DE1653921B2 - Rotationskolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenpumpe, bestehend aus einem Gehäuseteil mit zylindrischer Ausnehmung und einer in dem Gehäuseteil gelagerten Antriebswelle, auf der ein Rotor befestigt ist, der mit der Innenfläche des Gehäuseteils eine Pumpenkammer begrenzt, wobei der Rotor zwei sich diametral gegenüberliegende, zur Achse der Welle konzentrische, teilzylindrische Umfangsflächen von unterschiedlichem Radius aufweist, von denen die mit dem größeren Radius mit der Innenfläche des Gehäuseteils abdichtet und die durch zwei Nockenflächen von abnehmendem bzw, zunehmendem Radius miteinander verbunden sind, in denen jeweils ein im Rotor etwa radial verlaufender Abschnitt des Saugkanals bzw. des Druckkanals über eine in Umfangsrichtung etwa über die Aasdehnung der Nockenfläche erweiterte Öffnung mündet sowie aus einer Mehrzahl von lose in radialen Nuten der Innenfläche des Gehäuses und in gleichen Umfangsabständen angeordneten und die Pumpenkammer in eine Mehrzahl von Zellen unterteilenden

ίο Trennschiebern, die jeweils in Richtung auf den Rotor elastisch vorgespannt sind.

Es ist eine als Pumpe oder Motor verwendbare Vorrichtung mit einem zentralen feststehenden Achsstummel bekannt, auf dem ein Rotor gelagert ist, der eine zur Mittellinie des Achsstummels koaxiale Arbeitsmittelkammer von außen her begrenzt Die innere Begrenzung erfolgt durch einen kreiszylindrischen zur Mittellinie des Achsstummels versetzten Exzenter, an dessen Umfangsfläche unter elastischer Vorspannung Trennschieber gleitend angreifen, die in radialen Ausnehmungen des Rotors verschieblich gelagert sind. Der Achsstummel weist achsparallele Bohrungen auf, von denen radiale Kanäle in Ausnehmungen in dem Exzenter münden. Diese Bohrungen dienen zur Zu- und Abführung des Arbeitsmittels (vergl. US-PS 30 08 424).

Bei einer anderen ähnlichen, bekannten Vorrichtung weist der um den feststehenden Achsstummel umlaufende Rotor eine zur Mittellinie des Achsstummels konzentrische Kreisfläche auf, in der in radialen Ausnehmungen radial nach außen elastisch vorgespannte Arbeitsschieber gleiten. Diese wirken mit einer ebenfalls kreisförmigen, zur Mittellinie des Achsstummels jedoch versetzten Innenfläche des Gehäuses zusammen. Bei dieser bekannten Vorrichtung erfolgt die Zuführung und die Abführung des Arbeitsmittels durch entsprechende Ausnehmungen in einem den Ächsstummei hauenden Flansch (vergi. US-PS 30 09 421).

Es ist weiterhin bekannt, in einem durch eine Welle antreibbaren Rotor von zylinderförmiger Umfangsfläche nachgiebig Arbeitsschieber zu lagern und zwischen der zur Achse der Welle konzentrischen Innenfläche des feststehenden Gehäuses und dem Rotor einen hohlzylindrischen Zwischenring exzentrisch zur Achse der Welle zu lagern, mit dessen Innenfläche die Arbeitsschieber zusammenwirken. Dieser Zwischenring weist an seinem Außenumfang weitere Arbeitsschieber auf, die ihrerseits mit der Innenfläche des Gehäuses zusammenwirken. Der Zwischenring kann entweder

so drehfest gehalten oder in Drehrichtung des Rotors oder dieser entgegen angetrieben werden. Die Zu- und Abführung des Arbeitsmittels erfolgt über Ausnehmungen und Kanäle, die in dem feststehenden Gehäuse angeordnet sind (vergl. US-PS 30 38 412).

Bei als Gebläse oder Vakuumpumpen dienenden Vorrichtungen ist es bekannt, in einem ortsfesten Gehäuse einen zentralen Stator und einen diesen umgebenden Rotor mit in radialen Ausnehmungen geführten Trennschiebern anzuordnen, die auf der kreiszylindrischen Fläche des Stators aufliegen. Die kreiszylindrische Innenfläche des Rotor ist exzentrisch gegenüber der Mittelachse des Stators angeordnet, der seinerseits Öffnungen für den Lufteinlaß und den Auslaß aufweist (vgl. GB-PS 3 14 622).

Dabei ist es auch bekannt, die Trennelemente als schwenkbare Flügel auszubilden, um die Reibung zwischen Rotor und den Flügelenden möglichst klein zu halten (vgl. GB-PS 5 97 544).

Bei all .diesen bekannten Vorrichtungen sind die Einlaß- und Auslaßkanäle für das Arbeitsmittel stets in dem ruhenden Teil angeordnet

Es ist eine doppeltwirkende Pumpe mit einem Rotor bekannt, der auf einem axialen Ansatz des Gehäuseteils gelagert ist Der zentrale Ansaugkanäl ist in diesem Ansatz vorgesehen, während der Druckkanal in einem feststehenden Gehäuseteil verläuft (US-PS 33 14 368). Hierbei besteht die Gefahr, der Kavitation bei Ein- und Austritt der ,Flüssigkeit in bzw. aus dem Rotor bzw. in den Stator. In dem Rotor selber sind Kanalabschnitte als Einlaß und Auslaß vorgesehen, wobei die Verbindungen zu diesen Kanälen bejm Umlauf des Rotors jeweils unterbrochen werden. Hierdurch wird die Ausbildung von Kavitation noch unterstützt Hinzu kommt das Auftreten schroffer Obergänge zwischen der Flüssigkeit in den Kanälen des Stators und in den Kanälen des Rotors. Radial verlaufende Bereiche der im Rotor angeordneten Kanalabschnitte heben siel, in ihrer Wirkung auf die Flüssigkeitsströmung weitgehend gegenseitig auf.

Bei der Pumpe der eingangs erläuterten Art münden die in der Achse der Welle verlaufenden Kanäle über radial geneigte Kanalabschnitte am Umfang des Rotors wobei in diesem Bereich in der Innenfläche des feststehenden Gehäuses Ringnuten vorgesehen sind, an die Einlaß und Auslaß angeschlossen sind (vergl. FR-PS 9 78 151). Hierbei ist die Anordnung so getroffen, daß sich die Strömungsrichtung des Druckmittels in radialer Richtung umkehrt. Soweit also auf das in den Kanälen der Welle befindliche Arbeitsmittel Zentrifugalkräfte einwirken können, wird diese Wirkung in jedem der Kanäle weitgehend aufgehoben.

Es ist auch eine Rotationspumpe bekannt, bei der die Saugöffnung des Saugkanals im Rotor koaxial zur Achse der Antriebswelle in der einen Stirnseite der Welle liegt, während der Druckkanal einen mit dem axialen Eingangskanal axial fluchtenden Austrittskanal im Rotor aufweist, dessen Mündung an der anderen Stirnfläche des Rotors liegt (vergl. FR-PS 6 09 491).

Der Rotor weist einen sektorförmigen Dichtungsabschnitt, der mit der konzentrischen Innenwand des Gehäuses zusammenwirkt, sowie eine teilringförmige Pumpenkammer auf, wobei sich diametral gegenüberliegende, zusätzlich angetriebene Steuerelemente mit dem Rotor zusammenwirken, um Ansaugung und Ausstoß zu steuern. Dabei erfolgt die Ansaugung in die Pumpenkammer der Drehrichtung des Rotors entgegen, was in einer Ausschaltung von Zentrifugalkräften auf die angesaugte Flüssigkeit führt. Da die unter Druck gesetzte Flüssigkeit wieder bis zur axialen Mitte des Rotors radial nach innen gedrückt werden muß, und zwar gegen die Wirkung etwaiger Zentrifugalkräfte, tritt ein erheblicher Verlust an Druck auf.

Es ist gegenüber diesem Stand der Technik Aufgabe der Erfindung eine Rotationskolbenpumpe der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß auch bei hohen Drücken und hohen Drehzahlen eine wirksame Dämpfung oder Minderung von Schwingungen und Geräuschen erreicht wird, die üblicherweise durch das Auslecken von Druckmittel sowie durch Stöße oder andere Unregelmäßigkeiten während des Füllens der Zellen der Pumpe und während des Ausstoßens des Druckmittels aus diesen Zellen verursacht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ansaugöffnung des Saugkanals des Rotors koaxial zu der Achse der Antriebswelle in der einen Stirnseite der Welle mündet, während der Druckkanal in Form eines zur Achse der Antriebswelle parallel und nahe dem Außenumfang des Rotors eingearbeiteten Kanals an einer in entgegengesetzte Richtung weisenden Stirnfläche des Rotors axial austritt Aufgrund dieser Ausbildung wird erreicht, daß das Arbeitsmittel entlang der Drehachse im wesentlichen drucklos angesaugt und dann vor dem Eintritt in die zugehörigen Zellen unter einen ausreichenden Vordruck gebracht wird. Hierdurch wird jede Kavitation zuverlässig

ίο ausgeschaltet und gleichzeitig ein stoßfreies Füllen der Zelle während des Saughubes gewährleistet Darüber hinaus wird erreicht daß das unter Druck aus den Zellen ausgestoßene Druckmittel aus den Zellen einem vorbestimmten Druck entgegen abgefördert wird.

Damit wird gewährleistet daß auch der Austritt des Druckmittels stoßfrei und ohne die Gefahr einer Bildung von Kavitation erfolgt Es wird dadurch deutlich, daß es wesentlich auf die relative Lage zwischen der Eintrittsmündung und der Austrittsmündung jedes einzelnen Kanals ankommt Aufgrund der vorgesehenen Anordnung wird die gestellte Aufgabe auf besonders einfache und elegante Weise und besonders zuverlässig gelöst

Vorteilhafterweise mündet der Druckkanal in der Antriebswelle in axialer Richtung jeweils auf der axialen Außenseite von zwei an den Stirnflächen des Rotors anliegenden Scheibenkörpern in einer Sammelkammer. Durch den unmittelbaren Übergang des Ausstoßkanals in axial angrenzende Sammelkammern wird gewährleistet, daß unmittelbar angrenzend an die Stirnflächen des Rotors in den nicht umlaufenden Teilen eine Arbeitsmittelmenge verbleibt, gegen die der Ausstoß erfolgt. Dadurch wird die angestrebte Wirkung verstärkt, indem die Geräuschbildung vermindert und Unregelmäßigkeiten oder Stöße im Druckmittel unterbunden werden.

Die Aussaugung kann vorteilhafterweise unmittelbar aus einem Arbeilsmillelsurnpi erfolgen, indem der Ansaugkanal an einem Ende der Antriebswelle axial unmittelbar in den Arbeitsmittelsumpf mündet.

Um einen möglichst sprungfreien Übergang zwischen den einzelnen Räumen und den Kanälen zu erhalten, ist die Anordnung zweckmäßigerweise so getroffen, daß von den Rändern der beiden Ausnehmungen in den Nockenflächen des Rotors jeweils eine sich verengende Nut in Drehrichtung bis in die angrenzende teilzylindrische Umfangsfläche des Rotors ragt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen axialen Schnitt durch eine Rotationskolbenpumpe gemäß der Erfindung,

Fig.2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 2-2 der Fig. 1,

Fig.3 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 3-3 derFig. 1,

Fig.4 und 5 perspektivische Ansichten des Rotors der Rotationskolbenpumpe nach F i g. 1 bis 3 in zwei verschiedenen Umfangsansichten,
F i g. 6 in ähnlicher Darstellung wie F i g. 1 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der Schnitt entlang der Schnittlinie 6-6 der F i g. 7 gelegt ist,

Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 7-7 der F i g. 6 und

F i g. 8 eine schematische Darstellung des Saugzyklusses und des Ai^<rc*oßzyklusses der Rotationskolbenpumpe nach der Erfindung.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i r. 1 bis F i g. 5

ist in einem äußeren Gehäuse 10 ein zylindrischer Gehäuseteil 20 vorgesehen, in dem zwischen zwei Stirnscheiben 12 und 13 ein Rotor 30 drehbar angeordnet ist, der mit einem Wellenstummel und einem Antriebswellenabschnitt 31 in Lagern des Gehäuses antreibbar und axial unverschiebbar gelagert ist.

Der Rotor 30 weist einen zentralen, einstückig mit den Wellenabschnitten verbundenen Abschnitt auf, auf dem ein Rotorring 32 fest angeordnet ist, dessen Außenumfang ein nicht kreisförmiges Profil bildet.

In der inneren Umfangsfläctie des Gehäuseteils 20 sind mehrere in Umfangsrichtung in Abständen angeordnete, radial nach innen offene Nuten 22 eingearbeitet. In jede radial verlaufende Nut ist ein Trennschieber lose eingelegt, der jeweils in Richtung auf den Rotor 30 durch eine Feder 24 elastisch vorgespannt ist. Hierdurch wird die Pumpenkammer in eine Mehrzahl von Zellen 25 unterteiit. Im dargestellten Beispiel sind sechs Trennschieber und entsprechend sechs Zellen vorgesehen. Jeder Trennschieber besteht aus einem im Querschnitt U-förmig gebogenen Blechteil geringer Masse.

Die Außenumfangsfläche des Rotors 30 wird durch zwei sich diametral gegenüberliegende, zur Achse der Welle 31 konzentrische teilzylindrische Umfangsflächen C\ und C2 von unterschiedlichem Radius R\ und Ri gebildet, so daß im Zusammenwirken mit der inneren Umfangsfläche 21 des Gehäuseteils 20 eine Pumpenkammer 21 r mit einer Querschnittsfläche in Form eines Kreiszweiecks begrenzt ist. Der Radius /?2 ist praktisch der gleiche wie der Innenradius der Innenfläche 21 des Gehäuseteils 20.

Wie die Fig.4 und 5 zeigen, weist die äußere Umfangsfläche des Rotors 30 an zwei etwa diametral gegenüber und jeweils im Abstand von den beiden Stirnkanten des Rotors 30 liegenden Flächenbereichen eine in die Umfangsfläche des Rotors mündende Ausnehmung 33 bzw. 35 auf, die in ihrem Mündungsbereich jeweils eine sich verengende Nut 39 bzw. 38 aufweist, die von der Mündungskante in Drehrichtung bis in die angrenzende teilzylindrische Umfangsfläche mit dem Radius R₂ bzw. /?, des Rotors 30 ragt

Wie F i g. 2 zeigt, durchdringen beide Ausnehmungen 33 und 35 die Wanddicke des Nockenringes 32 vollständig. Auf der Innenseite des Nockenringes steht die Ausnehmung 33 in freier Verbindung mit einer radialen Bohrung im zentralen Abschnitt der Welle 31, die ihrerseits wiederum in freier Strömungsverbindung mit einem koaxial angeordneten Saugkanal steht der an einer Stirnseite der Welle 31 in einer Saugöffnung 37 mündet.

Der zentrale Abschnitt der Welle 31 weist in der von dem Nockenring 32 umschlossenen Umfangsfläche eine zur Achse der Welle 31 verlaufende und radial nach außen offene Nut 36 auf, die zu dem anderen Stirnende des Rotors 30 hin offen ist Dieser nutenförmige Kanal, der unter dem Nockenring 32 verläuft, steht in freier Strömungsverbindung mit der Ausnehmung 35 in dem Nockenring 32. An dieser Stirnseite steht der nutenförmige Druckkanal 36 in freier Verbindung mit einer Sammelkammer 19, während der Ansaugkanal unmittelbar in einen Arbeitsmittelsumpf mündet.

Die Mündungsweite der Ausnehmungen 33 und 35, gemessen in Umfangsrichtung, ist in bezug auf den Umfangsabstand der Trennschieber 23 so gewählt, daß die zwischen den Trennschiebern gebildeten Zellen 25 nacheinander mit der mit dem Saugkanal 34 in Verbindung stehenden Ausnehmung bzw. mit der mit dem Druckkanal 36 in Verbindung stehenden Ausnehmung 35 treten können. Auf diese Weise wird die Pumpenkammer 21 r in einen Ansaugabschnitt (linke Hälfte in Fig.2) und einen Druckabschnitt (rechte Hälfte in Fig.2) unterteilt. Beide werden durch die zylindrischen Abschnitte mit dem Radius R\ und /?2 und die mit diesen Umfangsflächen zusammenwirkenden Trennschieber gegeneinander abgedichtet. Die Pumpenwirkung kommt durch die fortlaufende Veränderung der Querschnittsgröße dieser beiden Teilräume der Pumpenkammer 21 r bei der Rotation des Rotors 30 zustande.

In Fig.8(1) ist gezeigt, wie durch die Trennschieber die Pumpenkammer in sechs Kammerabschnitte Si bis Ss unterteilt ist, welche jeweils durch zwei aufeinanderfolgende Trennschieber begrenzt sind. Jede Pumpenkammer durchläuft im Wechsel die Ansaug- und die Druckzone der Pumpenkammer, was in Fig.8(11) in einer abgewinkelten graphischen Darstellung wiedergegeben ist, in der auf der Ordinate die Druckwerte und auf der Abzisse der Drehwinkel wiedergegeben ist. fließt aus der Sammelkammer 19 das Druckmittel mit nahezu konstantem Volumen G ab.

Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den F i g. 6 und 7 gezeigt Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist in einem Gehäuse 110 ein Gehäuseteil 120 zwischen Stirnscheiben 112 und 113 angeordnet, in dem ein Rotor 130 geführt ist der in diesem Fall insgesamt einstückig mit der Welle 131 ausgebildet ist. Die Umfangsfläche des Rotors weist zwei zylindrische Abschnitte mit dem Radius Ru> und R20 und Übergangsabschnitte Qo und C20 auf und wirkt mit in Umfangsrichtung verteilten Trennschiebern 123 in der bereits zuvor beschriebenen Weise zusammen.

Der Rotor weist wiederum auf sich gegenüberliegenden Umfangsflächen Ausnehmungen auf, welche eine Verbindung der Pumpenkammer mit dem Ansaugkanal 134 bzw. dem Druckkanal 136 herstellen. Der Ansaugkanal 134 ist wiederum gleichachsig zu der Welle 131 in dieser eingearbeitet und verläuft in axialer Richtung bis zu der Mündung 137 in einem Stirnende der Welle 131. Der Dmckkanal ist in Form eines nahe der Umfangsfläche des Rotors in diesem parallel zur Achse der Welle 131 eingearbeiteten Kanal 136, der an dem gegenüberliegenden Stirnende des Rotors 130 in einer Sammelkammer 119 mündet.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Rotationskolbenpumpe, bestehend aus einem Gehäuseteil mit zylindrischer Ausnehmung und einer in dem Gehäuseteil gelagerten Antriebswelle, auf der ein Rotor befestigt ist, der mit der Innenfläche des Gelhäuseteils eine Pumpenkammer begrenzt, wobei der Rotor zwei sich diametral gegenüberliegende, zur Achse der Welle konzentrische, teilzylindrische Umfangsflächen von unterschiedlichem Radius aufweist, von denen die mit dem größeren Radius mit der Innenfläche des Gehäuseteils abdichtet, und die durch zwei Nockenflächen von abnehmendem bzw. zunehmendem Radius miteinander verbunden sind, in denen jeweils ein im Rotor etwa radial verlaufender Abschnitt des Saugkanals bzw. des Druckkanals über eine in Umfangsrichtung etwa über die Ausdehnung der Nockenfläche erweiterte Öffnung mündet, sowie durch eine Mehrzahl von lose in radialen Nuten der Innenfläche des Gehäuses sowie in gleichen Umfangsabständen angeordneten und die Pumpenkammer in eine Mehrzahl von Zellen unterteilenden Trennschiebern, die jeweils in Richtung auf den Rotor elastisch vorgespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnung (37) des Saugkanals des Rotors (30 bzw. 130) koaxial zu der Achse der Antriebswelle (31 bzw. 131) in der einen Stirnseite der Welle mündet, während der Druckkanal in Form eines zur Achse der Antriebswelle (31 bzw. 131) parallel und nahe dem Außenumfang des Rotors eingearbeiteten Kanals (36 bzw. 136) an einer in entgegengesetzte Richtung weisenden Stirnfläche des Rotors axial austritt.

2. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkanal (36 bzw. 136) in der Antriebswelle (3i bzw. i3i) in axialer Richtung jeweils auf der axialen Außenseite von zwei an den Stirnflächen des Rotors anliegenden Scheibenkörpern (12,13 bzw. 112,113) in einer Sammelkammer (19 bzw. 119) mündet.

3. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal (34 bzw. 134) an einem Ende der Antriebswelle (31 bzw. 131) axial unmittelbar in einen Arbeitsmittelsumpf mündet.

4. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von den Rändern der beiden Ausnehmungen (33, 35) in den Nockenflächen CCl, C2) des Rotors (30) jeweils eine sich verengende Nut (39 bzw. 38) in Drehrichtung bis in die angrenzende, teilzylindrische Umfangsfläche (R 2 bzw. Λ 1) des Rotors ragt.