DE3832042A1 - Fluegelzellenpumpe - Google Patents
FluegelzellenpumpeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe nach dem Ober
begriff von Anspruch 1. Eine solche Flügelzellenpumpe ist
Gegenstand des Hauptpatents (Anmeldung P 31 46 995).
Dabei liegt der Führungsschlitz in einer Axialebene des
Rotors und in diesen Führungsschlitz ist ein einziger starrer
Flügel radial gleitend geführt. Das Gehäuse ist als Pascal
sche Spirale bzw. Äquidistante einer Pascalschen Spirale
(Konchoide) ausgeführt. Durch diese Ausgestaltung des
Gehäusequerschnitts wird die Konstruktion einer zweizelligen
Flügelzellenpumpe mit einem starren Flügel geometrisch
möglich.
Bei Verwendung der Flügelzellenpumpe als Vakuumpumpe, die
insbesondere zur Erzeugung eines Vakuums für die Bremskraft
verstärkung in Diesel-Kraftfahrzeugen, sonstigen Kraftfahr
zeugen mit Einspritzmotor und zum Betrieb sonstiger Servover
braucher in Kraftfahrzeugen dient, hat eine derartige Flügel
zellenpumpe jedoch den Nachteil, daß die Flügelenden sehr
schnell verschleißen und im übrigen eine absolut maßhaltige
Fertigung des Gehäuses und der Flügel erforderlich ist, wenn
der theoretische Wirkungsgrad der Pumpe erreicht werden
soll. Durch Verschleiß einerseits, aber auch durch Tempera
tureinflüsse wird die bekannte Flügelzellenpumpe sehr schnell
undicht, so daß sie als Vakuumpumpe nicht mehr brauchbar
ist.
Durch die DE-PS 24 07 293 ist ein Drehschieber-Kompressor
bekannt, bei dem der einzige Flügel zwei längliche Dicht
leisten aufweist, die sich in axialer Richtung erstrecken,
mit dem Zylindergehäuse in abdichtender Berührung stehen und
die in Nuten, die jeweils in das stirnseitige Ende des
Schiebers eingebracht sind, geführt werden. Dabei bleibt
offen, wie das Gehäuse ausgebildet werden muß.
Durch die CH-PS 6 34 385 ist eine Flügelzellenpumpe bekannt,
deren Gehäuseumfangswand im wesentlichen von einer Konchoide
beschrieben wird, wobei auf die Enden des Flügels jeweils ein
radial bewegliches Gleitstück gesetzt ist. Derartige Gleit
stücke können lediglich geringe Bewegungen ausführen, so daß
auch hier Gehäuse und Flügel mit recht geringer Toleranz
gefertigt sein müssen und kein großer Verschleiß auftreten
darf. Vor allem aber sind derartige Gleitstücke zu breit, so
daß sich aus der Breite der Gleitstücke eine Begrenzung für
die Auslegung der Flügelzellenpumpe und insbesondere für das
Fördervolumen der Flügelzellenpumpe ergibt. Schließlich
besteht die Gefahr, daß die Gleitstücke völlig oder zeitweise
klemmen (stick-slip). Alle diese Nachteile machen sich durch
Geräusch und schlechten Wirkungsgrad bemerkbar.
Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine Flügelzel
lenpumpe so auszubilden, daß die Flügelzellenpumpe als
Vakuumpumpe geeignet ist, daß die Flügelzellenpumpe mit ange
messenem Fertigungsaufwand herzustellen ist, daß die Flügel
zellenpumpe mit nur einem einzigen Flügel ausgestattet werden
kann, daß die Flügelzellenpumpe so konstruiert werden kann,
daß sie ein großes Fördervolumen hat, daß die Flügelzellen
pumpe nicht verschleißanfällig ist, eine große Laufruhe hat
und bei alledem einen hohen Wirkungsgrad hat und über lange
Lebensdauer verfügt.
Dies wird nach dem Kennzeichen von Anspruch 1 dadurch
erreicht, daß die Gleitstücke an den Flügelenden schwenkbar
gelagert sind, wobei die Schwenkachsen der Gleitstücke paral
lel zur Rotorachse liegen. Die Gleitstücke erstrecken sich
über die gesamte axiale Länge des Pumpenraums und füllen den
radialen Spalt zwischen dem Flügelende und der Gehäuse
umfangswand dichtend aus.
Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß die Flügelenden
stets am Gehäuseumfang anliegen, daß der Flügel mit Spiel im
Gehäuse geführt sein kann und daß eine geräuschfreie Bewegung
der Flügel und Gleitstücke ermöglicht wird.
Zur Abdichtung kann es ausreichend sein, daß die Gleitstücke
infolge Zentrifugalkraft nach außen gegen die Gehäuseumfangs
wand gedrückt werden.
Bei der Ausführung nach Anspruch 2 ruft die Reibkraft
zwischen Gehäuseumfangswand und Berührkante des Gleitstückes
ein Drehmoment hervor, das im Ausschwenksinne auf das Gleit
stück einwirkt und eine Auflagekraft des Gleitstückes an der
Gehäuseumfangswand bewirkt.
Die alternative oder zusätzliche Maßnahme nach Anspruch 4
steuert auch eine pneumatische Kraft zur Anlage der Gleit
stücke an der Gehäuseumfangswand bei.
Um eine gute Dichtung zwischen den Gleitstücken und den
Flügelenden zu bewirken, können die Schwenkgelenke nach
Anspruch 5 hergestellt werden, wobei sich vorzugsweise das
Gelenk über die gesamte Flügellänge erstreckt. Aus ferti
gungstechnischen Gründen wird dabei die Kalotte vorzugsweise
in das Flügelende eingebracht, während der in die Kalotte
passende Kreiszylinder an das Gleitstück angeformt ist.
Zur Bewirkung einer guten Dichtung, die insbesondere auch bei
niedrigen Drehzahlen und beim Anlauf der Pumpe wirksam ist,
dient die Maßnahme nach Anspruch 9. Hierbei kann es sich
insbesondere um Torsionsfedern handeln, die in die Stirn
flächen der kreiszylindrischen Gelenkbolzen der Gleitstücke
eingelassen sind und die sich einerseits an dem Flügelende
und andererseits an der Stirnfläche des Gelenkbolzens abstüt
zen.
Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch die
Gelenkverbindung zwischen den Flügelenden und den Gleit
stücken eine große relative Beweglichkeit der Gleitstücke
gegeben ist. Unter Beibehaltung dieser Beweglichkeit kann die
Bewegung durch die Maßnahme nach Anspruch 10 gedämpft
werden.
Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Flügelzellenpumpe als
Vakuumpumpe in Kraftfahrzeugen durch das Schmieröl des Kraft
fahrzeugs geschmiert ist. Bei der Ausbildung nach Anspruch 10
wird in den Hohlraum zwischen der Unterseite des Gleitstückes
und dem Flügelende beim Ausschwenken des Gleitstückes Öl
angesaugt. Beim Einschwenken des Gleitstückes wird dieses Öl
wieder aus dem Hohlraum ausgepreßt.
Alternativ können die Gleitstücke an die Flügelenden ange
formt sein (Anspruch 8), wobei z.B. in die Vorderfrontfläche
des Flügels - d.h. in Drehrichtung vorn - an den Flügelenden
ein tiefer Einschnitt parallel zur Rotorachse derart einge
bracht ist, daß zwischen dem äußersten, als Gleitstück
wirkenden Flügelende und dem Hauptkörper des Flügels ledig
lich ein geringer Steg auf der Rückfront des Flügels stehen
bleibt, der eine ausreichende Schwenkbeweglichkeit des Gleit
stückes zuläßt.
Eine federnde und gleichzeitig dämpfende Abstützung des
Gleitstückes gegenüber dem Flügelende wird durch die Maßnahme
nach Anspruch 10 erreicht. Als gummielastische Materialien
kommen neben Gummi auch Elastomere in Betracht, die gegenüber
den chemischen und physikalischen Belastungen ausreichend
widerstandsfähig sind.
Infolge der großen Beweglichkeit der Gleitstücke gegenüber
den Flügeln können die Flügel gegenüber dem Gehäuse ein
verhältnismäßig großes Spiel haben. Dadurch wird es möglich,
daß die Flügelzellenpumpe mit nur einem in einer Axialebene
liegenden Flügel ausgestattet wird, daß aber trotzdem das
Gehäuse kreiszylindrisch ausgeführt wird.
Eine geringere Relativbewegung zwischen den Gleitstücken und
den Flügeln wird erfordert, wenn der Kurvenzug des Gehäuse
umfangs eine in sich geschlossene Kurve ist, deren die Rotor
achse senkrecht schneidende Sekanten im wesentlichen gleiche
Länge haben. Die Länge der Sekanten ist im wesentlichen der
Abstand zwischen den Berührkanten der Gleitstücke eines
Flügels bei etwa mittlerem Ausschwenkwinkel der Gleitstücke
gegenüber dem Flügel.
Diese Beziehung gilt, wenn die Gleitstücke am Gehäuseumfang
in einer spitzen Kante anliegen oder auf der Vorderseite oder
Rückseite des Flügels schwenkbar gelagert sind. Wenn jedoch
die Gleitstücke auf den Kopfseiten der Flügelenden schwenkbar
gelagert sind und mit einer gekrümmten Fläche an der Gehäuse
umfangswand anliegen, so wird die Gehäuseumfangswand im Quer
schnitt als in sich geschlossener Kurvenzug ausgebildet, der
eine Äquidistante mit dem Abstand des Krümmungsradius der
Gleitstücke zu einem idealen Kurvenzug ist. Dieser ideale
Kurvenzug ist eine in sich geschlossene Kurve, deren die
Rotorachse senkrecht schneidende Sekanten im wesentlichen
gleich dem Abstand der Krümmungsmittelpunkte der Gleitstücke
bei mittlerer Ausschwenklage der Gleitstücke ist. Der ideale
Kurvenzug kann z.B. eine Konchoide oder Pascalsche Spirale
sein.
Der ideale Kurvenzug wird dabei so ausgewählt, daß die in der
Flügelebene wirkenden Belastungen des Flügels und der Gleit
stücke bei der radialen Flügelbewegung und der Schwenkbewe
gung minimiert werden. Insbesondere sollen keine Beschleu
nigungs- und Stoßbelastungen auftreten. Weitere Einzelheiten
hierzu ergeben sich aus der Patentanmeldung 37 16 648 (Bag.
0-1580).
Sofern die Gleitstücke auf den Kopfflächen der Flügelenden
schwenkbar gelagert sind, beeinflußt der Krümmungsradius der
Berührflächen das Fördervolumen. Aus diesem Grunde sollte der
Krümmungsradius der Gleitstücke kleiner als die halbe Flügel
dicke sein. Andererseits sollte der Krümmungsradius nicht
gegen Null gehen, damit der Dichtspalt zwischen der Gehäuse
umfangswand und den Berührflächen der Gleitstücke ausreichend
lang ist. Aus diesem Grunde sollte der Krümmungsradius nicht
kleiner als 1/4 Flügeldicke sein.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichnung beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Gehäuse;
Fig. 2, 4 bis 6 Normalschnitt durch das Gehäuse mit Alternativen
für die Ausbildung der Gleitstücke und des
Gehäuseumfangs;
Fig. 3 eine axiale Ansicht des Gehäusedeckels.
Die in den Fig. 1 bis 6 dargestellte Flügelzellenpumpe 1
ist an das Kurbelgehäuse 2 eines Kraftfahrzeugs durch Flansch
13 angeflanscht und mit Dichtung 14 abgedichtet. In dem
Pumpengehäuse 4 ist der kreiszylindrische Rotor 5 drehbar
gelagert. Hierzu weist das Pumpengehäuse, dessen Quer
schnittsform später erläutert wird, einen exzentrischen
Ansatz auf, der das Lagergehäuse 37 bildet. Das Lagergehäuse
37 ragt in das Kurbelgehäuse und ist darin zentriert. Der
Rotor ist so gelagert, daß er an einer Stelle, dem sog.
unteren Totpunkt, in Umfangskontakt mit dem Gehäuse steht. Es
sei erwähnt, daß das Lagergehäuse 37 eine Gleitlagerung für
das freie Ende des Rotors 5 bildet. Es ist daher eine Axial
nut angedeutet, die zur Schmierung dieses Gleitlagers dient.
Der Rotor 5 ist ein Rohr, das zwischen seinen beiden Enden
gleichen Außendurchmesser hat. Eine Innenbohrung 21 erstreckt
sich über die gesamte Länge des Rohres. Im Bereich des Gehäu
ses besitzt das Rohr einen einzigen Führungsschlitz 6, der in
einer Axialebene liegt, der die Innenbohrung durchdringt und
dessen axiale Länge genau der axialen Länge des Pumpengehäu
ses 4 entspricht. In dem Führungsschlitz 6 ist ein einziger
Flügel 7 gleitend geführt. Die Breite des Flügels entspricht
der axialen Länge des Pumpengehäuses. Der Flügel 4 kann aus
einem Stück gefertigt sein, weist jedoch an seinen Enden
Dichtleisten auf in Form von Gleitstücken, die an den Flügel
enden schwenkbar gelagert sind. Auf die Konstruktion der
Umfangswand des Pumpengehäuses 4 und des Flügels und der
Gleitstücke wird später eingegangen.
Wie Fig. 2 schematisch darstellt, besitzt das Pumpengehäuse 4
den Saugeinlaß 11 mit einem darin angeordneten Rückschlag
ventil 31 sowie einen Auslaß 12 mit einem darin angeordneten
Rückschlagventil 24. Der Einlaß 11 ist etwa um 90° gegenüber
der Totpunktlage versetzt und der Einlaß 12 liegt im Bereich
vor dem unteren Totpunkt - in Drehrichtung 35 gesehen.
Wie Fig. 1 zeigt, ist das Einlaßventil 31 als Pilzventil aus
gebildet. Es handelt sich um einen pilzförmigen Gummikörper,
der mit seinem Stil in eine gelochte Ventilplatte eingesetzt
ist und der mit den Rändern seines Kopfes dichtend auf der
Ventilplatte aufliegt und dabei die Löcher der Ventilplatte
umschließt. Bei eintretender Luft stülpt sich der Kopf derart
in Saugrichtung um, daß die Saugöffnung freigegeben wird. In
der Gegenrichtung sperrt der Kopf.
Wie Fig. 1 und Fig. 3 zeigen, weist der Auslaß zunächst eine
Nut 36 in der Stirnseite des Pumpengehäuses auf, die sich
über einen größeren Auslaßbereich erstreckt. Von dieser Nut
aus durchdringt der Auslaßkanal 12 den Gehäusedeckel. Der
Auslaßkanal 12 mündet in einer Auslaßkammer 25. Das Ventil 24
ist als Federblattventil ausgebildet, das einseitig einge
spannt ist und die Auslaßöffnung in der Auslaßkammer 25 über
deckt. Die Auslaßkammer ist so ausgebildet, daß sie das
Ventil 24 einschließt und daß sie sich an das Lagergehäuse 37
des Pumpengehäuses anschließt. Die Auslaßkammer 25 wird durch
einen Deckel 32 verschlossen. Das Lagergehäuse 37 besitzt
eine radiale Stichbohrung 27, die von der Auslaßkammer 25
ausgeht und in eine Ringnut 26 mündet. Die Ringnut 26 liegt
im Innenumfang des Lagergehäuses 37 und wird durch den Außen
umfang des Rotors begrenzt. Die Ringnut 26 kann auch auf dem
Außenumfang des Rotors gebildet und durch den Innenumfang des
Lagergehäuses 37 begrenzt werden. Der Rotor besitzt eine
Radialbohrung 28, die in derselben Normalebene wie die Ring
nut 26 liegt und die daher die Innenbohrung 21 des Rotors mit
der Ringnut verbindet. Die Radialbohrung 28 läuft um und ist
in Fig. 1 nur zufällig in der Zeichnungsebene gelegen.
Der Rotor weist an seinem Lagerende, das in das Kurbelgehäuse
2 ragt, eine etwas vergrößerte Ausdrehung auf, in die eine
Antriebswelle des Motors mit ihrer Kupplungsscheibe 15
hineinragt. Bei der Antriebswelle 3 kann es sich z.B. um die
Antriebswelle für die Einspritzpumpe handeln. Die Kupplungs
scheibe 15 wird mit Schraube 18 auf der Antriebswelle befe
stigt. Die Kupplungsscheibe 15 besitzt an einer Stelle ihres
Umfangs einen Kupplungslappen 16, der in einen Einschnitt 17
(vgl. Fig. 3) des Rotors 5 eingreift, ohne die axiale Beweg
lichkeit des Rotors zu hindern. Die Antriebswelle 3 und die
Schraube 18 besitzen eine zentrische Ölzufuhrbohrung 19. In
der Schraube gabelt sich diese axiale Bohrung in zwei oder
mehr Öleinspritzbohrungen 20, wobei die Öleinspritzbohrungen
20 in die Innenbohrung 21 des Rotors 5 derart gerichtet sind,
daß sie den Flügel 7 nicht treffen.
Der Rotor ist an seinem freien Ende offen, das heißt: Der
Innenumfang des Bundes 22 bildet mit dem Kopf der Schraube 18
und die Kupplungsscheibe 15 bildet mit der Ausdrehung 23
einen Ringspalt, der die Innenbohrung 21 des Rotors mit dem
Kupplungsgehäuse verbindet.
Der Rotor 5 wird durch Antriebswelle 3 mit Drehrichtung 35
angetrieben. Dabei führt der Flügel 7 in dem Führungsschlitz
6 eine Relativbewegung aus und liegt mit seinen beiden Enden
dichtend und gleitend am Gehäuseumfang des Pumpengehäuses 4
an.
Das Schmieröl wird der Pumpe durch Ölzufuhrbohrung 19 und
Öleinspritzbohrungen 20 zugeführt. Dabei gelangt das Öl
zunächst in die Innenbohrung des Rotors 5, und zwar in den
Bereich des Führungsschlitzes 6. Infolge der Zentrifugalkraft
wird das Öl als Film oder Mantel auf dem Innenumfang des
Rotors verteilt. Dieser Mantel umgibt auch die Spalte, die
der Führungsschlitz 6 mit dem Flügel 7 bildet. Es ist weiter
zu berücksichtigen, daß das gesamte Pumpengehäuse 4 außerhalb
des Rotors unter Unterdruck steht, und zwar nicht nur auf der
Saugseite, sondern - zumindest nach kurzem Betrieb - auch auf
der sog. Auslaßseite im Bereich des Auslasses 12. Dies wird
dadurch bewirkt, daß das Pumpengehäuse durch die Rückschlag
ventile 31 und 24 nur in Saugrichtung durchströmt werden
kann. Infolge des Unterdrucks im Pumpengehäuse 4 und infolge
der Zentrifugalkräfte wird nun das Öl, das sich auf den
Innenumfang des Rotors 5 legt, in die Dichtspalte des
Führungsschlitzes 6 sowie in den Dichtspalt 33, den die
Stirnseite des Rotors mit der Stirnseite des Pumpengehäuses 4
bildet, hineingezogen und in die Flügelzellen gefördert. In
den Flügelzellen wird das Schmieröl durch den umlaufenden
Flügel mitgerissen und bildet in den Schmierspalten zwischen
den Flügelköpfen und dem Gehäuseumfang einen Schmier- und
Dichtfilm. Gleichzeitig wird aber auch das Schmieröl durch
die Auslaßnut 36 und den Auslaßkanal 12 mit der Auslaßluft
zurück in die Auslaßkammer 25 gefürdert. Von dort gelangt das
Schmieröl durch Stichbohrung 27 in die Ringnut 26. Diese
Ringnut 26 steht unter atmosphärischem Druck. Daher kann sich
das Schmieröl von hier in die Lagerspalte und die Schmiernut
des Lagers verteilen. Es wird zum Teil durch die Lagerspalte
zurück in den Pumpenraum des Pumpengehäuses 4 gesaugt; ein
anderer Teil sickert in das Kurbelgehäuse. Die Hauptmenge des
in der Abluft enthaltenen Schmieröls wird jedoch zurück in
die Innenbohrung 21 des Rotors gefördert. Von dort können
überschüssige Schmierölmengen durch die Ringspalte, die
zwischen der Antriebswelle 3 bzw. Kupplungswelle 15 und
Schraube 18 zum Rotor hin gebildet werden, in das Kurbel
gehäuse zurücklaufen.
Hinsichtlich der Gehäusekonstruktion und der Flügelkonstruk
tion zeigen die Fig. 2 bis 6 Alternativen. Es sei bemerkt,
daß die dargestellten Flügelkonstruktionen auch für die in
den jeweils anderen Figuren dargestellten Gehäusekonstruk
tionen Anwendung finden können und umgekehrt, daß die darge
stellten Gehäusekonstruktionen auch in Verbindung mit den
jeweils anderen Flügelkonstruktionen angewandt werden
können.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist der Innenumfang des
Pumpengehäuses ein Kreiszylinder. Die Länge des starren
Flügels 7 von einem Flügelende zum anderen ist im wesent
lichen gleich und nicht größer als die kleinste Gehäuse
sekante durch den Rotormittelpunkt M. Bei der angegebenen
Drehrichtung 35 besitzt der Flügel 7 auf seinen Vorderfronten
42 im Bereich der Flügelenden eine eingearbeitete kreiszylin
drische Kalotte 9. Die Kalotte 9 ist so angelegt, daß sie in
einem gegenüber ihrem Durchmesser verengten Schlitz auf der
Vorderfront 42 mündet und daß die stehenbleibende, lippenför
mige Flügelwandung 46 ausreichend biegeelastisch ist. In
jeder Kalotte 9 ist ein Gleitstück 8 mit einem kreiszylin
drischen Gelenkbolzen 10 schwenkbar gelagert. Das freie Ende
38 jedes Gleitstücks liegt an der Gehäuseumfangswand an und
bewirkt die Umfangsdichtung der in dem Pumpengehäuse abge
teilten Flügelzellen. Durch die Rotation des Flügels 7 mit
Drehrichtung 35 wirkt auf die freien Enden 38 der Gleitstücke
8 die Zentrifugalkraft ein, so daß ausreichender Anpreßdruck
mit ausreichender Dichtung gegeben ist. Ferner wirkt auch die
resultierende Druckkraft im Sinne der Anpressung, da auf der
Seite des Gleitstücks, die der Gehäuseumfangswand zugewandt
ist, ein geringerer Druck herrscht als auf der dem Innenraum
zugewandten Seite.
Zusätzlich kann das Gleitstück 8 gegenüber dem Flügel 7 durch
Feder 39 im Sinne der radialen Ausstreckung abgestützt sein.
Dargestellt ist eine Torsionsfeder 39, die auf der Stirn
fläche des Gelenkbolzens 10 in einem Sackloch gelagert ist
und die einerseits an dem Gelenkbolzen und andererseits an
dem Flügel angreift. Die Gelenkbolzen 10 und Kalotten 9
erstrecken sich vorzugsweise wie das Gleitstück über die
gesamte Flügellänge, so daß Kalotte und Gelenkbolzen gleich
zeitig eine Abdichtung der Flügelzellen bewirken. Das ist
insbesondere dann wichtig, wenn der Flügelkopf des Flügels 7
nicht selbst an der Umfangswand des Gehäuses anliegt, sondern
sich durch das Gleitstück 8 an der Gehäuseumfangswand ab
stützt. Diese Situation ist für den unteren Flügelkopf im
Bereich des unteren Totpunktes in Fig. 2 dargestellt.
Der Rotor besitzt an jedem radialen Ende des Führungsschlit
zes eine sich über die gesamte axiale Länge erstreckende,
keilförmige Aussparung 40, die so geformt ist, daß auch das
Gleitstück 8 so weit in den Rotor einfahren kann, daß es im
wesentlichen von dem einhüllenden Kreis des Rotors umschlos
sen wird. Es muß jedoch hervorgehoben werden, daß es nicht
erforderlich ist, daß das Gleitstück vollständig in der
Einhüllenden des Rotors verschwindet.
Bei den Ausführungen nach den Fig. 4 bis 6 ist die
Umfangswand des Pumpengehäuses 4 so bestimmt, daß sie eine in
sich geschlossene Kurve ist, die die Äquidistante zu einer
idealen Kurve ist. Der Abstand der Äquidistanten von der
idealen Kurve ist der Krümmungsradius der Berührfläche, mit
der das Gleitstück die Gehäuseumfangswand berührt. Die ideale
Kurve genügt der geometrischen Anforderung, daß alle Sekanten
durch den Rotormittelpunkt M die gleiche Länge haben. Ein
Gehäuse mit dieser geometrischen Anforderung kann auch für
die Flügelform nach Fig. 2 angewandt werden. In diesem Falle
wäre die Länge der Sekanten mindestens gleich der Flügellänge
L, maximal aber gleich dem Abstand der freien Enden der
beiden Gleitstücke im völlig ausgestreckten Zustand. Bei
dieser Gehäusekonstruktion würde sich lediglich eine geringe
Relativbewegung der Gleitstücke gegenüber den Flügeln erge
ben.
Zur Konstruktion des Querschnitts der Flügelzellenpumpe wird
also zunächst die Flügellänge sowie der Außendurchmesser des
Rotors 5 festgelegt. Die Differenz zwischen der Flügellänge
und dem Außendurchmesser bestimmt sehr wesentlich das Förder
volumen der Pumpe. Die Differenz ist begrenzt durch Festig
keits- und sonstige Überlegungen. Da der Rotor im Gehäuse so
gelagert ist, daß er an einer Stelle, dem sog. unteren Tot
punkt, in Umfangskontakt mit dem Gehäuse steht, taucht der
Flügel 7 in dem unteren Totpunkt - wie in Fig. 2 darge
stellt - vollständig in den Führungsschlitz 6 des Rotors 5
ein. Es wird nunmehr für die Krümmungsmittelpunkte K der
Flügelenden die Kurve, z.B. eine Pascalsche Spirale, um den
Mittelpunkt M des Rotors 5 konstruiert.
Bei den Ausführungen nach den Fig. 4 bis 6 liegt - worauf
später noch im einzelnen eingegangen wird - die Schwenkachse
der Gleitstücke nicht auf einer Frontseite des Flügels,
sondern auf der Kopfseite. Daher kann durch Schwenkung der
Gleitstücke nur ein begrenzter Schwenkbereich überfahren
werden. Aus diesem Grunde wird hier für die Gehäusekonstruk
tion die Länge der Sekanten so gewählt, daß sie dem Abstand
der Krümmungsmittelpunkte 0 der beiden Gleitstücke bei etwa
mittlerer Ausschwenklage entspricht. Hierdurch wird gewähr
leistet, daß durch die Schwenkbewegung der Gleitstücke posi
tive und negative Toleranzen der Gehäuseumfangswand gegenüber
der Idealform durch die Gleitstücke ausgefüllt werden
können.
Bei der Ausführung der Flügel nach Fig. 4 ist in die Flügel
vorderfront 42 ziemlich nahe am Flügelende ein Einschnitt
eingebracht, der parallel zur Rotorachse M liegt. Durch
diesen Einschnitt bleibt auf der Rückfront 41 des Flügels
lediglich ein geringer Steg stehen. Das Flügelmaterial ist so
gewählt, daß dieser Steg eine federelastische Beweglichkeit
des stehengebliebenen Flügelendes gewährleistet. Die Schwenk
achse des Gleitstücks liegt also auf der Rückfront. Bei
dieser Ausführung ist also das Gleitstück durch besondere
Formgebung des Flügelkopfes gebildet, so daß sich hier ferti
gungstechnische Vorteile ergeben, daß keine Fertigung mit
engen Passungen erforderlich ist.
Es sei auch bei diesem Ausführungsbeispiel darauf hinge
wiesen, daß die Schwenkachse einerseits auf dem Flügelkopf
liegt und andererseits - in Bewegungsrichtung des Flügel
kopfes gesehen - in der hinteren Hälfte der Flügeldicke
liegt. Auf die Vorteile dieser Ausführung wird bei der
Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 noch einge
gangen. Hinzuweisen ist auch darauf, daß auch bei diesem
Ausführungsbeispiel der Kraftangriff der Reibkraft in der
Berührlinie zwischen dem Gleitstück und der Gehäuseumfangs
wand auf das Gleitstück ein Drehmoment um den Steg als
Schwenkachse ausübt. Da der Steg - in Bewegungsrichtung des
Flügelkopfes - auf der hinteren Seite des Flügelkopfes liegt
und das freie Ende in Bewegungsrichtung weist, führt dieses
Drehmoment zu einer Ausschwenkbewegung und damit auch zu
einer Verstärkung der Anpreßkraft und Dichtwirkung.
Die Fig. 5 und 6 zeigen
Flügelkopfkonstruktionen im
Ausschnitt.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 5 und 6 ist
auf der Oberseite des Flügelkopfes eine Kalotte 9 gebildet.
Die Kalotte 9 liegt so nahe an der Hinterwand 41, daß der
zwischen der Kalotte 9 und der Hinterwand 41 stehenbleibende
Materialrest 46 eine federelastische Nachgiebigkeit besitzt.
In die Kalotte 9 ist der kreiszylinderförmige Gelenkbolzen 10
des Gleitstücks 8 eingeklipst. Das Gleitstück 8 besitzt etwa
den Querschnitt eines Halbkreises. An die ebene Schnittfläche
des Gleitstücks ist der Gelenkbolzen 10 angeformt. Der Durch
messer 2r des Halbkreises ist etwas kleiner als die Flügel
dicke s.
Die Unterkante des Gleitstückes bildet mit der Oberseite des
Flügelkopfes einen Spalt 47. Bei der Ausschwenkbewegung des
Flügels muß Öl in diesen Spalt eingesaugt werden und bei der
Einschwenkbewegung Öl aus diesem Spalt herausgepreßt werden.
Hierdurch wird die Beweglichkeit des Gleitstückes zwar nicht
eingeschränkt, wohl aber gedämpft. Dadurch werden Schwin
gungen des Flügels infolge Unrundheiten und Unebenheiten der
Gehäuseumfangswand vermieden. Es ist ersichtlich, daß die
Vorderseite 42 des Flügels einem höheren Druck ausgesetzt ist
als die Hinterseite 41. Dieser höhere Druck wirkt sowohl auf
der Unterseite als auch auf der Oberseite des Gleitstückes.
Nun ist jedoch die für die Schwenkbewegung des Gleitstückes
wirksame, dem Druck ausgesetzte Fläche auf der Unterseite des
Gleitstückes größer als die dem Druck ausgesetzte Fläche auf
der Oberseite des Gleitstückes. Das liegt daran, daß die
Berührlinie 44 der Berührfläche des Gleitstückes mit der
Gehäuseumfangswand etwa auf der Flügelmittelebene liegt. Die
Unterseite des Gleitstückes erstreckt sich aber über die
Flügelmittelebene hinaus, und zwar um den Abstand a, den die
Vorderkante des Gelenkbolzens von der Flügelmittelebene 43
hat. Es ergibt sich also eine resultierende Druckkraft, die
im Sinne der Ausschwenkbewegung auf die Unterseite des Gleit
stückes einwirkt.
Es ist ferner aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich, daß die
Berührlinie 44 zwischen dem Gleitstück und der Gehäuseum
fangswand einen verhältnismäßig großen Abstand von der
Gelenkachse O des Gleitstückes hat. Bei der vorgegebenen
Drehrichtung 35 des Flügels bewirkt daher die resultierende
Reibkraft pr in der Berührlinie 44 ein Drehmoment im Aus
schwenksinne auf den Flügel. Hinzu kommt, daß auch bei
Beschleunigung des Flügels ein Drehmoment im Ausschwenksinne
auf das Gleitstück ausgeübt wird. Mit all diesen Maßnahmen
wird größtmögliche Dichtheit des Gleitstücks gegenüber der
Gehäuseumfangswand erreicht.
Die Flügelausführung nach Fig. 6 weist noch folgende Beson
derheiten auf: Die Unterkante des Gleitstücks 8 ist gegenüber
der Stirnfläche des Flügelkopfes durch gummielastische
Elemente 45 abgestützt. Diese gummielastischen Elemente
können Elastomere sein, die große chemische und physikalische
Beständigkeit gegenüber dem heißen Schmieröl besitzen. Es sei
bemerkt, daß die Elemente 45 sich nicht über die gesamte
Länge des Flügels erstrecken müssen. Daher sammelt sich in
dem Raum zwischen der Unterseite des Gleitstücks 8 und der
Oberseite des Flügels 7 auch Öl. Da das Gleitstück 8 die
Vorderfront 42 des Flügels 7 hakenförmig umgreift, ist hier
ein Engpaß für das Öl. Bei der Schwenkbewegung des Gleit
stückes 8 muß das aus dem Raum 46 ausgepreßte oder in den
Raum 46 eingesaugte Öl diesen Engpaß passieren. Dadurch wird
die Schwenkbewegung des Flügels gedämpft.
Bezugszeichenaufstellung
1 Flügelzellenpumpe
2 Motorgehäuse, Kurbelgehäuse
3 Antriebswelle, Motorwelle, Nockenwelle
4 Pumpengehäuse
5 Pumpenrotor
6 Rotorschlitz, Führungsschlitz
7 Flügel
8 Gleitstück
9 Kalotte
10 Kreiszylinder, Gelenkbolzen
11 Einlaß, Sauganschluß
12 Auslaß
13 Flansch
14 Dichtung
15 Kupplungsscheibe
16 Kupplungslappen
17 Einschnitt
18 Schraube
19 Ölzufuhrbohrung
20 Öleinspritzbohrung
21 Innenbohrung des Rotors
22 Bund
23 Ringspalt, Ausdrehung
24 Rückschlagventil, Auslaßventil
25 Auslaßkammer
26 Ringnut
27 Stichbohrung
28 Rotorbohrung, Radialbohrung
29 Äquidistante
30 Drehrichtung
31 Einlaßventil
32 Deckel
33 Ringspalt
34 Axialnut
35 Drehrichtung
36 Nut
37 Lagergehäuse
38 freies Ende
39 Torsionsfeder
40 keilförmige Aussparung
41 Hinterseite
42 Vorderseite
43 Flügelmittelebene
44 Berührkante, Berührlinie
45 gummielastisches Element
46 lippenförmige Flügelwand, Materialrest
47 Spalt
48 Engpaß
2 Motorgehäuse, Kurbelgehäuse
3 Antriebswelle, Motorwelle, Nockenwelle
4 Pumpengehäuse
5 Pumpenrotor
6 Rotorschlitz, Führungsschlitz
7 Flügel
8 Gleitstück
9 Kalotte
10 Kreiszylinder, Gelenkbolzen
11 Einlaß, Sauganschluß
12 Auslaß
13 Flansch
14 Dichtung
15 Kupplungsscheibe
16 Kupplungslappen
17 Einschnitt
18 Schraube
19 Ölzufuhrbohrung
20 Öleinspritzbohrung
21 Innenbohrung des Rotors
22 Bund
23 Ringspalt, Ausdrehung
24 Rückschlagventil, Auslaßventil
25 Auslaßkammer
26 Ringnut
27 Stichbohrung
28 Rotorbohrung, Radialbohrung
29 Äquidistante
30 Drehrichtung
31 Einlaßventil
32 Deckel
33 Ringspalt
34 Axialnut
35 Drehrichtung
36 Nut
37 Lagergehäuse
38 freies Ende
39 Torsionsfeder
40 keilförmige Aussparung
41 Hinterseite
42 Vorderseite
43 Flügelmittelebene
44 Berührkante, Berührlinie
45 gummielastisches Element
46 lippenförmige Flügelwand, Materialrest
47 Spalt
48 Engpaß
Claims (16)
1. Flügelzellenpumpe,
deren kreiszylindrischer Rotor zur Flügelführung ledig
lich einen in einer Axialebene des Rotors liegenden
Führungsschlitz besitzt,
wobei der Gehäusequerschnitt von einer in sich geschlos
senen Kurve umschrieben wird, die aus einer Schar von be
liebigen Kurven, deren die Rotorachse senkrecht schnei
dende Sekanten im wesentlichen gleich der Flügellänge
zwischen den Berührkanten des Flügels sind, derart ausge
wählt wird, daß die in der Flügelebene wirkenden Bela
stungen des Flügels bei der radialen Flügelbewegung, ins
besondere die Beschleunigungs-, Ruck- und Stoßbelastun
gen, sowie die auf die Flügelenden wirkenden Verschleiß
kräfte minimiert werden, nach dem Patent (Anmeldung
P 31 46 995),
dadurch gekennzeichnet, daß
der Flügel an den Flügelenden jeweils ein Gleitstück auf
weist, welches Gleitstück mit einer Seite am Flügel im
Bereich der Flügelenden schwenkbar gelagert ist und mit
seinem freien Ende an der Gehäuseumfangswand der Flügel
zellenpumpe anliegt, wobei die Schwenkachsen der Gleit
stücke parallel zu der Rotorachse liegen.
2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1,
Kennzeichen:
Die Berührkante, mit der das freie Ende des Gleitstückes an der Gehäuseumfangswand anliegt, liegt - in Bewegungs richtung des Flügels - vor der durch die Schwenkachsen gehenden Ebene und radial außerhalb der zu der Flügel ebene senkrechten Ebene, die durch die Schwenkachse geht.
Kennzeichen:
Die Berührkante, mit der das freie Ende des Gleitstückes an der Gehäuseumfangswand anliegt, liegt - in Bewegungs richtung des Flügels - vor der durch die Schwenkachsen gehenden Ebene und radial außerhalb der zu der Flügel ebene senkrechten Ebene, die durch die Schwenkachse geht.
3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
Kennzeichen:
Die Gleitstücke sind auf der - in Bewegungsrichtung - Vor derfront (42) des Flügelendes gelagert.
Kennzeichen:
Die Gleitstücke sind auf der - in Bewegungsrichtung - Vor derfront (42) des Flügelendes gelagert.
4. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 2,
Kennzeichen:
Die Schwenkachse liegt - in Bewegungsrichtung des Flügel endes - hinter der Flügelmittelebene.
Kennzeichen:
Die Schwenkachse liegt - in Bewegungsrichtung des Flügel endes - hinter der Flügelmittelebene.
5. Flügelzellenpumpe nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
gekennzeichnet durch
ein Kreiszylinder-/Kalottengelenk zur schwenkbaren
Lagerung jedes der Gleitstücke an dem jeweiligen Flügel
ende.
6. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich das Gelenk über die gesamte Flügellänge erstreckt.
7. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5 oder 6,
Kennzeichen:
Die Kalotte ist jeweils an das Flügelende angeformt.
Kennzeichen:
Die Kalotte ist jeweils an das Flügelende angeformt.
8. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
Kennzeichen:
Die Gleitstücke sind gelenkig an das Flügelende ange formt.
Die Gleitstücke sind gelenkig an das Flügelende ange formt.
9. Flügelzellenpumpe nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
Kennzeichen:
Die Gleitstücke sind federnd derart an den Flügeln abge stützt, daß die freien Enden unter Federkraft an der Gehäuseumfangswand anliegen.
Kennzeichen:
Die Gleitstücke sind federnd derart an den Flügeln abge stützt, daß die freien Enden unter Federkraft an der Gehäuseumfangswand anliegen.
10. Flügelzellenpumpe nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
Kennzeichen:
Das Gleitstück schmiegt sich mit seiner Unterseite, welche von der Gehäuseumfangswand abgewandt ist, eng an das Flügelende an.
Kennzeichen:
Das Gleitstück schmiegt sich mit seiner Unterseite, welche von der Gehäuseumfangswand abgewandt ist, eng an das Flügelende an.
11. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Unterseite des Gleitstückes gegenüber dem Flügelende
durch gummielastische Materialien abgestützt ist.
12. Flügelzellenpumpe nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gleitstücke annähernd so breit wie die Flügeldicke,
vorzugsweise etwas schmaler als die Flügeldicke (s)
sind.
13. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gleitstücke, die an der Gehäuseumfangswand anliegen,
über mindestens 2/3 der Flügeldicke mit einem Radius
gekrümmt sind, der etwas kleiner als die halbe Flügel
dicke ist.
14. Flügelzellenpumpe nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Gehäusequerschnitt der Flügelzellenpumpe von einer in
sich geschlossenen Kurve umschrieben wird, deren die
Rotorachse senkrecht schneidenden Sekanten im wesent
lichen gleiche Länge haben, wobei die Kurve derart ausge
wählt wird, daß die in der Flügelebene wirkenden
Belastungen des Flügels und der Gleitstücke bei der
radialen Flügelbewegung, insbesondere die Beschleu
nigungs-, Ruck- und Stoßbelastungen sowie die auf die
Gleitstücke wirkenden Verschleißkräfte minimiert werden.
15. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gehäuseumfangswand im Normalschnitt eine Pascalsche
Spirale ist.
16. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gehäuseumfangswand im Normalschnitt die Äquidistante
mit dem Abstand des Krümmungsradius der Gleitstücke zu
einer in sich geschlossenen Kurve ist, deren Sekanten
länge im wesentlichen gleich dem Abstand der Krümmungs
mittelpunkte der Gleitstücke bei etwa mittlerer Schwenk
lage der Gleitstücke ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3832042A DE3832042C2 (de) | 1987-10-05 | 1988-09-21 | Flügelzellenpumpe |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3733635 | 1987-10-05 | ||
DE19883813132 DE3813132A1 (de) | 1987-05-19 | 1988-04-20 | Fluegelzellenpumpe |
DE3832042A DE3832042C2 (de) | 1987-10-05 | 1988-09-21 | Flügelzellenpumpe |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3832042A1 true DE3832042A1 (de) | 1989-04-13 |
DE3832042C2 DE3832042C2 (de) | 1997-08-14 |
Family
ID=25860501
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3832042A Expired - Fee Related DE3832042C2 (de) | 1987-10-05 | 1988-09-21 | Flügelzellenpumpe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3832042C2 (de) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0692634A1 (de) * | 1994-07-16 | 1996-01-17 | Pierburg Gmbh | Drehkolbenpumpe |
WO2001094794A1 (en) * | 2000-06-05 | 2001-12-13 | Ford Global Technologies, Inc. | Vehicle vacuum systems |
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WO2009053012A2 (en) * | 2007-10-26 | 2009-04-30 | Vhit S.P.A. Societa Unipersonale | A vacuum pump having a single vane |
WO2009127281A1 (de) * | 2008-04-17 | 2009-10-22 | FRÖTEK Kunststofftechnik GmbH | Flügel einer flügelzellenpumpe oder eines flügelzellenkompressors |
WO2009141097A1 (en) | 2008-05-22 | 2009-11-26 | Vhit S.P.A. Unipersonale | A vane with tilting tips, and a rotary displacement pump using this vane |
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CN102536832A (zh) * | 2012-03-21 | 2012-07-04 | 重庆云海机械制造有限公司 | 真空泵 |
WO2013041777A1 (fr) * | 2011-09-23 | 2013-03-28 | Willy Del Barba | Compresseur ou pompe rotative a palettes semi- spheriques « sans huile « pour comprimer ou pomper les fluides gazeux ou liquides |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004034919B3 (de) * | 2004-07-09 | 2005-12-01 | Joma-Hydromechanic Gmbh | Einflügelvakuumpumpe |
EP2574792B1 (de) | 2011-09-27 | 2015-06-03 | Pierburg Pump Technology GmbH | Flügelzellenpumpe |
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EP0264778B1 (de) * | 1986-10-18 | 1991-01-02 | B a r m a g AG | Flügelzellenpumpe |
-
1988
- 1988-09-21 DE DE3832042A patent/DE3832042C2/de not_active Expired - Fee Related
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D2 | Grant after examination | ||
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