EP2359005A2 - Flügelzellenpumpe - Google Patents

Flügelzellenpumpe

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EP2359005A2
EP2359005A2 EP09812433A EP09812433A EP2359005A2 EP 2359005 A2 EP2359005 A2 EP 2359005A2 EP 09812433 A EP09812433 A EP 09812433A EP 09812433 A EP09812433 A EP 09812433A EP 2359005 A2 EP2359005 A2 EP 2359005A2
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EP
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rotor
vane pump
grooves
vane
pump according
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EP09812433A
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English (en)
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Eugen Schmidt
Franz Pawellek
Andreas Blechschmidt
Nico Eberhardt
Torsten Wilhelm
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Nidec GPM GmbH
Original Assignee
Geraete und Pumpenbau GmbH Dr Eugen Schmidt
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Publication date
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    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/13—Noise

Definitions

  • the invention relates to vane pumps with a mounted in a pump housing, driven by a shaft rotor, a plurality of outer rotor of this rotor mounted wing plates and a surrounding the rotor and the wing plates outer ring, this either directly in the pump housing, or in a pump housing along predetermined paths movable adjusting ring is arranged.
  • Vane pumps with a linearly displaceable adjusting ring to achieve a variable delivery capacity.
  • Vane pump with a pivotally mounted about a pin collar described above.
  • the object of the invention is now to develop vane pumps, which avoid the aforementioned disadvantages of the prior art and in addition to the power losses, the noise and wear compared to the prior art pump designs, especially in the speed range from 4,500 U / min to Beyond 6,000 rpm, significantly reduced, but manufacturing technology are easy to manufacture and are also characterized in all speed ranges by a high reliability, a long life, a high specific flow rate and high efficiency.
  • this object is achieved by a vane pump with a rotor (3), which is mounted in a pump housing (1) and driven by a shaft (2), a plurality of wing plates mounted in bearing grooves (4) of the rotor (3)
  • each cell chamber (10) i. in the cylindrical surface of the rotor (3), between the bearing grooves (4) over the entire rotor width, parallel to the bearing grooves (4) of the wing plates (5) arranged by the bearing grooves (4) about a bearing web (11) spaced transverse grooves ( 12), which according to the invention are characterized in that these transverse grooves (12) have an asymmetrical cross-sectional profile (13), which in each cell chamber (10) via a trough (14), seen in the direction of rotation always after the cell chamber center axis (15) is.
  • the solution according to the invention is easy to manufacture in terms of production and is characterized in all speed ranges by a high reliability, a long service life, a high specific volume flow and also a high degree of efficiency.
  • transverse grooves (12) according to the invention can also be produced very easily in terms of production engineering.
  • Figure 1 the vane pump according to the invention in the side view (without the side cover);
  • Figure 2 the representation of the cross-sectional profile 13 of the transverse groove 12 according to the invention, according to Figure 1 (in polar coordinates).
  • Rotor 3 radially displaceably mounted wing plates 5 and a rotor 3 and the wing plates 5 surrounding outer ring 6 shown.
  • This outer ring 6 is arranged in this embodiment in a rotatably mounted, provided with a control lever 20 lock slider 7.
  • control lever 20 On one side of the control lever 20 is mounted in the pump housing 1
  • Control pressure chamber 23 is arranged.
  • a suction kidney 8 and a pressure kidney 9 which is offset by 180 ° relative thereto.
  • each cell chamber 10 of the rotor 3 are between the
  • Wing plates 5 arranged, spaced from the bearing grooves 4 about a bearing web 11 transverse grooves 12.
  • Cell chambers 10 has a trough 14 which is always arranged in the direction of rotation after the cell chamber center axis 15, said Wegstiefddling 14 about 1% to 8% of the outer diameter of the
  • transverse grooves 12 of the cell chambers 10 shown in FIG. 1 also always have this invention shown in FIG. 1
  • Width of a segment (including the associated
  • Cell chamber 10 then over about 63% of the width of the cell chamber 10 along the fictitious "original" rotor outer diameter, a second region in which the cross-sectional profile 13 of the transverse groove 12 to a trough 14, in this embodiment to the radius 31, 5 mm, ie to 1.9 mm (2.85% of the original rotor outside diameter of 66.8 mm) drops.
  • This second sector is followed by the lowest point 14, a third sector in which the cross-sectional profile 13 of the transverse groove 12 increases relatively quickly again and already after about 27% of the width of the cell chamber 10 along the fictitious Rotor outer diameter reaches the original outer diameter of the rotor 3 again.
  • Embodiment over a range of the cell chamber 10 of about 5% along the original outer diameter of the rotor 3 to the storage groove
  • Cross-sectional profile 13 of the transverse groove 12 is surprisingly always guaranteed a low-friction and fluidically optimal complete filling of the pump chambers in vane pumps.
  • transverse grooves 12 according to the invention are also easy to manufacture.
  • Wing plates 5 is applied, which in turn with their "outside"
  • End faces 16 abut the outer ring 6.
  • Vane pump are rounded at their ends 16.
  • Wing plates 5 arranged radius half the distance between the
  • 5 lubrication pockets 18 are arranged in the walls 17 of the bearing grooves 4 of the wing plates arranged in the rotor 3, which clearly minimize the wear between the wing plates 5 and the bearing grooves 4.
  • control pressure chamber 23 shown in connection with the solution according to the invention in the figure 1 is on both sides of each of a sealing strip
  • sealing strips 24 are slidably mounted in each associated and pressurized by the control pressure of the gallery Hopkinssungshuntnuten 25.
  • leaf springs 27 are arranged, which ensure that the sealing strips 24 are still pressed against the pump housing 1 when the vane pump (the motor) is stopped / stopped.
  • the guide chamber grooves 25 are via connecting channels
  • control pressure chamber 23 connected to the control pressure chamber 23, so that they are safe from the can be acted upon via the inflow opening 22 incoming control pressure of the gallery, and thus ensure a highly reliable and very secure sealing of the control pressure chamber 23 by means of the sealing strips 24 with minimal space under extreme conditions.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Flügelzellenpumpen mit einem in einem Pumpengehäuse gelagerten, von einer Welle angetriebenen Rotor, mehreren im äußeren Umfang dieses Rotors 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 angeordneten ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Flügelzellenpumpe mit einer neuartigen Pumpenkammergeometrie zu entwickeln, welche bei allen Bauformen von Flügelzellenpumpen eine strömungstechnisch optimale vollständige Befüllung der Pumpenkammern insbesondere bei Drehzahlen im Bereich von 4.500 U/min bis über 6.000 U/min hinaus gewährleistet und zudem fertigungstechnisch einfach herstellbar ist. Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe mit in der Zylindermantelfläche des Rotors (3) zwischen den Lagernuten (4) der Flügelplatten (5), über die gesamte Rotorbreite verlaufende, parallel zu den Lagernuten (4) der Flügelplatten (5) angeordneten, von den Lagernuten (4) um einen Lagersteg (11) beabstandete Querrillen (12), zeichnet sich dadurch aus, dass diese Querrillen (12) einen unsymmetrischen Querschnittsverlauf (13) aufweisen, welcher in jeder Zellenkammer (10) über einen Tiefstpunkt (14) verfügt der in Drehrichtung gesehen stets nach der Zellenkammermittenachse (15) angeordnet ist.

Description

Flügelzellenpumpe
Die Erfindung betrifft Flügelzellenpumpen mit einem in einem Pumpengehäuse gelagerten, von einer Welle angetriebenen Rotor, mehreren im äußeren Umfang dieses Rotors 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 angeordneten ist.
Im Stand der Technik sind die unterschiedlichsten Ausführungen von
Flügelzellenpumpen vorbeschrieben. 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.
In der DE 195 33 686 C2 wird eine andere Bauform einer regelbaren
Flügelzellenpumpe mit einem um einen Bolzen schwenkbar gelagerten Stellring vorbeschrieben.
Zumeist sind beidseitig des Rotors einer Flügelzellenpumpe einerseits eine
Saugniere und andererseits zu dieser um 180° versetzt eine Druckniere angeordnet. All den vorgenannten Bauformen ist gemeinsam, dass der Innenring zwischen den Lagerstellen der Trennelemente stets bogenförmig, d.h. als Kreisbogen entsprechend dem Außendurchmesser des jeweiligen Innenringes ausgebildet ist.
In anderen Schutzrechten/Schutzrechtsanmeldungen, wie beispielsweise in der DE 33 34 919 C2, der DE 44 42 083 A1 oder aber auch in der 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 wannenförmige, zumeist fast trapezförmig ausgeformte Querrillen angeordnet sind, welche das Volumen der jeweiligen Pumpen-Zellenkammern oftmals auf ein für die jeweilige Bauform mögliches Maximum erhöhen sollen.
In einer anderen Schutzrechtsanmeldung, wie beispielsweise in der DE 10 2004 019 326 A1 werden andere Zellenpumpen, wie z.B. Rollenzellenpumpen vorbeschrieben bei denen am/im unteren Rand jeder Zellenkammer, d.h. wiederum in der „Zylindermantelfläche" des Rotors, symmetrisch zur Mittenachse jeder Zellenkammer ausgebildete, über die gesamte Rotorbreite verlaufende, parallel zu den Lagern der Zylinderrollen am unteren Rand jeder Zellenkammer angeordnete, in ihrem Querschnitt nahezu rechteckige, wannenförmig ausgeformte Querrillen angeordnet sind, welche ebenfalls das Volumen der jeweiligen Pumpenkammer deutlich erhöhen, und in der hier vorgestellten Bauform sogar etwa verdoppeln sollen. Eine weitere Zellenpumpe wird in der DE 10 2006 061 326 A1 vorgestellt. Hierbei handelt es sich um eine mengenregelbare Pendelschiebermaschine, bei der in der Figur 1 sowohl am/im unteren Rand jeder Zellenkammer, d.h. in der „Zylindermantelfläche" des Innenrotors, wie gleichzeitig auch in der „Zylindermantelfläche" des Außenrotors, ebenfalls über die gesamte Rotorbreite verlaufende, zur Mittenachse jeder Zellenkammer ebenfalls symmetrisch ausgebildete, in der „Zylindermantelfläche" des Innenrotors in ihrem Querschnitt halbrund und in der „Zylindermantelfläche" des Außenrotors in ihrem Querschnitt nahezu trapezförmig, wannenförmig ausgeformte Querrillen angeordnet sind, welche auch bei dieser Bauform einer sehr speziellen Flügel- Zellenpumpe das Volumen der jeweiligen Pumpenkammer möglichst auf ein Maximum vergrößern sollen.
Wie der beschriebene Stand der Technik zeigt, waren und sind die Pumpenkonstrukteure seit Jahrzehnten bestrebt, mittels in den Rotorwänden der unterschiedlichsten Flügelzellenpumpenbauformen angeordneter, zur Mittenachse der jeweiligen Zellenkammern symmetrisch ausgebildeter „Freimachungen" die jeweils größtmöglichen Einströmquerschnitte zu einer bestmöglichen Befüllung der Verdrängerzellen bereitzustellen. Entsprechend der jeweiligen Exzentrizität des Rotors gegenüber dem Außenring pumpt dann die jeweilige Pumpenbauform den Fördervolumenstrom mittels dieser Lösungen aus der Saugniere in die Druckniere. Ein wesentlicher Nachteil der vorgenannten Bauformen von Flügelzellenpumpen des gegenwärtigen Standes der Technik besteht jedoch bis heute noch darin, dass bei Antriebsdrehzahlen im Bereich von 4500 U/min bis über 6000 U/min hinaus (d.h. beim Einsatz dieser Flügelzellenpumpen z.B. als direkt von der Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors angetriebene Ölpumpen) hohe Verlustleistungen, eine mit steigender Drehzahl stark zunehmende Geräuschentwicklung und ein mit steigender Drehzahl ebenfalls stark zunehmender Verschleiß eintritt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin Flügelzellenpumpen zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik vermeiden und neben den Verlustleistungen, auch die Geräuschentwicklung und den Verschleiß gegenüber den im Stand der Technik vorbeschriebenen Pumpenbauformen, insbesondere im Drehzahlbereich von 4.500 U/min bis über 6.000 U/min hinaus, deutlich reduzierten, dabei jedoch fertigungstechnisch einfach herstellbar sind und die sich darüber hinaus in allen Drehzahlbereichen durch eine hohe Zuverlässigkeit, eine hohe Lebensdauer, einen hohen spezifischen Fördervolumenstrom und einen hohen Wirkungsgrad auszeichnen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Flügelzellenpumpe mit einem in einem Pumpengehäuse (1) gelagerten, von einer Welle (2) angetriebenen Rotor (3), mehreren in Lagernuten (4) des Rotors (3) gelagerten Flügelplatten
(5) und einem den Rotor (3) und die Flügelplatten (5) umgebenden Außenring
(6) mit einer an einer im Pumpengehäuse (1) angeordneten Saugniere (8) und einer zu dieser um 180° versetzt im Pumpengehäuse (1) angeordneten Druckniere (9), mit am unteren Rand jeder Zellenkammer (10), d.h. in der Zylindermantelfläche des Rotors (3), zwischen den Lagernuten (4) über die gesamte Rotorbreite verlaufenden, parallel zu den Lagernuten (4) der Flügelplatten (5) angeordneten, von den Lagernuten (4) um einen Lagersteg (11) beabstandeten Querrillen (12), welche sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnen, dass diese Querrillen (12) einen unsymmetrischen Querschnittsverlauf (13) aufweisen, welcher in jeder Zellenkammer (10) über einen Tiefstpunkt (14) verfügt, der in Drehrichtung gesehen stets nach der Zellenkammermittenachse (15) angeordnet ist.
Mittels dieser erfindungsgemäßen, unsymmetrischen Ausbildung des Querschnittsverlaufes (13) der Querrille (12) bei Flügelzellenpumpen wurden überraschenderweise die Verlustleistungen, die Geräuschentwicklung und der Verschleiß gegenüber den im Stand der Technik vorbeschriebenen Pumpenbauformen im Drehzahlbereich von 4.500 U/min bis über 6.000 U/min hinaus deutlich reduziert.
Die erfindungsgemäße Lösung ist dabei fertigungstechnisch einfach herstellbar und zeichnet sich in allen Drehzahlbereichen durch eine hohe Zuverlässigkeit, eine hohe Lebensdauer, einen hohen spezifischen Fördervolumenstrom und zudem durch einen hohen Wirkungsgrad aus.
In Versuchsreihen wurde festgestellt, dass die Zellenkammern der Flügelzellenpumpen des beschriebenen Standes der Technik mit symmetrisch stark „vergrößerter" Zellengeometrie, insbesondere im Drehzahlbereich von 4.500 U/min bis über 6.000 U/min hinaus, während der „Saugphase" nicht mehr „vollständig" befüllt werden.
In der Folge dieser „unvollständigen" Befüllung der Zellenkammern kommt es bei den im Stand der Technik vorbeschriebenen Flügelzellenpumpen mit symmetrisch vergrößerten Zellenkammern zu Kavitationserscheinungen, welche eine Ursache für die im Drehzahlbereich von 4.500 U/min bis über 6.000 U/min auftretenden Geräuschentwicklungen, den in diesem Drehzahlbereich auftretenden Verschleiß, aber auch für die in diesem Drehzahlbereich auftretenden Verlustleistungen sind.
Überraschender Weise wurde in den mit der neuartigen Zellenkammergeometrie, gemäß der erfindungsgemäße Lösung, durchgeführten Versuchsreihen demgegenüber, selbst bei den Drehzahlen im Bereich von 4.500 U/min bis über 6.000 U/min hinaus, stets eine optimale, vollständige, kavitationsfreie Befüllung der erfindungsgemäßen Zellenkammern (10) problemlos realisiert.
Die neuartigen, erfindungsgemäßen, einen unsymmetrischen Querschnittsverlauf (13) aufweisenden Querrillen (12), welche in jeder Zellenkammern (10) über einen Tiefstpunkt (14) verfügen, der in Drehrichtung gesehen stets nach der Zellenkammermittenachse (15) liegt, gewährleisten in Folge ihrer optimalen, sehr speziellen strömungstechnischen Ausbildung zudem im gesamten Drehzahlbereich eine reibungsarme und strömungstechnisch optimale vollständige Befüllung der Pumpenkammern. Hervorzuheben ist auch, dass mittels der erfindungsgemäßen Lösung selbst bei den bisher sehr kritischen Drehzahlen, im Bereich von 4.500 U/min bis über 6.000 U/min hinaus, neben einer vollständigen und optimalen Befüllung der Zellenkammern (10) zugleich aber auch gegenüber dem bisherigen Stand der Technik eine sehr optimale und schnelle, reibungsarme Entleerung der
Zellenkammern (10) gewährleistet wird.
Sehr vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang weiterhin, dass sich die erfindungsgemäßen Querrillen (12) fertigungstechnisch auch sehr einfach herstellen lassen.
In den mit der erfindungsgemäßen Lösung durchgeführten Versuchsreihen wurde festgestellt, dass mittels des erfindungsgemäßen asymmetrischen
Pumpenzellenquerschnitt auch überraschende Wirkungen auftreten, welche vermutlich in Verbindung mit der Reflektion der in die Zellenkammern einströmenden Flüssigkeit an den Flügelplatten hervor gerufen werden.
All diese durch die erfindungsgemäße Lösung hervorgerufenen überraschenden Wirkungen gewährleisten eine vollständige Befüllung der
Pumpenkammern auch jenseits der 5000 U/min, wie auch deren optimale
Entleerung und reduzieren dabei gleichzeitig auch deutlich die
Verlustleistungen und den Verschleiß bei Flügelzellenpumpen.
Besonders vorteilhafte Ausführungsformen, Einzelheiten und weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit zwei Zeichnungen zur erfindungsgemäßen Lösung.
Die Erfindung soll nun an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit zwei Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen dabei:
Figur 1 : die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe in der Seitenansicht (ohne die seitliche Abdeckung);
Figur 2 : die Darstellung des Querschnittsverlaufes 13 der erfindungsgemäßen Querrille 12, gemäß Figur 1 (in Polarkoordinaten). In der Figur 1 ist die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe in der
Seitenansicht, ohne Abdeckung mit einem in einem Pumpengehäuse 1 gelagerten, von einer Welle 2, in diesem Ausführungsbeispiel von der
Kurbelwelle direkt angetriebenen Rotor 3, mit mehreren in Lagernuten 4 des
Rotors 3 radial verschiebbar gelagerten Flügelplatten 5 und einem den Rotor 3 und die Flügelplatten 5 umgebenden Außenring 6 dargestellt.
Dieser Außenring 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem drehbar gelagerten, mit einem Stellhebel 20 versehenen Stellschieber 7 angeordnet.
An einer Seite des Stellhebels 20 liegt eine im Pumpengehäuse 1 gelagerte
Druckfeder 21 an.
An der gegenüber liegenden Seite des Stellhebels 20 ist eine über eine
Zuströmöffnung 22 vom Steuerdruck der Galerie beaufschlagte
Steuerdruckkammer 23 angeordnet.
Im Pumpengehäuse 1 befindet sich weiterhin eine Saugniere 8 sowie eine zu dieser um 180° versetzt angeordneten Druckniere 9.
Am unteren Rand jeder Zellenkammer 10 des Rotors 3 sind zwischen den
Lagernuten 4 der Flügelplatten 5, über die gesamte Breite, d.h. entlang der
Mantelfläche des Rotors 3 verlaufende, parallel zu den Lagernuten 4 der
Flügelplatten 5 angeordnete, von den Lagernuten 4 um einem Lagersteg 11 beabstandete Querrillen 12 angeordnet.
Erfindungsgemäß weisen diese Querrillen 12, wie bereits erläutert, einen unsymmetrischen Querschnittsverlauf 13 auf, welcher in jeder der
Zellenkammern 10 über einen Tiefstpunkt 14 verfügt der in Drehrichtung gesehen stets nach der Zellenkammermittenachse 15 angeordnet ist, wobei dieser Tiefstiefpunkt 14 etwa um 1% bis 8% des Außendurchmesser des
Rotors 3 unterhalb dieses gedachten, die Lagerstege 11 fiktiv miteinander verbindenden Außendurchmessers des Rotors 3 liegt.
Kennzeichnend ist weiterhin, dass der unsymmetrische Querschnittsverlauf 13 der Querrillen 12 am Rotor 3, wie in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt, auch durch ein Polynom 4. Grades beschrieben werden kann. Erfindungsgemäß ist das diesem Ausführungsbeispiel zugrunde liegende
Polynom im Bereich von ca. - 0,42 rad bis + 0,42 rad definiert und lautet: y = 39, 33695 x4- 31 , 29170 x3 + 0,4913634 x2 + 5,285977 x + 32,22082.
Dieser Funktionsverlauf, als einer der möglichen Querschnittsverläufe 13 der erfindungsgemäßen Querrille 12, ist in den vg. Grenzen in der Figur 2 dargestellt.
Auch die in der Figur 1 dargestellten Querrillen 12 der Zellenkammern 10 haben stets diesen in der Figur 2 dargestellten erfindungsgemäßen
Querschnittsverlauf 13.
Bei der in der Figur 1 dargestellten 7-flügligen Flügelzellenpumpe beträgt die
Breite eines Segmentes (einschließlich der zugehörigen
Flügelplattenabschnitte) 51 ,4285°.
Betrachtet man den Rotormantel in einer Zellenkammer 10 so folgt dieser zunächst unmittelbar neben den die Zellenkammer 10 beidseitig begrenzenden
Lagernuten 4, d.h. im Bereich der Lagerstege 11 (in diesem
Ausführungsbeispiel beidseitig über einen „Breitenbereich" der Zellenkammer
10 von ca. 5%) dem „ursprünglichen" Rotoraußendurchmesser.
Die dabei gebildeten, unmittelbar neben den Lagernuten 4 der Flügelplatten 5 angeordneten Lagerstege 11 gewährleisten die erforderliche Kraftübertragung und Steifigkeit des Rotors 3 selbst bei einer hohen Beanspruchung der
Flügelzellenpumpe.
In Drehrichtung gesehen folgt dem „ersten" Lagersteg 11 der betrachteten
Zellenkammer 10 dann über ca. 63 % der Breite der Zellenkammer 10 entlang des fiktiven „ursprünglichen" Rotoraußendurchmessers ein zweiter Bereich in dem der Querschnittsverlauf 13 der Querrille 12 bis zu einen Tiefstpunkt 14, in diesem Ausführungsbeispiel auf den Radius 31 ,5 mm, d.h. um 1 ,9 mm (2,85% des ursprünglichen Rotoraußendurchmessers vom 66,8 mm) abfällt.
Diesem zweiten Sektor folgt nach dem Tiefstpunkt 14 ein dritter Sektor in dem der Querschnittsverlauf 13 der Querrille 12 relativ rasch wieder ansteigt und bereits nach ca. 27 % der Breite der Zellenkammer 10 entlang des fiktiven Rotoraußendurchmessers den ursprünglichen Außendurchmesser des Rotors 3 wieder erreicht.
Wie bereits erläutert wird dann der Verlauf des ursprünglichen
Außendurchmessers des Rotors 3 als zweiter Lagersteg 11 , in diesem
Ausführungsbeispiel über einen Bereich der Zellenkammer 10 von ca. 5% entlang des ursprünglichen Außendurchmessers des Rotors 3 bis zur Lagernut
4 beibehalten.
Mittels dieser erfindungsgemäßen, unsymmetrischen Ausbildung des
Querschnittsverlaufes 13 der Querrille 12 wird bei Flügelzellenpumpen überraschenderweise stets eine reibungsarme und strömungstechnisch optimale vollständige Befüllung der Pumpenkammern gewährleistet.
Insbesondere kann durch die erfindungsgemäße Lösung selbst bei den bisher sehr kritischen Drehzahlen im Bereich von 4.500 U/min bis selbst über 6.000
U/min problemlos eine optimale vollständige Befüllung der Zellenkammern 10 wie auch eine optimale schnelle und reibungsarme Entleerung der
Zellenkammern 10 gewährleistet werden.
Dabei sind die erfindungsgemäßen Querrillen 12 zudem auch einfach fertigungstechnisch herstellbar.
Die Flügelzellenpumpen mit den erfindungsgemäßen, unsymmetrischen
Querrillen zeichnen sich dabei gegenüber den Bauformen des Standes der
Technik auch durch einen geräuschärmeren Lauf selbst bei sehr hohen
Drehzahlen aus.
Wie bereits erläutert wurde in den mit der erfindungsgemäßen Lösung durchgeführeten Versuchsreihen festgestellt, dass mittels der hier vorgestellten
Lösung auch der Verschleiß der Flügelzellenpumpen deutlich gesenkt und die
Verlustleistungen minimiert werden konnten.
Zusammenfassend kann zudem auch festgestellt werden, dass mittels der erfindungsgemäßen Lösung bei hoher Zuverlässigkeit und hoher Lebensdauer ein hoher spezifischer Fördervolumenstrom mit hohem Wirkungsgrad sowohl bei niedrigen, wie aber insbesondere auch bei hohen Drehzahlen, d.h. im Bereich von 4.500 U/min bis über 6.000 U/min hinaus, gewährleistet werden kann.
In dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Rotor 3 ein
Führungsring 19 eingepasst der an den „innen liegenden" Stirnseiten 16 der
Flügelplatten 5 anliegt, welche selbst wiederum mit ihren „außen liegenden"
Stirnseiten 16 am Außenring 6 anliegen.
Kennzeichnend ist dabei, dass die Flügelplatten 5 der erfindungsgemäßen
Flügelzellenpumpe an ihren Stirnseiten 16 abgerundet sind.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht der an den Stirnseiten 16 der
Flügelplatten 5 angeordnete Radius dem halben Abstand zwischen den
Stirnseiten 16 der Flügelplatten 5.
Dadurch wird neben einer optimalen und reibungs- und verschleißarmen
Abdichtung der Zellenkammer am Außenring 6, gleichzeitig auch eine optimale, reibungs- und verschleißarme Führung am Führungsring 19 während des gesamten Umlaufs der Welle 2 gewährleistet.
Erfindungsgemäß ist auch, dass in den Wandungen 17 der im Rotor 3 angeordneten Lagernuten 4 der Flügelplatten 5 Schmiertaschen 18 angeordnet sind, welche den Verschleiß zwischen den Flügelplatten 5 und Lagernuten 4 deutlich minimieren.
Die in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung in der Figur 1 dargestellte Steuerdruckkammer 23 wird beidseitig jeweils von einer Dichtleiste
24 abgedichtet, wobei die Dichtleisten 24 in jeweils zugeordneten und vom Steuerdruck der Galerie druckbeaufschlagten Führungskammernuten 25 verschiebbar gelagert sind.
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, dass in den Führungskammernuten
25 (unterhalb der Dichtleisten 24) federnde Elemente, z.B. wie in der Figur 1 dargestellt, Blattfedern 27 angeordnet sind, welche gewährleisten, dass die Dichtleisten 24 auch dann noch an das Pumpengehäuse 1 angepresst werden wenn die Flügelzellenpumpe (der Motor) angehalten/gestoppt wird. Erfindungsgemäß sind die Führungskammernuten 25 über Verbindungskanäle
26 mit der Steuerdruckkammer 23 verbunden, so dass diese sicher von dem über die Zuströmöffnung 22 einströmenden Steuerdruck der Galerie beaufschlagt werden können, und so auch unter extremen Bedingungen eine hoch zuverlässige und sehr sichere Abdichtung der Steuerdruckkammer 23 mittels der Dichtleisten 24 bei minimalem Bauraum gewährleisten.
Bezugszeichenzusammenstellung
1 Pumpengehäuse
2 Welle
3 Rotor
4 Lagernuten
5 Flügelplatten
6 Außenring
7 Stellschieber
8 Saugniere
9 Druckniere
10 Zellenkammer
11 Lagersteg
12 Querrillen
13 Querschnittsverlauf
14 Tiefstpunkt
15 Zellenkammermittenachse
16 Stirnseite
17 Wandung
18 Schmiertasche
19 Führungsring
20 Stellhebel
21 Druckfeder Zuströmöffnung
Steuerdruckkammer
Dichtleiste
Führungskammernuten
Verbindungskanal
Blattfeder

Claims

Patentansprüche
1. Flügelzellenpumpe mit einem in einem Pumpengehäuse (1) gelagerten, von einer Welle (2) angetriebenen Rotor (3), mehreren in Lagernuten (4) des Rotors (3) gelagerten Flügelplatten (5) und einem den Rotor (3) und die Flügelplatten (5) umgebenden Außenring (6) mit einer an einer im Pumpengehäuse (1) angeordneten Saugniere (8) und einer zu dieser um 180° versetzt im Pumpengehäuse (1) angeordneten Druckniere (9), mit am unteren Rand jeder Zellenkammer (10), d.h. in der Zylindermantelfläche des Rotors (3), zwischen den Lagernuten (4) über die gesamte Rotorbreite verlaufenden, parallel zu den Lagernuten (4) der Flügelplatten (5) angeordneten, von den Lagernuten (4) um einen Lagersteg (11) beabstandeten Querrillen (12), dadurch gekennzeichnet, dass diese Querrillen (12) einen unsymmetrischen Querschnittsverlauf (13) aufweisen, welcher in jeder Zellenkammer (10) über einen Tiefstpunkt (14) verfügt der in Drehrichtung gesehen stets nach der Zellenkammermittenachse (15) angeordnet ist.
2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefstpunkt (14) etwa um 1 % bis 8 % des Außendurchmessers unterhalb eines gedachten die Lagerstege (11) miteinander verbindenden Außendurchmessers des Rotors (3) liegt.
3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der unsymmetrische Querschnittsverlauf (13) der Querrillen (12) am Rotor (3) durch ein Polynom 4. Grades beschrieben werden kann.
4. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polynom lautet: y = 39, 33695 x4 - 31 , 29170 x3 + 0,4913634 X2 + 5,285977 x + 32,22082 und im Bereich (in den Grenzen) von ca. - 0,42 rad bis + 0,42 rad (definiert ist) verläuft.
5. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelplatten (5) an ihren Stirnseiten (16) abgerundet, d.h. ballig ausgeführt sind.
6. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Flügelplatten (5) an ihren Stirnseiten (16) mit Radien versehen sind.
7. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Stirnseiten (16) der Flügelplatten (5) angeordnete Radius dem halben Abstand zwischen den Stirnseiten (16) entspricht.
8. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in den Wandungen (17) der im Rotor (3) angeordneten Lagernuten (4) der Flügelplatten (5) Schmiertaschen (18) angeordnet sind.
9. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (6) in einem drehbar gelagerten, mit einem Stellhebel (20) versehenen Stellschieber (7) angeordnet ist, wobei an einer Seite des Stellhebels (20) eine im Pumpengehäuse (1) gelagerte Druckfeder (21) anliegt, und an der gegenüber liegenden Seite des Stellhebels (20) eine über eine Zuströmöffnung (22) vom Steuerdruck der Galerie beaufschlagte Steuerdruckkammer (23) angeordnet ist.
10. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdruckkammer (23) beidseitig von jeweils einer Dichtleiste (24) abgedichtet wird welche selbst jeweils in zugeordneten, druckbeaufschlagten Führungskammernuten (25) verschiebbar gelagert sind.
11. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskammernuten (25) über Verbindungskanäle (26) mit der Steuerdruckkammer (23) verbunden sind.
12. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Führungskammernuten (25) unterhalb der Dichtleisten (24) Blattfedern (27) angeordnet sind.
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