DE1553282C3

DE1553282C3 - Rotationskolbenmaschine, Insbesondere Rotationskolbenpumpe

Info

Publication number: DE1553282C3
Application number: DE1553282A
Authority: DE
Inventors: Erich 7071 Strassdorf Eichele; Georg Kehrer; Paul Von Weichs
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1963-07-05
Filing date: 1963-07-05
Publication date: 1975-05-22
Also published as: CH425475A; DE1553282B2; GB1065272A; DE1553282A1; NL6407608A; SE312076B; NL139113B; AT251427B; US3311064A

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine, insbesondere Rotationskolbenpumpe, mit einem Kurvenring, einem darin angeordneten, radial bewegliche Arbeitsschieber aufweisenden, zylindrischen Rotor und mit zwei beidseitig durch Förderbzw. Hochdruckbeaufschlagung auf ihren Rückseiten dichtend gegen die Rotorseitenflächen und gegen die Stirnflächen des Kurvenringes gedrückten axial verschiebbaren Andrückplatten, welche zusammen mit dem Kurvenring in entsprechende Bohrungsabschnitte eines äußeren Gehäuses eingesetzt und dort an ihren Umfangsflächen zentriert sind.

Bei einer bekannten Rotationskolbenmaschine der genannten Art (s. die USA.-Patentschrift 2 787 959) mit zwei Andrückplatten weisen diese gleich große vom Förderdruck beaufschlagte rückwärtige Flächen

ίο auf und liegen mit axialem Spiel zwischen zwei mit dem Gehäuse fest verbundenen und den Gehäuseinnenraum dichtend abschließenden Kopfplatten. Infolge des axialen Spiels der Andrückplatten können sich diese zusammen mit dem Kurvenring seitlich verschieben und dadurch könnte ein axiales Hin- und Herschieben der genannten Teile auftreten. Bei einer anderen bekannten Drehkolbenpumpe (s. die USA.-Patentschrift 2 189 969) sind zwei axial verschiebliche, buchsenförmige Andrückplatten zusammen mit dem Rotor in eine durchgehende Gehäusebohrung eingesetzt, welche zugleich die Förderraumumfangswand bildet. Die nur gegen den Rotor gedrückten, im Durchmesser der Gehäusebohrung angepaßten Andrückbuchsen werden lediglich durch entsprechende Wellenlager am axialen »Wandern« zusammen mit dem Rotor gehindert.

Ferner ist ein Drehkolbenverdichter mit in einem Drehkolben radial und axial verschiebbaren Flügeln und seitlich an beiden Seiten der Flügel anliegenden Dichtungsscheiben bekannt (s. die deutsche Patentschrift 455 543). Seitliche Federn stützen das aus Flügeln und Dichtungsscheiben gebildete Paket in axialer Richtung ab. Auch hier wird ein seitliches Verschieben von Rotor und Dichtscheiben nur durch die Wellenlager verhindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das durch den Kurvenring und die beiden Andrückplatten gebildete innere Pumpengehäuse ständig in einer bestimmten Lage zu halten, so daß ein axiales Hin- und Herschieben dieser Teile vermieden wird. Dabei sollen sich diese Teile ständig gegen eine Anschlagstelle eines stabilen äußeren Gehäuseteils und nicht etwa gegen einen leichten Seitendeckel abstützen. Auch soll erreicht werden, daß beide Andrückplatten in geringem Maße durchgebogen werden können und sich je nach der Höhe des Förderdrucks mehr oder weniger dichtend an Rotor und Kurvenring anlegen. Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Maschine der eingangs genannten Art die erste Andrückplatte mit ihrem äußeren Randteil gegen eine ringförmige Schulter im äußeren Gehäuse anliegt, daß der dem Förder- bzw. Hochdruck ausgesetzte rückseitige Flächenteil dieser Andrückplatte kleiner ist als die dem Hochdruck ausgesetzte rückseitige Fläche der zweiten Andrückplatte, so daß im Betrieb nur noch diese zweite Andrückplatte axial verschieblich bleibt und dabei den Rotor und den Kurvenring gegen die erste Andrückplatte drückt. Der Kurvenring legt sich also kraftschlüssig gegen die erste Andrückplatte. Diese stützt sich gegen eine Schulter eines äußeren Gehäuseteils ab, welches an dieser Stelle stabil ausgebildet werden kann. Auf diese Art wird ein axiales Verschieben des inneren Gehäuses und des Rotors vermieden.

Durch geeignete Formgebung der Andrückplatten und durch zwischen ihnen und dem Rotor vorhandenem axialen Spiel wird außerdem erreicht, daß die Andrückplatten sich durchbiegen können. Durch

eine solche Durchbiegung kann das Stirnspiel des Rotors in Abhängigkeit vom Förderdruck veränderlich gemacht werden, so daß der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe über einen großen Druckbereich konstant ist.

Wenn kaltes Öl gefördert wird, können die Pumpenteile axial ausweichen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß in an sich bekannter Weise ein in den Gehäusehohlraum hineinragender Kragen des äußeren Gehäuses einen Ansatz an der sich an der Schulter des äußeren Gehäuses abstützenden ersten und dabei antriebsseitigen Andrückplatte umgreift, wobei eine zwischen dem Kragen und dem Ansatz angeordnete Dichtung den dadurch ringförmigen dem Förder- bzw. Hochdruck der Maschine ausgesetzten rückseitigen Flächenteil dieser ersten Andrückplatte nach innen begrenzt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die beiden Andrückplatten untereinander verschieden dick bemessen. Hierdurch ist es möglich, die Durchbiegungen beider Platten je nach Größe der auf jede Platte wirkenden Andrückkraft in passender Weise, beispielsweise gleich groß zu bemessen. Zweckmäßigerweise sind zur Lagerung der Antriebswelle mindestens zwei Lager vorhanden, von denen eines durch eine Mittelbohrung der ersten und antriebseitigen Andrückplatte gebildet ist.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Drehkolbenpumpe mit den erfindungsgemäßen Merkmalen im Längsschnitt nach der Linie I-IinFig. 2,

F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig.l,

F i g. 3 einen Längsschnitt nach der Linie III-III in Fig.2,

F i g. 4 einen Längsschnitt nach der Linie IV-IV in Fig.2,

F i g. 5 die Zentrierung des Kurvenringes in einem Schnitt nach der Linie V-V in F i g. 1.

In der Zeichnung ist das äußere Gehäuse einer Rotationskolbenpumpe mit 1 bezeichnet. Ein Teil 21 des Gehäuseinnenraumes stellt den Ansaugraum der Pumpe dar. In diesem befindet sich ein Kurvenring 6 und der mit der Antriebswelle 2 verbundene Rotor 3. In Schlitzen 4 des Rotors sind Arbeitsschieber bzw. Flügel 5 radial beweglich geführt. Der konzentrisch zum Rotor 3 liegende Kurvenring 6 besitzt einen ovalen Innenraum, in welchem durch den Rotor 3 und die Flügel zwei Gruppen einander gegenüberliegender Zellen gebildet sind. Zu beiden Seiten des Rotors 3 und des Kurvenringes 6 liegt je eine Andrückplatte 7 und 8. Die Flügel 5 und der Rotor 3 sind etwas schmäler als der Kurvenring 6, so daß sie an den Innenflächen der Andrückplatten nicht reiben. Die Andrückplatten 7 und 8 sind mit ihren Umfangsflächen 9 bzw. 10 in entsprechenden Bohrungsteilen 11 bzw. 12 des Gehäuseinnenraumes zentriert. Der dem Rotor und dem Kurvenring abgewandte rückwärtige Flächenteil 13 der Andrückplatte 7 liegt in einer durch die Abschlußwand 15 des Gehäuseinnenraumes begrenzten Kammer 17, die über öffnungen 45 und 45' (F i g. 2 und 3) der Platte 7 an die Druckseite der Pumpe und über einen Kanal 17" an die Auslaßöffnung 17' (Fig.2 und5) angeschlossen ist. Die rückwärtige Fläche 14 der Andrückplatte 8 liegt in einer Kammer 18, die über Öffnungen 46 und 46' ebenfalls mit der Druckseite der Pumpe verbunden ist. Der Saugraum 21 ist über einen Kanal 21" an die Ansaugöffnung 21' angeschlossen.
In die Druckkammer 18 sind vorgespannte Druckfedern 20 (F i g. 4) eingesetzt, die sich einerseits am Abschlußdeckel 16 abstützen und andererseits in Sacklöcher 20' der Andrückplatte 8 eingreifen und diese gegen den Kurvenring 6 drücken. Die Antriebswelle 2 dreht sich in einem Wälzlager 19 und in einer Bohrung 71 der Andrückplatte 7.

Die Kammern 17 und 18 sind gegenüber dem zum Kurvenring 6 konzentrischen ringförmigen Ansaugraum 21 durch Dichtungen 22 und 23 abgeschlossen.

Die Abdichtung der Kammern 17 und 18 nach außen übernehmen die Dichtungen 24 und 25. Erstere liegt zwischen dem Gehäuse 1 und dem Abschlußdeckel 16. Die Dichtung 25 liegt zwischen einem Ansatz 27 an der Andrückplatte 7 und einem den Ansatz 27 teilweise überdeckenden und in den Gehäuseinnenraum hineinragenden ringförmigen Vorsprung bzw. Kragen 28 der Gehäuseabschluß wand 15. Die beaufschlagbare Fläche 13 der Andrückplatte 7 ist um die Stirnfläche des Ansatzes 27 kleiner als die Fläche 14 der Andrückplatte 8.

Mittels eines in Bohrungen am Kurvenring 6 und den Andrückplatten 7 und 8 und in eine Bohrung 29 im Gehäuse 1 eingreifenden Stiftes 29' (F i g. 3) sind diese Teile am Gehäuse 1 gegen Drehen gesichert und zentriert, wobei die Pumpenglieder eine axiale Bewegung ausführen können. Die Andrückplatte 8, der Rotor 3 und der Kurvenring 6 werden gegen die Andrückplatte 7 gedrückt. An der Gehäuseabschlußwand 15 ist eine ringförmige Schulter 32 gebildet, an die sich die Andrückplatte 7 mit einem Teil ihrer Stirnfläche abstützt. Die Stützkraft ist gleich der Differenz der auf die Flächen 13 und 14 wirkenden Druckkräfte. Durch unterschiedliche Bemessung des Ansatzes 27 kann diese Differenzkraft passend gewählt werden.

Die durch den Kurvenring 6 und den Rotor 3 gebildeten Arbeitskammern weisen Saugzonen 40 und 40' und Druckzonen 41 und 41' auf, die von den Flügeln durchlaufen werden. Die Saugzonen 40 bzw. 40' stehen mit Aussparungen 42 bzw. 42' (F i g. 1 und 5) in Verbindung, die in die rotorseitigen Stirnflächen der Andrückplatten 7 und 8 eingearbeitet sind und in den Saugraum 21 münden. Die durchgehenden Öffnungen 45, 46 und 45', 46' (Fig. 3) der Andrückplatten stehen mit den Druckzonen 41 und 41' in Verbindung und sind gegen die genannten Aussparungen abgeschlossen. Die Öffnungen 46 und 46' in der Andrückplatte 8 stellen dabei eine Verbindung zwischen den Druckzonen 41 bzw. 41' der ZeI-len und der hinteren Druckkammer 18 her und sind über Bohrungen 49 (F i g. 2) im Kurvenring 6 und die Öffnungen 45 und 45' mit der Druckkammer 17 verbunden. Diese ist an den Druckmittelaustritt 17' angeschlossen.

Mittels der Bohrungen 52 und Kanäle 53 in der Andrückplatte 8 wird dem inneren Teil 54 der Schlitze 4 unter den Arbeitsschiebern bzw. Flügeln 5 Druckmittel zugeführt und die Pumpenflügel damit an die Kurvenbahnen des Kurvenringes 6 angedrückt.

Der in den Saugraum 21 hineinragende Teil des Kurvenringes 6 weist im Bereich der Aussparungen 42 und 42' Abschrägungen 26 und 26' auf. Dadurch

wird die Umlenkung des angesaugten Druckmittels in die Saugkammern 40, 40' strömungstechnisch verbessert.

Zwischen dem Lagerschaft der Antriebswelle 2 und dem Kragen 28 des Gehäuses 1 ist eine Wellendichtung 56 angeordnet, die in Verbindung mit der Dichtung 25 einen nach außen schmutzdicht geschlossenen Raum 57 bildet, in dem die Stirnfläche 58 des Ansatzes 27 der Andrückplatte 7 sich befindet. Hinter der Endfläche 59 der Antriebswelle 2 liegt ein Raum 60, der durch Bohrungen 67 und 68 mit dem Raum 57 verbunden ist. Zur Druckentlastung der Räume 57 und 60 ist in die Andrückplatte? ein einerseits in den Saugraum 21 und andererseits in Ringspalte 65 und 69 mündender Verbindungskanal 66 eingearbeitet.

Durch das Gehäusebohrungswandstück 9 und die Bohrung 71 der Andrückplatte 7 wird für die Antriebswelle 2 neben dem axial und radial wirkenden Wälzlager 19 eine weitere Lagerstelle gebildet. Der betreffende Wellenteil 72 ist über die Bohrung 71 hinaus verlängert. Der überstehende Teil 73 dient zur Zentrierung mit dem Rotor 3 in dessen Zentrierbohrung 76. Der Bohrungsteil 74 weist eine Keilverzahnung zur Mitnahme des Rotors 3 durch die Antriebswelle 2 auf.

Gemäß Fig.5 ist der Kurvenring6 an seiner Umfangsfläche 101 in Zentrierflächen 106 und 107 von in den Saugraum 21 vorspringenden Führungsleisten 103 und 104 des Gehäuses 1 gehalten. Die Führungsleisten sind dabei wesentlich kürzer als der Kurvenring 6 ausgeführt, wodurch der freie Saugraum 21 gebildet ist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäß ausgebildeten Flügelzellenpumpe ist wie nachfolgend beschrieben:

Bei Antrieb des Rotors 3 wird das Druckmittel über die an einen Druckmittelbehälter angeschlossene Ansaugöffnung 21' angesaugt und gelangt über die Bohrung 21" und den ringförmigen Saugraum 21 und die Saugräume 42 bzw. 42' zur Saugzone 40 bzw. 40' der Pumpenarbeitsräume. Von da aus wird das Druckmittel durch die Flügel 5 zu den Druckzonen 41 bzw. 41' und durch die öffnungen 45, 45' und 46, 46' in den Andrückplatten 7 bzw. 8 den Druckkammern 17 bzw. 18 zugeführt. Über den Kanal 17" und die Auslaßöffnung 17' wird das Druckmittel zu einem Verbraucher gefördert. Durch den sich in den Kammern 17 und 18 über die Verbindungsbohrung 49 im Kurvenring 6 ausbildenden Druckmitteldruck werden die Flächen 13, 14 der Andrückplatten 7 und 8 beaufschlagt und letztere gegen den Kurvenring 6 gedruckt, wobei zwischen den Stirnflächen der Andrückplatten 7,8 und dem Rotor 3 mit den Flügeln 5 ein gewisses Spiel vorhanden ist. Die Andrückplatten können sich also bei entsprechender Beaufschlagung gegen den Rotor 3 durchbiegen. Die Größe der Durchbiegung und die Durchbiegungslinie der Andrückplatten 7 und 8 können durch deren Form, Verteilung der Dicke und Auswahl geeigneter Werkstoffe unter Berücksichtigung der Plattendurchmesser und des sich ausbildenden Druckmitteldruckes festgelegt werden.

Mit einer solchen Durchbiegung beider Andrückplatten? und 8 kann der volumetrische Wirkungsgrad infolge Veränderung des Stirnspieles des Rotors 3 über einen großen Druckbereich konstant gehalten werden.

Um den'Betrag der Stirnfläche des Vorsprunges 28 ist die beaufschlagbare Fläche 13 der Andrückplatte 7 kleiner als die beaufschlagbare Fläche 14 der Andrückplatte 8, so daß Rotor 3, Kurvenring 6 und beide Andrückplatten 7 und 8 durch die ungleich

großen Anpreßkräfte stets gegen die Schulter 32 der Gehäuseabschlußwand 15 gedrückt werden. Es erübrigt sich damit das Vorhandensein einer zweiten Anlagefläche am Deckel 16 des Gehäuses 1. Ferner kann durch Wahl eines bestimmten Verhältnisses der Größe der beaufschlagbaren Flächen 13 und 14 der Andrückplatten 7 und 8 die Andrückkraft an der Schulter 32 des Gehäuses 1 beeinflußt werden. Die Größe der beaufschlagbaren Fläche 13 der Andrückplatte 7 läßt sich durch den Durchmesser des Ansatzes 27 verändern. Bei druckloser Pumpe bewirken die Druckfedern 20 die Anlage der Pumpenteile an der Schulter 32 des Gehäuses 1 und damit die Anlage der Andrückplatten 7 und 8 am Kurvenring 6.

Infolge der Verbindung des Raumes 60 mit dem Saugraum 21 kann sich im Raum 60 kein Druckmitteldruck aufbauen. Dadurch wird eine axiale Belastung des Lagers 19 vermieden.

Durch die radialen Führungsleisten 103 und 104 gemäß F i g. 5 mit ihren Zentrierflächen 106 und 107, die mit der Umgangsfläche 101 des Kurvenringes 6 zusammenarbeiten, werden unverhältnismäßig lange, sich von der Gehäuseabschlußwand 15 durch die Druckkammern 17 und die Andrückplatte 7 erstreckende Zentrierstifte entbehrlich.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rotationskolbenmaschine, insbesondere Rotationskolbenpumpe, mit einem Kurvenring, einem darin angeordneten, radial bewegliche Arbeitsschieber aufweisenden, zylindrischen Rotor und mit zwei beidseitig durch Förder- bzw. Hochdruckbeaufschlagung auf ihren Rückseiten dichtend gegen die Rotorseitenflächen und gegen die Stirnflächen des Kurvenringes gedrückten axial verschiebbaren Andrückplatten, welche zusammen mit dem Kurvenring in entsprechende Bohrungsabschnitte eines äußeren Gehäuses eingesetzt und dort an ihren Umfangsflächen zentriert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Andrückplatte (7) mit ihrem äußeren Randteil gegen eine ringförmige Schulter (32) im äußeren Gehäuse anliegt, daß der dem Förder- bzw. Hochdruck ausgesetzte rückseitige Flächenteil (13) dieser ersten Andrückplatte (7) kleiner ist als die dem Hochdruck ausgesetzte rückseitige Fläche (14) der zweiten Andrückplatte (8), so daß im Betrieb nur noch diese zweite Andrückplatte axial verschieblich bleibt und dabei den Rotor (3) und den Kurvenring (6) gegen die erste Andrückplatte (7) drückt.

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein in den Gehäusehohlraum hineinragender Kragen (28) des äußeren Gehäuses (1) einen Ansatz (27) an der sich an der Schulter (32) abstützenden ersten und dabei antriebsseitigen Andrückplatte (7) umgreift, wobei eine zwischen dem Kragen (28) und dem Ansatz (27) angeordnete Dichtung (25) den dadurch ringförmigen dem Förder- bzw. Hochdruck der Maschine ausgesetzten rückseitigen Flächenteil (13) dieser ersten Andrückplatte (7) nach innen begrenzt.

3. Rotationskolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückplatten (7 und 8) untereinander verschieden dick bemessen sind.

4. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung der Antriebswelle (2) mindestens zwei Lager (19, 71) vorhanden sind, von denen eines (71) durch eine Mittelbohrung der ersten und antriebseitigen Andrückplatte (7) gebildet ist.