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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flügelzellenpumpe nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Flügelzellenpumpen,
die häufig
auch als Drehschieberpumpen bezeichnet werden, sind aus dem Stand
der Technik in unterschiedlichen Ausführungsformen bereits bekannt.
Flügelzellenpumpen der
eingangs genannten Art sind zum Beispiel in der
DE 100 24 669 A1 sowie
in der
DE 199 36 644
B4 offenbart.
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Bei
den aus dem Stand der Technik bekannten Flügelzellenpumpen besteht das
Problem, dass diese im Betrieb ein vergleichsweise hohes Geräuschniveau
haben.
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Hier
setzt die vorliegende Erfindung an.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Flügelzellenpumpe
zur Verfügung
zu stellen, die im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten
Flügelzellenpumpen
einen geräuschärmeren Betrieb
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Flügelzellenpumpe
der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden
Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche
betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß Anspruch
1 zeichnet sich eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe dadurch aus,
dass zumindest einige der Führungsschlitze
entlang des Außenumfangs
des Rotors ungleichmäßig verteilt angeordnet
sind. Dadurch, dass die Führungsschlitze
des Rotors, die für
die Aufnahme der Schieber geeignet sind, entlang des Außenumfangs
des Rotors eine ungleichmäßige Winkelverteilung
haben, kann der Rotor erheblich geräuschärmer betrieben werden als bei
den bisher aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, bei denen die Führungsschlitze in
Umfangsrichtung des Rotors eine gleichmäßige Winkelverteilung aufweisen.
Die ungleichmäßige Winkelverteilung
der Führungsschlitze
und damit auch der Schieber des Rotors führt während des Betriebs der Flügelzellenpumpe
zu disharmonischen Anregungen von Schwingungen, wobei sich die schwingfähigen Teile
der Flügelzellenpumpe
bei der Schwingungsanregung gegenseitig störend beeinflussen und dadurch
geringere Schallemissionen hervorrufen. Bei den aus dem Stand der
Technik bekannten Flügelzellenpumpen
haben demgegenüber die
Führungsschlitze
des Rotors entlang des Außenumfangs
des Rotors eine gleichmäßige Winkelverteilung,
so dass es zu harmonischen Schwingungsanregungen der schwingfähigen Teile
der Flügelzellenpumpe
und damit zu einer stärkeren
Schallemission kommt. Es besteht in vorteilhafter Weise auch die Möglichkeit,
dass alle Führungsschlitze
entlang des Außenumfangs
des Rotors ungleichmäßig verteilt angeordnet
sind.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
wird vorgeschlagen, dass die Längsachsen
der Führungsschlitze
vom Mittelpunkt des Rotors beabstandet sind. In dieser Ausführungsform
erstreckt sich somit keine der Längsachsen
durch den Mittelpunkt des Rotors.
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Es
besteht in einer vorteilhaften Ausführungsform die Möglichkeit,
dass jeder der Führungsschlitze
eine erste Begrenzungskante aufweist, die jeweils mit einer ersten
Begrenzungskante eines benachbarten Führungsschlitzes einen Winkel
bi (i = 1...n) einschließt, wobei die Winkel bi (i = 1...n) mindestens teilweise unterschiedlich
sind. Durch diese Maßnahme
kann auf einfache Weise eine disharmonische Anregung der schwingungsfähigen Teile
der Flügelzellenpumpe
während
der Drehung des Rotors erreicht werden, um dadurch die Schallemission
zu verringern. Die erste Begrenzungskante der Führungsschlitze kann beispielsweise
in Bezug auf den Mittelpunkt des Rotors beispielsweise eine radial weiter
außen
liegende Begrenzungskante sein.
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Um
das Schallemissionsverhalten der Flügelzellenpumpe während des
Betriebs weiter zu verbessern, wird in einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
vorgeschlagen, dass alle Winkel bi (i = 1...n)
zwischen den ersten Begrenzungskanten der benachbarten Führungsschlitze
unterschiedlich sind. Mit anderen Worten gilt also bei einer Anzahl
n von Rotoren beziehungsweise Führungsschlitzen:
b1 ≠ b2 ≠ b3 ≠ b4 ≠ ... ≠ bn.
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Es
besteht in einer vorteilhaften Ausführungsform die Möglichkeit,
dass jeder der Führungsschlitze
in Bezug auf den Mittelpunkt des Rotors eine zweite Begrenzungskante
aufweist, die vom Mittelpunkt des Rotors beabstandet ist. Die zweite
Begrenzungskante der Führungsschlitze
kann in Bezug auf den Mittelpunkt des Rotors eine radial weiter
innen liegende Begrenzungskante sein.
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Die
Abstände
ai (i = 1...n) der zweiten Begrenzungskanten
der Führungsschlitze
vom Mittelpunkt des Rotors können
in einer bevorzugten Ausführungsform
zumindest teilweise identisch sein.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
kann vorgesehen sein, dass alle Abstände ai (i
= 1...n) der zweiten Begrenzungskanten der Führungsschlitze vom Mittelpunkt
des Rotors identisch sind. In dieser Ausführungsform gilt also bei einer
Anzahl n von Rotoren beziehungsweise Führungsschlitzen: a1 =
a2 = a3 = a4 = ... = an = a.
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Um
oszillierende Massenkräfte
während
des Betriebs der Flügelzellenpumpe
zu kompensieren, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen,
dass die Führungsschlitze
mindestens zwei Gruppen bilden, die punktsymmetrisch um den Mittelpunkt
des Rotors verteilt angeordnet sind. Bei zwei Gruppen von Führungsschlitzen
weist der Rotor gewissermaßen
zwei Rotorhälften
auf, die eine 180°-Punktsymmetrie
um den Mittelpunkt des Rotors aufweisen.
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Anhand
der beigefügten
Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine
Explosionsansicht einer Flügelzellenpumpe
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
perspektivische Darstellung der Flügelzellenpumpe gemäß 1 nach
der Montage;
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3 eine
teilweise geschnittene Draufsicht auf einen Pumpenkopf der Flügelzellenpumpe
gemäß 1;
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4 eine
Draufsicht auf einen Rotor der Flügelzellenpumpe gemäß 1.
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5 eine
teilweise geschnittene Draufsicht auf einen Pumpenkopf einer Flügelzellenpumpe
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Draufsicht auf einen Rotor der Flügelzellenpumpe gemäß 5.
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Zunächst wird
auf 1 und 2 Bezug genommen, die eine Explosionsansicht
und eine perspektivische Ansicht einer Flügelzellenpumpe 1 gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigen. Die Flügelzellenpumpe 1 kann
insbesondere als Unterdruckpumpe zur Erzeugung eines Vakuums ausgebildet
sein, die nach dem so genannten Verdrängerprinzip arbeitet.
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Die
Flügelzellenpumpe 1 weist
eine elektrische Antriebseinheit auf, die einen Elektromotor mit einer
Antriebswelle 13 umfasst. Die elektrische Antriebseinheit
ist im Inneren eines Gehäuses 12 der Flügelzellenpumpe 1 untergebracht.
Ferner umfasst die Flügelzellenpumpe 1 eine
Montageplatte 15, an der das Gehäuse 12 mit Hilfe geeigneter
Befestigungsmittel, die hier nicht explizit dargestellt sind, befestigt
ist. Die Montageplatte 15 weist eine zentrale Öffnung auf,
durch die sich die Antriebswelle 13 des Elektromotors nach
der Montage hindurch erstreckt.
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Man
erkennt ferner am Außenumfang
der Montageplatte 15 einen Ansaugstutzen 20, durch den
während
des Betriebs der Flügelzellenpumpe 1 zum
Beispiel Luft oder ein anderes Fluid angesaugt werden kann. Die
Montageplatte 15 weist ferner eine Fluid austrittsöffnung 23 auf,
die mit dem Ansaugstutzen 20 in Fluidverbindung steht.
Durch die Fluidaustrittsöffnung 23 strömt das über den
Ansaugstutzen 20 angesaugte Fluid in eine Pumpenkammer
der Flügelzellenpumpe 1 ein.
Die Pumpenkammer umfasst eine Grundplatte 4, einen Pumpenring 7 sowie
eine Abdeckplatte 8. Der Pumpenring 7 weist in
diesem Ausführungsbeispiel
eine im Wesentlichen kreisförmige
Innenkontur auf. Es besteht in einer alternativen Ausführungsform
zum Beispiel auch die Möglichkeit, dass
der Pumpenring 7 eine im Wesentlichen elliptische Innenkontur
aufweist.
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Innerhalb
der Pumpenkammer ist ein im Wesentlichen zylindrischer Rotor 5 exzentrisch
angeordnet. Der Rotor 5 weist, wie in 4 zu
erkennen, eine Anzahl von Führungsschlitzen 61a, 61b, 61c, 61d auf,
die jeweils zur Aufnahme eines Schiebers 6 geeignet sind.
In diesem Ausführungsbeispiel
weist der Rotor 5 in Umfangsrichtung insgesamt vier Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d auf,
die sich von dessen Außenumfang
rotoreinwärts
erstrecken. In jedem der Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d ist nach
der Montage jeweils einer der Schieber 6 verschiebbar angeordnet.
Man erkennt unter weiterer Bezugnahme auf 3, dass
der Rotor 5 exzentrisch in der Pumpenkammer 7 angeordnet
ist, so dass die Schieber 6 während des Betriebs der Flügelzellenpumpe 1 zusammen
mit einer Innenwand 70 des Pumpenrings 7 unterschiedlich
große
Kammern ausbilden.
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Der
Rotor 5 wird während
des Betriebs der Flügelzellenpumpe 1 von
der Antriebswelle 13 des Elektromotors angetrieben und
dadurch in Rotation versetzt. Zu diesem Zweck ist der Rotor 5 über einen entsprechend
geformten Mitnehmer 19, der in eine Aufnahmeöffnung 50 des
Rotors 5 eingreift, mit der Antriebswelle 13 verbunden.
Der Mitnehmer 19 ist seinerseits drehfest an der Antriebswelle 13 des Elektromotors
angebracht.
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Zwischen
der Grundplatte 4 und der Montageplatte 15 ist
ferner im Bereich der Fluidaustrittsöffnung 23 eine Dichtung 3 angeordnet.
Man erkennt, dass die Form der Dichtung 3 im Wesentlichen
der äußeren Kontur
der Fluidaustrittsöffnung 23 der
Montageplatte 15 entspricht, damit diese nach der Montage
wirksam abgedichtet werden kann. Die Pumpenkammer, welche die Grundplatte 4,
den Pumpenring 7 und die Ab deckplatte 8 umfasst,
ist mit Hilfe mehrerer Befestigungsschrauben 9, die bei
der Montage in entsprechende Gewindebohrungen 18 der Montageplatte 15 eingreifen
können,
an der Montageplatte 15 befestigt. Bei der Montage wird
die Dichtung 3 somit zwischen die Grundplatte 4 und
die Montageplatte 15 geklemmt, um dadurch die Fluidaustrittsöffnung 23 wirksam
abzudichten.
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Darüber hinaus
umfasst die Flügelzellenpumpe 1 einen
Dichtring 2, der bei der Montage auf die Montageplatte 15 aufgesetzt
wird. Der Dichtring 2 ist zur Abdichtung eines im Wesentlichen
kappenartig ausgebildeten Schalldämpfers 10 geeignet,
welcher die Flügelzellenpumpe 1 endseitig
abschließt. Der
Schalldämpfer 10 ist
mit Hilfe geeigneter Befestigungsschrauben 11 an der Montageplatte 15 befestigt.
Zu diesem Zweck weist die Montageplatte 15 eine Anzahl
von Gewindebohrungen 17 auf, die zur Aufnahme der Befestigungsschrauben 11 des
Schalldämpfers 10 geeignet
sind. Darüber
hinaus weist die Montageplatte 15 eine Ausnehmung 14 auf,
die mit einer hier nicht explizit gezeigten Fluidauslassöffnung der
Flügelzellenpumpe 1 in
Fluidverbindung steht.
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Während des
Betriebs der Flügelzellenpumpe 1 strömt das Fluid
durch den Ansaugstutzen 20 und von dort durch die Fluidaustrittsöffnung 23 der Montageplatte 15 und
anschließend
durch eine Fluideintrittsöffnung 24 der
Grundplatte 4 in die Pumpenkammer. Das Fluid strömt dann
durch mindestens eine Fluidaustrittsöffnung 25 der Abdeckplatte 8 in
den im Wesentlichen kappenförmigen
Schalldämpfer 10 und
anschließend
durch die Ausnehmung 14 zur Fluidauslassöffnung der
Flügelzellenpumpe 1.
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In 4 ist
eine Draufsicht auf den Rotor 5 der Flügelzellenpumpe 1 gezeigt.
Wie bereits oben erläutert,
weist der im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete Rotor 5 in
diesem Ausführungsbeispiel
insgesamt vier Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d auf, in
denen jeweils ein Schieber 6 aufgenommen und verschiebbar
geführt
ist. Die vier Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d sind
in Umfangsrichtung des Rotors 5 verteilt angeordnet und
erstrecken sich vom Außenumfang
rotoreinwärts,
ohne dass die Längsachsen
der Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d dabei
den Mittelpunkt 51 des Rotors 5 schneiden. Jeder der
Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d weist
vom Mittelpunkt 51 des Rotors aus betrachtet eine erste, radial
weiter außen
liegende (äußere) Begrenzungskante 610a, 610b, 610c, 610d sowie
eine zweite, radial weiter innen liegende (innere) Begrenzungskante 611a, 611b, 611c, 611d auf.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
sind die Abstände
a der zweiten, radial weiter innen liegenden Begrenzungskanten 611a, 611b, 611c, 611d der Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d zum
Mittelpunkt 51 des Rotors 5 identisch. Es besteht
alternativ auch die Möglichkeit,
dass die Abstände
a der zweiten, radial weiter innen liegenden Begrenzungskanten 611a, 611b, 611c, 611d der
Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d zum
Mittelpunkt 51 des Rotors 5 zumindest teilweise
unterschiedlich sind.
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Um
die Schallemission während
des Betriebs der Flügelzellenpumpe 1 zu
verringern, sind die vier Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d,
wie nachfolgend näher
beschrieben, entlang des Außenumfangs
des Rotors 5 ungleichmäßig verteilt
angeordnet. Man erkennt, dass die Winkel b1,
b2, b3, b4 zwischen den ersten, radial weiter außen liegenden Begrenzungskanten 610a, 610b, 610c, 610d zueinander
benachbarter Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d unterschiedlich
sind, so dass der Rotor 5 entlang des Außenumfangs
eine ungleichmäßige Winkelverteilung
aller Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d aufweist.
In diesem Ausführungsbeispiel,
in dem der Rotor 5 insgesamt vier Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d und
dementsprechend vier Schieber 6 aufweist, gilt also: b1 ≠ b2 ≠ b3 ≠ b4. Im allgemeinen Fall, in dem der Rotor 5 insgesamt
n Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d und
somit auch n Rotoren 6 aufweist, gilt somit allgemein:
b1 ≠ b2 ≠ b3 ≠ b4 ≠ ... ≠ bn.
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Durch
die hier beschriebene ungleichmäßige Winkelverteilung
der Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d und
damit auch der Schieber 6 kann in besonders vorteilhafter
Weise erreicht werden, dass die Schallemission und damit die Geräuschentwicklung beim
Betrieb der Flügelzellenpumpe 1 im
Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen reduziert
wird. Der Grund für
die Verringerung der Schallemission besteht darin, dass während des Betriebs
der Flügelzellenpumpe 1 die
Drehung des Rotors 5 keine harmonischen Schwingungen erzeugt,
die bei den bekannten Flügelzellenpumpen auftreten
und zu einem höheren
Geräuschniveau führen. Vielmehr
werden die Schwingungen disharmonisch angeregt, so dass sich die
schwingfähigen Teile
der Flügelzellenpumpe 1 bei
der Schwingungsanregung gegenseitig störend beeinflussen und dadurch
die Schallemission insgesamt verringert wird.
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In 5 ist
eine Draufsicht auf einen Pumpenkopf einer Flügelzellenpumpe 1 gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Im Gegensatz zum ersten
Ausführungsbeispiel
weist der Pumpenring 7 eine Im Wesentlichen elliptische
Innenkontur auf. Der im Wesentlichen zylindrische Rotor 5 weist,
wie in 6 zu erkennen, in diesem Ausführungsbeispiel in Umfangsrichtung
insgesamt acht Führungsschlitze 61a, 61a', 61b, 61b', 61c, 61c', 61d, 61d' auf, die sich vom
Außenumfang
rotoreinwärts
erstrecken und jeweils zur Aufnahme eines Schiebers 6 geeignet
sind. In jedem der Führungsschlitze 61a, 61a', 61b, 61b', 61c, 61c', 61d, 61d' ist also nach
der Montage jeweils einer der Schieber 6 verschiebbar angeordnet. Wie
in 5 angedeutet, bilden die Schieber 6 während des
Betriebs der Flügelzellenpumpe 1 zusammen
mit der Innenwand 70 des Pumpenrings 7 unterschiedlich
große
Kammern aus.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
weist der Rotor 5 eine erste Gruppe von Führungsschlitzen 61a, 61b, 61c, 61d und
eine zweite Gruppe von Führungsschlitzen 61a', 61b', 61c', 61d' auf. Jeder
der Führungsschlitze 61a, 61a', 61b, 61b', 61c, 61c', 61d, 61d' weist eine
erste Begrenzungskante 610 und eine zweite Begrenzungskante 611 auf.
Man erkennt, dass die Winkel b1, b2, b3, b4 zwischen
den ersten Begrenzungskanten 610 zueinander benachbarter
Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d der
ersten Gruppe unterschiedlich sind. Es gilt also b1 ≠ b2 ≠ b3 ≠ b4. Darüber
hinaus sind auch die Winkel b1, b2, b3, b4 zwischen
den ersten Begrenzungskanten 610 zueinander benachbarter
Führungsschlitze 61a', 61b', 61c', 61d' der zweiten
Gruppe ebenfalls unterschiedlich. Es gilt also: b1 ≠ b2 ≠ b3 ≠ b4.
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Der
Rotor 5 weist also auch in diesem Ausführungsbeispiel entlang des
Außenumfangs
eine ungleichmäßige Winkelverteilung
der Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d, 61a', 61b', 61c', 61d' auf, da die
Winkel zwischen den ersten Begrenzungskanten 610 benachbarter
Führungsschlitze 61a, 61a', 61b, 61b', 61c, 61c', 61d, 61d' der beiden Gruppen
jeweils unterschiedlich sind.
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Die
Anordnung der Führungsschlitze 61a, 61b, 61c, 61d der
ersten Gruppe ist in diesem Ausführungsbeispiel
bezüglich
des Mittelpunkts 51 des Rotors 5 punktsymmetrisch
zur Anordnung der Führungsschlitze 61a', 61b', 61c', 61d' der zweiten
Gruppe. Somit weist der Rotor 5 eine 180°-Punktsymmetrie
der Anordnung der Führungsschlitze 61a, 61a', 61b, 61b', 61c, 61c', 61d, 61d' der beiden
Gruppen um den Mittelpunkt 51 auf. Das bedeutet zum Beispiel,
dass die Orientierung des Führungsschlitzes 61a der
ersten Gruppe (also der Winkel, unter dem sich der Führungsschlitz 61a vom
Außenumfang
des Rotors 5 rotoreinwärts
erstreckt) der Orientierung des korrespondierenden Führungsschlitzes 61a' der zweiten
Gruppe entspricht. Dies gilt ebenso für die übrigen Führungsschlitze 61b, 61c, 61d der
ersten Gruppe und die korrespondierenden Führungsschlitze 61b', 61c', 61d' der zweiten
Gruppe.
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Durch
diese Maßnahme
können
insbesondere oszillierende Massekräfte, die während des Betriebs der Flügelzellenpumpe 1 auftreten,
kompensiert werden.
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- 1
- Flügelzellenpumpe
- 2
- Dichtring
- 3
- Dichtung
- 4
- Grundplatte
- 5
- Rotor
- 6
- Schieber
- 7
- Pumpenring
- 8
- Abdeckplatte
- 9
- Befestigungsschraube
- 10
- Schalldämpfer
- 11
- Befestigungsschraube
- 12
- Gehäuse
- 13
- Antriebswelle
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Montageplatte
- 17
- Gewindebohrung
- 18
- Gewindebohrung
- 19
- Mitnehmer
- 20
- Ansaugstutzen
- 23
- Fluidaustrittsöffnung
- 24
- Fluideintrittsöffnung
- 25
- Fluidaustrittsöffnung
- 50
- Aufnahmeöffnung
- 51
- Mittelpunkt
- 61a-d
- Führungsschlitz
- 61a'-d'
- Führungsschlitz
- 70
- Innenwand
- 610
- Begrenzungskante
- 610a-d
- Begrenzungskante
- 611
- Begrenzungskante
- 611a-d
- Begrenzungskante