EP0205036B1 - Flügelzellenpumpe - Google Patents

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EP0205036B1
EP0205036B1 EP19860107221 EP86107221A EP0205036B1 EP 0205036 B1 EP0205036 B1 EP 0205036B1 EP 19860107221 EP19860107221 EP 19860107221 EP 86107221 A EP86107221 A EP 86107221A EP 0205036 B1 EP0205036 B1 EP 0205036B1
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EP
European Patent Office
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vane
rotor
stop
wing
projection
Prior art date
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EP19860107221
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EP0205036A2 (de
EP0205036A3 (en
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Robert Lange
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Oerlikon Barmag AG
Original Assignee
Barmag AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
    • F01C21/0881—Construction of vanes or vane holders the vanes consisting of two or more parts

Definitions

  • the invention relates to a vane pump according to the first part of claim 1.
  • Vane pumps In vane pumps, the vanes move radially back and forth. If the rotor is very eccentric in relation to the housing, considerable forces are required to reverse the direction of the blades. Vane pumps can be designed with particularly strong eccentricity if two vanes slide in a rotor slot, which are supported on one another by force transmitters with a radial force. Such a vane pump is such. B. known from Japanese utility model 26-6486.
  • the wings are supported relative to each other by springs which are attached between the hook head of one wing and the web foot of the other wing.
  • springs which are attached between the hook head of one wing and the web foot of the other wing.
  • the vane pump therefore has the disadvantage that insufficient forces are available to reverse the direction of movement of the vane at bottom dead center. This disadvantage also exists if, instead of the springs, another system is used to generate the wing's outward movement (see, for example, DE-A-3 507 176).
  • the invention has for its object in a vane pump, the rotor has only one guide slot in which two vanes, which are supported radially on each other by means of force, are radially movable, to reduce the forces exerted on the other vane and thereby reduce the forces to reduce the radial forces required and the wear caused by the power means.
  • the rotor is mounted eccentrically in the housing. Therefore, when the rotor rotates on the compression side, the blades execute a radial retraction movement until they have reached their radially innermost position at bottom dead center. At the bottom dead center, the direction of movement is reversed and from here the wing executes a radial extension movement over the area of the suction zone.
  • the rotor is preferably mounted in such a way that it forms a seal with the housing peripheral wall. The bottom dead center of the wing is therefore - if you look at the wing head - on the circumference of the rotor.
  • a vane pump is known from US-A-2 919 651, which is now to be regarded as the closest prior art, in which the radially outer region of each vane and the radially inner region of the wall of each guide slot act as a circumferential projection is trained.
  • these projections form a pressure chamber for receiving a pressure fluid, the projections not touching one another even in the dead center position of the wings.
  • the stops proposed according to the invention consist on the one hand of a groove and on the other hand of a projection. This pairing of groove and projection is provided in the pairing of the sliding surfaces with which the wings are guided in their slot.
  • the groove is provided in the sliding surface of the slot, while the wing has a projection on its sliding surface in the region of its head. This projection dips into the groove when bottom dead center is reached and strikes the bottom of the groove.
  • the stop i.e. the projection on the one hand and the groove on the other hand extend over the entire wing length.
  • the stop and groove only extend over a partial length and are preferably arranged in the central region of the wing length.
  • the stop is preferably a thickening in the form of a circular section arranged on the rear of the wing.
  • the groove is a corresponding depression in the wall of the rotor slot. With its straight cutting edge, the circular section is formed by the longitudinal edge of the wing protruding from the rotor slot. This lead and the corresponding lowering match each other with medium play. This configuration ensures that no undue air build-up can form at the bottom of the depression.
  • a certain amount of air congestion can be used for a preferred exemplary embodiment to dampen the wing movement.
  • the countersink is designed as a damping chamber, the projection as a damping piston.
  • the damping effect can be influenced in a targeted manner by preventing the air from lowering in the direction of the retracting movement - i.e. radial to the rotor - escapes, but that the bottom of the countersink is provided with holes which open on the outer circumference of the rotor and exert a desired throttling on the air escaping from the countersink.
  • a relief channel is provided which is radial connects the inner part of the groove to the suction side.
  • the relief channel can e.g. B. penetrate the rotor so that it opens before the bottom of the groove.
  • the rotoe 2 is rotatably mounted in the housing 1.
  • the rotor has a rotor slot 4. This extends from the end of the shaft 3 over the entire axial length of the rotor.
  • the resulting two rotor halves are molded onto the correspondingly thick shaft 3.
  • the inner channel 29, which penetrates the shaft and the rotor, serves to supply lubricating oil.
  • the inlet is designated with a check valve open in the inlet direction.
  • With 33 the outlet opening is designated.
  • a check valve lying in the outlet opening and opening in the outlet direction is not shown.
  • the blades 5 and 6 are slidably guided in the rotor slot 4.
  • the wings with their webs 9 and 10 lie on top of each other.
  • the thickness of the vanes 9 and 10 corresponds to the sum of the width of the rotor slot 4.
  • the ends of the vanes mesh with the cylindrical inner wall of the housing 1.
  • the ends are designed as hook heads 7.
  • the thickness of these hook heads also corresponds to the slot width.
  • the wing webs 9, 10 have recesses 50, 51 at their ends. In certain rotational positions, these recesses connect the so-called hook spaces 15.1 and 15.2 to the oil supply through the inner channel 29.
  • the hook spaces 15.1 and 15.2 are formed by the hook heads 7.8 and the web feet 14 of the wing webs 9, 10.
  • FIG. 1 shows the situation in the direction of rotation 22 in which the wing 5 approaches its bottom dead center position.
  • the wing 6 is moved radially outward by the pressure existing in the hook space 15.2, while the wing 5 still performs a rectified movement radially inward.
  • this direction of movement must reverse. For this it is necessary that there is a very high oil pressure in the hook space 15.2. This in turn would lead to a very strong contact of the wing 6 on the housing circumference.
  • a stop 60 is provided on the hook head of each wing and the rotor has grooves 61 which are aligned with the stop 60.
  • the radial length of the grooves is such that the stop strikes the bottom of the groove in the bottom dead center position of the wing.
  • Groove base or stop can also be designed as a spring, so that the energy required for decelerating the wing can be stored and used for the radial extension movement of the wing.
  • the bottom of the groove 61 is provided with a relief channel 62 which secantially penetrates the rotor.
  • the groove is connected to the suction chamber of the pump when the stop 60 is immersed, so that any air, liquid or oil quantities are sucked out of the groove.
  • this relief channel 62 By dimensioning the size of this relief channel 62, the fluid pressure that can be built up in the groove can be influenced in such a way that a desired resistance to damping is counteracted by the wing that moves into the bottom dead center position.
  • Fig. 3 shows the view of a wing from the back. It can be seen that the stop 60 of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is designed as a thickening on the back of the wings 5 and 6 and has the shape of a circular section. The straight cutting edge of the circular section is formed by the upper edge of the wing, which meshes with the inner circumference of the housing.
  • a stop 60 is shown which extends as a bar over the entire length of the wing. Consequently, the groove 61 also has a corresponding shape. Likewise, relief channels 62 are again provided, through which the air can escape from the groove 61 with targeted throttling.
  • the invention succeeds in reducing the forces required to generate the radial movement of the vanes and thus the power loss of the pump and its wear. Furthermore, the pump works with the inventive measure noiseless.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe gemäß dem ersten Teil des Anspruchs 1.
  • 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 Flügel gleiten, die sich-durch Kraftgeber aufeinander mit einer radialen Kraft abstützen. Eine solche Flügelzellenpumpe ist z. B. durch die japanische Gebrauchsmusterschrift 26-6486 bekannt.
  • 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, führt die durch die Federn ausgeübte Kraft zu einer entsprechend großen Reibung der Flügel am Gehäuseumfang und damit zu einer entsprechend großen Verlustarbeit. 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-A-3 507 176).
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Flügelzellenpumpe, deren Rotor nur einen Führungsschlitz besitzt, in welchem zwei Flügel, die sich durch Kraftmittel radial aufeinander abstützen, radial beweglich sind, die durch den einen auf den anderen Flügel ausgeübten Kräfte zu verkleinern und dadurch die durch die Kraftmittel ausgeübten, erforderlichen Radialkräfte sowie den Verschleiß zu verringern.
  • Die Lösung ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1. Durch den Umstand, daß die Flügelbewegung im unteren Totpunkt durch Anschläge begrenzt wird, 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.
  • Zwar ist durch die US-A-2 919 651, die nunmehr als nächstligender Stand der Technik anzusehen ist, eine Flügelzellenpumpe bekannt, bei welcher der radial äußere Bereich eines jeden Flügels und der radial innere Bereich der Wandung eines jeden Führungsschlitzes als in Umfangsrichtung weisender Vorsprung ausgebildet ist. Diese Vorsprünge bilden jedoch eine Druckkammer zur Aufnahme einer Druckflüssigkeit, wobei sich die Vorsprünge auch in der Totpunktlage der Flügel nicht berühren.
  • 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 Rotoe 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 Röckschlagventil 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, 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 DE-A-3 507 176 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 Auslaß
    • 50 Ausnehmung
    • 51 Ausnehmung
    • 60 Anschlag
    • 61 Einbuchtung
    • 62 Entlastungskanal

Claims (5)

1. Flügelzellenpumpe,
mit in dem Pumpengehäuse (1) in einem Rotorschlitz (4) radial hin- und herbewegbaren Pumpenflügeln (5, 6), die durch Erzeugung einer Radialkraft nach außen bewegbar sind,
wobei eine Gleitfläche jedes Flügels einen stufenförmigen Vorsprung und die Gegengleitfläche in dem zugehörigen Rotorschlitz eine den Vorsprung aufnehmende, stufenförmige Einbuchtung aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Pumpe nur einen Rotorschlitz (4) besitzt, in dem zwei Flügel (5, 6) gleiten und sich aufeinander abstützen,
und daß der Vorsprung (60) und die Einbuchtung (61) so bemessen sind, daß die radial nach innen weisende Begrenzungsfläche des Vorsprungs (60) mit der radial nach außen zeigenden Begrenzungsfläche der Einbuchtung (61) als die Flügelbewegung im unteren Totpunkt beim Einfahren in den Rotorschlitz (4) begrenzender Anschlag (60) wirkt.
2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Anschlag (60) auf der in Drehrichtung (22) des Rotors rückseitigen Fläche jedes Flügels (5, 6) vorgesehen ist.
3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Anschlag (60) sich über die gesamte Flügellänge erstreckt.
4. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Anschlag (60) nur einen Teil der Flügellänge einnimmt und die Form eines Kreisabschnittes hat, der in eine entsprechende Einbuchtung (61) in der entsprechenden Schlitzwand des Rotors (2) mit mittlerem Spiel paßt.
5. Flügelzellenpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Anschlag (60) an jedem Flügel und die entsprechende Einbuchtung (61) in der entsprechenden Schlitzwand des Rotors (2) als Dämpfungselemente mit Dämpfwirkung bei der Abbremsung des Flügels ausgebildet sind.
EP19860107221 1985-06-13 1986-05-28 Flügelzellenpumpe Expired EP0205036B1 (de)

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DE3521186 1985-06-13
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DE3531963 1985-09-07

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Publication Number Publication Date
EP0205036A2 EP0205036A2 (de) 1986-12-17
EP0205036A3 EP0205036A3 (en) 1987-10-28
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