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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 Pumpenkanal wird durch Drehung des Rotors ein zu pumpendes Fluid von einem Einlass zu einem Auslass gepumpt. Eine Sperrvorrichtung ist vorgesehen, welche einen Rücktransport des zu pumpenden Fluids vom Auslass zum Einlass verhindert. Die Sperrvorrichtung weist ein Sperrelement auf, welches den Rotorkragen umfasst und den Pumpenkanal in axialer Richtung zu beiden Seiten des Rotorkragens sperrt. Das Sperrelement ist in einer Führung gelagert, die eine eindimensionale Bewegung in axialer Richtung entsprechend des wellenförmig umlaufenden Rotorkragens ermöglicht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sperrvorrichtung und eine Pumpe bereitzustellen, die eine verbesserte Dichtung der Sperrvorrichtung ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Sperrvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und eine Pumpe mit den Merkmalen von Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Eine erfindungsgemäße Sperrvorrichtung ist für eine Pumpe mit einem in einem Pumpenkanal um eine Drehachse drehbaren Rotor, welcher eine Rotornabe und einen sich von der Rotornabe in radialer Richtung erstreckenden wellenförmig umlaufenden Rotorkragen umfasst, vorgesehen. Die Sperrvorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Sperrelementen, welche ausgebildet sind, um den Pumpenkanal in axialer Richtung beidseitig des Rotorkragens zu sperren. Jedes der Mehrzahl von Sperrelementen weist einen Schlitz mit einem U-förmigen Dichtungsprofil zur Anlage am Rotorkragen, einer Dichtfläche zur Anlage an der Rotornabe und zwei Anlageflächen zur Anlage an einem Sitz des Pumpenkanals und/oder an einer Anlagefläche eines anderen Sperrelements der Mehrzahl von Sperrelementen auf. Durch die Mehrzahl von Sperrelementen wird eine Mehrzahl von Dichtlinien am Rotor gebildet, wodurch die Dichtwirkung des Sperrelements verbessert wird. Da die Sperrelemente über die Anlageflächen gegenseitig aneinander anliegen können, ist keine komplexe Lagerung der verschiedenen Sperrelemente notwendig.
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Vorzugsweise ist eine ungerade Anzahl von Sperrelementen vorgesehen. Auf diese Weise kann ein mittleres Sperrelement eine zentrale Achse oder Ebene festlegen, zu der die weiteren Sperrelemente relativ angeordnet sind.
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Es können mindestens zwei Sperrelemente jeweils gleichförmig ausgebildet sein. Durch die Verwendung von gleichförmigen Sperrelementen wird die Bauweise der Sperrvorrichtung vereinfacht und Montagefehler können verhindert werden sowie die Herstellungskosten reduziert werden. Vorzugsweise sind alle Sperrelemente gleichförmig ausgebildet. Es ist auch möglich, dass beispielsweise jeweils zwei Sperrelemente gleichförmig ausgebildet sind und in unterschiedlicher Orientierung in der Sperrvorrichtung montiert werden, wodurch beispielsweise eine symmetrische Ausbildung der Sperrvorrichtung ermöglicht wird.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform weisen die Sperrelemente jeweils parallele Anlageflächen auf. Auf diese Weise kann die Sperrvorrichtung kompakt ausgebildet werden. Ferner ermöglicht dies beispielsweise einen Einsatz der erfindungsgemäßen Sperrvorrichtung in bekannten Pumpengehäusen.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform können die Sperrelemente jeweils in einem Winkel angeordnete Anlageflächen aufweisen, die jeweils parallel zur Radialrichtung des Rotors sind. Dies vereinfacht die Geometrie der Sperrelemente und der Dichtflächen und -profile, da aneinander anliegende Sperrelemente jeweils in Radialrichtung des Rotors angeordnet sind.
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Vorzugsweise weisen die Sperrelemente jeweils ein Dichtungsprofil auf, das eine in der radialen Richtung des Rotors verlaufende Dichtlippe umfasst. Dies ermöglicht eine gute Dichtungsfunktion der jeweiligen Sperrelemente.
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Die Erfindung betrifft ferner 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 mit einem Pumpenkanal, der einen ersten Einlass-/Auslassraum mit einem zweiten Einlass-/Auslassraum verbindet, und einer oben beschriebenen 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 zeigt:
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1 eine erfindungsgemäße Pumpe in einer perspektivischen Explosionsansicht mit einer erfindungsgemäßen Sperrvorrichtung;
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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 eine Schnittansicht der Pumpe aus 3 entlang der Schnittebene IV-IV;
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5 schematische Ansichten des Pumpenkanals einer erfindungsgemäßen Pumpe;
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6 eine Schnittansicht des mittleren Gehäusebauteils der Pumpe aus 3 entlang der Schnittebene VI-VI;
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7 eine Schnittansicht des mittleren Gehäusebauteils gemäß einer alternativen Ausführungsform;
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8 Detailansichten eines Sperrelements und Rotors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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9 eine Detailansicht eines Sperrelements und Rotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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10 eine Schnittansicht einer Pumpe mit Sperrelement gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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11 Detailansichten eines Rotors der Pumpe aus 1; und
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12 Ansichten einer erfindungsgemäßen Sperrvorrichtung in eine Pumpe mit Führungsbauteil.
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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. Es kann auch eine andere Lagerung, beispielsweise eine beidseitige Lagerung, der Welle 14 vorgesehen sein.
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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 eine Mehrzahl von Sperrelementen 52 und ist ausgebildet, um einen Pumpenkanal in axialer Richtung beidseitig des Rotorkragens 30 zu sperren. Jedes der Mehrzahl von Sperrelementen 52 weist einen Schlitz 72 mit einem U-förmigen Dichtungsprofil 70 zur Anlage am Rotorkragen 30, eine Dichtfläche 68 zur Anlage an der Rotornabe 28 und zwei Anlageflächen 62, 66 zur Anlage an einem Sitz des Pumpenkanals und/oder an einer Anlagefläche eines anderen Sperrelements 52 der Mehrzahl von Sperrelementen 52 auf.
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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 28 einen Pumpenkanal 32, der sich ringförmig um die Rotornabe 28 erstreckt. Der Rotorkragen 30 teilt den Pumpenkanal 32 durch seine Wellenform in verschiedene Fluidkammern 55, wobei das radial äußere Ende des wellenförmigen Rotorkragens 30 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. Jedes der Sperrelemente 52 liegt an den beiden axialen Seitenflächen des Rotorkragens 30 sowie an der Rotornabe 28 dichtend an. Bei einer Drehung des Rotors 26 können sich die Sperrelemente 52 jeweils unabhängig von einander in axialer Richtung innerhalb einer Kammer 54 gemäß der Wellenform des sich drehenden Rotorkragens 30 bewegen.
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Die Kammer 54 wird in der gezeigten Ausführungsform durch das Pumpengehäuse 16 gebildet und weist einen Sitz 60 auf, der den Übergang zwischen der Kammer 54 und dem ringförmigen Pumpenkanal 31 bildet.
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4 zeigt einen Schnitt durch die Kammer 54 der Pumpe 10 gemäß der Schnittebene IV-IV in 3 bei einer Drehrichtung des Rotors 26 entgegen des Uhrzeigersinns.
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Ein erstes Sperrelement 52a liegt in jeder axialen Position mit einer ersten Anlagefläche 62 am Sitz 60 der Kammer 54 an und liegt mit dem U-förmigen Dichtungsprofil am Rotorkragen 30 und mit der Dichtfläche 68 an der Rotornabe 28 an. Ein zweites Sperrelement 52b liegt mit einer ersten Anlagefläche an der zweiten Anlagefläche des ersten Sperrelements 52a an und bildet mit dem U-förmigen Dichtungsprofil und der Dichtfläche 68 eine zweite Dichtlinie am Rotorkragen 30 und an der Rotornabe 28. Ein drittes Sperrelement 52c liegt mit einer ersten Anlagefläche an der zweiten Anlagefläche des zweiten Sperrelements 52b an und bildet in analoger Weise eine dritte Dichtlinie am Rotorkragen 30 und an der Rotornabe 28. Die Mehrzahl von Sperrelementen 52 sperren somit den ringförmigen Pumpenkanal 31 und verhindern einen Rücktransport des zu pumpenden Fluids durch den ringförmigen Pumpenkanal 31.
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Die zweite Anlagefläche 66 des dritten Sperrelements 52c ist in der gezeigten Ausführungsform ausgebildet, um in einer zweiten Betriebsrichtung, in der sich der Rotor im Uhrzeigersinn dreht, an einem zweiten Sitz 64 anzuliegen und somit den ringförmigen Pumpenkanal zu sperren. Dies wird weiter unten in Verbindung mit 5 beschrieben.
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Ein Austauschkanal 58 wird innerhalb der Kammer 54 gebildet, welcher ein Strömen von Fluid in axialer Richtung zwischen der axial vorderen Fluidkammer und der axial hinteren Fluidkammer ermöglicht. Auf diese Weise wird eine Kompression des Fluids durch eine Volumenänderung bei einer axialen Bewegung des Sperrelements und des Rotorkragens vermieden.
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Es ist auch möglich, dass die Sperrelemente 52 einen Austauschkanal 58 bilden, der in axialer Richtung zwischen einer axial vorderen Fluidkammer 55 und einer axial hinteren Fluidkammer 55 auf der gegenüberliegenden Seite des Rotorkragens 30 verläuft. Dieser kann beispielsweise als Nut in einem oder mehreren Sperrelementen oder zwischen zwei aneinanderliegenden Anlageflächen zweier Sperrelemente 52 ausgebildet sein.
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Die Kammer 54 weist vier Innenwände auf. 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 der Sperrelemente 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 kreisbogenförmigen Verlauf. Es ist auch möglich, dass die radial außen liegende Wand der Kammer 54 so ausgebildet ist, dass sie von den Sperrelementen 52 beabstandet ist, sodass das druckseitige zu pumpende Fluid zwischen die radial außen liegende Wand der Kammer 54 und die Sperrelemente 52 gelangen kann und somit die Sperrelemente 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 in der gezeigten Ausführungsform einen ersten und zweiten Sitz 60, 64 für die Sperrelemente 52 bilden. Auf diese Weise kann die Pumpe 10 beidseitig betrieben werden.
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In der gezeigten Ausführungsform sind die Sperrelemente 52 jeweils mit parallel verlaufenden Anlageflächen 62, 66 ausgebildet, die jeweils um eine Dicke d des jeweiligen 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 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 und D die Gesamtdicke aller Sperrelemente 52 (hier D = 3d) ist. Auf diese Weise ist die Mittellinie des mittleren Sperrelements 52b jeweils in radialer Richtung zur Drehachse A ausgerichtet, wenn das erste oder zweite Sperrelement 52a bzw. 52c mit den Anlageflächen 62 bzw. 66 jeweils an dem ersten bzw. zweiten Sitz 60, 64 der Kammer 54 anliegen. Der erste und zweite Sitz sind somit jeweils in Ebenen ausgebildet, die in dem Winkel γ zueinander ausgerichtet sind.
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Um eine Volumenänderung durch die axiale Bewegung des Rotorkragens 30 und der Sperrelemente 52 auszugleichen ist der Austauschkanal 58 in der Sperrvorrichtung 50 ausgebildet. Dieser ermöglicht einen Fluss von zu pumpendem Fluid zwischen der axial vorderen Fluidkammer zur axial hinteren Fluidkammer innerhalb der Sperrvorrichtung. Somit wird eine kompakte Ausbildung der Sperrvorrichtung 50, da die Kammer 54 der Sperrvorrichtung nicht mit einem der Einlass-/Auslassräume 44, 46 verbunden sein muss, ermöglicht.
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In der Kammer 54 beträgt das Verhältnis der Fläche des axialen Strömungsquerschnitts des Austauschkanals 58 zur axialen Projektionsfläche des Rotorkragens 30 und der über den Rotorkragen hinausragenden Teile der Sperrelemente 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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5 zeigt jeweils in den Bildabschnitten (a) bis (c) eine schematische Ansicht des Pumpenkanals 31 mit dem Rotor 26 und der Sperrvorrichtung 50.
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In der gezeigten Ausführungsform wird der Pumpenkanal durch das Pumpengehäuse 16 selbst gebildet, d. h. aus den drei Gehäusebauteilen 18, 20, 22. Auf diese Weise kann, wie in 5 ersichtlich, Bauraum im Bereich des Pumpenkanals 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 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 eine Mehrzahl von Sperrelementen 52, welche den Pumpenkanal 31 in axialer Richtung beidseitig des Rotorkragens 30 sperren. In der in 5 gezeigten Ausführungsform sind drei Sperrelemente 52 vorgesehen.
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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 erste Sperrelement 52a auf der Seite des ersten Einlass-/Auslassraums 44 auf, an dem das erste Sperrelement 52a in einer ersten Betriebsrichtung zum Pumpen vom ersten Einlass-/Auslassraum 44 zum zweiten Einlass-/Auslassraum 46 mit einer ersten Anlagefläche 62 anliegt, siehe 5(a) und (b).
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Die Sperrvorrichtung weist ferner einen zweiten Sitz 64 für das dritte Sperrelement 52c auf der Seite des zweiten Einlass-/Auslassraums 46 auf, an dem das dritte Sperrelement 52c in einer zweiten Betriebsrichtung zum Pumpen vom zweiten Einlass-/Auslassraum 46 zum ersten Einlass-/Auslassraum mit einer zweiten Anlagefläche 66 anliegt, siehe 5(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 bewegen sich alle drei Sperrelemente 52 vom ersten Sitz 60 zum zweiten Sitz 64, sodass das dritte Sperrelement 52c mit seiner zweiten Anlagefläche 66 am zweiten Sitz 64 anliegt, das zweite Sperrelement 52b über seine dem zweiten Einlass-/Auslassraum 46 zugewandten zweiten Anlagefläche an der dem ersten Einlass-/Auslassraum 44 zugewandten ersten Anlagefläche des dritten Sperrelements 52c anliegt und das erste Sperrelement 52a über seine dem zweiten Einlass-/Auslassraum 46 zugewandten zweiten Anlagefläche an der dem ersten Einlass-/Auslassraum 44 zugewandten ersten Anlagefläche des zweiten Sperrelements 52b anliegt und die jeweils andere Anlagefläche 66, 62 vom Pumpengehäuse 16 beabstandet ist. Ferner wird der Widerstand im zu pumpenden Fluid verringert und damit die Anpresskraft von den Sperrelementen zum Rotor verringert, wodurch die Reibungskräfte und somit auch ein Verschleiß der Sperrelemente 52 verringert wird.
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Wie in 5(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 der sich in axialer Richtung bewegenden Sperrelemente 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 der Austauschkanal 58 zwischen der axial vorderen Fluidkammer und der axial hinteren Fluidkammer ausgebildet. Ein Fluidfluss ist in 5(b) durch den Pfeil in axialer Richtung gezeigt.
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6 zeigt eine Schnittansicht durch das mittlere Gehäusebauteil 20 entsprechend der Schnittebene VI-VI 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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7 zeigt eine Schnittansicht durch das mittlere Gehäusebauteil 20 gemäß der alternativen Ausführungsform. Die Ausführungsform unterscheidet sich von der in 6 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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8 zeigt in Bildabschnitt (a) eine axiale Draufsicht auf den Rotor 26 und die Sperrelemente 52. Bildabschnitt (b) zeigt eine Schnittansicht durch die Sperrelemente 52 entsprechend der Schnittebene b-b in Bildabschnitt (a) und Bildabschnitt (c) zeigt eine perspektivische Ansicht der Bauelemente von Bildabschnitt (a).
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Wie in Bildabschnitt 8 (a) zu erkennen ist, sind die ersten und zweiten Anlageflächen der Sperrelemente 52a, 52b und 52c jeweils parallel zueinander ausgebildet. Das mittlere Sperrelement 52b ist insbesondere in Bezug auf die an der Rotornabe anliegende Dichtfläche 68 symmetrisch zu seiner Mittelebene ausgebildet. Das erste und dritte Sperrelement 52a und 52c sind jeweils spiegelsymmetrisch bezüglich der Mittelebene des mittleren Sperrelements 52b zu einander ausgebildet. Da die Sperrelemente 52a, 52b, 52c jeweils auch spiegelsymmetrisch zu einer jeweils parallel zur Rotorebene liegenden Mittelebene ausgebildet sind, können für die beiden äußeren Sperrelemente 52a und 52b zwei gleichförmige Sperrelemente genutzt werden, die entsprechend um 180° zueinander gedreht am Rotorkragen 30 montiert werden.
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Wie in Bildabschnitt 8 (b) zu erkennen ist, sind die U-förmigen Dichtprofile 70 am Schlitz 72 der Sperrelemente 52 jeweils als konvexe Dichtlippen 74 ausgebildet. Um eine optimale Anlage der Sperrelemente 52 am Rotorkragen 30 zu ermöglichen, verlaufen die Dichtlippen 74 jeweils in der radialen Richtung des Rotors. Somit verläuft die Dichtlippe 74 des mittleren Sperrelements 52b parallel zu den seitlichen Anlageflächen, während die Dichtlippen 74 der äußeren Sperrelemente 52a und 52c schief in einem Winkel zu den seitlichen Anlageflächen verlaufen.
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Die Sperrelemente 52 können ferner auch jeweils eine schräge Fläche aufweisen, welche zumindest teilweise in axiale Richtung weist und ausgebildet ist, um das jeweilige Sperrelement 52 bei einer axialen Bewegung im zu pumpenden Fluid gegen die Rotornabe 28 zu beaufschlagen. Beispielsweise kann die von der Rotornabe 28 abgewandte Oberfläche dachförmig ausgebildet sein. Alternativ kann eine schräge Fläche in einer Nut in einem Sperrelement 52 oder in einer Nut zwischen zwei Sperrelementen 52 ausgebildet sein.
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9 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Sperrvorrichtung 50 mit fünf Sperrelementen 52a bis 52e. Analog zur vorhergehenden Ausführungsform verlaufen die ersten und zweiten Anlageflächen jedes Sperrelements 52a bis 52e parallel zueinander. Die Dichtlippe 74 des mittleren Sperrelements 52c verläuft parallel zu den Anlageflächen, während die Dichtlippen 74 der äußeren Sperrelemente 52a, 52b, 52d und 52e jeweils schräg zu den Anlageflächen verlaufen. Analog zur vorhergehenden Ausführungsform sind jeweils die Sperrelemente 52a und 52e sowie die Sperrelemente 52b und 52d gleichförmig ausgebildet. Entgegen der vorhergehenden Ausführungsform sind die verschiedenen Sperrelemente 52a bis 52e unterschiedlich dick ausgebildet, d. h. die äußeren Sperrelemente weisen einen größeren Abstand zwischen den Anlageflächen auf als die inneren Sperrelemente. Auf diese Weise kann bei den inneren Sperrelementen, bei denen die Dichtlippe parallel oder in einem kleinen Winkel zu den Anlageflächen verläuft, Bauraum eingespart werden, während bei den äußeren Sperrelementen 52a und 52e aufgrund des Verlaufs der Dichtlippen 74 mit relativ großem Winkel zu den Anlageflächen eine entsprechend größere Dicke nötig ist.
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10 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Sperrvorrichtung 50, in der die Sperrelemente 52 so ausgebildet sind, dass die erste und zweite Anlageflächen 62, 66 in einem Winkel angeordnet sind und jeweils in Radialrichtung des Rotors 26 verlaufen. Auf diese Weise können alle Sperrelemente 52 identisch ausgebildet sein, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden und die Montage der Pumpe sowie der Austausch von Sperrelementen 52 vereinfacht wird.
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In 10 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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Das Pumpengehäuse und der Rotor sind im Übrigen analog zu den vorhergehenden Ausführungsformen ausgebildet.
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Alternativ ist es auch möglich, dass die beiden in Umfangsrichtung liegenden Wände und die Anlageflächen 62, 66 der Sperrelemente 52 jeweils aufeinander abgestimmte allgemein zylindrische Formen, insbesondere gekrümmte Formen, aufweisen. Ferner können die in Umfangsrichtung äußeren Anlageflächen 62, 66 der jeweils äußeren Sperrelemente 52, die zur Anlage an den ersten und zweiten Sitz 60, 64 ausgebildet sind, eine andere Form aufweisen, als die Anlageflächen, mit denen die Sperrelemente 52 aneinander anliegen, beispielsweise durch eine Keilform oder gebogene Form des Sperrelements 52.
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Die Form der beiden in Umfangsrichtung hegenden Wände und die Anlageflächen 62, 66 der Sperrelemente 52 können so gewählt werden, dass die Sperrelemente durch den Druckunterschied bei Betrieb der Pumpe gegen die Rotornabe 26 beaufschlagt werden.
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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, beispielsweise Legierungen.
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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 50 auch in einem bekannten Pumpengehäuse vorgesehen sein, welches nur einen einseitigen Pumpenbetrieb vorsieht. Die Mehrzahl der Sperrelemente 52 kann insbesondere auch in einer Führung geführt werden, die lediglich eine eindimensionale Bewegung in axialer Richtung ermöglicht. In 12 ist eine erfindungsgemäße Sperrvorrichtung 50 in einem Führungsbauteil 90, welches eine lineare Bewegung der Sperrelemente 52 in axialer Richtung ermöglicht und einen Sitz 92 für eines der Sperrelemente 52 bildet. Die Sperrelemente sind analog zur in 4 und 8 gezeigten Ausführungsform ausgebildet. 12(A) zeigt eine Schnittansicht durch die Sperrvorrichtung 50. 12(B) zeigt Ansicht von der Hochdruckseite der Pumpe. 12(C) zeigt eine Ansicht in axialer Richtung, wobei die Hochdruckseite der Pumpe rechts und die Niederdruckseite der Pumpe links angeordnet ist. Die 12(D) und 12(E) zeigen jeweils perspektivische Ansichten.
