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Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe mit einem in einem Pumpengehäuse rotierbaren Drehkolben.
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Derartige Pumpen sind in zahlreichen Variationen bekannt und können zum Fördern von etwa Wasser, ölen, Säuren oder Basen, Abwassern mit verschiedenen Bestandteilen oder anderen Flüssigkeiten dienen. Ohne weitere Maßnahmen sind diese Pumpen nicht selbstansaugend, sondern müssen angegossen werden, so daß etwa das Auspumpen eines Motors, eines Gartenteichs, der Bilge eines Bootes oder anderer Flüssigkeitssammelbecken durch eine höher liegende Pumpe erschwert ist.
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Die
GB 274,402 A offenbart eine Rotationspumpe mit einem zentral angeordneten und nach Art eines Nockens wirkenden Drehkolben und zwei außen liegenden Shuttern, die von dem Drehkolben und gegensinnig beaufschlagenden Federn auf- und zubeweglich sind. Die Shutter beeinflussen dabei die Öffnung und Schließung von Auslassöffnungen, wohingegen die Einlassöffnungen 28 nur vom dem zentralen Kolben überstreichbar sind.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine einfache und preiswerte Pumpe zu schaffen, die eine möglichst gute Selbstansaugfähigkeit besitzt.
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Die Erfindung löst das Problem durch eine Drehkolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Zu weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Ansprüche 2 bis 9 verwiesen.
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Dadurch, daß die Drehkolbenpumpe mit einem in einem Pumpenraum rotierbaren Drehkolben und zumindest zwei Außenläufern versehen ist, von denen je nach ihrer Momentanstellung Einlaß- und/oder Auslaßöffnungen zumindest teilweise freigebbar oder blockierbar sind, kann die eigentliche Förderung vollständig von dem Drehkolben vorgenommen werden, wohingegen die zumindest zwei Außenläufer den Fluß durch Ein- und Auslaßöffnungen teilweise oder vollständig steuern, so daß keine zusätzlichen Ventile vorgesehen werden müssen.
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Dabei können für eine Verminderung des Herstellungsaufwands die Außenläufer stirnseitig dichtungsfrei in dem den Pumpenraum umgebenden Gehäuse gehalten sein. Dieses kann beispielsweise für die Förderung von Wasser und/oder Ölen sowie auch für leicht basische oder leicht saure Medien vollständig aus Kunststoff gebildet sein. Die Außenläufer sind zudem schwimmend in einem den Pumpenraum umgebenden Gehäuse gehalten, ohne dass sie einer metallischen Gleit- oder gar Wälzlagerung bedürfen.
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Insbesondere sind die Außenläufer in zwei Richtungen pendelnd bewegbar, mal links und mal rechts herum. Dadurch müssen diese keine Rotationsbewegungen ausführen, sondern können sehr einfach gelagert sein. Eine große Hitzeentwicklung wird vermieden.
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Sofern zumindest zwei Einlaß- und zwei Auslaßöffnungen in den Pumpenraum vorgesehen sind, kann jeder Außenläufer eine Ein- und Auslaßöffnung steuern. Es ist ein nahezu vollständiger Flüssigkeitsaustausch bei jeder Freigabe einer Ein- bzw. Auslaßöffnung ermöglicht.
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Wenn günstig die Bewegungen der Außenläufer von dem Drehkolben in einem Drehsinn bewirkbar sind und zumindest in der Ansaugphase, in der noch keine Flüssigkeit gefördert wird, die beiden Außenläufer durch Federkraft entgegen dem von dem Drehkolben eingetragenen Drehsinn bewegbar sind, bedarf es keiner weiteren Antriebs- oder Steuerelemente, um die Pendelbewegung der Außenläufer auch ohne Flüssigkeitsförderung zu erreichen. Einfache mechanische Federn sind ausreichend.
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Insbesondere haben die Außenläufer einen Schwenkwinkel von weniger als zwanzig Grad, so daß Hin- und Rückpendeln schnell und aufgrund des kleinen Weges auch ohne große Wärmeentwicklung möglich sind.
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Günstig ist der Drehkolben mit zwei einander gegenüber gelegenen, ausgreifenden Nocken für die Betätigung der Außenläufer versehen, die in zugehörige Ausnehmungen der Außenläufer, beispielsweise etwa halbmondförmige Ausnehmungen, eingreifen können.
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Um einen effektiven Flüssigkeitsaustausch im Pumpenraum zu ermöglichen, sind die Außenläufer vorteilhaft jeweils mit einem ausgenommenen Bereich versehen, der in vom Drehkolben maximal ausgelenkter Stellung des jeweiligen Außenläufers einen Kanal vom Pumpenraum zu einer Auslaßöffnung bildet.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus einem in der Zeichnung dargestellten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 eine schematische Draufsicht auf einen hier geöffneten Pumpenraum einer möglichen erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe in einer ersten Winkelstellung des zentralen Drehkolbens und der davon in ihrer Pendelstellung beeinflußten Außenläufer, derart, daß der Drehkolben gleichzeitig zwei Einlaßöffnungen in den Pumpenraum mit seinen ausgreifenden Nocken verschließt und durch diese die Außenläufer in ihre jeweils maximal ausgeschwenkte Stellung verschwenkt hat, in der sie die Auslaßöffnungen vollständig freigeben,
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2 eine ähnliche Ansicht wie 1, jedoch mit einem um ca. 30° weiter gedrehten Drehkolben, so daß die Außenläufer in ihre Ausgangsstellung zurückgependelt sind und der Drehkolben während seiner Drehbewegung gegenüber den Außenläufern gedichtet steht und durch die jetzt offenen Einlaßöffnungen neue Flüssigkeit oder Gas ansaugt,
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3 eine im wesentlichen querschnittliche Ansicht einer Drehkolbenpumpe.
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Die in den Figuren dargestellte Drehkolbenpumpe D weist einen hier zentral über ein Wälzlager 5 gelagerten und um die Achse 6 rotierbaren Drehkolben 1 sowie zwei seitlich hiervon um die parallel zueinander und zur Achse 6 stehenden Achsen 7, 8 pendelbare Außenläufer 2, 3 auf.
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Der Drehkolben 1 und die Außenläufer 2, 3 sind in einem insgesamt mit 4 bezeichneten Gehäuse gehalten, das vorzugsweise aus einem bruchfesten Kunststoff, wie etwa ABS, bestehen kann. Auch andere Materialien kommen in Betracht.
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In den Pumpenraum 9 innerhalb des Gehäuses 4 führen zur Förderung von Flüssigkeit zumindest zwei – hier genau zwei – Einlaßöffnungen 10, 11; aus dem Gehäuse 4 führen zumindest zwei – hier genau zwei – Auslaßöffnungen 12, 13 heraus.
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Je nach ihrer Momentanstellung sind die Einlaß- und/oder Auslaßöffnungen 10, 11; 12, 13 zumindest teilweise von dem Drehkolben 1 und/oder den Außenläufern 2, 3 freigebbar oder blockierbar. Ventile werden hierfür nicht benötigt. Der Drehkolben 1 weist hierfür radial ausgreifende Nocken 15 auf, die gemäß der Zeichnung um 180° gegeneinander versetzt sind.
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Für die Förderung und gleichzeitige Steuerung der Ein- und Auslaßöffnungen 10, 11, 12, 13 sind die Außenläufer 2, 3 um ihre Achsen 7, 8 in zwei Richtungen pendelnd bewegbar, mal links und mal rechts herum um ihre jeweiligen Achsen 7, 8. Die Außenläufer 2, 3 weisen in etwa halbmondförmige Ausnehmungen 2a, 3a auf, die ungefähr komplementär zu den Nocken 15 geformt sind, so daß diese darin eingreifen können.
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Der Drehkolben 1 rotiert im laufenden Betrieb in stets gleicher Richtung des Pfeils 14. Dabei erfüllen die radial nach außen vorstehenden Nocken 15 des Drehkolbens 1 im Verlauf einer Umdrehung unterschiedliche Funktionen:
In der Momentanstellung nach 1 befinden sich die Nocken 15 noch so eben am Rand der Ausnehmungen 2a, 3a der Außenläufer 2, 3 und beaufschlagen durch die Drehung des Drehkolbens 1 die Außenläufer 2, 3 noch mit einem in Richtung der Pfeile 2b, 3b weisenden Drehmoment. Die Außenläufer 2, 3 befinden sich daher hier in ihrer maximal um die Achsen 7, 8 ausgelenkten Drehstellung und werden im nächsten Moment der weiteren Drehbewegung des Drehkolbens 1 in die in die in 2 gezeigte Ausgangslage zurückpendeln. Weiter ist in 1 zu erkennen, daß die Nocken 15 des Drehkolbens 1 ebenfalls die Einlaßöffnungen 10, 11 verschließen, so daß kein neues Fluid angesaugt wird.
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Wenn der Drehkolben in Richtung 14 weiterdreht, pendeln die Außenläufer 2, 3 um die Achsen 7, 8 entgegen der Richtung 2b, 3b in ihre Ausgangslage gemäß 2 zurück. Um dieses Zurückschwenken auch schon in der Phase zu ermöglichen, in der noch Luft oder anderes Gas angesaugt wird, zu ermöglichen, sind die Außenläufer 2, 3 federbeaufschlagt, wobei die Kraft der Feder 16 entgegen dem von dem Drehkolben 1 eingetragenen Drehsinn, und damit entgegen der Richtung 2b, 3b, wirkt.
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Zwischen der maximal ausgelenkten Stellung nach 1 und der rückgependelten Ausgangsstellung nach 2 vollführen die Außenläufer 2, 3 nur relativ kleine Drehwinkel von insbesondere weniger als zwanzig Grad um ihre Achsen 7, 8, so daß es nicht nötig ist, die Außenläufer 2, 3 mit separaten Lagerungen gegenüber dem Gehäuse 4 zu versehen. Vielmehr können, wie in 3 sichtbar ist, die Außenläufer 2, 3 beispielsweise eine geschlossene Unterfläche 2c, 3c aufweisen, die wie der gesamte Korpus des jeweiligen Außenläufers 2, 3 einstückig aus Kunststoff bestehen kann. Die Außenläufer können so schwimmend in dem den Pumpenraum 9 umgebenden Gehäuse 4 gehalten sein. Sie sind dabei stirnseitig dichtungsfrei in dem den Pumpenraum 9 umgebenden Gehäuse 4 gehalten. Auch dieses kann preisgünstig aus Kunststoff gebildet sein.
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Bei weiterem Drehen des Drehkolbens 1 gegenüber der in 1 gezeigten Stellung werden die Einlaßöffnungen 10, 11 freigegeben, und die Nocken 15 laufen dichtend an der Innenwandung des Gehäuses 4 entlang und in Richtung der Auslaßöffnungen 12, 13, so daß das zuvor mit den Einlaßöffnungen 10, 11 in Verbindung stehende Teilvolumen 17 von den Einlaßöffnungen 10, 11 getrennt ist und nur noch in Verbindung mit den Auslaßöffnungen 12, 13 steht und das in diesem Teilvolumen befindliche Gas oder Flüssigkeit in diese in Richtung der im Teilvolumen 17 eingezeichneten Pfeile hineinbefördert wird.
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Um diesen Gas- oder Flüssigkeitstransport zu erleichtern, sind die Außenläufer 2, 3 jeweils mit einem ausgenommenen Bereich 18, 19 versehen, der auch schon in vom Drehkolben 1 maximal ausgelenkter Stellung des jeweiligen Außenläufers 2, 3 (1) einen Kanal vom Pumpenraum 9 zu einer jeweiligen Auslaßöffnung 2, 3 bildet.
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Auch in weiter gedrehter Momentanstellung des Drehkolbens (2) ist der Kanal 18, 19 offen und zusätzlich durch eine Zuleitungsausnehmung 20, 21 in der Innenwandung des Gehäuses 4 unterstützt. Diese wirken ähnlich wie Bypässe. Damit ergibt sich auch hier ein hoher und strömungstechnisch günstiger Leitungsquerschnitt, insbesondere kann bei Förderung einer Flüssigkeit durch die Pumpe D auch die Rückbewegung der Außenläufer 2, 3 nach Passieren der Nocken 15 allein durch das damit von der Flüssigkeit eingetragene und gegen die Richtung der Pfeile 2a, 3a wirkende Drehmoment bewirkt werden. Die Federn F sind in dieser Phase entbehrlich, erleichtern jedoch, wie oben dargestellt, die Rückstellfunktion in einer möglichen trockenen Anfangsphase, in der noch keine Flüssigkeit gefördert wird.
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In Draufsicht ist die Pumpe zur Achse 6 des Drehkolbens 1 punktsymmetrisch um 180° ausgebildet, so daß für beide Außenläufer 2, 3 und Einlässe 10, 11 sowie Auslässe 12, 13 bezüglich der Drehbewegung gleiche Verhältnisse herrschen.
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Bezugszeichenliste
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- D
- Drehkolbenpumpe,
- 1
- Drehkolben,
- 2
- Außenläufer,
- 3
- Außenläufer,
- 2a
- Ausnehmung,
- 3a
- Ausnehmung,
- 2b
- Schwenkrichtung,
- 3b
- Schwenkrichtung,
- 2c
- Unterfläche,
- 3c
- Unterfläche,
- 4
- Gehäuse,
- 5
- Lagerung des Drehkolbens,
- 6
- Achse des Drehkolbens,
- 7
- Achse des Außenläufers 2,
- 8
- Achse des Außenläufers 3,
- 9
- Pumpenraum,
- 10
- Einlaßöffnung,
- 11
- Einlaßöffnung,
- 12
- Auslaßöffnung,
- 13
- Auslaßöffnung,
- 14
- Drehrichtung,
- 15
- Nocken,
- 16
- Feder,
- 17
- Teilvolumen,
- 18
- kanalartiger, ausgenommener Bereich,
- 19
- kanalartiger, ausgenommener Bereich,
- 20
- Zuleitungsausnehmung,
- 21
- Zuleitungsausnehmung
