DE3507176C2 - - Google Patents
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- DE3507176C2 DE3507176C2 DE19853507176 DE3507176A DE3507176C2 DE 3507176 C2 DE3507176 C2 DE 3507176C2 DE 19853507176 DE19853507176 DE 19853507176 DE 3507176 A DE3507176 A DE 3507176A DE 3507176 C2 DE3507176 C2 DE 3507176C2
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- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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Description
Eine Flügelzellenpumpe nach dem Oberbegriff ist durch die
japanische Gebrauchsmusterschrift 26-6486 bekannt.
Wie bei jeder Flügelzellenpumpe besteht auch bei dieser
Flügelzellenpumpe das Problem, daß die Flügel in jeder Drehlage
des Rotors dichtend am Umfang des Gehäuses anliegen und
hierzu eine ständig wiederholte radiale Einfahr- und
Ausfahrbewegung durchführen müssen. Bei der bekannten Pumpe
besteht dieses Problem insbesondere deswegen, weil in der
Drehlage des Rotors, in der die Gesamtlänge der Flügel
gleich dem Gehäusedurchmesser und daher maximal ist (Maximallage
des Rotors), d. h. in der Stellung des einfahrenden Flügels,
in der dieser vollständig in den Rotorschlitz eintaucht
(unterer Totpunkt), der Abstand des Schwerpunkts des Flügels
von dem Rotormittelpunkt sehr gering ist oder sogar jenseits
der Rotorachse liegt. In einem gewissen Drehbereich des
Rotors wirken daher keine ausreichenden oder überhaupt keine
Zentrifugalkräfte, die die Anlage des Flügelkopfes an die
Umfangswand des Gehäuses gewährleisten, auf die Flügel ein.
Bei der bekannten Ausführung werden daher die beiden Flügel
durch eine Feder gegeneinander abgestützt. Das hat den Nachteil,
daß die Federkräfte gerade in der Maximallage des
Rotors am schwächsten sind, wo sie zum Ausfahren des Flügels
aus dem unteren Totpunkt unbedingt gebraucht werden. In der
um 90° zur Maximallage gedrehten Stellung des Rotors, in der
die Gesamtlänge der Flügel minimal ist (Minimallage des
Rotors), sind die Federkräfte maximal, während der Flügelschwerpunkt
deutlich auf der Ausfahrseite der Rotorachse
liegt. Die dadurch entstehenden, auf den Flügelkopf einwirkenden
Zentrifugalkräfte werden daher ab der Minimallage
unnötig durch die maximalen Federkräfte unterstützt. Die
hierdurch erhöhte Reibung hat eine entsprechende Verlustleistung
zur Folge.
Es besteht daher die Aufgabe, bei einer Flügelzellenpumpe
die ausfahrenden Flügel bei ihrer Ausfahrbewegung durch Einleitung
einer zusätzlichen Kraft wirksam, jedoch nur so
lange zu unterstützen, wie die Zentrifugalkräfte zur Wirkung
dieser Ausfahrbewegung nicht ausreichen.
Hierzu werden nach der Erfindung der Rotor einerseits und
die Flügel andererseits in ihren Dimensionen so ausgelegt,
daß der Hakenraum, (d. h. der quaderförmige Spalt zwischen
dem Hakenkopf eines Flügels und dem Stegfuß des anderen
Flügels) in den Rotorschlitz eintaucht, wenn der Rotor in
die Minimallage (90°-Lage vor dem unteren Totpunkt)
einfährt. Hierdurch wird der Hakenraum allseitig hermetisch
abgeschlossen. Die Unterseite des Hakenkopfes taucht also in
der 90°-Lage vor dem unteren Totpunkt in den Rotorschlitz
ein. Weiterhin wird der Hakenraum erfindungsgemäß zwischen
der 90°-Lage und dem unteren Totpunkt mit Öl gefüllt. Das
wird dadurch begünstigt, daß der Hakenraum in diesem Drehbereich
naturgemäß - da sich die Gesamtlänge der Flügel vergrößert
- im Volumen zunimmt. Daher können unter Umständen
bereits Leckagen dazu führen, daß eine ausreichende Menge
von Schmieröl in den Hakenraum eingesaugt wird. Der Hakenraum
kann jedoch an einer Stelle oder über einen Bereich des
Drehbereichs oder über den gesamten Drehbereich zwischen der
90°-Lage und dem unteren Totpunkt an eine Ölquelle, vorzugsweise
die Schmierölquelle angeschlossen sein. Weiterhin wird
erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Hakenraum im Drehbereich
zwischen dem unteren Totpunkt und der folgenden Minimallage
hinter dem unteren Totpunkt eine gedrosselte Verbindung zum
Pumpeninnenraum oder auch nach außen, insbesondere zum
Schmierölvorrat erhält. Dabei wird die Drosselung so ausgelegt,
daß infolge der naturgegebenen Verkleinerung des
Hakenraums in diesem Drehbereich zwischen dem unteren
Totpunkt und der Minimallage hinter dem unteren Totpunkt im
Hakenraum ein ausreichender Druck entsteht, um den ausfahrenden
Flügel nach außen und in Anlage an die Gehäuseumfangswand
zu drücken.
Ebenso wie der Hakenraum bei der Minimallage vor dem unteren
Totpunkt in den Flügelschlitz eingetaucht ist, taucht er in
der Minimallage hinter dem unteren Totpunkt wieder aus dem
Flügelschlitz auf, so daß spätestens hier die zusätzliche
Druckbeaufschlagung des ausfahrenden Flügels aufhört.
Es kann jedoch erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, daß
über den Drehbereich zwischen dem unteren Totpunkt und der
90°-Lage hinter dem unteren Totpunkt ein Auslaß mit variabler
Drossel vorgesehen ist. Diese Drossel kann insbesondere
so gestaltet sein, daß bereits vor Erreichen der Minimallage
hinter dem unteren Totpunkt der Druck in dem Hakenraum
sprunghaft abgebaut wird. Hierzu kann auch ein zusätzlicher
Auslaß, z. B. in Form einer radial begrenzten Kerbe an der
Vorderseite des Hakenkopfes dienen, die eine vorzeitige
Verbindung des Hakenraumes mit dem Gehäuseinnenraum
bewirkt.
Der Ölzulauf zu dem Hakenraum und der gedrosselte Ölablauf
aus dem Hakenraum kann z. B. durch eine in die Gehäusestirnwand
eingebrachte Nut bewirkt werden, deren Querschnitt
entsprechend der gewünschten Drosselung variabel ist und die
sich über einen von dem Hakenraum überstrichenen Teilkreis
zwischen den Minimallagen vor bzw. hinter dem unteren Totpunkt
erstreckt.
Weiterhin kann der Ölzulauf und der gedrosselte Ölablauf
durch eine Ausnehmung in einer Stirnwand des Rotors gebildet
werden. Der Außenradius dieser Ausnehmung ist so groß, daß
er zwischen der 90°-Lage und dem unteren Totpunkt von dem
Hakenraum überfahren wird. Dadurch wird der Hakenraum mit
der Ölzufuhr verbunden. Nach Durchfahren des unteren Totpunkts
wird das eingelaufene Öl durch die Ausnehmung aus dem
Hakenraum gepreßt. Durch die begrenzte Tiefe der Ausnehmung
erfolgt eine gewünschte Drosselung. Bevorzugt ist vorgesehen,
daß die Ausnehmung in radialer Richtung eine variable
Tiefe hat, wobei die Tiefe in den Außenbereichen der Ausnehmung
maximal ist, um kurz vor der Minimallage hinter dem
Totpunkt ein nahezu ungedrosseltes Entweichen des in dem
Hakenraum eingeschlossenen Öls zu erreichen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erhält zumindest
eine Stirnwand kurz vor der Minimallage hinter dem unteren
Totpunkt eine zusätzliche, im wesentlichen radial gerichtete
Nut oder Ausnehmung, die der Hakenraum beim Einfahren in
diesen Drehbereich überstreicht. Hierdurch wird die sprunghafte
Aufhebung der Drosselwirkung erreicht.
Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe wird vorzugsweise als
Vakuumpumpe eingesetzt, z. B. für die Bremskraftverstärkung
oder für Servoantriebe in Kraftfahrzeugen, insbesondere
solchen mit Kraftstoffeinspritzung. Sie hat den Vorteil, daß
sie bei sehr großer volumetrischer Förderleistung eine sehr
kleine Bauleistung erlaubt und dabei aufgrund der Erfindung
nur eine geringe Verlustleistung hat.
Bei Verwendung als Luftpumpe oder Vakuumpumpe bei Temperaturen
unter 0°C, d. h. bei einem sog. "Kaltstart" ist zu berücksichtigen,
daß das Schmieröl dabei erfahrungsgemäß sehr zähflüssig
ist. Ferner können sich beim Stillstand Verunreinigungen des
Öls abgelagert haben und die Flügelbewegung nachhaltig behindern,
so daß die Pumpwirkung nicht eintritt.
Erfindungsgemäß kann in diesem Fall Abhilfe dadurch geschaffen
werden, daß kurzzeitig über einen bis in den in den Rotor eingetauchten
Hakenraum wirksamen Druckölanschluß dem Hakenraum
kurzzeitig Drucköl zugeführt wird. Der Druck wird so hoch
gewählt, daß er ausreicht, die Flügel nach außen in die dichtende
Anlage an der Gehäusewand zu drücken. Dabei kann zur
Steuerung der Druckölbeaufschlagung in der Ölzuführung ein
thermo-empfindliches Ventil vorgesehen sein, das bei niedriger
Öltemperatur den Aufbau eines entsprechenden Druckes in der
Ölzufuhr zu dem eingetauchten Hakenraum bewirkt.
In einer bevorzugten Ausführung wird die als Vakuumpumpe
dienende Flügelzellenpumpe drucklos mit Schmieröl
geschmiert. Es ist jedoch, wie vorhergehend erwähnt, eine Ventileinrichtung vorgesehen,
die sich bei Kälte schließt. Dieser Effekt kann z. B. durch
Längenkontraktion bei Erkalten oder aber auch durch einen
Bimetall-Effekt erreicht werden.
Eine weitere Ausführung der Pumpe, bei der diese mit
Schmieröl geschmiert wird, macht sich ebenfalls in vorteilhafter Weise
den Druck des Schmieröls zum Ausfahren der Flügel aus der
Englage zunutze. Dabei handelt es sich vor allem um Vakuumpumpen,
insbesondere Vakuumpumpen, die in Kraftfahrzeugen
mit Kraftfahrzeugeinspritzung zur Bremskraftverstärkung oder
zum Antrieb sonstiger Servomotoren dienen, die an das
Schmierölsystem des Motors angeschlossen sind und deren
Auslaß mit dem Ölsumpf des Motors in Verbindung steht.
Auch bei dieser Pumpe sind das Gehäuse, der Rotor und die
Flügel so dimensioniert, daß die Hakenräume im Drehbereich
zwischen 90° vor und 90° hinter dem unteren Totpunkt in den
Führungsschlitz des Rotors eingetaucht sind. In diesem Drehbereich
kommunizieren die Hakenräume mit einer Ölzufuhrleitung,
die mit der Schmierölquelle, insbesondere Schmierölpumpe
in Verbindung steht. Hierzu kann eine Stirnseite des
Rotors oder eine Stirnseite des Gehäuses - wie dies bereits
beschrieben wurde - eine kreisscheibenförmige Ausnehmung
besitzen, in welche der Ölzufuhrkanal mündet und welche die
Hakenräume nach ihrem Einfahren in den Rotorschlitz überdecken.
Dabei sitzt die Ölzufuhrbohrung vorzugsweise konzentrisch
zum Rotor.
Ferner wird bei einer
derartigen Vakuumpumpe vorgesehen, daß auch der Auslaßraum
mit einem Rückschlagventil versehen ist, so daß auch der
Auslaßraum jedenfalls so lange unter Vakuum ist, bis in ihm
durch entsprechende Kompression der Außendruck erreicht
ist. Bei dieser Auslegung läßt sich der Leistungsbedarf der
Vakuumpumpe entscheidend herabmindern, da der Druckunterschied
auf den beiden Seiten eines Flügels sehr gering ist.
Hierdurch besteht jedoch auch die Gefahr, daß Öl in den
Auslaßraum gesogen wird, wodurch sich der Ölbedarf
der Pumpe sehr stark erhöhen kann. Dies würde zu einem Ölmangel an anderen
Schmierstellen des Kraftfahrzeugmotors, und zwar gerade
dann führen, wenn der Kraftfahrzeugmotor mit hoher Drehzahl betrieben
wird und daher die Pumpe ein unnötig großes Vakuum
saugt.
Zur Beschränkung der Ölzufuhr und zur Herstellung eines
gezielten Ölflusses ist vorgesehen, daß die Flügelzellenpumpe
mit einer Art Schiebersteuerung dadurch versehen wird,
daß die Stege beider Flügel Ausnehmungen besitzen, die sich
jeweils von dem Stegfuß aus über eine radiale Teillänge des
Flügels erstrecken und die durch zeitweise Überdeckung der
zum Rotor konzentrischen Ölzufuhrbohrung den Ölzufluß
zwischen der Ölzufuhrbohrung und den Hakenräumen mittels
ihrer die Ölzufuhrbohrung überfahrenden Endkanten in
Abhängigkeit von der Drehlage des Rotors steuern.
Hierdurch können die Hakenräume derart gezielt mit Öl beaufschlagt
werden, daß der Öldruck einerseits die Ausfahrbewegung
der Flügel in ausreichendem Maße unterstützt, ohne
andererseits zu einem unnötig hohen verschleißfördernden und
leistungsverbrauchenden Anlagedruck oder aber zu unerwünschtem
Ölabfluß in den Saug- und/oder Auslaßraum der Pumpe oder
den Ölsumpf des Kraftfahrzeugmotors zu führen.
Die Ausnehmungen der Flügel können so dimensioniert sein,
daß die Verbindung der Ölzufuhrbohrung zu den Hakenräumen
unmittelbar nach dem Eintauchen des Hakenraumes in den
Rotorschlitz aufgesteuert und unmittelbar vor dem Auftauchen
des Hakenraums aus dem Rotorschlitz zugesteuert wird.
Die Ausnehmungen können vorzugsweise als Aussparungen in
einer oder beiden Stirnflächen eines jeden Flügels gebildet
sein. Ebenso lassen sich Aussparungen auf der von dem Hakenkopf
abgewandten Rückseite eines jeden Flügels bilden. Ohne
Auswirkungen auf die Andruckkräfte, mit der die Flügel
aufeinander liegen, sind an einer oder
beiden Stirnkanten eines jeden Flügels vorhersehbare Ausschneidungen die sich vom Stegfuß
bis über eine radiale Teillänge des Flügels erstrecken.
Wie bereits erwähnt, kann die Ölzufuhrbohrung konzentrisch
zum Rotor in einer Gehäusestirnwand liegen. Vorzugsweise
liegt bei dieser Ausführung die Ölzufuhrbohrung im Rotor,
und zwar ist ihr Durchmesser größer als die Schlitzbreite.
Dadurch bleibt auf jeder Seite des Flügelpaares ein halbmondförmiger
Kanal stehen. Die Aussparungen bzw. Ausschneidungen
verbinden zeitweise diese halbmondförmigen Kanäle mit
den Hakenräumen.
Mit Ausschneidungen der Stirnkanten der Flügel kann man
nicht nur die Ölzufuhr zu den Hakenräumen dadurch steuern,
daß die Überdeckung der Ausschneidung mit der Ölzufuhrbohrung
entsprechend dimensioniert wird. Von besonderer Wichtigkeit
ist auch, daß man durch Dimensionierung der Überdeckung
der Aussparungen relativ zueinander auch den Ölfluß
von der Ölzufuhrbohrung in das Gehäuse steuern kann. Insbesondere
ist vorgesehen, daß sich die Ausschneidungen der
beiden Flügel auch in der Totlage der Flügel nicht überdecken.
In der Totlage der beiden Flügel ist der eine Hakenraum
vollständig aus dem Rotor aufgetaucht. In dieser Lage
wird die Verbindung zwischen der Ölzufuhrleitung und dem
aufgetauchten Hakenraum dadurch verhindert, daß sich die
Flügel auf ihrer ganzen Breite gegenüberliegen, so daß sich
die Ausschneidungen nicht überdecken.
Um eine ausreichende Dichtung zwischen der Ölzufuhrbohrung
und dem Gehäuse zu erreichen, sollten die Hakenräume in den
Rotorschlitz eintreten, bevor es zu der Überdeckung der
Ausnehmungen bzw. Ausschneidungen mit der Ölzufuhrbohrung
kommt. Dies sollte vorzugsweise bis 15° vorher erfolgen.
Es kann und soll nach dieser Erfindung nicht vermieden
werden, daß das in dem Hakenraum eingeschlossene Öl beim
Auftauchen des Hakenraums aus dem Rotorschlitz in das Gehäuse,
insbesondere in den Auslaßraum gelangt. Dort ist dieses
Öl auch notwendig, da es zur Schmierung der Flügel gegenüber
dem Gehäuse und gegenüber dem Rotor dient. Nach der Erfindung
soll jedoch vermieden werden, daß diese Ölmengen über
die Auslaßöffnungen wieder in den Kurbelraum des Motors
abfließen. Denn zum einen ist das Ausstoßen dieser Ölmengen
aus der Auslaßbohrung und insbesondere aus dem Auslaßventil
mit einem erheblichen Leistungsverlust verbunden. Zum
anderen ist es gerade dann, wenn die Förderkapazität der
Ölpumpe durch den hohen Ölverbrauch anderer Verbraucher ausgeschöpft
ist, unerwünscht, daß das Schmieröl wieder
abfließt.
Es wird daher erfindungsgemäß vorgesehen, daß in einer
Stirnwand des Gehäuses am Ende des Auslaßraumes ein abgewinkelter
Nutzenzug eingebracht ist. Die wesentlichen Elemente
dieses Nutenzuges sind nachfolgend aufgeführt. Ein Umfangsast, der sich über
einen Teil des Auslaßraumes, vorzugsweise über den Endbereich
des Auslaßraumes erstreckt, überdeckt vor allem
den Teil des Auslaßraumes, der hinter dem Ende
der Auslaßöffnung liegt. Hierzu sei bemerkt, daß die Auslaßöffnung
aus Gründen der Fertigung wie auch der ausreichenden
Dichtung nicht bis in den Totpunkt reichen kann. Daher ist
das äußerste Ende des Auslaßraumes ein Totraum. Ein Radialast
des Nutensystems erstreckt sich vom Ende des Umfangsastes
bis kurz vor die Ölzufuhr. Der Radialast ist im
wesentlichen durch die Totpunktebene begrenzt. Ein Verbindungsast
erstreckt sich vom Ende des Radialastes aus im
wesentlichen parallel zum Umfangsast, und zwar so weit, daß
sein Endpunkt etwa 30°, vorzugsweise aber mehr als 30°,
vorzugsweise zwischen 30° und 60° vor der Totpunktlinie liegt (gemessen
von dem Mittelpunkt des Rotors aus). Über den Umfangsast,
den Radialast und den Verbindungsast dieses Nutensystems
und über die Ausschneidung des einen Flügels, der
sich der oberen Totlage nähert, wird der Endbereich des
Auslaßraumes beim Annähern des anderen Flügels an den
unteren Totpunkt mit der Ölzufuhr verbunden. Nunmehr wird
der Inhalt des restlichen Auslaßraumes über den Nutenzug in
die Ölzufuhr abgeschoben. Dabei ist jedoch die Nuttiefe
relativ gering und außerdem ist der Nutenzug vor allem
zwischen dem Umfangsast und dem Radialast so stark abgewinkelt,
daß eine starke Drosselung entsteht. Aus diesem Grunde
wird einerseits vermieden, daß Öl aus der Ölzufuhr in den
Auslaßraum überströmen kann, solange dieser noch unter
Unterdruck steht. Andererseits wird das in diesem Endbereich
des Auslaßraumes sich ansammelnde Öl bei Erreichen des
Ödlruckes in der Ölzufuhr über das Nutensystem in die Ölzufuhr
abgeschoben. Dort steht es wiederum zur Schmierung wie
auch zur Herbeiführung der Ausfahrbewegung der Hakenflügel
zur Verfügung.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1, 3 den Querschnitt durch je eine Ausführungsbeispiel;
Fig. 2, 4 die Längsschnitte durch die jeweiligen Ausführungsbeispiele;
Fig. 5-8 eine Ventileinrichtung zur Druckölbeaufschlagung;
Fig. 9, 10 Querschnitt und Detail eines Querschnitts durch
eine kombinierte Vakuum-/Ölhydraulikpumpe;
Fig. 11 den Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel;
Fig. 12A, B die Ansicht von Hakenflügeln;
Fig. 13A bis 13E den Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel
nach Fig. 11 mit verschiedenen Drehstellungen
des Rotors;
Fig. 14A, B Detaildarstellungen des Auslaßventils.
In beiden Ausführungsbeispielen ist in einem Gehäuse 1 ein
Rotor 2 drehbar gelagert. Der Rotor 2 ist mit der Welle 3 aus
einem Stück gefertigt. Die Welle 3 wird durch einen nicht
dargestellten Motor, z. B. von der Nockenwelle eines
Kraftfahrzeugmotors aus angetrieben. Der Rotor wird über
seine gesamte Breite hin durch einen Schlitz 4 geteilt. In
dem Schlitz 4 sind zwei Flügel 5 und 6 gleitend beweglich.
Die Flügel 5, 6 sind im Querschnitt hakenförmig ausgebildet.
Jeder Flügel besitzt einen Steg 9, 10 und den sog. Hakenkopf
7 bzw. 8, der doppelt so dick ist wie der Steg 9 bzw. 10.
Die Flügel 5, 6 liegen mit ihren Stegen 9, 10 gleitend aufeinander.
Um zu verhindern, daß die Stege, insbesondere bei
Kaltstart aufeinanderkleben, können beide oder nur ein
Steg über ihre gesamte oder eine Teilbreite mit einer
Ausnehmung versehen sein. In radialer Richtung sind
die Ausnehmungen indes so bemessen, daß sie in keiner Drehlage
des Rotors aus dem Rotorschlitz auftauchen. Die Ausnehmungen
werden also in jeder Drehlage durch die Stirnwände
11, 12 des Gehäuses 1 abgedichtet. Die Unterseiten 13 der
Hakenköpfe bilden mit dem Fuß 14 der Stege 9 bzw. 10 die
sog. Hakenräume 15.1 bzw. 15.2.
Zur Klarstellung sei bemerkt, daß die Flügel 5, 6 in ihrer
Form kongruent sind. Ferner: Die in den Fig. 1 und 3 eingezeichnete
Lage bzw. Drehlage des Rotors 2 wird als die Maximallage
bezeichnet. In dieser Maximallage haben die Flügel
vom Hakenkopf des einen bis zum Hakenkopf des anderen ihre
größe Gesamtlänge in radialer Richtung. Die Gesamtlänge ist
hier gleich dem Innendurchmesser des Gehäuses 1. In der dargestellten
Maximallage erreicht der Flügel 6 seine radial
innerste Stellung (untere Totlage) relativ zum Rotor. Der
Flügel 5 erreicht hier seine radial äußerste Stellung (obere
Totlage). Das bedeutet, daß in der Maximallage auch die
Hakenräume 15 ihre maximale Größe haben. Ferner: Die in den
Fig. 1 und 3 gestrichelt eingezeichnete Drehlage des Rotors
2 bzw. Lage der Flügel wird als die Minimallage bezeichnet.
Hier ist die Gesamtlänge der Flügel in radialer Richtung des
Rotors infolge der Exzentrizität des Rotors 2 gegenüber dem
Gehäuse minimal. Folglich ist auch das Volumen der Hakenräume
hier am kleinsten. Die radiale Länge der Hakenköpfe 7,
8 einerseits und die radiale Länge der Stege 9, 10 andererseits
sind so bemessen, daß die Hakenräume 15 in der Minimallage
ein möglichst kleines Volumen haben, d. h. daß die
Unterkante 13 der Hakenköpfe 7 bzw. 8 fast an den Fuß 14 der
Stege 9, 10 des jeweils anderen Flügels stößt.
Ferner: Bei beiden Ausführungsbeispielen sind der Einlaß 32
und der Auslaß 33 jeweils durch ein Rückschlagventil 34 bzw.
35 in der Gegenstromrichtung verschlossen. Hierdurch wird
einerseits bezüglich des Einlasses 32 verhindert, daß Öl im
Gegenstrom in den Einlaß zurückströmt. Andererseits wird
bezüglich des Auslasses 33 eine Verminderung der Antriebsleistung
erreicht.
Erfindungsgemäß ist nun die radiale Hakenkopflänge einerseits
und der Rotorradius andererseits so bemessen, daß die
Unterkante 13 der Hakenköpfe im Bereich der Minimallage
vollständig in den Rotorschlitz eintauchen. Das bedeutet,
daß von der Minimallage ab die Hakenräume 15 durch den
Rotorschlitz 4 sowie die Stirnwandungen 11, 12 des Gehäuses
abgeschlossen sind.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß jeder Hakenraum
15 bei seinem Weg von der Minimallage zur Maximallage mit Öl
gefüllt wird und daß sodann das Öl über eine Drossel
zwischen der Maximallage bzw. dem unteren Totpunkt und der
Minimallage wieder ausgedrückt wird.
Hierzu weist das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1, 2 in
den Stirnwänden 11 und 12 jeweils eine sichelförmige Nut 16
bzw. 17 auf, die über Leitungen 18, 19 an eine Ölquelle 20
angeschlossen sind. Es kann sich hierbei um Öl von sehr
geringem Überdruck handeln, das im übrigen in der Pumpe als
Schmieröl dient. Die Nuten 16, 17 sind so angelegt, daß sie
bei der Drehbewegung des Rotors von den Hakenräumen 15 überstrichen
werden. Ihr Querschnitt nimmt von der Minimallage
bis zum unteren Totpunkt zu und nimmt sodann vom unteren
Totpunkt bis in den Bereich der Minimallage wieder ab. Kurz
vor der Minimallage erweitert sich der Nutquerschnitt unstetig
zu einem Auslaßbereich 21.
Die Funktion ist nun folgende: Bei der gegebenen Drehrichtung
22 des Rotors 2 vergrößert sich das Volumen des in den
Rotorschlitz 2 eingetauchten Hakenraumes 15.1 zwischen der
Minimallage und dem unteren Totpunkt. Da der Hakenraum 15.1
in diesem Drehbereich die Nut 16 bzw. 17 überstreicht, saugt
der Hakenraum aus dieser Nut Öl an. Im unteren Totpunkt
hat nun der betreffende Flügel (hier sei es der Flügel 5)
seine innerste radiale Stellung bez. des Rotors,
als unterer Totpunkt bezeichnet, erreicht. Gleichzeitig hat der andere
Flügel (6) seine äußerste radiale Stellung, als oberer Totpunkt
bezeichnet, erreicht. Das bedeutet, daß das Volumen
des Hakenraums 15 sich vom unteren Totpunkt an wieder verkleinert.
Dabei wird das in ihm eingeschlossene Öl über die
Nuten 16, 17 ausgequetscht. Da die Nuten 16, 17 einen nur
begrenzten engen Querschnitt haben, wird der Öldurchfluß
durch die Nut gedrosselt, so daß sich in dem Hakenraum 15
ein Druck einstellt, der ausreicht, den Flügel (5) aus der
unteren Totpunktlage radial nach außen zu drücken. Etwa 10
bis 20° vor der Minimallage überstreicht der Hakenraum 15
den erweiterten Auslaßbereich 21, so daß hier der Druck im
Hakenraum 15 schlagartig abfällt. Dadurch wird vermieden,
daß unnötig hohe Kräfte auf den ausfahrenden Flügel ausgeübt
werden. Dieselben Funktionen werden erzielt, wenn Flügel 6
und Hakenraum 15.2 den Drehbereich zwischen Minimallage -
Maximallage - Minimallage durchfährt. Es ist ersichtlich,
daß durch Gestaltung des Nutquerschnitts der Druckverlauf im
Hakenraum 15 und daher auch der Anpreßdruck, mit dem die
Flügel nach außen gedrückt werden, auf einen optimalen Verlauf
eingestellt werden kann. Dieser Druckverlauf hat insbesondere
den Schwerpunktverhältnissen am Flügel zu
entsprechen.
Erfindungsgemäß wird der Schwerpunkt der Flügel dadurch
beeinflußt, daß in jeden Hakenkopf eine Gewichtseinlage 23,
z. B. ein Metallstab eingebracht wird. Damit wird der Zweck
verfolgt bzw. unterstützt, den Schwerpunkt jedes Flügels 5
bzw. 6 durch entsprechende geometrische Gestaltung und
Massenverteilung so zu legen, daß der Schwerpunkt auch in
der unteren Totlage des Flügels nicht die Mittelachse 24 des
Rotors überschreitet.
Erfindungsgemäß sind die Flügel so eingelegt, daß die Hakenräume
- in Bewegungsrichtung der Flügel gesehen - nach vorne
weisen. Hierdurch wird erreicht, daß die an der Oberseite und
der Unterseite eines jeden Hakenkopfes auf der Druckseite
angreifenden Druckkräfte ausgeglichen sind, während auf der
Saugseite der Pumpe die Druckdifferenz zwischen dem Öldruck
einerseits und dem Saugdruck andererseits die radiale Ausfahrbewegung
der Flügel unterstützt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3, 4 erfolgt die
Ölzufuhr über eine scheibenförmige Ausnehmung 26, die in eine
Stirnseite des Rotors 2 eingebracht ist. Die Ausnehmung 26
ist gegenüber dem Umfang des Rotors 2 durch den radialen Steg
27 abgedichtet. Die Ausnehmung 26 kommuniziert über einen
Ringspalt 28 mit dem Innenkanal 29 der Hohlwelle 3. In den
Innenkanal 29 ist die Ölzufuhrleitung 30 gerichtet.
Durch die Ölzufuhrleitung 30 wird druckloses Öl in den
Innenkanal 29 geführt. Da der Durchmesser des Innenkanals 29
größer ist als die Schlitzbreite des Schlitzes 4, kann das
Öl die beiden Flügel umströmen. Es sei bemerkt, daß in Fig. 4
die Darstellung so gewählt ist, als ob die Flügel nicht in
den Schlitz eingelegt seien. Die Flügelkonturen sind
lediglich punktiert eingezeichnet.
Ferner sei erwähnt, daß der Schlitz sich in der Welle 3 in
einer Ausnehmung 31 über eine kurze axiale Länge fortsetzt.
Über diese Ausnehmung 31 kann Öl in den Lagerbereich zum
Zwecke der Schmierung eindringen.
Die Ausnehmung 26 ist mit geringer, vorzugsweise mit über den
Radius unterschiedlicher Tiefe ausgeführt. Jeder Hakenraum 15
saugt zwischen der Minimallage und dem unteren Totpunkt aus
der Ausnehmung 26 Öl an und schiebt dieses Öl bei der Drehbewegung
zwischen dem unteren Totpunkt und der Minimallage
wieder aus. Dabei ist der Ölfluß jedoch infolge der nur
geringen Tiefe der Ausnehmung 26 gedrosselt. Durch die Formgebung
der Tiefe wird eine über die Drehbewegung variable
Drosselung erreicht. Der Bereich der größten Tiefe,
in der keine nennenswerte Drosselung mehr erfolgt, wird kurz
vor der Minimallage überfahren, so daß hier der Druck in dem
betreffenden Hakenraum wieder abgebaut wird.
Die Druckentlastung vor Erreichen der Minimallage hinter dem
unteren Totpunkt kann auch - wie in Fig. 3 gestrichelt angedeutet
- durch eine Kerbe 36 erfolgen, die in die Vorderseite
des Hakenkopfes eingebracht wird und in einem vorgewählten
engen Bereich vor der Minimallage, in der der
vollständige Druckabbau erwünscht ist, die Ausnehmung 26 des
Rotors über den Steg 27 hinweg mit dem Umfang des Rotors
verbindet. Diese Maßnahme ist insbesondere alternativ zu der
umlaufenden Vertiefung der Ausnehmung 26 anwendbar.
Beim Kaltstart einer Vakuumpumpe, insbesondere bei Temperaturen
unter 0°C ist das Schmieröl erfahrungsgemäß sehr zähflüssig.
Aus diesem Grunde besteht die Gefahr, daß die
Flügelbewegung behindert wird und die Pumpwirkung nicht eintritt.
Wenn eine derartige Vakuumpumpe z. B. zur Bremskraftverstärkung
dient, hat ein Ausfall der Funktion nachteilige
Folgen.
Abhilfe wird für diesen Fall erfindungsgemäß geschaffen,
indem bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1, 2 kurzzeitig
über Leitung 20 Drucköl zugeführt wird. Der Druck
wird so hoch gewählt, daß er ausreicht, die Flügel nach
außen in dichtender Anlage mit der Gehäusewand zu drücken.
Zur Druckbeaufschlagung des Öls kann ein entsprechendes
thermo-empfindliches Ventil vorgesehen sein. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach den Fig. 3, 4 ist in der Hohlwelle
als derartiges Thermoventil ein Ring 47 in eine Nut 48
eingelegt. Im kalten Zustand verengt der Ring 47 den
Ausströmquerschnitt zwischen der Ölzuleitung 30 und dem
Innenumfang der Zuleitung 29 so weit, daß sich in dem Innenkanal
29 ein Druck aufbaut. Einzelheiten hierzu ergeben sich
aus den Fig. 5 bis 8. Der Ring 37 ist, wie Fig. 6 und 7
zeigen, an einer Stelle geteilt. Dabei überlappen sich die
Enden des Ringes 37. Der Ring besitzt auf seinem Innenumfang
eine metallische, stark wärmeempfindliche, ringförmige,
jedoch nicht geschlossene Einlage 39, die - wie Fig. 8
zeigt - mit dem übrigen Körper des Ringes fest verbunden
ist. Der Ring 37 selbst besteht aus einem thermisch nicht
empfindlichen Material, z. B. einem Kunststoff, der bei
Abkühlung eine im Vergleich zur metallischen Einlage 39
lediglich geringe Kältekontraktion besitzt. Infolge der
starken Kältekontraktion der metallischen Einlage 39 verringert
der Ring 37 infolge des entstehenden Bimetall-Effektes
seinen Innendurchmesser. Dadurch wird die Spaltweite
zwischen dem Rohr 29 und der Ölzufuhrleitung 30 ebenfalls
verringert, so daß sich in dem Rohr 29 ein Öldruck aufbauen
kann. Bei Erwärmung vergrößert sich der Innendurchmesser des
Rings 37, so daß das Öl aus Rohr 29 wieder ungedrosselt
abströmen kann.
Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 9 und 10 ist eine
Hakenflügelpumpe, die gleichzeitig als Vakuumpumpe und Ölhydraulikpumpe
wirkt. Die Pumpe kann gleichzeitig zum Antrieb
pneumatischer Servoverbraucher wie z. B. Bremskraftverstärker
und für hydraulische Verbraucher wie z. B. Niveauregelungen
in Kraftfahrzeugen dienen. Es sei bemerkt, daß der Axialschnitt
der in Fig. 9 dargestellten Pumpe im wesentlichen
Fig. 2 entspricht. Daher wird im folgenden auch auf Fig. 2
Bezug genommen.
In dem Gehäuse 1 ist der Rotor 2 exzentrisch gelagert und
mit Drehrichtung 22 durch Welle 3 angetrieben.
Die beiden Flügel der Pumpe sind in einem Rotorschlitz 4
aufeinander gleitend beweglich geführt. Die Flügel sind
hakenförmig ausgebildet. Dabei ist das Ende eines jeden
Flügels, das in dieser Anmeldung als Hakenkopf 7, 8 bezeichnet
wird, jeweils so dick wie die Summe der aufeinander
gleitenden Stege 9, 10 der Flügel.
Jeder Hakenkopf besitzt in der Ausführung nach Fig. 10, die
als Detail einen der Hakenköpfe zeigt, eine Lagerschale 40,
in der eine Rolle 38 drehbar gleitgelagert ist. Die Lagerschale
ist durch mehrere in Achsrichtung hintereinander angeordnete
Druckausgleichskanäle 39 jeweils mit dem zugehörigen Hakenraum
15.1 bzw. 15.2 verbunden.
Die Pumpe ist so ausgelegt, daß der Hakenraum 15.1 bei Rotation
des Rotors in Richtung Pfeil 22 bereits in oder kurz
vor der gestrichelt eingezeichneten Minimallage (90°-Lage)
in den Rotorschlitz 4 eintritt, so daß der Hakenraum 15.1
hier einen in sich abgeschlossenen Raum bildet. Bei Weiterdrehung
des Rotors kämmt nunmehr dieser in sich abgeschlossene
Hakenraum 15.1 zunächst bis zum unteren Totpunkt mit
der Eintrittsniere 37 und sodann hinter dem unteren Totpunkt
mit der Austrittsniere 45. Die Austrittsniere erstreckt sich
zwischen dem unteren Totpunkt und der folgenden Minimallage,
jedoch so, daß der jeweilige Hakenraum 15.1 bzw. 15.2 keinen
Kurzschluß im unteren Totpunkt zwischen der Austrittsniere
und der Eintrittsniere herstellt.
Die Eintrittsniere und die Austrittsniere liegen in einem
Verbraucherstromkreis, der in Fig. 9 lediglich schematisch
dargestellt ist. Er umfaßt einen Verbraucher 42, ein steuerbares
Ventil 43, den Tank 44 und ein Druckbegrenzungsventil
46. Die Eintrittsniere stellt die mit dem Tank 44 verbundene
Saugseite der Hydraulikpumpe dar. Hier saugen die Hakenräume
zwischen der Minimallage und dem unteren Totpunkt bei sich
vergrößerndem Volumen Öl an. In dem folgenden Drehbereich
zwischen dem unteren Totpunkt und der folgenden Minimallage
wird diese Ölmenge bei sich verkleinerndem Volumen der
Hakenräume wieder ausgestoßen und unter Druck zu dem
Verbraucher 42 gefördert. Zwischen der von der Austrittsniere
kommenden Verbraucherleitung und der zu der Eintrittsniere
führenden Tankleitung ist ein Druckbegrenzungsventil
46 angeordnet, an dem ein bestimmter optimaler Druck eingestellt
werden kann, der gewährleistet, daß die Hakenköpfe
der Flügelzellenpumpe stets satt an der Gehäusewand 1 der
Vakuumpumpe anliegen, ohne eine unnötig große Reibung zu
verursachen.
In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 11 bis 14 ist in
dem Gehäuse 1 der Rotor 2 mit Welle 3 drehbar gelagert.
Rotor und Welle sind aus einem Stück geformt. Welle und
Rotor weisen den Innenkanal 29 auf. Der Innenkanal 29 steht
mit einer Ölzufuhrleitung 30 in Verbindung. Die Ölzufuhrleitung
kommt von einer nicht dargestellten Schmierölpumpe. Die Ölzufuhrleitung
30 ist gegenüber dem Innenkanal 29 durch einen
Ring 47 abgedichtet. Dieser liegt in einer Nut 48. Im kalten
Zustand verengt der Ring 47 den Ausströmquerschnitt zwischen
der Ölleitung 30 und dem Innenumfang des Innenkanals 29 so
weit, daß sich in dem Innenkanal 29 ein Druck aufbaut.
Einzelheiten hierzu ergeben sich aus den Fig. 5 bis 8,
die oben beschrieben worden sind.
Der Rotor besitzt in einer Normalebene einen Schlitz 4. Die
Breite dieses Schlitzes entspricht der Summe der Dicke der
Flügel 5, 6. Der Durchmesser des Innenkanals 29 ist größer
als die Breite des Schlitzes 4. Dadurch bilden sich beidseits
der in dem Rotorschlitz geführten Flügel 5, 6 halbmondförmige
Kanäle, die sich längs durch den Rotor beidseits
der Flügel erstrecken. Die beiden Flügel 5, 6 besitzen einen
Hakenkopf 7, 8 und einen Steg 9, 10. Die Stege sind gleich
dick; die Hakenköpfe sind so dick wie beide Stege zusammen.
Die Unterseite 13 eines jeden Hakenkopfes 7 bzw. 8 bildet
mit dem Fuß 14 des Steges 9 bzw. 10 des jeweils anderen
Flügels die Hakenräume 15.1 und 15.2. Die Pumpe besitzt
einen durch Rückschlagventil verschlossenen Einlaß 32 und
einen ebenfalls durch Rückschlagventil verschlossenen Auslaß
33. Wie die Fig. 14A und 14B zeigen, ist der Auslaß 33 ein
Langloch, das durch eine Blattfeder 49 gegen die Auslaßrichtung
verschlossen wird. Die Blattfeder ist mittels Schraube
57 an dem Ende befestigt, das gegen die Drehrichtung weist.
Dies ist für die ordnungsgemäße Funktion der Blattfeder 49
als Rückschlagventil von ausschlaggebender Wichtigkeit.
Die Flügel weisen nun noch, wie sich aus den Fig. 12A und 12B
ergibt, an ihren Stegenden beidseits die Ausschneidungen 50,
51 auf. Sie erstrecken sich vom Ende des Stegfußes 14 in
Richtung auf den jeweiligen Hakenkopf. Wie anhand von Fig.
12B dargestellt, können auch Aussparungen 52 vorhanden sein,
die sich vom Stegfuß 14 aus in Richtung auf den jeweiligen
Hakenkopf erstrecken.
Durch Auswahl der Tiefe der Aussparungen bzw. Ausschneidungen
läßt sich der Durchflußwiderstand der im folgenden beschriebenen
Ölflüsse bestimmen.
Die Dimensionierung der Flügel, insbesondere ihrer Hakenköpfe
7, 8 und ihrer Ausschneidungen 50, 51 sowie weitere Einzelheiten
des dargestellten Ausführungsbeispiels werden im
folgenden anhand der Fig. 13A bis 13E beschrieben.
In den Figuren zeigt die Linie T die Totpunktebene. Auf der
Totpunktebene liegen die Achsen des Gehäuses 1 und des Rotors
2. Ferner berührt auf dieser Ebene der Rotor dichtend das
Gehäuse. In der in Fig. 13C dargestellten Drehlage des Rotors
2, in welcher die Flügel 5, 6 in Richtung der Totpunktebene
ausgerichtet sind, ist der Flügel 5 vollständig in den Rotor
eingefahren (unterer Totpunkt), während der Flügel 6
weitestgehend aus dem Rotor ausgefahren ist (oberer Totpunkt).
In den Figuren ist die durch den Rotormittelpunkt
gehende Ebene, die um 90° zur Totpunktebene verdreht ist,
mit E bezeichnet. Sie wird im Rahmen dieser Anmeldung auch als
Englage oder 90°-Lage bezeichnet. Die Englage ist dadurch
gekennzeichnet, daß hier - wie aus Fig. 13E ersichtlich -
der Abstand der Hakenköpfe 7, 8 der Flügel 5, 6 am geringsten
ist.
Die Drehrichtung ist in allen Figuren durch Drehrichtungspfeil
22 angedeutet. Es sei bemerkt, daß die Hakenräume
jeweils in Drehrichtung weisen müssen.
In der Drehlage nach Fig. 13A ist der Hakenraum 15.2, den
der Hakenkopf 8 mit dem Steg 10 des Flügels 6 bildet, vollständig
in den Rotorschlitz 4 eingetaucht. Der Hakenraum
15.2 steht über die Ausschneidung 50 im Steg 10 mit der
Ölzufuhr 29 in Verbindung. Daher wird der Hakenraum 15.2 mit
dem Öldruck des Schmieröls in der Zufuhrleitung 29 beaufschlagt.
Andererseits überdeckt der Steg 9 des Flügels 5 die
Ölzufuhr 29, so daß die Ölzufuhr 29 keine Verbindung mit dem
Ausstoßraum und dem dort liegenden Hakenraum 15.1 hat.
Es ist nun - wie in Fig. 11 angedeutet - in einer Gehäusestirnwand
ein abgewinkelter Nutenzug 53 von 1 bis 2 mm Tiefe
angebracht. Dieser Nutenzug weist einen Umfangsast 54 auf,
der von der Totpunktebene T aus gegen die Drehrichtung 22 in
den Ausstoßraum weist. Das in den Ausstoßraum weisende Ende
dieses Umfangsastes 54 überdeckt in Umfangsrichtung noch das
Ende des nierenförmigen Auslaßkanals 33, der in der gegenüberliegenden
Gehäusewand angebracht ist.
Ferner weist der Nutenzug 53 einen Radialast 55 auf. Dieser
Radialast liegt an der Totpunktebene an und erstreckt sich
bis kurz vor den Innenkanal (Ölzufuhr) 29 der Welle 3 bzw.
des Rotors 2. Schließlich besteht der Nutenzug 53 aus einem
Verbindungsast 56, der parallel zu dem Umfangsast 54 liegt
und ebenfalls gegen die Drehrichtung weist. Wie aus den
Fig. 13A bis 13E ersichtlich, sind der Verbindungsast 56 und
der Radialast 55 des Nutenzuges zu einer flächigen Ausnehmung
verbunden, die strichpunktiert angedeutet ist. Die
gestrichelte Linie ist also in Wirklichkeit nicht vorhanden
und dient lediglich zur Veranschaulichung des Verlaufs des
Nutensystems 53. Es sei jedoch ganz besonders darauf hingewiesen,
daß der Umfangsast 54 und der Radialast 55 nicht in
eine gemeinsame flächige Ausnehmung integriert werden
dürfen, da an der Schnittstelle dieser beiden Äste eine
starke Drosselung eintritt, die für das Funktionieren dieses
Nutensystems von besonderer Wichtigkeit ist.
Zur Funktion dieses Nutensystems 53 wird weiterhin auf Fig.
13A verwiesen. Es ist dort dargestellt, daß die Ausschneidung
50 des Flügels 6 in Verbindung mit dem Verbindungsast
56 gelangt ist. Dadurch ist auch eine Verbindung zwischen
dem letzten Endbereich des Ausstoßraumes und der Ölzufuhr
hergestellt worden. Dieser Endbereich liegt zwischen Flügel
5 und Totpunktebene. Sofern in dem Ausstoßraum, der über
Auslaß 33 und Rückschlagventil 35 mit dem Kurbelwellenraum
des Kraftfahrzeugmotors in Verbindung steht, noch ein Unterdruck
besteht bzw. sofern über die Auslaßniere 33 Kurzschluß
zwischen dem Ausstoßraum und dem davor liegenden, von den
beiden Flügeln 5, 6 begrenzten Raum, der ebenfalls unter
Vakuum steht, bestehen sollte, kann aus dem Ölzufuhrkanal 29
wegen der starken Drosselung des Nutensystems 53 insbesondere
in der Knickstelle zwischen dem Radialast 55 und dem
Umfangsast 54 nur eine geringe Ölmenge in den Ausstoßraum
überströmen. Insbesondere bleibt der Schmieröldruck im
Innenkanal 29 erhalten. Andererseits ermöglicht das Nutensystem
53 jedoch, daß - sobald ein Überdruck in dem sehr
klein werdenden Ausstoßraum entsteht - das dort vorhandene
Öl bzw. Öl-/Luftgemisch in die Ölzufuhr 29 zurückgedrückt
wird. Dabei nimmt die Drosselung dieser Ölzufuhr ab, da eine
wachsende Überdeckung zwischen dem Verbindungsast 56 und der
Ausschneidung 50 eintritt.
In der Drehstellung nach Fig. 13B
besitzt der Ausstoßraum bereits keine Verbindung mehr mit
der Auslaßniere 33. Sein gesamter Inhalt, vornehmlich Öl
wird nunmehr über das Nutensystem 53 und über die Aussparung
50 in die Ölzufuhr 29 abgeschoben.
Erst in der Totpunktlage nach Fig. 13C wird die Verbindung
zwischen dem Ausstoßraum und der Ölzufuhr 29 unterbrochen,
da die hintere Begrenzung des Radialkanals im wesentlichen
in der Totpunktebene liegt und nunmehr der Steg 9 des
Flügels 6 den Radialkanal vollständig abdeckt. Im übrigen
steht der Hakenraum 15.2 nach wie vor in Verbindung mit der
Ölzufuhr 29. Daher wirkt der Druck des Schmieröls gerade
jetzt bei der Fortdrehung im Sinne der Ausfahrbewegung auf
den Flügel 6. Das ist von besonderer Wichtigkeit, weil sich
der Flügel 5 in seiner inneren Totpunktlage befindet und
daher die Zentrifugalkräfte zwischen dem einen Ende mit dem
Hakenkopf 8 und dem anderen Ende mit dem Steg 9 sehr weitgehend
ausgeglichen sind, so daß nur eine geringe Zentrifugalkraft
im Sinne der Ausfahrbewegung wirkt. Durch die
erfindungsgemäße Verbindung des Hakenkopfes 15.2 mit der
Ölzufuhr wird diese ungünstige Situation ausgeglichen und
der Schmieröldruck zur Unterstützung der Ausfahrbewegung
verwandt.
Bei Weiterdrehung taucht der Hakenraum 15.2 - wie aus Fig.
13E ersichtlich - kurz nach Überfahren der Englage aus dem
Rotorschlitz 4 auf. In diesem Augenblick überdeckt jedoch
auch der Steg 10 des Flügels 6 die Ölzufuhrleitung 29 wieder
vollständig, so daß die Ausschneidung 50 keine Verbindung
mehr herstellt zwischen dem Pumpenraum bzw. Hakenraum 15.2
und der Ölzufuhr 29.
Andererseits taucht der Hakenraum 15.1 kurz vor der Englage
- wie aus Fig. 13D ersichtlich - in seinen Rotorschlitz
ein und kurz darauf gibt der Steg 10 des Flügels 6 über
Ausschneidung 51 die Verbindung zwischen der Ölzufuhr 29 und
dem Hakenraum 15.1 frei. Das bedeutet, daß der Flügel 5
nunmehr auf seinem Stegfuß 14 mit dem Öldruck des Schmieröls
beaufschlagt und damit seine Ausfahrbewegung weiterhin durch
den Schmieröldruck unterstützt wird.
Wichtig ist, daß das Eintauchen und die Druckbeaufschlagung
des einen Hakenraumes 15.1 (Drehstellung nach Fig. 13D) und
das Auftauchen des anderen Hakenraumes 15.2 in einer zeitlich
festgelegten Folge vorzugsweise zeitlich lückenlos
vonstatten gehen können, wenn die Pumpe mit Rotor und
Flügeln so dimensioniert wird, daß die Steuerkanten der
Hakenköpfe und die Steuerkanten der Ausschneidungen die
Verbindung zum Öldruck und die Entlastung von Öldruck zu den
gewünschten Zeiten herstellen.
Bezugszeichenaufstellung
1 Gehäuse
2 Rotor
3 Welle
4 Rotorschlitz
5 Flügel
6 Flügel
7 Hakenkopf
8 Hakenkopf
9 Steg
10 Steg
11 Stirnwand
12 Stirnwand
13 Unterseite des Hakenkopfes
14 Fuß des Steges
15 Hakenräume
15.1 Hakenräume
15.2 Hakenräume
16 Nut
17 Nut
18 Leitung
19 Leitung
20 Ölquelle
21 Auslaßbereich
22 Drehrichtung
23 Gewichtseinlage
24 Drehachse des Rotors
25 Mittelachse des Gehäuses
26 Ausnehmung
27 Steg
28 Ringspalt
29 Innenkanal
30 Ölzufuhrleitung
31 Ausnehmung
32 Einlaß
33 Auslaß
34 Rückschlagventil
35 Rückschlagventil
36 Kerbe
37 Eintrittsniere
38 Rolle
39 Druckausgleichkanal
40 Lagerschale
41 Verbraucher-Ölstromkreis
42 Verbraucher
43 Ventil
44 Tank
45 Austrittsniere
46 Druckbegrenzungsventil
47 Ring
48 Nut
49 Blattfeder
50 Ausschneidungen (Ausnehmungen)
51 Ausschneidungen (Ausnehmungen)
52 Ausschneidungen (Ausnehmungen)
53 Nutenzug
54 Umfangsast
55 Radialnut
56 Verbindungsast
57 Schraube
2 Rotor
3 Welle
4 Rotorschlitz
5 Flügel
6 Flügel
7 Hakenkopf
8 Hakenkopf
9 Steg
10 Steg
11 Stirnwand
12 Stirnwand
13 Unterseite des Hakenkopfes
14 Fuß des Steges
15 Hakenräume
15.1 Hakenräume
15.2 Hakenräume
16 Nut
17 Nut
18 Leitung
19 Leitung
20 Ölquelle
21 Auslaßbereich
22 Drehrichtung
23 Gewichtseinlage
24 Drehachse des Rotors
25 Mittelachse des Gehäuses
26 Ausnehmung
27 Steg
28 Ringspalt
29 Innenkanal
30 Ölzufuhrleitung
31 Ausnehmung
32 Einlaß
33 Auslaß
34 Rückschlagventil
35 Rückschlagventil
36 Kerbe
37 Eintrittsniere
38 Rolle
39 Druckausgleichkanal
40 Lagerschale
41 Verbraucher-Ölstromkreis
42 Verbraucher
43 Ventil
44 Tank
45 Austrittsniere
46 Druckbegrenzungsventil
47 Ring
48 Nut
49 Blattfeder
50 Ausschneidungen (Ausnehmungen)
51 Ausschneidungen (Ausnehmungen)
52 Ausschneidungen (Ausnehmungen)
53 Nutenzug
54 Umfangsast
55 Radialnut
56 Verbindungsast
57 Schraube
Claims (22)
1. Flügelzellenpumpe
mit einem Paar hakenförmiger Flügel, die in einem
Führungsschlitz des Rotors gleitend aufeinanderliegen,
wobei der Hakenkopf jedes Flügels sowie die beiden
aufeinanderliegenden Hakenstege der beiden Flügel
dieselbe der Schlitzweite angepaßte Dicke haben
und wobei jeder Hakenkopf über eine Teildrehung des
Rotors in den Rotorschlitz eintaucht,
dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Hakenkopf (7, 8) im Drehbereich zwischen 90° vor
und 90° hinter dem unteren Totpunkt in den Rotorschlitz
(4) eintaucht und dabei mit dem Stegfuß (14) des anderen
Flügels (5; 6) einen mit Öl füllbaren abgeschlossenen
Druckraum (15.1, 15.2) bildet.
2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Hakenraum (15) bei der Teildrehung des Rotors (2)
von 90° vor bis zu dem unteren Totpunkt mit Öl gefüllt
und bei der Teildrehung vom unteren Totpunkt bis 90°
nach dem unteren Totpunkt über eine Drossel geöffnet
wird.
3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich der Querschnitt der Drossel über die Teildrehung
zwischen dem unteren Totpunkt und der 90°-Lage hinter
dem unteren Totpunkt erweitert.
4. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine unstetige Erweiterung des Drosselquerschnitts kurz
vor der 90°-Lage hinter dem unteren Totpunkt stattfindet.
5. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Erweiterung des Drosselquerschnitts durch eine in
die Vorderseite des Hakenraums (15) eingebrachte radial kurze
Kerbe (36) erfolgt.
6. Flügelzellenpumpe nach einem der vorangegangenen
Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ölzufuhr zum Hakenraum (15) an eine Druckölquelle
anschließbar ist.
7. Flügelzellenpumpe nach einem der
Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
Öleinlaß (32) und Ölauslaß (33) in ein druckloses System
einmünden.
8. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
Öleinlaß (32) und Ölauslaß (33) in einem Ölkreislauf mit einem die
Drosselung bewirkenden hydraulischen Verbraucher (42)
liegen.
9. Flügelzellenpumpe nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Hakenköpfe (7, 8) mit einer Rolle (38) an der Gehäusewandung
anliegen, wobei die Lagerschale (40) der Rolle (38)
mit dem jeweiligen Hakenraum (15.1, 15.2) durch Druckausgleichskanäle
(29) verbunden ist.
10. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
auf dem Drehkreis der Hakenräume (15) in einer Stirnwand die
Öleintrittsniere (16) sich vor dem unteren Totpunkt
zwischen der Minimallage und dem unteren Totpunkt
erstreckt und die Austrittsniere (21) sich von einer
Stelle, die mehr als Flügeldicke vom unteren Totpunkt
entfernt ist, bis zur 90°-Lage erstreckt.
10. Flügelzellenpumpe nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
gekennzeichnet durch
ein temperaturabhängiges Drosselventil im Ölzulauf (32)
und/oder Ölablauf (33).
12. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Hakenraum (15) bei der Teildrehung des
Rotors (2) von 90° vor bis zu dem unteren Totpunkt
mit einem Ölzufuhrkanal (29) verbunden
wird,
und daß die Verbindung zu dem Ölzufuhrkanal (29) vor dem
Auftauchen aus dem Rotorschlitz (4) unterbrochen wird.
13. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Stege (9, 10) beider Flügel (5, 6) Ausnehmungen (50, 51;
52) besitzen, die sich jeweils von dem Stegfuß (14) aus
über eine radiale Teillänge des Flügels (5; 6) erstrecken
und die durch zeitweise Überdeckung einer zum Rotor (2)
konzentrischen Ölzufuhrbohrung (29) den Ölfluß zwischen
der Ölzufuhrbohrung (29) und den Hakenräumen (15) mittels ihrer
die Ölzufuhrbohrung (29) überfahrenden Endkanten in Abhängigkeit
von der Drehlage des Rotors (2) steuern.
14. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbindung zwischen der Ölzufuhrbohrung (29) und den
Hakenräumen (15.1, 15.2) durch die Endkanten der Ausnehmungen
(50-52) unmittelbar nach dem Eintauchen des
Hakenraums (15.1, 15.2) in den Rotorschlitz (4) aufgesteuert
und unmittelbar vor dem Auftauchen des Hakenraumes
aus dem Rotorschlitz (4) zugesteuert wird.
15. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausnehmungen als Aussparungen (52) in der Rückseite
eines jeden Flügels (5, 6) gebildet sind.
16. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausnehmungen durch Ausschneidungen (50, 51) gebildet
werden, die an einer oder beiden Stirnkanten eines jeden
Flügels (5, 6) angebracht sind und die sich vom Stegfuß (14)
bis über eine radiale Teillänge des Flügels (5; 6) erstrecken.
17. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ölzufuhrbohrung (29) konzentrisch in dem Rotor (2)
liegt,
daß der Durchmesser der Ölzufuhrbohrung (29) größer
ist als die Breite des Führungsschlitzes (4),
und daß sich die Ölzufuhrbohrung (29) bis in den Längsbereich
des Rotors (2) erstreckt, in welchem sich die Ausnehmungen,
Ausschneidungen (50, 51) befinden.
18. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Ausschneidungen (50, 51) der beiden Flügel auch
in der Totlage der Flügel nicht überdecken.
19. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Eintauchen der Hakenräume (15) im Drehbereich vor dem
unteren Totpunkt, vorzugsweise bis 5 bis 15° vor dem
Eintritt der Überdeckung der Ausnehmung/Ausschneidung (50, 51)
und der Ölzufuhrbohrung (29) stattfindet.
20. Flügelzellenpumpe nach einem der
Ansprüche 11 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Stirnwand des Pumpengehäuses (1) im Bereich des
Auslasses (23) einen abgewinkelten Nutenzug (53) enthält
mit einem Umfangsast (54), der sich in Umfangsrichtung
erstreckt und der einen Teil des Auslaßraums
der Pumpe überdeckt, insbesondere dessen Endbereich,
insbesondere den Teil des Endbereichs, der hinter dem
Ende des Auslaßkanals (33) liegt,
mit einem im wesentlichen radial gerichteten Radialast
(55), der im wesentlichen durch die Totpunktebene
begrenzt ist und sich vom Endpunkt des Auslaßraumes aus
radial bis kurz vor die Ölzufuhr (29) erstreckt,
mit einem zum Anfangsast (54) parallelen Verbindungsast
(56), der mit der Ausschneidung (50, 51) der Flügel
spätestens 30° vor dem unteren Totpunkt in Verbindung
gerät.
21. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Verbindungsast (56) durch eine gegen die Drehrichtung
gerichtete Erweiterung des Radialastes (55) gebildet
wird und mit der Ausschneidung (50, 51) der Hakenflügel
zwischen der Englage und der Totlage, vorzugsweise
spätestens 45° vor der Totlage, Verbindung erhält.
22. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß
der sich über einen Teilumfang erstreckende Auslaß (33)
durch ein Rückschlagventil (35) verschlossen ist.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853507176 DE3507176A1 (de) | 1984-04-09 | 1985-03-01 | Fluegelzellenpumpe |
IT20098/85A IT1218467B (it) | 1984-04-09 | 1985-03-27 | Pompa ad alette e celle |
GB08508794A GB2158517B (en) | 1984-04-09 | 1985-04-04 | Sliding vane pump |
FR8505167A FR2568952B1 (fr) | 1984-04-09 | 1985-04-04 | Pompe multicellulaire a palettes |
ES542021A ES8701309A1 (es) | 1984-04-09 | 1985-04-08 | Bomba de celda de paletas. |
JP60073672A JPH0684755B2 (ja) | 1984-04-09 | 1985-04-09 | ベ−ンポンプ |
DE19853532917 DE3532917C2 (de) | 1985-03-01 | 1985-09-14 | Flügelzellenpumpe |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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