DE102008036327A1

DE102008036327A1 - Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE102008036327A1
Application number: DE200810036327
Authority: DE
Inventors: Tim Lohrmann; Willi Dipl.-Ing. Schneider
Original assignee: Joma Hydromechanic GmbH
Current assignee: Joma Polytec Kunststofftechnik GmbH
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2010-02-04
Also published as: WO2010012621A2; WO2010012621A3

Abstract

Flügelzellenpumpe mit einem Gehäuse, einem im Gehäuse sich befindenden topfförmigen Arbeitsraum mit einer Innenumfangsfläche, einem exzentrisch im Arbeitsraum gelagerten, angetriebenen Rotor, der radial verlaufende Schlitze aufweist, in denen radial verschieblich Flügel gelagert sind, wobei jeder Flügel schwenkbar an einem Gleitstein gelagert ist, der in einer Führungsbahn geführt ist, die sich innerhalb des topfförmigen Arbeitsraumes erstreckt, wobei der Durchmesser der Innenumfangsfläche in der von der Drehachse und der Achse des Arbeitsraumes aufgespannten Ebene größer ist als außerhalb dieser Ebene.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit einem Gehäuse, einem im Gehäuse sich befindenden topfförmigen Arbeitsraum mit einer Innenumfangsfläche, einem exzentrisch im Arbeitsraum gelagerten, angetriebenen Rotor, der radial verlaufende Schlitze aufweist, in denen radial verschieblich Flügel gelagert sind, wobei jeder Flügel schwenkbar an einem Gleitstein gelagert ist, der in einer Führungsbahn geführt ist, die sich innerhalb des topfförmigen Arbeitsraumes erstreckt.
Derartige Flügelzellenpumpen sind hinreichend bekannt. Sie weisen ein Gehäuse auf, in welchem ein Arbeitsraum definiert ist, in dem wiederum ein Rotor exzentrisch drehbar gelagert ist. Der Rotor besitzt radiale Schlitze, in welchen jeweils ein Flügel radial verschieblich angeordnet ist. Die Flügel berühren die Innenumfangsfläche des Arbeitsraums und bilden dadurch die Saug- und Druckräume. Aufgrund der exzentrischen Lagerung des Rotors erstrecken sich die Flügel zwar radial zur Drehachse des Rotors, sie nehmen jedoch außerhalb der durch die Drehachse des Rotors und die zentrale Achse des Arbeitsraums aufgespannten Ebene eine Winkellage bezüglich der Innenumfangsfläche des Arbeitsraums ein. Das bedeutet, dass die Flügel lediglich in der oben genannten Ebene senkrecht oder orthogonal zur Innenumfangsfläche stehen, außerhalb dieser Ebene nehmen sie einen Winkel zur Orthogonalen ein. Hierdurch ergibt sich das Problem, dass die Flügel dann, wenn sie einen Winkel zur Orthogonalen der Innenumfangsfläche einnehmen, geringfügig von der Innenumfangsfläche abheben. Hierdurch entstehen größere volumetrische Verluste, da bereits komprimierte Luft aus den Druckräumen zurück in die nachfolgenden Saugräume überströmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flügelzellenpumpe bereitzustellen, bei welcher die volumetrischen Verluste geringer sind.
Diese Aufgabe wird bei einer Flügelzellenpumpe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Durchmesser der Innenumfangsfläche in der von der Drehachse des Rotors und der zentralen Achse des Arbeitsraums aufgespannten Ebene größer ist als außerhalb dieser Ebene.
Durch die Verringerung des Durchmessers in den Bereichen, in denen die Flügel unter einem Winkel zur Orthogonalen an der Innenumfangsfläche anliegen, wird der Spalt zwischen der Flügelspitze und der Innenumfangsfläche geschlossen. Ein Überströmen von Luft aus den Druckräumen in die Saugräume wird dadurch vermieden. Die Änderung des Durchmessers erfolgt stetig und beginnt bzw. endet in der Ebene des größten Durchmessers, das heißt, in der von der Drehachse des Rotors und der zentralen Achse des Arbeitsraums aufgespannten Ebene bzw. in der Ebene der Exzentrizität.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Durchmesser des Arbeitsraums in der senkrecht zur Ebene des größten Durchmessers stehenden und durch die Drehachse des Rotors gehenden Ebene am kleinsten. In dieser Ebene ist die Schrägstellung der Flügel bezüglich der Orthogonalen zur Innenumfangsfläche des Arbeitsraums am größten.
Dabei ist erfindungsgemäß die Durchmesseränderung so gewählt, dass die Flügelspitze an der Innenumfangsfläche des Arbeitsraums permanent anliegt. Eine derartige Flügelzellenpumpe besitzt einen hohen Wirkungsgrad, geringe Verlustleistungen und zudem einen geringen Verschleiß, da die Flügelspitze nicht bei jedem Umlauf zweimal auf die Innenumfangsfläche aufgesetzt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Führungsbahn eine Kreisform. Diese Ausgestaltung hat den wesentlichen Vorteil, dass der Gleitstein kreisbogenförmig ausgebildet sein kann, so dass die Gleitsteine nicht aufgrund von Richtungsänderungen in der Führungsbahn permanent wechselnden Beschleunigungen unterliegen. Außerdem sind eine kreisbogenförmige Führungsbahn und teilkreisbogenförmige Gleitsteine einfach herstellbar.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung befindet sich die Führungsbahn im Boden und/oder im Deckel des Arbeitsraumes. Sowohl der Boden als auch der Deckel können als separate, den Arbeitsraum verschließende, stirnseitig auf den Arbeitsraum aufgesetzte Bauteile ausgebildet sein. Auf diese Weise ist eine einfache und kostengünstige Bearbeitung der Führungsbahn möglich.
Bei einer kostengünstigen und einfachen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Führungsbahn als Nut ausgebildet ist. Der Gleitstein kann in seinem Querschnitt dem Querschnitt der Nut angepasst sein, so dass die Druckräume untereinander abgedichtet sind. Dabei ist der Gleitstein vorteilhaft aus Stahl oder Keramik hergestellt. Die Lagerung des Flügels im Gleitstein ist vorzugsweise ein Schwenklager, bei dem ein im Flügel verankerter Stift von einer Aufnahmeöffnung im Gleitstein aufgenommen wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine Flügelzellenpumpe;
2 einen Schnitt II-II gemäß 1;
3 einen Schnitt III-III gemäß 1;
4 eine perspektivische Ansicht der Flügelzellenpumpe ohne den Arbeitsraum definierendem Gehäuse; und
5 eine perspektivische Ansicht der Flügelzellenpumpe ohne Deckel.
Die 1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Flügelzellenpumpe, die ein einen Arbeitsraum 12 bildendes Gehäuse 14 aufweist, welches von einem Boden 16 und einem Deckel 18 verschlossen ist (2 und 3). Im Arbeitsraum 12 befindet sich ein insgesamt mit 20 bezeichneter Rotor, dessen Drehachse 22 exzentrisch zur Achse 24 des Arbeitsraums 12 liegt. Die Exzentrizität ist mit ε bezeichnet. Im Rotor 20 befinden sich radial verlaufende Schlitze 26, in welchen Flügel 28 radial verschieblich gelagert sind. Das radial äußere Ende eines jeden Flügels 28, also die Flügelspitze, liegt an der Innenumfangsfläche 30 des Arbeitsraumes 12 an. Zur Steuerung der Flügel 28, d. h. zur gesteuerten Bewegung der Flügel 28 innerhalb der Schlitze 26, befinden sich im Boden 16 und im Deckel 18 jeweils eine als Nut 32 ausgebildete Führungsbahn 34, in welcher Gleitsteine 36 gelagert sind. An diesen Gleitsteinen 36 sind die Flügel 28 gelenkig gelagert, indem ein im Flügel 28 befestigter Stift 38 oder Lagerbolzen in eine im Gleitstein 36 vorgesehene Aufnahmeöffnung 40 eingreift. Alternativ kann der Gleitstein 36 auch mit einem Bolzen versehen sein, der in eine Im Flügel 28 vorgesehene Aufnahmeöffnung eingreift. Die Führungsbahn 34 ist kreisförmig ausgebildet und liegt koaxial zur zentralen Achse 24 des Arbeitsraums 12.
Im in der 2 dargestellten Schnitt II-II ist der Ansaugstutzen 42 erkennbar, der vom Boden 16 der Flügelzellenpumpe 10 abragt. Über diesen Ansaugstutzen 42 wird Luft in eine sichelförmige Einlassöffnung 44 geleitet, so dass diese in den Arbeitsraum 12 gelangt. Deutlich erkennbar sind die nutförmigen Führungsbahnen 34 sowohl im Boden 16 als auch im Deckel 18, in welchen die Gleitsteine 36 kreisförmig umlaufen. Der Rotor 20 wird an seinem axialen Ende 46, welches zum Beispiel als Vierkant ausgebildet ist, über einen geeigneten Antrieb, zum Beispiel einen Elektromotor oder dergleichen angetrieben. Im Boden 16 und im Deckel 18 sind außerdem eine sichelförmige Auslassöffnung 48 erkennbar, über welche das komprimierte Fluid, also die komprimierte Luft, ausgestoßen wird. Der Arbeitsraum 12 ist mittels Dichtungen 50, zum Beispiel O-Ringe, welche zwischen dem Boden 16 und dem Gehäuse 14 sowie zwischen dem Gehäuse 14 und dem Deckel 18 vorgesehen sind, gegenüber der Umgebung abgedichtet.
In den 4 und 5 sind deutlich die in der Nut 32 verschieblich gelagerte Gleitsteine 36 erkennbar, an welchen die Flügel 28 verschwenkbar gelagert sind. Der Rotor 20 selbst ist in der 4 nicht dargestellt.
Aus den 1 und 5 ist deutlich erkennbar, dass die Flügel 28 lediglich in der durch die Drehachse 22 und die zentralen Achse 24 aufgespannten Ebene 52 orthogonal an der Innenumfangsfläche 30 des Arbeitsraums 12 anliegen. Außerhalb dieser Ebene 52 nehmen die Flügel 28 einen mehr oder weniger großen Winkel 54 zur Orthogonalen 56 ein. Dies wird dadurch bewirkt, dass die Flügel 28 zwar radial zur Drehachse 22 aber nicht radial zur zentralen Achse 24 des Arbeitsraums 12 liegen. Dieser Neigungswinkel 54 ist nochmals deutlich in 6 dargestellt, wo auch die Kippstellung des Flügels 28 leicht erkennbar ist.
Aufgrund dieser Kippstellung des Flügels 28 würde der Flügel 28 geringfügig von der idealen kreisförmigen Umlaufbahn 58 abheben. Der dadurch entstehende Abstand 60 würde volumetrische Verluste durch Überströmen komprimierten Gases aus dem Druckraum vor dem Flügel 28 in den Saugraum nach dem Flügel 28 verursachen. Daher ist der Durchmesser der Innenumfangsfläche 30 außerhalb der Ebene 52 derart verkürzt bzw. verringert, dass er den Abstand 60 ausgleicht. Der Durchmesser der Innenumfangsfläche 30 außerhalb der Ebene 52 ist also um den Abstand 60, der durch die geneigte Stellung des Flügels 28 bezüglich der Orthogonalen 56 bewirkt wird, auf beiden Seiten, das heißt, sowohl im Saugbereich als auch im Druckbereich, verkürzt. Im Bereich des größten Durchmessers, das heißt, in der Ebene 52, liegt der Flügel 28 an der idealen, kreisförmigen Umlaufsbahn 58 an. Die tatsächliche Umlaufsbahn entspricht der Innenumfangsfläche 30, die außerhalb der Ebene 52 zum Ausgleich des Abstands 60 von der idealen, kreisförmigen Umlaufsbahn 58 durch Materialzugabe abweicht.
Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe 10 besitzt wesentlich geringere volumetrische Verluste und kann ohne Dichtmittel, insbesondere ölfrei, betrieben werden.

Claims

Flügelzellenpumpe (10) mit einem Gehäuse (14), einem im Gehäuse (14) sich befindenden topfförmigen Arbeitsraum (12) mit einer Innenumfangsfläche (30), einem exzentrisch im Arbeitsraum (12) gelagerten, angetriebenen Rotor (20), der radial verlaufende Schlitze (26) aufweist, in denen radial verschieblich Flügel (28) gelagert sind, wobei jeder Flügel (28) schwenkbar an einem Gleitstein (36) gelagert ist, der in einer Führungsbahn (34) geführt ist, die sich innerhalb des topfförmigen Arbeitsraumes (12) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Innenumfangsfläche (30) in der von der Drehachse (22) und der Achse (24) des Arbeitsraumes (12) aufgespannten Ebene (52) größer ist als außerhalb dieser Ebene (52).
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser in der senkrecht zur Ebene (52) des größten Durchmessers stehenden und durch die Drehachse (22) des Rotors (20) gehenden Ebene am kleinsten ist.
Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesseränderung so gewählt ist, dass die Flügelspitze an der Innenumfangsfläche (30) immer anliegt.
Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn (34) eine Kreisform besitzt.
Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Führungsbahn (34) im Boden (16) und/oder im Deckel (18) des Arbeitsraumes (12) befindet.
Flügelzellenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn (34) als Nut (32) ausgebildet ist.