DE2326627B2 - Hydraulische Flügelzellenpumpe - Google Patents
Hydraulische FlügelzellenpumpeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Flügelzellenpumpe, bestehend aus Läufer und Gehäuse, wobei in
Nuten in einem von beiden Flügel angeordnet sind, die an der von der Wand des anderen gebildeten Laufbahn
anliegen, die Laufbahnoberfläche eine Saugrampe, eine Druckrampe und einen Pumpenkreisbogen umfaßt, der
sich von der Saugrampe zur Druckrampe erstreckt, die Pumpe ferner eine Drucköffnung und eine Hauptsaugöffnung
umfaßt, die mit Fördertaschen zwischen den Flügeln verbunden sind und eine Unterflüeelsaueöffnung
mit der Hauptsaugöffnung verbunden ist, um Flüssigkeit in die Flügelnuten unterhalb der sich darin
befindlichen Flügel einzulassen.
Um bei derarigen Pumpen, die aus der Praxis ausreichend bekannt sind, den höchsten Wirkungsgrad zu erzielen, ist es von Bedeutung, daß jede Fördertasche völlig gefüllt wird, wenn sie die Saugzone passiert Bei niedriger Betriebsdrehzahl kann die Flüssigkeit leicht in die Fördertaschen einströmen, wobei sich jede Tasche vollständig füllt Wenn jedoch die Drehzahl über einen bestimmten Wert ansteigt (der Wert hängt von den konstruktiven Merkmalen der einzelnen Pumpe ab), dann ist der Zeitraum, in dem die Fördertasche offen ist bzw. mit der Saugzone in Verbindung steht, so kurz, daß er nicht zur vollständigen Füllung der Tasche ausreicht Über diese Drehzahl hat die Pumpe dann nicht mehr ihre volle Förderkapazität und Kavitation, Geräuschentwicklung und Verschleiß steigen schnell an. Eine solche teilweise und unzulängliche Füllung der Fördertaschen ist in einer graphischen Darstellung veranschaulichbar, in der die gepumpte Flüssigkeitsmenge als Funktion der Drehzahl aufgezeichnet ist. Ausgehend bei Null 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, die nicht im direkten Verhältnis zur Pumpendrehzahl steht.
Um bei derarigen Pumpen, die aus der Praxis ausreichend bekannt sind, den höchsten Wirkungsgrad zu erzielen, ist es von Bedeutung, daß jede Fördertasche völlig gefüllt wird, wenn sie die Saugzone passiert Bei niedriger Betriebsdrehzahl kann die Flüssigkeit leicht in die Fördertaschen einströmen, wobei sich jede Tasche vollständig füllt Wenn jedoch die Drehzahl über einen bestimmten Wert ansteigt (der Wert hängt von den konstruktiven Merkmalen der einzelnen Pumpe ab), dann ist der Zeitraum, in dem die Fördertasche offen ist bzw. mit der Saugzone in Verbindung steht, so kurz, daß er nicht zur vollständigen Füllung der Tasche ausreicht Über diese Drehzahl hat die Pumpe dann nicht mehr ihre volle Förderkapazität und Kavitation, Geräuschentwicklung und Verschleiß steigen schnell an. Eine solche teilweise und unzulängliche Füllung der Fördertaschen ist in einer graphischen Darstellung veranschaulichbar, in der die gepumpte Flüssigkeitsmenge als Funktion der Drehzahl aufgezeichnet ist. Ausgehend bei Null 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, die nicht im direkten Verhältnis zur Pumpendrehzahl steht.
Welche genaue Drehzahl es auch sein mag, bei der diese Erscheinung auftritt, es ist jedenfalls zutreffend, daß
eine Flügelzellenpumpe über einer bestimmten Drehzahl einen ansteigend schlechteren Wirkungsgrad hat,
sobald die Füllung der Fördertaschen unvollständig wird.
Dies hat den nutzbaren Bereich der Pumpen eingeschränkt und der Wirkungsgrad der Pumpen, die
bei Drehzahlen jenseits des Bereiches 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.
Bei vielen Flügelzellenpumpen gibt es neben den Fördertaschen noch einen zweiten Bereich, der mit
Flüssigkeit gefüllt werden muß, wenn die Taschen sich durch die Saugzone bewegt. 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 Läuferausgang bis zu dem entsprechenden Flügelnutende erstreckt. Derartige Bohrungen sind in der US-PS 34 79 962 offenbart.
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 Läuferausgang bis zu dem entsprechenden Flügelnutende erstreckt. Derartige Bohrungen sind in der US-PS 34 79 962 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
Hauptsaugöffnung und einer Fördertasche reißt ab, wenn der nachlaufende Flügel der Tasche die Ablaufkante
der Hauptsaugöffnung überquert Das tritt ein, wenn der nachlaufende Flügel am weitesten herausgestreckt
ist, d. h. am äußeren Ende der Saugrampe, wo
der Flügel gerade den Durchgang des Bereiches mit dem großen Durchmesser der Laufbahn beginnt.
Gleichermaßen ist es inzwischen üblich, die zeitliche Steuerung des Schließens der Unterflügelsaugöffnung
(d.h. das Abreißen der Verbindung zwischen der UnterflügelsaugöffniMig und dem inneren Ende einer
vorbeistreichenden Flügelnut) sehr kurz nach dem Zeitpunkt eintreten zu lassen, wenn der Flügel seine
äußi*"te 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.
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.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale
gelöst
Die weitere Ausbildung des Erfindungsgegenstandes geht aus den Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Unterflügelsaugöffnung, im Gegensatz zur Hauptsaugöffnung,
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 Winkelbereich 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 Nut des Führungsflügels dieser Tasche
strömen kann.
Die verlängerte Unterflügelsaugöffnung wird erst kurz vor einem Zustandekommen eines Kurzschlusses
geschlossen, d. h. bevor Flüssigkeit aus der Druckzone in Richtung auf die Saugzone entweichen kann. Versuchsergebnisse haben bestätigt, daß diese Verlängerung der
Unterflügelsaugöffnungen den linearen Bereich der Antriebskennlinie (Strömungsmenge über Drehzahl) in
Richtung auf höhere Antriebsdrehzahlen mehr vererößern als dies auf andere Weise erreichbar wäre.
Jede wesentliche Verlängerung der Unterflügelsaugöffnung über das traditionelle Maß gemäß dem Stand
der Technik hinaus führt zu einer Verbesserung.
Zweckmäßig wird die Unterflügelsaugöffnung jedoch höchstens bis in die Nähe 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 Kurzschluß 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 Nut unter dem Flügel ist sehr viel kleiner als das
Volumen der Fördertasche zwischen den Flügeln und man könnte deshalb glauben, daß es wenig Schwierigkeiten
machen würde, es zu füllen. Es wird theoretisiert, daß Kavitation in den Nuten 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 Nut 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 Druckausgleichöffnungen 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. B. 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 Beschleunigungskräfte erforderlich sind, um den Raum mit der
Flüssigkeit zu erreichen bzw. zu füllen. Die verlängerten Unterflügelsaugöffnungen ermöglichen die »Zweiweg-Füllung
der Fördertaschen (d. h. durch die Hauptsaugöffnung und durch die Unterflügelsaugöffnung), und
zwar länger als bisher und dies gehört zu den wesentlichen Vorteilen der gemäß der Erfindung
verbesserten Pumpe.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt
F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine Flügelzellenpumpe mit Unterflügelsaugöffnungen gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung, wobei es sich bei der Pumpe um eine entlastete Pumpe handelt, die
kolbenbetätigte doppellippige Flügel aufweist (Schnittführung durch die Ansaugöffnung),
F; g. 2 eine Ansicht der vorderen Seitenplatte gemäß
der Linie 2-2 in F i g. 1;
F i g. 3 eine Ansicht der hinteren Seitenplatte gemäß der Linie 3-3 in F i g. 1,
Fig.4 einen Schnitt durch eine Unterflügelsaugöffnune
zemäß der Linie 4-4 in F i e. 2.
F i g. 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,
F i g. 6 eine der F i g. 5 entsprechende Ansicht, jedoch mit einer konventionell gesteuerten Unterflügelsaugöffnung,
F i g. 7 ein Diagramm, in dem verschieden ausgebildete Pumpen hinsichtlich der ohne Auftreten von
Kavitation möglichen Drehzahl verglichen sind,
F i g. 8 ein Diagramm, das die bevorzugte Steuerung der Unterflügelsaugöffnung für eine Pumpe mit
einlippigen Flügeln angibt.
Die im folgenden beschriebene Erfindung hat ein breites Anwendungsgebiet bei Pumpen, bei denen
sowohl die inneren als auch die äußeren Enden der Flügel dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzt 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 F i g. 1 bis 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 3,
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 7 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 ringsrum 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 anliegt. 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 F i g. 1 nicht dargestellt) im Körper 1. Der Laufring 14 und die
vordere und hintere 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 23,24
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 mit der Welle 6 mittels Kerbverzahnung 29 verbunden ist Die
Kerbverzahnungsverbindung erlaubt einen einwandfreien Lauf des Läufers zwischen den angrenzenden
flachen Oberflächen 11 und 18 die vorderen bzw. hinteren Seitenplatte 10 bzw. 19. Beide Seitenplatten
haben 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, die so gestaltet ist, daß für einen ausgeglichenen oder
symetrischen Pumpbetrieb gesorgt ist, d. h. es sind jeweils paarweise diametral gegenüberliegend Niederdruck-Einlaß-
oder Saugzonen 37 (s. Fig.5) und Hochdruck- Auslaß oder Ausstoßzonen 38 angeordnet.
Jeder Flügel liegt an der Laufbahn 34 des Laufringes 14 und die Seitenkanten der Flügel gleiten über die glatten,
flachen Oberflächen U und 18 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 F i g. 2 zu erkennen ist, sind in der vorderen Seitenplatte 10 zwei Hauptsaugöffnungen 43,
und 44 ausgebildet und sie werden durch den Kanal 24 versorgt.
Zwei zusätzliche Hauptansaugöffnungen 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 Saugzone 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 begrenzt
Jede Hauptsaugöffnung 43 und 44 in der vorderen Seitenplatte 10 ist mittels eines Zweigkanals 47 mit
einer Unterflügelsaugöffnung 50 der Seitenplatte verbunden; entsprechend ist jede Saugöffnung 45 und
46 in der hinteren Seitenplatte 19 mittels eines Zweigkanals 48 mit einer Unterflügelsaugöffnung 51
verbunden. Die Unterflügelsaugöffnungen 50 und 51 sind radial so angeordnet, daß die inneren Enden 49 der
Flügelnuten 31 über sie hinwegziehen, wenn der Läufer sich dreht (In den F i g. 2 und 3 sind die inneren Enden
49 der Flügelnuten gestrichelt angedeutet). Die öffnung
jeder Unterflügelsaugöffnung 50 und 51 in der jeweiligen Seitenplattenoberfläche ist, wie aus den
Draufsichten hervorgeht, wurstförmig gestaltet Jede öffnung 50,51 ist in Drehrichtung des Läufers (s. Pfeile)
durch eine Auskehlung oder einen Kanal 58 (s. F i g. 4) verlängert und ein Strömungsschlitz in Form einer
V-förmigen Nut 59 erstreckt sich über das Ende des
ss Kanals 58 hinaus. Zusammen bilden der Kanal 58 und
die Nut 59 eine Verlängerung der öffnung 50 bzw. 51 in Richtung der Läuferdrehur.g. Ein flacher Abflußschlitz
60 erstreckt sich radial in den Stirnseiten il und 18 der
Seitenplatten 10 und 19 von den Unterflügelsaugöffnun gen 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 10 zwei diametral gegenüberliegende Hauptdrucköffnungen 52,52 auf. Diese sind gegenüber
den Hauptsaugöffnungen 43 und 44 um 90° versetzt
Sie öffnen die Druckzonen 38 zwischen dem Läufer
und der Laufbahn. Die Hauptdrucköffnungen 52,52 sind
mittels innerer Kanäle in der Seitenplatte 10 und in der Endkappe 2 mit einem Flüssigkeitsauslaßkanal 56 in der
F.ndkappe 2 verbunden, der zu einem Auslaß oder einem 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, 63 in den
entsprechenden Seitenplattenoberflächen 11 und 18 ein.
Bei der Ausführungsform der F i g. 1 bis 5 hat jeder Flügel genutete Außen- und Seitenkanten. Diese
Ausbildung ist nicht Bestandteil der Erfindung. Die Nuten 67 übertragen den am äußeren Flügelende
wirkenden Druck auf das innere Ende 49 der Flügelnut. Zwei Lippen begrenzen das äußere Flügelende zu
beiden Seiten der Nut 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 an. und zwar
wegen der einwärts gerichteten Rampe, die dort vorgesehen ist, während in der Saugzone wegen der
dort vorhandenen, nach außen gerichteten Saugrampe, nur die Nachlauflippe 65 an der Laufbahn anliegt (s.
Fig. 5).
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 dargestellte Pumpe weist hydraulische Kolben als
Andrückmitte! auf, die jedoch nicht Bestandteil der Erfindung sind. Im Läufer 28 erstreckt sich eine radiale
Bohrung 69 oder ein Zylinder vom inneren Ende 49 jeder Flügelnut 31 einwärts (Fig. 1). 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 zugespritzt und bilden ein Ventil mit der inneren Stirnfläche oder dem inneren
Ende 68 des entsprechenden Flügels. Abgesehen von dem Kolben 72, ist die Flügelstirnfläche 68 dem Druck
im Nutende 49 ausgesetzt, der zusammen mit dem Kolben den Flügel nach außen drückt.
Flüssigkeit aus den Kanälen 23, 24 tritt in die Fördenaschen 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 Hauptsaugöffnungen 43 und 46 und durch die damit verbundenen Unterflügelsaugöffnungen
50 und 51, wenn die Flügel sich im Bereich der Saugrampe nach außen bewegen und sich das Volumen
der Fördertaschen vergrößert
F i g. 5 zeigt zwei benachbarte Fördertaschen 40a und 40a Die Tasche 40a ist eingeschlossen zwischen einem
nachlaufenden Flügel 32a und einem Führungsflügel 32b und durchläuft die Saugzone, während die davor
befindliche Tasche 40a. die von dem FührungsflCgel 32c
und dem Flügel 32b eingeschlossen ist, sich der Druckzone nähert
Die inneren Enden 49 der Flügelnuten der Flügel 32a und 32b sind in Verbindung mit den Unterflügelsaugöffnungen,
von denen die Öffnung 50 dargestellt ist Die Nut des Flügels 32c ist bereits nicht mehr in Verbindung
mit den Unterflügelöffnungen, sondern schon in Verbindung mit der Druckzone.
Jede Fördertasche vergrößert sich im Volumen, wenn ihre beiden Flügel die Saugrampe überstreichen. Der
Volumenanstieg setzt sich fort, bis der Führungsflügel 32£> 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 Tasche fließen, bis
deren Nachlaufflügel die Öffnung passiert hat. Dieser unmittelbare Strömungsweg wird geschlossen, wenn die
Führungskante des Nachlaufflügels dieser Tasche 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 Nachlaufflügels dieser Tasche wird anschließend die Tasche gegenüber der Saugöffnung abdichten. Demzufolge
wird (Fig.5) der Flügel 326 die Verbindung zwischen der öffnung 43 und der Tasche 40b
unterbrechen, wenn seine Führungslippe 64 die Ablaufkante 76 der öffnung überquert. Dies tritt ein,
wenn die Lippe gerade das Ende der Saugrampe verläßt.
Flüssigkeit kann durch die Unterflügelöffnungen 50, 51 in das innere Ende 49 der den Flügel 326
enthaltenden Nut fließen, während eine Verbindung dazwischen besteht; dies ist der Fall, bis das Nutende
hinter die Ablaufkante 78 der Unterflügelsaugöffnung gelangt ist.
Bei früheren Pumpenausführungen, wie in F i g. 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 und daß bestimmte, wenn auch
schwer deutbare Verbesserungen durch die Verlagerung der Ablaufkante der Unterflügelsaugöffnung
bestehen, mit der die Möglichkeit geschaffen wurde, die Füllung durch das innere Flügelnutende durch diese
öffnung fortzusetzen, und zwar nach einer Zeit oder einer Läuferposition, bei der früher der Nutabriß 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
Gasblasen 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 Hauptsaugöffnung einströmende Flüssigkeit gefüllt Wenn jedoch die Drehzahl ansteigt, sind diese
E lasen immer schwieriger über die Hauptsaugöffnung zu füllen und sie verbleiben in und hinter dem Flügel,
wenn dieser sich über die Dichtzone zur Drucköffnung bewegt. Dies führt zu verschiedenen Pumpenschäden
und begrenzt die nutzbare Leistung.
Wie in den Fig.3 bis 5 dargestellt ist, sind die
Unterflügelansaugöffnungen 50,51 in Obereinstimmung
mit der Erfindung durch die Auskehlung 58 und den Strömungsschlitz 59 in Richtung der Läuferdrehung
verlängert, und zwar über das konventionelle Maß der in Fig.6 gezeigten Öffnung hinaus bis kurz vor den
Punkt 77 (Fig. 5), bei dem ein KurzschluQweg für die
Druckflüssigkeit Pin der Druckzone geschaffen würde.
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 sicherzustellen,
wobei die Flüssigkeit den Weg über die Nut 67 im Flüge! in der 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 Räumen 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
erfindungsgemäßen 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 Tasche die Hauptsaugöffnung passiert hat.
Die optimale Verlängerung der Unterflügelsaugöffnung geht bis zu einem Punkt kurz und vorzugsweise —
einige wenige Grad, d. h. 2 bis 5° — vor der Position, bei der Flüssigkeit von der Druckzone in das Flügelnutende
und durch letzteres zu der Unterflügelöffnung fließer, könnte. Wenn sich die Unterflügelsaugöffnung hinter
den »Kurzsch!uß«-Punkt 77 erstrecken würde, der in Fig. 5 gestrichelt eingezeichnet ist, dann würde
Flüssigkeit aus der Druckzone hinter der Führungslippe des Flügels 32c durch die Nut 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 Unterflügelsaugöffnungen 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 Fig.6 dargestellt)
erreicht ohne Kavitation eine Höchstdrehzahl von etwa 2300 U/min. Das Einbeziehen von verlängerten Unterflügelsaugöffnungen
gemäß der Erfindung bei einer Standard Pumpe (d. h. ohne Anwendung eines vergrößerten
Hauptansaugbereichs) schafft eine Höchstdrehzahl von etwa 2550 U/min. Die Verwendung von sowohl
vergrößerten Unterflügelsaugöffnungen als auch des vergrößerten Hauptansaugbereiches (Bohrungen 33)
erhöht die Grenzdrehzahl auf 2650 U/min. Erst dann beginnt die Pumpe von der geraden Betriebskennlinie
abzuweichen.
Fig. 8 zeigt diagrammartig eine mit einlippigen Flügeln arbeitende Pumpe bei der die Unterflügelsaugöffnung
verlängert ist. Hier bleibt das innere Ende 79 der Nut des Führungsflügels 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 80 durch die
Druckausgleichsöffnung 87 des Flügels fließen könnte.
Bei der in den F i g. 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.
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 down«) 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.
Um auch Pumpen mit Unterflügelsaugöffnungen
*5 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 F i g. 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 F i g. 2 gezeigt ist
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
ω oder ein nachteiliger Effekt eintritt
Es sei noch bemerkt, daß die Strömungsschlitze 59 am
verlängerten Ende der Unterflügelsaugöffnungen nicht von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung sind und
auch weggelassen werden können. Wenn sie vorgese-
hen werden, bestimmen sie die effektive Länge der Unterflügelsaugöffnungen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Hydraulische Flügelzellenpumpe, bestehend aus Läufer und Gehäuse, wobei in Nuten in einem von
beiden Flügel angeordnet sind, die an der von der Wand des anderen gebildeten Laufbahn anliegen, die
Laufbahnoberfläche eine Saugrampe, eine Druckrampe und einen Pumpenkreisbogen umfaßt, der
sich von der Saugrampe zur Druckrampe erstreckt, die Pumpe ferner eine Drucköffnung und eine
Hauptsaugöffnung umfaßt, die mit Fördertaschen zwischen den Flügeln verbunden sind und eine
Unterflügelsaugöffnung mit der Hauptsaugöffnung verbunden ist, um Flüssigkeit in die Flügelnuten
unterhalb der sich darin befindlichen Flügel einzulassen, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Unterflügelsaugöffnung (50, 51) in Richtung der Drehung des Läufers (28) über das Ende der
Saugrampe hinaus bis in eine Position erstreckt in der sie mit der Nut (31) eines Rügeis (32), der mit
dem Pumpenkreisbogen in Eingriff steht, verbunden ist, daß die Unterflügelsaugöffnung (50,51) kurz vor
der Position endet, in der Druckflüssigkeit von der Drucköffnung (52) mit ihr kurzgeschlossen wird.
2. Hydraulische Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterflügelsaugöffnung
(50,51) 2 bis 4° vor der Kurzschlußposition, gemessen gegenüber der Drehachse des
Läufers (28) endet.
3. Hydraulische Flügelzellenpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Hauptsaugöffnung (43, 44, 45, 46) in dem gleichen Winkel gegenüber der Drehachse des
Läufers (28) endet wie das Ende der Saugrampe.
4. Hydraulische Flügelzellenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Unterflügelsaugöffnung (50, 51) einen Strömungsschlitz (59) aufweist.
5. Hydraulische Flügelzellenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
Durchflußöffnungen (67) zur Verbindung der Unterflügelsaugöffnung (50, 51) mit einer Fördertasche
(40) vorgesehen sind, während ihr führender Flügel (32) mit dem Pumpenkreisbogen und die Unterflügelsaugöffnung
(50, 51) mit der Flügelnut (31) verbunden ist.
6. Hydraulische Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnungen
in Form von Nuten (67) in den Flügeln (32) ausgebildet sind.
7. Hydraulische Flügelzellenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Unterflügelsaugöffnung (50, 51) in beiden Drehrichtungen des Läufers (28) erstreckt.
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