Flügelzellenpumpe

Abstract

 Bei einer Flügelzellenpumpe (1), deren zylindrischer Rotor (5) einen einzigen, in einer Axialebene des Rotors (5) liegenden Führungsschlitz besitzt und bei der der Rotor (5) die im Normalschnitt als Kreiskonchoide ausgebildete Gehäuseumfangswand längs einer Mantellinie berührt, wird der Verschleiß an den Flügeln (7) dadurch gemindert oder vermieden, daß dem im Gehäuse (2) auskragend gelagerten Rotor (5) in dem der Lagerseite gegenüberliegenden Gehäusedeckel (4) eine in diesem frei drehbar gelagerte Kurbel (10/13) gegenüberliegt. Diese wirkt mit dem Rotor (5) zusammen und weist an ihrem freien Ende einen außermittig gelagerten Zapfen (10) auf, der in die Längsmitte (15) des Flügels eingreift. Hierdurch werden die bei der Rotordrehung am Flügel (7) auftretenden Zentrifugalkräfte teilweise durch die Kurbel (10/13) aufgenommen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Diese Flügelzellenpumpe ist durch die DE-PS 577 043 bekannt. Sie zeichnet sich durch ein großes Arbeits­volumen aus. Die Pumpe ist für große Druckunterschiede nicht geeignet wegen der schlechten Dichtwirkung im Bereich der Flügelführung. Dieses Problem ist dagegen gelöst bei der EP-A 264 778, bei der der Rotor eine vollständig ausgefüllte kreiszylindrische Trommel ist, die einen zu einer Axialebene parallelen Schlitz zur Flügelführung aufweist. Der Flügel ist eine rechteckige Scheibe, die über ihre gesamte Länge und Breite gleiche Dicke besitzt. Die Dicke des Flügels ist der Weite des Schlitzes angepaßt. Daher bestehen zwischen der Saug- und der Druckseite der Pumpe lange Dichtspalte mit entsprechend guter Dichtwirkung. Das Problem des Verschleißes durch Fliehkraft ist bei dieser Pumpe jedoch nicht gelöst.

[0002] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowohl mit großem Volumen und geringem durch Fliehkrafteinwirkung verursachten Verschleiß als auch mit guter Dichtwirkung auszustatten.

[0003] Die Lösung ergibt sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1.

[0004] Die Ausführung nach Anspruch 2 ermöglicht, den Rotor einseitig fliegend zu lagern und die Kurbel auf der der Rotorlagerung gegenüberliegenden Seite anzuordnen.

[0005] Die Ausführungen nach den Ansprüchen 3 und 4 bezeichnen Alternativen, mit denen es möglich ist, den Flügel ohne Verkantung zu führen.

[0006] Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

[0007] Es zeigen:

Fig. 1 einen Normalschnitt;

Fig. 2, 3 jeweils den Teil eines Axialschnitts;

Fig. 4 den Axialschnitt eines weiteren Ausführungs­beispiels.

[0008] Die Flügelzellenpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 2 auf. In dem Pumpengehäuse 2 ist der Pumpenrotor 5 fliegend drehbar gelagert und drehend angetrieben. Die Lagerung ist hier nicht dargestellt. Der Rotor ist so gelagert, daß er an einer Stelle das Innengehäuse mit engem Spalt berührt. Der Rotor ist eine zylindrische Trommel. Der Rotor ist aus einem Stück gearbeitet, ist also massiv und besitzt lediglich einen Schlitz. Dieser Schlitz liegt parallel zu einer Axialebene. Er wird begrenzt durch zwei parallele Sekantialebenen. Die Antriebswelle ist - wie Fig. 4 insbesondere zeigt, an den Rotor angeformt und bildet mit ihm ein Stück. Der Flügel ist eine rechteckige Platte oder Scheibe, welche über ihre gesamte Fläche gleiche Dicke besitzt. Die Flügeldicke entspricht der Weite des Schlitzes derart, daß der Flügel zwar gut gleitet, andererseits aber mit dem Rotorschlitz enge Dichtspalte bildet.

[0009] An seinen Enden weist der Flügel 7 jeweils Dichtleisten 8 auf. Die Dichtleisten 8 dienen zur Panzerung des Flügelkopfes. Die Dichtleisten 8 können beweglich in dem Flügelende geführt sein und dadurch Toleranzen im Querschnitt des Pumpengehäuses ausgleichen. Der Querschnitt des Pumpengehäuses ist die Äquidistante zu einer Konchoiden (= Pascalschen Spirale oder Pascal­schen Parabel). Die Konchoide geht durch den Krümmungs­ mittelpunkt der Dichtleisten 8. Der Abstand der Äquidistanten von der Konchoiden entspricht dem Krüm­mungsradius der Dichtleisten 8. Der Rotor 5 ist in Bezug auf die Konchoide exzentrisch gelagert. Dabei hat die Konchoide die Eigenschaft, daß alle Sekanten durch den Mittelpunkt des Rotors 5 gleich lang und so lang sind wie der Abstand zwischen den Krümmungsmittelpunkten der Dichtleisten 8. Dadurch gilt für die im Normal­schnitt die Gehäuseumfangswand bildende Äquidi­stante der Konchoiden, daß die lichte Weite in Richtung des Rotorschlitzes 6 bei allen Drehlagen des Rotors 5 konstant und gleich der Flügellänge zwischen den Berühr­linien des Gehäuses 2 und den Dichtleisten 8 ist. In Fig. 1 ist die Englage des Flügels 7 eingezeichnet. In dieser Lage liegt der Längsmittelpunkt 15.1 des Flügels auf dem Zentrum des Rotors 5. Ferner ist gestrichelt dazu die 90°-Lage eingezeichnet. Dabei ist mit Länge des Flügels 7 die in Fig. 1 dargestellte, überlicherweise größte geometrische Abmessung des Flügels bezeichnet. In der 90°-Lage liegt der Langsmit­telpunkt 15.2 extrem weit außermittig. Ersichtlich werden dadurch große Zentrifugalkräfte auf den Flügel ausgeübt.
Die Konstruktion der Konchoiden bzw. ihrer Äquidistanten ergibt sich aus der EP-A 264 778 (= Bag 1548). Eine be­sonders geeignete Konstruktion ergibt sich aus der DE-A 38 13 132 (= Bag 1580). Bei dieser Formgebung können Beschleunigungs-, Ruck- und Stoßbelastungen des Flügels vermieden werden. Ferner kann das Gehäuse so gestaltet werden, daß durch Berührung von Rotor und Gehäuse nicht nur in einer einzigen Mantellinie, sondern einer Schmiegefläche eine gute Abdichtung von Saug- und Druckseite erreicht wird.
Die Äquidistante im Sinne dieser Anmeldung ist die Einhüllende aller Kreise mit dem Radius des Kantenradi­us, deren Mittelpunkt auf der Konchoiden bzw. der nach DE-A 38 13 132 (= Bag 1580) konstruierten geschlossenen Kurve liegt.

[0010] In dem Lagerdeckel 4, welcher von der Lagerseite der Rotorwelle (nicht gezeigt) abgewandt ist, ist eine kreisrunde Kurbelscheibe 13 frei drehbar gelagert (Fig. 2 und Fig. 3). Ihr Mittelpunkt 14 liegt genau zwischen den Extremlagen 15.1 und 15.2, welche der Längsmittel­punkt des Flügels 7 einnehmen kann. In der Kurbelscheibe 13 ist ein Zapfen 10 achsparallel zur Kurbelscheibe 13 angebracht, und zwar auf einem Radius, welcher dem Abstand zwischen dem Mittelpunkt 14 der Kurbelscheibe 13 und den Extremlagen 15.1 bzw. 15.2 der Längsmitte des Flügels 7 entspricht. Der Lagerdeckel 4 besitzt in der kreisscheibenförmigen Ausnehmung, in welcher die Kurbelscheibe 13 gelagert ist, geeignete Ölnuten 9, so daß eine Gleitlagerung mit Schmierung der Kurbelscheibe 13 erfolgt.

Zur Funktion:

[0011] Bei Drehung des Rotors in Pfeilrichtung bilden der Rotor 5, die aus dem Rotor herausragenden Stücke des Flügels 7 sowie das Pumpengehäuse 2 mit den seitlichen Deckeln Zellen, die fortwährend größer und wieder kleiner werden. Dabei wird durch Einlaß 11 Luft angesaugt und durch Auslaß 12 Luft ausgestoßen. Die Flügelzellenpumpe kann also als Vakuumpumpe oder auch als Luftdruckpumpe (Kompressor) wirken. Besonders vorteilhaft wird sie als Vakuumpumpe eingesetzt. Bei der Drehung des Rotors 5 ändert sich die Relativlage des Flügels 7 zwischen den dargestellten Positionen. Die auf den Flügel einwirken­den Zentrifugalkräfte werden insbesondere in der gestrichelt eingezeichneten äußeren Extremlage sowie in den angrenzenden Winkelbereichen zumindest teilweise durch den Zapfen 10 und die Kurbelscheibe 13 aufgenom­men. Hierdurch wird der Verschleiß vermieden oder gemindert.

[0012] Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 zeichnet sich dadurch aus, daß der Zapfen 10 mit dem Flügel 7 fest verbunden ist und gegenüber der Scheibe 13 relativ drehbar ist.

[0013] Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Zapfen 10 mit der Scheibe 13 drehfest verbunden. Er kann z.B. in eine Preßpassung eingepreßt sein. Der Zapfen 10 ragt in ein Loch 16 des Flügels. Das Loch durchdringt den Flügel auf seiner gesamten Breite. Dabei ist mit Breite des Flügels 7 die in Fig. 4 gezeigte geometrische Abmessung bezeichnet, die dem Abstand zwischen den Gehäusedeckeln der Flügelzellenpumpe 1 entspricht. Der Zapfen 10 ragt jedoch nur bis zur Breitenmitte des Flü­gels 7 und besitzt dort ein Lager 17 in Form eines Gleitlagers. Die Scheibe 13 ist in Kugellager oder sonstigen Wälzlagern 18 drehbar gelagert. Im übrigen treffen die Figuren 1 bis 3 und die dazugehö­rige Beschreibung auch auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zu.

BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG

[0014] 

1 Flügelzellenpumpe

2 Pumpengehäuse

4 Gehäusedeckel

5 Pumpenrotor

6 Schlitz

7 Flügel

8 Dichtleisten

9 Ölnuten

10 Zapfen

11 Einlaß

12 Auslaß

13 Kurbelscheibe

14 Mittelpunkt

15.1 Extremlage

15.2 Extremlage

16 Loch

17 Gleitlager

18 Wälzlager

Ansprüche

1. Flügelzellenpumpe,
deren zylindrischer Rotor (5) zur Flügelführung einen in einer Axialebene des Rotors (5) liegenden Führungsschlitz (6) besitzt und deren Flügel an einer im Gehäuse drehbar gelagerten Kurbel geführt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Rotor (5) eine kreiszylindrische Trommel ist, die einen durch parallele Schnittebenen begrenzten Führungsschlitz (6) aufweist,
daß in dem Führungsschlitz (6) ein Flügel (7) geführt ist, der als rechteckige Scheibe ausgebil­det ist und der auf seiner gesamten Fläche gleiche, dem Abstand der Schnittebenen entsprechende Dicke besitzt,
daß die Flügelkanten, die an der Gehäuseumfangs­wand anliegen, mit einem Kantenradius gekrümmt sind und die Gehäuseumfangswand im Normalschnitt des Gehäuses (2) die Äquidistante mit dem Abstand des Kantenradius zu einer Konchoiden ist, welche durch den Mittelpunkt der abgerundeten Kante beschrieben wird,
daß der Rotor (5) im Gehäuse (2) auskragend gelagert ist, und daß in dem Gehäusedeckel (4), welcher der Lagerseite gegenüberliegt, die Kurbel (10/13) frei drehbar gelagert ist, welche mit ihrem freien Ende in die Längsmitte (15) des Flügels (7) eingreift und deren Drehachse (14) im Zentrum des von der Längsmitte (15) des Flügels (7) bei einer Rotorumdrehung umschriebenen Kreises liegt.

2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kurbel (10/13) als kreisrunde Scheibe (13) ausgeführt ist, daß die Scheibe (13) in einer kreisrunden Ausnehmung des von dem Rotorlager abgewandten Gehäusedeckels (4) frei drehbar gelagert ist,
daß die Scheibe (13) mit dem Flügel (7) durch einen achsparallelen Zapfen (10) verbunden ist, wobei der Zapfen (10) einerseits in die Längsmitte (15) des Flügels (7) und andererseits auf einem Radius der Scheibe (13) eingreift, welcher gleich dem halben Abstand der Extremlagen (15.1 und 15.2) der Längsmitte (15) des Flügels (7) ist.

3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Zapfen (10) fest mit dem Flügel (7) verbunden und in der Scheibe (13) drehbar gelagert ist.

4. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Zapfen (10) fest mit der Scheibe (13) verbun­den und in einem achsparallelen Loch (16) des Flügels (7) drehbar gelagert ist, wobei der Zapfen (10) vorzugsweise bis in die Breitenmitte des Flü­gels (7) ragt und dort sein Lager (17) hat.

Zeichnung