DE3430353C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer konventionel­ len Flügelzellenpumpe und

Fig. 2 eine Schnittansicht nach der Linie II-II in Fig. 1.

Bezugszahl 1 bezeich­ net einen Motor zum Antreiben der Flügelzellenpumpe mit einem Rahmen 1 a und einer im Rahmen 1 a drehbar gelagerten Welle 2. Auf der Welle 2 ist ein Rotor 3 befestigt. Mehrere Flügel 4 sind in radial gerichte­ ten Nuten im Rotor 3 so aufgenommen, daß sie längs der Nuten gleiten können. Der Rotor 3 mit den Flügeln 4 ist im Innenraum eines Gehäuses 4 aufgenommen, wobei dieser Innenraum eine zylindrische Innenwand hat, deren Mitte gegenüber der Mitte der Welle 2, d. h. des Rotors 3, versetzt ist. An den Seiten des Gehäuses 5 sind eine Seitenplatte 6 und eine Deckplat­ te 7 angeordnet, welche mit dem Rotor 3 eine Betriebs­ kammer 8 bilden. Ein Einlaßkanal 9 und ein Auslaßkanal 10 sind je an unterschiedlichen Stellen im äußeren Umfangsteil des Gehäuses 5 so vorgesehen, daß sie mit der Betriebskammer 8 im Gehäuse 5 kommunizieren. Das Gehäuse 5, die Seitenplatte 6 und die Deckplatte 7 sind mit dem Rahmen 1 a des Motors 1 mittels Schrau­ ben 11 verbunden. Eine Dichtung 12 ist in den Rahmen 1 a so eingesetzt, daß sie in abdichtender Gleitberüh­ rung mit der Welle 2 steht.

Wenn die oben beschriebene Flügelzellenpumpe als Luftquelle für einen Brenner verwendet wird, müssen Primärluft hohen Druckes und kleinen Mengenstroms, d. h. kleinen Durchsatzes, zum Zerstäuben des Brennstof­ fes und Sekundärluft niedrigen Druckes und großen Durchsatzes zum Erzielen einer Verbrennung des Brenn­ stoffes bereitgestellt werden. Jedoch wird bei der Konstruktion der konventionellen Flügelzellenpumpe dann, wenn Primärluft und Sekundärluft mit einer einzigen Pumpe gefördert werden sollen, Luft hohen Druckes und großen Durchsatzes benötigt, um die Lei­ stung der Pumpe zu erhöhen. Ferner wird eine Steuervor­ richtung für die Speisung der Primärluft und der Sekundärluft sehr kompliziert. Wenn daher die Flügel­ zellenpumpe als Luftquelle für einen Brenner eingesetzt werden soll, werden zwei getrennte Flügelzellenpumpen benötigt, und zwar eine für die Förderung von Primär­ luft und die zweite für die Förderung von Sekundärluft, was den Aufwand insbesondere der Herstellung erhöht.

Die Flügelzellenpumpe wird auch als Vakuumpumpe zum Erzeugen von Vakuum für eine Vakuum-Servorbremse von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Ferner wird die Flügelzel­ lenpumpe auch als Luftpumpe für die Nachverbrennung von Auspuffgasen von Kraftfahrzeugen oder für das Aufladen dünner Luft für die Maschine eingesetzt. Die Betriebsweise solcher Pumpen ist identisch. Jedoch saugt eine Vakuumpumpe Fluid von der Lastseite an, es sei denn, die Bremse wird betätigt. Andererseits lädt die Luftpumpe stets die zur Maschine geführte Luft auf. Demgemäß sind die Zustände des Fluids in der Vakuumpumpe einerseits und der Luftpumpe anderer­ seits einander entgegengesetzt. Es ist daher erforder­ lich, zwei Pumpen unabhängig voneinander vorzusehen, wenn einerseits ein Vakuumzustand und anderer­ seits ein Aufladungszustand gleichzeitig benötigt werden.

In einem Kraftfahrzeug gibt es zwei Lastquellen bzw. Verbraucher für die Vakuumpumpe, nämlich die Vakuum- Servorbremse, welche einen großen Anteil des Vakuums bei Betätigen der Bremse verbraucht, und eine Kammer eines Antriebes einer Geschwindigkeits-Konstanthalte­ vorrichtung, die stets eine kleine Vakuummenge zu ihrem Betrieb benötigt. Demgemäß wird bei Anwendung einer einzigen Vakuumpumpe der Vakuumzustand für die Geschwindigkeits-Konstanthaltevorrichtung stets benötigt, während gelegentlich eine große Vakuummenge für die Bremsbetätigung benötigt wird. Im letzteren Falle wird der Nachschub von Vakuum knapp, was nachtei­ lige Wirkungen auf die Bremsleistung haben kann. Um eine solche Schwierigkeit zu vermeiden, muß eine Vakuumpumpe große Förderleistung mit einem Vakuumtank zum Speichern von Vakuumluft vorgesehen werden.

Ein Kraftfahrzeug sollte mit einer Vakuumpumpe verse­ hen sein, die ein Vakuum für eine Vakuum-Servobremse sowie für eine Ölpumpe bereitstellt, welche eine hydraulische Anlage für die Servorlenkung sowie für die Höheneinstellung des Kraftfahrzeuges bewerkstel­ ligt. Es müssen dann zwei Fluid-Arten, nämlich Luft und Öl, gesteuert werden. Es werden dann eine Vakuum­ pumpe und eine Ölpumpe für die genannten Zwecke benö­ tigt, obgleich Aufbau und Arbeitsweise der beiden Pumpen identisch sind.

Bei einer bekannten Flügelzellenpumpe mit den Merk­ malen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 kommuniziert der Auslaß der einen Betriebskammer mit dem Einlaß der anderen Betriebskammer, um eine mehrstufige Verdichtung zu erzielen (DE-OS 32 40 523).

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Flügelzellenpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, welche zwei Pumpwirkungen mit unterschiedlichen Funktionen gleichzeitig mit einer einzigen Pumpenkonstruktion hervorbringen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Flügelzellen­ pumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 alternativ die Merkmale der Ansprüche 1 bis 4 vorgesehen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer schemati­ schen Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläu­ tert.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer Flügelzellenpumpe gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfin­ dung.

In Fig. 3 bezeichnet Bezugszahl 13 ein Gehäuse mit einer im wesentlichen elliptischen Innenwand, die so geformt ist, daß im Querschnitt ein Kreisbogenab­ schnitt mit relativ großem Radius am einen Ende der großen Hauptachse und ein Kreisbogenabschnitt mit relativ kleinem Radius an deren anderem Ende ausgebil­ det sind. Ein Rotor 3 ist drehbar innerhalb der ellip­ tischen Innenwand so angeordnet, daß eine Betriebskam­ mer 8 mit großer Kapazität und eine Betriebskammer 14 mit kleiner Kapazität zwischen dem Rotor 3 und der Innenwand gebildet sind. Grenzstellen der Betriebs­ kammer 8, 14 sind an den Stellen 15 a, 15 b zwischen dem Gehäuse 13 und dem Rotor 3 je in Form eines sehr kleinen Spaltes gebildet. Ein Einlaßkanal 16 und ein Auslaßkanal 17 sind einander gegenüberliegend in den Seitenwänden der Betriebskammer 8 ausgebildet, und ein Einlaßkanal 18 und ein Auslaßkanal 19 sind einander gegenüberliegend in den Seitenwänden der Betriebskammer 14 gebildet.

Wenn bei der oben beschriebenen Flügelzellenpumpe die Welle 2 im Gegenuhrzeigersinn von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben wird, wird auch der auf der Welle 2 sitzende Rotor 3 in der durch die Pfeile markierten Drehrichtung angetrieben. Während der Drehung des Rotors 3 sind die Betriebskammern 8, 14 (das Volumen der Betriebskammer 8 ist größer als dasjenige der Betriebskammer 14) durch das Gehäuse 13 mit einem im wesentlichen elliptischen Innenraum (etwas verformt) und den Rotor 3 begrenzt. Die Flügel 4 verschieben sich aufgrund der Zentrifugalkraft, welche durch die Drehung des Rotors 3 erzeugt wird, nach außen in Gleitkontakt mit der Innenwand des Gehäuses 13. Somit wird über den Einlaßkanal 16 Fluid in die Betriebskammer 8 angesaugt und über den Auslaß­ kanal 17 abgegeben. Andererseits wird von der Betriebs­ kammer 14 Fluid über den Einlaßkanal 18 angesaugt und über den Auslaßkanal 19 wieder abgegeben. Demgemäß erfüllt eine einzige Flügelzellenpumpe gemäß der Erfindung zwei Pumpenwirkungen unabhängig voneinander. Wird die Flügelzellenpumpe der gezeigten Ausführung als Luftquelle für einen Brenner eingesetzt, so wird die Betriebskammer 14 kleiner Kapazität zum Speisen von Primärluft hohen Druckes und kleinen Mengenstroms für das Zerstäuben von Brennstoff über den Auslaßkanal 19 verwendet. Die Betriebskammer 8 großer Kapazität wird zum Speisen von Sekundärluft unter niedrigem Druck und mit großem Mengenstrom zum Brenner über den Auslaßkanal 17 verwendet.

Wird die Pumpe als Vakuumpumpe mit der Doppelfunktion zum Bedienen einer Vakuum-Servobremse und zum Aufladen von Luft verwendet, so dient die Betriebskammer 14 kleiner Kapazität als Vakuumpumpe durch Anschließen einer Vakuumlast an den Einlaßkanal 18, während über den Einlaßkanal 16 angesaugte Luft zur Maschine als aufgeladene Luft gespeist wird, indem der Auslaßkanal 17 der Betriebskammer 8 mit einer Ansaugleitung der Maschine verbunden wird.

Soll die Flügelzellenpumpe gemäß der beschriebenen Ausführung gemeinsam eine Vakuum-Servorbremse und den Antrieb einer Geschwindigkeits-Konstanthaltevor­ richtung versorgen, so saugt die Betriebskammer 14 kleiner Kapazität Luft über den Einlaßkanal 18 und gibt sie über den Auslaßkanal 19 wieder ab, um so einen Vakuumzustand in der Geschwindigkeits-Konstant­ haltevorrichtung zu schaffen, welche mit dem Einlaßka­ nal 18 verbunden ist, während die Betriebskammer 8 großer Kapazität Luft über den Einlaßkanal 16 ansaugt und eine große Luftmenge über den Auslaßkanal 17 abgibt. Es ist daher möglich, eine genügende Menge an Vakuumluft zu einem Verbraucher zu speisen, der einen großen Vakuumverbrauch hat, wie eine Vakuum-Ser­ vobremse, indem der Einlaßkanal 16 dort angeschlossen wird. Auf der anderen Seite wird kein nachteiliger Einfluß auf die Geschwindigkeits-Konstanthaltevorrich­ tung ausgeübt.

Mit der oben erläuterten Ausführung der Erfindung lassen sich die folgenden Vorteile erzielen. Zwei Betriebskammern unterschiedlicher Kapazität bzw. unterschiedlichen Fassungsvermögens können zum Ausüben getrennter Funktionen eingesetzt werden: eine der beiden Betriebskammern wird für eine Vakuumpumpe und die andere für eine Luftpumpe verwendet; zwei Betriebskammern werden für Vakuumpumpen eingesetzt, wobei jedoch Drücke und in der Zeiteinheit zu fördernde Mengen des Fluids unterschiedlich sind; und zwei Betriebskammern werden für Luftpumpen verwendet, wobei ebenfalls Drücke und Mengenströme unterschiedlich sind.

Im folgenden wird eine Anwendung beschrieben, bei welcher die Flügelzellenpumpe als Vakuumpumpe und Ölpumpe eingesetzt ist. Die Betriebskammer 14 kleiner Kapazität saugt Luft über den Einlaßkanal 18 an und gibt sie über den Auslaßkanal 19 ab, um einen Vakuum­ zustand einer mit dem Einlaßkanal 18 verbundenen Vakuumquelle eines Verbrauchers zu erzeugen. Anderer­ seits saugt die Betriebskammer 8 Öl über den Einlaßka­ nal 16 und gibt dieses Öl über den Auslaßkanal 17 ab, wodurch ein hydraulischer Druck in einer Ölversor­ gung erzeugt wird, welche mit dem Auslaßkanal 17 verbunden ist.

Bei dieser Ausführung sind die Vakuumpumpe und die Ölpumpe in einem einzigen gemeinsamen Gehäuse 13 untergebracht. Demgemäß ist die Ausbildung eines Ölfilmes aufgrund von Öl in der Ölpumpe durch richti­ ges Dimensionieren der Spiele in den Luftspalten an den Grenzstellen 15 a, 15 b, den Berührungsstellen zwischen Rotor 3 und Flügeln 4 und zwischen Rotor 3 und Seitenplatte 6 oder Deckplatte 7 möglich. Die Bildung eines Ölfilmes verbessert die Widerstands­ fähigkeit und die Luftdichtheit im Vergleich zu einer konventionellen, öllosen Pumpe.

Bei der oben beschriebenen Ausführung wird die Innen­ wand im wesentlichen elliptisch zur Bildung zweier unabhängiger Betriebskammern gestaltet, um getrennte Pumpwirkungen in einer einzigen Pumpe zu realisieren, d. h. eine Betriebskammer für eine Vakuumpumpe und die andere für eine Ölpumpe. Es ist daher nicht länger erforderlich, zwei Pumpen wie im konventionellen Fall vorzusehen. Dies schafft einen wirtschaftlichen Vorteil.

Die verschiedenen Ausführungen der Erfindung sind mit einem Elektromotor als Antrieb für die Flügelzel­ lenpumpe beschrieben; jedoch könnte auch ein beliebi­ ger anderer Antrieb zum Antreiben der Flügelzellen­ pumpe Verwendung finden.

Zusammenfassung Flügelzellenpumpe

Eine Flügelzellenpumpe weist einen koaxial auf einer Welle sitzenden Rotor, mehrere im Umfangsteil des Rotors radial gleitend geführte Flügel und ein Gehäuse mit einem im Querschnitt im wesentlichen elliptischen Innenraum auf, an dessen Innenwand sich die Enden der aus dem Rotor unter der Wirkung der Zentrifugal­ kraft nach außen verlagerten Flügel in Gleitkontakt anlegen. Zwei Abschnitte mit kleinem Radius des ellip­ tischen Innenraums liegen nahe der Außenseite des Rotors, während zwei Abschnitte mit großem Radius zylindrische Innenflächen haben, welche zusammen mit dem Rotor zwei Betriebskammern bilden, mit denen jeweils eigene Einlässe und Auslässe kommunizieren.

Claims (14)

1. Flügelzellenpumpe mit einem Rotor (3), der auf einer Welle (2) koaxial damit angeordnet ist, und mehreren Flügeln (4), die im Umfangsteil des Rotors (3) radial gleitend geführt sind und deren Spitzen aufgrund der durch die Rotordrehung (3) erzeugten Zentrifugalkraft aus dem Rotor (3) heraus­ ragend in Gleitkontakt mit der Innenwand des Pumpen­ gehäuses (5) gehalten sind, wobei die Innenwand im Querschnitt im wesentlichen elliptische Gestalt hat und zwei Abschnitte der Innenwand im Gebiet kleiner Radien (der kleinen Hauptachse) der Ellipse nahe der Außenseite des Rotors (3) liegen, während zwei Abschnitte der Innenwand im Bereich großer Radien (der großen Hauptachse) zylindrische Innen­ flächen bilden, welche zwei Betriebskammern (8, 14) mit dem Rotor (3) einschließen, und daß jeweils ein Einlaß (16, 18) und ein Auslaß (17, 19) mit jeder Betriebskammer (8, 14) kommunizieren, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Betriebskammern (8, 14) Teil einer Vakuumpumpe und die andere Teil einer Luftpumpe bilden.

2. Flügelzellenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Betriebskammern (8, 14) Teil einer Vakuumpumpe und die andere Teil einer Ölpumpe bilden.

3. Flügelzellenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Betriebskammern (8, 14) Teile von zwei voneinander unabhängigen Vakuumpumpen bilden.

4. Flügelzellenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Betriebskammern (8, 14) Teile von zwei voneinander unabhängigen Luftpumpen bilden.

5. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten bzw. Inhalte der beiden Betriebskammern unterschiedlich sind.

6. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebskammern (14) kleinen Inhalts Teile einer Vakuumpumpe und die Betriebskammer (8) großen Inhalts Teil einer Luftpumpe bilden.

7. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einlaß (18), der mit der Betriebskammer kleinen Inhalts kommuniziert, mit einer Vakuumlast verbunden ist, und daß der Auslaß (17), der mit der Betriebs­ kammer großen Inhalts kommuniziert, mit einer Ansaugleistung einer Maschine verbunden ist.

8. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Betriebskammer (14) kleinen Inhalts Teil einer Vakuumpumpe und die Betriebskammer (8) großen Inhalts Teil einer Ölpumpe bilden.

9. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Betriebskammer kleinen Inhalts (14) kommunizieren­ der Einlaß (18) mit einer Vakuumlast und ein mit der Betriebskammer (8) großen Inhalts kommuni­ zierender Einlaß (16) mit einem Ölverteiler ver­ bunden sind.

10. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Betriebskammer kleinen Inhalts (14) kommunizieren­ der Einlaß (18) mit einer Vorrichtung verbunden ist, welche stets einen kleinen Anteil des Vakuums verbraucht, und daß ein mit der Betriebskammer (8) großen Inhalts kommunizierender Einlaß (16) mit einer Vakuum-Servobremse verbunden ist.

11. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einen kleinen Anteil des Vakuums verbrauchende Vorrichtung ein Antrieb einer Geschwindigkeits-Konstanthalte­ vorrichtung ist.

12. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Betriebskammer (14) kleinen Inhalts als Luftpumpe zum Speisen von Primärluft mit hohem Druck und kleinem Mengen­ strom für das Zerstäuben von Brennstoff und die Betriebskammer (8) großen Inhalts als Luftpumpe zum Speisen von Sekundärluft mit kleinem Druck und hohem Mengenstrom für die Verbrennung arbeiten.

13. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) von einem Motor angetrieben ist.

14. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Innenfläche der Innenwand am einen Ende der großen Hauptachse einen größeren Radius hat als die zylindrische Innenfläche am anderen Ende der großen Hauptachse.