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Die
Erfindung betrifft eine volumenstromvariable Rotorpumpe mit einem
einen Sauganschluss und einen Druckanschluss aufweisenden Pumpengehäuse, einem
im Gehäuseinnern
drehbar gelagerten, innenverzahnten Außenrotor und einem in diesem
gelagerten, außenverzahnten
Innenrotor, der von einer im Pumpengehäuse achsparallel zum Außenrotor
gelagerten Antriebswelle antreibbar ist.
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Derartige
Rotorpumpen sind aus der
DE
102 07 348 A1 und aus der
DE 103 05 585 B3 bekannt. Diese Rotorpumpen
haben den wesentlichen Vorteil, dass mit ihnen das Fördervolumen verändert werden kann,
wobei durch die Verlagerung des Sauganschlusses und/oder des Druckanschlusses
auch das aufzubringende Drehmoment abgesenkt werden kann. Es hat
sich jedoch gezeigt, dass bei einer Verringerung des Fördervolumens
das Drehmoment noch nicht ausreichend weit abgesenkt wird, weshalb der
vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde liegt, das aufzubringende
Drehmoment bei einer Volumenverringerung noch weiter abzusenken.
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Diese
Aufgabe wird bei einer volumenstromvariablen Rotorpumpe der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass zur Änderung des
Volumenstroms im Pumpengehäuse
eine erste koaxial zur Antriebswelle gelagerte, verdrehbare Schieberplatte
vorgesehen ist, in der der teilkreisförmige Sauganschluss vorgesehen
ist, und eine zweite koaxial zur Antriebswelle gelagerte, verdrehbare Schieberplatte
vorgesehen ist, in der der teilkreisförmige Druckanschluss vorgesehen
ist.
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Mit
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung dieser
Rotorpumpe können
der Sauganschluss und der Druckanschluss dadurch verstellt werden,
dass deren Schieberplatte verdreht wird. Hierdurch kann gezielt
auf den Saugbeginn und/oder auf das Saugende sowie auf den Öffnungsbeginn
als auch das Öffnungsende
zum Druckanschluss Einfluss genommen werden. Auf diese Weise kann
die Rotorpumpe so angesteuert werden, dass ein früher Saugbeginn auch
ein frühes
Saugende bewirkt, wodurch der Volumenstrom reduziert wird. Die Verbindung
des Förderraumes
mit dem Druckanschluss wird so gewählt, dass im Förderraum
gerade kein Unterdruck mehr herrscht, so dass aus dem Druckanschluss
kein Fluid angesaugt wird. Da über
den Druckanschluss kein Fluid angesaugt wird, muss auch lediglich
das im Förderraum
vorhandene Fluid und nicht zusätzlich zuvor über den
Druckanschluss angesaugtes Fluid ausgestoßen werden. Daher wird lediglich
das Drehmoment benötigt,
das erforderlich ist, um das über den
Sauganschluss angesaugte Fluid aufzunehmen und über den Druckanschluss aus
dem Förderraum auszustoßen.
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Bei
einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite
Schieberplatte gegensinnig verstellbar sind. Dies bedeutet, dass
dann, wenn der Sauganschluss in Umfangsrichtung gesehen, vorverlegt
wird, der Druckanschluss nach hinten verschoben wird und dass der
Druckanschluss dann nach vorne verschoben wird, wenn der Sauganschluss später schließt. Hierdurch
wird vermieden, dass bereits gefördertes
Fluid aus dem Druckanschluss in den Förderraum angesaugt wird, sobald
der Förderraum
mit dem Druckanschluss verbunden wird, sofern im Förderraum
noch ein Unterdruck herrscht. Durch Zurückverlegung des Druckanschlusses
kann dieses unerwünschte
Ansaugen von Fluid vermieden werden. Im Allgemeinen bedeutet dies,
dass durch die Verstellung des Sauganschlusses das Fördervolumen
bestimmt wird und die Position des Druckanschlusses so gelegt wird,
dass der Förderraum
sich genau dann in den Druckanschluss öffnet, wenn im Förderraum
weder ein Unterdruck noch ein Überdruck
herrscht.
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Um
zu vermeiden, dass ein Überdruck
im Kompressionsraum aufgebaut wird, kann dieser bereits dann in
den Druckanschluss öffnen,
wenn noch ein kleiner Unterdruck herrscht. Da das Fluid zu träge ist,
um in den Förderraum
angesaugt zu werden, besteht keine Gefahr, dass Fluid angesaugt
wird, welches anschließend
gleich wieder ausgestoßen
werden muss.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
vorgesehen, dass die Schieberplatten um den gleichen Winkelbetrag
gegenseitig verstellbar sind. Wird also der Sauganschluss zum Beispiel
um 10° nach
vorne verlegt, das heißt
der Förderraum schließt um 10° früher, dann öffnet der
Förderraum auch
um 10° später in den
Druckanschluss, wodurch sichergestellt wird, dass der Unterdruck
im Förderraum
abgebaut wurde.
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Vorteilhaft
sind die erste und die zweite Schieberplatte gleichzeitig verstellbar.
Auf diese Weise wirken sich also Verstellbewegungen im Bereich des
Sauganschlusses zur gleichen Zeit auf Verstellbewegungen im Bereich
des Druckanschlusses aus, so dass automatisch ein früheres Schließen des Sauganschlusses
ein späteres Öffnen des
Druckanschlusses bewirkt.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die erste Schieberplatte auf der einen Seite des Außenrotors
und die zweite Schieberplatte auf der anderen Seite des Außenrotors
angeordnet. Durch diese Position der Schieberplatten wird eine einfache
Weise die Möglichkeit geschaffen,
die Position des Sauganschlusses unabhängig von der Position des Druckanschlusses
zu verändern.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
vorgesehen, dass die Schieberplatten an einem Abschnitt ihrer Umfangsfläche eine
Kegelradverzahnung aufweisen und zwischen den Kegelradverzahnungen
ein mit diesen kämmendes
Antriebskegelrad vorgesehen ist. Mittels des Antriebskegelrades
können
bei dieser Ausgestaltung beide Schieberplatten gleichzeitig verstellt
werden, wobei die eine Schieberplatte in die eine und die andere
Schieberplatte in die andere Richtung gedreht wird, das heißt die Schieberplatten
werden in entgegengesetzte Richtungen gedreht, d.h. gegensinnig
verdreht. Ein derartiger Antrieb ist relativ einfach im Aufbau und
zuverlässig
im Betrieb.
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Die
Antriebsvorrichtung für
das Antriebskegelrad kann problemlos an diesem befestigt werden, da
gemäß einer
bevorzugten Variante der Erfindung das Antriebskegelrad eine zur
Antriebswelle des Rotors orthogonale Antriebsachse aufweist. Die
Antriebsvorrichtung, zum Beispiel ein Stellmotor oder dergleichen,
kann also seitlich an der Rotorpumpe anmontiert werden.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Schieberplatten einen radialen oder axialen
Fortsatz aufweisen, und dass an diesem Fortsatz in tangentialer
Richtung Antriebsmittel angreifen. Die Antriebsmittel können in
Form von Zug- und/oder Druckmittel an diesem Fortsatz angreifen. Als
Antriebsmittel sind eine Kugelumlaufstrecke, ein Seilzug oder aber
auch hydraulische oder magnetische Elemente denkbar. Vorteilhaft
greifen die Antriebsmittel beidseits des Fortsatzes an, so dass
die Schieberplatten zwangsgeführt
sind. Es ist auch denkbar, die Schieberplatten mittels einer Kulissensteuerung
zu verstellen.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der
nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
mehrere Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht
zweier Schieberplatten mit einem gemeinsamen, als Antriebskegelrad
angebildeten Antrieb;
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2 eine perspektivische Ansicht
zweier Schieberplatten, einen Außenrotor und einen Innenrotor
zwischen sich aufnehmend, wobei die Schieberplatten über eine
Kugelumlaufstrecke getrieben werden;
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3 eine perspektivische Ansicht
einer Rotorpumpe, teilweise aufgeschnitten, gemäß einer ersten Ausführungsform,
bei welcher die Schieberplatten mittels eines Antriebskegelrads
angetrieben sind;
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4 eine perspektivische Ansicht
einer Rotorpumpe, teilweise aufgeschnitten, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
wobei die Schieberplatten mittels eines Rädergetriebes angetrieben sind;
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5 eine perspektivische Ansicht
einer Rotorpumpe, teilweise aufgeschnitten, gemäß einer dritten Ausführungsform,
wobei die Schieberplatten mittels einer Kugelumlaufstrecke angetrieben
sind;
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6 eine perspektivische Ansicht
einer Rotorpumpe, teilweise aufgeschnitten, wobei die Schieberplatten
mittels eines Seilzuges angetrieben sind; und
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7 eine Explosionsdarstellung
einer Rotorpumpe gemäß dem Stand
der Technik.
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Zunächst wird
auf die
7 Bezug genommen,
in welcher eine insgesamt mit
10 bezeichnete Rotorpumpe
gemäß dem Stand
der Technik der
DE 103
05 585 B3 dargestellt ist. Diese Rotorpumpe
10 weist
einen Stellring
22 auf, der auf einer Antriebswelle
26 verdrehbar
und feststellbar gelagert ist. Im Stellring
22 ist ein
mit einem Innenrotor
28 kämmender Außenrotor
30 verdrehbar
und exzentrisch gelagert. Zwischen zwei Zähnen des Innenrotors
28 und der
zwischen zwei Zähnen
gelagerten Innenumfangsfläche
des Außenrotors
30 wird
ein Förderraum gebildet,
in welchem das über
einen Sauganschluss
44 angesaugte Fluid gefördert und
mit Druck beaufschlagt wird. Sobald eine Verbindung zwischen dem Förderraum
und einem Druckanschluss
46 hergestellt ist, wird das im
Förderraum
sich befindende Fluid in den Druckanschluss
46 verdrängt.
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Aus
der 7 ist noch deutlich
erkennbar, dass der Sauganschluss 44 und der Druckanschluss 46 in
eine teilkreisförmige
Nut 50 münden,
die sich in einer Schieberplatte 16 befindet, die beidseits
der Rotoren 28 und 30 angeordnet sind. In der
Nut 50 ist ein Schieber 58 in Richtung des Nutverlaufs
verschieblich geführt.
Der Schieber 58 trennt den Druckanschluss 46 vom
Sauganschluss 44 und bestimmt zudem deren Größe. Wird
der Schieber 58 in Richtung des Uhrzeigersinns in der Nut 50 verschoben, dann
verkleinert sich der Druckanschluss 46, wohingegen sich
der Sauganschluss 44 vergrößert. Mit dem Bezugszeichen 66 ist
eine Verbindung des Schiebers 58 mit dem Stellring 22 angedeutet. Über diese
Verbindung 66 wird bei einer Verdrehung des Stellrings 22 in
dem Stellring umgebenden Gehäuse (nicht
dargestellt) der Schieber 58 um den gleichen Winkelbetrag
verdreht. Hierdurch wird zum Beispiel der Druckanschluss 46 verkleinert,
wohingegen der Sauganschluss 44 vergrößert wird.
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Eine
Verstellung des Stellrings 22 erfolgt durch Druckbeaufschlagung
von Flachkolben 12, wodurch der Stellring 22 im
Rotorring 70 verdreht wird. Die Nut 50 erstreckt
sich zwischen einem äußeren Kreisring 74 und
einem inneren, die Antriebswelle 26 umgebenden Kreisring 76.
In die Nut 50 greift außerdem ein Trennstück 78 ein,
welches an einem die Schieberplatte 16 aufnehmenden Deckel 80 vorgesehen
ist. In der Zeichnung ist die Dicke der Schieberplatte 16 übertrieben
dargestellt. Sie beträgt
lediglich 0,5 mm bis 2 mm und hat die Aufgabe, den Schieber 58 am
gewünschten
Ort zu halten. Entsprechend dick ist somit auch das Trennstück 78 ausgeführt. Die beiden
Deckel 80 sind mit dem Rotorring 70 über in Durchgangslöcher 84 angeordnete
Bolzen miteinander verbunden.
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Da
die Schieberplatte 16 über
in den Löchern 72 angeordnete
Stifte, Bolzen oder dergleichen mit dem Stellring 22 drehverbunden
ist, wird die Schieberplatte 16 gleichfalls in Richtung
des Doppelpfeils 82 verstellt, wenn der Stellring 22 in
Richtung des Doppelpfeils 14 gedreht wird. Hierdurch wird
zum Beispiel der Sauganschluss 44 früher geschlossen, wodurch das
angesaugte Volumen verringert wird, wobei gleichzeitig der Druckanschluss 46 früher geöffnet wird,
was zur Folge hat, dass der im Förderraum
sich gebildete Unterdruck noch nicht vollständig abgebaut wird, so dass
Fluid aus dem Druckanschluss 46 in den Förderraum
angesaugt wird, bis der Unterdruck abgebaut ist. Anschließend wird
das nunmehr im Förderraum
sich befindende Fluid, nämlich
das über
den Sauganschluss angesaugte Fluid und das über den Druckanschluss angesaugt
Fluid vollständig
in den Druckanschluss ausgestoßen.
Dieser Vorgang hat zwar den Vorteil, dass das Fördervolumen durch Verstellen
des Sauganschlusses verringert wird, besitzt jedoch auch den Nachteil,
dass ein erhöhtes
Drehmoment erforderlich ist, da durch Ansaugen von Fluid aus dem
Druckanschluss der Unterdruck im Förderraum abgebaut wird.
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Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei lediglich die Teile dargestellt sind, die zum
Verständnis
der Erfindung erforderlich sind. Der Deckel 80 ist als
Platte wiedergegeben, in welchem die Schieberplatte 16 drehbar
gelagert ist. Dieser Schieberplatte 16 steht eine zweite Schieberplatte 16 gegenüber, wobei
zwischen den beiden Schieberplatten 16 die beiden Rotoren 28 und 30 (nicht
dargestellt) vorgesehen sind, wobei der Innenrotor 28 von
der Antriebswelle 26 angetrieben wird. Diese Antriebswelle 26 besitzt
ihrerseits ein Antriebszahnrad 24, welches mit einem geeigneten
Antrieb verbunden ist.
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Die
beiden Schieberplatten 16 sind mit jeweils einer Kegelradverzahnung 15 versehen,
welche in 3 deutlicher
erkennbar ist. Die Kegelradverzahnung 15 erstreckt sich über einen
Teil der Umfangsfläche 18 einer
jeden Schieberplatte 16. Zwischen den beiden Kegelradverzahnungen 15 befindet
sich ein Antriebskegelrad 20 mit einer zur Antriebswelle 26 orthogonal
stehender Antriebsachse 32. Das Antriebskegelrad 20 kämmt mit
den beiden Kegelradverzahnungen 15 derart, dass eine Verdrehung
des Antriebskegelrades 20 eine gegensinnige Verdrehung
der beiden Schieberplatten 16 bewirkt. Hierdurch wird erreicht,
dass der Sauganschluss 44 zum Beispiel nach vorne und der
Druckanschluss 46 nach hinten verlagert wird. Wird also
durch Vorverlagerung des Sauganschlusses 44 der Förderraum frühzeitig
geschlossen, wodurch das Fördervolumen verringert
wird, dann baut sich ein höherer
Unterdruck in diesem Förderraum
auf, der jedoch wieder abgebaut werden kann, da der Druckanschluss 46 nach
hinten verlagert ist, das heißt
der Förderraum später mit
dem Druckanschluss verbunden wird. Die Verbindung von Förderraum
und Druckanschluss 46 erfolgt erst dann, wenn der Unterdruck
im Förderraum
vollständig
abgebaut ist. Entsprechend verhält es
sich, wenn das Fördervolumen
vergrößert wird, wobei
dann der Sauganschluss 44 nach hinten verlagert wird, so
dass der Förderraum
mehr Fluid aufnehmen kann. Der Förderraum
wird dann relativ früh
mit dem Druckanschluss 46 verbunden, was dadurch ermöglicht wird,
dass der Druckanschluss 46 vorverlagert wird.
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In
der 1 ist noch erkennbar,
dass die beiden Schieberplatten 16 mit axial abragenden
Fortsätzen 34 versehen
sind, welche Flachkolben darstellen. Diese Flachkolben sind in teilkreisförmigen Nuten 36 in
den beiden Deckeln 80 geführt. Demnach können die
beiden Schieberplatten 16 auch durch Druckbeaufschlagung
dieser beiden Fortsätze 34 bewegt
werden. Wird zum Beispiel der Fortsatz 34 der in der 1 unteren Schieberplatte 16 auf
der dem Betrachter zugewandten Seite mit Druck beaufschlagt, dann
bewegt sich die Schieberplatte 16 in Richtung des Uhrzeigersinns.
Diese Drehbewegung wird über
das Antriebskegelrad 20 derart auf die obere Schieberplatte 16 übertragen,
dass diese sich entgegen der Richtung des Uhrzeigersinns bewegt.
Eine Verstellung in die andere Richtung erfolgt dadurch, dass der
Fortsatz 34 der oberen Schieberplatte 16 an der
dem Betrachter zugewandten Seite mit Druck beaufschlagt wird, so
dass die obere Schieberplatte 16 in Richtung des Uhrzeigersinns
verdreht wird. Diese Verstellung wird ebenfalls über das Antriebskegelrad 20 derart übertragen,
dass die untere Schieberplatte 16 entgegen der Richtung
des Uhrzeigersinns verdreht wird. Die Antriebsachse 32 des
Antriebskegelrades 20 kann bei dieser Variante des Antriebs
entweder weggelassen werden oder an die Antriebsachse 32 kann
ein Sensor montiert werden, der die Verstellbewegungen beziehungsweise
die aktuellen Positionen der Schieberplatten 16 erfasst.
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Die 2 zeigt einen alternativen
Antrieb für die
beiden Schieberplatten 16, wobei dieser Antrieb von einer
Kugelumlaufstrecke 38 gebildet wird. Hierfür weisen
die beiden Schieberplatten 16 jeweils einen axialen Fortsatz 40 auf,
an welchem die Endkugeln 42 jeweils einer Kugelkette 48 (gepunktet
dargestellt) anliegen. Die Kugeln der Kugelkette 48 laufen in
geeigneten Nuten beziehungsweise Führungsbahnen und werden aus
der Ebene der einen Schieberplatte 16 in die Ebene der
anderen Schieberplatte 16 mittels einer Umlenkbahn 52 überführt. Im Übrigen weisen
die beiden Schieberplatten 16 noch die Fortsätze 34 auf, über welche
sie, wie oben erläutet,
in Drehbewegung versetzt werden. Diese Drehbewegung wird von der
einen Schieberplatte 16 auf die andere Schieberplatte 16 mittels
der Kugelumlaufstrecke 38 übertragen. In der 5 ist die Umlenkbahn 52 sowie
die Kugelkette 48 erkennbar.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 4 sind die Umfangsflächen 18 der
beiden Schieberplatten 16 mit einer Verzahnung 54 versehen,
die mit jeweils einem Zahnrad 56 kämmt. Außerdem stehen die beiden Zahnräder 56 miteinander
in Eingriff. Bei dieser Variante kann die Achse einer der Zahnräder 56 nach außen geführt sein,
so dass dieses Zahnrad 56 von einem externen Antrieb angetrieben
werden kann. Die Schieberplatten 16 können aber auch, wie oben beschrieben,
mit Fortsätzen 34 versehen
sein, so dass sie mittels eines Druckmediums angetrieben werden.
Das aus der Verzahnung 54 und den Zahnrädern 56 gebildete
Rädergetriebe 60 dient
also als Antrieb oder lediglich der Übertragung der Stellbewegung
von der einen Schieberplatte 16 auf die andere Schieberplatte 16.
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In
der 6 ist ein weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel die beiden Schieberplatten 16 über einen
Seilzug 62 miteinander verbunden sind. Die Enden des Seilzuges 62 sind
an Fortsätzen 40 der
beiden Schieberplatten 16 befestigt, und der Seilzug 62 umschlingt
eine Umlenkung 64, um von der Ebene der einen Schieberplatte 16 in
die Ebene der anderen Schieberplatte 16 zu gelangen. Der
Antrieb der beiden Schieberplatten 16 erfolgt ebenfalls über Fortsätze 34,
die als Flachkolben ausgebildet sind.