DE2326627C3

DE2326627C3 - Hydraulische Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE2326627C3
Application number: DE2326627A
Authority: DE
Inventors: Cecil E. Adams; James C. Swain
Original assignee: Abex Corp
Current assignee: PepsiAmericas Inc
Priority date: 1972-05-22
Filing date: 1973-05-22
Publication date: 1980-10-30
Also published as: GB1423545A; JPS4926806A; CA969029A; FR2186073A5; JPS5332526B2; DE2326627B2; US3790314A; DE2326627A1; IT977190B

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 Druckrampc und einen Pumpenkreisbogen umfaßt, der sich von der Saugrampe zur Druckrampe erstreckt, die Pumpe ferner eine Drucköffnung und eine llauptsaugöffnung umfaßt, die mit Fördertaschen zwischen den Flügeln verbunden sind und eine Unterflügelsaugölfnung 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 v/esentlichen 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 himuis 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 Flügelnul 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 Unterflügelsaugöffnungcn in . der Seitenplatte vorgesehen. Diese Unterflügelsaugöffnungcn sind radial innerhalb der Hauptsaugöffnungen und stehen mit dem inneren Ende der Flügelnuten in Verbindung, wenn letztere vorbeistreichen.

Zusätzlich zu den Unterfliigelsaugöffnungen 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 Flügclnutende erstreckt. Derartige Bohrungen id 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 werdi-n kann.

Bisher hat man für den Winkelbereich der Unterflügelsaugöffnung im wesentlichen denselben gewählt wie für die Hauptsaugöffnung. Die Verbindung zwischen cer Hauptsaugöifnung und einer Fördertasche reißt ab, wenn der nachlaufende Flüge! 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 Unterflügelsaugöffnung und dem 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 werd·. n, 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 Unterflü_b^iaüugöffnung 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 vergrößern als dies auf andere Weise erreichbar wäre.

Jede wesentliche Verlängerung der Unterfiügelsaugöffnung über das traditionelle Maß gemäß dem Stand der Technik hinaus führt zu einer Verbesserung.

Zweckmäßig wird die Lnierflügelsaugöffnung 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

in 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

ü 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 erfindungbgemäßen Verlängerung der Unterflügelsaugöffnung ergibt. Das Volumen in der Nut unter dem Flügel ist sehr viel kleiner als das

2> 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

jo 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 unter·

i'i stützt 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 FührungsPügel auftreten, werden für besonders schädlich gehalten und

•in 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

•4-Ί nämlich im ersteren Falls geringere Beschleunigungskräfte erforderlich sind, um den Raum mit der Flüssigkeit zu erreichen bzw. zu füllen. Die verlängerten Unterflügelsaugöffnungen ermöglichen die »Zweiweg-Füllung der Fördertaschcn (d. h. durch die Hauptsaug-

Vi öffnung 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

v-, 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

hfi bei der Pumpe um eine entlastete ^Dumpe handelt, die kolbenbetätigte doppellippige Flügel aufweist (Schnittführung durch die Ansaugöffnung),

F i g. 2 eine Ansicht der vorderen Seitenplatte gemäß der Linie 2-2 in Fig. 1;

ii"> Fi g. 3 eine Ansicht der hinteren Seitenplatte gemäß der Linie 3-3 in Fig. I,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Unterflügelsaugöffnung gemäß der Linie 4-4 in F i g. 2.

F i g. 5 eine Teilansicht des Läufers und des Slanders 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 iL ι 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,

Fig. 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 zwcilippigen. 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 hai 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) irr, Körper !. Der Laufring !4 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 ^r> 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.

κι Jeder Flügel liegt an der Laufbahn 34 des Laufringes 14 und die Seitenkanten der Flügel gleiten über die glatten, flachen Oberflächen 11 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

2(i paarweise vorhandenen Ansaugöffnungen, die um 180° versetzt in den Oberflächen ti 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 der Draufsichten hervorgeht, wurstförmig gestaltet. Jede Öffnung 50, 5! 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 einet V-förmigen Nut 59 erstreckt sich über das Ende de; Kanals 58 hinaus. Zusammen bilden der Kanal 58 unc die Nut 59 eine Verlängerung der Öffnung 50 bzw. 51 ir Richtung der Läuferdrehung. Ein flacher Abflußschiit/ 60 erstreckt sich radial in den Stirnseiten 11 und 18 dei Seitenplatten 10 und 19 von den Unterflügelsaugöffnun-

bo gen 50 und 51 zu den zentralen Wellenöffnungen. Dei Zweck dieser Abflußschlitze ist, für einen Abtranspon der Flüssigkeit aus dem Raum rund um die Antriebswel Ie 6 zu sorgen.

Wie in F i g. 2 gezeigt ist, weist die vordere Seitenplatte 10 zwei diametral gegenüberliegende Hauptdrucköffnungen 52, 52 auf. Diese sind gegenübei den Hauptsaugöffnungen 43 und 44 um 90° versetzt.
Sie öffnen die Druckzonen 38 zwischen dem Läufei

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 Endkappe 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. F ig. 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 Andrückmittel 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 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 F i g. 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 406. Die Tasche 40a ist eingeschlossen zwischen einem nachlaufenden Flügel 32a und einem Führungsflügel und durchläuft die Saugzone, während die davor befindliche Tasche 406, die von dem Führungsflügel 32c und dem Flügel 326 eingeschlossen ist, sich der Druckzone nähert

Die inneren Enden 49 der Flügelnuten der Flügel 32a und 32Z> 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 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 ίο 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 406 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 Fiügelnutende durch diese Öffnung fortzusetzen, und zwar nach einer Zeit oder einer Läuferposition, bei der früher der Nutabriß bereits ertoigt 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 Blasen 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 Übereinstimmung

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 Kurzschlußweg 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 Flügel 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 Rügelnut 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 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 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 Fig.! 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

*o 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

so 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 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 könnea Wenn sie vorgesehen werden, bestimmen sie die effektive Länge der Unterflügelsaugöffnungen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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 gekennzeich.net, daß skh 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 Flügels (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 Sirömungsschlitz (59) aufweist.

5. Hydraulische Flügelzellenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Durchflußöffnungen (67) /ur 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 Flügclnut (31) verbunden ist.

6. Hydraulische Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnungcn 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.