DE3420343C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine herkömmliche Flügelzellenpumpe dieser Art ist im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben, die einen Längsschnitt und einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 durch die Flügelzellenpumpe darstellen. Bezugszahl 1 bezeichnet einen Rahmen einer elektrischen Maschine, wie eines Wechselstrom-Generators für Kraftfahrzeuge oder einen Motor, während Bezugszahl 2 eine im Rahmen 1 über Lager 3 abgestützte, vom Generator oder Motor antreibbare Welle bezeichnet. Auf einem Ende der Welle 2 ist ein Rotor 4 mittels einer Keilverzahnung 2 a befestigt. Der Rotor 4 hat drei radiale Schlitze, in welche radial gleitbare Flügel 4 eingesetzt sind. Ein Gehäuse 6 mit einer zylindrischen Innenfläche, deren Mitte gegenüber der Mitte des Rotors 4 versetzt ist, ist am Rahmen 1 mittels Bolzen 7 befestigt. Bezugs­ zahl 8 bezeichnet eine Dichtung zwischen Gehäuse 6 und Rahmen 1, und Bezugszahl 9 bezeichnet einen Öldichtring, der im Rahmen 1 festsitzt und in Gleit­ kontakt mit der Welle 2 steht, um so Gasdichtheit einer Arbeitskammer 10 der Flügelzellenpumpe herzu­ stellen. Im Gehäuse 6 sind ein Einlaß 11, ein Aus­ laß 12 und eine Ölzuführöffnung 13 vorgesehen, die je mit einem Vakuumtank, einer Ölwanne und einer Ölpumpe (nicht gezeigt) kommunizieren.

Bei der beschriebenen Flügelzellenpumpe verschleißen bei einem Betrieb mit hoher Drehzahl und ohne Öl die Spitzen der Flügel aufgrund der Reibung zwischen der Innen­ fläche des Gehäuses und den Flügelspitzen exzessiv. Wenn die Flügel aus Kohlenstoff bestehen, können die Spitzen der Flügel, welche im Gleitkontakt mit der Innenfläche des Gehäuses stehen, aufgrund geschwächter Bindungskräfte der Kohlenstoffmoleküle wegen der hohen Reibungswärme brechen, wodurch die Leistung der Flügelzellenpumpe wegen des er­ höhten Spieles zwischen den Pumpenteilen absinkt, weil die thermische Expansion und die Reibungswärme die Teile des Generators oder Rotors, an welchem die Pumpe montiert ist, ungünstig beeinflussen. Die oben beschriebenen Schwierigkeiten schließen einen Betrieb der Pumpe bei hohen Drehzahlen und in ungeschmiertem Zustand aus.

Bei einem Vielzellenverdichter mit separat angeordnetem Kühlluft­ kreis und Arbeitsluftkreis ist bekannt, den Rotor innerhalb eines Laufringes anzuordnen, welcher die Flügelspitzen an seiner Innenwand abstützt und über in seiner Außenwand angeordnete Rollen an der Gehäuseinnenwand abgestützt ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Flügelzellen­ pumpe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei der die Erzeugung von Reibungswärme minimiert ist, um die beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Flügelzellenpumpe zu unterbinden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das Innengehäuse bei der Flügelzellenpumpe nach der Erfindung reduziert die Relativgeschwindigkeit zwischen den Spitzen der Flügel und der mit ihnen zusammenwirkenden Innenwand, wobei das Gas, insbesondere Luft, in dem Gaskanal bzw. -spalt zwischen dem Gehäuse und dem Innengehäuse strömt, um dadurch das Innengehäuse zu kühlen. Beide Maßnahmen ermöglichen einen Betrieb der Flügelzellenpumpe bei hohen Drehzahlen und ohne Schmieröl.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigt

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Flügelzellen­ pumpe nach der Erfindung und

Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3.

In der folgenden Figurenbeschreibung bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche oder entsprechende Bauteile, so daß diese Bauteile nicht nochmals be­ schrieben sind.

In einem Rahmen 14 eines Generators oder Motors ist ein Verbindungsloch 14 a auf einer einem Gehäuse 15 gegenüberliegenden Seite eingeformt. In der Seiten­ wand des Rahmens 14 ist ferner eine Auslaßöffnung 20 ausgebildet, welche mit der Arbeitskammer 10 über einen Gaskanal kommuniziert. Das Gehäuse 15 hat eine zylindrische Innenfläche und ist mit dem Rahmen 14 über Schrauben 7 verbunden, derart, daß die Mitte der zylindrischen Innenfläche gegenüber der axialen Mitte der Welle 2 versetzt ist, welche mit dem Rotor 4 mittels einer Keilverzahnung 2 a fest verbunden ist. Im Rotor 4 sind mehrere Flügel 5 gleitbar aufgenommen. Ein Innengehäuse 16 ist im Gehäuse 15 über ein Lager 17 drehbar abgestützt. Die Außen­ seite des Innengehäuses 16 erstreckt sich längs der Innenfläche des Gehäuses 15 mit einem Luftspalt 18 dazwischen, welcher mit dem oben im Gehäuse 15 angeordneten Auslaß 19 und dem Verbindungsloch 14 a kommuniziert. Die Spitzen der Flügel 5 stehen in Gleitkontakt mit der zylindrischen Innenwand 16 a des Innengehäuses 16. Somit ist eine Luftströmung zwischen dem Einlaß 19 über den Luftspalt 18 und die Arbeitskammer 10 zum Auslaß 20 gemäß der in Fig. 3 gezeichneten Pfeile hergestellt.

Im folgenden wird die Funktion der Flügelzellen­ pumpe nach der Erfindung beschrieben. Wenn die Welle 2 angetrieben ist, drängen die auf die Flügel 5 wirkenden Zentrifugalkräfte diese in radialer Richtung nach außen, so daß die Flügel in Gleitkontakt mit der Innenwand 16 a des Innengehäuses 16 gedrückt werden. Sobald eine Reibungskraft zwischen den Spitzen der Flügel 5 und der Innenwand 16 a des Innengehäuses 16 auftritt, wird eine Rotation des Innengehäuses 16 erzeugt, so daß die Relativgeschwin­ digkeit zwischen den Spitzen der Flügel 5 und der Innenwand 16 a des Gehäuses 16 stark reduziert wird mit dem Ergebnis, daß die Haltbarkeit der Flügel 5 erhöht wird. Die Verringerung der Relativgeschwindig­ keit führt auch zu einer verminderten Erzeugung von Reibungswärme. Die Reibungswärme ist nämlich abhängig von der Differenz der Drehgeschwindigkeiten der Flügel 5 und des Innengehäuses 16 bei Beschleuni­ gung oder einem Wechsel der Drehzahl. Da ein wesent­ licher Teil der Reibungswärme im Kontaktbereich zwischen den Spitzen der Flügel 5 und der Innenwand des Innengehäuses 16 erzeugt wird, kann diese Reibungs­ wärme durch Fördern eines Fluids mit Pumpwirkung durch den Luftspalt 18 zwischen der Innenfläche des Gehäuses 15 und der Außenseite des Innengehäuses 16 abgeführt werden, wobei das Innengehäuse 16 gekühlt wird mit dem Ergebnis, daß die Widerstands­ fähigkeit der Flügel verbessert wird.

Es ist ferner möglich, den Kühleffekt dadurch zu erhöhen, daß Kühlrippen auf der zylindrischen Außenseite des Innengehäuses angebracht werden, um ihre Oberfläche zu vergrößern.

Wenngleich bei der oben beschriebenen Ausführung das Innengehäuse 16 im Gehäuse 15 über ein Lager 17 abgestützt ist, kann das Innengehäuse 16 auch auf der Seite des Rahmens 14 abgestützt sein.

Die oben beschriebene Ausführung betrifft eine Vakuumpumpe; jedoch kann die gleiche Wirkung auch bei Anwendung der Erfindung auf einen Kompressor oder auf eine von einem Generator, einem Motor oder einem anderen Antrieb angetriebene Luftpumpe erhalten werden. Ferner ist die gleiche Wirkung erzielbar, wenn das Fluid über den Luftspalt 18 zwischen dem Gehäuse 15 und dem Innengehäuse 16 vor dem Auslassen anstatt unmittelbar nach dem Ansaugen gefördert wird.

Wie oben beschrieben wird mit der Erfindung ermög­ licht, eine Flügelzellenpumpe mit hoher Drehzahl und in schmieröllosem Zustand zu betreiben, weil eine Änderung des Spiels aufgrund thermischer Ex­ pansion minimiert und das Problem der thermischen Beanspruchung der Bauteile des Generators oder des Motors durch die Kühlung des Innengehäuses beseitigt sind.

Claims (4)

1. Flügelzellenpumpe mit einem Rahmen (14), einer drehbar im Rahmen gelagerten Welle (2), einem auf der Welle sitzenden Rotor (4), mehreren radial gleitend im Rotor angeordneten Flügeln (5), einem Gehäuse (15) mit zylindrischer innerer Umfangsfläche (15 a), deren Mitte gegenüber der Mittelachse der Welle (2) versetzt ist, und einem Einlaß (19) sowie einem Auslaß (20) im Gehäuse (15), dadurch gekennzeichnet, daß ein Innengehäuse (16) drehbar zwischen der zylindrischen Innenfläche (15 a) des Gehäuses (15) und dem Rotor (4) koaxial mit dem Gehäuse (15) angeordnet ist, daß das Innengehäuse (16) eine zylindrische Innenwand (16 a) hat, mit welchem die Flügel (5) in Gleitkontakt stehen, und daß der Einlaß (19) mit dem Auslaß (20) über einen Gaskanal (18), der zwischen dem Gehäuse (15) und dem Innengehäuse (16) ausgebildet ist, sowie über eine Arbeitskammer (10) kommuniziert, welche zwischen dem Innengehäuse (16) und dem Rotor (4) gebildet ist.

2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Innengehäuse (16) im Gehäuse (15) über ein Lager (17) abgestützt ist.

3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kühlrippe auf der äußeren Umfangsfläche des Innengehäuses (16) angeordnet ist.

4. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (19) im Gehäuse (15) ausgebildet ist und ein Verbindungsloch (14 a) im Rahmen (14) vorgesehen ist, so daß Gas vom Einlaß (19) über den Gaskanal (18) zum Verbindungsloch (14 a) und von dort in die Arbeitskammer (10) einströmen und von dort über den Auslaß (20) wieder abströmen kann.