DE102009055945B4 - Flügelzellenpumpe - Google Patents
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Abstract
Flügelzellenpumpe (1), umfassend- eine elektrische Antriebseinheit mit einem Elektromotor und einer Motorwelle (6),- eine Pumpenkammer (2), die sich an die elektrische Antriebseinheit anschließt,- einen Rotor (7) mit einer Anzahl von Schiebern (8), der innerhalb der Pumpenkammer (2) konzentrisch zu der Motorwelle (6) angeordnet ist, wobei die Motorwelle (6) über einen drehfest mit der Motorwelle (6) verbundenen Mitnehmer (9) mit dem Rotor (7) in Eingriff steht und der Mitnehmer (9) zumindest einen Mitnehmerzapfen (90) aufweist, der in eine damit korrespondierende Rotorausnehmung (72) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rotorausnehmung (72) oval ausgebildet ist und dass der Mitnehmerzapfen (90) derart konturiert ist, dass zwei erste schwach gekrümmte Konturabschnitte (91, 92) jeweils einen Berührungsbereich mit jeweils einem länglichen Flächenabschnitt (721) der Rotorausnehmung (72) bilden, und dass die ersten Konturabschnitte (91, 92) des Mitnehmers (90) einen größeren Krümmungsradius aufweisen als zwei zweite Konturabschnitte (93, 94), die an zwei einander gegenüberliegende, abschnittsweise im Wesentlichen halbkreisförmige Flächenabschnitte (720) der Rotorausnehmung (72) angrenzen und diese nicht berühren.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe, umfassend eine elektrische Antriebseinheit mit einem Elektromotor und einer Motorwelle, eine Pumpenkammer, die sich an die elektrische Antriebseinheit anschließt, und einen Rotor mit einer Anzahl von Schiebern, der innerhalb der Pumpenkammer konzentrisch zu der Motorwelle angeordnet ist, wobei die Motorwelle über einen drehfest mit der Motorwelle verbundenen Mitnehmer mit dem Rotor in Eingriff steht und der Mitnehmer zumindest einen Mitnehmerzapfen aufweist, der in eine damit korrespondierende Rotorausnehmung eingreift.
- Flügelzellenpumpen der eingangs genannten Art, die häufig auch als Drehschieberpumpen bezeichnet werden, sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Ausführungsformen bereits bekannt. Beispiele für Flügelzellenpumpe liefern die
DE 100 24 699 A1 , dieDE 199 36 644 B4 , dieDE 10 2006 058 977 A1 , dieDE 10 2006 058 978 A1 , dieDE 10 2006 058 979 A1 sowie dieDE 10 2006 058 980 A1 . - Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die drehfeste Anbindung des Rotors an die Antriebswelle mit Hilfe eines Mitnehmers zu realisieren, der ein oder mehrere zylindrisch geformte Mitnehmerzapfen mit einem kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der/Die Mitnehmerzapfen steht/stehen dabei mit entsprechend geformten Ausnehmungen des Rotors in Eingriff.
- Es hat sich gezeigt, dass auf Grund der zylindrischen Mitnehmerzapfengeometrie die Flächenpressung mit den Berührungsflächen der Rotorausnehmungen sehr hoch ist. Die Mitnehmerzapfen können sich dabei tief in das Material hineinarbeiten, so dass sich die Lebensdauer der Mitnehmerzapfen und/oder des Rotors erheblich verringern kann.
- Aus der
CN 100 532 845 C ist eine Flügelzellenpumpe der eingangs genannten Art bekannt, bei der der Mitnehmerzapfen in einem kompletten Umfangsbereich an der Rotorausnehmung anliegt und diese berührt. Die Rotorausnehmung ist dabei als Schlitz mit einem halbkreisförmigen Ende ausgebildet. - Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine Flügelzellenpumpe der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei der der Verschleiß des Rotors verringert werden kann und damit die Lebensdauer des Rotors erhöht werden kann.
- Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Flügelzellenpumpe der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
- Eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass die mindestens eine Rotorausnehmung oval ausgebildet ist und dass der Mitnehmerzapfen derart konturiert ist, dass zwei erste schwach gekrümmte Konturabschnitte jeweils einen Berührungsbereich mit jeweils einem länglichen Flächenabschnitt der Rotorausnehmung bilden, und dass die ersten Konturabschnitte des Mitnehmers einen größeren Krümmungsradius aufweisen als zwei zweite Konturabschnitte, die an zwei einander gegenüberliegende, abschnittsweise im Wesentlichen halbkreisförmige Flächenabschnitte der Rotorausnehmung angrenzen und diese nicht berühren. Es hat sich gezeigt, dass auf Grund der ovalen Gestaltung der mindestens einen Rotorausnehmung und der damit korrespondierenden Ausgestaltung des Mitnehmerzapfens die Flächenpressung verringert werden kann, so dass die Lebensdauer des Rotors im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, bei denen die Mitnehmerzapfen zylindrisch ausgebildet sind und einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, erhöht werden kann. Die Minderung der Flächenpressung ist dabei insbesondere durch die besondere Kontur des Mitnehmerzapfens bedingt, welcher im Berührungsbereich mit den Berührungsflächen der Rotorausnehmungen vergrößerte Radien aufweist. Die Mitnehmerzapfen arbeiten sich auf Grund der verminderten Flächenpressung nicht mehr tief in das Material hinein, so dass die Lebensdauer der Mitnehmerzapfen und/oder des Rotors vergrößert werden kann.
- Um insbesondere bei sehr leistungsstarken Flügelzellenpumpen die Anbindung des Rotors an die Motorwelle zu verbessern, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass der Rotor zwei Rotorausnehmungen umfasst und dass der Mitnehmer zwei damit korrespondierende Mitnehmerzapfen aufweist, die mit den Rotorausnehmungen in Eingriff stehen. Vorzugsweise können die beiden Rotorausnehmungen um 180° versetzt innerhalb des Rotors ausgebildet sein. Die Mitnehmerzapfen sind in dieser Ausführungsform ebenfalls um 180° versetzt an dem Mitnehmer ausgebildet.
- Um die Montage des Rotors an dem Mitnehmer zu vereinfachen, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass sich jeder Mitnehmerzapfen orthogonal zu einer Quermittelebene des Rotors erstreckt.
- In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass der Querschnitt jedes Mitnehmerzapfens spiegelsymmetrisch in Bezug auf zwei Mittelachsen ausgebildet sind, die sich in einem Mittelpunkt schneiden und orthogonal zueinander orientiert sind.
- Um die Herstellung der Rotorausnehmungen zu vereinfachen, ist einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass jede der Rotorausnehmungen als Langloch ausgebildet ist.
- Um die Montage des Mitnehmers zu erleichtern, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass der Mitnehmer abschnittsweise ringförmig ausgebildet ist und sich um die Motorwelle erstreckt.
- Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 einen Längsschnitt durch eine Flügelzellenpumpe gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
2 einen Schnitt durch die Flügelzellenpumpe entlang der Linie D-D gemäß1 ; -
3 eine vergrößerte Detailansicht des Längsschnitts gemäß1 , die den Bereich zeigt, in der die Drehmomentübertragung erfolgt; -
4 eine Draufsicht auf den Rotor der Flügelzellenpumpe; -
5 eine vergrößerte Darstellung von4 . - Der grundlegende konstruktive Aufbau sowie das grundlegende Funktionsprinzip einer Flügelzellenpumpe
1 , die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, sind aus dem Stand der Technik bekannt und sollen nachfolgend näher erläutert werden. Die Flügelzellenpumpe1 umfasst eine elektrische Antriebseinheit, die in einem Gehäuse der Flügelzellenpumpe1 untergebracht ist und einen Elektromotor mit einer Motorwelle6 aufweist. Die Flügelzellenpumpe1 (Drehschieberpumpe) kann insbesondere als Unterdruckpumpe zur Erzeugung eines Vakuums ausgebildet sein, die nach dem so genannten Verdrängerprinzip arbeitet. Über einen Fluideinlasskanal15 , der vorliegend als Fluideinlassstutzen ausgebildet ist, wird während des Betriebs der Flügelzellenpumpe1 Luft oder ein anderes Fluidmedium angesaugt und strömt in eine Pumpenkammer2 der Flügelzellenpumpe1 ein und wird dort verdichtet. - Die Pumpenkammer
2 umfasst eine Grundplatte4 (motorseitig), einen Pumpenring3 sowie eine axial zur Grundplatte4 versetzte Abdeckplatte5 , die miteinander verbunden sind. Der Pumpenring3 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine elliptische Innenkontur (insbesondere in3 zu erkennen) mit einer entsprechend geformten Innenwand30 auf. Es besteht in einer alternativen Ausführungsform auch die Möglichkeit, dass der Pumpenring3 kreisringförmig ausgebildet ist und eine kreisförmige Innenkontur aufweist. - Im Inneren der Pumpenkammer
2 ist ein zylindrischer Rotor7 angeordnet, der mit der Motorwelle6 der Antriebseinheit, die sich durch eine zentrale Öffnung der Grundplatte4 erstreckt, in Wirkverbindung steht. Der Rotor7 wird während des Betriebs der Flügelzellenpumpe1 von der Motorwelle6 des Elektromotors angetrieben und dadurch in Rotation versetzt. Zu diesem Zweck ist der Rotor7 über einen entsprechend geformten Mitnehmer9 , auf dessen konstruktive Gestaltung weiter unten noch näher eingegangen werden wird, drehfest mit der Motorwelle6 verbunden. Der Mitnehmer9 ist seinerseits drehfest an der Motorwelle6 des Elektromotors angebracht. - Der Rotor
7 weist eine Anzahl von Führungsschlitzen70 auf, die jeweils zur Aufnahme eines Schiebers8 geeignet sind. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Rotor7 in Umfangsrichtung verteilt insgesamt acht Führungsschlitze70 auf, die sich von dessen Außenumfang rotoreinwärts erstrecken. In jedem der Führungsschlitze70 ist jeweils einer der Schieber8 verschiebbar angeordnet. Der Rotor7 wird während des Betriebs der Flügelzellenpumpe1 von der Motorwelle6 des Elektromotors angetrieben und dadurch in Rotation versetzt. Wie in3 zu erkennen, bilden die Schieber8 abhängig von ihrer Drehlage unterschiedlich große Arbeitszellen mit der Innenwand30 des Pumpenrings3 , der Außenwand71 des Rotors7 und gegebenenfalls benachbarten Schiebern8 aus. - Ferner weist die Flügelzellenpumpe
1 eine Montageplatte11 auf, an der ein hier nicht explizit dargestelltes Gehäuse, in dem der Elektromotor untergebracht ist, befestigt ist. Die Montageplatte11 kann alternativ auch ein Teil des Gehäuses sein. Ferner ist ein Dichtring13 vorgesehen, der bei der Montage auf der Montageplatte11 angeordnet wird. Der Dichtring13 ist zur Abdichtung einer Schalldämpferkappe14 geeignet, welche die Flügelzellenpumpe1 endseitig abschließt. Die Schalldämpferkappe14 ist mit Hilfe geeigneter Befestigungsschrauben12 mit der Montageplatte11 verschraubt. - Während des Betriebs der Flügelzellenpumpe
1 strömt das Fluid durch den Fluideinlasskanal15 und von dort durch entsprechende Fluidaustrittsöffnungen der Montageplatte11 und anschließend durch zwei um 180° zueinander versetzt (und damit einander gegenüberliegend) angeordnete Fluideintrittsöffnungen 40, die in der Grundplatte4 ausgebildet sind, in die Pumpenkammer2 ein. Die Schieber8 des sich drehenden Rotors7 komprimieren das Fluid und treiben es zu zwei hier nicht explizit dargestellten Fluidaustrittsöffnungen, die vorzugsweise um 180° zueinander versetzt in der Abdeckplatte5 der Pumpenkammer2 vorgesehen sind und die vorzugsweise gegenüber den Fluideintrittsöffnungen 40 der Grundplatte4 um etwa 90° versetzt angeordnet und als länglich geformte Öffnungen ausgebildet sind - Das Dämpfungsvolumen des Schalldämpfermittels 10 wird vorliegend im Wesentlichen durch die Oberfläche der Abdeckplatte
5 und die Schalldämpferkappe14 räumlich definiert, die das Dämpfungsvolumen einschließen. Das Fluid strömt nach dem Hindurchtritt durch die Pumpenkammer2 durch die beiden Fluidaustrittsöffnungen der Abdeckplatte5 in das Schalldämpfervolumen des Schalldämpfermittels 10. Von dort strömt das Fluid zu einem Fluidauslassbereich19 (siehe3 ) und strömt durch diesen aus der Flügelzellenpumpe1 heraus. Gegebenenfalls kann innerhalb des Dämpfungsvolumens noch ein Vorschalldämpfermittel untergebracht sein. - Unter weiterer Bezugnahme auf
3 bis5 soll nachfolgend der konstruktive Aufbau des Mitnehmers9 näher erläutert werden, der bei der vorstehend beschriebenen Flügelzellenpumpe1 verwendet wird. Wie oben bereits kurz erläutert, ist der Rotor8 mit Hilfe des Mitnehmers9 drehfest mit der Motorwelle6 des Elektromotors, deren freies Ende sich durch eine zentrale Öffnung des Rotors7 erstreckt, verbunden. Der Rotor7 weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei um 180° versetzt zueinander angeordnete Rotorausnehmungen72 auf, die vorliegend oval geformt sind und als Langlöcher ausgebildet sind. Der Mitnehmer9 ist ringförmig ausgebildet und erstreckt sich um die Motorwelle herum und ist drehfest mit der Motorwelle6 verbunden. Der Mitnehmer9 weist zwei mit den beiden Rotorausnehmungen72 korrespondierende Mitnehmerzapfer90 auf, die ebenfalls um 180° zueinander versetzt angeordnet sind und sich orthogonal zu einer Quermittelebene des Rotor7 erstrecken. Die beiden Mitnehmerzapfer90 sind so geformt, dass sie in die beiden Rotorausnehmungen72 des Rotors7 eingreifen können, und dienen mithin also der Übertragung des Drehmoments von der Motorwelle6 zum Rotor7 der Flügelzellenpumpe1 . - Der Mitnehmer
9 ist so ausgeführt, dass die von den Mitnehmerzapfen90 hervorgerufene Flächenpressung in den langlochartig ausgeführten Ausnehmungen72 des Rotors3 minimiert werden kann. Dieses wird dadurch erreicht, dass die beiden Mitnehmerzapfen90 einen ovalen Querschnitt aufweisen, der an die Form der ovalen Rotorausnehmungen72 , in die die Mitnehmerzapfen90 eingreifen können, angepasst ist. Wie in der vergrößerten Darstellung in5 zu erkennen, ist der Querschnitt der beiden Mitnehmerzapfen90 spiegelsymmetrisch in Bezug auf zwei Mittelachsen, die sich in der Mitte schneiden und orthogonal zueinander orientiert sind. Die äußere Kontur der Mitnehmerzapfen90 weist vorliegend vier Konturabschnitte91 ,92 ,93 ,94 mit zwei unterschiedlichen Krümmungsradien R1 und R2 auf. Die beiden ersten Konturabschnitte91 ,92 , die an den geraden Flächenabschnitten721 der langlochartig ausgebildeten Ausnehmungen72 des Rotors7 anliegen, sind schwach gekrümmt und weisen einen Krümmungsradius R1 auf, der so groß gewählt ist, dass die Flächenpressung in den Rotorausnehmungen72 minimiert werden kann. - Die Radien der beiden zweiten Konturabschnitte
93 ,94 , die den gekrümmten, im Querschnitt im Wesentlichen halbkreisförmigen Flächenabschnitten720 der langlochförmigen Ausnehmungen72 gegenüberliegen und diese nicht berühren, weisen einen Radius R2 < R1 auf. Die beiden zweiten Konturabschnitte93 ,94 sind somit wesentlich stärker gekrümmt als die beiden ersten Konturabschnitte91 ,92 . Die Krümmungsradien R1 der beiden ersten Konturabschnitte91 ,92 sind also größer als die Krümmungsradien R2 der beiden zweiten Konturabschnitte93 ,94 . Die auf diese Weise gestalteten ersten Konturabschnitte91 ,92 bilden jeweils die Berührungsbereiche der Mitnehmerzapfen90 mit den geraden Flächenabschnitten721 der als Langlöcher ausgeführten Ausnehmungen72 . Es hat sich gezeigt, dass auf Grund der großen Radien R1 und der schwachen Krümmung der beiden ersten Konturabschnitte91 ,92 die Flächenpressung in den Ausnehmungen72 im Vergleich zu zylindrisch ausgeführten Mitnehmern mit einem kreisrunden Querschnitt wesentlich verringert werden kann. Die Mitnehmerzapfen90 arbeiten sich auf Grund der verminderten Flächenpressung nicht mehr tief in das Material hinein, so dass die Lebensdauer der Mitnehmerzapfen90 und/oder des Rotors7 vergrößert werden kann. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Flügelzellenpumpe
- 2
- Pumpenkammer
- 3
- Pumpenring
- 4
- Grundplatte
- 5
- Abdeckplatte
- 6
- Motorwelle
- 7
- Rotor
- 8
- Schieber
- 9
- Mitnehmer
- 11
- Montageplatte
- 12
- Befestigungsschraube
- 13
- Dichtring
- 14
- Schalldämpferkappe
- 15
- Fluideinlasskanal
- 19
- Fluidauslassbereich
- 30
- Innenwand
- 70
- Führungsschlitz
- 71
- Außenwand
- 72
- Rotorausnehmung
- 90
- Mitnehmerzapfen
- 91
- Konturabschnitt
- 92
- Konturabschnitt
- 93
- Konturabschnitt
- 94
- Konturabschnitt
- 720
- halbkreisförmiger Abschnitt
- 721
- gerader Abschnitt
Claims (7)
- Flügelzellenpumpe (1), umfassend - eine elektrische Antriebseinheit mit einem Elektromotor und einer Motorwelle (6), - eine Pumpenkammer (2), die sich an die elektrische Antriebseinheit anschließt, - einen Rotor (7) mit einer Anzahl von Schiebern (8), der innerhalb der Pumpenkammer (2) konzentrisch zu der Motorwelle (6) angeordnet ist, wobei die Motorwelle (6) über einen drehfest mit der Motorwelle (6) verbundenen Mitnehmer (9) mit dem Rotor (7) in Eingriff steht und der Mitnehmer (9) zumindest einen Mitnehmerzapfen (90) aufweist, der in eine damit korrespondierende Rotorausnehmung (72) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rotorausnehmung (72) oval ausgebildet ist und dass der Mitnehmerzapfen (90) derart konturiert ist, dass zwei erste schwach gekrümmte Konturabschnitte (91, 92) jeweils einen Berührungsbereich mit jeweils einem länglichen Flächenabschnitt (721) der Rotorausnehmung (72) bilden, und dass die ersten Konturabschnitte (91, 92) des Mitnehmers (90) einen größeren Krümmungsradius aufweisen als zwei zweite Konturabschnitte (93, 94), die an zwei einander gegenüberliegende, abschnittsweise im Wesentlichen halbkreisförmige Flächenabschnitte (720) der Rotorausnehmung (72) angrenzen und diese nicht berühren.
- Flügelzellenpumpe (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (7) zwei Rotorausnehmungen (72) umfasst und dass der Mitnehmer (9) zwei damit korrespondierende Mitnehmerzapfen (90) aufweist, die mit den Rotorausnehmungen (72) in Eingriff stehen. - Flügelzellenpumpe (1) nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rotorausnehmungen (72) um 180° versetzt innerhalb des Rotors (7) ausgebildet sind. - Flügelzellenpumpe (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass sich jeder Mitnehmerzapfen (90) orthogonal zu einer Quermittelebene des Rotors (7) erstreckt. - Flügelzellenpumpe (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt jedes Mitnehmerzapfens (90) spiegelsymmetrisch in Bezug auf zwei Mittelachsen ausgebildet ist, die sich in einem Mittelpunkt schneiden und orthogonal zueinander orientiert sind. - Flügelzellenpumpe (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass jede der Rotorausnehmungen (72) als Langloch ausgebildet ist. - Flügelzellenpumpe (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (9) abschnittsweise ringförmig ausgebildet ist und sich um die Motorwelle (6) erstreckt.
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