von der Wand des anderen gebildeten Laufbahn anliegen^ Die Erfindung ist insbesondere auf die Verbesserung der- Steuerseiten der- Fitiss igkei tsver Bindung zwischen den Fordertasehen der Putape und den Ansaugöffnungen gerichtet.» Bei dem meist gebräuchlichen S.yp lianaelsüb-= licher i?lügelzellenpuHäpen sind die-Flügel in ra-dialen i/uten des L-äufers in üezug auf die Läuferachse hin«= und hsrbsv/sglich angeordnetο Das äußere Ende der Flügel gleitet über die Laufbahn des den läufer umgebenden Gehäuses_o Die Seiten des Lau= fers und die Seitenkanten der Flügel sind in gleitender- Dicht= verbindung mit den Seitenplatten zu beiden Seiten des Läufers_D

Die Laufbahn, ist so gestaltet_s daß der Zwischenraum zwischen ihr und dem Läufer sich über den Umfang änderte, Dieser nannte förderraumj der von der Lämferoberfläche und der bahn begrenzt ist,-besteht im wesentlichen aus ,vier Zonen, nämlich der Druckzone„ der Saugzone_D einer !"örderzone-, (die zwischen der- Saug= und der Drucksone in Drehrichtung gesehen^ liegt) und einer Dichtzone (die in Drehrichtung gesehen zwischen der Druckzone und der Saugzone liegt)₀ Die Änderung des iibstandes .zi'Jisches. Laufbahn und Läufer in diesen Zonen bewirkt die Elügelbewegung und entsprechende Veränderungen des Volumens in den Plügelswisehenräuiaej! oder Eördertaseiien jedem flügelpaar_o

Büro Beriir»

Fernsprecher: 8B5 SQ 371833 23 32
Drahtwort: Invention Bsrtiii

W. Meissner, berlin West H22S2--äCS

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Das Volumen jeder Fördsrtasohe wächst In der Saugssone und verkleinert sicii In der Bruckzone₀ DaB Volumen wächst in der Säugzone _p itfeil sich, die Laufbahn vom läufer entfernt₀ Dies gestattet'es den Flitgelnp aus den Muten herauszutre= ten· Der Bereich^ in dein sich die Laufbahn vob Läufer in der Saugsone entfernt_p xvird als Saugranape bezeichnet_s i^obei der Terminus- "Rampe⁸⁵ dazu, verwendet wird_f eine öeigung der Lauf= bahn zu bezeichnen_f die entgegengesetzt zu einem Bogen ue die Läuferachse alt festgelegtem oder konstantem Durchmesser Istc Das Volumen der Fördertaschen verringert sich In der ■ DrUCKZOBe₉ wo die Laufbahn die sogenannte Druckrarape aufweist« die sich dem Läufer nähez^at_o

In jeder Seitenplatte der Pumpe sind eine oder mehrere Haupt·= Säugöffnungen vorgesehen,, durch die Flüssigkeit in die i'ördertaschen eintritt_p wenn-diese nacheinander vorbeikommenc Der vordere bzw_c der Führungs flügel jedes- eine Ford sr tasche bildenden Flügelpaars_p verhindert_ρ daß"Druckflüssigkeit In der Druclczone durch "Kurzschluß- hinter iha in die Saug= Öffnimg entweich.to Wenn sich der Läufer dreht transportiert die ]?ördertasche ihren Flüssigkeitsinhalt über die Förderzone zur- 2rucköffnung in die Druckzoneο Der nachlaufende Flügel der löräertascüe schließt oder dichtetp um einen Inneren Drucirrerlust durch Kurzschluß au verhindern_Ρ die lasche ge= gemiter der Hauptansaugöffnung afc₉ bevor der Führungsflügel sloli weit genug bewegt hat_f ua die Verbindung der Druckzone mit eier Tasche freizugeben

Utn äsn höchsten Pumpenivirkungsgrad zu erzielen_p ist es von Bedeutung«, daß" jede Fördertasche völlig gefüllt wird_p nenn sie die Saugzone passierto Bei niedriger Betriebsdrahzahl kann ö.ie Flüssigkeit leicht in die Förder taschen eins trots er._s wenn diese sich aufeinanderfolgend an der Hauptansaugöffmmg vorfceibewegeiio Dabei füllt sich τ ede Tasche vollständige

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Wenn jedoch die Drehzahl über einen bestimmten Wert ansteigt (der Wert hängt von den konstruktiven Merkmalen der einzelnen Pumpe ab) ₉ dann ist der Zeitraum^ in dem die Fördertasche offen ist "bzw» mit der Saugzone in Verbindung steht_p so^ kurz₉ daß ' es nicht zur vollständigen Füllung der lasche ausreichte, Über diese Drehzahl hat die Pumpe dann nicht mehr ihre volle Förderkapazität und Kavitation, Geräuschentwicklung und Verschleiß steigen schnell an_c Eine solche teilweise und unzulängliche Füllung der J¹Or der taschen ist in einer graphischen Darstellung veranschaulichbar, in der die gepumpte Flüssigkeitsmenge als Sanktion der Drehzahl aufgezeichnet ist« Ausgehend bei lull ist die Kurve zunächst eine im wesentlichen gerade Linie und zwar entsprechend dem proportionalen Anwachsen der fördermenge mit der zunehmenden Drehzahl- Schließlich jedoch beginnt die Kurve abzufallen^ Die Fördermenge nimmt zwar noch zu» jedoch mit einer abnehmenden Zuwachsrate _s die nicht im direkten Verhältnis zur Pumpendrehzahl steht» Welche genaue Drehzahl es auch sein mag, bei der diese Erscheinung auftritt^ es ist jedenfalls zutreffend ₉ daß eine Flügelzellenpumpe über einer be-» stimmten Drehzahl einen ansteigend schlechteren Wirkungsgrad hatj sobald die Füllung der Fördertaschen unvollständig ivxrd*

Dies hat den nutzbaren Bereich der Pumpen eingeschränkt und der Wirkungsgrad der Pumpen^ die bei Drehzahlen jenseits des Bereichs der "geraden Kennlinie" laufen,, herabgesetzt«, Jenseits der Grenzdrehzahl, erzeugt eine höhere Drehzahl keine vergleichsweise höhere Fördermenge und die Pumpe wird in steigendem Maße schlechter im Wirkungsgrad. Darüber hinaus erzeugt die Kavitation Lärm und stärkere Metallerosion, die zu sehr hohem Verschleiß führt. In solchen Fällen arbeitet die Pumpe jenseits des Punktes abnehmender Leistung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Lauf einer Flügelzellenpumpe bei hoher Drehzahl zu verbessern und den Drehzahlbereich bei dem eine derartige Pumpe mit gutem Wirkungsgrad arbeiten kann zu vergrößern«,

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Bei vielen Flügelzellenpumpe!! gibt es neben den Fördertaschen noch einen zweiten .Bereich, der mit Flüssigkeit gefüllt werden muß, wenn die Taschen sich durch die Saugzone bewegen. Dies ist das Volumen am inneren Ende der Flügelnut im Läufer. Der Flügel bewegt sich nach außen, wenn er die Saugrampe passiert, und das unausgefüllte Volumen in der Flügelnut steigt somit an. Um dieses Volumen zu füllen sind gewöhnlich sogenannte Unterflügelsaugöffnungen in der Seitenplatte vorgesehen. Diese Unterflügelsaugöffnungen sind radial innerhalb der Hauptsaugöffnungen und stehen mit dem inneren Ende der Flügelnuten in Verbindung, wenn letztere vorbeistreichen.

Zusätzlich zu den Unterflügelsaugöffnungen ist auch vorgeschlagen worden, Mittel vorzusehen, die das innere Ende jeder Flügelnut mit einer Fördertasche verbinden, und zwar in Form einer Bohrung, die sich winkelförmig vom Lauferausgang bis zu dem entsprechenden Flügelnutende erstreckt. Derartige Bohrungen sind in der US-rPS 3 479 962 offenbart» Die in solchen Bohrungen nach innen gerichtete Strömung wird ,-jedoch begrenzt durch die Zentrifugalkraft und die Bohrungen würden eher für eine nach außen gerichtete Strömung sorgen, wenn am inneren Ende der Flügelnut eine entsprechende Flüssigkeitsquelle wäre. Da dies aber nicht der Fall ist, ist zu erwarten, daß etwas von der zur Verfügung stehenden Flüssigkeit in die Fördertaschen fließt, wobei der Raum unter den Flügeln dadurch geleert werden kann.

Bisher hat man für den Winkelbereich der Unterflügelsaugöffnung im wesentlichen denselben gewählt wie für die Hauptsaugöffnung„ Die Verbindung zwischen der HauptSäugöffnung und einer Fördertasche reißt ab, wenn der nachlaufende Flügel der Tasche die Ablaufkante der Hauptsaugöffnung überquerte Das tritt ein, wenn der nachlaufende Flügel am weitesten herausgestreckt ist, d.h. am äußeren Ende der Saugrampe, wo der Flügel gerade den Durch-

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gang des Bereiches mit dem großen Durchmesser der Laufbahn beginnt. GrI eichermaß en ist es inzwischen üblich, die zeitliche Steuerung des Schließens der Unterflügelsaugöffnung (d.h. das Abreißen der Verbinuung zwischen der Unterflügelsaugöffnung und dein inneren Ende einer vorbeistreichenden Flügelnut) sehr kurz nach dem Zeitpunkt eintreten zu lassen, wenn der Flügel seine äußerste Lage erreicht hat.

Es ist zwangsläufig erforderlich, daß die Hauptsaugöffnung schließt, bevor die Tasche, die durch sie gefüllt wurde,'in Verbindung mit der Drucköffnung kommt.

Wenn die Hauptsaugöffnung später schließen würde, dann ergäbe sich ein Kurzschluß zwischen Druck- und Saugöffnung. Demzufolge kann aus sehr praktischem Grunde die Hauptsaugöffnung nicht vergrößert werden, um einen längeren .Füllzeitraum zu erreichen«

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß die Ünterflügelsaugöffnung , im Gegensatz zur HauptSäugöffnung, nicht auf denselben Winkelbereich wie die Hauptsaugöffnung beschränkt sein muß und daß in der Tat ein Fortschritt, speziell im Hinblick auf ein besseres Verhalten der Pumpe bei hoher Drehzahl, erreicht werden kann, wenn die Unterflügelsaugöffnungen in Richtung der .Läuferdrehung vergrößert werden und zwar in einem wesentlich größeren v/inkelbereich als bisher bekannt war» Diese Vergrößerung bzw. Verlängerung verzögert das Schließen der Unterflügelsaugöffnungen in bezug auf eine gegebene Flügelnut. Von größerer Bedeutung ist dabei, daß dadurch für eine zeitlich längere Verbindung zwischen der Unterflügelöffnung und einer Fördertasche über die nut des Führungsflügels der Tasche gesorgt ist. Damit ergibt sich eine längere Füllzeit, in der die Flüssigkeit in die Tasche aus der hut des Führungsflugeis dieser Tasche strömen kann.

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Die verlängerte Unterflügelsaugöffnung wird vorzugsweise erst kurz vor einem Zustandekommen eines Kurzschlusses geschlossen, d.h. bevor Flüssigkeit aus der Druokzone in Richtung auf die Saugzone entweichen kann, Versuchsergebnisse haben bestätigt, daß diese Verlängerung der ünterflugelSaugöffnungen den linearen Bereich der Antriebskernlinie (Strömungsmenge über Drehzahl) in Richtung auf höhere Antriebsdrehzahlen mehr vergrößern als dies auf andere Weise erreichbar wäre.

Jede wesentliche Verlängerung der unterflügelsaugöffnung über das' traditionelle Maß gemäß dem Stand der lechnik hinaus führt zu einer Verbesserung. Zweckmäßig wird die unterflügelsaugöffnung jedoch höchstens bis in die Mhe der Stelle verlängert, an der sie eine Brücke oder einen Weg zwischen der Hochdruckzone und der Saugzone bilden und damit die Pumpe kurzschließen würde. Ein derartiger üurzrschluß wäre höchst unerwünscht. Es wurde aber festgestellt, daß das Schließen der Unterflügelsaugöffnung um ein paar Grad vor dem Punkt der Verbindung mit der Druckzone ausreicht, um eine genügende Dichtung aufrechtzuerhalten. Dabei kann die Pumpe weiterhin auf einem geraden Teil der Antriebskennlinie (Strömungsmenge über Drehzahl) laufen, und zwar bei Drehzahlen,, die einige hundert Umdrehungen pro Minute höher sind, als sie mit einer konventionellen Steuerung der Unterflügelsaugöffnungen erreicht werden können.

Es sind nicht alle Gründe für die Verbesserung bekannt, die sich aus der erfindungsgemäßen Verlängerung der Unterflügelsaugöffnung ergibt. Das Volumen in der Mut unter dem Flügel ist sehr viel kleiner als das Volumen der Fördertasche zwischen den Flügeln und man könnte deshalb glauben, däß es wenig Schwierigkeiten machen würde, es zu füllen. Es wird theoretisiert, daß Kavitation in den jtfuten unter den Flügeln sehr stark gewesen ist und daß eine verlängerte Füllperiode für den Raum unter den Flügeln diese Erscheinung beseitigt hat. Außerdem kann etwas Flüssigkeit in der Hut unter den Flügeln von selbst in die Fördertaschen fließen, um sicherzustellen, daß letztere auch gefüllt ist und sie kann dabei durch die Zentrifugalkraft unterstützt sein, die sie nach außen bewegt, d„h. in der Flügelnut und / oder in Druckausgleich-

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öffnungen aufwärts bis in die Fördertaschen. Blasen, die von der Kavitation herrühren und hinter dem Führungsflügel auftreten, werden für besonders schädlich gehalten und diese !Bereiche können mit Flüssigkeit gefüllt werden, die aus der Flügelnut durch den Flügel z_oJ3. durch Druckausgleichbohrungen austritt· Diese. Art der Blasenbeseitigung kann effektiver sein, als wenn man die Flüssigkeit aus der Hauptsaugöffnung gewinnt, weil nämlich im ersteren Falle geringere üeschleunigungskräfte erforderlich sind, um den Raum mit der Flüssigkeit zu erreichen bzw. zu füllen. Die verlängerten Lfnterflügelsaugöffnungen ermöglichen die "Zweiweg- Füllung der Fördertaschen (d*h„ durch die Hauptsaugöffnung und durch die "ünterf lügelsaugöffnung), und zwar langer als bisher und dies gehört zu den Vorteilen des gemäß der Erfindung verbesserten Pumpenbetriebs.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben« Es zeigen

Fig. T einen Axialschnitt durch eine Flügelzellenpumpe mit Unterflügelsauföffnungen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform cev Erfindung, wobei es sich bei der Pumpe um eine entlastete Pumpe handelt, die kolbenbetätigte doppellippige Flügel aufweist (Schnittführung durch die Ansaugöffnungen),

Fig. 2 eine Ansicht der vorderen Seitenplatte gemäß der Linie 2-2 in Fig. ΐ;

Fig. 3 eine Ansicht der hinteren Seitenplatte gemäß der Linie 3-3 in Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Unterflügelsaugöffnung gemäß der Linie 4-4 in Figo 2,

Fig. 5 eine Teilansicht des Läufers und des Ständers bzw«, Laufrings der Pumpe nach den Fig. 1 bis 4; die Darstellung zeigt, wie die verlängerte Unterflügelsaugöffnung für eine längere Füllzeit des inneren Endes der Flügelnut sorgt,

Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Ansicht, jedoch mit einer konventionell gesteuerten Unterflügelsaugöffnung,

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I¹Ig₀ 7 ein Diagramm, in dem verschieden ausgebildete Pumpen hinsichtlich der ohne luftreten von Kavitation möglichen Drehzahl verglichen sind,

Fig. 8 ein Diagramm, das die "bevorzugte Steuerung der Unterflügelsaugöffnung für eine Pumpe mit einlippigen Flügeln angibt_o

Die im folgenden "beschriebene Erfindung hat ein "breites Anwendungsgebiet bei Pumpen, bei denen sowohl die inneren als auch die äußeren Ende der Flügel dem Flüssigkeitsdruck ausges^zt sind, einschließlich Pumpen, deren Flügel einlippig oder zweilippig sind. Die Flügel können von hydraulisch arbeitenden Kolben oder von Federn angedrückt sein. Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf eine druckausgeglichene Flügelzellenpumpe mit zweilippigen, hydraulisch beaufschlagten Flügeln beschrieben.

Gemäß der Fig. 1 M-s 5 besteht die Pumpe aus einem Gehäuse, das von einem Gußkörper 1 gebildet ist, der eine im wesentlichen zylindrische Kammer aufweist, sowie eine Endkappe 2 mit einer abgesetzten Schulter 3₅ die in ein Ende' des Körpers eingreift und dort mit einem O-Ring abgedichtet ist. Der Körper 1 und die Endkappe 2 sind mittels nicht dargestellter Schrauben verbunden. Die Stirnwand 5 der Endkappe 2 hat eine Öffnung, durch die sich die Pumpenwelle 6 erstreckt« Die Welle 6 ist dort in einem Lager gelagert, das eine axiale Bewegung unterbindet. Eine Dichtung 8 verhindert, daß leckflüssigkeit in Richtung auf die Welle 6 austritt. Die Welle 6 erstreckt sich von der Endkappe 2 in den Körper 1 hinein und ist an seinem hinteren Ende in einem Wälzlager gelagert, das sich in einer zentralen Bohrung im Körper 1 befindet.

Die Endkappe 2 trägt eine gegen die ringsum abgedichtete vordere Seitenplatte 10, die manchmal auch Öffnungsplatte genannt wird, und die eine glatte, flache innere Oberfläche 11 aufweist, welche an der Seitenfläche 13 des Laufbahnringes bzw» des Ständers 14 anliegto Mit der anderen Seitenfläche 17 liegt der Ständer an einer glatten, flachen Oberfläche 18, einer hinteren Seiten- oder Öffnungsplatte 19 an und hält diese gegen eine innere Schulter (in Fig. 1 nicht dargestellt) im Körper 1« Der Laufring 14 und

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die vordere und liintere Seitenplatte 10 "bzw, 19 sind mit nicht dargestellten Schrauben miteinander verbunden.

In den Körper 1 erstreckt sich ein Flüssigkeitseinlaßkanal 22, der mit einem Paar ringförmiger Kanäle 23 _s 24 in Verbindung steht, die den Innenraum des Körpers 1 umgeben. Diese Kanäle 23 24 verteilen die Flüssigkeit vom Einlaßkanal zu den Ansaugöffnungen in den Seitenplatten. Der laufring 14 wird radial von einer ringförmigen Rippe 26 getragen, ■ die in dem Körper zwischen den Kanälen 23,, -24 ausgebildet ist» Der Laufring 14. umgibt den Läufer 28, welcher n?it der Welle 6 mittles Kerbverzahnung 29 verbunden ist. ' Die Kerverzahnungsverbindung erlaubt einen einwandfreien Lauf des I-äufers zwischen den angrenzenden flachen Oberflächen 11 und die vorderen bzw» hinteren Seitenplatte 10 bzw«, 19. Beide Seitenplattenhaben zentrale Bohrungen, durch die sich die Welle 6 erstreckt. Der Läufer weist eine Vielzahl von radialen Flügelnuten 31 (Fig.5) in denen jeweils ein !Flügel 32 angeordnet ist« Der Laufring 14 weist innen eine Laufbahn 34 auf_p die so gestaltet ist, daß für einen ausgeglichenen oder symetrischen Pumpbetrieb gesorgt ist, d.iu. es sind "jeweils paarweise diametral gegenüberliegend Biederdruck- Einlaß- oder Saugzonen 37 (s. ELg. 5) und Hochdruck- Auslaß- oder Aussoßsonen 38 angeordnet«, Jeder Flügel liegt an der Laufbahn 34 des Laufringes 14 und die Seitenkanten der Flügel gleiten über die glätten^ flachen Oberflächen 11 und oder vorderen und hinteren Seitenplatten auf beiden Seiten des Läufers. Die jeweils benachbarten Flügel teilen den Ringraum zwischen dem Läufer, der Laufbahn und den beiden Seitenplatten in eine Reihe von Fördertaschen oder Flügelzwischenräumen 40.· Der Einlaßkanal steht über die Ringkanäle 23, 24 rund um den Laufring 14 und mittels Kanälen in den Seitenplatten 10 und 19 mit den paarweise vorhandenen Ansaugöffnungen, die um 180° versetzt in den Oberflächen 11 und 18 angeordnet sind, in Verbindung, Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, sind in der vorderen Seitenplatte 10 zwei Hauptsaugöffnungen 43, und 44 ausgebildet und sie werden durch den Kanal 24 versorgt_o

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Zwei zusätzliche Haupiansaugöffnungen sind in der hinteren Seitenplatte 19 (s. Fig. 3) vorgesehen,, Sie werden durch den Kanal 23 versorgt. Diese vier HauptSaugöffnungen sind in Übereinstimmung mit den entsprechenden Saugzonen 37 in dem Förderraum zwischen dem Rotorumfang 36 und der Laufbahn 34- angeordnet«. Ein vergrößerter Füllbereich kann für jede Saugsone mittels einer Bohrung 33 durch den Laufring erreicht werden,» die Flüssigkeit von Einlaß 22 und der Außenoberfläche unmittelbar in die Saugzone leitet, Eine$ derartige Maßnahme ist bekannt.

Jede Hauptsaugöffnung 43 und 44 in der vorderen Seitenplatte 10 ist mittles eines Zweigkanals 4? mit einer Uhterflügelsaugoffnung 50 der Seitenplatte verbunden! entsprechend ist jede Säugöffnung 45 und 46 in der hinteren Seitenplatte 19 mittels eines Zweigkanals 48 mit einer Unterflügelsaugöffnung 51 verbunden» Die ünterflügelsaugöffnungen 50 und 51 sind radial so angeordnet, daß di-e inneren Enden 49 der Flügelnuten 31 über sie hinwegziehen_p wenn der Läufer sich dreht« (In den Figo 2 und 3 sind die inneren Enden 49 der Flügelnuten gestrichelt angedeutet),, Die Öffnung jeder unterflügelsaugöffnung 50 und 51 in der jeweiligen Seitenpia tteiiob er fläche ist, wie aus den Draufsichten hervorgeht, wurst= förmig gestaltet. Jede Öffnung 50_p 51 ist in Drehrichtung des Läufers (s. Pfeile) durch eine Auskehlung oder einen Kanal 58 (s. üFig· 4) 'verlängert und ein Strömungsschlitz in Form einer V-förmigen Sut 59 erstreckt sich über das Ende des Kanals 58 hinaus, Zusammen bilden der Kanal 58 und die iiut 59 eine Verlängerung der Öffnung 50 bzw. 51 in Richtung der Läuferdrehung. Ein flacher ".■Äbilußschlitz 60 erstreckt sich radial in den Stirnseiten 11 und 18 der Seitenplatten 10 und 19 von den ünterflügelsaugöffnungen 50 und 51 zu den zentralen Wellenöffnungen. Der Zweck dieser

Abflußschlitze ist, für einen Abtransport der Flüssigkeit aus dem Raum rund um die Antriebswelle 6 zu sorgen.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist die vordere Seitenplatte '^: ; sswei diametral gegenüberliegende Hauptdrucköffnungen 52_S 52 b.vlt* Diese sind gegenüber den Haupt Säugöffnungen 43 und 44 um 90 *■ ν ersetzte

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Sie öffnen die Druckzonen 38 zwischen dem Läufer un der Laufbahn. Uie Hauptdrucköffnungen 52, 52 sind mittles innerer Kanäle in der Seitenplatte 10 und in der Endkappe 2 mit einem Flüssigkeitsauslaßkanal 56 in der Endkappe 2 verbunden, der au einem Auslaß oder einm Abschluß führt? der mit einem aussenliegenden hydraulischen Kreis verbunden ist (nicht dargestellt). Der Laufring kann gegenüber den Seitenplatten mittels Paßstiften festgelegt sein, .die aus seinen Oberflächen 13 und 17 herausstehen (nicht dargestellt). Die Paßstifte greifen in Löcher 62, in den entsprechenden Seitenplattenoberflachen 11 und 18 ein.

üei der Ausführungsform der figuren 1 bis 5 hat jeder Hügel genutete Außen- und Seitenkanten (s. Bezugszeichen 67 in Fig· 1 und 5). Die iluten 67 übertragen den am äußeren Flügelende wirkenden Druck auf das innere Ende 49 der Flügelnut. Zxisl Lippen begranzen das äußere Flügelende zu beiden Seiten der Eut 67. Die Führungslippe ist mit dem Bezugszeichen 64 versehen und die nachlauflippe mit dem Bezugszeichen 65» In der Druckzone liegt nur die Führungslippe 64 an der Laufbahn 34 an₅ und zwar wegen der einwärts gerichteten Rampe, die dort vorgesehen 1st, während in der Saugzone wegen der dort vorhandenen, nach außen gerichteten Saugrampe, nur die Nachlauflippe 65 an. der Laufbahn anliegt (s. Fig, 5).

3s sei noch bemerkt, daß nur die Führungslippe 64 Kontakt mit der Laufbahn hat, wenn der Flügel die sogenannte Förderzone, d.h. die mit dem größeren Durchmesser, passiert. Ursache dafür ist eine leichte einwärts gerichtete Rampe in diesem Bereich der Laufbahn (US-PS 3 481 276). Diese leichte Rampe sorgt für einen schmalen Spalt zwischen der Nachlauflippe 65 und der Laufbahn und auf diese Weise für einen Strömungsweg von der Nut 67 zu der nachfolgenden Fördertasche. Dadurch ist es für eine kleine Strömung möglieh, von dem inneren Ende 49 der"Flügelnuten hinauf durch die Nuten 67 und über die Nachlauflippe 65 in eine'Fördertasche 40 zu gelangen, wenn die Tasche die Förderzone durchläuft.

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Es ist bekannt, entweder Federn oder hydraulisch wirkende Mittel zu verwenden, um eine Kraft auf die Flügel auszuüben, die diese -auf die laufbahn drückt. Die dargestellt Pumpe weist hydraulische Kolben als Andrückmittel auf, die jedoch nicht Bestandteil der Erfindung sind. Im Läufer 28 erstreckt sich eine radiale Bohrung 69 oder ein Zylinder vom innneren Ende 49 jeder Flügelnut 31 einwärts (Fig. 1)_o Die Bohrungen 69 sind untereinander an ihren inneren Enden mittels einer ringförmigen Druckkammer 71 verbunden. Flüssigkeit kann in die Druckkammer 71 nur durch die radialen Bohrungen 69 hinein oder heraus. In jeder Bohrung 69 gleitet ein zylindrisches Kolbenventilelement 72. Jeder Kolben 72 weist eine axiale Bohrung 73 auf, und seine äußeren Enden sind konisch zugespitzt und bilden ein Ventil mit der inneren Stirnfläche oder dem inneren Ende 68 des entsprechenden Flügels« Die Wirkungsweise derartiger hydraulischer Andrückkolben .ist bekannt (TTS-PS 3.223. 044 und US-PS 3 481 276). Abgesehen von dem Kolben 72, ist die Flügelstirnfläche 68 des Druck im !Tutende 49 ausgesetzt, der zusammen mit dem Kolben den Flügel nach außen drückt.

Flüssigkeit aus den Kanälen 23,' 24 tritt in die Fördertaschen 40 und in die inneren Enden 49 der Flügelnuten ein, wenn die !Taschen nacheinander die Saugzone 37 durchlaufen. Diese Flüssigkeit hat einen niedrigen Druck, wie dies mit dem Buchstaben "S" in Fig. 5 angegeben ist. Die Flüssigkeit gelangt in diese Räume durch die Haupt Saugöffnungen 43 und 46 und durch die damit verbundenen ünterflügelsaugöffnungen 50 und 51? wenn die Flügel sich im Bereich der Saugrampe nach außen bewegen und sich das Volumen der Fördertaschen vergrößert.

Fig. 5 zeigt zwei benachbarte Fördertaschen 40a und 40b. Die Tasche 40a ist eingeschlossen zwischen einem nachlaufenden Flügel 32a und einem Führungsflügel 32b und durchläuft die Saugzone, während die davor befindliche Tasche 40b, die von dem Führungsflugel 32c und dem Flügel 32b eingeschlossen ist, sich der Druckzone nähert.

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Die inneren Enden 49 der Flügelnuten der Flügel 32a und 32b sind in Verbindung mit den Unterflügelsaugöff mangen, von denen die Öffnung 50 dargestellt ist. Die Hut des !Flügels 32g ist bereits nicht mehr in Verbindung mit den Unterflügelöffnungen, sondern schon in Verbindung mit der Drucksone.

Jede Fördertasche vergrößert sich im Volumen, wenn ihre beiden Flügel die Saugrampe überstreichen. Der Volumenanstieg setzt sich fort, bis der Führungsflügel 32b die Kuppe der Saugrampe erreicht. Dies geschieht etwa gleichzeitig mit dem Abreißen der direkten Verbindung zwischen der Hauptsaugöffnung und der Tasche vor diesem Flügel. Flüssigkeit kann durch die Hauptsaugöffnung" unmittelbar in die lasche fließen, bis deren Machlaufflügel die Öffnung passiert hato Dieser unmittelbare Strömungsweg wird geschlossen, wenn die Führungskante des Hächlaufflügels dieser lasche die Ablaufkante 76 der Hauptsaugöffnung überquert hat. (Eine weitere Verlängerung der Hauptsaugöffnung würde zu einem Kurzschlußweg zwischen der Druckzone und der Saugzone führen und würde deshalb den Pumpenbetrieb unmöglich machen)„ Die Führungslippe des Machlaufflügels dieser !Tasche wird anschließend die Tasche gegenüber der Saugöffnung abdichten. Demzufolge wird (Fig. 5) der Flügel 32b die Verbindung-zwischen der Öffnung 43 und der Tasche 40b untere brechen, wenn seine Führungslippe 64 die Ablaufkante 76 der Öffnung überquert. Dies tritt ein, wenn die Lippe gerade das Ende der Saugrampe verläßt. Wie bereits beschrieben, liegt die Wachlauflippe 65 nicht dichtend an der Laufbahn an_f wenn der Flügel den Bereich mit dem großen Durchmesser durchläuft, weil die Laufbahn in dieser Förderzone eine leicht einwärts gerichtete Rampe aufweist. Dies bewirkt einen geringen Flüssigkeitsaustausch zwischen der Nut 67 des -die Fördertasche durchlaufenden Flügels und der Fördertasche hinter dem Flügel.

Flüssigkeit kann durch die Unterflügelöffnungen 50, 51 in das innere Ende 49 der den Flügel 32b enthaltenden Hut fließen, während eine Verbindung dazwischen besteht % dies ist der Fall, bis das Nutende hinter die Ablaufkante 78 der Unterflügelsaugöffnung gelangt ist.

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Bei früheren Pumpenausführungen, wie in Fig, 6 war die Ablaufkante 79 der Unterflügelöffnung so angeordnet bzw. die zeitliche Steuerung, daß die Verbindung zum inneren Ende der Flügelnut abriß, wenn der Flügel die Saugrampe der Laufbahn verließ. Dies ist offenbar in der Annahme erfolgt, daß die Füllung der Flügelnut an diesem Punkt beendet sei, weil hinter der Saugrampe keine weitere Aufwärtsbewegung der Flügel und somit kein weiteres Anwachsen des zu füllenden Raumes erfolgt»

Es. wurde festgestellt, daß die Verhältnisse beträchtlich komplexer sind unddaß bestimmte, wenn auch schwer deutbare Verbesserungen durch die Verlagerung der Ablaufkante der Unterflügel Säugöffnung bestehen, mit der die Möglichkeit geschaffen wurde, die Füllung durch das innere Flugelnutende durch diese Öffnung fortzusetzen, und zwar nach einer Zeit oder einer Läuferposition, bei der früher der Hutabriß bereits erfolgt war.

Es wird angenommen, daß bei früheren Pumpenausführungen ohne •diese Erfindung, bei denen ein Betrieb bei einer Drehzahl, wo Kavitation oder unvollständige Füllung zuerst festgestellt wird, luftleere Räume oder Grasblasen in der^ Nut 67 der Flügel, wie auch im Flügelnutende 49 und dicht hinter dem Führungsflügel der Fördertaschen auftreten. Bei niedrigen Drehzahlen werden diese luftleeren Räume oder Blasen durch die von der HauptSäugöffnung einströmende Flüssigkeit gefüllt. Wenn jedoch die Drehzahl ansteigt, sind diese Blasen immer schwieriger über die Hauptsaugöffnung zu füllen und sie verbleiben in und hinter dem Flügel, wenn dieser sich über die Dichtzone zur Drucköffnung bewegte Dies führt zu verschiedenen Pumpenschäden und begrenzt die nutzbare Leistung.

Wie in den Fig. 3 bis 5 dargestellt ist, sind die Unterflügelan» saugöffnungen 50, 51 in Übereinstimmung mit der Erfindung durch die Auskehlung 58 und den Strömungsschlitz 59 in Richtung der Lauferdrehung verlängert, und zwar über das konventionelle Maß der in Fig. 6 gezeigten Öffnung hinaus bis kurz vor dsn Punkt (Fig. 5), bei dem ein Kurss&chlußweg für die Druckflüssigkeit P in der Druckzone geschaffen würde,

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Die Verlängerung gestattet eine längere Füllzeitdauer für den Raum unter dem Flügel während der Flügel die Förderzone vollständig durchläuft, Man nimmt an, daß zusätzlich zur besseren Füllung des inneren Flügelnutendes, Flüssigkeit durch zentrifugalkraft aus dem inneren Ende der Flügelnut nach außen "geschleudert" wird, um'die Füllung der Fördertasche sichersustellen, wobei die Flüssigkeit den Weg über die Nut 67 im Flügel in die Tasche hinter diesem Flügel durch den Spalt zwischen der Führungslippe 65 und der Laufbahn nimmt. Es wurde auch festgestellt, daß die Kavitation sehr viel schwerwiegender sein kann, als man bisher angenommen hat und daß die verlängerte Füllzeit die Füllung -von -Blasen erlaubt, die durch Kavitation unter dem Flügel wie auch in der Fördertasche entstanden sind.

Wenn, wie beschrieben, die Neigung zum Entstehen von luftleeren Eäuraen oder Blasen in einem Flügel und in der Flügelnut besteht und dazu ein Flügel mit kavitationserzeugender Geschwindigkeit die Dichtzone durchläuft^ selbst wenn die Hauptsaugöffnung noch nicht ganz geschlossen ist, kann man sehen, wie mit der erfiridungsgemäßen Konstruktion das Problem beseitigt werden kann. Die verlängerten Unterflügelsaugöffnungen können den Flüssigkeitszufluß in die kritischen Bereiche fortsetzen und bis lange nach dem Zeitpunkt, an dem der Führungs- oder Vorderteil einer ÜJasche die HauptSäugöffnung passiert hat. '

Man kann also sehen, daß Pumpen ohne diese Verbesserung keine weitere Flüssigkeitsquelle haben, um die Stellen zu versorgen, die es nötig hätten, wenn der Flügel den Bereich des größten Durchmessers der Pumpe durchläuft.

Die optimale Verlängerung der Unterflügelsaugöffnung geht bis zu einem Punkt kurz und vorzugsweise - einige wenige Grad, doh. 2 bis 5° - vor der Position, bei der Flüssigkeit von der Druckzone in das Flügelnutende und durch letzteres zu der ünterflügelöffnung fließen könnte. Wenn sich die unterflügelsaugöffnung hinter den "Kurzschluß"-Punkt 77 erstrecken würde, der in Fig. 5 gestrichelt eingezeichnet ist, dann würde Flüssigkeit aus der Druckzone hinter der Führungslippe des Flügels 32c

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durch die Mut 67 im Flügel und das innere Ende der Flügelnut zur Unterflügelsaugöffnung strömen. Die Beschränkung der Verlängerung der Unterflügelsaugöffnung auf einen Punkt, der etwas vor dem Kurzschlußpunkt liegt, ist notwendig, um eine ausreichende Dichtung an der Seite des Läufers zu schaffen«, Der oben genannte, ungefähre Wert von 2 bis 5 hat sich als völlig ausreichend für diesen Zweck erwiesen.

Das Vorsehen von verlängerten Unterflugelsaugöffnungen verbessert den Pumpenbetrieb bei hohen Drehzahlen nachweisbar«, Dies ist in der Fig. 7 dargestellt,, in der ein Vergleich der Höchstdrehzahlen, bei denen keine Kavitation auftritt, für vier Pumpen gemacht wird, die sich hinsichtlich der Mittel zur Füllung unterscheiden. Eine Pumpe mit einer Standardausfüllung der Ansaugöffnung (wie in Pig« 6 dargestellt) erreicht ohne Kavitation eine Höchstdrehzahl von etwa.2.300 U/min. Das Einbeziehen von verlängerten Unterflugelsaugöffnungen gemäß der Erfindung bei einer Standard Pumpe (d.h. ohne Anwendung eines vergrößerten Hauptansaugbereichs) schafft eine Höchstdrehzahl von etwa 2.550 U/min* Die Verwendung von sowohl vergrößerten Unterflugelsaugöffnungen als auch des vergrößerten Hauptansaugbereiches (Bohrungen 33) erhöht die G-renzdrehzahl auf 2.650 U/min. Erst dann beginnt die Pumpe von der geraden Betriebskennlinie abzuweichen.

Pig. 8 zeigt diagrammartig eine mit einlippigen Flügeln arbeitende Pumpe bei der die Unterflügelsaugöffnung verlä^rt ist. Hier bleibt das innere Ende 79 der Mut des Führungsflügeis einer Fördertasche 83 in Verbindung mit der Unterflügelsaugöffnung 80, wenn der Flügel die Förderzone durchläuft.

Die Verbindung zur Unterflügelsaugöffnung hält bis zu einem Punkt an, der kurz vor der Position 84 (gestrichelt dargestellt) liegt, bei der Druckflüssigkeit aus der Drucköffnung 85, die hinter dem Führungsflügel 86 der Fördertasche wirkt, in die Öffnung durch die Druckausgleichsöffnung 87 des Flügels fließen könnte.

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Bei der in den Fig» 1 bis 5 dargestellten Pumpe treten die Vorteile der Erfindung nicht ein, wenn die Drehrichtung des Läufers umgekehrt würde (Dabei würden sich nämlich die verlängerten Unterflügelsaugöffnungen bis unter den Bereich 84 mit dem kleineren Durchmesser der Laufbahn erstrecken und könnten somit nicht für die Vorteile sorgen, die sie im Bereich des größten Durchmessers der Laufbahn bewirken).

Es sei hier jedoch bemerkt, daß die Erfindung auch bei reversiblen Pumpen mit zweilippigen flügeln anwendbar ist, vorausgesetzt, daß die Pumpe ^eine leicht auswärts gerichtete Rampe im Bereich des kleineren Durchmessers der Laufbahn aufweist, wie dies in der Patentanmeldung P 2 313 480.7' beschrieben ist.

Ohne eine derartige Rampe im Bereich des kleineren Durchmessers und mit verlängerten unterflügelsaugöffnungen, die sich über diesen Bereich erstrecken, können die Flügel die Druckflüssigkeit über die Führungsflügellippe über die Flügelnut im Läufer und nach draußen zur Saugöffnung durch die Verlängerungen der unterflügelsaugöffnungen kurzschließen. Dies kann -eintreten, wenn die Führungsflügellippe auf einer unvollkommenen Laufbahn läuft. Eine solche Paarung kann ein "umblasen" der Flügel ("vane blow dowii') bewirken, das sich in Lärm und rauher Betriebsweise äußert. Eine geeignete Rampe auf der Laufbahn im Bereich des kleineren Durchmessers kann das Auftreten dieses Problems verhindern.

TJm auch Pumpen mit Unterflügelsaugöffnungen reversibel machen zu können, wird die Öffnung bei einer Pumpe, die eine Rampe im Bereich des kleineren Durchmessers hat, so ausgebildet, daß die Verlängerung (die der in Fig. 4 bei 58 und 59 dargestellte entsprechen kann) in beiden Richtungen, von der Mitte der Öffnung aus gesehen, verläuft, so wie dies für nur eine Richtung in Fig. 2 gezeigt ist.

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Die Verlängerung in Drehrichtung des Läufers wirkt wie bereits beschrieben. Die Verlängerung in der Gegenrichtung erstreckt sich unter dem Bereich des kleineren Durchmessers der Laufbahn und unterstützt die Füllung am Anfang der Saugrampe« Die nach außen gerichtete Rampe im Bereich des kleineren Durchmessers verhindert, daß Druckflüssigkeit über die Enden der Flügel abströmen kann und daß dort kein Kurzschluß oder ein nachteiliger Effekt eintritt.

Es sei noch bemerkt, daß die Strömungsschlitse 59 am -verlängerten Ende der Unterflügelsaugöffnungen nicht von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung sind und auch weggelassen werden können. Wenn sie vorgesehen werden, bestimmen sie die effektive Länge der ünterflügelsaugöffnungen..

- Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Hydraulische Flügelzellenpumpe oder- motor, "bestehend aus Läufer und Gehäuse, wobei in Hüten in einem von "beiden Flügel angeordnet sind, die an der von der Wand des anderen gebildeten Laufbahn anliegen, wobei ferner in einer Seitenplatts eine Drucköffnung und eine Hauptsaugöffnung angeordnet ist und jede mit Fördertaschen zwischen den Flügeln verbunden ist, wenn die Flügel aufeinanderfolgend über sie hinwegstreichen und wobei schließlich noch üht er flügelsauger ffnungen in der Seitenplatte vorgesehen sind, die Flüssigkeit in die unteren Enden der Flügelnuten einlassen, dadurch gekennzeichnet, daß sich die ünterflügelsaugöffnungen (50, 51) in Richtung der Läuferdrehung über das Ende der Hauptsaugöffnung hinaus erstrecken, jedoch höchstens bis kurz vor die Position,, bei der Druckflüssigkeit von der Drucköffnung kurzgeschlossen in die Unterflügelsaugöffnung gelangen könnte·
2» Hydraulische Flügelzellenpumpe oder- motor des 50yps, bei dem Flügel in Nuten des Läufers angeordnet sind, die äußeren Enden der Flügel in Gleitberührung mit der Laufbahn des Gehäuses gehalten sind, die Laufbahn und ein Seitenplattenpaar einen Förderraum mit einer Saugzone, einer Förderzone, einer Druckzone und einer Dichtzone umgrenzen, eine Hauptsaugöffnung und eine Drucköffnung in einer der Seitenplatten angeordnet sind, die Lauffläche eine Druckrampe und eine Saugrampe aufweist, die es den Flügeln gestattet sich in ihre radial äußerste Lage zu bewegen, wenn die Flügel die Saugrampe passieren, wobei die Lauffläche auch einen Bereich mit einem größeren Durchmesser einschließt, die den Raum zwischen der Saugrampe und der Druckramp'e überbrückt und die Hauptsaugöffnung mit den Fördertaschen zwischen den Flügeln in Verbindung steht, wenn diese die Öffnung aufeinanderfolgend überbrücken, und ferner die Pumpe eine Unterflügelsaug-. öffnung in eine der Seitenplatten aufweist, die Flüssigkeit in die inneren Enden der Flügelnuten des Läufers strömen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Fnterflügelsaugöffnung in Richtung der Läuferdrehung im wesentlichen bis über die

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Winkelposition des Läufers hinaus erstreckt,wo ein Flügel seine äußerste radiale Lage am Ende der Saugrampe erreicht hat und bis zu einem Punkt, an welchem der Flügel, mit dem diese in Verbindung steht, sich auf dem Bogen des Bereiches mit dem großen Durchmesser der Laufbahn befindet, wobei die Unterflügelsaugöffnung kurz vor einer Position aufhört, bei der Druckflüssigkeit kurzgeschlossen von der Drucköffnung in die Saugzone gelangen könnte.

3. Pumpe oder Motor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß entweder im Läufer oder in d'en Flügeln Kanäle vorgesehen sind, die einen Flüssigkeitsweg von der Unterflügelsaugöffnung in eine Fördertasche zwischen aufeinanderfolgenden Flügeln bilden, wenn der Führungsflügel der Fördertasche den Laufbahnbereich mit dem großen Durchmesser durchläuft.

4. Pumpe oder Motor nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterflügelsaugöffnung etwa 2 bis 4 vor der Position endet, bei der ein Kurzschluß eintreten würde«,

5. Pumpe oder Motor nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch ge- - kennzeichnet, daß die Hauptsaugöffnung am Ende der Saugrampe

endet. ^

6ο Pumpe oder Motor; nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (32) doppellippig sind«,

Pumpe oder Motor nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel einlippig sind.

8. Pumpe oder Motor'nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterflügelsaugöffnung (50, 51) einen Strömungsschlitz (.59) aufweist,

9. Pumpe oder Motor nach den vorhergehenden Ansprüchen mit umkehrbarer Drehrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahn im Bereich des kleineren Durchmessers eine aufwärts gerichtete Rampe aufweist und die Unterflügelsaugöffnung in beiden Richtungen der .Läuferdrehung verlängert ist_o ~. , , nip» *■

^{& e} Dipl.-lng. H. J. Presting

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