DE10214135B4

DE10214135B4 - Rotationskolbenpumpe

Info

Publication number: DE10214135B4
Application number: DE10214135A
Authority: DE
Inventors: John P. Northville Miller
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: DE10214135A1; US6425748B1

Abstract

Rotationskolbenpumpe mit:
einem Gehäuse (12', 88) mit einer Innenkammer (14', 90), in die ein Einlasskanal (28', 102) und ein Auslasskanal (30', 104) mündet,
einem Dichtungssteg (36', 110) an dem Gehäuse (12', 88), der den Einlasskanal (28', 102) von dem Auslasskanal (30, 104') trennt,
einer rotierenden Gruppe (20', 94) in der Innenkammer (14', 90), die eine Vielzahl von Pumpenkammern (42', 100) definiert, die während einer Drehung der rotierenden Gruppe (20', 94) in regelmäßigen Abständen nacheinander den Einlasskanal (28', 102), den Dichtungssteg (36', 110) und den Auslasskanal (30', 104) überqueren und die in dem Dichtungssteg (36', 110) während dessen Überquerung abgeschlossen abgedichtet sind, und
einem Druckausgleichsmittel, das dazu dient, eine Fluidverbindung zwischen dem Auslasskanal (30', 104) und einer Pumpenkammer (42', 100) herzustellen, die in dem Dichtungssteg (36', 110) abgeschlossen abgedichtet ist, um dadurch den Fluiddruck in dieser Pumpenkammer auf den Fluiddruck zu erhöhen, der in dem Auslasskanal...

Description

Diese Erfindung betrifft eine Rotationskolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wie beispielsweise aus der JP 61-138 893 A bekannt.

Eine Rotationskolbenpumpe umfasst typischerweise ein Gehäuse, eine Innenkammer in dem Gehäuse, Einlass- und Auslasskanäle in dem Gehäuse, die sich mit der Innenkammer überschneiden, und eine rotierende Gruppe in der Innenkammer, die eine Vielzahl von Pumpenkammern mit variablem Volumen definiert, die nacheinander durchlaufen und Fluid von dem Einlasskanal zu dem Auslasskanal übertragen. Die Pumpenkammern überqueren einen Dichtungssteg an dem Gehäuse zwischen einem unterstromigen Ende des Einlasskanals und einem oberstromigen Ende des Auslasskanals und sind in dem Dichtungssteg abgeschlossen abgedichtet, um einen Rückfluss von dem Auslasskanal zu dem Einlasskanal zu verhindern. Der Druck des Fluides, das in den Pumpenkammern in dem Dichtungssteg eingeschlossen ist, liegt gewöhnlich erheblich unterhalb des hohen Fluiddruckes, der an dem Auslasskanal vorherrscht. Daher steigt der Fluiddruck darin schnell auf den hohen Fluiddruck an, der in dem Auslasskanal vorherrscht, wenn nachfolgende Pumpenkammern eine Überlappung mit dem oberstromigen Ende des Auslasskanals erreichen. Die resultierenden regelmäßigen Pulse in dem Fluid in dem Auslasskanal und in dem Fluidsystem, das damit verbunden ist, bilden eine potentielle Quelle für ein Pumpengeräusch mit tonalem Charakter, d.h. ein Geräusch, das bei einer diskreten Frequenz und möglicherweise ganzzahligen Vielfachen dieser Frequenz, die als Harmonische bezeichnet werden, konzentriert ist. Bei rotierenden Verdrängerflügelzellenpumpen ist es bekannt, ein derartiges Geräusch dadurch zu unterdrücken, dass der Trennwinkel zwischen zumindest einigen der Flügel variiert wird, um den Frequenzgehalt der Pulse zu ändern. Diese Methode ist nicht allgemein auf alle Rotationskolbenpumpen anwendbar, beispielsweise Gerotorpumpen und Zahnradpumpen. Folglich sind Hersteller auf der Suche nach verbesserten Rotationskolbenpumpen.

Die JP 63-131 878 A beschreibt eine Rotationskolbenpumpe für Öl, bei der ein Kanal zwischen einem Auslasskanal und einer Pumpenkammer angeordnet ist, um in der Pumpenkammer Blasen im Öl zu verteilen und zu zerkleinern, so dass dadurch Kavitation verhindert wird.

Aus der DE 197 46 505 C2 ist eine Innenzahnradpumpe mit Pumpenkammern bekannt, bei der im Pumpendeckel ein Paar von bogenförmigen Entlastungskanälen angeordnet ist. Die Entlastungskanäle verbinden jeweils einen Einlasskanal bzw. einen Auslasskanal mit einer Pumpenkammer, um den Fluiddruck in dieser Pumpenkammer zu reduzieren und einen kontrollierten Leckstrom zu bewirken.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotationskolbenpumpe bereitzustellen, bei der die Pumpgeräusche vermindert sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Figuren sowie den Unteransprüchen beschrieben.

Diese Erfindung betrifft eine neue und verbesserte Rotationskolbenpumpe mit einem Gehäuse, das eine Innenkammer und Einlass- und Auslasskanäle aufweist, die die Innenkammer überschneiden, einem Dichtungssteg an dem Gehäuse zwischen einem unterstromigen Ende des Einlasskanals und einem oberstromigen Ende des Auslasskanals und einer rotierenden Gruppe in der Innenkammer, die eine Vielzahl von Pumpenkammern definiert. Die Pumpenkammern laufen nacheinander durch und übertragen Fluid von dem Einlasskanal zu dem Auslasskanal und sind in dem Dichtungssteg abgeschlossen abgedichtet, um einen Rückfluss zu verhindern. Das Gehäuse weist einen stationären Druckausgleichskanal bzw. Vorladedurchgang auf, der mit dem Auslasskanal in Verbindung steht und mit dem Dichtungssteg überlappt. Die rotierende Gruppe umfasst eine Vielzahl von rotierenden Druckausgleichskanälen bzw. Vorladedurchgängen, die mit jeweiligen der Pumpenkammern in Verbindung stehen. Da jeder rotierende Druckausgleichskanal eine Überlappung mit dem stationären Druckausgleichskanal erzielt, steigt der niedrige Druck des Fluides, der in der entsprechenden Pumpenkammer eingeschlossen ist, die in dem Dichtungssteg abgeschlossen abgedichtet ist, schnell an und bewirkt einen Puls in dem Fluid in dem Auslasskanal und in dem Fluidsystem, das mit dem Auslasskanal verbunden ist. Der Trennwinkel zwischen den rotierenden Druckausgleichskanälen ist auf zufällige Art und Weise ungleich, so dass die Abstände zwischen den entsprechenden Pulsen unregelmäßig sind. Die Unregelmäßigkeit der Abstände zwischen den Pulsen unterdrückt ein tonales Pumpengeräusch.

1 ist eine schematische Draufsicht auf eine typische Rotationskolbenpumpe vom Gerotor-Typ nach dem Stand der Technik.
2 ist eine Schnittansicht allgemein entlang der Ebene, die durch Linien 2-2 in 1 gezeigt ist.
3 ist eine schematische Draufsicht auf eine Rotationskolbenpumpe gemäß dieser Erfindung in einer Gerotorpumpenanwendung.
4 ist eine Schnittansicht allgemein entlang der Ebene, die durch Linien 4-4 in 3 gezeigt ist.
5 ist eine bruchstückhafte schematische Draufsicht auf eine modifizierte Rotationskolbenpumpe gemäß dieser Erfindung in einer Gerotorpumpenanwendung.
6 ist eine bruchstückhafte schematische Draufsicht auf eine zweite modifizierte Rotationskolbenpumpe gemäß dieser Erfindung in einer Gerotorpumpenanwendung.
7 ist eine schematische Draufsicht auf eine Rotationskolbenpumpe gemäß dieser Pumpe in einer Flügelzellenpumpenanwendung.
Wie in den 1-2 gezeigt ist, umfasst eine typische Rotationskolbenpumpe 10 vom Gerotor-Typ ein stationäres Gehäuse 12 mit einer Innenkammer 14 darin. Die Innenkammer umfasst eine zylindrische Außenwand 16 und ein Paar flacher Endwände 18A, 18B. Eine rotierende Gruppe 20 der Rotationspumpe ist in der Innenkammer 14 angeordnet und umfasst einen Außenring 22 und einen Innenring 24. Die Außenwand 16 lagert den Außenring 22 in der Innenkammer drehbar um eine Achse im geometrischen Zentrum der Außenwand. Der Innenring 24 ist in der Innenkammer in dem Außenring 22 durch eine schematisch dargestellte Antriebswelle 26 für eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn, 1, um eine zweite Achse gelagert, die parallel zu der ersten Achse und getrennt von dieser angeordnet ist.
Die Innenkammer 14 überschneidet sich mit einem bogenförmigen Einlasskanal 28 und mit einem bogenförmigen Auslasskanal 30 in der Endwand 18A. In Drehrichtung des Innenringes 24 entgegen dem Uhrzeigersinn weist der Einlasskanal 28 ein unterstromiges Ende 32 auf, und der Auslasskanal 30 weist ein oberstromiges Ende 34 auf. Die Endwände 18A, 18B wirken zusammen, um an dem Gehäuse einen Dichtungssteg 36 zwischen den unterstromigen bzw. oberstromigen Enden 32, 34 der Einlass- und Auslasskanäle zu definieren. Der Innenring 24 weist eine Vielzahl von "N" auswärts weisenden Zähnen 38 auf. Der Außenring 22 weist eine Vielzahl von (N+1) einwärts weisenden Zähnen 40 auf. Die auswärts weisenden Zähne 38 kämmen mit den einwärts weisenden Zähnen 40 gegenüberliegend dem Dichtungssteg 36, um einen Rückfluss von dem Auslasskanal zu dem Einlasskanal zu verhindern und eine Drehung des Außenringes entgegen dem Uhrzeigersinn gleichzeitig mit einer Drehung der Innenringes entgegen dem Uhrzeigersinn zu bewirken. Die auswärts und einwärts weisenden Zähne 38, 40 wirken ferner zusammen, um dazwischen eine Vielzahl von Pumpenkammern 42 zu definieren, die während einer Drehung der rotierenden Gruppe nacheinander in regelmäßigen Abständen über den Einlasskanal 28, den Dichtungssteg 36 und den Auslasskanal 30 laufen.
Der Einlasskanal 28 ist mit einer Fluidquelle, nicht gezeigt, unter atmosphärischem Druck verbunden. Der Auslasskanal 30 ist mit einem Fluidsystem, nicht gezeigt, verbunden, das darin einen Druckregler aufweist. Jede Pumpenkammer 42 füllt sich mit Fluid, wenn sie den Einlasskanal überquert, überquert den Dichtungssteg und treibt Fluid aus, wenn sie den Auslasskanal überquert. Die Pumpenkammern, die sich vollständig innerhalb des Dichtungsstegs 36 befinden, sind relativ zueinander und zu den Einlass- und Auslasskanälen an jeweiligen tangentialen Grenzflächen zwischen den einwärts und auswärts weisenden Zähnen abgeschlossen abgedichtet. Die Pumpenkammern übertragen somit Fluid von dem Einlass- zu dem Auslasskanal, um einen gut geregelten Fluiddruck in dem Auslasskanal und in dem damit in Verbindung stehenden Fluidsystem zu entwickeln.
Der Druck des Fluides, das in den Pumpenkammern eingeschlossen ist, die in dem Dichtungssteg 36 abgeschlossen abgedichtet sind, liegt typischerweise gut unterhalb des hohen Fluiddruckes, der in dem Auslasskanal und in dem mit dem Auslasskanal in Verbindung stehenden Fluidsystem vorherrscht. Somit steigt der Fluiddruck darin im wesentlichen augenblicklich auf den hohen Fluiddruck an, der in dem Auslasskanal vorherrscht, wenn jede Pumpenkammer, die in dem Dichtungssteg abgeschlossen abgedichtet ist, eine Überlappung mit dem oberstromigen Ende 34 des Auslasskanals erzielt. Ein derartiger schneller Anstieg des Fluiddruckes bewirkt einen Puls in dem Fluid in dem Auslasskanal und in dem damit in Verbindung stehenden Fluidsystem. Da die Pumpenkammern 42 nacheinander in regelmäßigen Abständen über den Dichtungssteg laufen, wiederholen sich die vorher erwähnten Pulse in regelmäßigen Abständen und bilden eine potentielle Quelle eines störenden Pumpengeräusches mit einem tonalen Charakter, d.h. einem Geräusch, das bei einer diskreten Frequenz und möglicherweise ganzzahligen Vielfachen dieser Frequenz, die als Harmonische bezeichnet werden, konzentriert ist.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, umfasst eine schematisch dargestellte Rotationskolbenpumpe 44 vom Gerotor-Typ gemäß dieser Erfindung eine Vielzahl von Bauelementen, die im wesentlichen identisch mit der Gerotorpumpe 10 nach dem Stand der Technik sind, die oben beschrieben ist, und die in den 3–4 durch Bezugszeichen mit Strichindex bezeichnet sind. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Bauelementen umfasst die Rotationspumpe 44 gemäß dieser Erfindung ferner eine Nut 46 in der Endwand 18A' der Innenkammer, die sich mit dem Auslasskanal 30' überschneidet und mit diesem in Verbindung steht und an einem geschlossenen Ende 48 in dem Winkelbereich des Dichtungssteges 36' endet. Die Nut 46 wirkt mit einer Seite 50 des Innenringes 24' zusammen, um einen stationären Druckausgleichskanal 52 an dem Gehäuse 12' zu definieren, der sich mit dem Auslasskanal und dem Dichtungssteg überlappt. Der stationäre Druckausgleichskanal ist radial einwärts des Grundkreises der auswärts weisenden Zähne 38' an dem Innenring angeordnet, so dass der stationäre Druckausgleichskanal von den Pumpenkammern 42' in dem Dichtungssteg 36' isoliert ist.
Die Seite 50 des Innenringes 24' ist durch eine Vielzahl radialer Nuten 54 unterbrochen, von denen jede eine Pumpenkammer 42' überschneidet und an einem geschlossenen Ende 56 einwärts des Grundkreises der nach außen weisenden Zähne 38' endet. Die radialen Nuten 54 wirken mit der Endwand 18A' der Innenkammer zusammen, um eine Vielzahl von rotie renden Druckausgleichskanälen 58 zu definieren. Es ist wichtig, dass die rotierenden Druckausgleichskanäle voneinander um den Ring 24' auf zufällige Art und Weise voneinander getrennt sind, wie durch die ungleichen Trennwinkel Θ₁, Θ₂ schematisch gezeigt ist.
Die stationären und rotierenden Druckausgleichskanäle 52, 58 wirken zusammen, um den Auslasskanal mit nachfolgenden Pumpenkammern, während diese in dem Dichtungssteg abgeschlossen und immer noch abgedichtet sind, in unregelmäßigen Abständen zu verbinden. Das bedeutet, dass der Fluiddruck darin niedrig bleibt, wenn jede Pumpenkammer 42' den Dichtungssteg 36' überquert, bis der entsprechende rotierende Druckausgleichskanal 58 eine Überlappung mit dem stationären Druckausgleichskanal erzielt. Diese Überlappung erfolgt, bevor die entsprechende Pumpenkammer das oberstromige Ende 34' des Auslasskanals überlappt und eine Verbindung zwischen der Pumpenkammer und dem Auslasskanal herstellt. Zu diesem Zeitpunkt steigt der Fluiddruck in der Pumpenkammer schnell auf den hohen Druck in dem Auslasskanal an und bewirkt einen Puls in dem Fluid in dem Auslasskanal und in dem damit in Verbindung stehenden Fluidsystem.
Der vorher erwähnte schnelle Anstieg des Fluiddruckes in jeder nachfolgenden Pumpenkammer 42' bewirkt einen entsprechenden Puls in dem Fluid in dem Auslasskanal und dem damit in Verbindung stehenden Fluidsystem. Wenn sich die rotierende Gruppe mit einer konstanten Drehzahl dreht, werden die Abstände zwischen nachfolgenden Pulsen durch die Winkelabstände zwischen den nachfolgenden rotierenden Druckausgleichskanälen bestimmt. Da diese Winkelabstände auf zufällige Art ungleich sind, treten die Pulse mit zufälligen Abständen während jeder Um drehung der rotierenden Gruppe auf. Demgemäss ist die Quelle für ein tonales Pumpengeräusch in der Rotationspumpe 10 nach dem Stand der Technik, die zu derartigen in regelmäßigen Abständen auftretenden Pulsen beiträgt, in der Rotationspumpe 44 gemäß dieser Erfindung erheblich verringert oder beseitigt. Aus dem Vorhergehenden wird offensichtlich, dass die Unterdrückung für tonales Geräusch dadurch bewirkt werden kann, dass die Anzahl rotierender Druckausgleichskanäle 58 an der rotierenden Gruppe kleiner als die Anzahl von Pumpenkammern ist, die durch die rotierende Gruppe definiert sind. Es ist ferner offensichtlich, dass der stationäre Druckausgleichskanal funktionell durch eine Verlängerung jedes rotierenden Druckausgleichskanals ersetzt werden könnte, die von der entsprechenden Pumpenkammer in Richtung der Drehung der rotierenden Gruppe nach vorn reicht.
Eine modifizierte Rotationskolbenpumpe 60 vom Gerotor-Typ gemäß dieser Erfindung ist in 5 bruchstückhaft gezeigt und ist identisch mit der Rotationspumpe 44 gemäß dieser Erfindung, die oben beschrieben ist; mit Ausnahme der Orte der stationären und rotierenden Druckausgleichskanäle. Genauer umfasst die modifizierte Rotationspumpe 60 eine Nut 62 in der Endwand 18A' der Innenkammer, die sich mit dem Auslasskanal 30' überschneidet und mit diesem in Verbindung steht und an einem geschlossenen Ende 64 in dem Winkelbereich des Dichtungssteges 36' endet. Die Nut 62 wirkt mit einer zu dieser weisenden Seite des Außenringes 22' zusammen, um einen stationären Druckausgleichskanal 66 an dem Gehäuse 12' zu definieren, der den Auslasskanal und den Dichtungssteg radial außerhalb des Grundkreises der einwärts weisenden Zähne 40' überlappt.
Die vorher erwähnte hinweisende Seite des Außenringes 22' ist durch eine Vielzahl radialer Nuten 68 unterbrochen, von denen sich jede mit einer Pumpenkammer 42' überschneidet und an einem geschlossenen Ende 70 außerhalb des Grundkreises der einwärts weisenden Zähne 40' endet. Die radialen Nuten 68 wirken mit der Endwand 18A' der Innenkammer zusammen, um eine Vielzahl von rotierenden Druckausgleichskanälen 72 zu definieren, die um den Außenring herum auf zufällige Art und Weise durch einen Winkel voneinander getrennt sind. Die stationären und rotierenden Druckausgleichskanäle 66, 72 wirken zusammen, wie oben beschrieben ist, um ein tonales Pumpengeräusch dadurch zu unterdrücken, dass die Regelmäßigkeit der Pulse, die auf den schnell ansteigenden Druck in nachfolgenden der Pumpenkammern 42' in dem Dichtungssteg 36' zurückführbar sind, in dem Fluid in dem Auslasskanal und in dem damit in Verbindung stehenden Fluidsystem unterbrochen wird.
Eine zweite modifizierte Rotationskolbenpumpe 74 vom Gerotor-Typ gemäß dieser Erfindung ist in 6 bruchstückhaft gezeigt und kombiniert bauliche Merkmale der Rotationspumpen 44, 60 gemäß dieser Erfindung, wie oben beschrieben ist. D.h. die Rotationspumpe 74 umfasst einen inneren stationären Druckausgleichskanal 76 und einen äußeren stationären Druckausgleichskanal 78, von denen jeder mit dem Auslasskanal 30' der Pumpe in Verbindung steht und den Dichtungssteg 36' zwischen dem Auslasskanal und dem Einlasskanal 28' überlappt. Der Außenring 22' umfasst eine Vielzahl von auf zufällige Art durch einen Winkel getrennten, äußeren rotierenden Druckausgleichskanälen 80, die die Pumpenkammern 42' überschneiden. Der Innenring 24' umfasst eine Vielzahl von auf zufällige Art durch einen Winkel getrennten, inneren rotierenden Druckausgleichskanälen 82, die sich in ähnlicher Weise mit den Pumpenkammern 42' überschneiden.
Der Fluiddruck von nachfolgenden Pumpenkammern 42' in dem Dichtungssteg 36' steigt auf den Fluiddruck an, der in dem Auslasskanal vorherrscht, wenn der erste der inneren und äußeren rotierenden Druckausgleichskanäle 82, 80, der damit verbunden ist, mit dem entsprechenden inneren und äußeren stationären Druckausgleichskanal 76, 78 überlappt. Wie oben beschrieben ist, treten die entsprechenden Pulse in dem Fluid in dem Auslasskanal und in dem damit in Verbindung stehenden Fluidsystem aufgrund der zufälligen Trennwinkel zwischen den rotierenden Druckausgleichskanälen in unregelmäßigen Abständen auf. Zusätzlich ändern sich die Paare innerer und äußerer rotierender Druckausgleichskanäle 82, 80, die mit jeder Pumpenkammer verbunden sind, in nachfolgenden Umdrehungen der rotierenden Gruppe, da sich der äußere Ring 22' zu dem inneren Ring 24' als Folge der Differenz zwischen der Anzahl von einwärts und auswärts weisenden Zähnen 40', 38' an den Ringen relativ dreht. Das zufällige Auftreten der Pulse, das durch die stationären und rotierenden Druckausgleichskanäle erzeugt wird, geht somit über jede Umdrehung der rotierenden Gruppe der zweiten modifizierten Rotationspumpe 74 hinaus.
In 7 ist schematisch eine Rotationskolbenpumpe 84 gemäß dieser Erfindung in einer Flügelzellenpumpenanwendung gezeigt. Da die Pumpe 84 auf gegenüberliegenden Seiten einer Zentralebene 86 symmetrisch ist, ist nur eine Beschreibung einer Seite der Pumpe weiter unten vorgesehen und zum angemessenen Verständnis des Aufbaues und des Betriebs der Pumpe erforderlich. Die Rotationspumpe 84 umfasst ein stationäres Ge häuse 88 mit einer Innenkammer 90 darin, die durch eine ovale Außenwand 92 und ein Paar gegenüberliegender Endwände, nicht gezeigt, definiert ist, die die Innenkammer schließen. Eine rotierende Gruppe 94 ist in der Innenkammer 90 angeordnet und umfasst einen Rotor 96, der an dem Gehäuse für eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn um eine Achse im geometrischen Zentrum der Innenkammer gelagert ist. Eine Vielzahl von Flügeln 98 ist an dem Rotor für eine radiale Hin- und Herbewegung in einer entsprechenden Vielzahl von Schlitzen gelagert, die mit gleichem Winkel um den Rotor beabstandet sind. Die Flügel 98 liegen an der ovalen Außenwand 92 an und definieren dazwischen eine Vielzahl von Pumpenkammern 100, die sich mit dem Rotor entgegen dem Uhrzeigersinn drehen.
Eine der Endwände der Innenkammer 90 ist durch einen bogenförmigen Einlasskanal 102 und durch einen bogenförmigen Auslasskanal 104 überschnitten. In Richtung der Drehung des Rotors 96 weist der Einlasskanal 102 ein unterstromiges Ende 106 und der Auslasskanal 104 ein oberstromiges Ende 108 auf, das von dem unterstromigen Ende des Einlasskanals durch einen Dichtungssteg 110 an dem Gehäuse getrennt ist. Der Einlasskanal 102 ist mit einer Quelle für Fluid, nicht gezeigt, unter atmosphärischem Druck verbunden. Der Auslasskanal 104 ist mit einem Fluidsystem, nicht gezeigt, verbunden, das darin einen Druckregler aufweist. Jede Pumpenkammer 100 füllt sich mit Fluid, wenn sie den Einlasskanal überquert, überquert den Dichtungssteg und treibt Fluid aus, wenn sie den Auslasskanal überquert. Die Pumpenkammern, die vollständig innerhalb des Dichtungssteges 110 liegen, sind relativ zueinander und zu den Einlass- und Auslasskanälen abgeschlossen abgedichtet. Die Pumpenkammern übertragen somit Fluid von dem Einlasskanal zu dem Auslasskanal, um einen gut geregelten Fluiddruck in dem Auslasskanal und in dem damit in Verbindung stehenden Fluidsystem zu entwickeln.
Die Rotationspumpe 84 umfasst ferner eine schematisch dargestellte Nut 112 in der Endwand der Innenkammer 90, die den Auslasskanal überschneidet und mit diesem in Verbindung steht und an einem geschlossenen Ende in dem Winkelbereich des Dichtungssteges 110 endet. Die Nut 112 wirkt mit der zu dieser weisenden Seite des Rotors 96 zusammen, um einen stationären Druckausgleichskanal 114 an dem Gehäuse 88 zu definieren, der den Auslasskanal und den Dichtungssteg radial einwärts des Außendurchmessers des Rotors überlappt. Der Rotor 96 umfasst eine Vielzahl von auf zufällige Art durch einen Winkel beabstandeten Nuten 116 in seiner Seite, die zu dem stationären Druckausgleichskanal weisen. Jede Nut 116 überschneidet eine entsprechende Pumpenkammer 100 und endet an einem geschlossenen Ende. Die Nuten 116 wirken mit der zu diesen weisenden Endwand der Innenkammer zusammen, um eine Vielzahl von rotierenden Druckausgleichskanälen 118 zu definieren, die mit der rotierenden Gruppe drehen.
Die stationären und rotierenden Druckausgleichskanäle 114, 118 wirken zusammen, um den Auslasskanal 104 mit nachfolgenden Pumpenkammern 100 in unregelmäßigen Abständen zu verbinden, während diese immer noch in dem Dichtungssteg 110 abgedichtet sind. D.h. dass der Fluiddruck darin niedrig bleibt, wenn jede Pumpenkammer 100 den Dichtungssteg 110 überquert, bis der entsprechende rotierende Druckausgleichskanal 118 eine Überlappung mit dem stationären Druckausgleichskanal erzielt. Diese Überlappung erfolgt, bevor die entsprechende Pumpenkammer das oberstromige Ende 108 des Auslasskanals überlappt, und stellt eine Verbindung zwischen der Pumpenkammer und dem Auslasskanal her. Zu diesem Zeitpunkt steigt der Fluiddruck in der Pumpenkammer schnell auf den hohen Druck in dem Auslasskanal an und bewirkt einen Puls in dem Fluid in dem Auslasskanal und in dem damit in Verbindung stehenden Fluidsystem.
Der vorher erwähnte schnelle Anstieg des Fluiddruckes in jeder nachfolgenden Pumpenkammer 100 bewirkt einen entsprechenden Puls in dem Fluid in dem Auslasskanal und dem damit in Verbindung stehenden Fluidsystem. Wenn die rotierende Gruppe mit konstanter Drehzahl rotiert, werden die Abstände zwischen nachfolgenden Pulsen durch die Winkelabstände zwischen nachfolgenden rotierenden Druckausgleichskanälen 118 bestimmt. Da diese Winkelabstände auf zufällige Art ungleich sind, treten die Pulse in zufälligen Abständen während jeder Umdrehung der rotierenden Gruppe auf. Demgemäss ist die Quelle für tonales Pumpengeräusch in der Rotationspumpe 10 nach dem Stand der Technik, die zu derartigen mit regelmäßigen Abständen auftretenden Pulsen beiträgt, in der Rotationspumpe 84 gemäß dieser Erfindung erheblich verringert oder beseitigt. Aus dem Vorhergehenden wird offensichtlich, dass die tonale Geräuschunterdrückung dadurch bewirkt werden kann, dass die Anzahl rotierender Druckausgleichskanäle 118 an der rotierenden Gruppe kleiner als die Anzahl von Pumpenkammern ist, die durch die rotierende Gruppe definiert sind. Es ist ferner offensichtlich, dass der stationäre Druckausgleichskanal funktionell durch eine Verlängerung jedes rotierenden Druckausgleichskanals ersetzt werden könnte, die von der entsprechenden Pumpenkammer in Richtung der Drehung der rotierende Gruppe nach vorn reicht.
Zusammengefasst umfasst eine Rotationskolbenpumpe ein Gehäuse mit einer Innenkammer und Einlass- und Auslasskanälen, einen Dichtungssteg an dem Gehäuse zwischen einem unterstromigen Ende des Einlasskanals und einem oberstromigen Ende des Auslasskanals und eine rotierende Gruppe in der Innenkammer, die eine Vielzahl von Pumpenkammern definiert. Die Pumpenkammern überqueren nacheinander und in regelmäßigen Abständen den Einlasskanal, den Dichtungssteg und den Auslasskanal. Das Gehäuse weist einen stationären Druckausgleichskanal auf, der mit dem Auslasskanal in Verbindung steht und den Dichtungssteg überlappt. Die rotierende Gruppe umfasst eine Vielzahl rotierender Druckausgleichskanäle, die mit jeweiligen der Pumpenkammern in Verbindung stehen. Wenn jeder rotierende Druckausgleichskanal eine Überlappung mit dem stationären Druckausgleichskanal erreicht, steigt der niedrige Druck des Fluides, das in der entsprechenden Pumpenkammer eingeschlossen ist, die in dem Dichtungssteg abgeschlossen abgedichtet ist, schnell an und bewirkt einen Puls in dem Fluid in dem Auslasskanal und in dem Fluidsystem, das mit dem Auslasskanal verbunden ist. Der Trennwinkel zwischen den rotierenden Druckausgleichskanälen ist auf zufällige Art ungleich, so dass die Abstände zwischen Pulsen unregelmäßig sind. Die unregelmäßigen Abstände zwischen den Pulsen unterdrücken ein tonales Pumpengeräusch.

Claims

Rotationskolbenpumpe mit: einem Gehäuse (12', 88) mit einer Innenkammer (14', 90), in die ein Einlasskanal (28', 102) und ein Auslasskanal (30', 104) mündet, einem Dichtungssteg (36', 110) an dem Gehäuse (12', 88), der den Einlasskanal (28', 102) von dem Auslasskanal (30, 104') trennt, einer rotierenden Gruppe (20', 94) in der Innenkammer (14', 90), die eine Vielzahl von Pumpenkammern (42', 100) definiert, die während einer Drehung der rotierenden Gruppe (20', 94) in regelmäßigen Abständen nacheinander den Einlasskanal (28', 102), den Dichtungssteg (36', 110) und den Auslasskanal (30', 104) überqueren und die in dem Dichtungssteg (36', 110) während dessen Überquerung abgeschlossen abgedichtet sind, und einem Druckausgleichsmittel, das dazu dient, eine Fluidverbindung zwischen dem Auslasskanal (30', 104) und einer Pumpenkammer (42', 100) herzustellen, die in dem Dichtungssteg (36', 110) abgeschlossen abgedichtet ist, um dadurch den Fluiddruck in dieser Pumpenkammer auf den Fluiddruck zu erhöhen, der in dem Auslasskanal (30', 104) vorherrscht, bevor diese Pumpenkammer den Auslasskanal (30', 104) überquert, wobei das Druckausgleichsmittel umfasst: einen stationären Druckausgleichskanal (52, 66, 76, 78, 114) an dem Gehäuse (12', 88), der an einem Ende mit dem Auslasskanal (30', 104) in Verbindung steht und an seinem anderen Ende in dem Winkelbereich, der durch den Dichtungssteg (36', 110) definiert ist, entfernt von den Pumpenkammern (42', 100) endet, die in dem Dichtungssteg (36', 110) abgeschlossen abgedichtet sind, und mehrere rotierende Druckausgleichskanäle (58, 72, 80, 82, 118) an der rotierenden Gruppe (20', 94), die mit jeweiligen einzelnen der Vielzahl von Pumpenkammern (42', 100) in Verbindung stehen, wobei jeder rotierende Druckausgleichskanal (58, 72, 80, 82, 118) mit dem stationären Druckausgleichskanal (52, 66, 76, 78, 114) überlappt, während die zugehörige Pumpenkammer (42', 100) in dem Dichtungssteg (36', 110) abgeschlossen abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierenden Druckausgleichskanäle (58, 72, 80, 82, 118) in Umfangsrichtung durch ungleiche Trennwinkel (Θ₁, Θ₂) voneinander beabstandet sind.
Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende Gruppe (20') umfasst: einen Innenring (24') mit einer Vielzahl von N auswärts weisenden Zähnen (38'), der an dem Gehäuse (12') um eine erste Achse drehbar gelagert ist, und einen Außenring (22') um den Innenring (24') mit einer Vielzahl von N+1 einwärts weisenden Zähnen (40'), der an dem Gehäuse (12') um eine zweite Achse drehbar gelagert ist, die parallel zu der ersten Achse und von dieser getrennt vorgesehen ist, wobei die auswärts weisenden Zähne (40') mit den einwärts weisenden Zähnen (38') gegenüberliegend dem Dichtungssteg (36') kämmen, um den Einlasskanal (28') von dem Auslasskanal (30') zu trennen und eine Drehung des Außenringes (22') gleichzeitig mit einer Drehung des Innenringes (24') zu bewirken, und wobei die einwärts weisenden Zähne (38') mit den auswärts weisenden Zähnen (40') zusammenwirken, um die Pumpenkammern (42') zu definieren.
Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierenden Druckausgleichskanäle (58, 72, 80, 82) an dem Innenring (24') oder dem Außenring (22') angeordnet sind.
Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Druckausgleichskanal umfasst: einen inneren stationären Druckausgleichskanal (76), der radial einwärts und entfernt von den Pumpenkammern (42') endet, die in dem Dichtungssteg (36') abgeschlossen abgedichtet sind, und einen äußeren stationären Druckausgleichskanal (78), der radial auswärts und entfernt von den Pumpenkammern (42') endet, die in dem Dichtungssteg (36') abgeschlossen abgedichtet sind, und dass der rotierende Druckausgleichskanal umfasst: eine Vielzahl von inneren rotierenden Druckausgleichskanälen (82) an dem Innenring (24'), die einzeln mit den Pumpenkammern (42') in Verbindung stehen und an geschlossenen Enden radial einwärts der jeweiligen Pumpenkammer (42') enden, und eine Vielzahl von äußeren rotierenden Druckausgleichskanälen (80) an dem Außenring (22'), die einzeln mit den Pumpenkammern (42') in Verbindung stehen und an geschlossenen Enden radial auswärts der jeweiligen Pumpenkammer (42') enden, so dass in jede Pumpenkammer (42') ein innerer und ein äußerer rotierender Druckausgleichskanal (80, 82) mündet, wobei einer der inneren und äußeren rotierenden Druckausgleichskanäle (80, 82) mit den entsprechenden inneren und äußeren stationären Druckausgleichskanälen (76, 78) überlappt, während die Pumpenkammer (42') in dem Dichtungssteg (36') abgeschlossen abgedichtet ist.
Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende Gruppe (94) umfasst: eine ovale Wand um die Innenkammer (90) in dem Gehäuse (88), einen Rotor (96) mit einer Vielzahl von mit gleichem Winkel beabstandeten radialen Schlitzen darin, der an dem Gehäuse (88) in der Innenkammer (90) drehbar um eine Achse im geometrischen Zentrum der ovalen Außenwand (92) gelagert ist, und eine Vielzahl von Flügeln (98), die in jeweiligen der radialen Schlitze in dem Rotor (96) für eine radiale Hin- und Herbewegung und Anlage an die ovale Außenwand (92) gelagert sind, um dazwischen eine Vielzahl von Pumpenkammern (100) zu definieren, die während einer Drehung des Rotors (96) in regelmäßigen Abständen nacheinander den Einlasskanal (102), den Dichtungssteg (110) und den Auslasskanal (104) überqueren und die in dem Dichtungssteg (110) während dessen Überquerung abgeschlossen abgedichtet sind.
Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierenden Druckausgleichskanäle (118) an dem Rotor (96) angeordnet sind.