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Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem um eine Drehachse drehbaren Rotor, welcher eine Rotornabe und einen sich von der Rotornabe in radialer Richtung erstreckenden wellenförmig umlaufenden Rotorkragen umfasst.
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Derartige Pumpen sind als Sinuspumpen bekannt. In einem Pumpengehäuse ist eine gemeinsame Einlass- und Auslasskammer vorgesehen, in der eine Sperrvorrichtung ausgebildet ist, welche den Rotorkragen umgreift und einen Rückfluss von zu pumpenden Fluid innerhalb der gemeinsamen Einlass- und Auslasskammer verhindert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe bereitzustellen, die eine einfache Montage und Demontage der Pumpe ermöglicht und geringen Bauraum benötigt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Pumpe mit den Merkmalen von Anspruch 1 und eine Pumpe mit den Merkmalen von Anspruch 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem um eine Drehachse drehbaren Rotor, welcher eine Rotornabe und einen sich von der Rotornabe in radialer Richtung erstreckenden wellenförmig umlaufenden Rotorkragen umfasst, einem Pumpengehäuse, welches mit dem Rotor einen Pumpenkanal bildet, der einen ersten Einlass-/Auslassraum mit einem zweiten Einlass-/Auslassraum verbindet, und einer Sperrvorrichtung, welche zwischen dem ersten Einlass-/Auslassraum und dem zweiten Einlass-/Auslassraum angeordnet ist und die ein Sperrelement umfasst, welches den Pumpenkanal in axialer Richtung beidseitig des Rotorkragens sperrt. Die Sperrvorrichtung weist einen ersten Sitz für das Sperrelement auf der Seite des ersten Einlass-/Auslassraums, an dem das Sperrelement in einer ersten Betriebsrichtung zum Pumpen vom ersten Einlass-/Auslassraum zum zweiten Einlass-/Auslassraum mit einer ersten Anlagefläche anliegt, und einen zweiten Sitz für das Sperrelement auf der Seite des zweiten Einlass-/Auslassraums, an dem das Sperrelement in einer zweiten Betriebsrichtung zum Pumpen vom zweiten Einlass-/Auslassraum zum ersten Einlass-/Auslassraum mit einer zweiten Anlagefläche anliegt, auf. Der Abstand in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Sitz und dem zweiten Sitz ist größer als der Abstand in Umfangsrichtung zwischen der ersten Anlagefläche und der zweiten Anlagefläche des Sperrelements. Dies ermöglicht eine einfache und stabile Ausbildung eines Sperrelements sowie eine einfache Montage des Sperrelements im Pumpengehäuse, wobei insbesondere ein Wechsel der Betriebsrichtung ohne Umbau der Pumpe möglich ist.
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Ein zweiter Aspekt betrifft eine Pumpe mit einem um eine Drehachse drehbaren Rotor, welcher eine Rotornabe und einen sich von der Rotornabe in radialer Richtung erstreckenden wellenförmig umlaufenden Rotorkragen umfasst, einem Pumpengehäuse, welches mit dem Rotor einen ringförmigen Pumpenkanal bildet, der einen ersten Einlass-/Auslassraum mit einem zweiten Einlass-/Auslassraum verbindet, und einer Sperrvorrichtung. Die Sperrvorrichtung umfasst eine im Pumpengehäuse ausgebildete Kammer, welche in einem Sektor des ringförmigen Pumpenkanals zwischen dem ersten Einlass-/Auslassraum und dem zweiten Einlass-/Auslassraum ausgebildet ist und sich in axialer Richtung beidseitig sowie in radialer Richtung nach außen über den Querschnitt des ringförmigen Pumpenkanals hinaus erstreckt und einen Sitz für das Sperrelement bildet, und ein Sperrelement, welches den Pumpenkanal in axialer Richtung beidseitig des Rotorkragens sperrt, wobei die Kammer und das Sperrelement so ausgebildet sind, dass ein Austauschkanal in axialer Richtung zwischen einer axial vorderen Fluidkammer und einer axial hinteren Fluidkammer auf der gegenüberliegenden Seite des Rotorkragens gebildet wird. Dies ermöglicht eine kompakte Ausbildung der Sperrvorrichtung, da ein Volumenausgleich zwischen der axial vorderen Fluidkammer und der axial hinteren Fluidkammer innerhalb der Sperrvorrichtung ermöglicht wird.
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Vorzugsweise ist das Sperrelement zu einer in Axialrichtung und Radialrichtung verlaufenden Mittelebene des Sperrelements spiegelsymmetrisch ausgebildet. Auf diese Weise ist keine bestimmte Orientierung des Sperrelements bei der Montage in der Sperrvorrichtung nötig und die Montage wird vereinfacht.
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Beispielsweise können die erste und zweite Anlagefläche des Sperrelements parallel zueinander sein. Dies ermöglicht eine kompakte Form des Sperrelements, bei der beispielsweise die Dichtflächen an der Rotornabe eine Dicke des Sperrelements zwischen den beiden Anlageflächen bestimmen.
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Alternativ können die erste und zweite Anlagefläche in einem Winkel angeordnet sein und jeweils parallel zur Radialrichtung des Rotors sein. Auf diese Weise kann die Geometrie der Sperrvorrichtung vereinfacht werden.
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Vorzugsweise sind der erste und zweite Sitz jeweils in Ebenen ausgebildet, die in einem vorbestimmten Winkel zueinander ausgerichtet sind. Dies ermöglicht eine einfache Bewegung des Sperrelements zwischen dem ersten und zweiten Sitz.
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Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beträgt ein Verhältnis einer Querschnittsfläche des mindestens einen Austauschkanals zur Querschnittsfläche des Rotorkragens und des Sperrelements in Axialrichtung innerhalb der Kammer (54) mindestens 0,2. Auf diese Weise wird ein ausreichender Volumenausgleich ermöglicht. Vorzugsweise liegt das Verhältnis in einem Bereich von 0,2 bis 0,6 wodurch ein ausreichender Volumenausgleich bei einer kompakten Bauform der Sperrvorrichtung ermöglicht wird.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Sperrelement für eine oben beschriebene Pumpe, wobei das Sperrelement zwei entgegengesetzten Anlageflächen zur Anlage an einem Sitz der Pumpe, einen Schlitz zur Durchführung des Rotorkragens der Pumpe mit beidseitigen axialen Dichtflächen, eine radial innenliegende Anlagefläche zur Anlage an der Rotornabe der Pumpe, und einen Austauschkanal in axialer Richtung zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Rotorkragens der Pumpe, welcher in Umfangsrichtung zwischen den beiden entgegengesetzten Anlageflächen angeordnet ist, umfasst. Ein derartiges Sperrelement ermöglicht einen Volumenausgleich bei der axialen Bewegung innerhalb der Sperrvorrichtung.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Pumpe in einer perspektivischen Explosionsansicht;
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2 die Pumpe aus 1 in einer seitlichen Explosionsansicht;
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3 eine Schnittansicht der Pumpe aus 1 in Axialrichtung;
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4 schematische Ansichten des Pumpenkanals einer erfindungsgemäßen Pumpe;
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5 eine Schnittansicht des mittleren Gehäusebauteils gemäß der Ausführungsform aus 3 entlang der Schnittebene V-V;
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6 eine Schnittansicht des mittleren Gehäusebauteils gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung;
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7 eine Schnittansicht der Pumpe aus 3 entlang der Schnittebene VII-VII;
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8 Detailansichten eines Sperrelements der Pumpe aus 1;
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9 eine Schnittansicht der Pumpe aus 3 entlang der Schnittebene VII-VII mit einem Sperrelement gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
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10 Detailansichten des Sperrelements der Pumpe aus 9; und
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11 Detailansichten eines Rotors der Pumpe aus 1.
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Die 1 und 2 zeigen jeweils eine Pumpe 10 in einer Explosionsansicht. Die Pumpe 10 umfasst eine Wellenlagerungseinheit 12, in der eine Welle 14 gelagert ist. An der Wellenlagerungseinheit 12 ist ein Pumpengehäuse 16 mit einem ersten axialen Gehäusebauteil 18, einem mittleren, ringförmigen Gehäusebauteil 20 und einem zweiten axialen Gehäusebauteil 22, angebracht.
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Zwischen dem ersten axialen Gehäusebauteil 18 und der Wellenlagerungseinheit 12 ist ein Dichtungselement 24 vorgesehen.
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Die Welle 14 ragt einseitig gelagert in das Pumpengehäuse 16. Ein Rotor 26 umfasst eine Rotornabe 28 und einen sich von der Rotornabe 28 in radialer Richtung erstreckenden wellenförmig umlaufenden Rotorkragen 30. Der Rotor 26 ist über eine Befestigungsschraube 36 an der Welle 14 befestigt. Die einseitige Lagerung ermöglicht eine einfache Ausbildung des Pumpengehäuses 16, da insbesondere keine Lagerung der Welle 14 im zweiten axialen Gehäusebauteil 22 erforderlich ist.
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Im Folgenden beziehen sich Angaben zu einer axialen Richtung auf die Drehachse des Rotors 26 und Angaben zu einer radialen Richtung zu einer entsprechenden radialen Richtung mit Mittelpunkt auf der Drehachse. „Axial hinten” bezieht sich auf die zur Wellenlagerungseinheit 12 hinweisende Richtung und „axial vorne” bezieht sich auf die zum Pumpengehäuse 16 hinweisende Richtung. Das erste axiale Gehäusebauteil 18 ist somit das axial hintere Gehäusebauteil und das zweite axiale Gehäusebauteil 22 ist somit das axial vordere Gehäusebauteil.
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Zwischen Rotor 26 und dem ersten axialen Gehäusebauteil 18 ist eine Gleitringdichtung 34 vorgesehen. Anstelle der Gleitringdichtung kann auch ein anderes Dichtungselement vorgesehen sein.
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Die Lagerung der Welle 14, das Dichtungselement 24 und die Gleitringdichtung 34 und die Befestigung des Rotors 26 an der Welle 14 können auch auf andere Art und Weise ausgebildet sein.
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In der gezeigten Ausführungsform wird das Pumpengehäuse 16 über vier Schrauben 38, Unterlegscheiben 40 und Muttern 42 zusammengehalten, wobei sich die Schrauben 38 jeweils von der Wellenlagerungseinheit 12 durch alle drei Gehäusebauteile 18, 20, 22 hindurch erstrecken. Es kann jedoch auch eine andere Befestigungsweise vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine unabhängige Befestigung der Gehäusebauteile 18, 20, 22 untereinander und des Pumpengehäuses 16 an der Wellenlagerungseinheit 12 vorgesehen sein oder eine unabhängige Befestigung des zweiten axialen Gehäusebauteils 22 vorgesehen sein. Dies ermöglicht eine modulare Montage und Demontage der Pumpe 10. Es können auch alternative Befestigungen der Gehäusebauteile 18, 20, 22 vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Gehäusebauteil 18 an der Wellenlagerungseinheit 12 befestigt sein und die Gehäusebauteile 20 und 22 über Gewindestifte im Gehäusebauteil 18 am Gehäusebauteil 18 befestigt werden.
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Das mittlere ringförmige Gehäusebauteil 20 weist einen ersten Einlass-/Auslassraum 44 und einen zweiten Einlass-Auslassraum 46 auf, die jeweils mit einem Anschlusselement 48 zum Anschluss an eine Rohrleitung ausgebildet sind.
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Eine Sperrvorrichtung 50 umfasst ein Sperrelement 52 und ist ausgebildet, um einen Pumpenkanal in axialer Richtung beidseitig des Rotorkragens 30 zu sperren.
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3 zeigt die Pumpe 10 in einer Schnittansicht entlang einer Schnittebene senkrecht durch die Drehachse A des Rotors 26 und der Welle 14. Die Gehäusebauteile 18, 20 und 22 bilden zusammen mit der Rotornabe 26 einen Pumpenkanal 32, der sich ringförmig um die Rotornabe 26 erstreckt. Der Rotorkragen 30 teilt den Pumpenkanal 32 in verschiedene Fluidkammern 55, wobei die das radial äußere Ende des Rotorkragens an der durch das ringförmige Gehäusebauteil 18 gebildeten radialen Außenwand des Pumpenkanals 32 dichtend angrenzt.
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In einem, in der gezeigten Ausführungsform, oberen Sektor des Pumpenkanals 32 ist die Sperrvorrichtung 50 angeordnet. Das Sperrelement 52 liegt an den beiden axialen Seitenflächen des Rotorkragens 30 sowie an der Rotornabe 28 dichtend an. Bei einer Drehung des Rotors 26 kann sich das Sperrelement 52 in axialer Richtung innerhalb einer Kammer 54 entlang der Wellenform des Rotorkragens 30 bewegen kann.
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Die Kammer 54 wird durch das Pumpengehäuse 16 gebildet und umfasst einen Sitz, der den Übergang zwischen der Kammer 54 und dem ringförmigen Pumpenkanal 32 bildet. Das Sperrelement 52 liegt in jeder axialen Position mit einer Anlagefläche am Sitz der Kammer 54 an und sperrt somit den ringförmigen Pumpenkanal 32.
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In der gezeigten Ausführungsform weist das Sperrelement 52 einen Austauschkanal 58 auf, der in axialer Richtung zwischen einer axial vorderen Fluidkammer und einer axial hinteren Fluidkammer auf der gegenüberliegenden Seite des Rotorkragens 30 verläuft. Der Austauschkanal 58 ermöglicht somit ein Strömen von Fluid in axialer Richtung zwischen der axial vorderen Fluidkammer und der axial hinteren Fluidkammer. Auf diese Weise wird eine Kompression des Fluids bei einer axialen Bewegung des Sperrelements vermieden.
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In 4 wird in den Bildteilen (a) bis (c) jeweils eine schematische Ansicht des Pumpenkanals 32 gezeigt. Der Pumpenkanal wird durch das Pumpengehäuse 16 selbst gebildet, d. h. aus den drei Gehäusebauteilen 18, 20, 22. Auf diese Weise kann Bauraum im Bereich des Pumpenkanals 32 eingespart werden. Ferner vereinfacht sich die Montage und Demontage sowie eine Reinigung der Pumpe 10.
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Der Einlass und Auslass des zu pumpenden Fluids erfolgt über radial außenliegende Einlass-/Auslassräume 44, 46, die in 4 jeweils mit gestrichelten Linien gezeigt sind. In der gezeigten Ausführungsform sind die Einlass-/Auslassräume symmetrisch zueinander ausgebildet, um einen bidirektionalen Betrieb der Pumpe 10 zu ermöglichen.
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Der Pumpenkanal 32 ist ringförmig ausgebildet und erstreckt sich mit einem konstanten Querschnitt vom ersten radial außenliegenden Einlass-/Auslassraum 44 zum zweiten radial außenliegenden Einlass-/Auslassraum 46. Die Sperrvorrichtung 50 ist im ringförmigen Pumpenkanal 32 zwischen den beiden Einlass-/Auslassräumen 44, 46 und verhindert ein Rückströmen des zu pumpenden Fluids entgegen der Betriebsrichtung der Pumpe. Im Bereich der radial außenliegenden Einlass-/Auslassräume 44, 46 kann zu pumpendes Fluid in radialer Richtung in die durch den Rotor 26 und das Pumpengehäuse gebildeten Fluidkammern 55 strömen. Bei der Drehung des Rotors 26 werden die Fluidkammern entlang des ringförmigen Pumpenkanals 32 weiterbewegt, wobei sich jeweils eine Fluidkammer 56 schließt und einen Fluidtransport in Pumprichtung ermöglicht. Auf der Auslass-Seite der Pumpe 10 bewegen sich die Fluidkammern in den Bereich der Sperrvorrichtung 50, die den Pumpenkanal 32 sperrt, wodurch das zu pumpende Fluid in radialer Richtung aus den Fluidkammern in den auslassseitigen radial außenliegenden Einlass-/Auslassraum strömt.
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Die Funktion der Sperrvorrichtung 50 wird im Folgenden erläutert. Die Sperrvorrichtung 50 ist zwischen dem ersten Einlass-/Auslassraum 44 und dem zweiten Einlass-/Auslassraum 46 angeordnet und umfasst das Sperrelement 52, welches den Pumpenkanal 32 in axialer Richtung beidseitig des Rotorkragens 30 sperrt.
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Die Sperrvorrichtung 50 ist zum bidirektionalen Betrieb der Pumpe 10 ausgebildet. Dazu weist die Sperrvorrichtung 50 einen ersten Sitz 60 für das Sperrelement 52 auf der Seite des ersten Einlass-/Auslassraums 44, an dem das Sperrelement in einer ersten Betriebsrichtung zum Pumpen vom ersten Einlass-/Auslassraum 44 zum zweiten Einlass-/Auslassraum 46 mit einer ersten Anlagefläche 62 anliegt, siehe 4(a) und (b).
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Die Sperrvorrichtung weist ferner einen zweiten Sitz 64 für das Sperrelement 52 auf der Seite des zweiten Einlass-/Auslassraums 44, an dem das Sperrelement 52 in einer zweiten Betriebsrichtung zum Pumpen vom zweiten Einlass-/Auslassraum 46 zum ersten Einlass-/Auslassraum mit einer zweiten Anlagefläche anliegt, siehe 4(c).
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Der Abstand in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Sitz 60 und dem zweiten Sitz 64 ist größer als der Abstand in Umfangsrichtung zwischen der ersten Anlagefläche 62 und der zweiten Anlagefläche 66.
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Bei einem Wechsel der Betriebsrichtung der bidirektionalen Pumpe 10 bewegt sich das Sperrelement 52 vom ersten Sitz 60 zum zweiten Sitz 64, sodass das Sperrelement 52 jeweils mit einer Anlagefläche 62, 66 an einem Sitz 60, 64 anliegt und die jeweils andere Anlagefläche 66, 62 vom Pumpengehäuse 16 beabstandet ist. Somit wird eine reibungsarme Bewegung des Sperrelements 52 ermöglicht, Ferner wird der Widerstand im zu pumpenden Fluid verringert und damit die Anpresskraft vom Sperrelement zum Rotor verringert, wodurch die Reibungskräfte und somit auch ein Verschleiß des Sperrelements 52 verringert wird.
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Wie in 4(a) und (b) gut zu erkennen ist, verändert sich das Volumen in der Kammer 54 bei einer Drehung des Rotors 26 (in der Zeichnung von rechts nach links) durch die Wellenform des Rotorkragens und dem sich in axialer Richtung bewegendem Sperrelement 52. Da die Sperrvorrichtung 50 zwischen den beiden Einlass-/Auslassräumen 44, 46 angeordnet ist, kann es zumindest zeitweise dazu kommen, dass ein axialer Abschnitt der Kammer 54 der Sperrvorrichtung 50 nicht mit dem zugehörigen Auslassraum 44, 46 verbunden ist.
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Um einen Ausgleich dieser Volumenänderung zu ermöglichen ist ein Austauschkanal 58 zwischen der axial vorderen Fluidkammer und der axial hinteren Fluidkammer ausgebildet. Ein Fluidfluss ist in 4(b) durch den Pfeil in axialer Richtung gezeigt.
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5 zeigt eine Schnittansicht durch das mittlere Gehäusebauteil 20 entsprechend der Schnittebene V-V in 3. Das Gehäusebauteil 20 ist so angeordnet, dass die Sperrvorrichtung 50 mit der Kammer 54 gegenüber der in 3 gezeigten Ausführungsform um 90° gedreht angeordnet ist, d. h. auf der waagrechten Mittelachse des ringförmigen Pumpenkanals 32. Vorzugsweise ist die Pumpe 10 so ausgebildet, dass das Pumpengehäuse 16 in verschiedenen Winkeln an der Wellenlagerungseinheit 12 angebracht werden kann.
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Die Einlass-/Auslassräume 44, 46 sind radial außenliegend am ringförmigen Pumpenkanal 32 ausgebildet, wobei ein erster Teil der Einlass-/Auslassräume 44, 46 über die gesamte axiale Höhe des Pumpenkanals ausgebildet ist, indem das mittlere Gehäusebauteil 20 im Bereich der Einlass-/Auslassräume 44, 46 in radialer Richtung vom Pumpenkanal 32 beabstandet ist. In der gezeigten Ausführungsform verjüngt sich der radiale Abstand des Gehäusebauteils 20 jeweils im Endbereich der Einlass-/Auslassräume 44, 46 in Umfangsrichtung, sodass der erste Teil der Einlass-/Auslassräume 44, 46 in axialer Sicht annähernd dreiecksförmig ist. Ein zweiter Teil der Einlass-/Auslassräume 44, 46 ist im Gehäusebauteil 20 ausgebildet und bildet einen Übergang zu den Anschlusselementen 48.
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Die Einlass-/Auslassräume 44, 46 sind im Gehäusebauteil 20 in der gezeigten Ausführungsform im linken oberen Quadranten und im linken unteren Quadranten ausgebildet und erstrecken sich jeweils bis zur senkrechten Mittelachse des ringförmigen Pumpenkanals 32. Auf diese Weise wird eine Restentleerung der Pumpe ermöglicht.
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6 zeigt eine Schnittansicht durch das mittlere Gehäusebauteil 20 gemäß der alternativen Ausführungsform. Die Ausführungsform unterscheidet sich von der in 5 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass das Gehäusebauteil 20 im Bereich der Einlass-/Auslassräume 44, 46 nicht in radialer Richtung vom Pumpenkanal 32 beabstandet ist.
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7 zeigt eine Schnittansicht der Pumpe aus 3 entlang der Schnittebene VII-VII durch die Kammer 54 der Sperrvorrichtung. Die Kammer 54 weist vier Innenwände auf.
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Eine radial innen liegende Wand der Kammer 54 ist axial zu beiden Seiten des Rotors 26 um die Drehachse des Rotors 26 kreisbogenförmig ausgebildet und weist den gleichen oder etwas kleineren Radius wie die Rotornabe 28 auf, um einen guten Sitz des Sperrelements 52 an der Rotornabe 28 zu gewährleisten.
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Eine radial außen liegende Wand der Kammer 54 hat einen um die Drehachse des Rotors 26 beispielsweise kreisbogenförmigen Verlauf. Es ist auch möglich, dass die radial außen liegende Wand der Kammer 54 einen anderen Verlauf hat und beispielsweise so ausgebildet ist, dass sie von dem Sperrelement 52 beabstandet ist, sodass das druckseitige zu pumpende Fluid zwischen die radial außen liegende Wand der Kammer 54 und das Sperrelement 52 gelangen kann und somit das Sperrelement 52 gegen die Rotornabe 26 beaufschlagt.
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In Umfangsrichtung wird die Kammer 54 durch zwei in Umfangsrichtung liegende ebene Wände gebildet, die jeweils den Strömungskanal U-förmig umgeben und den ersten und zweiten Sitz 60, 64 für das Sperrelement 52 bilden.
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In der gezeigten Ausführungsform ist das Sperrelement 52 mit parallel verlaufenden Anlageflächen 62, 66 ausgebildet, die um eine Dicke D des Sperrelements 52 voneinander beabstandet sind. Die beiden in Umfangsrichtung liegenden ebenen Wände sind in dieser Ausführungsform so ausgebildet, dass sich das Sperrelement 52 um einen Winkel γ in Umfangsrichtung innerhalb der Kammer 54 zwischen dem ersten und zweiten Sitz 60, 64 verschieben kann. In der gezeigten Ausführungsform beträgt der Winkel γ ca. 10°. Der Winkel γ kann in einem Bereich von 5° bis 40° liegen, wobei der Winkel vorzugweise in einem Bereich von 5° bis 20° liegt.
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Dazu sind die beiden in Umfangsrichtung liegenden ebenen Wände in radialer Richtung in Bezug auf einen Mittelpunkt, der auf einer Mittelachse der Pumpe um die Strecke L verschoben ist, wobei L = (D/2)/sin(γ/2) ist. Auf diese Weise ist die Mittellinie des Sperrelements 52 jeweils in radialer Richtung zur Drehachse A ausgerichtet, wenn das Sperrelement mit seinen Anlageflächen 62, 66 jeweils an dem ersten bzw. zweiten Sitz 60, 64 anliegt. Der erste und zweite Sitz sind somit jeweils in Ebenen ausgebildet, die in dem Winkel γ zueinander ausgerichtet sind.
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Alternativ ist es möglich, dass das Sperrelement 52 so ausgebildet ist, dass die erste und zweite Anlagefläche 62, 66 in einem Winkel angeordnet sind und jeweils in Radialrichtung des Rotors 26 verlaufen. In diesem Fall sind die beiden in Umfangsrichtung liegenden ebenen Wände der Kammer 54 ebenfalls in Radialrichtung des Rotors 26 angeordnet. Der erste und zweite Sitz sind somit jeweils in Ebenen ausgebildet, die in dem Winkel γ zueinander ausgerichtet sind.
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Es ist auch möglich, dass die beiden in Umfangsrichtung liegenden Wände und die Anlageflächen 62, 66 des Sperrelements 52 eine aufeinander abgestimmte allgemein zylindrische Form, insbesondere eine gekrümmte Form, aufweist.
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Die Form der beiden in Umfangsrichtung liegenden Wände und die Anlageflächen 62, 66 des Sperrelements 52 können so gewählt werden, dass das Sperrelement durch den Druckunterschied bei Betrieb der Pumpe gegen die Rotornabe 26 beaufschlagt wird, beispielsweise durch eine Keilform oder gebogene Form des Sperrelements 52.
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Um eine Volumenänderung durch die axiale Bewegung des Rotorkragens 30 und des Sperrelements 52 auszugleichen sind zwei Austauschkanäle 58 in der Sperrvorrichtung 50 ausgebildet. Diese ermöglichen einen Fluss von zu pumpendem Fluid zwischen der axial vorderen Fluidkammer zur axial hinteren Fluidkammer innerhalb der Sperrvorrichtung. Dies ermöglicht eine kompakte Ausbildung der Sperrvorrichtung 50, da die Kammer 54 der Sperrvorrichtung nicht mit einem der Einlass-/Auslassräume 44, 46 verbunden sein muss.
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In der Kammer 54 beträgt das Verhältnis der Fläche des axialen Strömungsquerschnitts der Austauschkanäle 58 zur axialen Projektionsfläche des Rotorkragens 30 und des über den Rotorkragen hinausragenden Teil des Sperrelements 52 vorzugsweise mindestens 0,2 und liegt beispielsweise im Bereich von 0,2 bis 0,6. Dies ermöglicht einen ausreichenden Volumenausgleich bei einer kompakten Bauform der Sperrvorrichtung 50.
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8 zeigt in den Bildabschnitten (a) bis (f) verschiedene Detailansichten des Sperrelements 52 aus der in 7 gezeigten Ausführungsform. Bildabschnitt (a) zeigt eine Perspektivansicht des Sperrelements 52. Bildabschnitt (b) zeigt eine Schnittansicht entlang der Mittelebene. Bildabschnitt (c) zeigt eine Ansicht in radialer Richtung von der Rotornabe 26 nach außen. Bildabschnitt (d) zeigt eine Ansicht in Umfangsrichtung mit einer Anlagefläche 62, 66. Bildabschnitt (e) zeigt eine Ansicht in radialer Richtung nach innen zur Rotornabe 26 und Bildabschnitt (f) zeigt eine Ansicht des Sperrelements 52 in axialer Richtung.
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Das Sperrelement 52 ist in der in Axialrichtung und Radialrichtung verlaufenden Mittelebene spiegelsymmetrisch ausgebildet. Durch die symmetrische Ausbildung des Sperrelements 52 muss keine bestimmte Orientierung des Sperrelements bei der Montage der Pumpe beachtet werden, wodurch sich die Montage der Pumpe vereinfacht und Fehlfunktionen vermieden werden können.
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Das Sperrelement 52 weist neben den ersten und zweiten Anlageflächen 62, 66 zur Anlage an den im Pumpengehäuse 16 ausgebildeten ersten und zweiten Sitzen 60, 64 zwei radial innenliegende Rotornaben-Anlageflächen 68 und Rotorkragen-Dichtflächen 70 auf, die jeweils beiderseits eines Schlitzes 72 zur Aufnahme des Rotorkragens 30 angeordnet sind und mit denen das Sperrelement 52 dichtend an der Rotornabe 28 und am Rotorkragen 30 anliegt.
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Der Austauschkanal 58 ist zwischen der ersten Anlagefläche 62 und der zweiten Anlagefläche 66 ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform ist der Austauschkanal 58 des Sperrelements 52 als Nut ausgebildet, welche sich in axialer Richtung auf der von der Rotornabe abgewandten Seite des Sperrelements entlang des gesamten Sperrelements 52 erstreckt. Um einen Fluss des zu pumpenden Fluids durch den Austauschkanal 58 zu verbessern, erstreckt sich die Nut an den beiden axialen Enden annähernd über die gesamte Höhe des Sperrelements und verjüngt sich zum zentralen Bereich des Sperrelements, in dem der Schlitz 72 angeordnet ist.
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9 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei sich die Pumpe 10 gegenüber der in 7 gezeigten ersten Ausführungsform lediglich durch das Sperrelement 52 unterscheidet. Das Sperrelement 52 ist ohne die zentrale Nut ausgebildet. In dieser Ausführungsform ist das Sperrelement 52 in der Kammer 54 von der radial äußeren Wand beabstandet, sodass das zu pumpende Fluid das Sperrelement 52 gegen die Rotornabe 28 beaufschlagt. Analog zur ersten Ausführungsform kann auch das Sperrelement der zweiten Ausführungsform eine abweichende Geometrie aufweisen.
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10 zeigt das Sperrelement der zweiten Ausführungsform, wobei der Bildteil (a) eine perspektivische Ansicht des Sperrelements 52 zeigt und Bildteil (b) eine Seitenansicht des Sperrelements 52 zeigt. Das Sperrelement 52 weist analog zum Sperrelement aus 8 eine erste und eine zweite Anlagefläche 62, 66 zur Anlage an den im Pumpengehäuse 16 ausgebildeten ersten und zweiten Sitzen 60, 64 auf, sowie zwei radial innenliegende Rotornaben-Anlageflächen 68 und Rotorkragen-Dichtflächen 70 auf, die jeweils beiderseits eines Schlitzes 72 zur Aufnahme des Rotorkragens 30 angeordnet sind und mit denen das Sperrelement 52 dichtend an der Rotornabe 28 und am Rotorkragen 30 anliegt.
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Auf der radialen Außenseite des Sperrelements 52 weist das Sperrelement 52 zwei schräge Flächen 74 auf. Bei einer Bewegung in axialer Richtung wird das Sperrelement 52 durch die schrägen Flächen 74 und den Widerstand des zu pumpenden Fluids gegen die Rotornabe 28 beaufschlagt.
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11 zeigt in den Bildabschnitte (a) und (b) jeweils eine Ansicht des Rotors 26, wobei Bildabschnitt (a) eine axiale Draufsicht auf den Rotor 26 und Bildabschnitt (b) eine radiale Draufsicht auf den Rotor 26 zeigt.
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Der Rotorkragen 30 erstreckt sich in radialer Richtung von der Rotornabe 28 und umläuft die Rotornabe 28 wellenförmig. In der gezeigten Ausführungsform ist der Rotorkragen 30 jeweils an zwei gegenüberliegenden Stellen in den beiden axialen Extrempositionen. Somit bildet der Rotorkragen jeweils zwei Fluidkammern auf den beiden axialen Seiten des Rotorkragens.
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In der gezeigten Ausführungsform verläuft der Rotorkragen 30 an den axialen Extrempositionen 76 abgeflacht, wodurch die Abdichtung an den axialen Stirnflächen des Pumpenkanals 32, die durch die beiden axialen Gehäusebauteile 18 und 22 gebildet werden, verbessert wird. Dies ermöglicht insbesondere eine Vergrößerung eines Spalts zwischen dem Rotorkragen 30 und den axialen Stirnflächen des Pumpenkanals 32. Dies ermöglicht der Pumpe eine Erzeugung von höheren Drücken bei größeren Spaltmaßen.
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In der gezeigten Ausführungsform ist der Rotor 26 aus einer nicht-fressenden Legierung gefertigt.
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Vorzugsweise ist in der Rotornabe 26 eine als umlaufende Nut ausgebildete Dichtfläche für eine Gleitringdichtung vorgesehen.
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Es können auch andere Rotorformen für die Pumpe verwendet werden.
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Das Pumpengehäuse kann auch auf andere Art und Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Sperrvorrichtung auch in einem bekannten Pumpengehäuse vorgesehen sein, sodass ein beidseitiger Pumpenbetrieb ermöglicht wird.
