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Die
Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Flüssigkeitsringpumpe,
zum Fördern
eines Förder-Fluids.
Diese umfasst ein Pumpen-Gehäuse mit
einer Saug-Kammer, einer Laufrad-Kammer und einer Druck-Kammer.
In der Laufrad-Kammer ist ein mit Schaufeln versehenes drehantreibbares
Laufrad angeordnet, wobei eine Steuer-Scheibe die Laufrad-Kammer
von der Druck-Kammer trennt.
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Aus
der
DE 296 11 342
U1 ist eine derartige Pumpe bekannt. In deren Steuer-Scheibe
sind ein Saug-Schlitz, mehrere Steuer-Öffnungen und ein Druck-Schlitz
ausgebildet. Die Steuer-Öffnungen
und der Druck-Schlitz bilden eine Strömungs-Verbindung zwischen einer
Laufrad-Kammer und einer Druck-Kammer. Eine selbsttätige, flexible
Ventil-Platte ist den Steuer-Öffnungen
zugeordnet. Benachbart zu der Ventil-Platte ist ein Anschlag-Blech angeordnet,
das als Hub-Begrenzung dient und unbeweglich, also starr, ist. Über eine
Befestigungs-Schraube sind das Anschlag-Blech und die Ventil-Platte
mit der Steuer-Scheibe verschraubt. Wenn das in Laufrad-Zellen komprimierte
Förder-Fluid
einen bestimmten Druck erreicht, hebt die Ventil-Platte von der Steuer-Scheibe
ab und ein Teil des Förder-Fluids kann
bereits vor Erreichen des Druck-Schlitzes durch die Steuer-Öffnungen in die Druck-Kammer
entweichen. Nachteilig bei dieser bekannten Ausgestaltung ist, dass
sich aufgrund der auf das Anschlag-Blech wirkenden dynamischen Belastungen
die Befestigungs-Schraube verformen kann, was dann auch zu einer
Versetzung der Ventil-Platte von ihrer ursprünglich festgelegten Position
führt.
Dies hat eine Minderung der Leistung der Pumpe zur Folge. Die auftretenden
Belastungen können
sogar einen Bruch der Befestigungs-Schraube bewirken, was in der
Regel mit äußerst hohen
Reparaturkosten verbunden ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe bereitzustellen,
deren Pump-Wirkungsgrad über
der Lebensdauer im Wesentlichen konstant ist. Außerdem soll eine Pumpe geschaffen
werden, die relativ reparaturunanfällig ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Der
Kern der Erfindung liegt darin, dem selbsttätigen Ventil-Element ein zumindest
bereichsweise federnd ausgebildetes Anlage-Element zuzuordnen. Dieses
mindestens eine Anlage-Element ist also selbst auch flexibel und
somit nachgiebig. Bei hohen Volumenströmen bzw. Drücken wird das mindestens eine
Anlage-Element dann verbogen. Da das mindestens eine Anlage-Element
flexibel ausgebildet ist, wird die Befestigung des mindestens einen
Anlage-Elements kaum belastet. Eine dauerfeste, ortsfeste Verbindung
ist somit erzielbar.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Dabei ist:
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1 ein
Längsschnitt
durch eine Antriebs-Flüssigkeitsringpumpen-Anordnung,
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2 eine
zu 1 senkrechte Ansicht, die unter anderem die Steuer-Scheibe und das montierte Anlage-Element
zeigt,
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3 eine
perspektivische Ansicht, die die Steuer-Scheibe, das Ventil-Element, das Anlage-Element
und zwei Befestigungs-Schrauben in einer auseinandergezogenen Stellung
darstellt,
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4 eine
schematische Ansicht, die die Anordnung des Ventil-Elements und
des Anlage-Elements an einer nur teilweise dargestellten Steuer-Scheibe
gemäß einer
weiteren Ausführungsform zeigt,
und
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5 eine
schematische Ansicht, die die Anordnung des Ventil-Elements und
des Anlage-Elements an einer nur teilweise dargestellten Steuer-Scheibe
gemäß einer
weiteren Ausführungsform veranschaulicht.
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In 1 ist
eine Antriebs-Flüssigkeitsringpumpen-Anordnung
gezeigt, die einen herkömmlichen
Antrieb 1 und eine an diesem angeflanschte Flüssigkeitsringpumpe 2 umfasst.
Der Antrieb 1 ist hier beispielhaft als Elektromotor ausgebildet
und dient zur Betätigung
der Flüssigkeitsringpumpe 2. Die
Flüssigkeitsringpumpe 2 dient
zur Förderung
eines Förder-Fluids.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfasst der Antriebs-Motor 1 ein
mehrteiliges Motor-Gehäuse 3, das
einen Innenraum 4 umschließt. Das Motor-Gehäuse 3 ist
durch einen hohlen Mantel-Körper 5 und zwei
an diesem seitlich angebrachten, abschließenden Lagerschilden 6, 7 gebildet.
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In
dem Innenraum 4 befindet sich ein Motor-Stator 8,
der ein innenseitig an dem Mantel-Körper 5 befestigtes
Stator-Blechpaket 9 und eine Stator-Wicklung 10 umfasst. Die Stator-Wicklung 10 besteht
aus mehreren Spulen, die mit dem Stator-Blechpaket 9 in
direkter Verbindung stehen.
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Jeder
Lagerschild 6, 7 weist eine zentrale Lager-Aufnahme 11, 12 auf,
die zur Aufnahme eines Wälzlagers 13, 14 dient.
Die Wälzlager 13, 14 sind auf
eine Antriebs-Welle 15 aufgebracht und ermöglichen
eine Rotation der Antriebs-Welle 15 um ihre Längs-Mittel-Achse
L.
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Auf
der Antriebs-Welle 15 ist ferner innerhalb des Innenraums 4 ein
Rotor 16 drehfest angeordnet, der ein Rotor-Blechpaket 17 und
Rotor-Stäbe 18 umfasst.
Der Rotor 16 befindet sich in einer entsprechenden zentralen
Ausnehmung des Motor-Stators 8.
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Der
Antriebs-Motor 1 arbeitet auf herkömmliche, allgemein bekannte
Weise. Beim Anschluss an ein Stromnetz wird die Stator-Wicklung 10 Stromdurchflossen,
wodurch im Motor-Stator 8 ein Magnetfeld entsteht. Der
Motor-Stator 8 wirkt dabei mit dem Rotor 16 zusammen.
Der Rotor 16 und damit auch die Antriebs-Welle 15 werden
in Rotation um die Längs-Mittel-Achse L versetzt.
Der Antriebs-Motor 1 kann als Drehstrom- oder Gleichstrom-Motor
ausgebildet sein. Prinzipiell ist jede Art von Antrieb möglich.
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Die
Antriebs-Welle 15 ist beidseitig durch die Lagerschilde 6, 7 aus
dem Innenraum 4 des Motor-Gehäuses 3 geführt. Auf
einem aus dem Lagerschild 6 geführten Wellen-Abschnitt der
Antriebs-Welle 15 – in 1 links – ist ein
Motor-Kühlrad 19 drehfest
angeordnet, das zur Kühlung
des Antriebs-Motors 1 dient. Das Motor-Kühlrad 19 ist
von einem Kühler-Deckel 20 umgeben,
der mit dem Mantel-Körper 5 und
dem Lagerschild 6 in Verbindung steht.
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Auch
aus dem gegenüberliegenden
Lagerschild 7 ist ein Wellen-Abschnitt 21 der
Antriebs-Welle 15 – in 1 rechts – aus dem
Innenraum 4 des Motor-Gehäuses 3 geführt. Auf
dieser Seite befindet sich die Flüssigkeitsringpumpe 2,
die ein einen Pumpen-Innenraum 22 umschließendes Pumpen-Gehäuse 23 aufweist.
Das Pumpen-Gehäuse 23 umfasst ein
dem Antriebs-Motor 1 zugewandtes
Pumpen-Gehäuse-Teil 24 und
einen mit diesem in fluiddichter Verbindung stehenden Pumpen-Gehäuse-Deckel 25. Durch den
Pumpen-Gehäuse-Deckel 25 ist
eine kreisförmige
plane Steuer-Scheibe 26 an
dem Pumpen-Gehäuse-Teil 24 in
dem Pumpen-Innenraum 22 festgelegt. Der Wellen-Abschnitt 21 ist
in das Pumpen-Gehäuse 23 über eine
Gleitring-Dichtung 27 geführt, die einen Fluid-Austritt
aus dem Pumpen-Innenraum 22 zwischen Wellen-Abschnitt 21 und
Pumpen-Gehäuse-Teil 24 verhindert.
Der Wellen-Abschnitt 21 durchdringt dabei das Pumpen-Gehäuse-Teil 24 und
die Steuer-Scheibe 26 und endet innerhalb des Pumpen-Gehäuses 23.
In der Steuer-Scheibe 26 ist dafür eine exzentrisch angeordnete kreisförmige Öffnung 58 vorgesehen.
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Das
Gehäuse-Teil 24 weist
einen Ansaug-Anschluss-Stutzen 28 auf, der zum Anschluss einer
ein Förder-Fluid
zuführenden
Leitung vorgesehen ist und über
einen Ansaug-Einlass 29 in einer Saug-Kammer 30 mündet. Über den
Ansaug-Anschluss Stutzen 28 gelangt also ein Förder-Fluid
in den Pumpen-Innenraum 22. Die Saug-Kammer 30 ist durch
das Pumpen-Gehäuse-Teil 24 und
die Steuer-Scheibe 26 begrenzt.
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Ferner
weist das Pumpen-Gehäuse-Teil 24 einen
entsprechenden Druck-Anschluss-Stutzen 31 auf,
der über
einen Druck-Auslass mit einer Druck-Kammer 32 in Strömungs-Verbindung
steht. An den Druck-Anschluss-Stutzen 31 ist
eine das Förder-Fluid
abführende
Leitung anschließbar.
Die Druck-Kammer 32 ist wieder durch das Pumpen-Gehäuse-Teil 24 und
die Steuer-Scheibe 26 begrenzt.
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An
der der Saug-Kammer 30 und der Druck-Kammer 32 gegenüberliegenden
Seite der Steuer-Scheibe 26 grenzt eine im Wesentlichen kreiszylindrische
Laufrad-Kammer 33 an, die durch die Steuer-Scheibe 26 und
den Pumpen-Gehäuse-Deckel 25 begrenzt
ist. In der Laufrad-Kammer 33 befindet sich ein auf dem
Wellen-Abschnitt 21 der Antriebs-Welle 15 dreh fest
sitzendes Laufrad 34 mit Schaufeln 35. Das Laufrad 34 ist
exzentrisch in der Laufrad-Kammer 33 angeordnet.
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Die
Kammern 30, 33 und 32 bilden zusammen
im Wesentlichen den Pumpen-Innenraum 22 und stehen in Strömungs-Verbindung
miteinander. Dafür
sind in der Steuer-Scheibe 26 – wie aus 3 hervorgeht – mehrere
benachbart angeordnete Saug-Öffnungen 36 vorgesehen,
denen bezogen auf eine Laufrichtung 37 des Laufrads 34 bzw.
der Antriebs-Welle 15 eine Gruppe von acht Steuer-Öffnungen 38 folgt,
welchen wiederum eine Druck-Öffnung 39 folgt.
Die sich in Laufrichtung 37 allmählich vergrößernden Saug-Öffnungen 36 sorgen
für eine
Strömungs-Verbindung
zwischen der Saug-Kammer 30 und der Laufrad-Kammer 33,
während
die paarweise hintereinander angeordneten kreisförmigen Steuer-Öffnungen 38 und
die sich in Laufrichtung 37 allmählich verjüngende Druck-Öffnung 39 eine
Strömungs-Verbindung
zwischen der Laufrad-Kammer 33 und der Druck-Kammer 32 ermöglichen.
Die Öffnungsfläche der
Saug-Öffnungen 36 ist
wesentlich größer als
die Öffnungsfläche der
Steuer-Öffnungen 38,
welche wiederum wesentlich größer als
die Öffnungsfläche der
Druck-Öffnung 39 ist.
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Von
dem Ansaug-Anschluss-Stutzen 28 gelangt ein Förder-Fluid über den
Ansaug-Einlass 29 in die Saug-Kammer 30. Durch
die Saug-Öffnungen 36 in
der Steuer-Scheibe 26 wird das Förder-Fluid dann in die Laufrad-Kammer 33 gesaugt
und in von den Schaufeln 35 des Laufrads 34 und
einem äußeren Flüssigkeitsring
gebildeten Laufrad-Zellen in Laufrichtung 37 komprimiert
und durch die Druck-Öffnung 39 in
die Druck-Kammer 32 geführt.
Um bei unterschiedlichen Druckverhältnissen einen optimalen Wirkungsgrad
erzielen zu können,
sind die vor der Druck-Öffnung 39 angeordneten
Steuer-Öffnungen 38 vorgesehen,
die wie die Druck-Öffnung 39 in
die Druck-Kammer 32 münden.
Von dort wird das Förder-Fluid über den
Druck-Auslass in den Druck-Anschluss-Stutzen 31 abgeführt.
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Den
Steuer-Öffnungen 38 ist
eine flexible, also biegbare, im Wesentlichen rechteckförmige Ventil-Platte 40 zugeordnet,
die auf der der Laufrad-Kammer 33 abgewandten
Seite an der Steuer-Scheibe 26 angebracht ist. Die Ventil-Platte 40 befindet
sich somit in der Druck-Kammer 32 und ist zwischen der Steuer-Scheibe 26 und
einer flexiblen Anlage-Platte 41 angeordnet. Auch die Anlage-Platte 41 befindet sich
in der Druck-Kammer 32. Die Ventil-Platte 40 und
die Anlage-Platte 41 sind über zwei Befestigungs-Schrauben 42 mit
der Steuer-Scheibe 26 verschraubt. Hierzu weisen die Ventil-Platte 40 und
die Anlage-Platte 41 sowie die Steuer-Scheibe 26 entsprechende Öffnungen 44, 43, 45 auf.
Jede Befestigungs-Schraube 42 durchdringt dabei die entsprechende
in der Anlage-Platte 41 ausgebildete Öffnung 43 und die
entsprechende in der Ventil-Platte 40 ausgebildete Öffnung 44 und
ist mit einem Gewinde-Kern-Abschnitt in die entsprechende Öffnung 45 in
der Steuer-Scheibe 26 gedreht.
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Die
im nicht-beanspruchten Zustand ebene Ventil-Platte 40 kann
beispielsweise aus Teflon, einem Elastomer oder Metall bestehen.
Sie weist einen Befestigungs-Abschnitt 46, in dem auch
die Öffnungen 44 vorgesehen
sind, und einen Bedeck-Abschnitt 47 auf. Während der
Befestigungs-Abschnitt 46 zur
Befestigung der Ventil-Platte 40 an der Steuer-Scheibe 26 dient,
ist der Bedeck-Abschnitt 47 zum Bedecken der Steuer-Öffnungen 38 vorgesehen.
Gemäß 3 ist
der Bedeck-Abschnitt 47 so gestaltet, dass sämtliche
Steuer-Öffnungen 38 bedeckt
werden können.
Die Ventil-Platte 40 kann aber auch eine derartige Form
aufweisen, dass nicht sämtliche
der Steuer-Öffnungen 38 in
einer entsprechenden Stellung der Ventil-Platte 40 bedeckt
werden. Der Bedeck-Abschnitt 47 gemäß 3 umfasst
vier be nachbart angeordnete getrennte längliche Bedeck-Zungen 48,
die einzeln in den Befestigungs-Abschnitt 47 münden und
somit relativ zueinander verschwenkbar sind. Jeweils eine der Bedeck-Zungen 48 ist
für ein
Paar der Steuer-Öffnungen 38 vorgesehen,
d.h. eine Bedeck-Zunge 48 kann zwei paarweise angeordnete
Steuer-Öffnungen 38 vollständig bedecken.
Ferner sind die gemäß 3 beiden
oberen Bedeck-Zungen 48 länger als die beiden unteren
Bedeck-Zungen 48 ausgebildet. So kann die Ventil-Platte 40 möglichst
nahe an der Antriebs-Welle 15 angeordnet werden. Wie aus 2 ersichtlich
ist, befindet sich nämlich
im Bereich der kürzeren
Bedeck-Zungen 48 eine die Antriebs-Welle 15 umgebende
Wandung des Pumpen-Gehäuse-Teils 24.
Anstelle der vier voneinander getrennten Bedeck-Zungen 48 kann
auch eine einzige Bedeck-Zunge vorgesehen sein.
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Die
Außenkontur
der direkt angrenzenden Anlage-Platte 41 entspricht im
Wesentlichen der Außenkontur
der Ventil-Platte 40. Die Anlage-Platte 41 gemäß 1 bis 3 besteht
beispielsweise aus dünnem
Blech bzw. Federstahl und ist im ganzen nachgiebig, also biegbar
bzw. flexibel. Sie weist wieder einen Befestigungs-Abschnitt 49,
in dem sich auch die Öffnungen 43 befinden,
und einen auch im nicht-beanspruchten Zustand leicht gegenüber dem Befestigungs-Abschnitt 49 geneigten
Anlage-Abschnitt 50 auf. Der Anlage-Abschnitt 50 ist
vorgesehen, um mit dem Bedeck-Abschnitt 47 der Ventil-Platte 40 zusammenzuwirken.
Der ebene Befestigungs-Abschnitt 49 der
Anlage-Platte 41 liegt flächig an dem Befestigungs-Abschnitt 46 der
Ventil-Platte 40 an. Im nicht-beanspruchten Zustand läuft der
ebene Anlage-Abschnitt 50 der Anlage-Platte 41 ausgehend
von dem Befestigungs-Abschnitt 49 von dem Bedeck-Abschnitt 47 der
Ventil-Platte 40 allmählich weg.
Am freien Ende der Ventil-Platte 40 und der Abdeck-Platte 41 liegt
also ein Abstand vor, wie aus 1 ersichtlich
ist.
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Wenn
das in den Laufrad-Zellen komprimierte Förder-Fluid einen bestimmten
Mindestdruck im Bereich der Steuer-Öffnungen 38 erreicht,
hebt sich bzw. heben sich die entsprechende/n selbsttätige/n Bedeck-Zunge/n 48 von
der/den entsprechenden Steuer-Öffnung/en 38 ab
und ein Teil des Förder-Fluids
kann bereits vor Erreichen der Druck-Öffnung 39 in die Druck-Kammer 32 entweichen.
Dabei kann auch der Anlage-Abschnitt 50 der Anlage-Platte 41 verschwenkt
werden, was auf deren Flexibilität
zurückzuführen ist.
Ausgehend von einer Schließ-Stellung,
in welcher hier sämtliche
Steuer-Öffnungen 38 von
der Ventil-Platte 40 bedeckt und somit verschlossen sind,
wird bei einem Mindestdruck des Förder-Fluids mindestens eine
Bedeck-Zunge 48 von der Steuer-Scheibe 26 abgehoben
und gegen den benachbarten, leicht beabstandeten Anlage-Abschnitt 50 durch
das Förder-Fluid
gedrückt.
Dabei kann in Abhängigkeit
des Drucks des Förder-Fluids der Anlage-Abschnitt 50 in
einer Öffnungs-Richtung weg
von der Steuer-Scheibe 26 in eine Freigabe-Stellung bewegt
werden. Der Anlage-Abschnitt 50 übt dann
ständig
einen Druck entgegen der Öffnungs-Richtung, also in
einer Schließ-Richtung
hin auf die Steuer-Platte 26, auf die entsprechende/n Bedeck-Zunge/n 48 aus.
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In 4 ist
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung dargestellt. Im Gegensatz zu der vorherigen Ausführungsform
sind hier die Ventil-Platte 40 und die Anlage-Platte 41 über einen
Fixierungs-Bügel 51 an
der nur teilweise dargestellten Steuer-Scheibe 26 fixiert.
Die Befestigungs-Schrauben 42 durchdringen
neben der Ventil-Platte 40 und der Anlage-Platte 41 auch
den Fixierungs-Bügel 51. Dieser
weist einen Andrück-Abschnitt 52 auf,
der Öffnungen
für die
Befestigungs-Schrauben 42 umfasst und flächig an
dem Befestigungs-Abschnitt 49 der Anlage-Platte 41 anliegt.
An den Andrück-Abschnitt 52 schließt sich
beidseitig ein Schräg-Abschnitt 53 an,
der jeweils schräg
zu dem Andrück-Abschnitt 52 verläuft und
an der Steuer-Scheibe 26 anliegt. Durch den Andrück-Abschnitt 52 wird
eine gleichmäßige Haltekraft
auf die Anlage-Platte 41 aufgebracht. Punktuelle Belastungen
werden hierdurch vermieden.
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Die
Ausführungsform
gemäß 5 unterscheidet
sich von den vorherigen Ausführungsformen
durch die Ausgestaltung der Anlage-Platte 41. Im Befestigungs-Abschnitt 49 der
Anlage-Platte 41 sind wieder zwei Öffnungen 43 für die Befestigungs-Schrauben 42 gebildet.
Die Öffnungen 43 befinden
sich auf Zungen 54, um welche teilweise eine Nut 55 läuft. Die
Zungen 54 stehen lediglich über einen Verbindungs-Abschnitt 56 mit
einem Grund-Abschnitt 57 der
Anlage-Platte 41 in Verbindung. Die Flexibilität der Anlage-Platte 41 wird
durch den zwischen den Zungen 54 liegenden Bereich erzielt.
Ansonsten ist die Anlage-Platte 41 starr. Die Anlage-Platte 41 weist
also nur einen begrenzten Bereich auf, der biegbar ist.
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Wesentlich
bei den Anlage-Platten 41 ist, dass diese überall eine
höhere
Steifigkeit als die Ventil-Platten 40 aufweisen. Sie weisen
ferner mindestens einen Feder-Abschnitt auf, der ein Biegen ermöglicht.
Durch diese Flexibiltät
wird erreicht, dass auf die Anlage-Platte 41 wirkende dynamische
Kräfte nicht
direkt auf die Befestigungs-Schrauben 42 übertragen
werden. Dies führt
zu einer dauerfesten Verbindung. Die federnde Ausgestaltung erhöht auch
die Lebensdauer der Anlage-Platte 41 selbst.
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Die
Anlage-Platten 41 können
auch in der Schließ-Stellung
der Ventil-Platte 40 an
dieser ganzflächig
anliegen, um die Bedeck-Zungen 48 stets an die Steuer-Scheibe 26 zu
drücken.
Die Anlage-Platte 41 ist dann vollständig eben.