DE2650814A1 - Fluegelpumpe - Google Patents

Description

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BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH

PATENTANWÄLTE !N MÜNCHEN UND WIESBADEN

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Sperry Rand Corporation

Flügelpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flügelpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei der Konstruktion von Flügelpumpen für das Brennstoffsystem in Flugzeugen ist es schwierig, den Anforderungen, die sich in einem weiten Bereich widersprechen, zu genügen, und zwar wegen des breiten Bereichs von Betriebsgeschwindigkoiten, der niedrigen Sehmierfähigkeit der zu fördernden Flüssigkeit und der Anforderung für höchsten Wirkungsgrad bei niedrigen Geschwindigkeiten, während bei hohen Geschwindigkeiten sogenannte "Fresser" vermieden werden müssen. Die Forderung "hoher Wirkungsgrad bei niedriger Geschwindigkeit" macht enge Toleranzen zwischen dem Stator und dem Rotor erforderlieh, die am besten durch biegsame Wangenplatten erfüllt werden können, welche mit hydrostatischen Druckpolstern versehen sind, um den

München: Kramer · Dr. Wesor ■ Hirsch — Wiesbaden: Blumbach · Dr. Bergen · Zwirner

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Abstand in Abhängigkeit von dem angetroffenen Lieferdruck einzustellen. Diese konstrulctive Maßnahme erfüllt sehr gut die Anforderungen am Wirkungsgrad in dem Niedriggeschwindigkeitsbereich, beispielsweise während des Startens einer Turbojetmaschine, jedoch ist die Konstruktion für die wesentlichen höheren Normalgeschwindigkeiten gänzlich ungeeignet, da bei kleinen Spalten durch die Scherkraft in der Flüssigkeit zuviel Wärme erzeugt wird, und weil die Möglichkeit der Metall-auf-Metall-Kontakte sehr rasch zu den sogenannten "Fressern" kommt, was zur Zerstörung der Pumpe führt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Flügelpumpe speziell für die Brenn stofförderung in Luftfahrzeugen zu schaf-

fen, welche einen hohen Wirkungsgrad bei niedrigen Geschwindigkeiten zeigt, ohne daß gleichzeitig bei höheren Geschwindigkeiten übermäßige

Wärme erzeugt und die "Festfresser" in Kauf genommen werden. ·

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maßnahmen des Hauptanspruches '

gelöst. j

Die neue Flügelpumpe weist eine biegsame Wangenplatte auf, die auf ·

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die Pumpengeschwindigkeit in der Weise anspricht, daß bei niedrigen Geschwindigkeiten ein geringer Abstand oder Spalt erzeugt wird, während dieser Abstand zunimmt, wenn die Pumpengeschwindigkeit zunimmt.

Im einzelnen weist die neue Flügelpumpe ein Geliäuse mit Einlaß und Auslaß und eino darin gelagerte Antriebswelle auf, ein Nockenring ist in dem Gehäuse befestigt, ein Rotor wird von der Welle angetrieben und trägt eine Mehrzahl von verschiebbaren Flügeln, eine flexible Wangenplatte liegt mit einer Seite an der Endfläche des Rotors und eine Seite der Flügel mit einer zweiten Fläche an dem Gehäuse an, in der ersten Seite der Wangenplatte sind Flüssigkeitsauslaßnuten in den Bögen vorgesehen, durch die sich die Flügel radial nach innen bewegen, hydrostatische Druckpolster sind neben der zweiten Seite der Wangenplatte bei den genannten Bögen und in offener Verbindung mit dem Auslaß vorgesehen, ferner sind Drosselkanäle zwischen den Auslaßnuten und dem Druckpolster geschaffen, wobei die Wangenplatte zum Rotor bei niedrigen Geschwindigkeiten ausgelenkt wird und so einen minimalen Abstand oder Spalt zwischen dem Rotor und der Wangenplatte schafft, jedoch bei höheren Geschwindigkeiten weniger ausgelenkt wird, um einen zunehmenden Abstand zwischen dem Rotor und der

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Wangenplatte zu bilden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeiclinung erläutert, dabei zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt gemäß eines Viertelaus

schnittes einer druckausgeglichenen Flügelpumpe gemäß bevorzugte!' Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Einzelheit gemäß Ansicht 2-2 in Fig. 1

etwas vergrößert, und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2.

Die Pumpe weist ein Gehäuse 10 mit einem Einlaß 12, einem zylindrischen Hohlraum 14 und einem Gehäusedeckel 16 mit Auslaß 18 auf. Ih Lagern 20 und 22 des Gehäuses bzw. Gehäusedeckels ist eine Antriebswelle 24 gelagert. Zwischen einer Schulter 26 des Gehäuses 10 und dem Gehäusedeckel 14 ist ein Pumpeinsatz geklemmt, der in Fig.

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näher dargestellt ist und aus einer Einlaßplatte 28, einer Auslaßplatte 30, Wangenplatten 32, einem Nockenring 34 sowie einem Rotor 36 besteht. Der Rotor 36 ist mit der Antriebswelle 24 über eine Keilverzahnung verbunden und weist eine Mehrzahl von Schlitzen 38 auf, in welchen Flügel 40 radial gleitbar geführt sind. Die Einlaßplatte 28 besitzt bogenförmige Einlaßöffnungen 42, die mit entsprechenden Öffnungen in den Wangenplatten 32 fluchten. Die Auslaßplatte 30 besitzt zwei gebqgene Lieferöffnungen 44, die mit entsprechenden Öffnungen in der anliegenden Wangenplatte 32 fluchten. Der soweit beschriebene Aufbau stellt lediglich ein Ausführungsbeispiel einer Vielzahl von Rotationsflügelpumpen dar, in welcher die vorliegende Erfindung eingebaut sein kann.

Es wird auf Fig. 2 und 3 Bezug genommen. Die in Fig. 1 links dargestellte Wangenplatte 32 weist zwei Flüssigkeitsauslaßnuten 46 auf der dem Rotor 36 benachbarten Seite auf, die sich längs eines Bogens erstrecken, innerhalb welchem sich die Flügel 40 nach innen bewegen, wenn sich der Rotor dreht. Die Flügel 40 stellen gewissermaßen Kolben iaden Schlitzen 38 dar, d.h. durch die Hin- und Herbewegung wird Flüssigkeit gepumpt, und die Nuten 36 empfangen die gepumpte

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Flüssigkeit. Die Auslaßplatte 30 oder die Rückseite der Wangenplatte 32 weist ein hydrostatisches Druckpclster 48 auf, welches durch einen O-Ring 50 bei jeder Aüslaßöffnung 44 umschlossen ist und dessen Fläche so gewählt ist, daß das Druckfeld zwischen dem Rotor und der Wangenplatte, welches durch die Auslaßflüssigkeit erzeugt wird, mehr als ausgeglichen wird. Drosselkanäle 52 erstrecken sich von den Nuten 46 durch die Druckplatte zu den hydrostatischen Druckpolstern 48. Flüssigkeitszuführnuten 54 unterhalb der Flügel sind gemäß Einlaßbögen vorgesehen.

Beim Antrieb der Welle 24 läuft der Pumpbetrieb ähnlich dem einer bekannten druckausgeglichenen Flügelpumpe ab. Die biegsame Druckplatte 32 wird durch den Lieferdruck des hydrostatischen Polsters 48 im Sinne einer engen Toleranz zu dem Rotor und den Seiten der Flügel herausgewölbt. Bei niedrigen Geschwindigkeiten, die beispielsweise beim Start der Maschine vorkommen, ist das aus dem Raum unterhalb der Flügel 40 verdrängte Flüssigkeitsvolumen pro Zeiteinheit relativ klein, und dieses Volumen gelangt über die Fördernuten 46 durch den Drosselkanal 52 im wesentlichen ohne Druckabfall. Es sind somit zwei einander entgegenwirkende Druckfelder vorgesehen, nämlich das

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Dru ckfeld in dem Spalt zwischen Rotor und Wangenplatte einerseits und das Druclrfeld des hydrostatischen Druckpolsters 48 Wegen der größeren Fläche überwiegt das Druclrfeld des hydrostatischen Druckpolsters 48 und die Wangenplatte wird unter den beschriebenen Bedingungen am weitesten nach außen gebogen.

Bei Zunahme der Umdrehung der Welle 24 und Annäherung an die normale Betriebsgeschwindigkeit führt der Drosselkanal 52 zu einem Druckaufbau in der Nut 46, was zu einer entsprechenden Zunahme der Kraft des Druckfeldes in dem Spalt zwischen Rotor und Wangenplatte führt. Diese Kraft steht wie erwähnt der Auswölbkraft infolge des hydrostatischen Polsters 48 entgegen, so daß die vorherige Auswölbung· der Wangenplatte 32 teilweise oder gänzlich zurückgeht, wenn die höheren Geschwindigkeiten erreicht werden. Obzwar dadurch der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe durch diese Spalterweiterung vermindert wird, ist dies ohne Bedeutung auf das Erfordernis der Lieferung von Brennstoff an den Düsenmotor, da das Liefervolumen bei stark zugenommener Geschwindigkeit ebenfalls ausreicht. Die Zunahme des Abstandes im Spalt zwischen Rotor und Wangenplatte führt aber zu einer Verringerung der erzeugten Wärme infolge der Scherkräfte der Flüssigkeit, so daß die Erwärmung

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der Pumpe in dem Spaltbereich zurückgeht und auch die Möglichkeit des Kontaktes zwischen Metall-Metall weitgehend vermieden wird. Diese beiden Faktoren verringern oder beseitigen die Möglichkeit des Fressens der Pumpe.

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Claims (3)

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1. Druckausgeglichene Flügelpumpe mit einem Gehäuse, welches einen Einlaß und Auslaß aufweist, mit einer im Gehäuse gelagerten Antriebswelle, mit einem im Gehäuse befestigten Nockenring, mit einem von der Welle angetriebenen Rotor, der eine Mehrzahl von verschiebliehen Flügeln trägt, mit einer flexiblen Wangenplatte, die oine erste Seite angrenzend zur Endfläche des Rotors und einer Seite der Flügel sowie eine zweite Seite angrenzend dem Gehäuse aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Einrichtung zur Vergrößerung der Spaltweite zwischen Rotor (36) und Wangenplatte (32) in Abhängigkeit von der Zunahme der Antriebsgeschwindigkeit vorgesehen ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

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daß die geschwindigkeitsabhängige Einrichtung Flüssigkeitsauslaßnuten (46) in der ersten Seite der Wangenplatte (32) im Bereich der Bögen aufweist, entlang welchen sich die Flügel (38) radial nach innen bewegen, ferner hydrostatische Druckpolster (48) neben der zweiten Seite der Wangenplatte (32) und im Bereich dieser Bögen besitzen, die in offener Verbindung mit dem Auslaß stehen und über Drosselkanäle (52) mit den Auslaßnuten (46) verbunden sind, wobei die Bemessung derart getroffen ist, daß die Wangenplatte (32) sich in Richtung auf den Rotor (36) bei niedrigen Geschwindigkeiten auswölbt, um eine minimale Spaltweite zwischen Rotor und Wangenplatte zu bilden, und bei höheren Geschwindigkeiten sich weniger stark ausvölbt, um eine vergrößerte Spaltwei te zwischen Rotor und Wangenplatte zu erzeugen.

3. Pumpe nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Rand der Wangenplatte (32) starr zwischen dem Nockenring (34) und dem Gehäuse (30, 16, 10) geklemmt ist.

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