EP0359139A2

EP0359139A2 - Vane pump

Info

Publication number: EP0359139A2
Application number: EP89116595A
Authority: EP
Inventors: Heinz Dr. Schippers
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1988-09-10
Filing date: 1989-09-08
Publication date: 1990-03-21
Also published as: EP0359139A3

Abstract

In a vane pump (1), the cylindrical rotor (5) of which has a single guide slot lying in an axial plane of the rotor (5) and in which the rotor (5) contacts the circumferential wall of the housing, which, in normal section, is designed as a conchoid of a circle, along a generating line, wear on the vanes (7) is reduced or avoided by the fact that opposite the rotor (5), which is mounted in projecting fashion in the housing (2), there is in the housing cover (4) opposite the bearing side a crank (10/13) mounted in freely rotatable fashion in said housing cover. This cooperates with the rotor (5) and, at its free end, has an eccentrically mounted pin (10) which engages in the longitudinal centre (15) of the vane. The centrifugal forces arising at the vane (7) during the rotation of the rotor are thereby partially absorbed by the crank (10/13). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Diese Flügelzellenpumpe ist durch die DE-PS 577 043 bekannt. Sie zeichnet sich durch ein großes Arbeitsvolumen aus. Die Pumpe ist für große Druckunterschiede nicht geeignet wegen der schlechten Dichtwirkung im Bereich der Flügelführung. Dieses Problem ist dagegen gelöst bei der EP-A 264 778, bei der der Rotor eine vollständig ausgefüllte kreiszylindrische Trommel ist, die einen zu einer Axialebene parallelen Schlitz zur Flügelführung aufweist. Der Flügel ist eine rechteckige Scheibe, die über ihre gesamte Länge und Breite gleiche Dicke besitzt. Die Dicke des Flügels ist der Weite des Schlitzes angepaßt. Daher bestehen zwischen der Saug- und der Druckseite der Pumpe lange Dichtspalte mit entsprechend guter Dichtwirkung. Das Problem des Verschleißes durch Fliehkraft ist bei dieser Pumpe jedoch nicht gelöst.The invention relates to a vane pump according to the preamble of claim 1.
This vane pump is known from DE-PS 577 043. It is characterized by a large volume of work. The pump is not suitable for large pressure differences because of the poor sealing effect in the area of the wing guide. In contrast, this problem is solved in EP-A 264 778, in which the rotor is a completely filled circular-cylindrical drum which has a slot parallel to an axial plane for guiding the wing. The wing is a rectangular disc that has the same thickness over its entire length and width. The thickness of the wing is adapted to the width of the slot. Therefore there are long sealing gaps between the suction and the pressure side of the pump with a correspondingly good sealing effect. However, the problem of wear caused by centrifugal force is not solved with this pump.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowohl mit großem Volumen und geringem durch Fliehkrafteinwirkung verursachten Verschleiß als auch mit guter Dichtwirkung auszustatten.The object of the invention is to provide a pump according to the preamble of claim 1 both with a large volume and low wear caused by centrifugal force and with a good sealing effect.

Die Lösung ergibt sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1.The solution results from the characterizing part of claim 1.

Die Ausführung nach Anspruch 2 ermöglicht, den Rotor einseitig fliegend zu lagern und die Kurbel auf der der Rotorlagerung gegenüberliegenden Seite anzuordnen.The embodiment according to claim 2 makes it possible to mount the rotor on one side and to arrange the crank on the side opposite the rotor bearing.

Die Ausführungen nach den Ansprüchen 3 und 4 bezeichnen Alternativen, mit denen es möglich ist, den Flügel ohne Verkantung zu führen.The designs according to claims 3 and 4 designate alternatives with which it is possible to guide the wing without tilting.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.An embodiment of the invention is described below.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Normalschnitt;
Fig. 2, 3 jeweils den Teil eines Axialschnitts;
Fig. 4 den Axialschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Show it:

1 shows a normal section;
2, 3 each the part of an axial section;
Fig. 4 shows the axial section of a further embodiment.

Die Flügelzellenpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 2 auf. In dem Pumpengehäuse 2 ist der Pumpenrotor 5 fliegend drehbar gelagert und drehend angetrieben. Die Lagerung ist hier nicht dargestellt. Der Rotor ist so gelagert, daß er an einer Stelle das Innengehäuse mit engem Spalt berührt. Der Rotor ist eine zylindrische Trommel. Der Rotor ist aus einem Stück gearbeitet, ist also massiv und besitzt lediglich einen Schlitz. Dieser Schlitz liegt parallel zu einer Axialebene. Er wird begrenzt durch zwei parallele Sekantialebenen. Die Antriebswelle ist - wie Fig. 4 insbesondere zeigt, an den Rotor angeformt und bildet mit ihm ein Stück. Der Flügel ist eine rechteckige Platte oder Scheibe, welche über ihre gesamte Fläche gleiche Dicke besitzt. Die Flügeldicke entspricht der Weite des Schlitzes derart, daß der Flügel zwar gut gleitet, andererseits aber mit dem Rotorschlitz enge Dichtspalte bildet.The vane pump 1 has a pump housing 2. In the pump housing 2, the pump rotor 5 is overhung and rotatably driven. The storage is not shown here. The rotor is mounted so that it touches the inner casing at one point with a narrow gap. The rotor is a cylindrical drum. The rotor is made from one piece, so it is solid and has only one slot. This slot is parallel to an axial plane. It is delimited by two parallel secant planes. The drive shaft is - as shown in FIG. 4 in particular - formed on the rotor and forms a piece with it. The wing is a rectangular plate or disk, which has the same thickness over its entire surface. The wing thickness corresponds to the width of the slot in such a way that the wing slides well, but on the other hand forms tight sealing gaps with the rotor slot.

An seinen Enden weist der Flügel 7 jeweils Dichtleisten 8 auf. Die Dichtleisten 8 dienen zur Panzerung des Flügelkopfes. Die Dichtleisten 8 können beweglich in dem Flügelende geführt sein und dadurch Toleranzen im Querschnitt des Pumpengehäuses ausgleichen. Der Querschnitt des Pumpengehäuses ist die Äquidistante zu einer Konchoiden (= Pascalschen Spirale oder Pascalschen Parabel). Die Konchoide geht durch den Krümmungs mittelpunkt der Dichtleisten 8. Der Abstand der Äquidistanten von der Konchoiden entspricht dem Krümmungsradius der Dichtleisten 8. Der Rotor 5 ist in Bezug auf die Konchoide exzentrisch gelagert. Dabei hat die Konchoide die Eigenschaft, daß alle Sekanten durch den Mittelpunkt des Rotors 5 gleich lang und so lang sind wie der Abstand zwischen den Krümmungsmittelpunkten der Dichtleisten 8. Dadurch gilt für die im Normalschnitt die Gehäuseumfangswand bildende Äquidistante der Konchoiden, daß die lichte Weite in Richtung des Rotorschlitzes 6 bei allen Drehlagen des Rotors 5 konstant und gleich der Flügellänge zwischen den Berührlinien des Gehäuses 2 und den Dichtleisten 8 ist. In Fig. 1 ist die Englage des Flügels 7 eingezeichnet. In dieser Lage liegt der Längsmittelpunkt 15.1 des Flügels auf dem Zentrum des Rotors 5. Ferner ist gestrichelt dazu die 90°-Lage eingezeichnet. Dabei ist mit Länge des Flügels 7 die in Fig. 1 dargestellte, überlicherweise größte geometrische Abmessung des Flügels bezeichnet. In der 90°-Lage liegt der Langsmittelpunkt 15.2 extrem weit außermittig. Ersichtlich werden dadurch große Zentrifugalkräfte auf den Flügel ausgeübt.
Die Konstruktion der Konchoiden bzw. ihrer Äquidistanten ergibt sich aus der EP-A 264 778 (= Bag 1548). Eine besonders geeignete Konstruktion ergibt sich aus der DE-A 38 13 132 (= Bag 1580). Bei dieser Formgebung können Beschleunigungs-, Ruck- und Stoßbelastungen des Flügels vermieden werden. Ferner kann das Gehäuse so gestaltet werden, daß durch Berührung von Rotor und Gehäuse nicht nur in einer einzigen Mantellinie, sondern einer Schmiegefläche eine gute Abdichtung von Saug- und Druckseite erreicht wird.
Die Äquidistante im Sinne dieser Anmeldung ist die Einhüllende aller Kreise mit dem Radius des Kantenradius, deren Mittelpunkt auf der Konchoiden bzw. der nach DE-A 38 13 132 (= Bag 1580) konstruierten geschlossenen Kurve liegt.The wing 7 has sealing strips 8 at each of its ends. The sealing strips 8 serve to armor the wing head. The sealing strips 8 can be movably guided in the wing end and thereby compensate for tolerances in the cross section of the pump housing. The cross section of the pump housing is the equidistant to a conchoid (= Pascal's spiral or Pascal's parabola). The conchoid goes through the curvature center of the sealing strips 8. The distance of the equidistant from the conchoid corresponds to the radius of curvature of the sealing strips 8. The rotor 5 is mounted eccentrically with respect to the conchoid. The conchoid has the property that all secants through the center of the rotor 5 are of the same length and as long as the distance between the centers of curvature of the sealing strips 8. As a result, for the equidistant of the conchoids forming the circumferential wall of the housing in normal section, the clear width in The direction of the rotor slot 6 is constant at all rotational positions of the rotor 5 and is equal to the wing length between the contact lines of the housing 2 and the sealing strips 8. In Fig. 1, the English of the wing 7 is shown. In this position, the longitudinal center point 15.1 of the wing lies on the center of the rotor 5. The 90 ° position is also shown in broken lines. The length of the wing 7 denotes the usually largest geometric dimension of the wing shown in FIG. 1. In the 90 ° position, the longitudinal center point 15.2 is extremely far off-center. As a result, large centrifugal forces are exerted on the wing.
The construction of the conchoids or their equidistant results from EP-A 264 778 (= Bag 1548). A particularly suitable construction results from DE-A 38 13 132 (= Bag 1580). With this design, acceleration, jerk and shock loads on the wing can be avoided. Furthermore, the housing can be designed so that a good seal of the suction and pressure side is achieved by touching the rotor and housing not only in a single surface line, but in a lubricating surface.
The equidistant in the sense of this application is the envelope of all circles with the radius of the edge radius, the center of which lies on the conchoid or the closed curve constructed according to DE-A 38 13 132 (= Bag 1580).

In dem Lagerdeckel 4, welcher von der Lagerseite der Rotorwelle (nicht gezeigt) abgewandt ist, ist eine kreisrunde Kurbelscheibe 13 frei drehbar gelagert (Fig. 2 und Fig. 3). Ihr Mittelpunkt 14 liegt genau zwischen den Extremlagen 15.1 und 15.2, welche der Längsmittelpunkt des Flügels 7 einnehmen kann. In der Kurbelscheibe 13 ist ein Zapfen 10 achsparallel zur Kurbelscheibe 13 angebracht, und zwar auf einem Radius, welcher dem Abstand zwischen dem Mittelpunkt 14 der Kurbelscheibe 13 und den Extremlagen 15.1 bzw. 15.2 der Längsmitte des Flügels 7 entspricht. Der Lagerdeckel 4 besitzt in der kreisscheibenförmigen Ausnehmung, in welcher die Kurbelscheibe 13 gelagert ist, geeignete Ölnuten 9, so daß eine Gleitlagerung mit Schmierung der Kurbelscheibe 13 erfolgt.In the bearing cover 4, which faces away from the bearing side of the rotor shaft (not shown), a circular crank disk 13 is freely rotatable (FIGS. 2 and 3). Its center 14 lies exactly between the extreme positions 15.1 and 15.2, which the longitudinal center of the wing 7 can assume. In the crank disk 13, a pin 10 is mounted axially parallel to the crank disk 13, namely on a radius which corresponds to the distance between the center 14 of the crank disk 13 and the extreme positions 15.1 and 15.2 of the longitudinal center of the wing 7. The bearing cover 4 has suitable oil grooves 9 in the circular disk-shaped recess in which the crank disk 13 is mounted, so that a sliding bearing with lubrication of the crank disk 13 takes place.

About the function:

Bei Drehung des Rotors in Pfeilrichtung bilden der Rotor 5, die aus dem Rotor herausragenden Stücke des Flügels 7 sowie das Pumpengehäuse 2 mit den seitlichen Deckeln Zellen, die fortwährend größer und wieder kleiner werden. Dabei wird durch Einlaß 11 Luft angesaugt und durch Auslaß 12 Luft ausgestoßen. Die Flügelzellenpumpe kann also als Vakuumpumpe oder auch als Luftdruckpumpe (Kompressor) wirken. Besonders vorteilhaft wird sie als Vakuumpumpe eingesetzt. Bei der Drehung des Rotors 5 ändert sich die Relativlage des Flügels 7 zwischen den dargestellten Positionen. Die auf den Flügel einwirkenden Zentrifugalkräfte werden insbesondere in der gestrichelt eingezeichneten äußeren Extremlage sowie in den angrenzenden Winkelbereichen zumindest teilweise durch den Zapfen 10 und die Kurbelscheibe 13 aufgenommen. Hierdurch wird der Verschleiß vermieden oder gemindert.When the rotor rotates in the direction of the arrow, the rotor 5, the pieces of the blade 7 protruding from the rotor and the pump housing 2 with the side covers form cells which are continuously larger and smaller again. Air is drawn in through inlet 11 and air is expelled through outlet 12. The vane pump can thus act as a vacuum pump or as an air pressure pump (compressor). It is particularly advantageously used as a vacuum pump. When the rotor 5 rotates, the relative position of the wing 7 changes between the positions shown. The centrifugal forces acting on the wing are at least partially absorbed by the pin 10 and the crank disk 13, in particular in the outer extreme position shown in dashed lines and in the adjacent angular ranges. This avoids or reduces wear.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 zeichnet sich dadurch aus, daß der Zapfen 10 mit dem Flügel 7 fest verbunden ist und gegenüber der Scheibe 13 relativ drehbar ist.The embodiment of FIGS. 1 to 3 is characterized in that the pin 10 is fixed to the wing 7 and relative to the disc 13 relative is rotatable.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Zapfen 10 mit der Scheibe 13 drehfest verbunden. Er kann z.B. in eine Preßpassung eingepreßt sein. Der Zapfen 10 ragt in ein Loch 16 des Flügels. Das Loch durchdringt den Flügel auf seiner gesamten Breite. Dabei ist mit Breite des Flügels 7 die in Fig. 4 gezeigte geometrische Abmessung bezeichnet, die dem Abstand zwischen den Gehäusedeckeln der Flügelzellenpumpe 1 entspricht. Der Zapfen 10 ragt jedoch nur bis zur Breitenmitte des Flügels 7 und besitzt dort ein Lager 17 in Form eines Gleitlagers. Die Scheibe 13 ist in Kugellager oder sonstigen Wälzlagern 18 drehbar gelagert. Im übrigen treffen die Figuren 1 bis 3 und die dazugehörige Beschreibung auch auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zu.In the embodiment of FIG. 4, the pin 10 is rotatably connected to the disc 13. It can be pressed into a press fit, for example. The pin 10 protrudes into a hole 16 in the wing. The hole penetrates the entire width of the wing. The width of the vane 7 denotes the geometric dimension shown in FIG. 4, which corresponds to the distance between the housing covers of the vane pump 1. However, the pin 10 extends only to the middle of the width of the wing 7 and has a bearing 17 there in the form of a plain bearing. The disc 13 is rotatably supported in ball bearings or other roller bearings 18. Otherwise, FIGS. 1 to 3 and the associated description also apply to the exemplary embodiment according to FIG. 4.

REFERENCE SIGN LISTING

1 vane pump
2 pump housings
4 housing covers
5 pump rotor
6 slot
7 wings
8 sealing strips
9 oil grooves
10 cones
11 inlet
12 outlet
13 crank disc
14 center point
15.1 Extreme location
15.2 Extreme location
16 holes
17 plain bearings
18 rolling bearings

Claims

1. vane pump,
whose cylindrical rotor (5) has a guide slot (6) lying in an axial plane of the rotor (5) and whose blades are guided on a crank rotatably mounted in the housing,
characterized in that
the rotor (5) is a circular cylindrical drum which has a guide slot (6) delimited by parallel cutting planes,
that a wing (7) is guided in the guide slot (6), which is designed as a rectangular disk and has the same thickness over its entire surface, corresponding to the spacing of the cutting planes,
that the wing edges which abut the housing peripheral wall are curved with an edge radius and the housing peripheral wall in the normal section of the housing (2) is the equidistant with the distance of the edge radius from a conchoid, which is described by the center point of the rounded edge,
that the rotor (5) is cantilevered in the housing (2), and that in the housing cover (4), which is opposite the bearing side, the crank (10/13) is freely rotatable, which with its free end in the longitudinal center ( 15) of the wing (7) engages and whose axis of rotation (14) lies in the center of the circle circumscribed by the longitudinal center (15) of the wing (7) during a rotor revolution.

2. Vane pump according to claim 1,
characterized in that
the crank (10/13) is designed as a circular disc (13) that the disc (13) in one circular recess of the housing cover (4) facing away from the rotor bearing is freely rotatable,
that the disc (13) is connected to the wing (7) by an axially parallel pin (10), the pin (10) on the one hand in the longitudinal center (15) of the wing (7) and on the other hand on a radius of the disk (13) engages, which is equal to half the distance of the extreme positions (15.1 and 15.2) of the longitudinal center (15) of the wing (7).

3. Vane pump according to claim 2,
characterized in that
the pin (10) is firmly connected to the wing (7) and is rotatably mounted in the disc (13).

4. Vane pump according to claim 2,
characterized in that
the pin (10) is fixedly connected to the disc (13) and is rotatably mounted in an axially parallel hole (16) of the wing (7), the pin (10) preferably projecting into the center of the width of the wing (7) and being there Has bearing (17).