DE3724128A1 - Fluegelzellenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit einem exzentrisch innerhalb einer Ringkammer eines Gehäuses angeordneten Rotor und plattenförmigen Flügeln, die innerhalb von Flügelnuten aus dem Rotor heraustreten und in denselben zurücktreten können, wodurch wiederholte Volumenänderungen des Arbeitsraumes zwischen den Flügeln entsprechend der Drehung des Rotors und der Flügel ausgenutzt werden, um ein Strömungsmittel an einer Seite anzusaugen und auf der anderen Seite abzugeben.

Eine derartige Flügelzellenpumpe findet als Ladepumpe für eine Kraftmaschine, als Verdichter für eine Gefriereinrichtung und für viele andere Zwecke Anwendung.

Eine bekannte Flügelzellenpumpe ist in Fig. 38 dargestellt. In einem Gehäuse 101 ist innerhalb einer Ringkammer des Gehäuses 101 ein Rotor 102 auf einer Rotorwelle 103 exzentrisch angeordnet. Plattenförmige Flügel 105 a, 105 b und 105 c sitzen radial zurückziehbar in Flügelnuten 104 a, 104 b und 104 c, die in Umfangsrichtung im gleichmäßigen Abstand voneinander angeordnet sind und so die äußere Umfangsfläche des Rotors 102 in drei Abschnitte teilen. Wenn der Rotor 102 in der durch den Pfeil X angegebenen Richtung durch die Rotorwelle 103 gedreht wird, werden die Flügel 105 a, 105 b und 105 c durch die Zentrifugalkraft in radialer Richtung nach außen bewegt. Die Endkanten der Flügel bewegen sich gleitend an der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 101 vorbei. Da der Rotor 102 gegenüber dem Gehäuse 101 exzentrisch angeordnet ist, werden die Volumina der Arbeitsräume 106 a, 106 b und 106 c, die durch das Gehäuse 101, den Rotor 102 und die Flügel 105 a, 105 b und 105 c definiert sind, wiederholt vergrößert und verkleinert, so daß ein Strömungsmittel an der Eintrittsöffnung 107 aufgenommen und an der Austrittsöffnung 108 ausgegeben werden kann.

Die beschriebene Flügelzellenpumpe weist jedoch das Problem auf, daß infolge der gleitenden Bewegung der Flügel längs der inneren Umfangsfläche des Gehäuses bei hoher Drehzahl der Volumenwirkungsgrad aufgrund des großen Leistungsverlustes infolge des Gleitwiderstandes und durch die Erzeugung einer hohen Reibungswärme herabgesetzt wird; die Flügel erleiden einen merklichen Verschleiß; infolge der Reibungswärme dehnen sich die Flügel aus und führen zu einem Fressen gegenüber den Innenflächen beider Stirnwände des Gehäuses.

Aufgabe der Erfindung ist eine Erhöhung des Pumpenwirkungsgrades und eine Vergrößerung der Lebensdauer.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß an gegenüberliegenden Stirnflächen jedes Flügels Vorsprünge wie Stifte vorgesehen sind, daß koaxial zur Innenfläche des Gehäuses Ringführungen angeordnet sind, in die die Vorsprünge gleitend eingreifen, um das Vorstehen der Flügel aus den Flügelnuten festzulegen.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik, als das Hervortreten jedes Flügels aus der Flügelnut nicht durch den Eingriff mit der inneren Umfangsfläche des Gehäuses, sondern derart festgelegt wird, daß sich infolge des Eingriffs die Endkante des Flügels auf einer bestimmten Bahnkurve bewegt. Bei der Drehung des Flügels ist derselbe mit der Innenfläche des Gehäuses nicht in Berührung. Infolgedessen verhindert die Erfindung die Verschlechterung des Pumpenwirkungsgrades, weil kein Gleitwiderstand und keine Abnutzung des Flügels vorhanden ist. Auch Probleme infolge einer unzulässigen Reibungswärme sind nicht vorhanden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben sowie anhand der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele erläutert.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert, in denen darstellen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht einer Flügelzellenpumpe nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Flügelzellenpumpe,

Fig. 3 eine Stirnansicht des Rotors,

Fig. 4, 5, 6 und 7 perspektivische Ansichten von Flügeln,

Fig. 8 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht eines Flügels,

Fig. 9, 10, 11, 12, 13 und 14 perspektivische Ansichten zur Erläuterung des Innenaufbaus eines Flügels,

Fig. 15 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht eines weiteren Flügels,

Fig. 16 eine perspektivische Ansicht eines abgewandelten Flügels dieser Art,

Fig. 17 eine perspektivische Ansicht wesentlicher Teile einer Flügelzellenpumpe der Type 3,

Fig. 18 eine Seitenansicht des Flügels dieser Pumpe,

Fig. 19 eine perspektivische Explosionsansicht einer Flügelzellenpumpe dieser Art,

Fig. 20 eine Seitenansicht eines zugehörigen Rotors,

Fig. 21 eine Darstellung zur Erläuterung des Betriebszustandes der Flügelzellenpumpe nach den Fig. 1 bis 3,

Fig. 22 eine perspektivische Explosionsansicht einer Flügelzellenpumpe nach Type 4,

Fig. 23 eine Seitenansicht eines Rotors dieser Pumpe,

Fig. 24 eine Skizze zum Vergleich des Einbauzustandes des Flügels dieser Pumpe gegenüber Fig. 21,

Fig. 25 einen Schnitt durch einen Flügel der Type 5,

Fig. 26 einen Schnitt durch einen Flügel nach Type 6,

Fig. 27 eine Seitenansicht eines Rotors dieser Pumpe,

Fig. 28 (I) und 28 (II) jeweils perspektivische Ansichten von Spannringen,

Fig. 29 einen Schnitt einer derartiger Flügelzellenpumpe,

Fig. 30 einen Schnitt einer Flügelzellenpumpe der Type 4,

Fig. 31, 32, 33 jeweils perspektivische Ansichten von Spannringen,

Fig. 34 eine perspektivische Extrusionszeichnung einer Flügelzellenpumpe nach Type 8,

Fig. 35 einen Schnitt des Zusammenbauzustandes dieser Pumpe,

Fig. 36 eine Stirnansicht eines Rotors dieser Pumpe,

Fig. 37 eine Stirnansicht eines Rotors einer abgewandelten Pumpe dieser Type und

Fig. 38 einen Schnitt für eine bekannte Flügelzellenpumpe.

Eine Ausführungsform einer Flügelzellenpumpe nach der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 erläutert.

Ein Gehäuse 1 und ein Gehäusedeckel 2 bestehen jeweils aus einem Nichteisenmetall wie Aluminium, das ein geringes spezifisches Gewicht und einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, und sind durch Spannbolzen 3 fest miteinander verbunden. Ein Rotor 4 aus Eisen oder Stahl ist exzentrisch innerhalb der Ringkammer 5 des Gehäuses angeordnet und reicht durch die Stirnwände beider Gehäuseteile hindurch. Der Rotor 4 ist einerseits in einem Kugellager 7 a, das durch einen Spannring 6 verschiebungssicher auf einer axialen Schulter des Stirngehäuses 1 angeordnet ist, und einem Kugellager 7 b gelagert, das durch einen Lagerdeckel 8 verschiebungssicher auf einer axialen Schulter des Gehäusedeckels 2 gehalten ist. Der Rotor 4 ist auf einer Drehwelle 10 drehbar, in die über eine Riemenscheibe 9 eine Antriebskraft eingeleitet wird.

Plattenförmige Flügel 11 a, 11 b und 11 c bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff mit sehr guten Gleiteigenschaften und können innerhalb von Flügelnuten 12 a, 12 b und 12 c in radialer Richtung herausbewegt und zurückgezogen werden. Diese Flügelnuten sind in Form von Eintiefungen in gleichen Abständen voneinander angebracht, so daß sie die äußere Umfangsfläche des Rotors 4 in drei Abschnitte teilen. An gegenüberliegenden Enden jedes Flügels 11 a, 11 b und 11 c in Übereinstimmung mit den axial gegenüberliegenden Stirnflächen des Rotors befinden sich Stifte 13 aus Stahl, über die jeweils eine Lagerbuchse 14 aus Kunstharz mit hoher Gleitfähigkeit und hoher Abriebfestigkeit geschoben ist. In Ringausnehmungen 15 a und 15 b in den Innenflächen 1′ und 2′ der Stirnwandungen des Gehäuses 1 und des Gehäusedeckels 2 sind einander gegenüberstehend koaxial zu der Ringkammer 5 des Gehäuses und koaxial zu der inneren Umfangsfläche 1′ und 2′ des Gehäuses 1 Aufnahmeringe 16 a und 16 b aus Nichteisenmetall wie Aluminium mit je einer Kreisführung 17 drehbar auf Kugellager 18 a und 18 b aufgesetzt. Die Stifte 13 stehen an den jeweiligen Flügeln 11 a, 11 b und 11 c vor und greifen in die Kreisführungen 17 der Aufnahmeringe 16 a und 16 b mit Hilfe der jeweiligen Lagerbuchse 14 ein. Dieser Eingriff legt die radiale Bewegung der Flügel 11 a, 11 b und 11 c während der Drehung fest, so daß dieselben immer in einer Lage bleiben, bei der ein schmaler Spalt zwischen den Endkanten 11 a′, 11 b′ und 11 c′ gemäß Fig. 3 und der inneren Umfangsfläche 1″ des Gehäuses 1 vorhanden ist. Eine Eintrittsöffnung 19 zur Einleitung eines Strömungsmittels aus dem Außenraum der Pumpe in die Ringkammer 5 des Gehäuses und eine Austrittsöffnung 20 zur Führung des Strömungsmittels in den Außenraum der Pumpe sind in dem Gehäusedeckel 2 ausgebildet. Stutzen 21 und 22 sind jeweils an die Eintrittsöffnung 19 und die Austrittsöffnung 20 angesetzt. Spannbolzen 22 dienen zur Befestigung der Lagerabdeckung 8 an dem Gehäusedeckel 2. Eine Mutter 23 ist mit dem Außengewinde 10′ am Ende der Drehwelle 10 in Eingriff, um die Riemenscheibe 9 an der Drehwelle 10 zu befestigen.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Flügelzellenpumpe soll nunmehr erläutert werden. Wenn die Drehwelle 10 und der Rotor 4 durch die über die Riemenscheibe 9 eingeleitete Antriebsleistung gedreht werden, drehen sich auch die Flügel 11 a, 11 b und 11 c mit. Dabei bewegen sich die Stifte 13 der Flügel 11 a, 11 b und 11 c und die Lagerbuchsen 14, die über die Stifte 13 geschoben sind, innerhalb der Kreisführungen 17. Da nach Fig. 3 die innere Umfangsfläche 1″ des Gehäuses und die Kreisführung 17 koaxial zueinander ausgerichtet sind und die Kreisführung 17 sowie der Rotor 4 eine exzentrische Lage zueinander haben, werden die Flügel 11 a, 11 b und 11 c in radialer Richtung innerhalb der Flügelnuten 12 a, 12 b und 12 c des Rotors wiederholt nach außen und nach innen verschoben, so daß die Volumina der Arbeitskammern 5 a, 5 b und 5 c, die durch beide Gehäuseteile 1, 2, den Rotor 4 und die Flügel 11 a, 11 b und 11 c begrenzt sind, wiederholt zunehmen und abnehmen. Nach Fig. 3 vergrößert sich bei der Drehung das Volumen der Arbeitskammer 5 a, so daß Strömungsmittel durch die Eintrittsöffnung 19, vergleiche Fig. 1, angesaugt wird. Die Arbeitskammer 5 c verringert ihr Volumen, so daß Strömungsmittel durch die Austrittsöffnung 20, vergleiche Fig. 1, abgegeben wird. Die Arbeitskammer 5 b überträgt das angesaugte Strömungsmittel zu der Austrittsöffnung 20. Bei der beschriebenen Arbeitsweise befinden sich die Endkanten 11 a′, 11 b′ und 11 c′ der Flügel 11 a, 11 b und 11 c nicht in Eingriff mit der inneren Umfangsfläche 1″ des Gehäuses 1, so daß Abrieb und Erhitzung nicht in nennenswertem Umfang auftreten können. Zusätzlich dreht sich jeweils die auf den Stift 13 aufgeschobene Lagerbuchse 14, wenn sie durch die Zentrifugalkraft gegen die Außenfläche der Kreisführung 17 eines Aufnahmerings 16 a und 16 b gedrückt wird, so daß die Aufnahmeringe 16 a und 16 b den jeweiligen Lagerbuchsen 14 bei der Drehung folgen, da die Aufnahmeringe sich auf den Kugellagern 18 a und 18 b drehen können. Die gegenseitige Gleitgeschwindigkeit zwischen den Lagerbuchsen 14 und den Kreisführungen 17 ist klein, so daß die Abnutzung der Kreisführungen 17, der Aufnahmeringe 16 a und 16 b, der Lagerbuchsen 14 und der anderen damit zusammenwirkenden Teile minimal ist.

Die grundsätzliche Wirkungsweise der Erfindung ist aus der vorstehenden Beschreibung völlig verständlich. Die Pumpe dieser ersten Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 stellt in einem gewissen Sinne den Kern der noch zu beschreibenden Abwandlungen dar.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, wobei die Ausbildung der Vorsprünge der Flügel abgewandelt ist. Nach Fig. 4 sind die zylindrischen Stifte 13 aus einem Eisenmetall oder einem Nichteisenmetall an Stellen seitlich von Teilen angeordnet, die die Innendurchmesserkante im Einbauzustand in den Rotor 4 bilden und zwar in gegenüberliegenden Stirnflächen 11″ des plattenförmigen Flügels 11 aus Kohlenstoff. Die Endkante 11′ bildet das Außendurchmesserende im Einbauzustand in den Rotor 4. Nach einer Abwandlung gemäß Fig. 5 reicht ein langgestreckter Stift 13 durch den Flügel 11 und ist in demselben befestigt, wobei gegenüberliegende Enden des Stiftes 13 herausragen. Nach Fig. 6 sind die Stifte 13 in den Flügel eingebettet und an dem plattenförmigen Verstärkungselement 24 aus Eisenmetall oder Nichteisenmetall wie Aluminium befestigt. Nach Fig. 7 sind die Stifte 13 in rohrförmigen Körpern 25 angebracht, die an entgegengesetzten Enden eines Verstärkungselementes 24 sitzen.

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindungen werden im folgenden ausgehend von der ersten Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3 erläutert.

Type 1

Eine Flügelzellenpumpe der Type 1 ist durch einen Flügel gekennzeichnet, wonach ein Flügelkörper mit einem schmiermittelfreien Gleitmittel beschichtet ist. Dabei findet eine Metallplatte mit einer erforderlichen Anzahl von gelochten Teilen als Kern Verwendung. Die Vorsprünge sind dauerhaft befestigt oder in die Metallplatte eingeformt.

Bei der Flügelzellenpumpe nach dieser ersten Ausführungsform wirkt eine große nach auswärts gerichtete Kraft infolge der Zentrifugalkraft auf den Stift, der ein Vorsprung ist, um das Heraustreten des Flügels und des festen Teils zwischen dem Stift und dem Flügel festzulegen. Infolgedessen muß die Festigkeit dieses Teils und die Gewichtsverringerung des Flügels in Betracht gezogen werden.

Aus diesem Grund ist es eine Aufgabe der genannten Type 1, die Festigkeit zwischen dem Flügel und dem Vorsprung zu erhöhen und das Gewicht des Flügels herabzusetzen.

Bei dem Flügel der Pumpe nach dieser Type 1 ist der Vorsprung integral mit der Metallplatte als Verstärkungskern verbunden. Die Basis des Vorsprungs innerhalb der Metallplatte ist mit einem schmiermittelfreien Gleitmittel beschichtet, so daß die Festigkeit groß ist. Da außerdem die Metallplatte gelocht ist, ergibt sich so eine beträchtliche Gewichtsverringerung. Die schmiermittelfreien Gleitwerkstoffe auf beiden Seiten der Metallplatte sind miteinander durch die gelochten Bereiche verschweißt, so daß infolgedessen die Festigkeit des Flügelkörpers erhöht wird.

Ein Beispiel eines Flügels dieser Type 1 wird nunmehr erläutert. In Fig. 8 ist ein plattenförmiger Flügel 11 mit einem schmiermittelfreien gleitfähigen Stoff 26 mit guten selbstschmierenden Eigenschaften wie einem Kunstharz, gepreßtem Kohlenstoff oder dergleichen beschichtet. Dabei wird als Kern eine Metallplatte 27 aus Stahl oder einem Nichteisenmetall wie Aluminium benutzt, die mehrere kreisförmige Lochungen 28 aufweist. Die Stifte 13 ragen aus gegenüberliegenden Enden des Flügels 11 heraus. Ein Fuß 13 a eines Stiftes 13 ist in eine Längsseite 27 a der Metallplatte 27 eingestemmt und durch Punktschweißung an geeigneten Stellen 29 des eingestemmten Abschnitts integral mit der Metallplatte 27 verbunden.

Abwandlungen der Verbindung zwischen dem Stift 13 und der Metallplatte 27 umfassen eine Anordnung nach Fig. 9, wonach ein nicht dargestellter Fuß eines Stiftes 13 in eine Nut 30 in der Nachbarschaft einer Längsseite 27 a der Metallplatte 27 eingebettet ist. Der Fuß und die Nut 30 sind durch Punktschweißung an geeigneten Stellen 29 miteinander verbunden. Bei der Anordnung nach Fig. 10 ist ein Fuß 13 a eines Stiftes 13 in einen rinnenförmigen Teil 31 eingebettet, der integral an einer Längsseite 27 a der Metallplatte 27 angeformt ist. Der Fuß 13 a und der rinnenförmige Teil 31 sind durch Punktschweißung an geeigneten Stellen 29 miteinander verbunden. Bei der Anordnung nach Fig. 11 ist ein gelochter Abschnitt 28 einer Metallplatte 27 rechteckförmig ausgebildet. Eine Längsseite 27 a der Metallplatte 27 und ein Fuß 13 a des Stiftes 13 sind durch Punktschweißung 29 an einer Kante 28 a des gelochten Abschnitts 28 miteinander verbunden. Bei der Anordnung nach Fig. 12 ist parallel zu einer Längsseite 27 a an beiden Enden 27 b der Metallplatte 27 ein Aufnahmeloch 32 für den Stift 13 ausgebildet. Der Stift 13 ist in dieses Loch eingepreßt.

Außerdem können der Stift 13 und die Metallplatte 27 integral miteinander verbunden sein, z. B. durch Gießen oder Schmieden gemäß Fig. 13 und 14. Der gelochte Abschnitt 28 kann unterschiedliche Form aufweisen, z. B. Kreisform nach Fig. 8 bis 10 und 12, Rechteckform nach Fig. 11, Abschnitte nach Fig. 13 oder eine Dreieckform nach Fig. 14. Andere Formen wie längliche Formen, eine Form mit einer Vielzahl von Poren sind auch möglich.

Die Stützkraft gegen das Heraustreten des Flügels während der Drehung wird durch die Vorsprünge an gegenüberliegenden Enden des Flügels verstärkt. Dadurch wird eine Drehung mit hoher Drehzahl möglich, um die Fördermenge des Strömungsmittels zu erhöhen. Dementsprechend kann die Pumpe kleiner und im Gewicht leichter gebaut werden. Außerdem hat die Metallplatte, die als Kern des Flügels dient, die Lochungen, um dadurch die Gewichtserhöhung des Flügels zu unterdrücken und auch der Wirkung der Zentrifugalkraft auf den Flügel entgegenzuwirken. Der schmiermittelfreie, gleitfähige Stoff, der auf beide Seiten der Metallplatte geschichtet ist, wird durch die Lochungen hindurch verschweißt, so daß dadurch die Festigkeit des Flügels selbst erhöht wird. Dieses bringt eine wichtige praktische Verbesserung.

Type 2

Eine Flügelzellenpumpe dieser Type 2 hat einen Flügel mit einem Hohlraum, der als Ausschnitt im Fuß des Flügels ausgebildet ist. Aufnahmelöcher sind koaxial zueinander in Buchsen ausgebildet, die auf gegenüberliegenden Seiten des Hohlraums in einer Längsrichtung ausgerichtet sind. Ansätze eines einzigen Stiftes sind in die Aufnahmelöcher eingesetzt. Ein Ziel, das mit dieser Type 2 erstrebt wird, besteht ähnlich wie bei der Type 1 in der Verstärkung der Ansätze und des festen Teils zwischen den Ansätzen und dem Flügel.

Bei der Flügelzellenpumpe der Type 2 sind die Ansätze an gegenüberliegenden Enden des Flügels als gemeinsamer Stift ausgebildet. Infolgedessen konzentriert sich keine lokale Spannung auf den festen Abschnitt gegenüber den Flügel, nämlich den eingebetteten Abschnitt in das Aufnahmeloch. Die Stützkraft gegen das Heraustreten der Flügel ist erhöht. Da außerdem die Aufnahmelöcher, durch die der Stift reicht, durch den Hohlraum unterteilt sind, können die Löcher mit hoher Genauigkeit gebohrt werden im Gegensatz zu dem Fall, bei dem ein gemeinsames Aufnahmeloch durch den gesamten Flügel von einer Stirnfläche zur anderen reicht. Durch den Hohlraum wird auch das Gewicht des Flügels herabgesetzt.

Ein Beispiel eines Flügels dieser Type 2 wird im folgenden beschrieben. Zunächst ist nach Fig. 15 ein Flügel 11 aus schmiermittelfreiem gleitfähigen Stoff wie einem Kunstharz oder gepreßtem Kohlenstoff mit sehr guten selbstschmierenden Eigenschaften ausgebildet. Im Mittelteil des Fußes 11‴ ist ein Ausschnitt 33 angebracht, der einen Hohlraum 34 bildet. In Buchsen 35 an gegenüberliegenden Seiten in einer Längsachse des Ausschnitts 33 sind Aufnahmelöcher 36 koaxial zueinander gebohrt. Ein durchgehender stabförmiger Stift 13 ist in die Aufnahmelöcher 36 eingesetzt und darin festgelegt. Gegenüberliegende Enden des Stiftes ragen aus den Buchsen 35 heraus und bilden Vorsprünge, die in Umfangsrichtung gleitend in eine Kreisführung 17 nach den Fig. 1 und 2 in den Seitenwänden des Pumpengehäuses eingreifen und das Vorstehen des Flügels 11 bei der Drehung festlegen.

Nach Fig. 16 ist dann ein Fensterausschnitt 37 in der Nähe des Fußes 11‴ an Stelle des Ausschnitts 33 der Fig. 15 vorgesehen, um so einen Hohlraum 34 zu bilden. Der sonstige Aufbau der Fig. 16 ist dem in Fig. 15 gezeigten Aufbau ähnlich.

Bei der Konstruktion nach den Fig. 15 und 16 kann zwischen dem Flügel 11, der durch die Zentrifugalkraft bei der Drehung nach außen gedrängt wird und dem Stift 13 zur Festlegung des Flügels kaum eine lokale Spannungskonzentration auftreten. Da jedes Aufnahmeloch 36 kurz ist, ist die Bearbeitung desselben einfach und mit hoher Genauigkeit möglich. Das Gewicht des Flügels 11 wird durch den Hohlraum 34 herabgesetzt.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Hohlraum 34 anschließend mit einem Kunstharz gefüllt werden kann, damit die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Flügel 11 und dem Stift 13 weiter erhöht wird.

Die Verbindungsfestigkeit zwischen den Vorsprüngen bzw. Stiften an gegenüberliegenden Enden des Flügels und dem Flügel ist hoch, um die Haltekraft gegen das Heraustreten des Flügels bei der Drehung zu erhöhen. Infolgedessen ist eine hohe Drehzahl und damit eine Erhöhung der Förderleistung für das Strömungsmittel möglich. Deshalb kann die Pumpe kleinräumig und mit verringertem Gewicht gebaut werden. Außerdem werden die Aufnahmelöcher, durch die die Stifte reichen, durch den Hohlraum unterteilt und verkürzt. Das Ausbohren der Aufnahmelöcher kann in einfacher Weise und mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Dies ist von großer praktischer Bedeutung.

Type 3

Eine Flügelzellenpumpe dieser Type 3 hat einen Flügel, bei dem die genannten Vorsprünge einstückig mit dem Flügel ausgebildet sind. Eine Zielsetzung dieser Type 3 ist die Erhöhung der Festigkeit zwischen dem Flügel und den Vorsprüngen und die Gewichtsverringerung des Flügels.

Dementsprechend sind keine lokalen Restspannungskonzentrationen zwischen dem Flügelkörper und den Vorsprüngen vorhanden, wie dies in dem Fall möglich ist, daß der Flügelkörper und die Vorsprünge aus gesonderten Bauteilen bestehen. Das Gewicht des Flügels ist gering gegenüber der Verwendung von Vorsprüngen aus Metallstäben, die in den Flügelkörper eingebettet sind.

Ein Beispiel einer solchen Flügelzellenpumpe ist in Fig. 17 dargestellt. Danach können Flügel 11 innerhalb von Flügelnuten 12 in radialer Richtung vorgeschoben und zurückgezogen werden. Die Flügelnuten sind in gleichen Winkelabständen in Umfangsrichtung des Rotors 4 verteilt, der exzentrisch innerhalb eines nicht dargestellten Gehäuses angeordnet ist. Die Flügel bestehen aus einem Stahlblech, spezifisch leichtem Nichteisenmetall wie Aluminium, Kunstharz oder einem ähnlichen Stoff. Prismatische Vorsprünge 38 sind integral an gegenüberliegenden Enden in Längsrichtung des plattenförmigen Flügelkörpers angeformt. Gleitelemente 39 jeweils mit etwa zylindrischer Außenfläche sind mit U-förmigen Ausschnitten 40 auf die Vorsprünge 38 aufgepaßt. Die Gleitelemente bestehen aus Kunstharz mit selbstschmierenden Eigenschaften und hoher Abriebfestigkeit. Ein Aufnahmering 16 ist drehbar auf einem nicht dargestellten Kugellager jeweils an einer nicht dargestellten Stirnfläche des Gehäuses gegenüber der Stirnfläche des Rotors koaxial zu der Gehäuseachse angeordnet. Der Aufnahmering 16 ist somit um die Größe A exzentrisch zu der Achse des Rotors 4. Die Gleitelemente 39 sind auf die Vorsprünge 38 der Flügel 11 aufgepaßt und greifen in Umfangsrichtung gleitend in die Kreisführungen 17 in gegenüberliegenden Aufnahmeringen 16 ein, damit das Herausstehen der Flügel 11 aus den Flügelnuten 12, das durch die Zentrifugalkraft bei der Drehung bewirkt wird, festgelegt wird. Die Flügel 11 werden in radialer Richtung vorgeschoben und zurückgezogen. Bei der Drehung findet keine Berührung mit der Innenfläche des Gehäuses statt.

Da bei der beschriebenen Anordnung der Körper des Flügels 11 integral bzw. einstückig mit den Vorsprüngen 38 geformt ist, kann unter der Belastung bei der Drehung kaum eine lokale Spannungskonzentration auftreten. Das Gewicht des Flügels ist klein. Infolgedessen können die Vorsprünge 38 den Flügelkörper auch bei hoher Drehzahl in ausreichender Sicherheit abstützen. Da sich die Flügel drehen, gleiten die Gleitelemente 39 gleichmäßig über die Umfangsfläche 17′, vergleiche Fig. 18, an der Außenseite der Kreisführung 17. Die Größe dieser Gleitbewegung ist jedoch gering, da sich die Kreisführung des Aufnahmerings 16 infolge dieses Gleitkontakts synchron mitdreht.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 19 sind die Vorsprünge 38 an gegenüberliegenden Enden in Längsrichtung des Flügelkörpers mit zylindrischem Querschnitt ausgebildet. Die Gleitelemente 39 haben eine verlängerte Form mit bogenförmigen Endflächen 39 a. Da sich der Winkel zwischen dem Flügel 11 und der Kreisführung 17 während der Drehung fortlaufend innerhalb eines bestimmten Bereichs ändert, wie dies in Fig. 20 dargestellt ist, bewegen sich die Gleitelemente 39 mit Kreislöchern 31 gleitend auf den Vorsprüngen 38, so daß dadurch die hin- und hergehenden Verschiebungen gegenüber dem Flügel 11 möglich sind. Die gekrümmten Flächen 39 a der Gleitelemente 39 kommen mit der Umfangswandung 17′ der Kreisführung 17 unter der Wirkung der Zentrifugalkraft bei der Drehung in Eingriff. Diese Eingriffsfläche ist so groß, daß die Kreisführung 17 des Aufnahmerings 16 beim Anlauf der Pumpe gleichmäßig in Drehung versetzt werden kann. Da hierdurch auch die spezifische Druckkraft innerhalb der Kontaktfläche herabgesetzt wird, wird die Abnutzung verringert.

Der Flügel und die Vorsprünge zur Festlegung der durch die Zentrifugalkraft bedingten Lage des Flügels dienen zur Erhöhung der Stützkraft der Vorsprünge gegenüber dem Flügel und der Gewichtsverringerung des Flügels. Dadurch kann die Pumpe mit hoher Drehzahl laufen. Man erreicht eine wirkungsvolle Verkleinerung der Pumpe und eine Gewichtsreduzierung.

Type 4

Eine Flügelzellenpumpe dieser Type 4 zeichnet sich durch eine einseitige Versetzung der Vorsprünge gegen die innere Umfangsfläche des Gehäuses gegenüber der zentralen Anordnung der Vorsprünge aus, damit man eine Kreisführung mit größerem Durchmesser erhält.

Bei der Flügelzellenpumpe nach den Fig. 1 und 3 erfolgt die Abstützung des Flügels durch den Eingriff zwischen den Vorsprüngen 13 und der Kreisführung 17 jeweils am Innendurchmesser. Infolgedessen wird eine axiale Schwingung auf den Flügel 11 durch fortgesetzte Druckänderung am Umfang des Flügels 11 übertragen, wodurch die Einhaltung einer radialen Parallelbewegung gestört wird. Wenn sich der Flügel 11 verschwenkt, kommt er in Berührung mit dem Gehäuse 1, so daß eine starke Geräuschbildung und ein Fressen an den Öffnungen innerhalb der Eintrittsöffnung 19 auftritt. Zusätzlich bringt diese Berührung zwischen dem Flügel 11 und dem Gehäuse 1 weitere Unzuträglichkeiten wie einen Temperaturanstieg, eine Herabsetzung des Volumenwirkungsgrades, eine fortschreitende Abnutzung und dergleichen.

Zur Behebung dieser Probleme soll die Flügelzellenpumpe der Type 4 Schwingungen des Flügels während der Drehung unterdrücken und dadurch eine Geräuschbildung vermeiden. Hierdurch soll die Pumpenleistung erhöht werden.

Zur Überwindung dieser Probleme hat die Flügelzellenpumpe dieser Type einen Rotor, der exzentrisch innerhalb eines Ringraumes des Gehäuses gelagert ist und Flügel, die innerhalb von Flügelnuten aus dem Rotor heraustreten und in denselben zurücktreten können, wobei Vorsprünge an gegenüberliegenden Stirnenden jedes Flügels in Gleiteingriff mit Kreisführungen gebracht werden, die koaxial und drehbar innerhalb der Innenfläche des Gehäuses angeordnet sind. Die Vorsprünge sind mehr gegen die innere Umfangsfläche versetzt, als daß sie an der zentralen Längskante angeordnet sind, damit die Kreisführung einen größeren Durchmesser hat. Da die Abstützung der Flügel gegen das Heraustreten mehr auf der Seite des Außendurchmessers erfolgt, können axiale Schwingungen im Außendurchmesser der Flügel um die Vorsprünge unterdrückt werden, um eine Berührung mit dem Gehäuse zu verhindern.

Ein Ausführungsbeispiel einer Flügelzellenpumpe dieser Type 4 wird unter Bezugnahme auf die Fig. 22 bis 24 erläutert. Vorsprünge 38 sind an gegenüberliegenden Stirnenden 1″ eines jeden Flügels 11 in Axialrichtung der Pumpe angeordnet. Die Vorsprünge sind einseitig gegen die innere Umfangsfläche des Gehäuses 1 von der zentralen Längsrichtung zwischen den Endflächen 11″ versetzt, mit anderen Worten sind die Vorsprünge in Richtung des Außendurchmessers versetzt. Aufnahmeringe 16 sind auf Kugellagern 18 an beiden inneren Stirnflächen der Gehäuseteile 1 und 2 koaxial zu diesen Gehäuseinnenflächen drehbar gelagert. Die Aufnahmeringe sind also um die Größe A exzentrisch gegenüber dem Rotor 4 versetzt. Eine Kreisführung 17 ist für einen Gleiteingriff mit einem Vorsprung 18 dieses Flügels eingerichtet und in die Stirnfläche eines Flansches 16′ jedes Aufnahmerings 16 eingeschnitten. Die Kreisführung 17 hat einen großen Durchmesser entsprechend der nach außen gerückten Stellung der Vorsprünge 38.

Nach dieser Anordnung wird eine axiale Schwingung des Teils an der äußeren Seite des Flügels gegenüber dem Vorsprung 38 unterdrückt, nämlich desjenigen Teil oberhalb der strichpunktierten Linie in Fig. 24. Die in Axialrichtung gegenüberliegenden Stirnflächen 11″ des Flügels werden durch die Flansche 16′ der Aufnahmeringe 16 geführt, so daß keine Berührung mit den Gehäuseteilen 1 und 2 eintritt.

Bei dieser Ausführungsform der Flügelzellenpumpe sind die in die Kreisführungen eingreifenden Vorsprünge einseitig in Richtung des Außendurchmessers gegenüber dem zentralen Längsteil innerhalb der gegenüberliegenden Stirnflächen des Flügels in radialer Richtung der Pumpe versetzt, um dadurch die axiale Schwingung des Flügels während des Pumpenbetriebs und einen Kontakt mit den Gehäuseteilen auszuschließen. Das Auftreten unzulässiger Geräuschbildung, ungewöhnlicher Abnutzung und die Verschlechterung des Volumenwirkungsgrades aufgrund des Kontaktes mit den Gehäuseteilen wird dadurch behoben. Somit ergibt sich eine sehr gute Pumpenwirkung zum Gebrauch als Auflader, als Kompressor oder in anderer Weise in der Kraftfahrzeugtechnik.

Type 5

Eine Flügelzellenpumpe der Type 5 zeichnet sich durch einen Aufnahmering koaxial zur Ringkammer des Gehäuses aus, der durch ein Lager in die Stirnwand des Gehäuses eingepaßt ist. Die Aufnahmeringe sind in Eingriff mit den genannten Flügeln und legen das Heraustreten der Flügel aus den Flügelnuten fest. Jeweils ein Abstützring ist zur Unterdrückung von Schwingungen des Aufnahmerings zwischen dem Aufnahmering und der Stirnwand des Gehäuses eingelegt.

Da bei der Flügelzellenpumpe der Type 5 der Abstützring zwischen dem Aufnahmering und der Stirnwand des Gehäuses eingelegt ist, um Schwingungen, die durch Schwingungen des Lagers in axialer Richtung verursacht sind, zu unterdrücken, kann sich der Aufnahmering gleichmäßig drehen, und die Flügel können gleichmäßig vorgeschoben und zurückgezogen werden.

Ein Beispiel einer Flügelzellenpumpe der Type 5 wird unter Bezugnahme auf Fig. 25 beschrieben. Zwischen den Bauteilen, nämlich dem Rotor 4, den Aufnahmeringen 16 a, 16 b und den Flügeln 11 a, 11 b und 11 c sind die Spalte möglichst klein gehalten, um die Pumpenleistung und den Pumpenwirkungsgrad zu erhöhen. Außerdem werden die Flügel 11 a, 11 b und 11 c auf den Aufnahmeringen 16 a und 16 b durch Eingriff zwischen den Stiften 13 und den Kreisführungen 17 abgestützt. Die Aufnahmeringe 16 a und 16 b sind ihrerseits fest abgestützt, damit sie keine Schwingungen ausführen können und damit die Flügel 11 a, 11 b und 11 c gleichmäßig vorgeschoben und zurückgezogen werden. In der Praxis führen jedoch die Aufnahmeringe 16 a und 16 b in axialer Richtung Schwingungen aus, da die Kugellager 18 a und 18 b in axialer Richtung schwingen und da die Druckverteilung innerhalb der Ringkammer 5 diese Schwingungen bewirkt. Dieses führt zu einer Berührung zwischen den Stirnwänden der Gehäuseteile 1 und 2 infolge der Abweichung oder Neigung der Flügel 11 a, 11 b und 11 c. In der vorgeschlagenen Pumpe sind zwischen den Aufnahmeringen 16 a und 16 b sowie den Gehäuseteilen 1 und 2 jeweils Abstützringe 42 a und 42 b angeordnet, um Schwingungen der Aufnahmeringe 16 a und 16 b auszuschließen. Die Abstützringe 42 a und 42 b bestehen aus Kohlenstoff oder einem schmiermittelfreien, gleitfähigen Stoff wie einem Kunstharz und sind in Ringnuten 43 a und 43 b innerhalb der jeweiligen Ringausnehmungen 15 a und 15 b der Stirnwände der Gehäuseteile 1 und 2 angeordnet. Die Stirnenden der Gehäuseteile befinden sich jeweils in Anlage an den Rückseiten der Aufnahmeringe 16 a und 16 b. Die Abstützringe erhalten durch Einsatz einer Anzahl von Schraubendruckfedern 44 eine erhöhte Abstützkraft, wenn dies zur Verhinderung von Schwingungen der Aufnahmeringe 16 a und 16 b erforderlich ist, damit die Aufnahmeringe 16 a und 16 b keine Berührung mit den Stirnwänden der Gehäuseteile haben, um dadurch indirekt eine gleichmäßige Verschiebung der Flügel 11 a, 11 b und 11 c sicherzustellen.

Die Abstützringe sind auf der Rückseite der Aufnahmeringe vorgesehen, um Schwingungen der Aufnahmeringe zu unterdrücken und dadurch die Drehung der Aufnahmeringe zu stabilisieren. Infolgedessen erreicht man ein gleichmäßiges Vorschieben und Zurückziehen der Flügel, so daß nachteilige Einflüsse auf dieselben ausgeschaltet sind.

Type 6

Eine Flügelzellenpumpe dieser Type 6 zeichnet sich dadurch aus, daß Lagerringe koaxial zur inneren Umfangsfläche des Gehäuses innerhalb der beiden Stirnwände des Gehäuses drehbar angeordnet sind und daß Vorsprünge an beiden Stirnenden der Flügel gegenüber den genannten Endwandungen und die inneren Umfangsflächen der Lagerringe miteinander in Eingriff sind, so daß dadurch das Heraustreten der Flügel während der Drehung festgelegt ist.

Die Flügelzellenpumpe dieser Type 6 ist so ausgelegt, daß Lagerringe an Stelle der Aufnahmeringe benutzt werden, um die umfangreichen Arbeiten zur Ausbildung der Kreisführungen in den Aufnahmeringen einzusparen. Nach dieser Anordnung kommen die Vorsprünge an gegenüberliegenden Enden der Flügel, die infolge der Zentrifugalkraft bei der Drehung aus der Flügelnut herausbewegt werden, mit der inneren Umfangsfläche der Lagerringe in Eingriff, die koaxial zur inneren Umfangsfläche des Gehäuses ausgerichtet ist. Die innere Umfangsfläche der Lagerringe ist also exzentrisch gegenüber dem Rotor angeordnet, damit die radiale Verschiebung der Flügel festgelegt wird. Jeder Flügel rotiert berührungsfrei innerhalb des Gehäuses. In diesem Fall drehen sich die Lagerringe nahezu synchron mit dem Rotor infolge des Eingriffs der Vorsprünge der Flügel. Dadurch kann die gegenseitige Gleitbewegung zwischen den Lagerringen und den Vorsprüngen der Flügel auf ein Minimum herabgesetzt werden.

Ein Beispiel der Flügelzellenpumpe nach der Type 6 wird anhand der Fig. 26 und 27 erläutert. Lagerringe 45 a und 45 b aus einem spezifisch leichten Werkstoff wie Aluminium sind leicht drehbar in Ringausnehmungen 15 a und 15 b, die koaxial zu den inneren Umfangsflächen des Gehäuses in den Innenflächen 1′ und 2′ der beiden Stirnwände der Gehäuseteile ausgebildet sind, eingelegt. Die gegenüberstehenden Umfangsflächen (die äußere Umfangsfläche und die gegenüberliegende Seite bezüglich der Ringausnehmung 15 a bzw. 15 b) an den Lagerringen 45 a und 45 b sind mit Nuten 46 und 47 zur Erzeugung eines dynamischen Drucks nach den Fig. 28 (I) und 28 (II) ausgebildet. Stifte 13 der Flügel 11 a, 11 b und 11 c liegen an den inneren Umfangsfläche der Lagerringe 45 a und 45 b an. Die Stifte 13 kommen bei der Drehung in Berührung mit den inneren Umfangsflächen der Lagerringe 45 a und 45 b, wodurch die radiale Verschiebung der Flügel 11 a, 11 b und 11 c festgelegt wird. Somit können sich die Flügel berührungsfrei von der inneren Umfangsfläche des Gehäuses drehen. Neben 48 a und 48 b mit kleinem Durchmesser dienen zur Ausschaltung unnötiger Rückschiebung der Flügel 11 a, 11 b und 11 c in die Flügelnuten 12 a, 12 b und 12 c beim Anhalten der Pumpe. Dadurch werden auch Stöße zwischen den Zapfen 13 und 13 und den Lagerringen 45 a und 45 b vermieden, die durch ein plötzliches Ausfahren der Flügel 11 a, 11 b und 11 c beim Anlaufen der Pumpe verursacht werden könnten. Die Naben sind konzentrisch zu den Ringausnehmungen 15 a und 15 b angeordnet.

Diese Flügelzellenpumpe ist in der beschriebenen Weise aufgebaut. Wenn die Drehwelle 10 und der Rotor 4 durch die Riemenscheibe 9 in Richtung X gedreht werden, drehen sich die Flügel 11 a, 11 b und 11 c kontaktfrei zu den Gehäuseteilen 1 und 2, wobei die Stifte 13 infolge der Zentrifugalkraft in Berührung mit der inneren Umfangsfläche der Lagerringe 45 a und 45 b sind.

Im Betrieb sind die Flügel 11 a, 11 b und 11 c vollkommen frei von jedem Gleitkontakt mit dem Gehäuse 1 und dem Gehäusedeckel 2, wie dies bereits erwähnt worden ist, weil die Stifte 13, die integral mit den Flügeln 11 a, 11 b und 11 c ausgebildet sind, in Gleitkontakt mit den Lagerringen 45 a und 45 b kommen. Doch der Anteil dieses Gleitkontakts ist vergleichsweise klein, weil sich die Lagerringe 45 a und 45 b infolge der Reibungskraft mit den Stiften 13 nahezu synchron mit dem Rotor 4 drehen. Da die Drehung der Lagerringe 45 a und 45 b nach Art eines Drucklagers unter großem dynamischen Druck infolge einer Druckmittelschicht zwischen den Ringausnehmungen 15 a und 15 b in den Gehäusewänden durch den dynamischen Druck, der in den Nuten 46 und 47 erzeugt wird, erfolgt, ist der Gleitwiderstand sehr klein. Aus diesem Grunde kann man die Herabsetzung des Wirkungsgrades und die Abnutzung aufgrund des Gleitwiderstandes und der Gleitwände sehr klein halten. Die Temperatur des abgegebenen Strömungsmittels wird ebenfalls klein.

Eine Pumpe nach Fig. 29 sieht jeweils Kugellager 49 a und 49 b an Stelle der Lagerringe 45 a und 45 b der Pumpe nach Fig. 26 vor. Die Kugellager 49 a und 49 b sind in Ringausnehmungen 15 a und 15 b der Innenflächen 1′ und 2′ der Stirnwände des Gehäuses angeordnet. Infolgedessen sind die Außenringe 50 a und 50 b der Kugellager 49 a und 49 b in die innere Umfangsfläche der Ringausnehmungen 15 a und 15 b eingefaßt und dort befestigt. Die Stifte 13 sind in Berührung mit der inneren Umfangsfläche der Innenringe 51 a und 51 b, so daß die Innenringe 51 a und 51 b nahezu synchron mit dem Rotor 4 umlaufen. Diese Pumpe hat im wesentlichen die gleiche Wirkungsweise wie die Pumpe nach Fig. 26.

Da der Rotor exzentrisch angeordnet ist, ändert sich der Winkel zwischen dem jeweiligen Flügel und der inneren Umfangsfläche des Gehäuses wiederholt während der Drehung. Wenn dann die Lage des Flügels in der beschriebenen Weise festgelegt ist, erhält man für die Ortskurve der Endkante des Flügels eine nahezu elliptische Form. Es ist daher erwünscht, daß die innere Umfangsfläche des Gehäuses eine Form entsprechend dieser Ortskurve hat, um so immer einen konstanten Spalt zwischen der Endkante des Flügels und der Innenfläche des Gehäuses sicherzustellen.

Die beschriebene Pumpe ist so aufgebaut, daß die Stifte an gegenüberliegenden Enden jedes Flügels in Berührung mit der inneren Umfangsfläche der Kugellager kommen, die koaxial zur inneren Umfangsfläche des Gehäuses angeordnet ist. So erfolgt eine Drehung um die radiale Verschiebung festzulegen, so daß sich der Flügel bei der Drehung kontaktfrei innerhalb des Gehäuses bewegt. Daher kann man die Verringerung der Pumpenleistung weitgehend ausschalten. Die Verschlechterung durch den Abrieb aufgrund des Gleitwiderstandes und der hohen Reibungswärme wird ebenfalls verbessert. Die Temperatur des abgegebenen Strömungsmittels läßt sich herabsetzen. Die ergibt eine außerordentliche Verbesserung im Gebrauch der Pumpe, die als Aufladepumpe einer Kraftmaschine, als Kompressor in einem Kühlkreislauf oder in anderer Weise eingesetzt werden kann.

Type 7

Eine Flügelzellenpumpe der Type 7 hat ein dynamisches Drucklager am Stirnende der Umfangsfläche des Aufnahmerings und zeichnet sich insgesamt dadurch aus, daß dieses dynamische Drucklager eine Nut oder eine Ausnehmung zur Erzeugung eines dynamischen Druckes, z. B. eine Spiralnut, eine Rayleigh-Stufennut oder eine Fischgrätennut oder eine Ausnehmung oder eine Kombination der genannten Nuten und Ausnehmungen aufweist.

Ein Beispiel einer Flügelzellenpumpe der Type 7 ist in Fig. 30 dargestellt. Die äußeren Stirnflächen der Aufnahmeringe 16 a und 16 b gegenüber den Innenseiten der Gehäuseteile 1 und 2 weisen Spiralnuten 52 gemäß Fig. 31 auf. Die äußere Umfangsfläche weist eine Rayleigh- Stufennut 53 und Fischgrätennuten 54 nach den Fig. 32 und 33 auf. Das dynamische Drucklager ermöglicht eine gleichmäßige Drehung der Aufnahmeringe 16 a und 16 b innerhalb des Gehäuses 1.

Die Stifte 13 laufen gleitend um, wobei sie durch die Zentrifugalkraft gegen die äußere Umfangsfläche der Kreisführung 17 der Aufnahmeringe 16 a und 16 b gedrückt werden. Die Aufnahmeringe 16 a und 16 b folgen den Stiften 13 und drehen sich mit, da die Aufnahmeringe 16 a und 16 b infolge des dynamischen Drucklagers sich gleichmäßig drehen können. Die gegenseitige Gleitgeschwindigkeit zwischen den Stiften 13 und der Kreisführung 17 ist sehr klein, wodurch die Abnutzung der Kreisführung 17 innerhalb der Aufnahmeringe 16 a und 16 b sowie der Stifte 13 auf einen Kleinstwert herabgesetzt wird. Das dynamische Drucklager kann zusätzlich zu den bereits genannten Spiralnuten 17, den Rayleigh-Stufennuten 18 und den Fischgrätennuten 18 durch andere Formen und Ausnehmungen und Kombinationen dieser Anordnungen ersetzt werden, wodurch ein dynamischer Druck in ähnlicher Weise erzeugt werden kann.

Type 8

Eine Flügelzellenpumpe dieser Type 8 zeichnet sich durch Einrichtungen zur Festlegung der Lage der Flügel gegenüber der inneren Umfangsfläche des Gehäuses aus, wobei Naben mit kleinem Durchmesser koaxial zur inneren Umfangsfläche des Gehäuses von beiden Stirnseiten des Gehäuses vorstehen, um dadurch die Einwärtsbewegung der Flügel in die Flügelnuten zu begrenzen. Wenn der Rotor anhält, kommen dann die Innenkanten der Flügel mit der Außenfläche dieser Naben in Berührung, um die übermäßige Einziehung der Flügel in die Flügelnuten zu begrenzen. So kann man das Auftreten eines plötzlichen Austritts der Flügel in der Anlaufphase ausschalten. Siehe hierzu im einzelnen die Fig. 26 und 29 mit der zugehörigen Beschreibung.

Type 9

Eine Flügelzellenpumpe der Type 9 zeichnet sich durch Aufnahmeringe aus, in die die Flügel zur Festlegung ihrer Lage gegenüber der inneren Umfangsfläche des Gehäuses eingreifen. Diese Aufnahmeringe sind koaxial zur inneren Umfangsfläche des Gehäuses innerhalb gegenüberliegender Stirnwände des Gehäuses drehbar angeordnet. Die Aufnahmeringe und der Rotor sind durch Mitnehmerprofile miteinander gekoppelt. Eine Zielsetzung dieser Flügelzellenpumpe ist die Drehung der mit dem Rotor gekoppelten Aufnahmeringe durch die Mitnehmerprofile synchron mit dem Rotor, um dadurch den Anteil der Gleitreibung infolge des Eingriffs der Vorsprünge in die Kreisführungen herabzusetzen.

Ein Beispiel einer Flügelzellenpumpe der Type 9 wird anhand der Fig. 34 bis 36 erläutert. Ein Gehäuse 1 und ein Gehäusedeckel 2 bestehen aus Nichteisenmetall wie Aluminium mit einem kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten und sind durch Spannbolzen 3 fest miteinander verbunden. Ein Rotor 4 aus Stahl oder Eisen ist exzentrisch innerhalb einer Ringkammer 5 des Gehäuses angeordnet und reicht durch beide Gehäuseteile 1 und 2. Der Rotor 4 ist einerseits in einem Kugellager 7 a, das durch eine Lagerabdeckung 8 rastend in einer Axialschulter des Gehäuses 1 gehalten ist, und in einem Kugellager 7 b, das rastend in einer Axialschulter des Gehäusedeckels 2 gehalten ist, drehbar gelagert. Der Rotor sitzt drehfest auf einer Drehwelle 10, in die eine Antriebsleistung von einer Riemenscheibe 9 eingeleitet werden kann. Plattenförmige Flügel 11, die im wesentlichen aus Kohlenstoff mit guter Gleitfähigkeit bestehen, sind radial vorschiebbar und zurückziehbar in Flügelnuten angeordnet, die als Ausnehmungen in gleichen Umfangsabständen auf dem Umfang des Rotors 4 angeordnet sind und den Umfang des Rotors in drei Abschnitte unterteilen. Vorsprünge 13 sind an entgegengesetzten Stirnseiten in axialer Richtung jedes Flügels 11 vorgesehen. Ein nicht dargestelltes Gleitelement aus Kunstharz mit guter Gleitfähigkeit und hohem Abriebwiderstand ist erforderlichenfalls über die Vorsprünge 13 geschoben. Aufnahmeringe 16 a und 16 b aus einem Nichteisenmetall wie Aluminium haben Ringsegmentnuten, die in drei Abschnitten gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Die Aufnahmeringe 16 a und 16 b sind jeweils auf Kugellagern 18 a und 18 b gelagert, die in Ringausnehmungen 15 a und 15 b sitzen, die koaxial zur inneren Umfangsfläche des Gehäuses 1 in den Stirnflächen 1′ und 1″ der Gehäuseteile 1 und 2 angeordnet sind. Die Vorsprünge 13 jedes Flügels 11 greifen gleitend in je eine Ringsegmentnut 55 a, 55 b der Aufnahmeringe 16 a und 16 b ein, um so die radiale Verschiebung der Flügel bei der Drehung festzulegen, damit immer ein schmaler Spalt zwischen jeder Endkante 11′ eines Flügels und der inneren Umfangsfläche 1″ des Gehäuses freibleibt. Mitnehmerprofile 56 a, 56 b übertragen die Drehung des Rotors 4 auf die Aufnahmeringe 16 a und 16 b an gegenüberliegenden Enden. Stifte 57 a und 57 b der Mitnehmerprofile 56 a und 56 b greifen jeweils in Kugellager 59 a und 59 b ein, die auf gegenüberliegenden Endflächen des Rotors 4 in Umfangsrichtung in gleichen Abständen verteilt sind. Die Stifte 58 a und 58 b der Mitnehmerprofile 56 a und 56 b greifen ihrerseits in Kugellager 60 a und 60 b ein, die in den Stirnflächen der Aufnahmeringe 16 a und 16 b jeweils in gleichen Unfangsabständen an drei Stellen angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Achsen der Stifte 57 a, 57 b und 58 a, 58 b ist gleich dem Betrag der Exzentrizität des Rotors 4 in Bezug auf die Achse der inneren Umfangsfläche 1″ des Gehäuses. Dieses ist also der Betrag der Exzentrizität A des Rotors 4 gegenüber den Aufnahmeringen 16 a und 16 b. Die Stifte 57 a, 57 b und 58 a, 58 b behalten also immer die gleiche Winkelstellung in Bezug aufeinander bei und drehen sich auf einer Umfangslinie gleichen Durchmessers mit einer Exzentrizität des Betrages A. Infolgedessen sind die Lagen der Flügelnuten 12 und die Lagen der Ringsegmentnuten 55 a, 55 b in exzentrischer Beziehung zueinander. Wenn die Aufnahmeringe 16 a und 16 b durch die Mitnehmerprofile 56 a, 56 b synchron gedreht werden, verschieben sich bei der Drehung die Vorsprünge 13 der Flügel 11 innerhalb eines Längenabschnitts, der etwa doppelt so groß wie der Betrag der Exzentrizität A in Bezug auf die Ringsegmentnuten 55 a und 55 b ist. Infolgedessen müssen die Ringsegmentnuten 55 a und 55 b in ihrer Länge auf die genannte Verschiebung abgestimmt sein.

Wenn bei dieser Anordnung die Drehwelle 10 und der Rotor 4 von der Riemenscheibe 9 gedreht werden, drehen sich die Flügel 11 entsprechend mit, und auch die Aufnahmeringe 16 a und 16 b, die durch die Mitnehmerprofile 56 a und 56 b drehfest mit dem Rotor 4 gekoppelt sind, drehen sich mit. Infolgedessen wird die Lage der Flügel 11 in Bezug auf die innere Umfangsfläche 1″ des Gehäuses durch den Eingriff zwischen den Vorsprüngen 13 der Flügel 11 und den Ringsegmentnuten 55 a und 55 b der Aufnahmeringe 16 a und 16 b in der zuvor beschriebenen Weise festgelegt. Die Flügel drehen sich in einem Zustand, daß ein schmaler Spalt gegenüber der inneren Umfangsfläche 1″ des Gehäuses freibleibt. Auch die Lagen der Ringsegmentnuten 55 a und 55 b sind koaxial zu der inneren Umfangsfläche 1′ des Gehäuses, jedoch exzentrisch zum Rotor 4. Infolgedessen verschieben sich die Flügel 11 bei der genannten Drehung gleitend innerhalb der Flügelnuten 12 des Rotors 4 im Sinne einer wiederholten Ausschiebung und Einziehung. Die Volumina der Ringkammern 5, die durch Gehäuseteile 1 und 2, den Rotor 4 und die Flügel 11 begrenzt sind, werden wiederholt vergrößert und verkleinert, um ein Strömungsmittel anzusaugen und abzugeben.

Beim Ablauf dieser Betriebszustände sind die Flügel 11 nicht in Berührung mit der inneren Umfangsfläche 1′ des Gehäuses. Infolgedessen treten keine Leistungsverluste und auch keine Erzeugung von Reibungswärme durch das Reibmoment auf. Auch eine Abnutzung ist nicht vorhanden. Der Betrag der gleitenden Verschiebung zwischen den Vorsprüngen 13 der Flügel 11 und den Ringsegmentnuten 55 a, 55 b ist beschränkt auf einen Betrag etwa des doppelten Wertes der Exzentrizität A. Die gegenseitige Gleitgeschwindigkeit ist gering, da sich die Aufnahmeringe 16 a und 16 b synchron mit dem Rotor 4 drehen.

Die Flügelzellenpumpe nach Fig. 37 unterscheidet sich von der Flügelzellenpumpe nach den Fig. 34 bis 36 in der Hinsicht, daß die Vorsprünge 13 an gegenüberliegenden axialen Endflächen der Flügel 11 gleitend in das Innere von Ringnuten 61 a und 61 b in Aufnahmeringen 16 a und 16 b eingreifen. Auch in diesem Falle drehen sich durch Vermittlung der Mitnehmerprofile 56 a, 56 b die Aufnahmeringe 16 a und 16 b synchron mit dem Rotor 4, wobei sich die Vorsprünge 13 innerhalb der Ringnuten 61 a und 61 b nur über einen geringen Längenbereich gleitend bewegen, der etwa den doppelten Betrag der Exzentrizität des Rotors 4 hat. Die gegenseitige Gleitgeschwindigkeit ist genau die gleiche wie bei der Ausführungsform nach Fig. 34.

Ein Fußraum 12 S einer jeden Flügelnut 12 an der Innenseite eines jeden Flügels hat außerdem ein Volumen, das sich wiederholt vergrößert und verkleinert entsprechend dem Vorschub und der Zurückziehung des jeweiligen Flügels 11. Infolgedessen ändert sich der Druck innerhalb des Fußraumes 12 S der als Gegendruck auf den Flügel 11 wirkt, fortgesetzt. Bei der Drehung des Flügels 11 vom Hochpunkt T zum Fußpunkt B wird der Flügel über den Abschnitt bewegt, bei dem der Flügel aus der Flügelnut 12 herausrückt. Das Volumen des Fußraumes 12 S nimmt allmählich zu, und der Innendruck verringert sich. Dagegen bei der Bewegung des Flügels vom Fußpunkt B zum Hochpunkt T bewegt sich der Flügel 11 über einen Abschnitt, bei dem sich der Flügel in die Flügelnut 12 zurückzieht. Dabei nimmt das Volumen des Fußraums 12 S allmählich ab und der Innendruck steigt an. Somit ist die Änderung des Innendrucks im Fußraum 12 S aufgrund der Drehung immer im Sinne einer Behinderung des Ausschiebens bzw. der Zurückziehung des Flügels 11 wirksam. Dieses bedeutet die Möglichkeit einer Verschlechterung der Pumpenleistung bzw. des Pumpenwirkungsgrades. Bei der beschriebenen Pumpe haben die Ringnuten 61 a und 61 b für den Eingriff in die Vorsprünge des Flügels 11 den Vorteil, daß dadurch Instabilitäten der beschriebenen Art überwunden werden. Da nämlich die axialen Stirnflächen des Fußraumes 12 S in die Ringnuten 61 a und 61 b offen sind, kann das Strömungsmittel innerhalb des Fußraumes 12 S, dessen Volumen sich verkleinert, über die Ringnuten 61 a und 61 b frei in den anderen Fußraum 12 S, dessen Volumen sich vergrößert, ausströmen. Hierdurch wird die Änderung des Innendrucks auf einen Kleinstwert herabgesetzt.

Bei der Flügelzellenpumpe ist der Rotor exzentrisch innerhalb des Gehäuses angeordnet. Infolgedessen ändert sich der Winkel zwischen der inneren Umfangsfläche des Gehäuses und dem Flügel fortlaufend während der Drehung. Wenn infolgedessen bei dieser Pumpe die Lage der Flügel, die durch den Eingriff zwischen den Vorsprüngen 13 und den Ringsegmentnuten 55 a und 55 b oder den Ringnuten 61 a, 61 b bestimmt ist, auf die jeweilige innere Umfangsfläche ausgerichtet ist, bewegt sich der Endkante 11′ des Flügels im wesentlichen auf einer Ellipsenbahn. Infolgedessen ist es erwünscht, daß die innere Umfangsfläche 1″ des Gehäuses eine Form entsprechend dieser Bewegungsbahn hat, um immer einen konstanten Spalt zwischen den Endkanten 11′ der Flügel und der inneren Umfangsfläche 1″ des Gehäuses einzuhalten.

Die Flügelzellenpumpe der beschriebenen Art ist so konstruiert, daß sich die Flügel unter der Wirkung der Aufnahmeringe berührungsfrei gegenüber dem Gehäuse bewegen. Die Aufnahmeringe legen die Lage der Flügel gegenüber der inneren Umfangsfläche des Gehäuses fest. Die Aufnahmeringe sind durch Mitnehmerprofile im Sinne einer synchronen Drehung mit dem Rotor verbunden, um dadurch die Gleitbewegung aufgrund des Eingriffs zwischen den Aufnahmeringen und den Flügeln herabzusetzen. Man erreicht so überraschende Vorteile, die eine Verschlechterung der Pumpenleistung infolge des Gleitwiderstandes und einer hohen Gleitwärme und der frühen Ausbildung einer Abnutzung verhindern. Man kann auch die Temperatur des aus der Pumpe abgegebenen Strömungsmittels herabsetzen. Die Pumpe ist als Auflader für eine Kraftmaschine, als Kompressor für einen Kühlkreislauf und für ähnliche Zwecke geeignet.

Claims (12)

1. Flügelzellenpumpe mit einem exzentrisch innerhalb einer Ringkammer eines Gehäuses angeordneten Rotor und plattenförmigen Flügeln, die innerhalb von Flügelnuten aus dem Rotor heraustreten und in denselben zurücktreten können, wodurch wiederholte Volumenänderungen des Arbeitsraumes zwischen den Flügeln entsprechend der Drehung des Rotors und der Flügel ausgenutzt werden, um ein Strömungsmittel an einer Seite anzusaugen und auf der anderen Seite abzugeben, dadurch gekennzeichnet, daß an gegenüberliegenden Stirnflächen jedes Flügels Vorsprünge wie Stifte vorgesehen sind, daß koaxial zur Innenfläche des Gehäuses Ringführungen angeordnet sind, in die die Vorsprünge gleitend eingreifen, um das Vorstehen der Flügel aus den Flügelnuten festzulegen.

2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kreisführung (17) innerhalb eines Aufnahmerings (16 a, 16 b) ausgebildet ist, der drehbar innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.

3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel durch eine Metallplatte (27) verstärkt ist und eine Beschichtung aus einem schmiermittelfreien, gleitfähigen Stoff aufweist.

4. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel Hohlräume aufweist.

5. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Stifte (13) bzw. Vorsprünge (38) Gleitelemente (14, 39) aufgesetzt sind.

6. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (13) bzw. Vorsprünge (38) an den Flügeln (11) in einem äußeren Bereich im Abstand zu der Fußfläche der Flügel (11) angeordnet sind.

7. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeringe in axialer Richtung vorgespannt sind (Fig. 25).

8. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufnahmering ein Lagerring vorgesehen ist, an dessen innerer Umfangsfläche die Stifte anliegen.

9. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerringe eine dynamische Gleitschmierung aufweisen.

10. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring als Kugellager ausgebildet ist.

11. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeringe durch Mitnehmerprofile im Sinne einer Mitnahme bei der Drehung mit dem Rotor (4) gekoppelt sind.

12. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle von Kreisführungen Ringsegmentnuten (55) innerhalb der Aufnahmeringe (16 a, 16 b) ausgebildet sind.