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Die Erfindung betrifft eine als Verstellpumpe ausgebildete Flügelzellenpumpe. Die Flügelzellenpumpe kann insbesondere als Schmiermittelpumpe einer Brennkraftmaschine vorgesehen sein.
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Eine als Verstellpumpe ausgebildete Schmiermittelpumpe in Form einer einflutigen Flügelzellenpumpe ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 039 172 A1 bekannt. Bei dieser ist in für Flügelzellenpumpen üblicher Weise ein mehrere Flügel aufweisender Rotor exzentrisch innerhalb eines Stators gelagert, wobei zwischen diesen ein sichelförmiger Förderraum ausgebildet ist, der mittels der Flügel des Rotors in mehrere Druckkammern unterteilt ist, wobei sich die Größen dieser Druckkammern innerhalb einer Umdrehung des Rotors zunächst vergrößern, wodurch ein Unterdruck erzeugt wird, der zu einem Ansaugen von Schmiermittel über einen entsprechend positionierten Einlasskanal führt, und sich anschließend wieder verkleinern, wodurch ein Überdruck erzeugt wird, der zu dem gewünschten Fördern des Schmiermittels zu der zu schmierenden Komponente führt. Der Stator selbst ist verlagerbar innerhalb eines Gehäuses der Flügelzellenpumpe angeordnet, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, das Ausmaß der Größenänderung, die die Druckkammern erfahren, und damit die spezifische Förderleistung der Schmiermittelpumpe zu beeinflussen.
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Die
DE 1 653 836 A offenbart eine als Verstellpumpe ausgebildete einflutige Flügelzellenpumpe, bei der ein Rotor innerhalb eines zweiteiligen Stators angeordnet ist, wobei die beiden Statorabschnitte gekoppelt radial verschiebbar sind, um die Größe des zwischen diesen und dem Rotor ausgebildeten Förderraums zu verändern.
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Aus der
DE 30 01 673 A1 ist eine als Verstellpumpe ausgebildete, doppelflutige Flügelzellenpumpe bekannt, bei der ein Rotor drehbar innerhalb eines aus zwei Abschnitten bestehenden Stators gelagert ist, wobei die beiden Statorabschnitte zangenartig über ein gemeinsames Gelenk miteinander verbunden sind. Ein Federelement, das an den jeweils bezüglich des Gelenks distalen Enden der Statorabschnitte angeordnet ist, beaufschlagt die beiden Statorabschnitte in Richtung der gespreizten Stellung, während außenseitig auf die Statorabschnitte der Druck der geförderten Flüssigkeit wirkt, wodurch eine Selbstregelung der Förderleistung erreicht werden soll.
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Die
WO 2013/068531 A2 beschreibt einen Flügelzellenverdichter, bei dem gekrümmt ausgebildete Flügel in einer bezüglich der jeweils radialen Richtung geneigten Ausrichtung drehbar an einem Grundkörper angeordnet sind.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine mehr- und insbesondere doppelflutige Flügelzellenpumpe in möglichst vorteilhafter Weise als Verstellpumpe auszubilden.
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Diese Aufgabe wird mittels einer Flügelzellenpumpe gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist eine Flügelzellenpumpe mit einem Stator und einem innerhalb des Stators drehbar gelagerten Rotor vorgesehen, wobei der Rotor einen Grundkörper und eine Mehrzahl von über dem Umfang des Grundkörpers (vorzugsweise in gleichmäßiger Teilung) verteilt angeordneten Flügeln aufweist, die in einer radialen Richtung bezüglich einer Rotationsachse des Rotors verlagerbar in dem Grundkörper gehalten sind. Die Flügel unterteilen mindestens zwei und vorzugsweise exakt zwei von dem Stator und dem Grundkörper begrenzte (vorzugsweise symmetrisch sichelförmige) Förderräume in mehrere Druckkammern, wobei innerhalb der Förderräume jeweils eine Einlassmündung eines Einlasskanals und eine Auslassmündung eines Auslasskanals angeordnet sind. Der Stator umfasst einen einem ersten der Förderraume zugeordneten (d.h. diesen zumindest teilweise begrenzenden) ersten Statorabschnitt und einen dem zweiten der Förderraume zugeordneten (d.h. diesen zumindest teilweise begrenzenden) zweiten Statorabschnitt, wobei der erste Statorabschnitt und/oder der zweite Statorabschnitt derart beweglich gelagert sind, dass sich bei einer Verlagerung die Größe des zugeordneten Förderraums ändert. Dabei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der erste Statorabschnitt ausschließlich dem ersten Förderraum (und nicht auch dem zweiten Förderraum) und der zweite Statorabschnitt ausschließlich dem zweiten Förderraum (und nicht auch dem ersten Förderraum) zugeordnet ist. Eine solche Flügelzellenpumpe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der erste Statorabschnitt und/oder der zweite Statorabschnitt (insbesondere ausschließlich) radial verschiebbar (im Sinne einer ausschließlichen Translation) gelagert ist/sind.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Flügelzellenpumpe kann im Vergleich zu der aus der
DE 30 01 673 A1 bekannten Flügelzellenpumpe eine vorteilhaftere, insbesondere symmetrisch sichelförmige Form der Förderräume realisiert werden, deren Symmetrie zudem unabhängig von der sich aus der Beweglichkeit des oder der beweglichen Statorabschnitte ergebenden Verstellpositionen ist. Im Gegensatz dazu führt die zangenförmige Verstellbewegung der dort verschwenkbar um ein gemeinsames Gelenk gelagerten Statorabschnitte zu einer asymmetrischen Sichelform, wobei diese Asymmetrie zudem mit zunehmender Spreizung dieser Statorabschnitte ebenfalls zunimmt. Weiterhin kann durch die erfindungsgemäße radial verschiebbare Lagerung des oder der beweglichen Statorabschnitte eine besonders vorteilhafte Form der von dem Stator innenseitig ausgebildeten Gleitfläche für die Flügel realisiert werden. Dies gilt insbesondere für den Bereich des Übergangs zwischen dem oder den beweglichen Statorabschnitten und einem oder mehreren statischen Statorabschnitten. Grundsätzlich sollte nämlich für ein möglichst vorteilhaftes Betriebsverhalten der Flügelzellenpumpe ein möglichst widerstandsarmes Gleiten der Flügel an der beziehungsweise den Gleitflächen des Stators im Bereich eines solchen Übergangs erreicht werden.
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Eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe umfasst vorzugsweise eine für die radiale Verschiebung des oder der beweglichen Statorabschnitte vorgesehene Verstellvorrichtung, wobei ein oder mehrere Teile dieser Verstellvorrichtung auch extern der Flügelzellenpumpe angeordnet sein können.
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Als „Flügelzellenpumpe“ beziehungsweise „Pumpe“ wird erfindungsgemäß allgemein eine Fluidarbeitsmaschine verstanden, die zur Förderung von Fluiden, d.h. von Gasen und/oder Flüssigkeiten, vorgesehen ist, wobei eine Verwendung zur Förderung von Flüssigkeiten vorzugsweise vorgesehen ist.
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Als „Förderraum“ wird erfindungsgemäß ein von der Außenseite des Rotors und der Innenseite des Stators begrenztes (Teil-)Volumen verstanden, in dem bezüglich jeder einzelnen der durch die Flügel des Rotors voneinander separierten Druckkammern über einer vollständigen Umdrehung des Rotors einmalig sowohl ein Ansaugen als auch ein Ausstoßen von zu förderndem Fluid erfolgt.
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Unter der Angabe, wonach die Flügel „in einer radialen Richtung bezüglich einer Rotationsachse des Rotors verlagerbar in dem Grundkörper gehalten“ sind, ist zu verstehen, dass sich zumindest die die Innenseite des Stators kontaktierenden Enden der Flügel hinsichtlich des radialen Abstands von der Rotationsachse verlagern können. Hierzu kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Flügel verschiebbar in Aufnahmen des Grundkörpers angeordnet sind, wobei nicht erforderlich (aber bevorzugt vorgesehen) ist, dass die Flügel und/oder die diese verschiebbar aufnehmenden Aufnahmen des Rotors eine exakt radiale Ausrichtung bezüglich der Rotationsachse des Rotors aufweisen müssen. Vielmehr ist hierfür eine Ausrichtung ausreichend, die zumindest eine solche exakt radiale Richtungskomponente umfasst. In einer möglichen Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe kann auch eine schwenkbare Halterung der Flügel an dem Grundkörper, wie es von der Flügelzellenpumpe gemäß der
WO 2013/068531 A2 bekannt ist, vorgesehen sein.
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Der Begriff „Flügel“ soll erfindungsgemäß jede Form von die Druckkammern separierenden Körpern umfassen, so dass neben vorzugsweise vorgesehenen plattenförmigen Flügeln beispielsweise auch kugelförmige „Flügel“ gemäß der
DE 30 01 673 A1 Verwendung finden können.
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Zur Erzielung einer radialen Verschiebung des oder der beweglichen Statorabschnitte kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass dieser oder diese mit beispielsweise einem Gehäuse der Flügelzellenpumpe einen oder mehrere Druckräume veränderlicher Größe begrenzt/begrenzen. Ein solcher Druckraum kann (als Teil einer Verstellvorrichtung) dafür vorgesehen sein, dass in diesen ein Fluid eingeleitet wird, wobei sich in Abhängigkeit von der Höhe des Drucks des Fluids in dem Druckraum eine definierte Relativanordnung zwischen dem dem Druckraum zugeordneten beweglichen Statorabschnitt und dem Rotor einstellt.
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Zur Erzielung einer radialen Verschiebung des oder der beweglichen Statorabschnitte kann bevorzugt vorgesehen sein, dass dieser oder diese jeweils mittels eines oder mehrerer Federelemente in Richtung einer Förderendstellung, d.h. in Richtung einer Stellung, die zu einer maximalen oder einer minimalen spezifischen Förderleistung führt, beaufschlagt sind.
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Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass jedem beweglichen Statorabschnitt mindestens ein Druckraum sowie mindestens ein Federelement zugeordnet ist, wobei eine Veränderung in der Größe beziehungsweise in dem Volumen des Druckraums zu einer Veränderung einer Vorspannung des Federelements führt, so dass durch eine Beeinflussung des Drucks des dem Druckraum zugeführten Fluids ein Kräftegleichgewicht zwischen einer Kraft, die infolge des Fluiddrucks in dem Druckraum auf den zugeordneten beweglichen Statorabschnitt wirkt, und der Rückstellkraft des Federelements einstellbar ist, durch das eine Verstellpositionen für den beweglichen Statorabschnitt definiert ist.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der erste Statorabschnitt und/oder der zweite Statorabschnitt radial verschiebbar an einem oder mehreren statischen Statorabschnitten gelagert sind, die ebenfalls einen Abschnitt einer (Gesamt-)Gleitfläche des Stators, an der die Flügel des Rotors geführt sind, ausbilden. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Flügelpumpe mit zwei Förderräumen und zwei beweglich gelagerten Statorabschnitten können vorzugsweise zwei statische Statorabschnitte vorgesehen sein, die sich weiterhin bevorzugt bezüglich der Rotationsachse des Rotors gegenüberliegend (insbesondere um 180° versetzt) angeordnet sein können.
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Bei einer solchen bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe mit einem oder mehreren statischen Statorabschnitten kann zudem vorgesehen sein, dass der oder die beweglichen Statorabschnitte und der oder die statischen Statorabschnitte ineinander greifende Vorsprünge, die insbesondere in Umfangsrichtung (bezüglich der Rotationsachse des Rotors) ausgerichtet sein können, aufweisen. Die Vorsprünge bilden weiterhin bevorzugt Gleitflächen (d.h. Abschnitte einer Gesamtgleitfläche des Stators) zur Führung der Flügel des Rotors aus, wobei die von dem oder den Vorsprüngen des oder der beweglichen Statorabschnitte einerseits und die von dem oder den Vorsprüngen des oder der statischen Statorabschnitte andererseits ausgebildeten Gleitflächen unterschiedliche (gemittelte) Krümmungsradien (bezüglich der Rotationsachse) aufweisen.
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Eine solche erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe kann weiterhin derart ausgebildet sein, dass die Krümmungsradien des oder der Vorsprünge des oder der beweglichen Statorabschnitte und die Krümmungsradien des oder der Vorsprünge des oder der statischen Statorabschnitte in Richtung des jeweiligen freien Endes sich vergrößernd dimensioniert sind. Auf diese Weise kann eine möglichst vorteilhafte Führung der an den Gleitflächen geführten Flügel des Rotors in dem oder den Übergängen zwischen dem oder den beweglichen Statorabschnitten und dem oder den statischen Statorabschnitten erreicht werden, die bei jeder Verstellpositionen des oder der beweglichen Statorabschnitte spaltfrei und stufenlos ist.
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Bei einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe, bei der der erste Statorabschnitt und/oder der zweite Statorabschnitt radial verschiebbar an einem oder mehreren statischen Statorabschnitten gelagert sind, kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass dieser oder diese beweglichen Statorabschnitte und der oder die statischen Statorabschnitte einen oder mehrere Spalte begrenzen, deren Größe bei einer Relativbewegung zwischen den Statorabschnitten verändert wird, wobei von zumindest einem dieser Spalte ein Fluidkanal in einen der Förderraume oder in einen der Einlasskanäle oder in einen der Auslasskanäle führt. Auf diese Weise kann eine Verdrängung von in dem oder den Spalten angeordnetem Fluid bei einer Verstellung des oder der beweglichen Statorabschnitte, die zu einer zunehmenden Annäherung an den oder die statischen Statorabschnitte führt, verbessert werden, indem das dann aus dem oder den kleiner werdenden Spalten zu verdrängende Fluid über den jeweils zugehörigen Fluidkanal abgeführt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe, bei der der erste Statorabschnitt und/oder der zweite Statorabschnitt radial verschiebbar an einem oder mehreren statischen Statorabschnitten gelagert sind, kann vorgesehen sein, dass der/die statischen Statorabschnitte einen zentralen Abschnitt umfassen, der eine Gleitfläche für die Flügel ausbildet, wobei der Krümmungsradius der Gleitfläche in diesem zentralen Abschnitt konstant ist und vorzugsweise dem Krümmungsradius eines (vorzugsweise desselben bei mehreren statischen Statorelementen) koaxial zu der Rotationsachse liegenden Kreises entspricht. Der zentrale Abschnitt kann dabei besonders bevorzugt derart ausgebildet sein, dass dieser (exakt) mittig (in Umfangsrichtung) zwischen dem proximalen Ende der Auslassmündung des einen Förderraums und dem proximalen Ende der Einlassmündung des anderen Förderraums angeordnet sein, so dass dieser demnach einen Trennbereich zwischen den Förderräumen definiert. Weiterhin kann der zentrale Abschnitt des oder der statischen Statorabschnitte vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass die Länge der von diesem ausgebildeten Gleitfläche in Umfangsrichtung mindestens dem Umfangsabstand benachbarter Flügel, d.h. der Länge eines von den Spitzen der Flügel definierten Kreisbogens um die Rotationsachse, entspricht. Dadurch kann erreicht werden, dass sich in jeder Drehausrichtung des Rotors mindestens ein Flügel die Gleitfläche des zentralen Abschnitts des/der statischen Statorelemente kontaktiert, wodurch eine jederzeitige Separierung der Förderräume gewährleistet ist. Aufgrund eines konstanten Krümmungsradius des zentralen Abschnitts des oder der statischen Statorabschnitte kann ein hinsichtlich des Wirkungsgrads der Pumpe vorteilhafter Wechsel der einzelnen, von den Flügeln separierten Druckkammern zwischen den Förderräumen erreicht werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass dies auch unabhängig von der jeweiligen Verstellposition des oder der beweglichen Statorabschnitte ist, da deren radiale Verschiebung keinen Einfluss auf den Krümmungsradius der Gleitfläche des zentralen Abschnitts des oder der statischen Statorabschnitte hat.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe, bei der sowohl der erste Statorabschnitt als auch der zweite Statorabschnitt beweglich gelagert sind, kann eine Ausgestaltung der Verstellvorrichtung derart vorgesehen ist, dass diese die beweglich gelagerten ersten und zweiten Statorabschnitte entweder gleichförmig, d.h. gleichzeitig in Richtung derselben Förderendstellung und mit dergleichen Änderungsgeschwindigkeit, oder ungleichförmig verschiebt.
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Sofern eine ungleichförmige Verschiebung des ersten Statorabschnitts und des zweiten Statorabschnitts vorgesehen ist, kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Verstellvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass diese den zweiten Statorabschnitt erst dann verschiebt, wenn eine Verschiebung des ersten Statorabschnitts bis zu einem Erreichen einer Förderendstellung, beispielsweise der minimalen spezifischen Förderleistung (des ersten Förderraums), geführt hat. Auf diese Weise kann eine besonders exakte Steuerung oder Regelung der spezifischen Förderleistung einer erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe realisiert werden.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe kann vorgesehen sein, dass die Flügel mittels mindestens eines Beaufschlagungselements des Rotors gegen die (gesamt-)Gleitfläche des Stators beaufschlagt sind, wobei dieses Beaufschlagungselement vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass durch dieses die Flügel unter elastischer Vorspannung gegen die Innenseite des Stators beaufschlagt sind. Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Flügel ausschließlich aufgrund von auf diese infolge einer Drehung des Rotors wirkenden Fliehkräften gegen die Innenseite des Stators beaufschlagt sind.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fluidsystem, das zumindest eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe und zumindest einen Fluidkreislauf, in dem ein Fluid mittels der Flügelzellenpumpe förderbar ist, umfasst.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine, die zumindest ein erfindungsgemäßes Fluidsystem und einen in den Fluidkreislauf des Fluidsystems integrierten Verbrennungsmotor umfasst.
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Bei dem Fluidsystem kann es sich beispielsweise um ein Schmiermittelsystem handeln, in dem zumindest zeitweise ein flüssiges Schmiermittel gefördert werden soll, so das für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem solchen Schmiermittelsystem vorzugsweise eine Fluidverbindung zwischen dem Einlasskanal der Flügelzellenpumpe und einem Schmiermittelreservoir vorgesehen sein kann. Alternativ kann es sich bei dem Fluidsystem um beispielsweise ein Kühlsystem der Brennkraftmaschine handeln, wobei das zu fördernde Fluid dann eine Kühlflüssigkeit sein kann.
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Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
- 1: eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe in einer perspektivischen Explosionsdarstellung;
- 2: eine Seitenansicht der Flügelzellenpumpe in einer Funktionsstellung, die einer maximalen spezifischen Förderleistung entspricht;
- 3: eine Seitenansicht der Flügelzellenpumpe in einer Funktionsstellung, die einer minimalen spezifischen Förderleistung entspricht; und
- 4: eine perspektivische Detailansicht des Stators der Flügelzellenpumpe im Bereich des Übergangs zwischen beweglichen Statorabschnitten und einem statischen Statorabschnitt.
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Die 1 bis 4 zeigen eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe, die erfindungsgemäß hinsichtlich der spezifischen Förderleistung veränderbar, d.h. als Verstellpumpe, ausgebildet ist. Dazu umfasst diese ein Gehäuse 10, innerhalb dessen ein annähernd ringförmig ausgebildeter, mehrteiliger Stator 12 angeordnet ist, wobei der Stator 12 ein ovales Innenvolumen begrenzt, innerhalb dessen ein Rotor 14 angeordnet ist. Der Stator 12 begrenzt mit dem Rotor 14 zwei Förderräume 18, 20, in denen jeweils eine Einlassmündung 22 eines Einlasskanals und eine Auslassmündung 24 eines Auslasskanals 26 angeordnet ist. Mittels Flügeln 16 des Rotors 14 sind die Förderräume 18, 20 in eine Mehrzahl von Druckkammern unterteilt. Die Auslasskanäle 26 sind in eine erste Begrenzungsplatte 28 integriert, die in einem von einem ersten Gehäuseteil 30 ausgebildeten Innenraum 32 angeordnet ist (vgl. 2) und die die Förderräume 18, 20, mit Ausnahme der Verbindung über die Auslasskanäle 26, von einer Auslasskammer 34 der Flügelzellenpumpe 12 separiert, die zwischen der den Innenraum 32 des ersten Gehäuseteils 30 axial bezüglich der Rotationsachse 36 des Rotors 14 begrenzenden Innenseite des ersten Gehäuseteils 30 und der von dem Rotor 14 und dem Stator 12 abgewandten Seite der ersten Begrenzungsplatte 28 angeordnet ist. Die Einlasskanäle und damit die Einlassmündungen 22 sind dagegen in eine nicht dargestellte zweite Begrenzungsplatte integriert, die bezüglich des Rotors 14 auf der von der ersten Begrenzungsplatte 28 abgewandten Seite angeordnet ist und die in einem Innenraum eines ebenfalls nicht dargestellten zweiten Gehäuseteils angeordnet ist. Die zweite Begrenzungsplatte separiert die Förderräume 18, 20, mit Ausnahme der Verbindung über die Einlasskanäle, von einer Einlasskammer der Flügelzellenpumpe 12, die zwischen der den Innenraum des zweiten Gehäuseteils axial bezüglich der Rotationsachse 36 des Rotors 14 begrenzenden Innenseite des zweiten Gehäuseteils und der von dem Rotor 14 und dem Stator 12 abgewandten Seite der zweiten Begrenzungsplatte angeordnet ist. Für ein besseres Verständnis sind in den 2 und 3 die Positionen der Einlassmündungen 22, die in der nicht dargestellten zweiten Begrenzungsplatte ausgebildet sind, gestrichelt dargestellt.
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Bei einem Rotationsantrieb des Rotors 14 (im Uhrzeigersinn gemäß den 1 bis 4) vergrößert sich die radiale Breite jedes der Förderräume 18, 20 zunächst kontinuierlich, wodurch sich auch die dort befindlichen Druckkammern vergrößern, so dass in diesen ein Unterdruck erzeugt wird, der zu einem Ansaugen von Fluid über die jeweilige Einlassmündung 22 führt. Dagegen verkleinert sich die radiale Breite der Förderräume 18, 20 bei einer andauernden Drehung des Rotors 14 ab dem Erreichen einer Radialachse 50, die im Bereich der größten (radialen) Breite der Förderräume 18, 20 angeordnet ist, wodurch der Druck des Fluids, das in den dort befindlichen Druckkammern vorhanden ist, erhöht wird. Dies führt zu einem Ausstoßen des Fluids unter erhöhtem Druck über die jeweilige Auslassmündung 24 der Förderräume 18, 20.
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Der Rotor 14 umfasst neben den Flügel 16 eine Antriebswelle 38 sowie einen im Wesentlichen zylindrischen Grundkörper 40, der drehfest mit der Antriebswelle 38 verbunden ist. Über dem Umfang des Grundkörpers 40 verteilt sind eine Mehrzahl (hier konkret elf) von sich radial und parallel zu der Rotationsachse 36 des Rotors 14 erstreckenden, schlitzförmigen Aufnahmen vorgesehen, in denen jeweils einer der Flügel 16 in (exakt) radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse 36 verschiebbar angeordnet ist.
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Der Stator 12 umfasst zwei sich bezüglich der Rotationsachse 36 (um 180° versetzt) gegenüberliegende, identisch ausgebildete und beweglich gelagerte Statorabschnitte (erster Statorabschnitt 42 und zweiter Statorabschnitt 44) sowie zwei zu diesen beweglichen Statorabschnitten 42, 44 um 90° versetzt und sich ebenfalls gegenüberliegend angeordnete, statische Statorabschnitte 46, wobei die statischen Statorabschnitte 46 unbeweglich in dem Gehäuse 10 aufgenommen sind. Die beweglichen Statorabschnitte 42, 44 sind dagegen (ausschließlich) exakt radial verschiebbar innerhalb des Gehäuses 10 gelagert, wobei diese Beweglichkeit der Statorabschnitte 42, 44 durch die Ausbildung von entsprechend ausgerichteten Führungsflächen der statischen Statorabschnitte 46 und des Gehäuses 10 geführt wird. Konkret bilden die in Umfangsrichtung (bezüglich der Rotationsachse 36) liegenden Enden der beweglichen Statorabschnitte 42, 44 Führungsflächen 48 aus, die parallel zu der Radialachse 50, entlang der die beweglichen Statorabschnitte 42, 44 verschiebbar sind, ausgerichtet sind und die entsprechend ausgerichtete Führungsflächen 48 der statischen Statorabschnitte 46 kontaktieren. Weiterhin bildet jeder der beweglichen Statorabschnitte 42, 44 auf einer Seite der Radialachse 50 einen Führungsvorsprung 52 mit einer entsprechend ausgerichteten Führungsfläche 48 aus, wobei diese Führungsfläche 48 des Führungsvorsprungs 52 des beweglichen Statorabschnitts 42, 44 eine entsprechend ausgerichtete Führungsfläche 48 eines von dem Gehäuse 10 ausgebildeten Führungsvorsprungs 54 kontaktiert. Und schließlich ist ein freies Ende eines Halterungsvorsprungs 56, den jeder der beweglichen Statorabschnitte 42, 44 ausbildet, an einer ebenfalls parallel zu der Radialachse 50 ausgerichteten Führungsfläche 48 des Gehäuses 10 geführt.
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Zwischen dem Halterungsvorsprung 56 jedes der beiden beweglichen Statorabschnitte 42, 44 und dem jeweils benachbart angeordneten statischen Statorabschnitt 46 ist ein auf Druck vorgespanntes Federelement 58 angeordnet, dessen elastische Rückstellwirkung das jeweils zugehörige bewegliche Statorabschnitt 42, 44 entlang der Radialachse 50 radial nach außen und damit in Richtung einer maximalen spezifischen Förderleistung (vgl. 3) beaufschlagt. Dieser elastischen Rückstellwirkung der einzelnen Federelemente 58 wirkt jeweils ein Fluiddruck entgegen, der in einem dem jeweiligen beweglichen Statorabschnitt 42, 44 zugeordneten Druckraum 60 herrscht, wodurch in Abhängigkeit von dem eingestellten Fluiddruck in Wechselwirkung mit der elastischen Rückstellwirkung des dazugehörigen Federelements 58 eine grundsätzlich beliebige Anzahl von Verstellpositionen für jedes der beweglichen Statorabschnitte 42, 44 einstellbar ist. Dies führt zu einer Einstellbarkeit der spezifischen Förderleistung der Flügelzellenpumpe 12, da sich mit zunehmender Entfernung der beweglichen Statorabschnitte 42, 44 von dem Grundkörper 40 des Rotors 14 auch die Größe und konkret die radiale Breite der symmetrisch (bezüglich der Radialachse 50) geformten, von dem Stator 12 und dem Grundkörper 40 des Rotors 14 begrenzten Förderräume 18, 20 und damit die zyklische Volumenänderung der einzelnen Druckkammern bei einer Rotation des Rotors 14 vergrößert.
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Alternativ zu der in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsform, bei der die Federelemente 58 innerhalb der Druckräume 60 angeordnet sind, kann auch vorgesehen sein, diese in von den Druckkammern 60 separierten Aufnahmeräumen anzuordnen. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sich die Halterungsvorsprünge 56 über den gesamten axialen Abstand zwischen den Begrenzungsplatten 28 erstrecken wodurch diese die Druckräume 60 von den Aufnahmeräumen separieren würden.
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Die einzelnen den beiden beweglichen Statorabschnitten 42, 44 zugeordneten Druckräume 60 stellen jeweils einen Abschnitt eines von dem Gehäuse 10, von den Begrenzungsplatten 28 sowie von den Außenseiten der dazugehörigen beweglichen Statorabschnitte 42, 44 begrenzten Zwischenraums dar, wobei die Druckräume 60, bezüglich der Führungsvorsprünge 52, 54 lediglich auf den die Federelemente 58 aufnehmenden Seiten angeordnet sind, wohingegen die auf den jeweiligen anderen Seiten gelegenen Abschnitte dieser Zwischenräume als Druckausgleichkammern 62 dienen. Diese Druckausgleichkammern 62 sind mit dem zu fördernden beziehungsweise geförderten Fluid gefüllt, wobei der Fluiddruck in den Druckausgleichkammern 62 im Wesentlichen dem Fluiddruck in der Auslasskammer 34 und damit auch dem Fluiddruck in denjenigen Druckkammern, die im Bereich der Auslassmündungen 24 angeordnet sind, entspricht. Dieser Druckausgleich wird mittels jeweils einer in der ersten Begrenzungsplatte 28 ausgebildeten Druckausgleichsöffnung 64 erreicht. Die Druckausgleichskammern helfen dabei, eine Verkanten der beweglichen Statorabschnitte 42, 44 zu vermeiden. Alternativ oder ergänzend zu den Druckausgleichsöffnungen 64 kann auch vorgesehen sein, dass zwischen den beweglichen Statorabschnitten 42, 44 (in jeder Verstellposition) und den statischen Statorabschnitten 46 eine in die angrenzende Druckausgleichkammer 62 führende Durchgangsöffnung ausgebildet ist, wodurch das Fluid aus den mit diesen Durchgangsöffnungen in fluidleitender Verbindung stehenden Druckkammern auch in die Druckausgleichkammern 62 (und aus diesen über die gegebenenfalls vorhandenen Druckausgleichsöffnung 64 in die Auslasskammer 34) strömen kann. Dadurch kann ein hinsichtlich des Wirkungsgrads vorteilhaftes axiales und radiales Abströmen des Fluids aus den Förderräumen 18, 20 erreicht werden.
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Eine gut abgedichtete Separierung zwischen den Druckräumen 60 einerseits und den Druckausgleichkammern 62 und/oder den gegebenenfalls vorhandenen Aufnahmeräumen für die Federelemente 58 andererseits kann durch eine Integration jeweils mindestens eines Dichtungselements (nicht dargestellt) in zumindest einen der Führungsvorsprünge 52, 54 und/oder in die Halterungsvorsprünge 56 erreicht werden, wobei diese jeweils gegen die angrenzende Führungsfläche 48 beaufschlagt sind. Diese Beaufschlagung kann passiv (ausschließlich konstruktiv bedingt) oder, vorzugsweise, dynamisch sein, indem die Dichtungselemente beispielsweise über einen Fluidkanal mit dem Fluidruck in einem der Räume oder einer der Kammern gegen die angrenzende Führungsfläche 48 beaufschlagt werden.
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Wie es sich insbesondere aus den 1 und 4 ergibt, bilden die beiden beweglichen Statorabschnitte 42, 44 an ihren beiden in Umfangsrichtung gelegenen Enden jeweils zwei sich in Umfangsrichtung erstreckende Vorsprünge 66 aus, die eine Vertiefung begrenzen, in die jeweils ein zentraler Vorsprung 68 eines der statischen Statorabschnitte 46 eingreift. Diese ineinander greifenden Vorsprünge 66, 68 der beweglichen Statorabschnitte 42, 44 und der statischen Statorabschnitte 46 dienen primär einer Führung der Flügel 16 des Rotors 14 an der Innenseite des Stators 12, die, unabhängig von den konkreten Verstellpositionen der beweglichen Statorabschnitte 42, 44, stufenlos sowie spaltfrei sein soll. Dazu dienen die dem Rotor 14 benachbarten Seiten dieser Vorsprünge 66, 68 ebenfalls als Gleitflächen 70 für die Flügel 16 des Rotors 14. Dabei weisen die von den Vorsprüngen 66 der beweglichen Statorabschnitte 42, 44 ausgebildeten Gleitflächen 70 einerseits und die von den Vorsprüngen 68 der statischen Statorabschnitte 46 ausgebildeten Gleitflächen 70 andererseits im Mittel unterschiedlich große Krümmungsradien auf. Konkret sind die gemittelten Krümmungsradien der Gleichflächen 70 der Vorsprünge 68 der statischen Statorabschnitte 46 größer als die gemittelten Krümmungsradien der Gleichflächen 70 der Vorsprünge 66 der beweglichen Statorabschnitte 42, 44. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Krümmungsradien der Gleichflächen 70 aller Vorsprünge 66, 68 über dem Verlauf in Umfangsrichtung nicht-konstant sind, wobei sich diese kontinuierlich in Richtung der freien Enden der Vorsprünge 66, 68 vergrößern.
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Insbesondere in der 5 ist noch erkennbar, dass in die statischen Statorabschnitte 46 jeweils zwei Fluidkanäle 72 integriert sind, die im Bereich der Übergänge zwischen einem zentralen Abschnitt 74 jedes statischen Statorabschnitts 46 und den beiden von diesem statischen Statorabschnitt 46 ausgebildeten Vorsprüngen 68 angeordnet sind und die die beiden durch die Vorsprünge 68 voneinander (in axialer Richtung) separierten Seiten fluidleitend miteinander verbinden. Dadurch kann ein Verdrängen aus den in der 5 oben dargestellten Spalten, die zwischen den freien Enden der Vorsprünge 66 der beweglichen Statorabschnitte 42, 44 und dem zentralen Abschnitt 74 der statischen Statorabschnitte 46 begrenzt sind, in die entsprechenden unten liegenden Spalte, die in fluidleitender Verbindung mit entweder einem Auslasskanal 26 oder einem Einlasskanal stehen, erreicht werden. Dadurch kann verhindert werden, dass ein in diesen Spalten angeordnetes, ansonsten nur schlecht zu verdrängendes Fluid eine Verschiebung der beweglichen Statorabschnitte 42, 44 in Richtung einer Annäherung an den Rotor 14 und damit in Richtung einer Verkleinerung dieser Spalte behindert.
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Die zentralen Abschnitte 74 der statischen Statorelemente 46, die jeweils mittig (in Umfangsrichtung) zwischen dem proximalen Ende der Auslassmündung 24 eines Förderraums 18, 20 und dem proximalen Ende der Einlassmündung 22 des jeweils anderen Förderraums 18, 20 angeordnet sind, bilden ebenfalls Gleitflächen 70 aus, deren Krümmungsradius jeweils konstant ist und dem Krümmungsradius eines koaxial zu der Rotationsachse 36 liegenden Kreises entspricht. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Länge der von den zentralen Abschnitten 74 ausgebildeten Gleitflächen 70 in Umfangsrichtung mindestens dem Umfangsabstand benachbarter Flügel 16 entspricht (vgl. 2 und 3, jeweils der rechts dargestellte statische Statorabschnitt 46). Dadurch kann erreicht werden, dass in jeder Drehausrichtung des Rotors 14 mindestens ein Flügel 16 die Gleitflächen der zentralen Abschnitte 74 der statischen Statorelemente 46 kontaktiert, wodurch eine sichere Separierung der Förderräume 18, 20 gewährleistet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuse
- 12
- Stator
- 14
- Rotor
- 16
- Flügel des Rotors
- 18
- erster Förderraum
- 20
- zweiter Förderraum
- 22
- Einlassmündung
- 24
- Auslassmündung
- 26
- Auslasskanal
- 28
- erste Begrenzungsplatte
- 30
- erster Gehäuseteil
- 32
- Innenraum des ersten Gehäuseteils
- 34
- Auslasskammer
- 36
- Rotationsachse des Rotors
- 38
- Antriebswelle
- 40
- Grundkörper des Rotors
- 42
- erster (beweglicher) Statorabschnitt
- 44
- zweiter (beweglicher) Statorabschnitt
- 46
- statischer Statorabschnitt
- 48
- Führungsfläche
- 50
- Radialachse
- 52
- Führungsvorsprung des beweglichen Statorabschnitts
- 54
- Führungsvorsprung des Gehäuses
- 56
- Halterungsvorsprung
- 58
- Federelement
- 60
- Druckraum
- 62
- Druckausgleichkammer
- 64
- Druckausgleichsöffnung
- 66
- Vorsprung des beweglichen Statorabschnitts
- 68
- Vorsprung des statischen Statorabschnitts
- 70
- Gleitfläche
- 72
- Fluidkanal
- 74
- zentraler Abschnitt des statischen Statorabschnitts
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007039172 A1 [0002]
- DE 1653836 A [0003]
- DE 3001673 A1 [0004, 0009, 0014]
- WO 2013/068531 A2 [0005, 0013]