JP4834734B2 - ベーンセルポンプ - Google Patents

Description

本発明は、内側ロータおよび多数のベーンを備えたベーンセルポンプであって、この多数のベーンが該内側ロータのほぼ半径方向のスロット中に半径方向に変位可能に支持され、かつステータの内周面に沿って直接もしくは間接に摺動し、該ステータの軸と該内側ロータの軸が相互にずれを有し、該ステータが該内側ロータに対し半径方向に位置調整可能であり、そのことによりこのずれが可変であり、かつ該ステータが該ベーンセルポンプのハウジング内に配置された揺動軸受（Ｓｃｈｗｅｎｋｌａｇｅｒ）を有するベーンセルポンプに関する。

独国特許出願公開第１００４０７１１号明細書から環状の内側ロータを備えたベーンセルポンプが既知であり、この内側ロータには半径方向外側に延びる多数のベーンエレメントが半径方向に変位可能に収容されている。

ベーンエレメントの半径方向内側の端部領域は回転せぬよう固定された中央部材に支持され、半径方向外側にある端部領域は回転せぬよう固定された外側リングに支持されている。ロータは、中央部材および外側リングの中心軸に対してずれた回転軸を中心に回転させることができる。このようにしてロータの回転運動によりベーンエレメント間に最初は大きくなり、そして次に再び小さくなる吐出しセル（Ｆｏｅｒｄｅｒｚｅｌｌｅｎ）が形成される。吐出しセルの容積変化によって先ず流体は吐出しセルに吸い込まれ、そして次に再び吐出される。ベーンエレメントの端部領域は中央部材ないしは外側リング上を摺動する。このようなベーンエレメントは簡単かつ経済的に製造することができる。

効率を高めるために独国特許第１９５３２７０３号明細書からは振子式スライドゲートバルブ（Ｐｅｎｄｅｌｓｃｈｉｅｂｅｒｐｕｍｐｅ）の形のベーンセル装置が既知である。この場合にはベーンエレメントは内側ロータには変位可能に収容され、その一方で環状の外側ロータには揺動可能に保持されている。内側ロータの回転軸が外側ロータの回転軸に対してずれ、それによって運転時に同様に先ず拡大し、そして次に再び縮小する吐出しセルが形成される。しかしながら、この独国特許第１９５３２７０３号明細書から既知の振子式スライドゲートバルブは複雑であり、したがって製造費用が高い。

本発明の課題は、高い効率を示し、それと同時に簡単かつ経済的に製造することができるベーンセル装置を提供することである。

この課題は、ステータから少なくとも１つのピストンセクションが突出し、そのピストン軸が揺動軸受に対して円周方向に延びているベーンセル装置によって解決される。

本発明によるベーンセル装置の場合には、ステータの位置調整に使用され、ステータから突出し、かつそのピストン軸が揺動軸受に対して円周方向に延びているピストンもしくはピストンセクションが備えられている。したがってそのピストン運動は、該揺動軸受を中心とする円周上を部分的に通る。ピストンセクションは、同様に該揺動軸受を中心とする円周方向に弧を描いて移動する特定のピストン面を有し、このことは、ステータに対する位置調整力がピストン面に作用する圧縮力に比例しているという利点を有する。このことによってステータの正確な調整およびベーンセルポンプの吐出すべき量の正確な調整を行なうことができ、これら調整はピストンセクションに作用する圧力に比例している。これにより微細な調整が可能である。

別の形態の場合には、ピストンセクションとステータとが一体に形成されていることが定められている。特にピストンセクションおよびステータはプラスチックまたはアルミニウムから成る。これによりベーンセルポンプの経済的な製造が可能となり、組立が簡単になる。その上ピストンセクションには圧縮力が作用してもよいし、吸引力が作用してもよい。

一変形形態の場合にはピストンセクションはステータに固定されていない。この変形形態には、ピストンセクションおよびステータを異なる材料から製造することができ、それらが簡単に組立可能であるという利点がある。

別の変形形態の場合にはピストンセクションはステータに固定、特にねじ止めされている。この変形形態の場合にもステータおよびピストンセクションは異なる材料から製造されていてよく、かつ圧縮力および吸引力が伝達されることができる。

本発明の別の形態の場合には、ステータに２つのピストンセクションが備えられていることが定められている。このようにしてステータは、特に２つのピストンセクションがステータの軸に対して向かい合わせになっている場合に、最大吐出の方向および最小吐出の方向に動かされることができ、そのために制御圧力がピストンセクションに作用する。

このことによって、ゲインスケジューリング制御の際に必要とされる著しく微細な調整ないしはポジショニングが達成される。特に２つのピストンセクションが反対方向に作用する形でステータに配置されている場合には、ステータのポジショニングにおいてきわめて小さな圧力変化をも考慮に入れることができる。特にばね定数に対向して動作させる必要はなく、そのことは、ばねの変化する力に対向して、すなわちばね定数に対向して動作させなければならないという欠点を有する。生じる圧力をステータの移動、すなわち両方向への移動に直接使用することができる。

さらに、ピストンの断面は長方形に形成されている。この形態によって、ステータを収容するハウジングのセクションが平板形であり、かつこのセクションにピストンセクションを受け入れる穴を設けさせればよいだけであり、側面の密閉はもう１枚の平板（保護板）により行なわれることによって、ピストンの製造もハウジング内のピストンセクションを収容する空間の製造も比較的簡単に行なうことができる利点がもたらされる。

ハウジング内でのピストンおよびステータの最適な案内は、ベーンセルポンプのハウジングにピストンセクションを収容するシリンダが備えられていることによって達成される。このシリンダはピストンセクションのためのピストン室を形成する役割を有するばかりではなく、ステータを案内しかつ支える役割も有し、これにより揺動軸受は、揺動軸受に対して円周方向に生じる力は受けるが、半径方向に生じる引張力および圧縮力は受けない。

本発明の別の形態の場合には、シリンダがピストンセクションをその長さの少なくとも一部にわたって半径方向内側および外側の摺動面に押しつけることが定められている。このことによって、特定のピストン面に作用する特定のピストン室が得られる。その上、揺動軸に平行に延びるこの摺動面は同時に、該揺動軸に垂直にステータに作用する力のための支持面として使用される。これにより揺動軸の負荷が除かれる。

本発明の別の形態の場合には、ステータの外周部に、ベーンセルポンプの一方の端面における排出路をベーンセルポンプの他方の端面における排出路と接続する越流路が備えられていることが定められている。これによりベーンセルポンプの効率が高められる、つまり吐出される媒体がより効果的に、すなわちより損失少なく運び出されることができるからである。

越流路はステータの軸に対し平行に延びている。これには、越流路を比較的簡単に製造することができ、かつ越流路を側方の蓋に備えられた円弧形の越流路によって比較的簡単に排出路に接続することができるという重要な利点がある。

有利に越流路はピストンセクションの部分である。したがってピストンセクションは、ステータを最大吐出および最小吐出の間で位置調整するためのステータ用の位置調整エレメントの二重機能を有し、かつさらにピストンセクションはステータの内部空間から両方の端面に開口する２つの排出路を接続する。

さらに、ステータと装置ハウジングの間に越流路が備えられ、この越流路がベーンセルポンプの一方の端面における流入路をベーンセルポンプのもう一方の端面における流入路を接続する。この越流路は、ハウジング内でのステータの移動に必要である隙間により形成される。

越流路は流入路のためにも排出路のためにも、ベーンセルポンプを両方の端面から排出させることができ、そのことによって作動チャンバの最適な充填が可能になるという利点をもたらす。その上吐出される媒体は、作動チャンバから両方の端面を経て出ることができるために、迅速かつ損失なく流出することができる。

本発明の特に有利な形態の場合には、ステータから圧縮エレメントのための支えエレメントが突出していることが定められている。この支えエレメントは特に一体にステータに備えられ、圧縮ばね、特に螺旋コイルばね、の力を受けるのに使用される。しかし、圧縮ばねが板ばね、ねじりばねまたは空気式クッション（ｐｎｅｕｍａｔｉｓｃｈｅｓ Ｋｉｓｓｅｎ）であることも可能である。この、特にプレテンションがかけられた、圧縮エレメントは、ステータをポンプの最大吐出の方向に移動させる役割を担っている。このことは、故障の際にピストンセクションを介した空気圧もしくは油圧による駆動が行なわれなくなる場合に必要である。圧縮エレメントによる駆動によって、閉じた系に吐出すべき媒体を供給するためにベーンセルポンプがさらにその上その最大出力で作動することが保証される。

本発明の更なる利点、特徴および詳細は、図面に関連して２つの特に有利な実施例が詳説されている次の記載に示されている。図面に示されかつ請求項および該記載に述べられた特徴は、それぞれそれのみ単独でも任意に組み合わされた形でも本発明にとって本質的であることができる。

図面に示されているのは次のとおりである。

本発明のより良き理解のために独国特許出願公開第１０２００５０４８６０２号明細書が参照され、その内容はこれをもって取り入れられ、したがってそれは上記記載の構成要素である。

図１は、全体として符号１２が付されたベーンセルポンプのハウジング１０を概略的に示し、このベーンセルポンプ内に駆動シャフト１４が支持されている。この駆動シャフト１４は内側ロータ１６を駆動し、この内側ロータは多数の半径方向のスロット１８を有し、これらスロット中にベーン２０が半径方向に変位可能に支持されている。このベーン２０は厚くなった端部２２を有し、この端部にスライドシュー（Ｇｌｅｉｔｓｃｈｕｈｅ）２４が揺動可能に固定されている。これらスライドシュー２４はステータ２８の内周面２６に密着し、このことは図２から分かる。内側ロータ１６、２枚のベーン２０、２つのスライドシュー２４ならびにステータ２８とでそれぞれ１つの作動チャンバ３０が形成される。作動チャンバ３０は内側ロータ１６が回転すると拡大縮小し、これにより流体が送り出される。

さらに、図１および２から、ステータ２８が、ピン３４を取り囲みかつハウジングに固定された揺動軸受３６を形成するベアリングアイ３２を有することが分かる。したがってステータ２８は、矢印３８の方向にハウジング１０内で揺動軸受３６を中心にして揺動される。このためにステータ２８は、ステータ２８の外周から突出した２つのピストンセクション４０および４２を有し、そのピストン軸４４は揺動軸受３６を中心とする円周方向に、つまり揺動軸受と同心で延びている。ピストンセクション４０および４２はそれぞれ、ベーンセルポンプ１２のハウジング１０内に備えられたシリンダ４６内を案内されている。シリンダ４６の軸もまた揺動軸受３６を中心とした同心で延びている。シリンダ４６は、ピストンセクション４０および４２の長さの一部にわたってピストンセクション４０および４２の半径方向内側および外側の摺動面に密着している。ピストンセクション４０および４２はピストン面４８を１つずつ有し、このピストン面に圧力が作用しかつこのピストン面が揺動軸受３６を中心として揺動させる力をステータ２８に及ぼす。

図１および２から、ステータ２８がそのピストンセクション４０および４２とともにほぼ円板形もしくは平板形に形成され、したがってピストンセクション４０および４２が長方形の断面を有することがはっきりと分かる。圧力室５０および５２の密封はそれぞれ円板形もしくは平板形のエレメントにより行なわれ、この円板形もしくは平板形のエレメントはステータ２８の端面５４および５６に載せられる。これにより作動チャンバ３０も端面が閉じられる。

さらに図２からは、ステータ２８から支えエレメント５８が突出し、この支えエレメントは圧縮エレメント６２、例えば螺旋コイルばね６４のためのセンタリング突起を有することが分かる。圧縮エレメント６２は、ステータ２８を揺動軸受３６を中心に時計回り方向に揺動させる力をステータ２８に及ぼす。このようにしてステータ２８は持続的に最大吐出の方向に押しやられ、その結果、ベーンセルポンプ１２は故障時に最大吐出のための該ベーンセルポンプのポジションをとる。

本発明によるベーンセルポンプ１２の第２の実施例を示す図３および５には、最大吐出におけるステータ２８が示されている。図４は、ステータ２８の軸６６が内側ロータ１６の軸６８に対するずれ７０をほとんど有していない最小吐出を示す。このずれ７０、あるいは内側ロータ１６の偏心率がベーンセルポンプ１２の吐出量を決定する。

さらに図３〜５では、ピストンセクション４０にほぼ三角形の横断面を有する突起７２が備えられていることが分かる。この突起７２は、図５にはっきりと示されている越流路７４を有し、この越流路は２つの端面５４および５６を相互に接続する。このようにして、端面に取り付けられたカバープレートに備えられかつ作動チャンバ３０からの吐出された媒体が流出してくる、図面に示されていない排出路を相互に接続することができ、その結果、作動チャンバ３０を２つの端面５４および５６により排出することができる。

その上図４および５では、ステータ２８とハウジング１０の間に越流路７６が備えられ、この越流路がステータ２８を取り囲んでおり、かつ２つの端面５４および５６に備えられた流入路を相互に接続することが分かる。このようにして作動チャンバ３０を２つの端面５４および５６から充填することができる。

つまり２つの越流路７４および７６は、作動チャンバ３０が効果的に充填および排出できることによってベーンセルポンプ１２の効率を高めるのに使用される。損失はこれにより減少される。

図５からは、ベーンセルポンプ１２のハウジング１０がほぼ円板形もしくは平板形に形成され、このハウジング内にステータ２８ならびにシリンダ４６のための収容室が穴として組み込まれていることがさらに分かる。端面の密封は、プレートが１枚ずつ載せられることによって行なわれる。この種の部材の製造は比較的簡単であり、かつその組立は機械で行なうことができる。

本発明によるベーンセルポンプの第１の実施形態の断面図である。 部分的に切開された、ロータが組み込まれたステータの透視図である。 最大吐出での内側ロータの位置が示されている、本発明によるベーンセルポンプの第２の実施形態の断面図である。 最小吐出での内側ロータの位置が示されている、図３による断面図である。 図３によるベーンセルポンプの透視図である。

Claims (17)

1. 内側ロータ（１６）および多数のベーン（２０）を備えたベーンセルポンプ（１２）であって、
   前記多数のベーン（２０）が、前記内側ロータ（１６）のほぼ半径方向のスロット（１８）中に半径方向に変位可能に支持され、かつステータ（２８）の内周面（２６）に沿って直接もしくは間接に摺動し、
   前記ステータ（２８）の軸（６６）と前記内側ロータ（１６）の軸（６８）が相互にずれ（７０）を有し、
   前記ステータ（２８）が前記内側ロータ（１６）に対し半径方向に位置調整可能であることにより前記ずれ（７０）が可変であり、前記ステータ（２８）が前記ベーンセルポンプ（１２）のハウジング（１０）内に配置された揺動軸受（３６）を有するベーンセルポンプにおいて、
   前記ステータ（２８）から少なくとも１つのピストンセクション（４０または４２）が突出し、前記ピストンセクション（４０または４２）のピストン軸（４４）が前記揺動軸受（３６）に対して円周方向に延び、
   前記ピストンセクション（４０または４２）が前記揺動軸受（３６）を中心とする前記円周方向の力を前記ステータ（２８）に及ぼすように、前記ピストンセクション（４０または４２）は、圧力が作用して前記揺動軸受（３６）を中心とする前記円周方向に弧を描いて移動するピストン面（４８）を有する、
   ことを特徴とするベーンセルポンプ（１２）。
2. 前記ピストンセクション（４０または４２）と前記ステータ（２８）が一体に形成されていることを特徴とする、請求項１記載のベーンセルポンプ。
3. 前記ピストンセクション（４０および４２）が前記ステータ（２８）に固定されていないことを特徴とする、請求項１記載のベーンセルポンプ。
4. 前記ピストンセクション（４０または４２）が前記ステータ（２８）にねじ止めで固定されていることを特徴とする、請求項１記載のベーンセルポンプ。
5. 前記ステータ（２８）に前記ピストンセクション（４０および４２）が２つ備えられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のベーンセルポンプ。
6. 前記２つのピストンセクション（４０および４２）が前記ステータ（２８）の前記軸（６６）に対して向かい合わせになっていることを特徴とする、請求項５記載のベーンセルポンプ。
7. 前記２つのピストンセクション（４０および４２）が反対方向に作用することを特徴とする、請求項５または６記載のベーンセルポンプ。
8. 前記ピストンセクション（４０および／または４２）の断面が長方形であることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載のベーンセルポンプ。
9. 前記ベーンセルポンプ（１２）の前記ハウジング（１０）に前記ピストンセクション（４０または４２）を収容するシリンダ（４６）が備えられていることを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載のベーンセルポンプ。
10. 前記シリンダ（４６）が前記ピストンセクション（４０または４２）の長さの少なくとも一部にわたって半径方向内側および外側の摺動面に密着することを特徴とする、請求項９記載のベーンセルポンプ。
11. 前記ステータ（２８）の外周部に、前記ベーンセルポンプ（１２）の一方の端面（５４）における排出路を前記ベーンセルポンプ（１２）の他方の端面（５６）における排出路と接続する越流路（７４）が備えられていることを特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載のベーンセルポンプ。
12. 前記越流路（７４）が前記ステータ（２８）の前記軸（６６）に対し平行に延びていることを特徴とする、請求項１１記載のベーンセルポンプ。
13. 前記越流路（７４）が前記ピストンセクション（４０）の一部であることを特徴とする、請求項１１または１２記載のベーンセルポンプ。
14. 前記ステータ（２８）と前記ハウジング（１０）の間に越流路（７６）が備えられ、前記越流路（７６）が前記ベーンセルポンプ（１２）の一方の端面（５４）における流入路を前記ベーンセルポンプ（１２）の他方の端面（５６）における流入路と接続することを特徴とする、請求項１〜１３の何れか一項に記載のベーンセルポンプ。
15. 前記ステータ（２８）から圧縮エレメント（６２）を支える支えエレメント（５８）が突出していることを特徴とする、請求項１〜１４の何れか一項に記載のベーンセルポンプ。
16. 前記支えエレメント（５８）と前記ステータ（２８）が一体に形成されていることを特徴とする、請求項１５記載のベーンセルポンプ。
17. 前記圧縮エレメント（６２）は圧縮ばね（６４）であって、前記圧縮ばね（６４）が支えエレメント（５８）に作用することを特徴とする、請求項１５または１６記載のベーンセルポンプ。

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