JP4490103B2 - ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ポンプであって、殊に羽根型隔室ポンプ若しくはロール型隔室ポンプであって、この場合に羽根型隔室ポンプ若しくはロール型隔室ポンプが二行程形のカムリングを備え、かつロータを備えており、該ロータ内に羽根若しくはロールを半径方向摺動可能に支承してあり、少なくとも１つ、必要に応じて２つのサイドプレートを備えており、該サイドプレートによって回転機構ユニットの側部をシールしており、さらにケーシング及びケーシングカバーを備えており、ロータが軸によって駆動されるようになっており、軸がケーシング内に支承されかつ必要に応じてケーシングカバー内にも支承されている形式のものに関する。

本発明は殊に２流路式の羽根型隔室ポンプ（ベーンポンプ）に関し、この場合に、該２行程２流路式の羽根型隔室ポンプは２つのポンプ半部に分けられていて、高い回転数では一方のポンプ半部を切り換えて、該ポンプ半部の吐出量は吸入管路内へ戻されるようになっている。このような切り換えの結果、ポンプのロータ及びカムリング（外周リング）は半径方向でもはや圧力平衡でなくなり、それというのは切り換えられたポンプ半部内には圧力はほとんど形成されないからである。このことは横荷重を生ぜしめることになり、横荷重はロータ及びカムリングに作用する。このような横荷重によって、ピンに支承されたカムリングは運転圧力の増大に際してピンのたわみに基づきカムリングの本来の位置から半径方向へ大きくずらされることになる。軸に支承されたロータは、軸のたわみに基づき逆方の方向へロータの本来の位置からずらされる。このようなずれは、ポンプの騒音特性に影響を強く及ぼすものである。

前述の問題を避けるという課題を解決するために、ポンプ、殊に羽根型隔室ポンプ若しくはロール型隔室ポンプであって、羽根型隔室ポンプ若しくはロール型隔室ポンプが二行程形のカムリングを備え、かつロータを備えており、該ロータ内に羽根若しくはロールを半径方向摺動可能に支承してあり、１つのサイドプレート若しくは場合によって、即ち必要に応じて２つのサイドプレートを備え、さらにケーシング及びケーシングカバーを備えており、ロータが軸によって駆動されるようになっており、軸がケーシング内にかつ必要に応じてケーシングカバー内にも支承されている形式のものにおいて、本発明に基づきカムリングと少なくとも１つのサイドプレートとは、第１の少なくとも１つのピンによって互いに位置決めされており、該第１のピンは前記少なくとも１つのサイドプレートを貫通しないようになっている、即ちサイドプレート内の途中で終わっている。さらに本発明に基づき、少なくとも１つのサイドプレートとケーシング若しくはカバーとは、第２のピンによって互いに位置決めされており、該第２のピンは前記少なくとも１つのサイドプレートを貫通しないようになっていて、かつカムリングと接触しないようになっている。本発明に基づき、第２のサイドプレートは第３のピンによってケーシング若しくはカバーに対して位置決めされており、この場合に該第３のピンは前記第２のサイドプレートを貫通しないようになっていて、かつカムリングと接触しないようになっている。

さらに本発明に基づき、ポンプにおいて第１のピン及び第２のピンは、かつ必要に応じて第３のピンも、異なる構成部分で同一の連通開口内に配置されている。有利には、第１のピン及び第２のピン、かつ必要に応じて第３のピンも、それぞれ各サイドプレートの厚さのほぼ半分まで突入している。さらに有利には、第１のピン並びに第２のピン、及び必要に応じて第３のピンも、いわゆる精密孔内に配置されており、即ちこれらのピンは全体で、円孔内における１つのいわゆる精密ピン孔結合部を形成している。本発明に基づく別のポンプは、第４及び第５のピンをいわゆる長孔内に配置してあり、この場合にサイドプレートに長孔（楕円形若しくは長円形の孔）を形成してあり、カバー若しくはケーシング及びカムリングに円形孔を形成してあり、第４のピンを原理的に第１のピンと同じに構成して配置し、かつ第５のピンを原理的に第２のピンと同じに構成して配置してあることによって傑出している。

孔が一貫して平滑に形成され、即ち段付きの孔を成しておらず、従ってピンが剪断力負荷のみを受けて、曲げ力負荷を受けないようになっているポンプも有利である。さらに、有利なポンプにおいてはカバー内の両方（第２及び第５）のピン並びにケーシング内の第３のピンは同一の長さであって、かつ同一の直径を有している。さらに、有利なポンプにおいてはカムリング内の両方（第１及び第４）のピンは同一の長さであって、かつ同一の直径を有している。本発明に基づく別のポンプにおいては、第２、第３及び第５のピンは、第１及び第４のピンと異なる直径を有しており、従ってサイドプレート内の孔は段を付けて形成されている。さらに、有利なポンプにおいてはケーシングはコップ形若しくはトップ形(topffoermig)である。さらに、回転機構ユニットをカバーに固定してあるポンプも有利である。本発明に基づく有利なポンプにおいては、軸を付加的にカバーにも支承してある。

次に本発明を図示の実施例に基づき説明する。図面において、
図１は、ベーン回転機構ユニットを横荷重のかかる状態で示しており、
図２は、本発明に基づくピンを備えたベーンポンプを断面で示しており、
図３は、本発明に基づくピンを横荷重のかかった状態で示しており、
図４は、本発明に基づくピンを用いた回転ポンプを示している。

図１には、ベーンポンプ（羽根型隔室ポンプ）の回転機構ユニットを１つの領域のみ圧力負荷されて横荷重のかかる状態で示してある。

カムリング１内にロータ３を示してあり、ロータは該ロータの溝（スリット）内に半径方向運動可能なベーン５を備えていて、軸７によって駆動されるようになっている。ベーン５と、カムリング１とロータ３との間に隔室を形成してあり、隔室は回転に際して面積を増大され若しくは減少されるようになっている。例えば隔室９は回転方向１７で見て吐出側の部屋であり、上りカム面１８によって縮小されて、圧力で流体を吐出する。ベーンポンプのこのような圧力領域は、図示の位置では付加的に圧力領域９．１，９．２によって示してある。即ち該圧力室は図示の位置では３つの隔室を含んでいる。ベーンポンプの下側の腎臓形圧力部１１は無圧の循環に切り換えられており、従ってここには圧力は形成されない。さらにベーンポンプの両方の吸入領域１３，１５を示してある。上側の圧力領域９内の圧力形成によって、一方ではカムリング１に作用する力１９はカムリング１を上方へ移動させようとするのに対して、ロータ３に作用する力成分２１はロータ３を下方へ移動させようとし、その結果、軸７は相応に高い強度を有していない場合には不当に大きなたわみを生ぜしめてしまうことになる。カムリング１及びここには図示していないサイドプレートは連通開口２３，２５を備えており、該連通開口を介してカムリングとサイドプレートとはピンによって互いに結合されかつ、ここには図示していないケーシングに結合されており、該ケーシングには軸７も支承されており、これによって力伝達路が閉じている。

図２にベーンポンプを断面で示してある。軸７は軸受２９を用いてケーシング２７内に支承されていて、シール３７によって密閉されている。ケーシングはケーシングカバー３１によって閉じられており、ケーシングカバーは第２の軸受３３を介して軸７を支承している。カムリング１、ロータ３、ベーン（図示省略）及びサイドプレート３９，４１は、回転機構ユニット（カートリッジ部分）を形成している。ロータ３は軸線方向でも止めリング３５によって軸に位置決めされている。カムリング１はサイドプレート３９，４１に上側で第１のピン４３．１を介して、かつ下側で第４のピン４３．４を介して結合されている。サイドプレート３９はさらに短い第３のピン４３．３を介してケーシング２７に結合されている。サイドプレート４１は短い第２のピン４３．２及び短い第５のピン４３．５を介してケーシングカバー３１に結合されている。今図１に示すように横荷重が生じる場合に、上側の腎臓形圧力部内の圧力によってカムリング１は上方へ移動させられようとし、ロータ３は下方へ移動させられようとし、その結果、該図示のピン構造ではピン４３．１はサイドプレート３９，４１に対して剪断力でのみ負荷される。ピン三分割配置形式のピン４３．１，４３．２，４３．３の代わりに一貫した一体構造のピンを設けてある場合には、該ピンは相応の力を受けてたわめられ、該たわみに基づきロータ３に対するリング１の付加的な移動を生ぜしめてしまうことになる。ピン三分割配置によってたわみが避けられピンが剪断力でしか負荷されないことに基づき、カムリング１とロータ３との間のずれは明らかに小さく、実質的にピン孔とピンとの間の遊びに限定される。カムリング１とロータ３との間のこのような小さなずれは、ポンプの一流路運転時の騒音発生を明らかに減少させるものである。

図３．１及び図３．２には、三分割式の精密ピン機構の遊びに起因するずれを示してあり、この場合、図３．２は、請求項１１に基づく直径の異なるピンを用いる実施例を示している。図面から明らかなように、カムリング１は中央のピン４３．１に対して上方へ移動して、即ちずれていて、下側で該ピン４３．１に接触している。精密孔結合部の遊びは上側の間隙４５によって示されている。該ピン４３．１はサイドプレート３９，４１内では上側に接触しており、従ってここでは下側に間隙４６，４７が生じている。プレート３９自体はピン４３．３の下側に接触しており、該ピンはケーシング２７内で上側に接触していて、従って下側に間隙４８を生ぜしめている。同じ状態が第２のサイドプレート４１、ピン４３．２及びケーシングカバー３１にも当てはまり、下側の間隙４９を生ぜしめている。間隙４５、４６及び４８若しくは４５、４７及び４９の総計は、軸の支承されたケーシング若しくはケーシングカバーに対するカムリングの全移動である。ここで述べた構成部材のこのような間隙移動の合計は、唯一のピンのたわみよりも小さくなっている。

複数部分によるピン支承という本発明に基づく思想は、ほかの分野で軸たわみ若しくはピンたわみを剪断負荷に変えて、誤差を小さくするためにも用いられる。このために図４に例として、円運動式の内接歯車ポンプを示してある。ポンプ部分の外側輪郭部を成す内歯の歯付きリング５０の内側に歯車５１を配置してある。歯車５２の内側に偏心体５２を回転運動可能に配置してあり、偏心体は歯車５１に対して滑り支承されていて回転させられ、該回転運動に際して歯車５１を順次に外側歯車５０の歯溝内に押し込むようになっている。偏心体５２は偏心体軸５３に配置されている。ちょうど圧縮作業を行っていて圧力を形成しているポンプ室は、ハッチングされた面５４で示してある。該圧力域は、前に述べたベーンポンプと同じように作用する力を生ぜしめ、該力は一方では外側の歯付きリング５０に作用し、かつ他方では歯車５１に作用して、両方の構成部分を互いに離反させようとしている。歯付きリング５０はケーシング内に安定的にかつ運動不能に支承されている。圧力域は歯車５１及び偏心体５２を介して、偏心体の駆動のための軸５３に作用し、軸は該圧力によって負荷されてたわむことになる。このようなポンプ装置においても、前述の複数部分から成るピン支承原理を用いて曲げ力の負荷状態を剪断力の負荷状態に変えることができ、この場合に内側歯車の駆動は適当な連結部を介して行われる。図４の下側の部分、即ち図４．２には同じポンプ装置を異なる偏心体位置で示してあり、圧力域は円運動して移動している。明らかなように、ここでは負荷領域、即ち圧力域は円周に沿って移動するのに対して、ベーンポンプでは圧力域はカムリング及びその位置に依存して定位置である。

公知のポンプにおいて、カムリング内に生じるトルク及び運転圧力で生じる横荷重はケーシング及びカバー内に支承された唯一のいわゆる精密ピン及びカバー内にのみ支承されたいわゆる長孔ピンによって受け止められる。横荷重の大部分はピンの配置によって精密ピンにのみ作用する。横荷重のわずかな部分しか長孔ピンには作用しない。トルクは両方のピンによって半分ずつ受け止められる。

横荷重を伴うポンプ運転状態では、精密ピンはカムリングを介した力伝達によって強いたわみ負荷を受けて、カムリングを所定の位置に保持できなくなる。カムリングはロータに対して半径方向外側へ押される。このことは、ポンプの運転音に不利に影響することになる。曲げ力負荷を生ぜしめることになるレバーてこは、カムリング内の段部の付けられた孔、並びにサイドプレートのピン孔とピンとの間の組み立ての理由から必要な遊びによって生じる。

ピンが曲げ力負荷を受けるのではなく、剪断力負荷しか受けないという本発明に基づくピン構成によって、カムリングずれが極めて小さく保たれ、一方のポンプ半部でのみ圧送運転、即ち稼働運転して他方のポンプ半部を空転させる場合の騒音が著しく改善される。このために、精密孔ピンを短い３つのピン（４３．１，４３．２，４３．３）によって代替し若しくは長孔ピンを短い２つのピン（４３．４，４３．５）によって代替する。カムリング１内の孔は段部を付けて形成されるのではなく、一貫して平滑に形成される。カムリング１とプレート３９，４１とは孔とピンとの間の遊びによって互いにずれるだけである。各遊びの総計によるずれは、１つの精密孔ピンのたわみに起因するカムリングのずれよりも著しく小さい。カバー３１及びケーシング２７内の精密孔ピンは分割力負荷しか受けない。

個別の精密ピンはポンプ内に次のように配置される。精密ピン４３．３はポンプケーシング２７の孔（円形穴）内に固定されていて、ポンプケーシングの回転機構ユニット室内でサイドプレート３９を位置決めしている。該精密ピン４３．３はサイドプレート３９の円形穴内の半分まで達している。別の精密ピン４３．１はカムリング１の円形孔内を貫通して延びていて、サイドプレート３９内にもサイドプレート４１内にも半分まで突入して円形孔結合を成している。別の精密ピン４３．２はサイドプレート４１内に半分まで突入していて、かつカバー３１の円形孔内に固定されている。両方のいわゆる長孔ピン４３．４，４３．５はポンプ内に次のように配置されている。即ち、長孔ピン４３．５はカバー３１の円形孔内に固定されていて、サイドプレート４１の長孔内に半分まで突入している。別の長孔ピン４３．４はカムリング１の円形孔内を貫通して延びて、かつサイドプレート４１の長孔内及びサイドプレート３９の長孔内に半分まで突入している。

圧力プレート及びサイドプレートの長孔によって、カバー３１及びカムリング１の円形孔の製作誤差に起因する異なる間隔は補償されて、カバー３１及びカムリング１は締め付け若しくはきしみを伴うことなしに組み付けられる。

ピンの組み付けの際の問題を避けるために、カバー３１内に支承される両方のピン４３．２，４３．５及びケーシング２７内に取り付けられるピン４３．３は、同一の直径を有していて、同一長さに形成されている。カムリング１内に取り付けられる両方のピン４３．１，４３．４は同じく同一の直径を有していて、かつ同一の長さを有していてよい。この異なる種類のピンの誤った組み付けを防止するために、第２のサイドプレート４１及び第１のサイドプレート３９の孔は、図３．２の実施例に相応してほぼプレート厚さ中央で段部を付けて形成されていてよく、かつ直径は異なるピン直径に相応して異なる大きさであってよい。相応のピン配置に基づき長孔ピン４３．４，４３．５はトルク（回転モーメント）を受け止めるだけであり、従って小さな力しか生じないので、該ピンの分割は省略することもできる。

ベーン回転機構ユニットを横荷重のかかる状態で示す図 本発明に基づくピンを備えたベーンポンプの断面図 本発明に基づく１つの実施例のピンの横荷重のかけられた状態の断面図 本発明に基づく別の実施例のピンの横荷重のかけられた状態の断面図 本発明に基づくピンを用いた回転ポンプを示す図 本発明に基づくピンを用いた回転ポンプを異なる位置で示す図

符号の説明

１ カムリング、 ３ ロータ、 ５ ベーン、 ７ 軸、 ９ 隔室、 １１ 腎臓形圧力部、 １３， １５ 吸入領域、 １７ 回転方向、 １８ 上りカム面、 １９ 力、 ２１ 力成分、 ２３，２５ 連通開口、 ２７ ケーシング、 ２９ 軸受、 ３１ ケーシングカバー、 ３３ 軸受、 ３５ 止めリング、 ３７ シール、 ３９，４１ サイドプレート、 ４３．１，４３．２，４３．３，４３．４，４３．５ ピン、 ４５，４６，４７，４８，４９ 間隙、 ５０ 歯付きリング、 ５１ 歯車、 ５２ 偏心体、 ５３ 偏心体軸

Claims (11)

1. ポンプ、殊に羽根型隔室ポンプ若しくはロール型隔室ポンプであって、羽根型隔室ポンプ若しくはロール型隔室ポンプが二行程形のカムリング（１）を備えており、ロータ（３）を備えており、該ロータ（３）内に羽根（５）若しくはロールを半径方向摺動可能に支承してあり、少なくとも１つの第１及び第２のサイドプレート（４１，３９）を備えており、該サイドプレート（４１，３９）によって回転機構ユニットをシールしており、ケーシング（２７）及びケーシングカバー（３１）を備えており、ロータ（３）が軸（７）によって駆動されるようになっており、該軸（７）がケーシング（２７）内に支承されかつケーシングカバー（３１）内にも支承されている形式のものにおいて、前記カムリング（１）と前記第１及び第２のサイドプレート（４１，３９）とが、第１の少なくとも１つのピン（４３．１）によって互いに位置決めされており、該第１のピン（４３．１）が前記第１及び第２のサイドプレート（４１，３９）を貫通しないようになっており、前記第１のサイドプレート（４１）と前記ケーシング（２７）若しくはケーシングカバー（３１）とが、第２のピン（４３．２）によって互いに位置決めされており、該第２のピン（４３．２）が前記第１のサイドプレート（４１）を貫通しないようになっており、かつ該第２のピン（４３．２）が前記カムリング（１）と接触しないようになっており、及び前記第２のサイドプレート（３９）と前記ケーシング（２７）若しくはケーシングカバーと（３１）が、第３のピン（４３．３）によって互いに位置決めされており、該第３のピン（４３．３）が前記第２のサイドプレート（３９）を貫通しないようになっており、かつ該第３のピン（４３．３）がカムリング（１）と接触しないようになっていることを特徴とする、ポンプ。
2. 第１のピン（４３．１）並びに第２のピン（４３．２）、及び必要に応じて第３のピン（４３．３）が、同一の連通開口内でしかも異なる構成部分内に配置されている請求項１記載のポンプ。
3. 第１のピン（４３．１）並びに第２のピン（４３．２）、及び第３のピン（４３．３）が、両方のサイドプレート（３９，４１）のそれぞれに、該各サイドプレートの厚さのほぼ半分まで達している請求項１又は２記載のポンプ。
4. 第２の連通開口が両方のサイドプレート（３９，４１）、カムリング（１）、ケーシング（２７）若しくはケーシングカバー（３１）に設けられており、この場合に、両方のサイドプレート（３９，４１）の第２の連通開口が長孔として形成されており、かつケーシング（２７）若しくはケーシングカバー（３１）及びカムリング（１）の第２の連通開口が円形孔として形成されており、第４及び第５のピン（４３．４，４３．５）が長孔内に配置されており、第４のピン（４３．４）が第１のピン（４３．１）と同じに配置されており、かつ第５のピン（４３．５）が第２のピン（４３．２）と同じに配置されている請求項２又は３記載のポンプ。
5. ピンの配置される各連通開口が段のない一貫した孔として形成されており、これによってピンが剪断力負荷のみを受けて、曲げ力負荷を受けないようになっている請求項２又は４記載のポンプ。
6. ケーシングカバー（３１）内に２つのピン（４３．２，４３．５）を配置してあり、該両方のピン（４３．２，４３．５）及びケーシング（２７）内の第３のピン（４３．３）が、互いに同じ長さであって、かつ互いに同じ直径を有している請求項４記載のポンプ。
7. カムリング（１）内に２つのピン（４３．１，４３．４）を配置してあり、該両方のピン（４３．１，４３．４）が、互いに同じ長さであって、かつ互いに同じ直径を有している請求項４又は６記載のポンプ。
8. 第２、第３及び第５のピン（４３．２，４３．３，４３，５）が、第１及び第４のピン（４３．１，４３．４）と異なる直径を有しており、従って両方のサイドプレート（３９，４１）内の開口が段を付けて形成されている請求項４記載のポンプ。
9. ケーシング（２７）がコップ形である請求項１から８のいずれか１項記載のポンプ
10. 回転機構ユニットがケーシングカバー（３１）に取り付けられている請求項１から９のいずれか１項記載のポンプ。
11. 軸（７）が付加的にケーシングカバー（３１）にも支承されている請求項１から１０のいずれか１項記載のポンプ。

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