DE2423773C2

DE2423773C2 - Flügelzellenmaschine, insbesondere -pumpe

Info

Publication number: DE2423773C2
Application number: DE19742423773
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 7441 Unterensingen Melchinger
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1974-05-16
Filing date: 1974-05-16
Publication date: 1985-01-10
Also published as: DE2423773A1

Description

Das Hauptpatent 24 05 575 stellt eine Flügelzellcnmaschine für flüssige Fördermedien, insbesondere Flügelzellenpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 unter Schutz, wobei es von einer Maschinengattung ausgeht, die beispielsweise aus der DE-OS 21 45 304 als bekannt hervorgeht. Ähnliche Konstruktionen zeigen die US-PS 35 14 232 und 21 49 337. Diese Flügelzellenpumpen weisen asymmetrisch im Bereich der Hinterkante ausgebildete Pumpenflügel auf. Und rwar wirkt bei den bekannten Pumpen im Bereich der Flügelhinterkante eine quergerichtete Kraft, die der Drehrichtung gerade entgegengesetzt ist. Hierdurch soll ein Ausgleich der auf die Flügel einwirkenden Kräfte erzielt werden, derart, daß die Verkantung des Flügels innerhalb des Schlitzes möglichst gering ist und demgemäß der Flügel sich möglichst reibungsarm im Schlitz hin- und herbewegen läßt. Die Haupterfindung möchte jedoch sieis eine eindeutige Verkantung der Flügel innerhalb des Schlitzes erzielen um ein Flattern der Flügel innerhalb des Schlitzes und somit eine entsprechende Gcräuschbildung zu vermeiden. Die damit verbundenen Nachtei-Ie einer etwas größeren Flügelrcibung werden bewußt in Kauf genommen; bei kleineren Pumpeneinheiten spielt dieses Mehr an Verlusten nur eine untergeordnete Rolle gegenüber der Geräuschfrage.

Die US-PS 36 14 276 zeigt eine Flügelzellenpumpe, bei der seitlich neben den Flügelschlitzen jeweils eine Axialbohrung im Rotor angebracht ist, wobei der Flügelschlitz langential in die Axialbohrung einläuft. In jeder Axialbohrung ist eine bügel- oder hülsenförmige Flügelandruckfeder vorgesehen. Wegen der elastischen Flügelanpressung ist jedoch eine hydraulische Fiügeianpressung bei der bekannten Pumpe entbehrlich und auch gar nicht offenbart. Auf letzterem baut jedoch die Haupterfindung und die vorliegende Zusatzerfindung auf. Im übrigen ist es — im Gegensatz zur vorliegenden sich mit Geräusch fragen befassenden Erfindung — bei der bekannten Pumpe völlig gleichgültig, ob der Federaufnahmeraum auf der vorauslaufenden oder der nachlaufenden Seite des Flügeischlitzes angeordnet ist.
Pumpen, die nicht nach der Lehre des Hauptpatentes ausgebildet sind, entwickeln unter bestimmten Betriebsbedingungen, insbesondere bei hohen Förderdrücken und kleinen Drehzahlen, ein Pfeifgeräusch. Die Ursache dafür ist nicht völlig geklärt, jedoch scheint sich damit ein Flattern der Flügel in den Rotorschlitzen anzuzeigen, wobei noch ungeklärt ist, ob die Flügel in Richtung der Schlitze, also radial, und/oder quer da/.u flattern. Dieses Pfeifen kann insbesondere bei Anwendungen derartiger Pumpen in Kraftfahrzeugen, z. B. als Lenkhilfpumpen, störend sein.

Durch die Maßnahme gemäß dem Hauptpatent wird auf die Flügel ein eindeutiges Verkantungsmoment im Schlitz ausgeübt und ein Pfeifen der Flügel vermieden. Die Schlitze sind maßlich und hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit ihrer Führungsfläche sehr genau und glatt bearbeitet und die Führungsschlitze weisen aus Fertigungsgründen am Schlitzgrund meist einen sogenannten Bearbci'.ungsauslauf in Form einer Schlitzerweiterung auf, meist eine längsgeschlitzte axial verlaufende Bohrung. Diese Bohrung am Schlitzgrund kann außerdem auch aus Festigkeitsgründen - der Schlitz stellt ja eine durch Arbeitsdrücke belastete Kerbe dar — als eine Kerbgrundausrundung vorgesehen werden. Im Bestreben nach einem möglichst geringen Bauvolumen, einem großen Kerbgrundradius und einem großen Bearbeitungsauslauf ist bei bisher bekannten Flügelzellenmaschinen der Schlitz lediglich so tief, daß in der radial tiefsten Eintauchstellung des Flügels in den Schlitz die innere Flügelkuntc in den Bcarbeilungsauslauf ragt. Dadurch ist aber die hydraulische Querbeaufschlagung der gegenüberliegenden Flügelflächen im Bereich der Hinterkante wieder symmetrisch und das angestrebte hydraulische Verkantungsmoment beseitigt. In dieser Umfangsstelle eines tiefsten Eintauchens des Flügels in den zugehörigen Rotorschlitz durchläuft der

b5 Flügel aber gerade eine sich sehr steil am Statorumfang ändernde Druckverteilung von der Hoch- auf die Niederdruckseite oder umgekehrt, je nach Einsatz als Pumpe oder Motor, und die Aufrechtcrhaltting eines stets

eindeutig auf die Flügel wirkenden Verkantungsmomentes wäre an dieser Umfangsstelle besonders wichtig·

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydrostatische Flügelstabilisierung im Schlitzgrund auch oder gerade beim Durchgang des Flügels durch diejenigen Uitifangsstellen zu bewirken, an denen der Flügel eine radial innere Extremlage einnimmt

Dies kann erfindungsgemäß auf zweierlei Weise gelöst werden, und zwar zum einen durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1.

Hierzu kann die radiale Erstreckung des Flügels verringert werden, so daß er aHein aufgrund dessen schon mit seiner Innenkante in der radial inneren Extremlage gar nicht in die Schlitzerweiterung eintaucht und die Führungsflächen des eigentlichen Schlitzes nicht an der inneren Endkante überfährt Dies kann aber auch dadurch verhindert werden, daß der Schlitz etwas tiefer gemacht wird oder daß der Bearbeitungsauslauf ganz klein gemacht oder auf ihn ganz verzichtet wird. Diese Maßnahmen können natürlich auch gemeinsam angewendet werden, um das erfindungsgemäße Ziel zu erreichen.

Es kann aber auch ein Eintauchen des Flügels in den Bearbeitungsauslauf zugelassen werden, ohne auf die den Flügel stabilisierende seitliche Druckkraft auch in einer solchen radial inneren Extremlage verzichten zu müssen, nämlich durch den weiteren erfindungsgemäßen Lösungsweg, der in den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 2 besteht Der darin angesprochene F'iächenunterschied der Führungsflächen des Schlitzes kann z. B. gemäß Anspruch 3 durch eine gegenüber dem Schlitz exzentrisch angeordnete Bohrung als Bearbeitungsauslauf erzielt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele noch kurz erläutert; dabei zeigt

F i g. 1 eine ausschnittsweise axiale Schnittdarstellung eines Rotors eines ersten Ausführungsbeispieles, und

Fig.2 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1, jedoch eine andere Möglichkeit der Erfindung zeigend.

Im Rotor 3 sind axial verlaufende radialstehende parallelwandige Schlitze 18 eingearbeitet, in die planparallele rechteckige Metallplatten, die sogenannten Flügel 4 eingesetzt sind, die mit geringem definierten Spiel radial darin gleiten können. Die Flügel sind in Achsrichtung exakt so lang wie der Rotor 3 und der Kurvenring 7.

Die beim Rotorumlauf radial in den Schlitzen 18 hin- und hergeschobenen Flügel bilden mit ihrer hinteren Begrenzungsfläche 2 und den Schlitzgründen 29 ebenfalls beim Kotorumlauf sich periodisch vergrößernde und verkleinernde Räume. Um diese Räume entleeren und befluien zu können, sind sie strömungsmäßig mit dem Hauptförderstrom verbunden.

Beim Durchlauf der Flügel durch den Druckbereich ist sowohl der auf die radial nach außen weisende ballige Begrenzungsfläche 33 einwirkende Druck als auch der auf die innere Begrenzungsfläche 32 wirkende Druck mit dem Förderdruck der Pumpe weitgehend gleich, so daß auf den Flügel im Druckbereich radial nur geringe Kräfte einwirken; hier sind Beharrungskräfte aufgrund von Gleit- und ölreibung und Fliehkräfte zu nennen. Auch in Umfangsrichtung sind die auf den Flügel einwirkenden Kräfte in der. Druckbereichen weitgehend ausgeglichen, da auf der vorauslaufenden Flügelfläche 34 und auf dem flachenmaUig etwa gleich großen Rücken 35 des Flügels gleiche Drücke und somit insgesamt etwa ek-iehc Kräfte wirken. Ah nicht ausgeglichene Restkraft ist die an der äußeren Gleitfläche 33 des Flügels angreifende dem Drehrichtungspfeil 22 entgegengerichtete Reibungskraft (Vektor 36) zu nennen. Dieser weitgehende tangentiaie und radiale Kräfteausgleich kann bei herkömmlichen Flügelzelleneinrichtungen für ein Pfeifgeräusch verantwortlich sein, welches insbesondere bei kleinen Drehzahlen auftritt

Aufgrund einer entsprechenden Gestaltung der Begrenzungsfläche 32 ist eine weitere nicht ausgleichbare

ίο Restkraft 37 eingeführt, die drehzahlunabhängig ist und die das den Flügel 4 im Schlitz 18 zu verkanten suchende Moment erhöht Dieses Verkantungstnomerit stabilisiert den Flügel gegen Rattern oder gegen sonstige für das Auftreten von Pfeifgeräuschen ursächlichen Beweis gungen von Einzelteilen innerhalb der Pumpe. Diese hydraulische Restkraft wird durch eine asymmetrische Ausgestaltung der hinteren Begrenzungsfläche 32 des Flügels 4 bewirkt Durch die Kantenrücknahme auf der einen Flügelseite wird eine Druck-Angriffsfläche in Richtung auf die andere Flügelseite geschaffen, deren Größe für die Höhe der Restkraft 37 mit verantwortlich ist Im dargestellten Ausführungsbeispie! ist diese Druck-Angriffsfläche durch eine durchlaufende Abschrägung der Hinterkante des Flügels entlang der ganzen axiaien Erstreckung des Flügels geschaffen, was fertigungstechnisch besonders einfach ist. Die Abschrägung ist so gewählt daß die Restkraft 37 in Drehrichtung (Pfeil 22) des Rotors 3 zeigt Das Maß der Abschrägung (Kantenrücknahme a) ist möglichst klein gewählt,

damit die verbleibende Spaltlänge / nicht übermäßig verringert wird. Bei sehr großen Abschrägungswinkeln wird der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe beeinträchtigt; andererseits genügt aber schon eine geringe Kantenrücknahme, um eine ausreichend große Druck-Angriffsfläche und somit eine genügend große Restkraft zu erzielen.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführi'ngsbeispiel der Erfindung ist aufgrund einer ausreichend groß bemessenen Schlitztiefe und einem genügend kleinen Bearbf aungsauslauf (Kerbrundungsradius 38) dafür gesorgt, daß die radial längere Seitenfläche 34 des Flügels in der Umfangsstellung, in der der Flügel radial am tiefsten in den Schlitz eintaucht (in F i g. 1 ganz unten), mit ihrer Endkante 39 die Endkante 40 der entsprechenden (hochdruckseitigen) Führungsfläche 41 des Schlitzes 18 nicht überstreicht. Es ist also dafür gesorgt, daß die abgeschrägten Flügel stets, also auch in der radial inneren Extremlage, innerhalb des eigentlichen Schlitzes verbleiben und die durch die Abschrägung beabsichtigte

so Seitenkraft 37 auch in dieser Extremlage erhalten bleibt. Bei dem anderen in F i g. 2 vergrößert dargestellten Lösur^s-veg der Erfindung taucht der Flügel 4 mit seiner Endkante 39' zwar hinter die Endkante 40' der hochdruckseitigen Führ; ngsflache 41' ein. Jedoch ist au^fgrund einer in Umfangsrichtung gesehenen außermittigen oder asymmetrischen Anordnung des Bearbeitungsauslaufes (Bohrung 29') um das Maß e zur Mittenachse 42 des Schlitzes 18' dafür gesorgt, daß die innere hochdruckstitige Endkante 40' des eigentlichen Schlitzes ebenfalls um das gleiche Maß a wie beim Flügel gegenüber der niederdruckseitigen Endkante 43 radial nach innen versetzt ist. Es ergibt sich dadurch der gleiche Flächenunterschied der beiden gegenüberliegenden Führungsflächen 4Γ gegenüber 44 wie beim Flügel und

h5 dementsprechend die gleiche in Umfangsrichtung verlaufende Verkantungskraft 37 im eingetauchten wie irri aus dem eigentlichen Schlitz in den Bearbeitungsauslauf radial nach innen ausgetauchten Zustand. Diese Ausfüh-

rungsform kann insbesondere bei kleinen Pumpen- oder Motoreneinheiten notwendig werden, bei denen aus Fertigungsgründen der Bohrungsdurchmesser des Bearbeitungsauslaufes ein bestimmtes Mindestmaß nicht unterschreiten darf und dementsprechend in F i g. 1 auf- ί gezeigte Lösungsmöglichkeit nicht realisierbar ist. Damit die Schleppreibung 36 im gleichen Sinn wie die Restkraft 37 verkantend auf den Flügel 4 einwirkt, ist die Außermittigkeit des Bearbeitungsauslaufes 29' entgegen der Umlaufrichtung 22 der Einrichtung vorzu- io nehmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Flügelzellenmaschine für flüssige Fördermedien, insbesondere Flügelzellenpumpe, mit einem mit in wenigstens angenähert radialen parallelwandigen Schlitzen gleitbaren Flügeln versehener Rotor und einer den Rotor umgebenden zusammen mit ihm wenigstens einen sichelförmigen Arbeitsraum radial einschließenden in sich geschlossenen, die Flügel radial führenden Kurvenbahn und mit einer Druckbeaufschlagung des Grundes eines jeden Rotcrschlitzes und der dem Schlitzgrund zugekehrten Begrenzungsfläche jedes entsprechenden Flügels, wobei jede Begrenzungsfläche derart bezüglich seiner achsparallel verlaufenden Flügelmittenlinie asymmetrisch ausgebildet ist, daß er vom Schlitzgrund her f'ber die Begrenzungsfläche auf den Flügel einwirksnde Flüssigkeitsdruck eine quer zum Schlitz verlaufende Kraftkomponente am Flügel hervorruft und wobei die Asymmetrie so gewählt ist, daß die Kraftkomponente auf die Hochdruckseite der Flügel weist, d. h. bei Flügelzellenpumpen, daß die Kraftkomponente gleichgerichtet mit der Drehrichtung des Motors ist, nach Patent (P 24 05 575.2-15), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens jeweils die mit der radial längeren Seitenfläche (34) des Flügels (4) zusammenarbeitende Führung^fläche (41) des Schlitzes (18) sich wenigstens radial ebenso weit erstreckt wie die größte radiale Eintauchtiefe Jer ent brechenden Seitenfläche (34) des Flügels (4) (Γ i g. 1).

2. Flügelzellenmaschine na· 'v dem Oberbegriff von Anspruch 1, nach Patent 24 05 575, mit einem Bearbeitungsauslauf an jedem Schlitzgrund in Form einer Schlitzerweiterung, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Asymmetrie der Flügelbegrenzungsfläche (32) bewirkte Flächenunterschied der Seitenflächen (34 gegenüber 35) der Flügel (4) entsprechend auch — aufgrund einer asymmetrischen Ausbildung und/oder Anordnung (Maß e) des Bearbeitungsauslaufes (Bohrung 29') — an den Führungsflächen (4Γ gegenüber 44) jedes Schützes (18) bewirkt ist(Fig. 2).

3. Maschine naich Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungsauslauf — in an sich bekannter Weise — als axial auslaufende Bohrung (29') ausgebildet ist und daß jede Bohrungsmitte relativ zur Mitte (42) des zugehörigen Schlitzes (18') in Umfangsrichtung außermittig (Maß e), vorzugsweise in Richtung auf die Niederdruckseite (35) des Flügels (4) angebracht ist.