EP0205036A2

EP0205036A2 - Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: EP0205036A2
Application number: EP86107221A
Authority: EP
Inventors: Robert Lange
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1985-06-13
Filing date: 1986-05-28
Publication date: 1986-12-17
Also published as: DE3663720D1; EP0205036A3; EP0205036B1

Abstract

Bei einer Flügelzellenpumpe gleiten in einem Rotorschlitz zwei aufeinanderliegende Flügel. Die Flügel (5, 6) ragen mit wechselnder Länge über den Rotor hinaus. Die Flügel besitzen auf ihrer Rückseite einen Anschlag (60), der in eine Tasche des Rotors hineinfährt. Hierdurch wird die Kraft, die zum Abbremsen der Radialbewegung des Flügels erforderlich ist, wesentlich gemindert. Gleichzeitig wirken der Anschlag und die Tasche als Dämpfungselemente.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe. Bei Flügelzellenpumpen führen die Flügel eine radiale _Hin-und Herbewegung aus. Bei starker Exzentrizität des Rotors gegenüber dem Gehäuse werden für die Richtungsumkehr der Flügel erhebliche Kräfte benötigt. Flügelzellenpumpen lassen sich mit besonders starker Exzentrizität auslegen, wenn in einem Rotorschlitz zwei aufeinanderliegende Flügel gleiten und an entgegengesetzten Enden des Schlitzes den Rotor mit wechselnder, radialer Länge überragen. Eine solche Flügelzellenpumpe ist z.B. durch die japanische Gebrauchsmusterschrift 26-6486 bekannt.
Dabei sind beide Flügel hakenförmig ausgebildet. Der Hakenkopf der Flügel ist so dick wie die Summe der Stegdicke. Die Flügel sind relativ zueinander durch Federn abgestützt, welche zwischen dem Hakenkopf des einen und dem Stegfuß des anderen Flügels angebracht sind. Bei schnell drehenden Flügelzellenpumpen, insbesondere Flügelzellenvakuumpumpen, die in Kraftfahrzeugen zur Erzeugung eines Vakuums für Servoverbraucher, insbesondere Bremskraftverstärker Anwendung finden, ist die Verwendung von Federn aus einer Vielzahl von Gründen unangebracht. Einer der Gründe ist die Gefahr, daß bei Bruch einer Feder die gesamte Pumpe durch die in der Pumpe herumfliegenden Teile der Feder zerstört wird. Ein anderer Grund liegt darin, daß die durch die Federn ausgeübte Kraft zu einer entsprechend großen Reibung der Flügel am Gehäuseumfang und damit zu einer entsprechend großen Verlustarbeit führt. Die Federkräfte sind daher jedenfalls zu minimieren.
Daher hat die Flügelzellenpumpe den Nachteil, daß für die Umkehr der Bewegungsrichtung des Flügels im unteren Totpunkt keine ausreichenden Kräfte zur Verfügung stehen. Dieser Nachteil besteht auch, wenn statt der Federn ein anderes System zur Erzeugung der Ausfahrbewegung der Flügel verwandt wird (vgl. z.B. DE-Anm. 35 07 176.1 (IP-1396)). Die Lösung wird erfindungsgemäß dadurch herbeigeführt, daß die Flügelbewegung im unteren Totpunkt durch Anschläge begrenzt wird.
Hierdurch wird erreicht, daß die Mittel, die die Ausfahrbewegung der Flügel hervorrufen, nicht auch die Kräfte hervorbringen müssen, die zur Umkehr der Bewegungsrichtung erforderlich sind.
Hierzu sei aufgrund des allgemeinen Konstruktionsprinzips der Flügelzellenpumpen bemerkt, daß der Rotor in dem Gehäuse exzentrisch gelagert ist. Daher führen die Flügel bei einer Drehung des Rotors auf der Kompressionsseite eine radiale Einfahrbewegung aus, bis sie im unteren Totpunkt ihre radial innerste Stellung erreicht haben. Im unteren Totpunkt wird die Bewegungsrichtung umgekehrt und von hier aus führt der Flügel eine radiale Ausfahrbewegung über den Bereich der Saugzone aus. Bevorzugt ist der Rotor derart gelagert, daß er mit der Gehäuseumfangswand eine Dichtung bildet. Der untere Totpunkt des Flügels liegt daher - wenn man den Flügelkopf betrachtet - auf dem Umfang des Rotors.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anschläge bestehen einerseits aus einer Nut und andererseits aus einem Vorsprung. Diese Paarung von Nut und Vorsprung ist in der Paarung der Gleitflächen vorgesehen, mit denen die Flügel in ihrem Schlitz geführt sind.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Nut in der Gleitfläche des Schlitzes vorgesehen, während der Flügel im Bereich seines Kopfes auf seiner Gleitfläche einen Vorsprung aufweist. Dieser Vorsprung taucht bei Erreichen des unteren Totpunktes in die Nut ein und schlägt am Nutengrund an.
Um ein Verkanten zu vermeiden, kann sich der Anschlag, d.h. der Vorsprung einerseits und die Nut andererseits über die gesamte Flügellänge erstrecken. Aus Gründen der Materialersparnis und Gewichtsersparnis kann jedoch auch vorgesehen sein, daß sich Anschlag und Nut lediglich über eine Teillänge erstrecken und vorzugsweise im mittleren Bereich der Flügellänge angeordnet sind.
Vorzugsweise ist der Anschlag eine auf der Flügelrückseite angeordnete Verdickung in Form eines Kreisausschnitts. Die Nut ist eine entsprechende Senkung in der Wandung des Rotorschlitzes. Mit seiner geraden Schnittkante wird der Kreisabschnitt von der aus dem Rotorschlitz herausragenden Längskante des Flügels gebildet. Dieser Vorsprung und die entsprechende Senkung passen mit mittlerem Spiel zueinander. Bei dieser Ausgestaltung wird sichergestellt, daß sich am Grunde der Senkung kein unzulässiger Luftstau bilden kann. Ein gewisser Luftstau kann für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ausgenutzt werden zur Dämpfung der Flügelbewegung. Hierzu sind die Senkung als Dämpfkammer, der Vorsprung als Dämpfkolben ausgebildet. Die Dämpfwirkung kann dadurch gezielt beeinflußt werden, daß die Luft aus der Senkung nicht in Richtung der Einfahrbewegung - d.h. radial zum Rotor - entweicht, sondern daß der Grund der Senkung mit Bohrungen versehen wird, die auf dem Außenumfang des Rotors münden und eine gewünschte Drosselung auf die aus der Senkung entweichende Luft ausüben.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Entlastungskanal vorgesehen, der den radial inneren Teil der _Nut mit der Saugseite verbindet. Der Entlastungskanal kann z.B. den Rotor so durchdringen, daß er vor dem Nutengrund mündet. Es bildet sich dadurch beim Einfahren des Vorsprungs in die Nut auf dem Nutengrund ein Luft- oder Flüssigkeitspolster, das das Auftreffen des Anschlages dämpft.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Normalschnitt durch eine Flügelzellenpumpe;
Fig. 2 die Aufsicht auf einen Rotor mit Flügel, wobei das Gehäuse aufgeschnitten dargestellt ist.

In dem Gehäuse 1 ist der Rotor 2 drehbar gelagert. Der Rotor weist einen Rotorschlitz 4 auf. Dieser erstreckt sich vom Ende der Welle 3 über die gesamte axiale Länge des Rotors. Die dadurch entstehenden beiden Rotorhälften sind an die entsprechend dick ausgeführte Welle 3 angeformt. Der Innenkanal 29, der die Welle und den Rotor durchdringt, dient zur Zufuhr von Schmieröl. Mit 32 ist der Einlaß mit einem in Einlaßrichtung offenen Rückschlagventil bezeichnet. Mit 33 ist die Auslaßöffnung bezeichnet. Ein in der Auslaßöffnung liegendes, in Auslaßrichtung öffnendes Rückschlagventil ist nicht dargestellt.
In dem Rotorschlitz 4 sind die Flügel 5 und 6 gleitend geführt. Dabei liegen die Flügel mit ihren Stegen 9 und 10 aufeinander. Die Dicke der Flügel 9 und 10 entspricht in der Summe der Weite des Rotorschlitzes 4. Die Flügel kämmen mit ihren Enden an der zylindrischen Innenwand des Gehäuses 1. Die Enden sind als Hakenköpfe 7, 8 ausgebildet. Die Dicke dieser Hakenköpfe entspricht ebenfalls der Schlitzweite. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Flügelstege 9, 10 an ihren Enden Ausnehmungen 50, 51 auf. Diese Ausnehmungen verbinden in bestimmten Drehpositionen die sog. Hakenräume 15.1 und 15.2 mit der Ölzufuhr durch Innenkanal 29. Die Hakenräume 15.1 und 15.2 werden gebildet durch die Hakenköpfe 7.8 sowie die Stegfüße 14 der Flügelstege 9, 10. Beim Eintauchen dieser Hakenräume 15.1 bzw. 15.2 in den Flügelschlitz wirkt sich in ihnen der Öldruck des Schmieröls derart aus, daß die Flügel die erforderliche radiale Ausfahrbewegung durchführen. Bezüglich der Ausgestaltung der Mittel zur Erzeugung der radialen Ausfahrbewegung wird auf die deutsche Anmeldung P 35 07 176.1 (IP-1396) verwiesen.
In Fig. 1 ist bei Drehrichtung 22 die Situation gezeigt, in der der Flügel 5 sich seiner unteren Totpunktlage nähert. Durch den in Hakenraum 15.2 bestehenden Druck wird der Flügel 6 radial nach außen gefahren, während der Flügel 5 noch eine gleichgerichtete Bewegung radial nach innen durchführt. Sobald der Flügel den unteren Totpunkt erreicht hat, muß sich diese Bewegungsrichtung umkehren. Hierzu ist es erforderlich, daß im Hakenraum 15.2 ein sehr hoher Öldruck herrscht. Das wiederum würde aber zu einer sehr starken Anlage des Flügels 6 am Gehäuseumfang führen. Um die Beschleunigungskräfte zumindest teilweise zu eliminieren, ist ein Anschlag 60 am Hakenkopf eines jeden Flügels vorgesehen und der Rotor weist Nuten 61 auf, die mit dem Anschlag 60 fluchten. Die radiale Länge der Nuten ist so bemessen, daß der Anschlag in der unteren Totpunktlage des Flügels an den Nutengrund anschlägt. Nutengrund oder Anschlag können auch als Feder ausgebildet sein, so daß die für die Verzögerung des Flügels erforderliche Energie gespeichert und für die radiale Ausfahrbewegung des Flügels benutzt werden kann.
Der Nutengrund der Nuten 61 ist mit einem Entlastungskanal 62 versehen, der den Rotor sekantial durchdringt. Dadurch wird die Nut beim Eintauchen des Anschlages 60 mit der Saugkammer der Pumpe verbunden, so daß etwaige Luft- oder Flüssigkeits- oder Ölmengen aus der Nut abgesaugt werden.
Durch die Dimensionierung der Größe dieses Entlastungskanals 62 kann der in der Nut aufbaubare Flüssigkeitsdruck derart beeinflußt werden, daß sich dem in die untere Totpunktlage einfahrenden Flügel zur Dämpfung ein gewünschter Widerstand entgegensetzt.
Fig. 3 zeigt die Ansicht eines Flügels von der Rückseite her. Es ist zu sehen, daß der Anschlag 60 des in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels als Verdickung auf der Rückseite der Flügel 5 bzw. 6 ausgebildet und die Form eines Kreisausschnitts hat. Die gerade Schnittkante des Kreisausschnitts wird durch die Oberkante des Flügels, die mit dem Innenumfang des Gehäuses kämmt, gebildet.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 ist ein Anschlag 60 gezeigt, der als Leiste sich über die gesamte Länge des Flügels erstreckt. Folglich hat auch die Nut 61 eine entsprechende Gestalt. Ebenso sind wiederum Entlastungskanäle 62 vorgesehen, durch die die Luft aus der Nut 61 mit gezielter Drosselung entweichen kann.
Durch die Erfindung gelingt es, die zur Erzeugung der. radialen Bewegung der Flügel erforderlichen Kräfte und damit die Verlustleistung der Pumpe und ihren Verschleiß zu vermindern. Ferner arbeitet die Pumpe mit der erfindungsmäßigen Maßnahme geräuschloser.

BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG

1 Gehäuse
2 Rotor
3 Welle
4 Rotorschlitz
5 Flügel
6 Flügel
7 Hakenkopf
8 Hakenkopf
9 Flügelsteg
10 Flügelsteg
14 Stegfuß
15 Hakenraum
22 Drehrichtung
29 Innenkanal
32 Einlaß
33 Einlaß
50 Ausnehmung
51 Ausnehmung
60 Anschlag
61 Nut
62 Entlastungskanal

Claims

1. Flügelzellenpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Flügel gegenüber dem Rotor einen Anschlag besitzt, durch den die Flügelbewegung im unteren Totpunkt beim Einfahren in den Schlitz des Rotors begrenzt wird.

2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Anschlag (60) vorzugsweise auf der rückseitigen Fläche - bezogen auf die Drehrichtung des Rotors und die daraus resultierende Bewegungsrichtung des über den Rotor hinausragenden Flügels (5, 6) angebracht ist.

3. Flügelzellenpumpe nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Anschlag sich über die gesamte Flügellänge ertreckt (Fig. 3, 4).

4. Flügelzellenpumpe nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Anschlag nur einen Teil der Flügellänge einnimmt und die Form eines Kreisabschnittes hat, der in eine entsprechende Senkung in der entsprechenden Schlitzwand des Rotors mit mittlerem Spiel paßt.

5. Flügelzellenpumpe nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Anschlag an jedem Flügel und die entsprechende Senkung in der entsprechenden Schlitzwand des Rotors als Dämpfungselemente mit Dämpfwirkung bei der Abbremsung des Flügels ausgebildet sind.