Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe oder einen
Flügelzellenmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffes der
Ansprüche 1, 2 oder 3.
Aus der DE 37 39 078 ist eine Flügelzellenpumpe bekannt, bei
der, entsprechend der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2
erläuterten Pumpenkonstruktion, die im Pumpenrotor radial
verschiebbar geführten, plattenartigen Rotorflügel durch in
der Rotorkammer stirnseitig und zu dieser koaxial vorgesehene,
ringförmige Führungsbahnen in ihrer Förderstellung gehalten
werden.
Die Führungsbahnen sind durch eine Ringfläche von Ringnuten
gebildet, in welche die Rotorflügel mit zapfenartigen
Vorsprüngen, die von jeweils einem der Flügelstirnenden
abragen, mit radialem Spiel eingreifen.
Während der Rotation des Pumpenrotors legen sich die
zapfenartigen Vorsprünge der Rotorflügel mit ihrem der
Umfangswand der Rotorkammer zugekehrten Umfangsteil unter
Fliehkrafteinwirkung an die radial äußere, eine Führungsbahn
bildende Nutwand der Ringnut derart an, dass die äußere
Flügellängskante bei der Rotordrehung mit der Umfangswand der
Rotorkammer berührungslos und damit von Reibungswärme frei
bleibt.
Obgleich bei der erläuterten Konstruktion die ringförmigen
Führungsbahnen eine vorteilhafte Justierung der äußeren
Längskante der Rotorflügel zur Umfangswand der Rotorkammer
ermöglichen, um die Förderung eines gasförmigen oder flüssigen
Strömungsmittels bereits zu Beginn der Rotordrehung zu
gewährleisten, kann diese Lösung nicht optimal befriedigen.
Dies hat seine Ursache darin, dass durch die exzentrische
Lagerung des Pumpenrotors in der kreiszylindrischen
Rotorkammer bzw. durch die daraus resultierende Radialbewegung
der Rotorflügel über einen Rotordrehwinkel von 180° sich diese
sukzessive um Kleinstbeträge von der Kammerumfangswand
entfernen und wieder nähern, wobei die Rotorflügel lediglich
in einer durch ihre maximale und minimale Radialstellung im
Rotor definierten Axialebene ihren kleinsten Radialabstand zur
Umfangswand der Rotorkammer einnehmen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,
Flügelzellenpumpen oder Flügelzellenmotoren der im Oberbegriff
der Ansprüche 1 und 2 erläuterten Bauart so zu verbessern,
dass über eine Rotordrehung von 360° die Zuordnung der
Längskante der Rotorflügel zur Umfangswand der Rotorkammer
konstant bleibt.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale dieser
Ansprüche gelöst.
Bei der Lösung gemäß Anspruch 1 weicht die Umfangsform der
Rotorkammer von der Kreiszylinderform ab. Sie weist somit in
der durch die maximale und minimale Radialstellung der
Rotorflügel im Rotor definierten Axialebene ihren größten
Durchmesser auf und ist demgemäß in Richtung dieser Axialebene
schwach oval geformt.
Daraus ergibt sich, dass die mit kreiszylindrischen
Führungsbahnen zusammenwirkenden Rotorflügel in jeder
Drehwinkellage des Rotors exakt eine gewünschte, durch die
Führungsbahnen definierte Relativstellung zur
Kammerumfangswand beibehalten.
Bei der Lösung gemäß Anspruch 2 wird dieses Ergebnis durch
eine spezielle Ausbildung der Führungsbahnen erzielt, die
hierzu senkrecht zur vorstehend definierten Axialebene einen
entsprechend geringfügig größeren Durchmesser als ihr in der
Axialebene liegender Durchmesser aufweisen, wobei die
Rotorkammer kreiszylindrische Umfangsform hat.
Bei beiden Lösungen sind dabei Zufluss und Abfluss der
Rotorkammer in einem der beiden symmetrischen Segmente der
Rotorkammer vorgesehen, die durch die in deren Achse liegende
Axialebene definiert sind.
Eine weitere, selbständige Lösung der Aufgabe ist Gegenstand
des Anspruches 3. Bei dieser Pumpenkonstruktion sind die
Steuerringe der Rotorflügel zumindest am Außenumfang derart
radial elastisch ausgebildet, dass die Rotorflügel während
einer 360°-Drehung des Rotors ständig satt mit der Umfangswand
der Rotorkammer in Berührung gehalten werden.
Hierbei können die Steuerringe eine aus federnd elastischem
Material bestehende Ummantelung oder Umreifung aufweisen oder
der Ringkörper der Steuerringe ist als Ganzes radial federnd
elastisch hergestellt.
In der Zeichnung sind mögliche Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1
- schematisiert und stark vereinfacht einen
Querschnitt durch eine Flügelzellenpumpe zur
Veranschaulichung des durch die Erfindung zu
lösenden Problems;
- Fig. 2 und 3
- Darstellungen ähnlich Figur 1 zur
Veranschaulichung eines ersten und eines
zweiten Ausführungsbeispieles erfindungsgemäß
ausgebildeter Flügelzellenpumpen;
- Fig. 4
- eine schaubildliche Ansicht eines dritten
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Flügelzellenpumpe;
- Fig. 5
- einen Längsschnitt durch die Flügelzellenpumpe
gemäß Figur 4; und
- Fig. 6
- eine Stirnansicht eines der Steuerringe der
Flügelzellenpumpe gemäß Figur 4 und 5.
Mit 10 ist ein Rotor bezeichnet, der auf einer Antriebswelle
12 drehfest gelagert ist. Der Rotor 10 ist innerhalb einer mit
einem nicht eingezeichneten Zufluss und einem Abfluss
verbundenen Rotorkammer 15 eines Stators 16 angeordnet, in
dessen Stirnwänden die Antriebswelle 12 gelagert ist.
Mit 30 sind bspw. lediglich vier Rotorflügel bezeichnet, die
in gleichem Winkelabstand voneinander vom Rotor 10 radial
abragen sowie dessen axiale Rotorabmessung aufweisen und in
üblicher Weise mit ihren Flügelstirnflächen zusammen mit den
benachbarten Gegenstirnflächen der Rotorkammer 15 zur dichten
Ausbildung einer von benachbarten Rotorflügeln 30 und der
Umfangswand 44 der Rotorkammer 15 definierten Förderzelle
jeweils Spaltdichtungen bilden.
Wie Fig. 1 zeigt, sind die leistenartigen Rotorflügel 30 im
Rotor 10 radial verschieblich derart geführt, dass sie, was
aus der Zeichnung wegen des Maßstabes nicht ersichtlich ist,
während ihres Umlaufs mit ihrer äußeren Flügelkante 50
vorzugsweise in einem definierten Radialabstand zur
Kammerumfangswand 44 der Rotorkammer 15 und damit vorzugsweise
mechanisch berührungslos zu dieser bleiben.
Diese radiale Flügeleinstellung wird durch eine
Flügelführungsvorrichtung bewerkstelligt, die an jeder
Gegenstirnfläche der Rotorkammer 15 eine kreiszylindrische
Führungsbahn 59 bildet, die koaxial zur Achse 60 der
Rotorkammer 15 angeordnet ist. Durch diese Führungsbahnen
werden die Rotorflügel 30 in beiden Radialrichtungen
zwangsgeführt, indem diese z. B. durch Nuten gebildet sind, in
welchen die Rotorflügel 30 mit endseitigen Ansätzen geführt
sind. Dies ist aus der vereinfachten Darstellung gemäß Fig. 1
nicht ersichtlich, jedoch sind solche Führungsbahnen in der DE
37 39 078 A1 offenbart.
Bei dieser bekannten Pumpenkonstruktion ist nachteilig, dass
sich der Radialabstand der äußeren Flügelkanten 50 der
Rotorflügel 30 während eines Rotordrehwinkels von 180° in
Förderrichtung des Rotors 10, aufgrund der durch die
Exzentrizität des Rotors 10 gegebenen kinematischen
Bedingungen, über einen Sektor von 90° der Rotorkammer 15
zunächst vergrößert und anschließend wieder entsprechend
verkleinert. Diese Veränderung des radialen Flügelabstandes
ist in Fig. 1 durch strichpunktierte Linien angedeutet.
Fig. 2 veranschaulicht, wie diese Vergrößerung des
Radialabstandes der äußeren Flügelkanten 50 zur Umfangswand 44
der Rotorkammer 15 bei einer ersten Ausführungsform der
Erfindung vermieden wird.
Zu diesem Zweck weist die Rotorkammer 15 in einer durch die
maximale und minimale Radialstellung der Rotorflügel 30 im
Rotor 10 definierten Axialebene a-a einen Durchmesser b auf,
der größer ist als ein zu diesem Durchmesser b senkrechter
Durchmesser c. Selbstverständlich liegen hierbei die
Durchmesserdifferenzen im Bereich von wenigen hundertstel
Millimetern.
Beim Ausführungsbeispiel einer Flügelzellenpumpe gemäß Fig. 3
wird eine Vergrößerung des Radialabstandes der äußeren
Flügelkanten 50 zur Umfangswand 44 der Rotorkammer 15 dadurch
vermieden, dass deren Umfangswand 44 kreiszylindrisch ist und
der Durchmesser d der Führungsbahnen 59 senkrecht zu der durch
die maximale und minimale Radialstellung der Rotorflügel 30 im
Rotor 10 definierten Axialebene a-a entsprechend größer ist
als ein in dieser Axialebene a-a liegender Durchmesser e.
Beim Ausführungsbeispiel einer Flügelzellenpumpe gemäß Fig. 4
und 5 sind gleiche Teile, die denjenigen der vorbeschriebenen
Pumpenkonstruktion gleichen oder ähnlich sind, mit den
gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Bei dieser Konstruktion sind die Führungsbahnen 59 (siehe Fig.
5) für die Rotorflügel 30 durch die Außenumfangsfläche von
zwei Steuerringen 66 und 68 gebildet. Diese sind, von der
Antriebswelle 12 mit radialem Spiel durchsetzt, jeweils in
eine stirnseitige Vertiefung des Rotors 30 vorzugsweise derart
eingesetzt, dass sie nicht mit den Stirnwänden des
Pumpenlagergehäuses 20 in Berührung stehen. Die Rotorflügel 30
ruhen mit ihrer Flügelunterkante 70 (Fig. 5) im Bereich ihrer
Flügelendstücke jeweils auf einem der Steuerringe 66 bzw. 68
auf, die sich bei der Rotation des Rotors 10 mit diesem
mitdrehen.
Beide Steuerringe 66, 68 weisen gemäß Fig. 6 einen bspw. aus
Metall oder Kunststoff bestehenden Ringkörper 72 auf, der
entweder mit einer Ummantelung oder Umreifung 73 aus
elastischem Material, wie geeignetem Kunststoff oder Gummi,
versehen ist oder dessen Ringkörper als Ganzes radial federnd
elastisch ist. Der Ringaußendurchmesser und die Abmessung der
Rotorflügel 30 in radialer Richtung zur Antriebswelle 12 sind
in diesem Falle vorzugsweise so bemessen, dass die Rotorflügel
30 ständig mit geeigneter radialer Vorspannung bzw. satt an
der Umfangswand 52 der Rotorkammer 15 anliegen. Mit 74 ist der
Zufluss und mit 76 der Abfluss dieser Flügelzellenpumpe
bezeichnet.
Alle erläuterten Konstruktionen können auch so ausgelegt sein,
dass sich bei konstanter Rotordrehzahl die zu fördernde bzw.
in Umlauf zu setzende Strömungsmittelmenge verändern lässt.
Hierzu kann die Lagerung der Rotorwelle 12 vom Stator 16
entkoppelbar und dieser relativ zum Rotor 10 in einem
Lagergehäuse radial zur Wellenachse 12 verstellbar sein. Dies
kann manuell, drehzahl-druck- oder volumenstromabhängig
erfolgen.