WO2012007125A2 - Flügelzellenpumpe - Google Patents

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WO2012007125A2
WO2012007125A2 PCT/EP2011/003362 EP2011003362W WO2012007125A2 WO 2012007125 A2 WO2012007125 A2 WO 2012007125A2 EP 2011003362 W EP2011003362 W EP 2011003362W WO 2012007125 A2 WO2012007125 A2 WO 2012007125A2
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vane pump
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David Shulver
Wolfgang Weber
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Magna Powertrain Ag & Co Kg
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Publication date
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04C29/0042—Driving elements, brakes, couplings, transmissions specially adapted for pumps
    • F04C29/0085—Prime movers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
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    • F01C21/0827—Vane tracking; control therefor by mechanical means
    • F01C21/0845—Vane tracking; control therefor by mechanical means comprising elastic means, e.g. springs
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    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
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    • F04C18/34—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2220/00—Application
    • F04C2220/10—Vacuum
    • F04C2220/12—Dry running

Definitions

  • the invention relates to a vane pump comprising a stator, a rotor which is rotatable with respect to the stator, and a plurality of wings movably mounted on the rotor which divide a working space formed between the stator and the rotor into a plurality of work cells of varying volume.
  • a vane pump is used in particular as a vacuum pump, for example for a vacuum brake booster in a motor vehicle.
  • the rotor is eccentric with respect to the stator, i. the axis of rotation of the rotor is offset with respect to the axis of symmetry or the central axis of the stator.
  • the stator or the rotor may have a non-circular cross section.
  • the stator, the rotor and two adjacent blades define a respective workcell.
  • the respective working cell is moved from a suction side of the pump, at which a fluid inlet is provided, towards a pressure side, at which a fluid outlet is provided, and vice versa.
  • the fluid for example air, is thereby sucked in first, then compressed, and finally expelled.
  • a problem of such vane pumps is the wear of the wing tips attached to the stator. In addition to the material pairing (wing tip and stator), this wear depends essentially on the rotation Speed of the wing tips relative to the stator and the contact pressure of the wing tips on the stator from.
  • the pump rotor is thus arranged radially outside of the pump stator.
  • the vanes movably mounted on the rotor are directed radially inwardly in the direction of the stator, wherein the vanes need not be aligned exactly radially with respect to the axis of rotation of the rotor, but may have a positive or negative angle of attack with respect to a respective radial direction. It is only important that the respective wing tip acts on the pump stator with a radially inwardly directed force component.
  • the result is a particularly low wear of the wing tips, and the wings can be formed of simple and inexpensive materials.
  • the pump may have an advantageously simple structure.
  • the pump can be designed to run dry.
  • the guide slots for the wings in the radial direction with respect to the axis of rotation of the rotor are only fully open inwardly, wherein the rotor closes the guide slots radially outside at least partially.
  • the rotor can be essentially closed circumferentially, as a result of which the rotor is advantageously stable, since the guide slots do not completely separate the rotor in the radial direction.
  • the red does not have to be in the axial direction be extended to obtain the required stability, so that ultimately a low height of the pump can be achieved in the axial direction.
  • the vanes are biased radially inward with respect to the axis of rotation of the rotor.
  • the vane pump comprises at least one biasing ring, which biases all wings together radially inward.
  • a single biasing device is provided for all wings, which causes a uniform biasing force.
  • a plurality of biasing rings may be provided, for example a first biasing ring at the top of the wings and a second biasing ring at the bottom of the wings.
  • Said biasing ring is preferably flexible to encompass all wings in a constantly varying shape and thereby bias radially inward can. Since the wings move cyclically during one revolution of the rotor and are in this case phase-shifted relative to each other, the biasing ring can have a constant length in the circumferential direction. However, it is preferred if the prestressing ring has a certain elasticity in the circumferential direction in order to be able to set a desired contact pressure force of the wing tips on the stator and to be able to compensate for tolerances.
  • the biasing ring may be formed as an elastomeric ring. Alternatively, a metal version is also possible. 2011/003362
  • the vane pump is designed to run dry, i. without oil lubrication. Due to the relatively low rotational speed of the wing tips relative to the pump stator and due to the low, adjustable contact pressure can be dispensed with an oil lubrication.
  • the design of the pump rotor as a dry runner results in a particularly simple and inexpensive construction. Due to the low mechanical stress of the wings they can be formed from a low-cost plastic, with optionally a coating may be provided, for example with polytetrafluoroethylene (PTFE). Alternatively or additionally, the respective wing may be integrally formed. In other words, it is possible to dispense with separate sliding edges on the wing tips due to the low mechanical stress on the wing tips. As a result, the wings are particularly inexpensive to produce.
  • the vane pump comprises an electric motor with a stator and a rotor, wherein the stator circumferentially surrounds the rotor of the electric motor and has a plurality of energizable windings distributed along the circumference in order to generate a respective magnetic field.
  • the rotor of the electric motor has a plurality of circumferentially distributed
  • the fluid inlet and the fluid outlet of the pump may be provided on a bottom and / or on a cover of the pump housing.
  • the fluid inlet and the fluid outlet are at the radial formed inside pump stator, wherein the fluid inlet and the fluid outlet are formed by radial openings and continue to an inlet channel and an outlet channel, which extend within the stator with respect to the axis of rotation of the rotor in the axial direction.
  • a check valve may be integrated.
  • the fluid inlet 29 is provided as a radial opening on the stator 1 1 and flows within the stator 11 in an axial inlet channel.
  • a connecting piece with an integrated check valve (not shown).
  • the check valve may also be integrated radially into the fluid inlet 29 (or the fluid outlet).
  • two biasing rings 35 are provided for the wings 21, on an upper side and a lower side of the rotor 15.
  • the upper side and the lower side of the rotor 15 are closed by a respective cover plate 55 to those in connection To seal with Fig. 1 illustrated working cells 27 in the axial direction.
  • the two biasing rings 35 are thus between the respective cover plate 55 and the body of the rotor 15.
  • the rotor 15 is rotatably mounted on the pump housing by means of two roller bearing rings 57 (pump housing not shown in Fig. 2, see pump housing 49 with bottom part 33 according to Fig. 1).

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Abstract

Eine Flügelzellenpumpe umfasst einen Stator, einen Rotor, der bezüglich des Stators drehbar ist, und mehrere an dem Rotor beweglich gelagerte Flügel, die einen zwischen dem Stator und dem Rotor gebildeten Arbeitsraum in mehrere Arbeitszellen mit variierendem Volumen unterteilen. Der Rotor umgibt den Stator, wobei die Flügel bezüglich der Drehachse des Rotors nach radial innen in Richtung des Stators ragen.

Description

FLÜGELZELLENPUMPE
Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe, die einen Stator, einen Rotor, der bezüglich des Stators drehbar ist, und mehrere an dem Rotor beweglich gelagerte Flügel aufweist, die einen zwischen dem Stator und dem Rotor gebildeten Arbeitsraum in mehrere Arbeitszellen mit variierendem Volumen unterteilen. Eine derartige Flügelzellenpumpe dient insbesondere als Vakuumpumpe, beispielsweise für einen Unterdruck-Bremskraftverstärker in einem Kraftfahrzeug. Üblicherweise ist der Rotor bezüglich des Stators exzentrisch angeordnet, d.h. die Drehachse des Rotors ist bezüglich der Symmetrieachse oder der Zentralachse des Stators versetzt. Alternativ hierzu kann der Stator oder der Rotor einen nicht kreisrunden Querschnitt aufweisen. Der Stator, der Rotor und zwei benachbarte Flügel begrenzen eine jeweilige Arbeitszelle. Durch Antreiben des Rotors zu einer Drehbewegung relativ zu dem Stator wird die jeweilige Arbeitszelle von einer Saugseite der Pumpe, an der ein Fluideinlass vorgesehen ist, in Richtung einer Druckseite bewegt, an der ein Fluidauslass vorgesehen ist, und umgekehrt. Während dieser Bewegung der jeweiligen Arbeitszelle verändert sich deren Volumen, da sich die radiale Erstreckung der Arbeitszelle zwischen dem Stator und dem Rotor verändert. Das Fluid, beispielsweise Luft, wird hierdurch zunächst angesaugt, danach komprimiert, und schließlich ausgestoßen.
Ein Problem derartiger Flügelzellenpumpen ist der Verschleiß der an dem Stator anliegenden Flügelspitzen. Dieser Verschleiß hängt neben der Materialpaarung (Flügelspitze und Stator) im Wesentlichen von der Drehge- schwindigkeit der Flügelspitzen relativ zu dem Stator sowie von der Anpresskraft der Flügelspitzen auf den Stator ab.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Flügelzellenpumpe zu schaffen, die einen einfachen und dementsprechend kostengünstigen Aufbau besitzt und bei der lediglich ein geringer Verschleiß der Flügelspitzen auftritt.
Diese Aufgabe wird durch eine Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass der Rotor den Stator umgibt, wobei die Flügel bezüglich der Drehachse des Rotors nach radial innen in Richtung des Stators ragen.
Der Pumpenrotor ist also radial außerhalb des Pumpenstators angeordnet. Die an dem Rotor beweglich gelagerten Flügel sind radial nach innen in Richtung des Stators gerichtet, wobei die Flügel nicht exakt radial zu der Drehachse des Rotors ausgerichtet sein müssen, sondern bezüglich einer jeweiligen Radialrichtung einen positiven oder negativen Anstellwinkel aufweisen können. Wichtig ist lediglich, dass die jeweilige Flügelspitze den Pumpenstator mit einer nach radial innen gerichteten Kraftkompo- nente beaufschlagt.
Somit sind die Flügelspitzen im Vergleich zu einer vertauschten Anordnung, bei der der Stator den Pumpenrotor umgibt, in einem relativ geringen radialen Abstand zu der Drehachse des Rotors angeordnet. Dement- sprechend ist bei einer gegebenen Drehzahl oder Winkelgeschwindigkeit des Rotors die Drehgeschwindigkeit der Flügelspitzen (d.h. die Umfangsgeschwindigkeit, Produkt aus Winkelgeschwindigkeit und Radius der Kreisbahn) relativ gering. Somit tritt an den den Pumpenstator beaufschlagenden Flügelspitzen nur ein geringer Verschleiß auf. Außerdem ist die auf den jeweiligen Flügel gerichtete Zentrifugalkraft entgegen der An- T EP2011/003362
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pressrichtung der Flügel gerichtet, so dass die Anpresskraft, mit der die Flügelspitzen an dem Pumpenstator anliegen, gering und leicht einstellbar ist. Hierdurch kann der Verschleiß der Flügelspitzen noch weiter reduziert werden.
Im Ergebnis ergibt sich ein besonders geringer Verschleiß der Flügelspitzen, und die Flügel können aus einfachen und kostengünstigen Werkstoffen gebildet sein. Die Pumpe kann einen vorteilhaft einfachen Aufbau besitzen. Insbesondere kann die Pumpe trockenlaufend ausgeführt sein.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend und in den abhängigen Ansprüchen genannt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Flügel an dem Rotor linear beweglich gelagert. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Ausgestaltung und Führung der Flügel. Beispielsweise können die Flügel zumindest im Bereich des Rotors im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet sein. Die Führung der Flügel kann durch einfache Schlitze in dem Rotor realisiert sein. Wie bereits erwähnt, müssen die Flügel und die Füh- rungsschlitze im Rotor hierbei nicht exakt radial ausgerichtet sein, sondern es kann auch ein gewisser Anstellwinkel vorgesehen sein (positiv oder negativ).
Vorzugsweise sind die Führungsschlitze für die Flügel in radialer Richtung bezüglich der Drehachse des Rotors lediglich nach innen vollständig geöffnet, wobei der Rotor die Führungsschlitze radial außenseitig zumindest teilweise verschließt. Hierdurch kann der Rotor umfänglich im Wesentlichen geschlossen sein, wodurch der Rotor vorteilhaft stabil ist, da die Führungsschlitze den Rotor in radialer Richtung nicht vollständig durch- trennen. Insbesondere muss der Roter somit nicht in axialer Richtung erweitert sein, um die erforderliche Stabilität zu erhalten, so dass letztlich in axialer Richtung eine geringe Bauhöhe der Pumpe erreicht werden kann. Ferner ist es bevorzugt, wenn die Flügel bezüglich der Drehachse des Rotors nach radial innen vorgespannt sind. Hierdurch kann eine entgegen der Zentrifugalkraft gerichtete Vorspannkraft eingestellt werden, mit der die Flügelspitzen an dem Pumpenstator anliegen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Flügelzellenpumpe wenigstens einen Vorspannring, der sämtliche Flügel gemeinsam nach radial innen vorspannt. Hierdurch ist für sämtliche Flügel eine einzige Vorspanneinrichtung vorgesehen, die eine einheitliche Vorspannkraft bewirkt. Somit ist es nicht erforderlich, für jeden Flügel ein eigenes, separates Vorspannelement vorzusehen. Allerdings können mehrere Vorspannringe vorgesehen sein, beispielsweise ein erster Vorspannring an der Oberseite der Flügel und ein zweiter Vorspannring an der Unterseite der Flügel. Der genannte Vorspannring ist vorzugsweise flexibel, um in einer ständig variierenden Form sämtliche Flügel umgreifen und hierdurch nach radial innen vorspannen zu können. Da die Flügel sich während einer Umdrehung des Rotors zyklisch bewegen und hierbei relativ zueinander phasenversetzt sind, kann der Vorspannring in Umfangsrichtung eine konstante Länge besitzen. Allerdings ist es bevorzugt, wenn der Vorspannring in Umfangsrichtung eine gewisse Elastizität besitzt, um hierdurch eine gewünschte Anpresskraft der Flügelspitzen auf den Stator einstellen und Toleranzen ausgleichen zu können. Beispielsweise kann der Vorspannring als ein Elastomerring ausgebildet sein. Alternativ ist auch eine Ausfüh- rung aus Metall möglich. 2011/003362
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Flügelzellenpumpe trockenlaufend ausgeführt, d.h. ohne Olschmierung. Aufgrund der vergleichsweise geringen Drehgeschwindigkeit der Flügelspitzen relativ zu dem Pumpenstator und aufgrund der geringen, einstellbaren Anpresskraft kann auf eine Olschmierung verzichtet werden. Durch die Ausführung des Pumpenrotors als Trockenläufer ergibt sich ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau. Aufgrund der geringen mechanischen Beanspruchung der Flügel können diese aus einem kostengünstigen Kunststoff gebildet sein, wobei optional eine Beschichtung beispielsweise mit Polytetrafluorethylen (PTFE) vorgesehen sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann der jeweilige Flügel einteilig ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann aufgrund der geringen mechanischen Beanspruchung der Flügelspitzen auf separate Gleitkanten an den Flügelspitzen verzichtet werden. Hierdurch sind die Flügel besonders kostengünstig herstellbar.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Flügelzellenpumpe eine Antriebsein- richtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Pumpenrotor relativ zu dem Pumpenstator mit einer im Wesentlichen konstanten Betriebsdrehzahl zu drehen. Nach dem Anlaufen der Pumpe sollen die Flügel im Betrieb der Pumpe also mit einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit rotieren. Hierdurch kann eine nach radial innen gerichtete Federvorspannung der Flügel besonders gut auf die nach radial außen wirkende Zentrifugalkraft abgestimmt werden, um eine optimale Anpresskraft der Flügelspitzen auf den Stator einzustellen und somit den Verschleiß der Flügelspitzen zu minimieren. Hierfür ist es bevorzugt, wenn die Antriebseinrichtung einen Elektromotor aufweist, dessen Drehzahl unabhängig beispielsweise von der Drehzahl einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs einstellbar ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Flügelzellenpumpe einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator den Rotor des Elektromotors umfänglich umgibt und mehrere entlang des Umfangs verteilt angeordnete bestrombare Wicklungen aufweist, um ein jeweiliges Magnetfeld zu erzeugen. Der Rotor des Elektromotors weist mehrere entlang des Umfangs verteilt angeordnete
Permanentmagnete auf, die mit dem Magnetfeld einer jeweiligen Wicklung des Stators zusammenwirken. Der Rotor der Pumpe bildet zugleich den Rotor des Elektromotors, d.h. beide Rotoren bilden eine drehbare Einheit. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Baugröße, und die Küh- lung des Elektromotors an seiner Außenseite gestaltet sich besonders einfach.
Vorzugsweise sind bei dieser Ausführungsform die Permanentmagnete in radial äußeren Vertiefungen einer zylindrischen oder mehreckigen Mantel- fläche des Rotors des Elektromotors aufgenommen, wobei der Rotor des Elektromotors einen Haltering aufweist, der die Permanentmagnete umfänglich umschließt. Dadurch können die Permanentmagnete an dem Rotor in einer radial äußeren Lage und somit sehr nahe an den Wicklungen des Stators angeordnet sein, wobei der umfänglich geschlossene Hal- tering die Permanentmagnete entgegen der Zentrifugalkraft am Rotor gefangen hält.
Der Fluideinlass und der Fluidauslass der Pumpe können an einem Boden und/oder an einem Deckel des Pumpengehäuses vorgesehen sein. Alter- nativ hierzu sind der Fluideinlass und der Fluidauslass an dem radial innen gelegenen Pumpenstator ausgebildet, wobei der Fluideinlass und der Fluidauslass durch radiale Öffnungen gebildet sind und sich zu einem Einlasskanal bzw. einem Auslasskanal fortsetzen, welche sich innerhalb des Stators bezüglich der Drehachse des Rotors in axialer Richtung er- strecken. Radial in den Fluideinlass und /oder in den Fluidauslass kann ein Rückschlagventil integriert sein.
Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer
Flügelzellenpumpe .
Fig. 2 zeigt eine Explosionsansicht einer Flügelzellenpumpe.
Die in Fig. 1 gezeigte Flügelzellenpumpe umfasst einen zapfenförmigen Stator 1 1 mit einer im Querschnitt kreisrunden äußeren Umfangsfläche 13. Der Stator 1 1 ist umfänglich von einem ringförmigen Rotor 15 umgeben, der bezüglich einer Drehachse A zu einer Drehbewegung antreibbar ist. Die Drehachse A des Rotors 15 ist bezüglich einer Zentralachse B des Stators 11 versetzt, d.h. der Rotor 15 ist bezüglich des Stators 11 exzentrisch angeordnet. An der im Querschnitt kreisrunden inneren Umfangsfläche 17 des Rotors 15 sind mehrere Führungsschlitze 19 ausgebildet, die im Wesentlichen nach radial innen ausgerichtet und in radialer Rich- tung lediglich nach innen geöffnet sind. In jedem Führungsschlitz 19 ist ein im Wesentlichen plattenförmiger Flügel 21 linear beweglich gelagert. Die Flügel 21 ragen somit bezüglich der Drehachse A des Rotors 15 lediglich nach radial innen in Richtung des Stators 1 1. Die Flügelspitzen 23, d.h. die freien Enden der Flügel 21, liegen an der äußeren Umfangsfläche 13 des Stators 1 1 an. P2011/003362
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Zwischen dem Stator 1 1 und dem Rotor 15 ist ein Arbeitsraum 15 der Pumpe gebildet. Dieser ist durch die Flügel 21 in eine entsprechende Anzahl von Arbeitszellen 27 unterteilt. Während der Drehbewegung des Ro- tors 15 entlang einer Drehrichtung C ändert sich aufgrund der exzentrischen Anordnung des Rotors 15 und des Stators 11 relativ zueinander die radiale Ausdehnung der jeweiligen Arbeitszelle 27, so dass während der Drehbewegung des Rotors 15 das Volumen der jeweiligen Arbeitszelle 27 variiert. Hierdurch wird ein Fluid durch einen Fluideinlass 29 angesaugt, nachfolgend komprimiert und schließlich durch einen Fluidauslass 31 aus dem Arbeitsraum 25 der Pumpe wieder ausgestoßen. Der Fluideinlass 29 und der Fluidauslass 31 sind bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel an einem stationären Bodenteil 33 ausgebildet. Die Flügel 21 sind mittels eines gemeinsamen Vorspannrings 35 nach radial innen vorgespannt. Der Vorspannring 35 ist in radialer Richtung flexibel, d.h. biegsam. In Umfangsrichtung ist der Vorspannring 35 geringfügig elastisch, d.h. rückfedernd. Der Vorspannring 35 stellt sicher, dass die Flügel 21 in jedem Stadium der Drehbewegung des Rotors 15 an der äußeren Umfangsfläche 13 des Stators 11 anliegen, um umfänglich geschlossene Arbeitszellen 27 zu bilden.
Ein besonderer Vorteil der gezeigten Pumpe besteht darin, dass die Flügel 21 nach radial innen in Richtung des Stators 11 ragen, wodurch die Flü- gelspitzen 23 bei einer gegebenen Winkelgeschwindigkeit des Rotors 15 mit einer vergleichsweise geringen Drehgeschwindigkeit entlang der äußeren Umfangsfläche 13 des Stators 11 streifen. Hierdurch wird der Verschleiß der Flügelspitzen 23 weitestgehend reduziert. Eine weitere Verringerung des Verschleißes der Flügelspitzen 23 wird dadurch erreicht, dass durch den Vorspannring 35 gemeinsam für sämtliche Flügel 21 eine ein- heitliche Vorspannkraft eingestellt werden kann, mit der die Flügelspitzen 23 die äußere Umfangsfläche 13 des Stators 1 1 entgegen der Zentrifugalkraft beaufschlagen. Der verringerte Verschleiß wird bei einem sehr einfachen Aufbau der Pumpe erreicht (einteilige plattenförmige Flügel 21 , linea- re Lagerung in den Führungs schlitzen 19, gemeinsamer Vorspannring 35 für sämtliche Flügel 21).
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass der Vorspannring 35 bezüglich der Drehachse A des Rotors 15 in axialer Projektion des Rotors 15 angeordnet ist, d.h. radial außerhalb der inneren Umfangsfläche 17 und innerhalb der äußeren Umfangsfläche des Rotors 15. Der Vorspannring 35 kann somit auf einfache Weise an der jeweiligen Rückseite der Flügel 21 angreifen, die ebenfalls innerhalb des Rotors 15 angeordnet ist. Sofern ein einziger Vorspannring 35 vorgesehen ist, kann der Rotor 15 in einer Mittenebene, die senkrecht zu der Drehachse A des Rotors 15 steht, eine nach radial außen geöffnete Ringnut zur Aufnahme des Vorspannrings 35 aufweisen. Sofern mehrere Vorspannringe 35 vorgesehen sind, können diese auch an der Oberseite und Unterseite des Rotors 15 angeordnet sein, wie nachfolgend noch erläutert wird.
Der Antrieb des Rotors 15 zu der genannten Drehbewegung erfolgt bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel mittels eines Elektromotors 41, der vorzugsweise als ein bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet ist. Der Rotor 43 des Elektromotors ist hierbei durch den Rotor 15 der Pumpe gebildet. Zu diesem Zweck umfasst der Pumpenrotor 15 zwischen den Führungsschlitzen 19 für die Flügel 21 eine Anordnung von mehreren Permanentmagneten 45 mit alternierender Polrichtung. Ein Stator 47 des Elektromotors 41 umgibt den Rotor 43 des Elektromotors 41 bzw. den Pumpenrotor 15 radial außen und wird mittels einer nicht näher darge- stellten Steuereinrichtung in geeigneter Weise angesteuert, um den Rotor 3362
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43 zu einer Drehbewegung mit einer vorzugsweise konstanten Drehgeschwindigkeit anzutreiben. Der Elektromotor 41 besitzt somit einen vorteilhaft kompakten Aufbau und kann innerhalb des Pumpengehäuses 49 angeordnet sein. Aufgrund der Anordnung des Stators 47 des Elektromo- tors 41 radial außerhalb des Rotors 43 kann der Stator 47 auf vorteilhaft einfache Weise gekühlt werden.
Fig. 2 zeigt eine modifizierte Ausführungsform einer Flügelzellenpumpe. Gleiche oder gleichartige Elemente wie in Fig. 1 sind in Fig. 2 mit densel- ben Bezugszeichen gekennzeichnet. Auf die folgenden zusätzlichen Elemente und Unterschiede soll hingewiesen werden:
Der Fluideinlass 29 ist als radiale Öffnung an dem Stator 1 1 vorgesehen und mündet innerhalb des Stators 11 in einen axialen Einlasskanal. Ent- sprechendes gilt für den Fluidauslass (nicht dargestellt). Zur Verbindung mit dem Einlasskanal oder dem Auslasskanal kann an der Außenseite des Pumpengehäuses ein Anschlussstutzen mit einem integrierten Rückschlagventil vorgesehen sein (nicht dargestellt). Das Rückschlagventil kann jedoch auch radial in den Fluideinlass 29 (oder den Fluidauslass) integriert sein.
An dem Rotor 15 der Pumpe sind zwei Vorspannringe 35 für die Flügel 21 vorgesehen, und zwar an einer Oberseite und einer Unterseite des Rotors 15. Die Oberseite und die Unterseite des Rotors 15 sind durch eine jewei- lige Abdeckplatte 55 verschlossen, um die im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Arbeitszellen 27 in axialer Richtung abzudichten. Die beiden Vorspannringe 35 liegen somit zwischen der jeweiligen Abdeckplatte 55 und dem Körper des Rotors 15. Durch die Verwendung von zwei Vorspannringen 35 an der Oberseite und der Unterseite des Rotors 15 wird P T/EP2011/003362
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eine symmetrische Kraftbeaufschlagung der Flügel 21 erreicht, so dass diese nicht zum Verkanten neigen.
Der Rotor 15 ist mittels zweier Wälzlagerringe 57 an dem Pumpengehäuse drehbar gelagert (Pumpengehäuse in Fig. 2 nicht dargestellt; vgl. Pumpengehäuse 49 mit Bodenteil 33 gemäß Fig. 1).
Die Permanentmagnete 45 sind in nach radial außen geöffneten Vertiefungen 59 der Mantelfläche des Rotors 43 des Elektromotors 41 aufge- nommen. Die Permanentmagnete 45 sind mittels eines gemeinsamen, umfänglich geschlossenen Halterings 61 entgegen der Zentrifugalkraft fixiert. Der Haltering 61 muss sich in Achsrichtung nicht über die gesamte Höhe des Rotors 43 erstrecken, sondern kann auch relativ schmal ausgebildet sein, um die magnetische Wechselwirkung zwischen den Perma- nentmagneten 45 und den Wicklungen 63 des Stators 47 des Elektromotors 41 nicht unnötig zu schwächen. Die Wicklungen 63 werden nach Art eines bürstenlosen Gleichstrommotors angesteuert, d.h. sie werden in Umfangsrichtung nacheinander bestromt. Im Übrigen entspricht die Funktionsweise der Flügelzellenpumpe gemäß Fig. 2 jener der Pumpe gemäß Fig. 1.
♦ Bezugszeichenliste
11 Stator der Pumpe
13 äußere Umfangsfläche des Stators
15 Rotor der Pumpe
17 innere Umfangsfläche des Rotors
19 Führungsschlitz
21 Flügel
23 Flügelspitze
25 Arbeitsraum
27 Arbeitszelle
29 Fluideinlass
31 Fluidauslass
33 Bodenteil
35 Vorspannring
41 Elektromotor
43 Rotor des Elektromotors
45 Permanentmagnet
47 Stator des Elektromotors
49 Pumpengehäuse
55 Abdeckplatte
57 Wälzlagerring
59 Vertiefung
61 Haltering
63 Wicklung
A Drehachse des Pumpenrotors
B Zentralachse des Pumpenstators
C Drehrichtung des Pumpenrotors

Claims

Patentansprüche
Flügelzellenpumpe, mit einem Stator (11), einem Rotor (15), der bezüglich des Stators drehbar ist, und mehreren an dem Rotor beweglich gelagerten Flügeln (21), die einen zwischen dem Stator und dem Rotor gebildeten Arbeitsraum (25) in mehrere Arbeitszellen (27) mit variierendem Volumen unterteilen,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotor (15) den Stator (1 1) umgibt, wobei die Flügel (21) bezüglich der Drehachse (A) des Rotors nach radial innen in Richtung des Stators ragen.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Flügel (21) an dem Rotor (15) linear beweglich gelagert sind.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Flügel (21) einen positiven oder negativen Anstellwinkel relativ zu einer jeweiligen radialen Ausrichtung bezüglich der Drehachse (A) des Rotors (15) einnehmen.
Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Flügel (21) ausgehend von dem Rotor (15) lediglich nach radial innen ragen.
5. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Flügel (21) in Führungs schlitzen (19) des Rotors (15) be- weglich gelagert sind, wobei die Führungsschlitze (19) bezüglich der Drehachse (A) des Rotors in radialer Richtung lediglich nach innen vollständig geöffnet sind, und wobei der Rotor (15) die Führungsschlitze (19) radial außenseitig zumindest teilweise verschließt.
6. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Flügel (21) bezüglich der Drehachse (A) des Rotors (15) nach radial innen vorgespannt sind.
7. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Flügelzellenpumpe wenigstens einen Vorspannring (35) aufweist, der sämtliche Flügel (21) gemeinsam nach radial innen vorspannt.
8. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der wenigstens eine Vorspannring (35) elastisch ist.
9. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der wenigstens eine Vorspannring (35) bezüglich der Drehachse (A) des Rotors (15) in axialer Projektion des Rotors (15) angeordnet ist und an der Rückseite der Flügel (21) angreift.
10. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass zwei Vorspannringe (35) vorgesehen sind, wobei ein erster Vorspannring an einer Oberseite des Rotors ( 15) und ein zweiter Vorspannring an einer Unterseite des Rotors (15) vorgesehen ist.
1 1. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Flügelzellenpumpe trockenlaufend ausgeführt ist.
12. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Flügel (21) aus Kunststoff gebildet sind und/ oder einteilig ausgebildet sind.
13. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Flügelzellenpumpe eine Antriebseinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Rotor (15) mit einer im Wesentlichen konstanten Betriebsdrehzahl zu drehen, wobei die Antriebseinrichtung vorzugsweise einen Elektromotor (41) aufweist.
14. Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Flügelzellenpumpe einen Elektromotor (41) mit einem Stator (47) und einem Rotor (43) aufweist, wobei der Stator den Rotor (43) des Elektromotors umfänglich umgibt und mehrere bestromba- re Wicklungen (63) aufweist, wobei der Rotor (43) des Elektromotors mehrere mit den Wicklungen (63) zusammenwirkende Permanent- magnete (45) aufweist, und wobei der Rotor (15) der Pumpe zugleich den Rotor (43) des Elektromotors (41) bildet.
15. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Permanentmagnete (45) in radial äußeren Vertiefungen (59) einer Mantelfläche des Rotors (43) des Elektromotors aufgenommen sind, wobei der Rotor (43) des Elektromotors einen Haltering (61) aufweist, der die Permanentmagnete (45) umfänglich umschließt.
16. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Flügel (21) in Führungsschlitzen (19) des Rotors (15) der Pumpe beweglich gelagert sind, wobei die Permanentmagnete (45) bezüglich der Umfangsrichtung des Pumpenrotors (15) zwischen den Führungs schlitzen ( 19) angeordnet sind.
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