DE3430353A1

DE3430353A1 - Fluegelzellenpumpe

Info

Publication number: DE3430353A1
Application number: DE19843430353
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Himeji Hyogo Ogawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-08-20
Filing date: 1984-08-17
Publication date: 1985-03-07
Also published as: US4589829A; DE3430353C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung bei einer Flügelzellenpumpe.

Eine Flügelzellenpumpe ist von einer solchen Bauart, daß Ansaugen und Abgeben eines Fluids durch Drehung der Flügel erzeugt werden, die in Gleitkontakt mit der Innenwand eines Gehäuses stehen, wobei die Flügel aus einem Rotor aufgrund der Zentrifugalkraft herausragen, die bei Drehung des Rotors entsteht.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer konventionellen Flügelzellenpumpe und Fig. 2 eine Schnittansicht nach der Linie II-II in Fig. 1. Bezugszahl 1 bezeichnet einen Motor zum Antreiben der Flügelzellenpumpe mit einem Rahmen la und einer im Rahmen la drehbar gelagerten Welle 2. Auf der Welle 2 ist ein Rotor

3 befestigt. Mehrere Flügel 4 sind in radial gerichteten Nuten im Rotor 3 so aufgenommen, daß sie längs der Nuten gleiten können. Der Rotor 3 mit den Flügeln

4 ist im Innenraum eines Gehäuses 4 aufgenommen, wobei dieser Innenraum eine zylindrische Innenwand hat, deren Mitte gegenüber der Mitte der Welle 2, d.h. des Rotors 3, versetzt ist. An den Seiten des Gehäuses 5 sind eine Seitenplatte 6 und eine Deckplat-

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te 7 angeordnet, welche mit dem Rotor 3 eine Betriebskammer 8 bilden. Ein Einlaßkanal 9 und ein Auslaßkanal 10 sind je an unterschiedlichen Stellen im äußeren Umfangsteil des Gehäuses 5 so vorgesehen, daß sie mit der Betriebskammer 8 im Gehäuse 5 kommunizieren. Das Gehäuse 5, die Seitenplatte 6 und die Deckplatte 7 sind mit dem Rahmen la des Motors 1 mittels Schrauben 11 verbunden. Eine Dichtung 12 ist in den Rahmen la so eingesetzt, daß sie in abdichtender Gleitberührung mit der Welle 2 steht.

Beim Einschalten des Motors 1 der beschriebenen Flügelzellenpumpe werden die Welle 2 und damit der darauf sitzende Potor 3 in der markierten Pfeilrichtung in Drehung versetzt. Die Drehung des Rotors 3 veranlaßt die gleitend in den Nuten geführten Flügel 4 zu einer radialen Bewegung nach außen in Gleitkontakt mit der Innenwand des Gehäuses 5. Bei dem gezeigten Beispiel ist der Innenraum des Gehäuses 5 exzentrisch zum Rotor 3 angeordnet, wodurch bei Drehung des Rotors

3 die Kapazität bzw. der Inhalt der durch die Flügel

4 begrenzten Betriebskammer 8 verändert wird. Es gibt nämlich eine Grenzstelle am inneren Umfangsabschnitt des Gehäuses 5, die an der zur axialen Mitte der Welle 2 nächstgelegenen Stelle liegt. Der Rauminhalt der Betriebskammer 8 nimmt bis zu 180° Drehung des Rotors 3 zu und dann für die nachfolgende 180°-Drehung des Rotors wieder ab. Demgemäß wird ein Fluid vom Einlaßkanal 4 auf einer Seite bezüglich der Grenzstelle an der Innenwand des Gehäuses 5 nächst der Mitte der Welle 2 angesaugt und über den Auslaßkanal 10 wieder abgegeben; somit ist eine Pumpenwirkung erzielt.

Wenn die oben beschriebene Flügelzellenpumpe als Luftguelle für einen Brenner verwendet ist, müssen Primärluft hohen Druckes und kleinen Mengenstroms, d.h. kleinen Durchsatzes, zum Zerstäuben des Brennstoffes und Sekundärluft niedrigen Druckes und großen Durchsatzes zum Erzielen einer Verbrennung des Brennstoffes bereitgestellt werden. Jedoch wird bei der Konstruktion der konventionellen Flügelzellenpumpe dann, wenn Primärluft und Sekundärluft mit einer einzigen Pumpe gefördert werden sollen, Luft hohen Druckes und großen Durchsatzes benötigt, um die Leistung der Pumpe zu erhöhen. Ferner wird eine Steuervorrichtung für die Speisung der Primärluft und der Sekundärluft sehr kompliziert. Wenn daher die Flügelzellenpumpe als Luftquelle für einen Brenner eingesetzt werden soll, werden zwei getrennte Flügelzellenpumpen benötigt, und zwar eine für die Förderung von Prirr-ärluft und die zweite für die Förderung von Sekundärluft, was den Aufwand insbesondere der Herstellung erhöht.

Die Flügelzellenpumpe wird auch als Vakuumpumpe zum Erzeugen von Vakuum für eine Vakuum-Servobremse von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Ferner wird die Flügelzellenpumpe auch als Luftpumpe für die Nachverbrennung von Auspuffgasen von Kraftfahrzeugen oder für das Aufladen dünner Luft für die Maschine eingesetzt. Die Betriebsweise solcher Pumpen ist identisch. Jedoch saugt eine Vakuumpumpe Fluid von der Lastseite an, es sei denn, die Bremse wird betätigt. Andererseits lädt die Luftpumpe stets die zur Maschine geführte Luft auf. Demgemäß sind die Zustände des Fluids in der Vakuumpumpe einerseits und der Luftpumpe andererseits einander entgegengesetzt. Es ist daher erforderlich, zwei Pumpen unabhängig voneinander vorzusehen, wenn einerseits ein Vakuumzustand und anderer-

seits ein Aufladungszustand gleichzeitig benötigt werden.

In einem Kraftfahrzeug gibt es zwei Lastquellen bzw. Verbraucher für die Vakuumpumpe, nämlich die Vakuum— Servobremse, welche einen großen Anteil des Vakuums bei Betätigen der Bremse verbraucht, und eine Kammer eines Antriebes einer Geschwindigkeits-Konstanthaltevorrichtung, die stets eine kleine Vakuummenge zu ihrem Betrieb benötigt. Demgemäß wird bei Anwendung einer einzigen Vakuumpumpe der Vakuumzustand für die Geschwindigkeits-Konstanthaltevorrichtung stets benötigt, während gelegentlich eine große Vakuummenge für die Bremsbetätigung benötigt wird. Im letzteren Falle wird der Nachschub von Vakuum knapp, was nachteilige Wirkungen auf die Bremsleistung haben kann. Um eine solche Schwierigkeit zu vermeiden, muß eine Vakuumpumpe großer Förderleistung mit einem Vakuumtank zum Speichern von Vakuumluft vorgesehen werden.

Ein Kraftfahrzeug sollte mit einer Vakuumpumpe versehen sein, die ein Vakuum für eine Vakuum-Servobremse sowie für eine Ölpumpe bereitstellt, welche eine hydraulische Anlage für die Servolenkung sowie für die Höheneinstellung des Kraftfahrzeuges bewerkstelligt. Es müssen dann zwei Fluid-Arten, nämlich Luft und Öl, gesteuert werden. Es werden dann eine Vakuumpumpe und eine Ölpumpe für die genannten Zwecke benötigt, obgleich Aufbau und Arbeitsweise der beiden Pumpen identisch sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung ,eine Flügelzellenpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, welche Pumpwirkungen mit unterschiedlichen Funktionen gleichzeitig mit einer einzigen Pumpenkonstruktion hervorbringen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Flügelzellenpumpe mit einen Rotor, der auf einer Welle koaxial damit angeordnet ist, und mehreren Flügeln, die im Umfangsteil des Rotors radial gleitend geführt sind und deren Spitzen aufgrund der durch die Rotordrehung erzeugten Zentrifugalkraft aus dem Rotor herausragend in Gleitkontakt mit der Innenwand des Pumpengehäuses gehalten sind, vorgesehen, daß die Innenwand im Querschnitt im wesentlichen elliptische Gestalt hat und zwei Abschnitte der Innenwand im Gebiet kleiner Radien (der kleinen Hauptachse) der Ellipse nahe der Außenseite des Rotors liegen, während zwei Abschnitte der Innenwand im Bereich großer Radien (der großen Hauptachse) zylindrische Innenflächen bilden, welche zwei Betriebskammern mit dem Rotor einschließen, und daß jeweils ein Einlaß und ein Auslaß mit jeder Betriebskammer kommunizieren.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer schematisehen Zeichnung mit weiteren Ein2elheiten näher erläutert.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer Flügelzellenpumpe gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung.

In Fig. 3 bezeichnet Bezugszahl 13 ein Gehäuse mit einer im wesentlichen elliptischen Innenwand, die so geformt ist, daß im Querschnitt ein Kreisbogenabschnitt mit relativ großem Radius am einen Ende der großen Hauptachse und ein Kreisbogenabschnitt mit relativ kleinem Radius an deren anderem Ende ausgebildet sind. Ein Rotor 3 ist drehbar innerhalb der elliptischen Innenwand so angeordnet, daß eine Betriebskammer 8 mit großer Kapazität und eine Betriebskammer 14 mit kleiner Kapazität zwischen dem Rotor 3 und der Innenwand gebildet sind. Grenzstellen der Betriebskammer 8,14 sind an den Stellen 15a, 15b zwischen dem Gehäuse 13 und dem Rotor 3 je in Form eines

sehr kleinen Spaltes gebildet. Ein Einlaßkanal 16 und ein Auslaßkanal 17 sind einander gegenüberliegend in den Seitenwänden der Betriebskammer 8 ausgebildet, und ein Einlaßkanal 18 und ein Auslaßkanal 19 sind einander gegenüberliegend in den Seitenwänden der Betriebskammer 14 gebildet.

Wenn bei der oben beschriebenen Flügelzellenpumpe die Welle 2 im Gegenuhrzeigersinn von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben wird, wird auch der auf der Welle 2 sitzende Rotor 3 in der durch die Pfeile markierten Drehrichtung angetrieben. Während der Drehung des Rotors 3 sind die Betriebskammern 8, 14 (das Volumen der Betriebskammer 8 ist größer als dasjenige der Betriebskammer 14) durch das Gehäuse 13 mit einem im wesentlichen elliptischen Innenraum (etwas verformt) und den Rotor 3 begrenzt. Die Flügel 4 verschieben sich aufgrund der Zentrifugalkraft, welche durch die Drehung des Rotors 3 erzeugt wird, nach außen in Gleitkontakt mit der Innenwand des Gehäuses 13. Somit wird über den Einlaßkanal 16 Fluid in die Betriebskammer 8 angesaugt und über den Auslaßkanal 17 abgegeben. Andererseits wird von der Betriebskammer 14 Fluid über den Einlaßkanal 18 angesaugt und über den Auslaßkanal 19 wiederabgegeben. Demgemäß erfüllt eine einzige Flügelzellenpumpe gemäß der Erfindung zwei Pumpenwirkungen unabhängig voneinander. Wird die Flügelzellenpumpe der gezeigten Ausführung als Luftquelle für einen Brenner eingesezt, so wird die Betriebskammer 14 kleiner Kapazität zum Speisen von Primärluft hohen Druckes und kleinen Mengenstroms für das Zerstäuben von Brennstoff über den Auslaßkanal 19 verwendet. Die Betriebskammer 8 großer Kapazität wird zum Speisen von Sekundärluft unter niedrigem

Druck und mit großem Mengenstrom zum B-renner über den Auslaßkanal 17 verwendet.

Wird die Pumpe als Vakuumpumpe mit der Doppelfunktion zum Bedienen einer Vakuum-Servobremse und zum Aufladen von Luft verwendet, so dient die Betriebskammer 14 kleiner Kapazität als Vakuumpumpe durch Anschließen einer Vakuumlast an den Einlaßkanal 18, während über den Einlaßkanal 16 angesaugte Luft zur Maschine als aufgeladene Luft gespeist wird, indem der Auslaßkanal 17 der Betriebskammer 8 mit einer Ansaugleitung der Maschine verbunden wird.

Soll die Flügelzellenpumpe gemäß der beschriebenen Ausführung gemeinsam eine Vakuum-Servobremse und den Antrieb einer Geschwindigkeits-Konstanthaltevorrichtung versorgen, so saugt die Betriebskammer 14 kleiner Kapazität Luft über den Einlaßkanal 18 und gibt sie über den Auslaßkanal 19 wieder ab, um so einen Vakuumzustand in der Geschwindigkeits-Konstanthaltevorrichtung zu schaffen, welche mit dem Einlaßkanal 18 verbunden ist, während die Betriebskammer 8 großer Kapazität Luft über den Einlaßkanal 16 ansaugt und eine große Luftmenge über den Auslaßkanal 17 abgibt. Es ist daher möglich, eine genügende Menge an Vakuumluft zu einem Verbraucher zu speisen, der einen großen Vakuumverbrauch hat, wie eine Vakuum-Servobremse, indem der Einlaßkanal 16 dort angeschlossen wird. Auf der anderen Seite wird kein nachteiliger Einfluß auf die Geschwindigkeits-Konstanthaltevorrichtung ausgeübt.

Mit der oben erläuterten Ausführung der Erfindung lassen sich die folgenden Vorteile erzielen. Zwei Betriebskammern unterschiedlicher Kapazität bzw.

unterschiedlichen Fassungsvermögens können zum Ausüben getrennter Funktionen eingesetzt werden: eine der beiden Betriebskammern wird für eine Vakuumpumpe und die andere für eine Luftpumpe verwendet; zwei Betriebskammern werden für Vakuumpumpen eingesetzt, wobei jedoch Drücke und in der Zeiteinheit zu fördernde Mengen des Fluids unterschiedlich sind; und zwei Betriebskaminern werden für Luftpumpen verwendet, wobei ebenfalls Drücke und Mengenströme unterschiedlich sind.

Im folgenden wird eine Anwendung beschrieben, bei welcher die Flügelzellenpumpe als Vakuumpumpe und Ölpumpe eingesetzt ist. Die Betriebskammer 14 kleiner Kapazität saugt Luft über den Einlaßkanal 18 an und gibt sie über den Auslaßkanal 19 ab, um einen Vakuumzustand einer mit dem Einlaßkanal 18 verbundenen Vakuumquelle eines Verbrauchers zu erzeugen. Andererseits saugt die Betriebskammer 8 Öl über den Einlaßkanal 16 und gibt dieses Öl über den Auslaßkanal 17 ab, wodurch ein hydraulischer Druck in einer Ölversorgung erzeugt wird, welche mit dem Auslaßkanal 17 verbunden ist.

Bei dieser Ausführung sind die Vakuumpumpe und die Ölpumpe in einem einzigen gemeinsamen Gehäuse 13 untergebracht. Demgemäß ist die Ausbildung eines Ölfilmes aufgrund von Öl in der Ölpumpe durch richtiges Dimensionieren der Spiele in den Luftspalten an den Grenzstellen 15a, 15b, den Berührungsstellen zwischen Rotor 3 und Flügeln 4 und zwischen Rotor 3 und Seitenplatte 6 oder Deckplatte 7 möglich. Die Bildung eines Ölfilmes verbessert die Widerstandsfähigkeit und die Luftdichtheit im Vergleich zu einer konventionellen, Öllosen Pumpe.

Bei der oben beschriebenen Ausführung wird die Innenwand im wesentlichen elliptisch zur Bildung zweier unabhängiger Betriebskaminern gestaltet, um getrennte Pumpwirkungen in einer einzigen Pumpe zu realisieren, d.h. eine Betriebskammer für eine Vakuumpumpe und die andere für eine Ölpumpe. Es ist daher nicht langer erforderlich, zwei Pumpen wie im konventionellen Fall vorzusehen. Dies schafft einen wirtschaftlichen Vorteil.

Die verschiedenen Ausführungen der Erfindung sind mit einem Elektromotor als Antrieb für die Flügelzellenpumpe beschrieben; jedoch könnte auch ein beliebiger anderen Antrieb zum Antreiben der Flügelzellenpumpe Verwendung finden.

Claims

Dr.-Ing. Roland Liesegang --- - Patentanwalt European Patent Attornev Sckellstrasse 1 D-8000 München 80 Telefon (089) 4 48 24 Telex 5214 382 pal! d Telekopierer <089: 77104 80 27204 B-Telegramme patemus munchen Postscheck München 39418-802 Hypobank München £400194 333 Reuscheibank Munchen 260300' MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA Tokyo, Japan P 147 70 Flügelzellenpumpe Patentansprüche

1. Flügelzellenpumpe mit einem Rotor (3), der auf einer Welle (2) koaxial damit angeordnet ist, und mehreren Flügeln (4)_f die im Umfangsteil des Rotors (3) radial gleitend geführt sind und deren Spitzen aufgrund der durch die Rotordrehung (3) erzeugten Zentrifugalkraft aus dem Rotor (3) herausragend in Gleitkontakt mit der Innenwand des Pumpengehäuses (5) gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand im Querschnitt im wesentlichen elliptische Gestalt hat und zwei Abschnitte der Innenwand im Gebiet kleiner Radien (der kleinen Hauptachse) der Ellipse nahe der Außenseite des Rotors (3) liegen, während zwei Abschnitte der Innenwand im Bereich großer Radien (der großen Hauptachse) zylindrische Innenflächen bilden, welche zwei Betriebskammern (8,14) mit dem Rotor (3) einschließen, und daß jeweils ein Einlaß (16,18) und ein Auslaß (17, 19) mit jeder Betriebskammer (8,14) kommunizieren.

2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch g ekennzeichnet, daß eine der beiden Betriebskammern (8,14) als Vakuumpumpe und die andere als Luftpumpe verwendet sind.

3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch g ekennzeichnet, daß eine der beiden Be-

triebskammern (8,14) als Vakuumpumpe und die andere als Ölpumpe verwendet sind.
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4. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch g ekennzeichnet, daß die beiden Betriebskammern (8,14) beide als Vakuumpumpen verwendet sind.

5. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch g ekennzeichnet, daß die beiden Betriebskammern (8,14) beide als Luftpumpen verwendet sind.

6. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch g ekennzeichnet, daß die Kapazitäten bzw. Inhalte der beiden Betriebskammern unterschiedlich sind.

7. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 6, dadurch g ekennzeichnet, daß die Betriebskammer (14) kleinen Inhalts Teil einer Vakuumpumpe und die Betriebskammer (8) großen Inhalts Teil einer Luftpumpe bilden.

8. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 7, dadurch g ekennzeichnet, daß ein Einlaß (18), der mit der Betriebskammer kleinen Inhalts kommuniziert, mit einer Vakuumlast verbunden ist, und daß der Auslaß (17), der mit der Betriebskammer großen Inhalts kommuniziert, mit einer Ansauglei-

tung einer Maschine verbunden ist.

9. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 6, dadurch g ekennzeichnet, daß die Betriebskammer

(14) kleinen Inhalts Teil einer Vakuumpumpe und die Betriebskammer (8) großen Inhalts Teil einer Ölpumpe bilden.

10. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Betriebskammer kleinen Inhalts (14) kommunizierender Einlaß (18) mit einer Vakuumlast und ein mit der Betriebskammer (8) großen Inhalts kommunizierender Einlaß (16) mit einem Ölverteiler verbunden sind.

11. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein mit der Betriebskammer kleinen Inhalts (14) kommunizierender Einlaß (18) mit einer Vorrichtung verbunden ist, welche stets einen kleinen Anteil des Vakuums verbraucht, und daß ein mit der Betriebskammer (8) großen Inhalts kommunizierender Einlaß (16) mit einer Vakuum-Servobremse verbunden ist.

12. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einen kleinen Anteil des Vakuums verbrauchende Vorrichtung ein Antrieb einer Geschwindigkeits-Konstanthaltevorrichtung ist.

13. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 6, dadurch g ekennzeichnet, daß die Betriebskammer (14) kleinen Inhalts als Luftpumpe zum Speisen von Primärluft mit hohem Druck und kleinem Mengenstrom für das Zerstäuben von Brennstoff und die

Betriebskammer (8) großen Inhalts als Luftpumpe zum Speisen von Sekundärluft mit kleinem Druck und hohem Mengenstrom für die Verbrennung arbeiten,

14. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) von einem Motor angetrieben ist.

15. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Innenfläche der Innenwand am einen Ende der großen Hauptachse einen größeren Radius hat als die zylindrische Innenfläche am anderen Ende der großen Hauptachse.