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Verzahnte Flügelzellenpumpe
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Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe nach dem Flügelzellenprinzip.
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Das Gehäuse derartiger Pumpen ist zylindrisch ausgebildet.
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In dem Gehäuse ist ein Rotor exzentrisch gelagert. Der Rotor ist ebenfalls
zylindrisch ausgebildet, im Durchmesser jedoch kleiner als das Gehäuse. Der Rotor
besitzt radiale Führungsschlitze, in denen Flügel gleitend geführt sind. Die Flügel
bilden in Umfangsrichtung den Abschluß von sichelförmigen Pumpkammern.
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Ein die Konstruktion derartiger Flügelzellenpumpen charakterisierender
Parameter ist das Fördervolumen pro Rotorumdrehung. Dieser Parameter umschreibt
bei einer vorgegebenen Pumpenleistung zum einen die Baugröße der Pumpe und zum anderen
die erforderliche Mindestdrehzahl. Dieser Parameter erfährt seine Begrenzung insbesondere
dadurch, daß der Rotor eine seiner Stabilität dienende Nabe besitzen muß, in die
die Führungsschlitze nicht eintauchen können. Zum anderen benötigen die Flügel eine
ausreichende Führungsbreite, mit der die Flügel aus Gründen der guten Dichtung,
aber auch aus Gründen der Festigkeit auch in der ausgefahrenen Stellung der Flügel
(Weitlage) in aie Führungsschlitze eintauchen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe mit kleinem Bauvolumen zu
bauen, die auch bei geringer Mindestdrehzahl ein großes Fördervolumen hat.
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Hierzu wird der Rotor einseitig an seine Antriebswelle angeformt und
durchgehend mit einem einzigen radialen Führungsschlitz versehen. Das bedeutet,
daß der Durchmesser der
Welle breiter ist als der Führungsschlitz
und daß die beiden Rotorhälften durch die Welle zusammengehalten werden. Die Länge
der Flügel entspricht der axialen Länge des Gehäuses.
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Die Breite der Flügel entspricht in der Summe fast der Länge der kürzesten
Gehäusesekante durch den Mittelpunkt des Rotors. Die Position, in der die Flügel
auf dieser Sekante liegen, wird als Englage bezeichnet. Die Breite der beiden Flügel
in ihrer Summe ist über die gesamte Länge der Flügel so, daß die Flügel mit ihren
Unterseiten (Flügelfüßen) nur einen geringen Spalt bilden.
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Weiterhin sind die Unterseiten der Flügel (Flügelfüße) in Längsrichtung
zahnartig verformt, wobei die Zähne des einen Flügels in Flügellängsrichtung den
Lücken des anderen Flügels entsprechen und umgekehrt. Dadurch greifen die Flügelfüße
in der Englage zahnartig ineinander. Dieses zahnartige Ineinandergreifen ist auch
in der Weitlage der Flügel bevorzugt, jedoch nicht unbedingt erforderlich. In jedem
Falle bietet diese Ausformung der Flügel die Gewähr für eine sichere Führung der
Flügel auch in der Weitlage, und zwar selbst bei geringem Rotordurchmesser und großem
Gehäusedurchmesser. Die Größendifferenz der Durchmesser von Gehäuse und Rotor wiederum
ist verantwortlich für eine hohe Förderleistung.
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Die Erfindung löst weiterhin in sehr einfacher Weise die Aufgabe,
die Flügel aus ihrer Englage heraus auseinanderzufahren, auch wenn die hierfür zur
Verfügung stehenden Zentrifugalkräfte sehr klein sein. Hierzu ist vorgesehen, daß
die zwischen den Füßen der Flügel entstehenden Räume (Flügelfußräume) insbesondere
im Drehbereich von 300 vor und hinter der Englage mit Druckölkanälen kämmen. Hierdurch
werden die Flügel durch Drucköl auseinandergefahren.
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Hierzu kann ein Gehäusedeckel oder können beide Gehäusedeckel in dem
gewünschten Drehbereich mit einer auf dem Drehkreis des Flügelfußraumes liegenden
Ölnut versehen sein. Diese Ölnut wird von außen mit Drucköl beschickt.
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In einer anderen Ausführung, die sich insbesondere zum Anflanschen
an Verbrennungskraftmaschinen und zur Schmierung durch den Schmierölkreislauf der
Verbrennungskraftmaschine eignet, werden Welle und Rotor mit einer axialen Bohrung
versehen, deren Durchmesser größer als die Breite des Führungsschlitzes ist. Bei
eingebauten Flügeln entsteht dadurch beidseits der Flügel je ein Druckölkanal, der
im Querschnitt schalenförmig ist. Jeder Druckölkanal wird über die Längsbohrung
der Welle druckölbeschickt. Diese Druckölkanäle kämmen mit den Flügelfußräumen über
die gesamte Länge der Flügel. Sie eignen sich daher besonders, um die Flügelfußräume
über die gesamte Länge der Flügel gleichmäßig mit Drucköl zu beschicken und ein
Verkanten der Flügel zu vermeiden.
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In der folgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele anhand der
Zeichnung geschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 und einen schematischen Querschnitt; Fig. 3 Fig.
2 einen schematischen Axialschnitt durch eine Pumpe mit einem Schnitt der Flügel
nach Fig. 4; Fig. 4 bis Ausführungsbeispiele der Flügel.
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Fig. 6 In dem zylindrischen Gehäuse 1 der Flügelzellenpumpe ist der
zylindrische Rotor 2 exzentrisch zur Mittelachse 25 des Gehäuses in seiner Drehachse
24 drehbar gelagert und angetrieben. Der Rotor ist an eine Welle 3 angeformt. Der
Rotor besitzt über seine gesamte axiale Länge einen radialen
Führungsschlitz
4. In dem Führungsschlitz 4 sind die Flügel 5 und 6 gleitend geführt. Die Flügel
gleiten mit ihren Köpfen 7, 8 an der Innenwand des Gehäuses. Dabei unterteilen die
Flügel 5, 6 die in Umfangsrichtung sichelförmige Pumpenkammer in zwei Zellen, die
sich bei der Umdrehung des Rotors in einem Saugbereich vergrößern und in einem Ausstoßbereich
wieder verkleinern. Im Einlaß 32 und im Auslaß 33 sind bei der gegebenen Drehrichtung
22 Rückschlagventile 34, 35 vorgesehen. In Fig. 1 ist die Weitlage der Flügel 5,
6, in Fig. 3 die Englage der Flügel 5, 6 dargestellt.
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Erfindungsgemäß sind nun die Flügelfüße 14 der Flügel 5 bzw 6 zahnartig
ausgeformt, wie dies in den Figuren 4 bis 6 anhand von alternativen Beispielen dargestellt
ist. Dadurch wird erreicht, daß jeder Flügel auch in der Weitlage mit seiner größeren
Flügelbreite ausreichend in dem Führungsschlitz geführt ist. Die zahnartigen Ausformungen
greifen dabei - wie dargestellt - ineinander, wobei der Flügelfußraum 15, also der
Spalt zwischen den Flügelfüßen 14 auch in der Englage nach Fig. 3 relativ eng bleibt.
Bevorzugt ist, die Flügelfüße derart auszuformen, daß - bezogen auf die Längsmitte
eines jeden Flügels - sich eine symmetrische Ausbildung der Zähne und Zahnlücken
ergibt, wie dies z.B. in Fig. 5 und 6 der Fall ist.
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Bei dieser Ausführung ist es möglich, daß die Flügel füße in der Englage
nach Fig. 3 derart weit über die Rotormitte hinausragen, daß - bei der gegebenen
Drehrichtung - auf den ausfahrenden Flügel 5 keine oder nur noch geringe Zentrifugalkräfte
einwirken. Es wird daher vorgesehen, daß der Flügelfußraum 15 mit Drucköl beaufschlagt
wird. Hierzu besitzt die Welle 3 eine Bohrung 29, die als Innenkanal dient. Der
Durchmesser dieser Bohrung ist größer als die Weite des Führungsschlitzes. Dadurch
ergeben sich beidseits des Führungsschlitzes bzw. beidseits der Flügel kanalartige
Ausnehmungen
31 des Rotors, die im Querschnitt - wie die Figuren 1 und 3 erkennen lassen - schalenförmiges
Aussehen haben. Der Innenkanal 29 wird nun durch Ölzufuhrleitung 30 von dem nicht
dargestellten Motor aus, an den die Pumpe angeflanscht ist, mit unter Druck stehendem
Schmieröl beaufschlagt. Da die Flügelfußräume 15 über die Länge der Flügel rechteckförmig
mäandrieren, kämmt der Flügelfußraum 15 in jeder Drehlage des Rotors mit dem Innenkanal
29 und seinen Ästen 31, die sich Beidseits der Flügel erstrecken. Dadurch wird der
Flügelfußraum mit Drucköl beschickt. Dieses Drucköl treibt die Flügel aus ihrer
Englage auseinander.
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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Gehäuse 2 Rotor 3 Welle 4 Rotorschlitz
5 Flügel 6 Flügel 7 Kopf 8 Kopf 11 Stirnwand 12 Stirnwand 14 Fuß, Flügelfuß 15 Flügelfußraum
22 Drehrichtung 24 Drehachse des Rotors 25 Mittelachse des Gehäues 29 Innenkanal,
Bohrung 30 Ölzufuhrleitung 31 Ausnehmung 32 Einlaß 33 Auslaß 34 Rückschlagventil
35 Rückschlagventil 37 Ring
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