WO2011150917A2 - Flügelzellenpumpe - Google Patents

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WO2011150917A2
WO2011150917A2 PCT/DE2011/001140 DE2011001140W WO2011150917A2 WO 2011150917 A2 WO2011150917 A2 WO 2011150917A2 DE 2011001140 W DE2011001140 W DE 2011001140W WO 2011150917 A2 WO2011150917 A2 WO 2011150917A2
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rotor
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Franz Pawellek
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Geräte- und Pumpenbau GmbH Dr. Eugen Schmidt
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    • F04C2240/00Components
    • F04C2240/20Rotors

Definitions

  • the invention relates to a vane pump with a mounted in a pump housing, driven by a shaft rotor, a plurality of radially displaceably mounted in this rotor wing plates and a surrounding the rotor and the wing plates outer ring, this either directly in the pump housing, or in a predetermined in the pump housing along Lanes moveable collar is arranged.
  • a suction kidney and on the other hand arranged a pressure kidney offset by 180 ° to this.
  • EP 1 043 503 A2 now describes a further design of an adjustable vane pump with a pivotally mounted adjusting ring. Also in this design, the wing plates are pressed solely by, in the rotation of the rotor acting on the radially slidable in the bearing slots of the rotor wing plates acting centrifugal force against the outer ring, which in turn has the disadvantages already described result.
  • the seal on the outer ring is increased due to the use of synchronizing rings, especially in the lower speed range.
  • This embodiment is very production intensive, costly, susceptible to wear and also very “sensitive”, that is susceptible to interference with the particles carried by the pumped medium.
  • the respective vane pump then pumps the delivery volume flow as a positive displacement pump from the suction kidney into the pressure kidney.
  • Another design of a positive displacement pump, with such enlarged displacement chambers has also been described by the applicant in DE 10 2005 017 834 A1.
  • a major disadvantage of these aforementioned types of vane pumps of the current state of the art is that at drive speeds in the range of 4500 U / min to over 6000 U / min (eg when using these vane pumps as directly driven by the crankshaft of an automotive engine oil pumps) Filling the Flugungsellen (pump chambers) incomplete, with all the resulting disadvantages, including high power losses, increased noise, increased wear and the like more.
  • the object of the invention is therefore to develop a novel vane pump, which eliminates the aforementioned disadvantages of the prior art, which reduces friction and leakage losses, with minimal outer diameter optimal flow filling and emptying of Pumpenkammem, in the lower and in the upper Guaranteed speed range, while significantly reducing power losses, especially minimized friction losses, also manufacturing technology is easy to manufacture and assemble and significantly reduces manufacturing costs, at the same "particle insensitive", minimizes wear of the assemblies, increases reliability and durability and is characterized by a low noise Even at high speeds, it offers a high specific volume flow with high volumetric efficiency both at low and at high speeds.
  • a vane pump with a pump housing (1) and a rotor shaft (12), wherein the rotor shaft (12) consists of a drive shaft (2) mounted in the pump housing (1) and a rotor hollow shaft (24) connected to the drive shaft (2) ), wherein radially in the wall of the hollow rotor shaft (24) radial bearing grooves (4) are arranged in which radially by the hollow rotor shaft (24) protruding wing plates (5) are mounted radially displaceable, wherein the hollow rotor shaft (24) with the wing plates ( 5) is enclosed by the cylinder jacket of an inner cylinder (6), which is arranged in a control slide (7) which is displaceably or pivotally mounted in the pump housing (1) along predetermined paths, with an inlet channel (8) arranged in the pump housing (1) the Einströmniere / n (9) arranged on one or both sides of the adjusting slide (7) in the / the side walls of the pump housing (1) opens / lead, with a eben
  • the vane rotor (3) formed by the inventive arrangement of the copegelplatten Operationssstege (14) on the hollow rotor shaft (24) causes on the one hand, due to the leadership of the wing plates in accordance with the invention very "long" bearing grooves of the copegelplatten Operationssstege (14) a high mechanical stability even “thinner “and thus low-friction revolving wing panels.
  • the arrangement according to the invention also causes the vane pumps according to the invention with a much smaller inner cylinder diameter (diameter of the inner cylinder (6)) and much wider wing plates (5), ie larger chamber length can be built so that with minimal outer diameter always a fluidically optimal filling and emptying the pump chambers, is ensured both in the lower and in the upper speed range.
  • the seal in the wing guides is substantially increased by the "long" wing guide in the bearing grooves (4), and thereby at the same time significantly reduces the leakage losses occurring there.
  • the cylindrical rollers according to the invention can be manufactured with a significantly higher production accuracy at a significantly lower cost, since such synchronizing cylinders (15) are used, for example, as can be produced by centerless grinding with the highest manufacturing accuracy.
  • the sealing gap between the wing plates (5) and the inner cylinder (6) can be lowered very clearly to less than one tenth of a millimeter by means of the synchronizing cylinder (15).
  • the entire arrangement is at the same time sturdy and "particle-insensitive", whereby the wear of the assemblies is minimized and the reliability and service life of the vane pump according to the invention is markedly increased, whereby the vane pump according to the invention is characterized in particular by the exact guidance by a low-noise operation even at high rotational speeds.
  • the invention is also a special embodiment of the invention in which the diegelplatten Operationssstege (14) at its outer periphery by means of bearing grooves (4) provided with outer ring (17) are interconnected, wherein in, with the Einströmniere (9) provided inflow, on or On both sides of the adjusting slide (7) in the region of the outer ring (17), ie in the / the sowandung / s of the pump housing (1), the outer ring (17) surrounding overflow (16) are arranged, which is an inflow of the fluid through the overflow ( 16) from the inner chamber (s) around the outer ring (17) into the outer displacement cell (s).
  • This invention here from the diegelplatten Operationssstegen (14) and the outer ring (17) formed inner chambers of a "closed" wing rotor (3) cause in circulating wing rotor (3) even with this design of the solution according to the invention occurring in the inner chambers centrifugal pump effect, which an inflow of the conveyed medium from the inner chambers via the overflow kidneys (16) according to the invention, ie around the outer ring (17), into the outer displacement cell (s) which in the region of the outer edge of the inner chambers, the outer ring (17) in the peripheral side of the pump housing (1) arranged adjacent circumferential guide groove (27), which merges into the overflow (16),
  • a highly effective inflow of the delivery medium from the inner chambers via the circumferential guide groove (27) into the overflow kidney (16) and from there into the outer displacement cell (s) is ensured.
  • FIG. 1 the vane pump according to the invention as
  • FIG. 2 the vane pump according to the invention as
  • FIG. 3 the vane pump according to the invention as
  • Free-chamber pump with a linearly movable adjusting slide 7 in radial section at D-D according to Figure 4;
  • FIG. 4 the vane pump according to the invention as
  • FIG. 5 the vane pump according to the invention as
  • FIG. 6 the vane pump according to the invention as
  • Free-chamber pump with a pivotable lock slider 7 in radial section Free-chamber pump with a pivotable lock slider 7 in radial section.
  • the rotor shaft 12 consists of a drive shaft 2 mounted in the pump housing 1 and a rotor hollow shaft 24 connected to the drive shaft 2.
  • a cylinder guide 13 is arranged, in which a freely rotating, with the adjacent modules not rigidly connected synchronizing cylinder 15 is guided,
  • Essential to the invention is that on the hollow rotor shaft 24 rigid wing-shaped, in the wall of the rotor hollow shaft 24 arranged bearing grooves 4 associated, in the region of the bearing grooves 4, the hollow shaft 24 to the approximately 0.75 to 1, 8 times the diameter of the synchronizing cylinder 15th radially superior wing plate guide webs 14 are arranged with bearing grooves 4 such that the rotor hollow shaft 24 forms a wing rotor 3 according to the invention with the diegelplatten Adjustsstegen 14.
  • the Lümuten 4 lie in the wall of the hollow rotor shaft 24 in the plane of the bearing grooves 4 of the respective associated rempligelplatten Operationssstege 14 and also pass directly into this, so that arranged in the bearing grooves 4 of the diegelplatten Resultssstege 14 of the wing rotor 3 wing plates. 5 extending into the cylinder guide 13, wherein the arranged in the bearing grooves 4 of the vane rotor 3 wing plates 5 both "inside” on the synchronizing cylinder 15 as well as “outside” rest on the inner cylinder 6 of the adjusting slide 7.
  • the very "long" wing plate guide webs 14 act simultaneously as a centrifugal pump in conjunction with the novel radially arranged in the inner cylinder 6 outflow openings 10.
  • the inventive use of 1 mm thick wing plates also has the advantage that the centrifugal force and thus simultaneously occurring on the inner cylinder 6 friction torque and thus at the same time the friction losses can be significantly reduced.
  • the arrangement according to the invention makes it possible to construct the vane pumps according to the invention with a substantially smaller inner cylinder diameter (diameter of the inner cylinder 6 and, at the same time, substantially laterally wider vane rotors 3, with vane plates 5 arranged in the vane guide webs 14, i.e. with a larger chamber length.
  • the friction losses can also be significantly reduced even by reducing the number of wing plates in the vane pumps according to the invention.
  • the seal in the wing guides is increased by the high wing guide and thereby also significantly reduces the volumetric losses occurring there.
  • the invention according to the invention in the cylinder guide 13 rotating synchronizing cylinder 15 takes over in the present invention, the task of the synchronizer rings (lifting rings).
  • Such cylindrical rollers can be manufactured with a much higher manufacturing accuracy at significantly lower cost.
  • Sealing gap between the wing plates 5 and the inner cylinder 6 to be significantly reduced to less than a tenth of a millimeter over the prior art. Since the leakage current behaves proportional to the 3rd power of the gap height, this substantial reduction of the sealing gap between the wing plates 5 and the inner cylinder 6 has very significant effects on the leakage flow at the sealing gap between the wing plates 5 and the inner cylinder 6 relative to those at these locations in the state the technology occurring leakage current.
  • the diegelplatten arrangementsstege 14 are connected to each other at its outer periphery by means of bearing grooves 4 outer ring 17, wherein in the Einströmniere 9 provided inflow, one or both sides of the lock slide 7 in Area of the outer ring 17, ie in the / the side wall / s of the pump housing 1, the outer ring 17 surrounding Matterströmnieren 16 are arranged, which is an inflow of the pumped medium via the overflow 16 from the / the inner chamber / n around the outer ring 17 around in the outer / n Verdrängerzel! e / n enable.
  • the inner chambers formed in this embodiment of the inventive solution of the rempligelplatten Operationssstegen 14 and the outer ring 17 cause, with rotating vane 3, occurring in these inner chambers centrifugal pumping effect, which is an inflow of the pumped medium from the / the inner chamber (s) via the invention overflow 16, ie around the outer ring 17, into the outer displacement cell (s).
  • a circumferential guide groove 27 is arranged, which merges into the overflow 16 and so a highly effective inflow of the fluid from the / the inner chamber / n on the circumferential guide groove 27 in the overflow kidney 16 and from there into the outer / n displacement cell / n causes.
  • the inventive solution causes by means of the combinatorial effect, which results from the superimposition of an internal centrifugal pump according to the invention and an external displacement pump, that the displacement cells in the entire speed range always optimally and completely, ie gas bubbles, are filled.
  • FIG. 2 shows the vane-cell pump according to the invention constructed as a double-chamber pump from FIG. 1, with a linearly movable adjusting slide 7 in a side view in section in A-A (according to FIG. 1).
  • the pump housing 1 is constructed in several parts, and consists of a spacer 18, a side plate 19 with an axle bearing 20 and a cover plate 21 with a shaft bearing 22nd
  • the bearing in the pump housing 1, provided outside the pump housing 1 with a drive wheel 23 rotor shaft 12 is formed in several pieces, the rotor hollow shaft 24 in the middle n Suite of the vane rotor 3 has an inner diameter corresponding to the inner diameter of the cylinder guide 13.
  • the number of wing plates 5 on the vane rotor 3 can be significantly reduced by the inventive solution at the same time, whereby the friction losses drop significantly.
  • the large inflow openings, the large chambers, as well as the large outflow openings 10 thereby ensure that the vane pump according to the invention "particle insensitive" works.
  • the vane pump according to the invention is also easy to manufacture and assemble in terms of manufacturing technology, the manufacturing costs have been significantly reduced compared to the designs of the prior art.
  • the present solution is characterized not only by a very low wear, high reliability and a long life, but also by a low-noise operation both at low, as well as at high speeds, while ensuring at the same time a high specific volume flow with high volumetric efficiency both at low and at high speeds (in the range of 4,500 rev / min to over 6,000 rev / min).
  • FIG. 3 now shows a further embodiment of the vane cell pump according to the invention, here as a free-chamber pump, in a radial section in D-D according to FIG. 4, again with a linearly movable adjusting slide 7.
  • a rotatably connected to the drive shaft 2 vane rotor 3 is arranged in a pump housing 1 on a drive shaft 2.
  • the drive shaft 2 is constructed in one piece with the aircraft rotor 3 as a rotor shaft 12.
  • the rotor shaft 12, in the region of the vane rotor 3 completely or partially as a hollow rotor shaft 24, with a in the Rotor hollow shaft 24 arranged cylinder guide 13 is formed, wherein the vane rotor 3 has wing-shaped, radially extending wing plate guide webs 14 with bearing grooves 4, which extend into the cylinder guide 13. In these bearing grooves 4 of the vane rotor 3 radially displaceable wing plates 5 are mounted.
  • the vane rotor 3 and the wing plates 5 are surrounded by a cylindrical inner cylinder 6 of a locking slide 7, this lock slide 7 is mounted linearly displaceable in the present embodiment along predetermined paths in the pump housing 1, wherein one or both sides of the adjusting slide 7 in the side walls of the pump housing. 1 is arranged in a arranged in the pump housing inlet channel 8 opening Einströmniere / n 9 is / are.
  • Essential to the invention is that in the cylinder guide 13, a synchronizing cylinder 15 is arranged, and arranged in the bearing grooves 4 wing plates 5 abut both the synchronizing cylinder 15 as well as on the inner cylinder 6 of the adjusting slide 7, wherein the pump working side opposite Einströmniere 9, i. offset by 180 °, arranged / n outflow / en 10 is disposed in the inner cylinder 6 of the control slide 7 is / are.
  • the diegelplatten Operationssstege 14 on its outer circumference not by means of an outer ring 17 are interconnected, and the side of the lock slider 7, i. in the side wall of the pump housing 1, no overflow 16 are arranged.
  • FIG. 4 the vane-cell pump according to the invention, constructed as a free-chamber pump, is shown in side view in section at C-C according to FIG.
  • the pump housing 1 is constructed in several parts in this embodiment of the invention, and consists of a spacer 18, a side plate 19 with an axle bearing 20 and a cover plate 21 with a shaft bearing 22nd
  • the rotor shaft 12 provided outside the pump housing 1 with a sprocket drive wheel 23 is formed in several pieces and on the one hand consists of a rotor hollow shaft 24 mounted in the pump housing 1, whose inner diameter in the center region of the vane rotor 3 corresponds to the inner diameter of the cylinder guide 13.
  • the cylinder guide 13 is structurally formed in this design, that in the free end of the hollow rotor shaft 24 with the inner diameter of the cylinder guide 13 rotatably a bearing ring 25 is arranged.
  • FIG. 6 now shows a vane pump according to the invention in FIG.
  • the friction and thus the wear of the modules could be minimized, and thereby the reliability and life of the vane pump according to the invention can be significantly increased.
  • the present solution is also characterized by a very quiet running both at low, as well as at high speeds and at the same time ensures a high specific flow rate high volumetric efficiency at both low and high speeds (ranging from 4,500 rpm to over 6,000 rpm).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit einem in einem Pumpengehäuse gelagerten, von einer Welle angetriebenen Rotor, mehreren in diesem Rotor radial verschiebbar gelagerten Flügelplatten und einem den Rotor und die Flügelplatten umgebenden Außenring, wobei dieser entweder direkt im Pumpengehäuse, oder in einem im Pumpengehäuse entlang vorgegebener Bahnen verfahrbaren Stellring angeordnete ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flügelzellenpumpe zu entwickeln, welche unter anderem die Reibungs- und Leckageverluste senkt, bei minimalem Außendurchmesser eine strömungstechnisch optimale Befüllung und Entleerung der Pumpenkammern, im unteren wie auch im oberen Drehzahlbereich gewährleistet, dabei die Verlustleistungen deutlich senkt, zudem fertigungstechnisch einfach herstell- und montierbar ist und die Fertigungskosten deutlich reduziert, gleichzeitig „partikelunempfindlich" ist, den Verschleiß der Baugruppen minimiert, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer, und einen hohen spezifischen Fördervolumenstrom mit hohem volumetrischen Wirkungsgrad sowohl bei niedrigen wie auch bei hohen Drehzahlen gewährleistet. Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass in der Rotorhohlwelle (24) eine Zylinderführung (13) angeordnet ist, in der ein frei umlaufender, mit den benachbarten Baugruppen nicht starr verbundener Synchronisierzylinder (15) geführt wird, wobei an der Rotorhohlwelle (24) starr flügelförmige, den in der Wandung der Rotorhohlwelle (24) angeordneten Lagernuten (4) zugeordnete, im Bereich dieser Lagernuten (4) die Rotorhohlwelle (24) um das ca. 0,75 bis 1,8-fache des Durchmessers des Synchronisierzylinder (15) radial überragende Flügelplattenführungsstege (14) mit Lagernuten (4) derart angeordnet sind, so dass die Rotorhohlwelle (24) mit den Flügelplattenführungsstegen (14) einen Flügelrotor (3) bildet, und dass im Stellschieber (7) durchgehende, radial zum Innenzylinder (6) verlaufende Ausströmöffnung/en (10) angeordnet ist/sind, die pumpenseitig der/den in der/den Seitenwandungen des Pumpengehäuses (1) angeordneten Einströmniere/n (9) gegenüberliegen.

Description

Flügelzellenpumpe
Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit einem in einem Pumpengehäuse gelagerten, von einer Welle angetriebenen Rotor, mehreren in diesem Rotor radial verschiebbar gelagerten Flügelplatten und einem den Rotor und die Flügelplatten umgebenden Außenring, wobei dieser entweder direkt im Pumpengehäuse, oder in einem im Pumpengehäuse entlang vorgegebener Bahnen verfahrbaren Stellring angeordnete ist.
Im Stand der Technik sind die unterschiedlichsten Ausführungen von Flügelzellenpumpen bekannt geworden. So beschreiben beispielsweise die DE 29 14 282 C2, wie auch die DE 103 53 027 A1 jeweils regelbare Flügelzellenpumpen mit einem linear verschiebbaren Stellring zur Erzielung einer variablen Förderleistung.
Zumeist sind beidseitig des Rotors einer Flügelzellenpumpe einerseits eine Saugniere und andererseits eine, zu dieser um 180° versetzte Druckniere angeordnet.
Charakteristisch für die beiden vorgenannten Bauformen ist auch, dass die Flügelplatten stets allein durch die bei der Rotation des Rotors auf die in Lagerschlitzen des Rotors radial verschiebbar gelagerten Flügelplatten einwirkenden Fliehkräfte gegen den Außenring gepresst werden. Insbesondere bei niederen Drehzahlen, d.h. z.B. bei den Leerlaufdrehzahlen eines Kfz- otors, hat eine derartige„Fliehkraftzellenabdichtung" den Nachteil von relativ hohen Leckageverlusten, selbst dann wenn die Flügelplatten recht massiv, d.h. in der Wandstärke„dick" ausgeführt werden.
Bei höheren Drehzahlen führen dann diese massiven, d.h. in der Wandstärke „dick" ausgeführten, schweren Flügelplatten zwangsläufig zu hohen Reibungsverlusten am Innenradius des Außenringes.
In der EP 1 043 503 A2 wird nun eine weitere Bauform einer regelbaren Flügelzellenpumpe mit einem schwenkbar gelagerten Stellring vorbeschrieben. Auch bei dieser Bauform werden die Flügelplatten allein durch die, bei der Rotation des Rotors auf die in den Lagerschlitzen des Rotor radial verschiebbar gelagerten Flügelplatten einwirkende Fliehkraft gegen den Außenring gepresst, was wiederum die bereits erläuterten Nachteile zur Folge hat.
Um die aus der„Fliehkraftabdichtung" resultierenden Nachteile zu beseitigen wurden, wie beispielsweise auch in der DE 43 02 610 A1 , der EP 0135 091 A1 , der DE 195 33 686 A1 , der WO 2006 / 045 190 (DE 11 2005 002 644 T5) oder auch der DE 10 2008 036 327 A1 offenbart, in die Flügelzellenpumpen die unterschiedlichsten Bauformen von Synchronisierringen eingebaut.
Diese zusätzliche Anordnung derartiger Synchronisierringe erfordert zwangsläufig einen erhöhten Fertigungs- und Montageaufwand, wobei bei maximaler Auslenkung des Stellringes, auf Grund der„kurzen" Flügelführung im Rotor, und des damit einhergehenden großen Biegemomentes an den Flügelplatten, zur Vermeidung der„Flügelkippung" stets eine Flügeldicke von mindestens 3 mm eingehalten wird.
Dadurch treten auch bei diesen Bauformen noch relativ hohe Reibungsverluste auf.
Gegenüber den zuvor beschriebenen Bauformen wird aufgrund des Einsatzes von Synchronisierringen, insbesondere im unteren Drehzahlbereich, die Abdichtung am Außenring erhöht.
Da die Synchronisierringe aus fertigungstechnischen Gründen feingeschnitten werden, verbleiben Fertigungstoleranzen von ca. 0,15 mm, so dass die in Abhängigkeit von der Spaltweite in dritter Potenz auftretenden volumetrischen Verluste nur bedingt gesenkt werden können.
Eine weitere Senkung der volumetrischen Verluste erfordert beim Einsatz von Synchronisierringen einen wesentlich höheren Fertigungsaufwand.
In der DE 92 11 768.6 IM wird unter anderem eine Flügelzellenmaschine mit einem rohrförmigen Rotor und Flügeln / Flügelschlitzen mit radialen Ausnehmungen vorbeschrieben, bei der das zum Füllen der Förderzellen erforderliche Medium über die hohle Rotorachse und die radialen Ausnehmungen in den Flügeln und oder im Rotor erfolgt.
Diese Ausführungsform ist sehr fertigungsintensiv, kostenaufwendig, verschleißanfällig und zudem auch sehr „empfindlich", d.h. störanfällig gegenüber den vom Fördermedium mitgeführten Partikeln.
Andere regelbare Flügelzellenpumpen mit Saugniere und Druckniere sowie linear verschiebbaren Stellringen zur Erzielung einer variablen Förderleistung wurden beispielsweise in der US 2,782,724 A und der US 3,143,079 A vorbeschrieben, bei denen der mit der Antriebswelle verbundene Rotor rohrförmig ausgebildet ist, wobei in dessen Wandung Lagernuten angeordnet sind, die die Wandung vollständig radial durchdringen.
In den Lagernuten sind radial durch den Rotor hindurchragende Flügelplatten verschiebbar gelagert.
Diese durch den Rotor hindurch ragenden Flügelplatten liegen im Innern des Rotors an einem in seiner Mittenachse gegenüber dem Gehäuse verankerten Zylinder an, welcher beispielsweise mittels einer Schraube mit dem Pumpengehäuse verbundenen ist.
Auch diese Bauformen erfordern bei maximaler Auslenkung des Stellringes, auf Grund des damit einhergehenden großen Biegemomentes an den frei auskragenden Flügelplatten, zur Vermeidung der„Flügelkippung" wiederum relativ große Flügeldicken, so dass auch bei diesen Bauformen hohe Reibungsverluste auftreten.
Zudem ist insbesondere die in der US 2,782,724 A vorgestellte Lösung auf Grund der erforderlichen hohen Fertigungsgenauigkeit zur Gewährleistung der Leckagefreiheit auch sehr fertigungsintensiv und damit sehr kostenaufwändig in der Herstellung.
Für die in der EP 0135 091 A1 offenbarten Bauform ist zudem eine spezielle Ausgestaltung der Zu- und Ausströmbereiche charakteristisch. An Stelle der allgemein üblichen Ein- und Ausströmnieren sind im zylindrischen Innenring des Stellschiebers einander gegenüberliegend bogenförmige Ausnehmungen angeordnet.
Diese spezielle Ausgestaltung der Zu- und Ausströmbereiche ist jedoch sehr fertigungsintensiv, kostenaufwändig, verschleißanfällig und zudem sehr „empfindlich", d.h. störanfällig gegenüber den vom Fördermedium mitgeführten Partikeln.
Allen vorgenannten Bauformen ist dabei gemeinsam, dass der Außenrand des Rotors zwischen den Lagerstellen der Flügelpiatten stets bogenförmig, d.h. als Kreisbogen entsprechend dem Außendurchmesser des jeweiligen Rotors ausgebildet ist.
In der DE 33 34 919 C2, der DE 44 42 083 A1 , aber auch in der WO 2002/081921 (DE 602 07 401 T2) werden Bauformen von Flügelzellenpumpen mit variabler Förderleistung vorbeschrieben, bei denen am/im unteren Rand jeder Zellenkammer, d.h. in der„Zylindermantelfläche" des jeweiligen Rotors, über die gesamte Rotorbreite verlaufende, parallel zu den Lagernuten der Flügelplatten am unteren Rand jeder Zellenkammer angeordnete, von den Lagernuten beabstandete, zur Mittenachse jeder Zellenkammer stets symmetrisch ausgebildete, in ihrem Querschnitt zumeist fast trapezförmig ausgeformte Querrillen angeordnet sind, welche das Volumen der jeweiligen Pumpenkammern erhöhen sollen.
Entsprechend der jeweiligen Exzentrizität des Rotors gegenüber dem Außenring pumpt dann die jeweilige Flügelzellenpumpe den Fördervolumenstrom als Verdrängerpumpe aus der Saugniere in die Druckniere. Eine weitere Bauform einer Verdrängerpumpe, mit derart vergrößerten Verdrängerkammern wurde auch von der Anmelderin in der DE 10 2005 017 834 A1 vorbeschrieben.
Ein wesentlicher Nachteil dieser vorgenannten Bauformen von Flügelzellenpumpen des gegenwärtigen Standes der Technik besteht auch darin, dass bei Antriebsdrehzahlen im Bereich von 4500 U/min bis über 6000 U/min (z.B. beim Einsatz dieser Flügelzellenpumpen als direkt von der Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors angetriebene Ölpumpen) die Befüllung der Flügeizellen (Pumpenkammern) unvollständig, mit all den dann daraus resultierenden Nachteilen, wie u.a. hohen Verlustleistungen, einer erhöhten Geräuschentwicklung, einem verstärkten Verschleiß und dergleichen mehr erfolgt.
Daher wurde von der Anmelderin in der DE 10 2008 059 720 A1 eine spezielle unsymmetrische Querrillenbauform vorgeschlagen.
Die wesentlichen Nachteile all der vorgenannten Bauformen besteht jedoch sowohl im zwingend erforderlichen hohen Fertigungs- und Montageaufwand um die Reibungsverluste und das Radialspiel der Flügel, und damit die Leckageverluste (volumetrischen Verluste) zu minimieren und einen vertretbaren Wirkungsgrad zu erzielen, wie auch in dem zwingend erforderlichen großen Bauraumaußendurchmesser, um wirksame Verdrängerkammern selbst bei den konstruktiv, wie auch fertigungsbedingt relativ schmalen, befüllbaren Kammerbreiten auszubilden, wobei die großen Innenradien der Außenringe zwingend hohe Reibmomente aus den Flügelreibkräften (am Außenring) zur Folge haben.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin eine neuartige Flügelzellenpumpe zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, die Reibungs- und Leckageverluste senkt, bei minimalem Außendurchmesser eine strömungstechnisch optimale Befüllung und Entleerung der Pumpenkammem, im unteren wie auch im oberen Drehzahlbereich gewährleistet, dabei die Verlustleistungen deutlich senkt, insbesondere die Reibungsverluste minimiert, zudem fertigungstechnisch einfach herstell- und montierbar ist und die Fertigungskosten deutlich reduziert, gleichzeitig „partikelunempfindlich" ist, den Verschleiß der Baugruppen minimiert, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer erhöht und sich durch einen geräuscharmen Lauf selbst bei hohen Drehzahlen auszeichnet, und dabei einen hohen spezifischen Fördervolumenstrom mit hohem volumetrischen Wirkungsgrad sowohl bei niedrigen wie auch bei hohen Drehzahlen gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Flügelzellenpumpe mit einem Pumpengehäuse (1) und einer Rotorwelle (12), wobei die Rotorwelle (12) aus einer im Pumpengehäuse (1) gelagerten Antriebswelle (2) und einer mit der Antriebswelle (2) verbundenen Rotorhohlwelle (24) besteht, wobei bereichsweise in der Wandung der Rotorhohlwelle (24) radiale Lagernuten (4) angeordnet sind, in denen radial durch die Rotorhohlwelle (24) hindurchragende Flügelplatten (5) radial verschiebbar gelagert sind, wobei die Rotorhohlwelle (24) mit den Flügelplatten (5) vom Zylindermantel eines Innenzylinder (6) umschlossen wird, welcher in einem Stellschieber (7) angeordnet ist, der im Pumpengehäuse (1) entlang vorgegebener Bahnen verschiebbar oder schwenkbar gelagert ist, mit einem im Pumpengehäuse (1) angeordneten Einströmkanal (8) in den ein- oder beidseitig des Stellschiebers (7) in der/den Seitenwandungen des Pumpengehäuses (1 ) angeordnete Einströmniere/n (9) mündet/münden, mit einem ebenfalls im Pumpengehäuse (1) angeordneten Ausströmkanai (11), wobei die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe sich dadurch auszeichnet, dass in der Rotorhohlwelle (24) eine Zylinderführung (13) angeordnet ist, in der ein frei umlaufender, mit den benachbarten Baugruppen nicht starr verbundener Synchronisierzylinder (15) geführt wird, und dass an der Rotorhohlwelle (24) starr flügeiförmige, den in der Wandung der Rotorhohlwelle (24) angeordneten Lagernuten (4) zugeordnete, im Bereich dieser Lagernuten (4) die Rotorhohlwelle (24) um das ca. 0,75 bis 1 ,8 fache des Durchmessers des Synchronisierzylinder (15) radial überragende Flügelplattenführungsstege (14) mit Lagernuten (4) derart angeordnet sind, dass die Rotorhohlwelle (24) mit den Flügelplattenführungsstegen (14) einen Flügelrotor (3) bildet, und dass die Lagernuten (4) in der Wandung der Rotorhohlwelle (24) in der Ebene der Lagernuten (4) der jeweils zugeordneten Flügelplattenführungsstege (14) liegen und in diese derart übergehen, dass die in den Lagernuten (4) der Flügelplattenführungsstege (14) des Flügelrotors (3) angeordneten Flügelplatten (5) bis in die Zylinderführung (13) hineinreichen, wobei die in den Lagernuten (4) des Flügelrotor (3) angeordneten Flügelplatten (5) sowohl „innen" am Synchronisierzylinder (15) wie auch „außen" am Innenzylinder (6) des Stellschiebers (7) anliegen.
Der durch die erfindungsgemäße Anordnung der Flügelplattenführungsstege (14 ) an der Rotorhohlwelle (24) gebildete Flügelrotor (3) bewirkt einerseits, auf Grund der Führung der Flügelplatten in den erfindungsgemäß sehr„langen" Lagernuten der Flügelplattenführungsstege (14) eine hohe mechanische Stabilität selbst„dünner" und damit reibungsarm umlaufender Flügelplatten. Gleichzeitig bewirken die erfindungsgemäß sehr Jangen" Flügelplattenführungsstege (14) des Flügelrotors (3) neben dem „Zellenpumpeneffekt" einen den „Zellenpumpeneffekt" überlagernden „Kreiselpumpeneffekt", der, durch die gleichzeitige erfindungsgemäße Anordnung von im Stellschieber (7) angeordneten, durchgehenden, radial zum Innenzylinder (6) verlaufende Ausströmöffnungen (10), die pumpenarbeitsseitig der/den in der/den Seitenwandung/en des Pumpengehäuses (1) angeordneten Einströmniere/n (9) gegenüberliegen, voll zum Tragen kommt.
Daneben bewirkt die erfindungsgemäße Anordnung zudem, dass die erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpen mit wesentlich kleinerem Innenzylinderdurchmesser (Durchmesser des Innenzylinders (6)) und wesentlich breiteren Flügelplatten (5), d.h. größerer Kammerlänge gebaut werden können, so dass bei minimalem Außendurchmesser stets eine strömungstechnisch optimale Befüllung und Entleerung der Pumpenkammern, sowohl im unteren wie auch im oberen Drehzahlbereich gewährleistet ist. Gleichzeitig wird durch die„lange" Flügelführung in den Lagernuten (4) die Abdichtung in den Flügelführungen wesentlich erhöht, und dadurch auch gleichzeitig die dort auftretenden Leckageverluste deutlich reduziert.
Da zudem bei gegenüber bisherigen Flügelzellenpumpen gleichbleibendem Kammervolumen die Reibradien der Flügel, und dadurch die Reibmomente und somit auch die Reibungsverluste deutlich reduziert werden, können mittels der erfindungsgemäßen Lösung einerseits die Verlustleistungen gesenkt und in der Gesamtheit aller bisher beschriebenen Wirkungen ein hoher spezifischer Fördervolumenstrom bei hohem volumetrischen Wirkungsgrad sowohl bei niedrigen wie auch bei hohen Drehzahlen gewährleistet werden.
Der erfindungsgemäß in einer Zylinderführung (13) umlaufende erfindungsgemäße Synchronisierzylinder (15) übernimmt in der vorliegenden Erfindung die Aufgabe der im Stand der Technik vorbeschriebenen Synchronringe (Hubringe).
Gegenüber den Hubringen können die erfindungsgemäßen Zylinderrollen mit einer wesentlich höheren Fertigungsgenauigkeit zu wesentlich geringeren Kosten hergestellt werden, da solche Synchronisierzylinder (15) z.B. durch spitzenloses Schleifen mit höchster Fertigungsgenauigkeit hergestellt werden können.
Erfindungsgemäß kann mittels des Synchronisierzylinders (15) der Dichtspalt zwischen den Flügelplatten (5) und dem Innenzylinder (6) sehr deutlich auf unter ein zehntel Millimeter gesenkt werden.
Da sich der Leckagestrom proportional zur 3. Potenz der Spalthöhe verhält, hat diese wesentliche Reduzierung des Dichtspalts zwischen den Flügelplatten (5) und dem Innenzylinder (6) gravierende Auswirkungen auf den Leckagestrom am Dichtspalt zwischen den Flügelplatten (5) und dem Innenzylinder (6) und reduziert so überdeutlich den auftretenden Leckagestrom gegenüber dem Stand der Technik. Diese erfindungsgemäße Lösung ist fertigungstechnisch einfach herstellbar und auch einfach montierbar, wodurch die Fertigungskosten deutlich reduziert werden.
Die gesamte Anordnung ist gleichzeitig robust und „partikelunempfindlich", wodurch der Verschleiß der Baugruppen minimiert und die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe deutlich erhöht wird. Dabei zeichnet sich die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe insbesondere durch die exakte Führung durch einen geräuscharmen Lauf selbst bei hohen Drehzahlen aus.
Die gegenüber herkömmlichen Bauformen deutlich reduzierten Spaltmaße gewährleisten eine nochmalige Erhöhung des volumetrischen Wirkungsgrades sowohl bei niedrigen wie auch bei hohen Drehzahlen.
Erfindungsgemäß ist aber auch eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung bei der die Flügelplattenführungsstege (14) an ihrem Außenumfang mittels eines mit Lagernuten (4) versehenen Außenringes (17) untereinander verbunden sind, wobei im, mit der Einströmniere (9) versehenen Einströmbereich, ein- oder beidseitig des Stellschiebers (7) im Bereich des Außenringes (17), d.h. in der/den Seitenwandung/en des Pumpengehäuses (1), den Außenring (17) umgebende Überströmnieren (16) angeordnet sind, die ein Einströmen des Fördermediums über die Überströmnieren (16) aus der/den inneren Kammer/n um den Außenring (17) herum in die äußere/n Verdrängerzelle/n ermöglichen. Diese erfindungsgemäßen, hier aus den Flügelplattenführungsstegen (14) und dem Außenring (17) gebildeten inneren Kammern eines „geschlossenen" Flügelrotors (3) bewirken bei umlaufendem Flügelrotor (3) auch bei dieser Bauform der erfindungsgemäßen Lösung einen in den inneren Kammern auftretenden Kreiselpumpeneffekt, welcher ein Einströmen des Fördermediums aus den inneren Kammern über die erfindungsgemäßen Überströmnieren (16), d.h. um den Außenring (17) herum, in die äußere/n Verdrängerzelle/n bewirkt. Die im Bereich des Außenrandes der inneren Kammern, dem Außenring (17) in der Seitenwandung des Pumpengehäuses (1) benachbart angeordnete umlaufende Leitrille (27), die in die Überströmnieren (16) übergeht, gewährleistet erfindungsgemäß zudem ein hocheffektives Einströmen des Fördermediums aus den inneren Kammern über die umlaufende Leitrille (27) in die Überströmniere (16) und von dort in die äußere/n Verdrängerzelle/n.
Der auch mittels dieser Bauform der erfindungsgemäße Lösung erzielte Effekt besteht wiederum in der erfindungsgemäßen Überlagerung einer innen liegenden Kreiselpumpe und einer außen liegenden Verdrängerpumpe, wodurch im gesamten Drehzahlbereich wiederum eine gasblasenfreie Befüllung bewirkt wird, so dass die Verdrängerzellen der erfindungsgemäßen Pumpe im gesamten Drehzahlbereich stets optimal, hocheffektiv und vol Istä nd ig bef ü I It werden .
Auch mit dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung kann die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe in ihrer Gesamtheit vollständig gelöst werden.
Vorteilhafte Ausführungen, und weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen zu den einzelnen Bauformen der erfindungsgemäßen Lösung.
Nachfolgend soll nun die Erfindung an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit sechs Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen dabei:
Figur 1 : die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe als
Doppelkammerpumpe mit einem linear verfahrbaren Stellschieber 7 im Radialschnitt bei B-B gemäß Figur 2;
Figur 2 : die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe als
Doppelkammerpumpe aus der Figur 1 mit linear verfahrbarem Stellschieber 7 in der Seitenansicht im Schnitt bei A-A gemäß Figur 1 ;
Figur 3 : die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe als
Freikammerpumpe mit einem linear verfahrbaren Stellschieber 7 im Radialschnitt bei D-D gemäß Figur 4;
Figur 4 : die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe als
Freikammerpumpe aus der Figur 3 mit linear verfahrbarem Stellschieber 7 in der Seitenansicht im Schnitt bei C-C gemäß Figur 3;
Figur 5 : die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe als
Doppelkammerpumpe mit einem schwenkbaren Stellschieber 7 im Radialschnitt;
Figur 6 : die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe als
Freikammerpumpe mit einem schwenkbaren Stellschieber 7 im Radialschnitt.
In den Figur 1 bis 6 sind vier der möglichen Bauformen der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe mit zwei unterschiedlichen Bauformen von Stellschiebern 7 dargestellt.
Allen Bauformen ist dabei gemeinsam, dass in einem Pumpengehäuse 1 eine Rotorwelle 12 angeordnet.
Die Rotorwelle 12 besteht aus einer im Pumpengehäuse 1 gelagerten Antriebswelle 2 und einer mit der Antriebswelle 2 verbundenen Rotorhohlwelle 24.
Kennzeichnend für alle Bauformen ist, dass in der Rotorhohlwelle 24 eine Zylinderführung 13 angeordnet ist, in der ein frei umlaufender, mit den benachbarten Baugruppen nicht starr verbundener Synchronisierzylinder 15 geführt wird,
Erfindungswesentlich ist dabei, dass an der Rotorhohl welle 24 starr flügeiförmige, den in der Wandung der Rotorhohlwelle 24 angeordneten Lagernuten 4 zugeordnete, im Bereich dieser Lagernuten 4 die Rotorhohlwelle 24 um das ca. 0,75 bis 1 ,8 fache des Durchmessers des Synchronisierzylinder 15 radial überragende Flügelplattenführungsstege 14 mit Lagernuten 4 derart angeordnet sind, dass die Rotorhohlwelle 24 mit den Flügelplattenführungsstegen 14 einen erfindungsgemäßen Flügelrotor 3 bildet. Kennzeichnend ist zudem auch, dass die Lagemuten 4 in der Wandung der Rotorhohlwelle 24 in der Ebene der Lagernuten 4 der jeweils zugeordneten Flügelplattenführungsstege 14 liegen und zudem direkt in diese übergehen, so dass die in den Lagernuten 4 der Flügelplattenführungsstege 14 des Flügelrotors 3 angeordneten Flügelplatten 5 bis in die Zylinderführung 13 hineinreichen, wobei die in den Lagernuten 4 des Flügelrotor 3 angeordneten Flügelplatten 5 sowohl„innen" am Synchronisierzylinder 15 wie auch„außen" am Innenzylinder 6 des Stellschiebers 7 anliegen.
Die im Flügelrotor 3 angeordneten Flügelplatten 5 werden dabei zylindermantelförmig von einem Innenzylinder 6 des Stellschiebers 7 umgeben, wobei dieser Stellschieber 7 in zwei der drei Ausführungsbeispiel entlang vorgegebener Bahnen linear verschiebbar und im dritten Ausführungsbeispiel schwenkbar im Pumpengehäuse 1 gelagert ist, wobei stirnseitig des Stellschiebers 7, d. h. in den Seitenwandungen des Pumpengehäuses 1 , in den im Pumpengehäuse angeordneten Einströmkanal 8 mündende, Einströmniere/n 9 angeordnet ist/sind.
Erfindungswesentlich ist auch, dass bei allen Bauformen im Stellschieber 7 durchgehende, radial zum Innenzylinder 6 verlaufende Ausströmöffnungen 10 angeordnet sind, die pumpenarbeitsseitig der/den in der/den Seitenwandung/en des Pumpengehäuses 1 angeordneten Einströmniere/n 9 gegenüberliegen. Nach dem Stand der Technik werden die Rotoren von Flügelzellenpumpen gegenwärtigen gesintert und kalibriert, wobei dieses Fertigungsverfahren die Breite des Rotors und damit die Pumpenkammerlänge stark einschränkt, und zudem eine Mindestflügelplattendicke von ca. 3 mm erfordert.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht nun zudem die Herstellung des erfindungsgemäßen Flügelrotors im wesentlich kostengünstigeren
Metallpulverspritzgießverfahren, wodurch die Schlitzbreiten der Lagernuten 4 und damit die Flügelplattendicke bis auf 1 mm gesenkt werden kann.
In Verbindung mit der Führung der Flügelplatten in den erfindungsgemäß in radialer Richtung sehr„langen" Lagernuten der Flügelplattenführungsstege 14 ist auch die mechanische Stabilität solch„dünner" Flügelplatten 5 im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung gewährleistet.
Die erfindungsgemäßen sehr„langen" Flügelplattenführungsstege 14 wirken dabei in Verbindung mit den neuartigen radial im Innenzylinder 6 angeordneten Ausströmöffnungen 10 gleichzeitig als Kreiselpumpe.
Der erfindungsgemäße Einsatz von 1 mm dicken Flügelplatten hat jedoch zudem den Vorteil, dass die Fliehkraft und damit gleichzeitig das am Innenzylinder 6 auftretende Reibmoment und damit zugleich die Reibungsverluste sehr deutlich gesenkt werden können.
Zugleich bewirkt die erfindungsgemäße Anordnung, dass die erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpen mit wesentlich kleinerem Innenzylinderdurchmesser (Durchmesser des Innenzylinders 6 und gleichzeitig wesentlich in Achslängsrichtung breiteren Flügelrotoren 3, mit in den Flügelplattenführungsstegen 14 angeordneten Flügelplatten 5, d.h. mit größerer Kammerlänge, gebaut werden können.
So können bei gegenüber bisherigen Flügelzellenpumpen gleichbleibendem Kammervolumen die Reibradien der Flügel, und dadurch die Reibmomente und somit auch die Reibungsverluste deutlich reduziert werden.
Zudem können die Reibungsverluste auch durch eine Verringerung der Anzahl der Flügelplatten in den erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpen nochmals deutlich reduziert werden.
Die bezogen auf die Flügelplattenhöhe gegenüber den bisherigen Lösungen erfindungsgemäß Anwendung findenden wesentlich längeren Flügelplattenführungsstege 14 bewirken zudem gleichzeitig eine wesentlich bessere Flügelführung in den langen Lagernuten 4.
Dies hat erfindungsgemäß die Vermeidung von Kippungen und Kantenlauf mit einer daraus resultierenden deutlichen Reduzierung der Reibungsverluste in den Flügelführungen zur Folge.
Gleichzeitig wird durch die hohe Flügelführung auch die Abdichtung in den Flügelführungen erhöht und dadurch zudem die dort auftretenden volumetrischen Verluste deutlich reduziert.
Zugleich wird durch die erfindungsgemäße Lösung der Leckagestrom zwischen den Flügeiplatten und dem Innenzylinder gegenüber den bisherigen Lösungen des Standes der Technik deutlich reduziert.
Im Stand der Technik werden gegenwärtig die geringsten Spaltmaße bei Flügelzellenpumpen im Zusammenhang mit dem Einsatz von Synchronringen (Hubringen) erzielt. Diese drücken die Flügelplatten während Ihres Umlaufs an den Innenzylinder an .
Diese Synchronringe müssen in der Fertigung feingeschnitten werden und sind daher gegenüber der in der vorliegenden Erfindung Anwendung findenden technischen Mittel-/Wirkungsbeziehung mit wesentlich höheren Toleranzen behaftet.
Der erfindungsgemäß in der Zylinderführung 13 umlaufende Synchronisierzylinder 15 übernimmt bei der vorliegenden Erfindung die Aufgabe der Synchronringe (Hubringe).
Wobei derartige Zylinderrollen mit einer wesentlich höheren Fertigungsgenauigkeit zu wesentlich geringeren Kosten hergestellt werden können.
Beispielsweise können solche Synchronisierzylinder 15 durch spitzenloses
Schleifen mit höchster Fertigungsgenauigkeit hergestellt werden.
Somit kann durch den Einsatz derart gefertigter Synchronisierzylinder 15 der
Dichtspalt zwischen den Flügelplatten 5 und dem Innenzylinder 6 auf unter ein zehntel Millimeter gegenüber dem Stand der Technik sehr deutlich gesenkt werden. Da sich der Leckagestrom proportional zur 3. Potenz der Spalthöhe verhält, hat diese wesentliche Reduzierung des Dichtspalts zwischen den Flügelplatten 5 und dem Innenzylinder 6 sehr deutliche Auswirkungen auf den Leckagestrom am Dichtspalt zwischen den Flügelplatten 5 und dem Innenzylinder 6 gegenüber dem an diesen Stellen im Stand der Technik auftretenden Leckagestrom.
Wie in den Figuren 1, 2 und 5 der vorliegenden Ausführungsbeispiele dargestellt, sind die Flügelplattenführungsstege 14 an ihrem Außenumfang mittels eines mit Lagernuten 4 versehenen Außenringes 17 untereinander verbunden sind, wobei im mit der Einströmniere 9 versehenen Einströmbereich, ein- oder beidseitig des Stellschiebers 7 im Bereich des Außenringes 17, d.h. in der/den Seitenwandung/en des Pumpengehäuses 1 , den Außenring 17 umgebende Überströmnieren 16 angeordnet sind, die ein Einströmen des Fördermediums über die Überströmnieren 16 aus der/den inneren Kammer/n um den Außenring 17 herum in die äußere/n Verdrängerzel!e/n ermöglichen.
Die bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung aus den Flügelplattenführungsstegen 14 und dem Außenring 17 gebildeten inneren Kammern bewirken, bei umlaufendem Flügelrotor 3, einen in diesen inneren Kammern auftretenden Kreiselpumpeneffekt, welcher ein Einströmen des Fördermediums aus der/den inneren Kammer/n über die erfindungsgemäßen Überströmnieren 16, d.h. um den Außenring 17 herum, in die äußere/n Verdrängerzelle/n erzielt.
Erfindungsgemäß ist auch, wenn im Bereich des Außenrandes der inneren Kammern, dem Außenring 17 in der Seitenwandung des Pumpengehäuses 1 benachbart, eine umlaufende Leitrille 27 angeordnet ist, die in die Überströmnieren 16 übergeht und so ein hocheffektives Einströmen des Fördermediums aus der/den inneren Kammer/n über die umlaufende Leitrille 27 in die Überström niere 16 und von dort in die äußere/n Verdrängerzelle/n bewirkt. Die erfindungsgemäße Lösung bewirkt mittels des kombinatorischen Effekts, welcher aus der erfindungsgemäßen Überlagerung einer innen liegenden Kreiselpumpe und einer außen liegenden Verdrängerpumpe resultiert, dass die Verdrängerzellen im gesamten Drehzahlbereich stets optimal und vollständig, d.h. gasblasenfrei, befüllt werden.
In der Figur 2 ist die erfindungsgemäße, als Doppelkammerpumpe aufgebaute Flügelzellenpumpe aus der Figur 1 , mit einem linear verfahrbaren Stellschieber 7 in der Seitenansicht im Schnitt bei A-A (gemäß Figur 1) dargestellt.
Erfindungsgemäß ist das Pumpengehäuse 1 mehrteilig aufgebaut, und besteht aus einem Distanzstück 18, einer Seitenplatte 19 mit einem Achslager 20 und einer Deckplatte 21 mit einem Wellenlager 22.
Kennzeichnend ist auch, dass die im Pumpengehäuse 1 gelagerte, außerhalb des Pumpengehäuses 1 mit einem Antriebsrad 23 versehene Rotorwelle 12 mehrstückig ausgebildet ist, wobei die Rotorhohlwelle 24 im Mitte nbereich des Flügelrotors 3 einen Innendurchmesser aufweist, der dem Innendurchmesser der Zylinderführung 13 entspricht.
Dieser erfindungsgemäße konstruktive Aufbau führt zu einer weiteren Senkung der Fertigungs- und Montagekosten.
Erfindungswesentlich ist in diesem Zusammenhang, dass diese Zylinderführung 13 seitlich derart abgegrenzt wird, dass im freien Ende der Rotorhohlwelle 24 drehfest ein Lagerring 25 mit dem Innendurchmesser der Zylinderführung 13 angeordnet ist, wodurch eine kostengünstige Fertigung und Montage ermöglicht wird.
Kennzeichnend ist dabei auch, dass mittels dieses Lagerringes 25 die mit dem Lagerring 25 drehfest verbundene Rotorhohlwelle zugleich drehbar an einer im Pumpengehäuse 1 drehfest angeordneten Lagerachse 26 gelagert ist.
Dieser erfindungsgemäße spezielle„mehrstückige" Aufbau senkt gleichzeitig in der Großserienfertigung nochmals die Fertigungs- und Montagekosten, da diese spezielle „mehrstückige" einsatzorientierte Bauform der erfindungsgemäßen Lösung bei Einhaltung einer hohen Fertigungsgenauigkeit kostengünstig, fertigungstechnisch einfach herstellbar und auch automatisch montierbar ist.
Zudem kann durch die erfindungsgemäße Lösung gleichzeitig auch die Anzahl der Flügelplatten 5 am Flügelrotor 3 deutlich reduziert werden, wodurch die Reibungsverluste nochmals deutlich sinken.
Die großen Einström Öffnungen, die großen Kammern, wie auch die großen Ausströmöffnungen 10 gewährleisten dabei auch, dass die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe„partikelunempfindlich" arbeitet.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen die Reibungsverluste zu minimieren und die Verlustleistungen deutlich zu senken. Da die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe zudem fertigungstechnisch einfach herzustellen und zu montieren ist, wurden die Fertigungskosten gegenüber den Bauformen des Standes der Technik deutlich reduziert.
Infolge der präzisen Fertigung und der geringen Reibung zeichnet sich die vorliegende Lösung nicht nur durch einen sehr geringen Verschleiß, eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer, sondern auch durch einen geräuscharmen Lauf sowohl bei niedrigen, wie selbst auch bei hohen Drehzahlen aus, und gewährleistet dabei gleichzeitig einen hohen spezifischen Fördervolumenstrom mit hohem volumetrischen Wirkungsgrad sowohl bei niedrigen wie bei hohen Drehzahlen (im Bereich von 4.500 U/min bis über 6.000 U/min).
Die Figur 3 zeigt nun eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe, hier als Freikammerpumpe, im Radialschnitt bei D-D gemäß Figur 4, wiederum mit einem linear verfahrbaren Stellschieber 7.
Auch in dieser Ausführungsform als Freikammerpumpe ist in einem Pumpengehäuse 1 auf einer Antriebswelle 2 ein drehfest mit der Antriebswelle 2 verbundener Flügelrotor 3 angeordnet.
Erfindungsgemäß ist die Antriebswelle 2 mit dem Flügeirotor 3 einstückig als Rotorwelle 12 aufgebaut.
Wesentlich ist auch für diese Bauform, dass die Rotorwelle 12, im Bereich des Flügelrotors 3 vollständig oder teilweise als Rotorhohlwelle 24, mit einer in der Rotorhohlwelle 24 angeordneten Zylinderführung 13 ausgebildet ist, wobei der Flügelrotor 3 flügeiförmige, radial verlaufende Flügelplattenführungsstege 14 mit Lagernuten 4 aufweist, die bis in die Zylinderführung 13 hineinreichen. In diesen Lagernuten 4 des Flügelrotor 3 sind radial verschiebbar Flügelplatten 5 gelagert.
Der Flügelrotor 3 und die Flügelplatten 5 werden zylindermantelförmig von einem Innenzylinder 6 eines Stellschiebers 7 umgeben, wobei dieser Stellschieber 7 im vorliegenden Ausführungsbeispiel entlang vorgegebener Bahnen linear verschiebbar im Pumpengehäuse 1 gelagert ist, wobei ein- oder beidseitig des Stellschiebers 7 in den Seitenwandungen des Pumpengehäuses 1 , in einen im Pumpengehäuse angeordneten Einströmkanal 8 mündende Einströmniere/n 9 angeordnet ist/sind.
Zu dieser/diesen pumpenarbeitsseitig versetzt ist/sind im Pumpengehäuse 1 eine / mehrere Ausströmöffnung/en 10 angeordnet, welche in einen im Pumpengehäuse 1 angeordneten Ausströmkanal 11 mündet/münden.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass in der Zylinderführung 13 ein Synchronisierzylinder 15 angeordnet ist, und die in den Lagernuten 4 angeordneten Flügelplatten 5 sowohl am Synchronisierzylinder 15 wie auch am Innenzylinder 6 des Stellschiebers 7 anliegen, wobei die pumpenarbeitsseitig zur Einströmniere 9 gegenüberliegend, d.h. um 180° versetzt, angeordnete/n Ausströmöffnung/en 10 im Innenzylinder 6 des Stellschiebers 7 angeordnet ist/sind.
Kennzeichnend ist auch, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Flügelplattenführungsstege 14 an ihrem Außen umfang nicht mittels eines Außenringes 17 untereinander verbunden sind, und seitlich des Stellschiebers 7, d.h. in der Seitenwandung des Pumpengehäuse 1 , keine Überströmnieren 16 angeordnet sind.
Diese in der Figur 3 dargestellte Bauform der erfindungsgemäßen Ftügelzellenpumpe, die sogenannte Freikammerpumpe, d.h. ohne den die Flügelplattenführungsstege 14 an ihrem Außenumfang verbindenden Außenring 17, bei der die innen liegende Kreiselpumpe ohne Trennwand in die außen liegende Verdrängerpumpe übergeht, ist für den Einsatz im oberen Drehzahlbereich (d.h, diese Pumpen laufen überwiegend hochtourig) sehr gut geeignet.
Durch das mittels dieser, in der Figur 3 dargestellten Bauform gewährleistete ungehinderte Einströmen (ohne ein Umlenken über Überströmnieren 16) in die Verdrängerpumpe, aber auch infolge des ungehinderten radialen Ausströmens des Fördermediums nicht nur aus der Verdrängerpumpe sondern zugleich auch aus der Kreiselpumpe, verringern sich die Strömungsverluste und es erhöht sich dabei zugleich der volumetrische Pumpenwirkungsgrad.
In der Figur 4 ist nun die erfindungsgemäße, als Freikammerpumpe aufgebaute Flügelzellenpumpe in der Seitenansicht im Schnitt bei C-C gemäß Figur 3 dargestellt.
Erfindungsgemäß ist auch bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung das Pumpengehäuse 1 mehrteilig aufgebaut, und besteht aus einem Distanzstück 18, einer Seitenplatte 19 mit einem Achslager 20 und einer Deckplatte 21 mit einem Wellenlager 22.
Kennzeichnend ist auch, dass die außerhalb des Pumpengehäuses 1 mit einem Kettenrad als Antriebsrad 23 versehene Rotorwelle 12 mehrstückig ausgebildet ist und einerseits aus einer im Pumpengehäuse 1 gelagerten Rotorhohlwelle 24 besteht, deren Innendurchmesser im Mittenbereich des Flügelrotors 3 dem Innendurchmesser der Zylinderführung 13 entspricht.
Kennzeichnend ist dabei, dass die Zylinderführung 13 auch in dieser Bauform konstruktiv dadurch ausgebildet wird, dass im freien Ende der Rotorhohlwelle 24 mit dem Innendurchmesser der Zylinderführung 13 drehfest ein Lagerring 25 angeordnet ist.
Erfindungswesentlich ist auch in dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, dass mittels dieses Lagerringes 25 die mit dem Lagerring 25 drehfest verbundene Rotorhohlwelle 24 drehbar auf einer im Pumpengehäuse 1 drehfest angeordneten Lagerachse 26 gelagert ist. In der Figur 5 ist nun die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe als Doppelkammerpumpe mit einem schwenkbaren Stellschieber 7 im Radialschnitt dargestellt.
Diese erfindungsgemäße Lösung einer Doppelkammerpumpe mit einem schwenkbaren Stellschieber 7 weist dabei alle erfindungswesentlichen, bereits im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 erläuterten Merkmale auf.
Die Figur 6 zeigt nun eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe in der
Bauform als Freikammerpumpe mit einem schwenkbaren Stellschieber 7 im
Radialschnitt.
Auch diese erfindungsgemäße Lösung einer in der Figur 6 dargestellten Freikammerpumpe mit einem schwenkbaren Stellschieber 7 weist wiederum alle erfindungswesentlichen Merkmale auf, die bereits im Zusammenhang mit der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Freikammerpumpe erläutert wurden. Somit kann zusammenfassend festgestellt werden, dass alle in den Ausführungsbeispielen 1 bis 6 vorgestellten Bauformen der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe die eingangs erläuterten Nachteile des Standes der Technik beseitigen, die Reibungs- und Leckageverluste deutlich senken, bei minimalem Außendurchmesser eine strömungstechnisch optimale Befüllung und Entleerung der Pumpenkammern, im unteren wie auch im oberen Drehzahlbereich gewährleisten und die Verlustleistungen deutlich senken.
Da alle in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Bauformen der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe zudem fertigungstechnisch einfach herzustellen und einfach zu montieren sind, werden auch die Fertigungskosten gegenüber den Bauformen des Standes der Technik deutlich reduziert.
Infolge der in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 erläuterten technischen Mittel- Wirkungszusammenhänge der erfindungsgemäßen Baugruppen konnte die Reibung und damit auch der Verschleiß der Baugruppen minimiert, und dabei die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpen deutlich erhöht werden. Wegen der durch die erfindungsgemäße Lösung möglich werdenden präzisen Fertigung und einer nicht zuletzt daraus resultierenden merklichen Reduzierung der Reibung zeichnet sich die vorliegende Lösung zudem durch einen sehr geräuscharmen Lauf sowohl bei niedrigen, wie selbst auch bei hohen Drehzahlen aus und gewährleistet gleichzeitig einen hohen spezifischen Fördervolumenstrom mit hohem volumetrischen Wirkungsgrad sowohl bei niedrigen wie auch bei hohen Drehzahlen (im Bereich von 4.500 U/min bis über 6.000 U/min).
Bezugszeichenzusammenstellung
1 Pumpengehäuse
2 Antriebswelle
3 Flügelrotor
4 Lagernut
5 Flügelplatte
6 Innenzylinder
7 Stellschieber
8 Einströmkanal
9 Einströmniere
10 Ausströmöffnung
11 Ausströmkanal
12 Rotorwelle
13 Zylinderführung
14 Flügelplattenführungssteg
15 Synchronisierzylinder
16 Überströmniere
17 Außenring
18 Distanzstück
19 Seitenplatte
20 Achslager
21 Deckplatte
22 Wellenlager
23 Antriebsrad
24 Rotorhohlwelle
25 Lagerring
26 Lagerachse
27 Leitrille

Claims

Patentansprüche
1. Fiügelzellenpumpe mit einem Pumpengehäuse (1 ) und einer Rotorwelle (12) welche aus einer im Pumpengehäuse (1) gelagerten Antriebswelle (2) und einer mit der Antriebswelle (2) verbundenen Rotorhohlwelle (24) besteht, wobei bereichsweise in der Wandung der Rotorhohlwelle (24) radiale Lagernuten (4) angeordnet sind, in denen radial durch die Rotorhohlwelle (24) hindurch ragende Flügelplatten (5) radial verschiebbar gelagert sind, wobei die Rotorhohlwelle (24) mit den Flügelplatten (5) vom Zylindermantel eines Innenzylinders (6) umschlossen wird, welcher in einem Stellschieber (7) angeordnet ist, der im Pumpengehäuse (1) entlang vorgegebener Bahnen verschiebbar oder schwenkbar gelagert ist, mit einem im Pumpengehäuse (1 ) angeordneten Einströmkanal (8) in den ein- oder beidseitig des Stellschiebers (7) in der/den Seitenwandungen des Pumpengehäuses (1) angeordnete Einströmniere/n (9) mündet/münden, mit einem ebenfalls im Pumpengehäuse (1) angeordneten Ausströmkanal (11), dadurch gekennzeichnet,
- dass in der Rotorhohlwelle (24) eine Zylinderführung (13) angeordnet ist, in der ein frei umlaufender, mit den benachbarten Baugruppen nicht starr verbundener Synchronisierzylinder (15) geführt wird,
- dass an der Rotorhohlwelle (24) starr flügeiförmige, den in der Wandung der Rotorhohlwelle (24) angeordneten Lagemuten (4) zugeordnete, im Bereich dieser Lagernuten (4) die Rotorhohlwelle (24) um das ca. 0,75 bis 1 ,8 fache des Durchmessers des Synchronisierzylinder (15) radial überragende Flügelplattenführungsstege (14) mit Lagernuten (4) derart angeordnet sind, dass die Rotorhohlwelle (24) mit den Flügelplattenführungsstegen (14) einen Flügelrotor (3) bildet, und
- dass die in der Wandung der Rotorhohlwelle (24) angeordneten Lagernuten (4) in der Ebene der Lagernuten (4) der jeweils zugeordneten Flügelplattenführungsstege (14) liegen und jeweils derart ineinander übergehen, dass die in den Lagernuten (4) der Flügelplattenführungsstege (14) des Flügelrotors (3) angeordneten Flügelplatten (5) bis in die Zylinderführung (13) hineinreichen, und die in den Lagernuten (4) des Flügelrotors (3) angeordneten Flügelplatten (5) sowohl„innen" am Synchronisierzylinder (15) wie auch„außen" am Innenzylinder (6) des Stellschiebers (7) anliegen, und
- dass im Stellschieber (7) durchgehende, radial zum Innenzylinder (6) verlaufende Ausströmöffnung/en (10) angeordnet ist/sind, die pumpenseitig der/den in der/den Seitenwandungen des Pumpengehäuses (1) angeordneten Einströmniere/n (9) gegenüberliegen.
2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelplattenführungsstege (14) an ihrem Außenumfang mittels eines mit Lagernuten (4) versehenen Außenringes (17) untereinander verbunden sind, wobei in dem mit der Einströmniere (9) versehenen Einströmbereich, ein- oder beidseitig des Stellschiebers (7) im Bereich des Außenringes (17), d.h. in der/den Seitenwand ung/en des Pumpengehäuses (1), den Außenring (17) umgebende Überströmniere/n (16) angeordnet ist/sind, die ein Einströmen des Fördermediums über die Überströmniere/n (16) aus den inneren Kammern um den Außenring (17) herum in die äußeren Verdrängerzellen ermöglichen.
3. Flügelzellenpumpe nach den Ansprüchen 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass in Rotorwellenlängsrichtung die Flügelplattenführungsstege (14) des Flügelrotors (3) die Lagernuten (4) der Rotorwelle (12) überragen.
4. Flügelzellenpumpe nach den Ansprüchen 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Synchronisierzylinders (15) eine Kugel angeordnet ist, die die Synchronisierung der Flügelplatten (5) bewirkt.
5. Flügelzelienpumpe nach den Ansprüchen 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Einström niere/n (9) im Bereich der Überströmnieren (16) angeordnet ist/sind und so gleichzeitig als Überströmnieren (16) fungiert fungierenen,
6. Flügelzelienpumpe nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß ein- oder beidseitig des Stellschiebers (7), im Bereich des Außenrandes der inneren Kammern, dem Außenring (17) benachbart, in der/den Seitenwandung/en des Pumpengehäuses (1) eine umlaufende Leitrille (27) angeordnet ist, welche in die Überströmniere (16) übergeht.
7. Flügelzelienpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (1) mehrteilig aufgebaut ist und aus einem Distanzstück (18), einer Seitenplatte (19) mit einem Achslager (20) und einer Deckplatte (21) mit einem Wellenlager (22) besteht.
8. Flügelzelienpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (2) mit dem Flügelrotor (3) einstückig verbunden ist.
9. Flügelzelienpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die im Pumpengehäuse (1) gelagerte, außerhalb des Pumpengehäuses (1) mit einem Antriebsrad (23) versehene Rotorwelle (12) mehrstückig ausgebildet ist, wobei die Rotorhohlwelle (24) im Mittenbereich des Flügelrotors (3) einen Innendurchmesser aufweist, der dem Innendurchmesser der Zylinderführung (13) entspricht, und dass diese Zylinderführung (13) seitlich derart abgegrenzt wird, dass im freien Ende der Rotorhohlwelle (24) drehfest ein Lagerring (25) mit dem Innendurchmesser der Zylinderführung (13) angeordnet ist, wobei in diesem Lagerring (25) eine im Pumpengehäuse (1 ) angeordnete Lagerachse (26) drehbar gelagert ist.
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