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Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe und insbesondere eine Radialkolbenpumpe zum Fördern eines Fluids, sowie eine Vorrichtung mit der Radialkolbenpumpe.
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Aus dem Stand der Technik sind Radialkolbenpumpen bekannt, die ein zylindrisches Gehäuse aufweisen, wobei ein Kolben in der Gehäusewand mittels eines bewegbaren Exzenters radial hin und her bewegbar ist und der Exzenter auf einer mittig im zylindrischen Gehäuse angeordneten Welle sitzt.
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Beispielsweise zeigt die
DE 28 52 852 B1 eine Radialkolbenpumpe mit einem federbelasteten Förderkolben, der durch einen an einer drehbaren Welle befestigten Exzenter in einem Zylinderraum in der Gehäusewand hin und her bewegt wird. Ein Ende des Kolbens ist mit dem angrenzenden Exzenter in Kontakt und das andere Ende des Kolbens definiert eine Arbeitskammer in dem Zylinderraum. Der Kolben wird durch den Exzenter verdrängt und verringert das Volumen der Arbeitskammer, um ein darin aufgenommenes Fluid zu verdichten und/oder zu verdrängen.
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Ein Nachteil dieser Radialkolbenpumpe ist deren bauartbedingte Größe im Verhältnis zu der erzielbaren Fluidfördermenge.
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Um die Fluidfördermenge pro Wellenumdrehung zu erhöhen, wird beispielsweise in
DE 195 176 281 A1 eine Radialkolbenpumpe beschrieben, bei der in der Gehäusewand eine Mehrzahl von Zylinder-Bohrungen vorgesehen ist, die sternförmig um die den Exzenter antreibende Welle angeordnet ist. In jeder Zylinder-Bohrung, die radial zu der Welle zeigt, ist jeweils ein Kolben radial bewegbar angeordnet, der einerseits gegen den Exzenter vorgespannt ist und andererseits eine Arbeitskammer definiert, die zum Fördern und Verdichten eines Fluides zur Verfügung steht.
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Der Exzenter betätigt bei einer Umdrehung jeden Kolben nacheinander, so dass der jeweils betätigte Kolben das Volumen der zugeordneten Arbeitskammer verringert, um beispielsweise ein darin befindliches Fluid zu verdichten oder zu verdrängen.
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Nachteilig bei derartigen sternförmigen Anordnungen ist die hohe Anzahl an beweglichen Bauteilen, die den Aufwand für Montage, Wartung und/oder Reinigung erhöhen. Zusätzlich sind die Abmessungen von Radialkolbenpumpen mit sternförmig um einen bewegbaren Exzenter angeordneten Kolben im Vergleich zu der förderbaren Fluidmenge einer Kolbenpumpe, bei der der Kolben längs in der Zylinderrichtung bewegt wird, relativ groß.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kompakte und wartungsfreundliche Radialkolbenpumpe bereitzustellen, die im Verhältnis zu ihrer Größe eine hohe Fluidfördermenge pro Kolben und Umdrehung aufweist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe erlaubt es, bei bauartbedingt kompakten Abmessungen eine größere Anzahl an Arbeitsräumen bereitzustellen, die von einem einzelnen Kolben bedient werden, um dadurch die doppelte Menge an Fluid zu fördern. Hierbei ist durch die bessere Nutzung des vorhandenen Bauraums des Gehäuses vorteilhafterweise eine Miniaturisierung der Abmessungen der Radialkolbenpumpe möglich.
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Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe, insbesondere bei kleineren Abmessungen, mit einem Elektromotor als Antriebseinheit versehen werden.
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Außerdem kann der Elektromotor mittels einer Drehzahlregelung betrieben werden, so dass die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe auch als Dosierpumpe verwendbar ist.
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Ferner kann die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe sehr kostengünstig hergestellt werden, da weniger Teile erforderlich sind. So können beispielsweise die bei einer herkömmlichen Radialkolbenpumpe notwendigen Federelemente entfallen, da bei der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe der Kolben einen Pumpvorgang in der Arbeitskammer durch die beidseitige Beaufschlagung mit einem Fluid und die Steuerung durch einen im Wesentlichen ortsfesten Exzenter durchführen kann.
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Außerdem sinkt der Aufwand für Montage, Wartung und/oder Reinigung, da der Kolben beidseitig mit einem Fluid in Kontakt steht, so dass der Kolben eine bessere und gleichmäßigere Schmierung und Belastung durch das Fluid erfährt, was die Lebensdauer des Kolbens erhöhen kann.
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Zudem erlaubt die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe im Vergleich zu herkömmlichen Radialkolbenpumpen eine größere Fördermenge beziehungsweise ein größeres Fördervolumen pro Umdrehung in Relation zu ihrer Gesamtgröße, da einem Kolben der doppelte Arbeitsraum in Form von wenigstens zwei Arbeitskammern pro Kolben zur Verfügung steht.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Radialkolbenpumpe ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach einer Ausführungsform der Radialkolbenpumpe sind die Arbeitskammern an diametral entgegengesetzten Enden des Kolbens ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass pro Kolben die doppelte Menge an Fluid gefördert werden kann, bei gleichzeitig besserer Nutzung der vorgegebenen Abmessung des Gehäuses und des jeweiligen Kolbenhubs in der jeweiligen Arbeitskammer. Diametral bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich die Drehachse der Antriebseinheit und/oder die Längsachse des Gehäuses zwischen den beiden Arbeitskammern befinden/befindet.
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Nach einer Ausführungsform der Radialkolbenpumpe wird durch Bewegung des Kolbens das Volumen einer Arbeitskammer größer und das Volumen einer anderen Arbeitskammer kleiner. Dies hat den Vorteil, dass nur ein Kolben zur Veränderung des Volumens zweier Arbeitskammern erforderlich ist, was wiederum weniger Bauteile zum Verändern des Volumens der zwei Arbeitskammern erforderlich macht. Überdies können zeitgleich unterschiedliche Arbeitstakte ausgeführt werden.
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Nach einer Ausführungsform der Radialkolbenpumpe ist der Exzenter stationär mit dem Gehäuse verbunden oder einstellbar an dem Gehäuse festgelegt. Dies hat den Vorteil, dass der Antrieb für eine Antriebseinheit einfacher ausgebildet werden kann. Vorzugsweise kann der Abstand zwischen dem Exzenter bzw. der Exzenterachse und der Drehachse der Antriebseinheit verstellt werden. Unter stationär ist hierbei zu verstehen, dass der Exzenter fest an dem Gehäuse mit einer vorbestimmten Exzentrizität zu einer der Bauteilachsen des Gehäuses und/oder der Wellenachse außermittig angeordnet ist. Unter einstellbar ist hierbei zu verstehen, dass die Außermittigkeit bzw. Exzentrizität des Exzenters beispielsweise zur Drehachse des Antriebs geregelt und/oder gesteuert verstellt werden kann, um den jeweiligen Kolbenhub in der jeweiligen Arbeitskammer einstellen zu können.
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Nach einer Ausführungsform der Radialkolbenpumpe ist der Exzenter an einem das Gehäuse verschließenden Gehäusedeckel festgelegt. Festgelegt kann bedeuten, dass der Exzenter beispielsweise mittels einer Schraubverbindung an dem Gehäusedeckel montiert ist. Der Exzenter kann aber auch auf andere Art und Weise mit dem Gehäusedeckel verbunden sein, beispielsweise mittels Schweißens. Beispielsweise ist der Exzenter stofflich einstückig mit dem Gehäusedeckel ausgebildet. Die Montage und die Wartung der Bauteile der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe erfolgen dann hierbei bevorzugt über eine Gehäuseöffnung an der Antriebseinheit, die vorzugsweise an der gegenüberliegenden Seite des Exzenters ausgebildet ist. Für die Montage können am Gehäuse auch separate, verschließbare Montageöffnungen vorgesehen sein.
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Nach einer Ausführungsform der Radialkolbenpumpe weist der Kolben eine Führungsausnehmung auf, in die ein Führungsabschnitt des Exzenters einsetzbar ist. Diese Führungsausnehmung ist bevorzugt in der Kolbenstange ausgebildet und verläuft bevorzugt als Langloch. Der Führungsabschnitt des Exzenters kann ein auswechselbarer Nutstein sein. Der Verlauf der Führungsausnehmung kann eine leicht gekrümmte Gestalt aufweisen oder beispielsweise L-förmig, T-förmig usw. ausgebildet sein, wobei dann ein anderer vorprogrammierter Hubweg des Kolbens in seiner Arbeitskammer erfolgt, beispielsweise, dass der Kolben nur einen vorbestimmten Teilabschnitt des Hubweges in der Arbeitskammer durchführt.
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Nach einer Ausführungsform der Radialkolbenpumpe ist die Führungsausnehmung in einer Kolbenstange des Kolbens ausgebildet. Die Kolbenstange befindet sich vorzugsweise zwischen den beiden Enden des Kolbens. Die Führungsausnehmung kann beispielsweise als eine Durchgangsöffnung ausgebildet sein, die sich vollständig durch die Kolbenstange des Kolbens erstreckt. Die Führungsausnehmung kann auch eine Nut sein, die sich über eine vorbestimmte Länge quer zur Längsachse der Kolbenstange und mit einer vorbestimmten Tiefe in die Kolbenstange hinein erstreckt.
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Nach einer Ausführungsform der Radialkolbenpumpe wird der Kolben in einer Aufnahme innerhalb der drehbaren Antriebseinheit durch Drehung der drehbaren Antriebseinheit und in Zusammenwirkung mit dem Exzenter in Bewegung versetzt. Die Aufnahme ist beispielsweise als Durchgangsöffnung ausgebildet und erstreckt sich vorzugsweise durch die Antriebseinheit. Durch die Zwangsführung des Exzenters mit der rotierenden Bewegung der Antriebseinheit führt der Kolben in dem Gehäuse eine Bewegung aus einer Kombination einer Drehbewegung und einer radialen Bewegung durch. Hierdurch ergibt sich vorteilhafterweise eine oszillierende Bewegung des Kolbens in dem Gehäuse der Radialkolbenpumpe.
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Nach einer Ausführungsform der Radialkolbenpumpe ist der Exzenter relativ zum Gehäuse in seiner Position verstellbar, so dass die Bewegung des Kolbens in seiner Arbeitskammer einstellbar ist.
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Mit dem Verstellen der Position des Exzenters kann der Bewegungsbetrag des Kolbens in seinem Arbeitsgang in der Arbeitskammer eingestellt werden, so dass der Hub des Kolbens in der jeweiligen Arbeitskammer vollständig oder nur zu einem gewissen Betrag durchgeführt wird.
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Vorzugsweise ist der Exzenter diametral über die Drehachse verstellbar. Dadurch kann die Strömungsrichtung in der Arbeitskammer verstellt werden und im Extremfall umgekehrt werden (Zweiquadrantenprinzip), wobei die Druckseite zur Saugseite wird und umgekehrt.
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Die Radialkolbenpumpe kann nach dem Einquadrantenprinzip als reine Verdrängerpumpe betrieben werden, wobei die Drehrichtung und Momentenrichtung des Kolbens gleich bleiben.
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Mit dem verstellbaren Exzenter kann die Radialkolbenpumpe auch nach dem Zweiquadrantenprinzip betrieben werden, wobei entweder die Momentenrichtung gleich bleibt und die Drehrichtung wechselt oder die Drehrichtung gleich bleibt bei wechselnder Momentenrichtung.
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Die Radialkolbenpumpe kann auch nach dem Vierquadrantenprinzip bertieben werden, wobei der Kolben eine wechselnde Drehrichtung und eine wechselnde Momentrichtung aufweist.
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Die Radialkolbenpumpe kann somit auch als Motor mit dem verstellbaren Exzenter eingesetzt werden, wobei bei entsprechenden Freiheitsgraden zur Veränderung der Lage des Exzenters die Radialkolbenpumpe nach dem Vierquadrantenprinzip mit einem Ansaugtakt (Verdichtungstakt, Arbeitstakt) und Ausstoßtakt betrieben werden kann. Das Verstellen der Position des Exzenters kann durch Verdrehen und/oder eine translatorische Bewegung erfolgen, beispielsweise Verschieben.
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Nach einer Ausführungsform der Radialkolbenpumpe ist die Aufnahme für den Kolben in einem axialen Endabschnitt der Antriebseinheit ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass das Gehäuse der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe mit anderen Wandstärken ausgebildet werden kann, da die Aufnahme bzw. Zylinderbohrung für den Kolben in einem Zylinderkörper der Antriebseinheit, insbesondere am Wellenkopf, ausgebildet ist.
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Nach einer Ausführungsform der Radialkolbenpumpe ist in dem Gehäuse wenigstens ein zweiter Kolben angeordnet, der sich mit einem Abschnitt des ersten Kolbens überlagert, wobei der zweite Kolben mit demselben Exzenter zusammenwirkt. Dadurch kann die Fluidfördermenge der Radialkolbenpumpe pro Umdrehung der Antriebseinheit weiter erhöht werden.
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Nach einer Ausführungsform der Radialkolbenpumpe sind das Gehäuse und die Antriebseinheit relativ zueinander drehbar, wobei das Gehäuse oder die Antriebseinheit feststehend ist.
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Nach einer Ausführungsform der Radialkolbenpumpe verläuft die Wellenachse der Antriebseinheit durch die Aufnahme der Antriebseinheit und/oder jeder Kolben weist eine eigene Aufnahme auf.
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Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen, die mit der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe ausgerüstet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 13 gelöst. Bei der Vorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine Werkzeugmaschine, bei der beispielsweise ein Kühlschmierstoff gefördert werden muss, eine hydraulische Betätigungseinrichtung, eine Überlastsicherung von Pressen, ein Automatikgetriebe, eine hydraulische Fahrwerksniveauregelung oder eine Kunststoffspritzguss- und Druckgussmaschine.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, aus denen sich weitere Vorteile und Ausführungsformen der Radialkolbenpumpe ergeben.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsinnenansicht durch die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe, gemäß Schnittführung I-I aus 2;
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2 eine schematische Längsschnittansicht der in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe;
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3a bis 3h schematisch eine oszillierende Hubbewegung des Kolbens mittels der Antriebseinheit der in 1 gezeigten, erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe, und
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4 eine Ausführungsform bezüglich der Anordnung eines ersten Kolbens und eines zweiten Kolbens, die sich überlappen, für eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Grundkonzept
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Bei der in 1 und 2 gezeigten Radialkolbenpumpe 1 handelt es sich um eine Radialkolbenpumpe in Gestalt einer Förderpumpe, bei der ein zu bewegender Kolben 3 in einer Aufnahme 41 in einem Wellenkopf 40 bewegbar gelagert ist und zusammen mit dem sich um die Wellenachse X drehenden Wellenkopf 40 gedreht wird (siehe hier die 3a bis 3h), wobei der Kolben 3 durch das Zusammenwirken mit der Antriebseinheit 4 und einem stationären Exzenter 5, der die Bewegung des Kolbens 3 in der Aufnahme 41 der Antriebeinheit 4 steuert, in der Aufnahme 41 in radialer Richtung bewegt wird.
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Mit der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe 1 können sowohl nicht komprimierbare Flüssigkeiten als auch komprimierbare Gase gefördert werden.
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Die einzelnen Komponenten der Radialkolbenpumpe 1 werden nachstehend beschrieben:
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Gehäuse 2
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Das im Wesentlichen zylindrische Gehäuse 2 umfasst Lagerstellen für die Antriebseinheit 4 sowie an einem axialen Ende einen im Wesentlichen zylindrischen Gehäuseraum zur Aufnahme des Wellenkopfs 40, der Teil der Antriebseinheit 4 ist. Der Gehäuseraum ist durch einen Gehäusedeckel 20 dicht verschlossen.
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Vorzugsweise ist der Gehäusedeckel 20 über eine Schraub- oder Bolzenverbindung (nicht dargestellt) lösbar an dem Gehäuse 2 befestigt, wobei bevorzugt an den angrenzenden Abschnitten zwischen Deckel 20 und Gehäuse 2 jeweils eine Fluiddichtung vorgesehen ist.
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Kolben 3
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Der Kolben 3 ist in der Aufnahme 41 des Wellenkopfs 40 derart beweglich gelagert und mit dem Exzenter 5 gekoppelt, dass er bei Drehung der Antriebseinheit 4 um die Wellenachse X eine Kombination aus einer Rotations- und Radialbewegung oszillierend ausführt und dabei die Volumina zweier diametral gegenüberliegender Arbeitskammern 6‘, 6‘‘ gleichzeitig entgegengesetzt verändert.
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Der Kolben 3 weist eine Kolbenstange 31 auf, an deren diametral gegenüberliegenden Enden Kolbenstempel 3a, 3b vorgesehen sind.
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In der Kolbenstange 31 ist eine Führungsausnehmung 30, die mit dem Exzenter 5 zusammenwirkt, quer zu ihrer Längserstreckung in Breiten- bzw. Tiefenrichtung der Kolbenstange 31 ausgebildet.
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Antriebseinheit 4
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Eine Antriebswelle 44 der Antriebseinheit 4 ist an dem Innenumfang des Gehäuses 2 drehbar gelagert und vorzugsweise mit einem Wellendichtring 900 abgedichtet.
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In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist zwischen dem Wellendichtring 900 und dem zylindrischen Wellenkopf 40 eine Anlaufscheibe 70 eingebaut. Die Anlaufscheibe 70 kann mit oder ohne O-Ring-Dichtung eingebaut werden. In einer nicht dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe 1 ist keine Anlaufscheibe 70 vorgesehen.
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Wie in 2 dargestellt ist, bildet der Wellenkopf 40 einen axialen Endabschnitt der drehbar im Gehäuse 2 gelagerten Antriebseinheit 4. Die Aufnahme 41 in dem Wellenkopf 40 kann als Ausnehmung oder als Zylinderbohrung ausgebildet sein.
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In dem Wellenkopf 40 ist ferner eine Durchgangsöffnung ausgebildet, durch die sich der Exzenter 5 wenigstens teilweise erstreckt, so dass wenigstens ein Führungsabschnitt 5a des Exzenters 5 in Eingriff mit der Führungsausnehmung 30 des Kolbens 3 steht.
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Exzenter 5
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Der in 2 dargestellte Exzenter 5 weist einen Basisabschnitt 50 auf, aus dem sich der Führungsabschnitt 5a erstreckt, der in Eingriff mit der Führungsausnehmung 30 in dem Kolben 3 bringbar ist. In dem Basisabschnitt 50, der eine zylindrische Form aufweist, kann ein Antrieb oder Getriebe zum Verstellen der Position des Exzenters 5 in X, Y und/oder Z-Richtung vorgesehen werden. Der Exzenter 5 kann hierbei durch eine translatorische und/oder eine rotatorische Bewegung verstellt werden.
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Der Exzenter 5 ist bevorzugt zur Längsachse X und/oder zur Querachse Y des Gehäuses 2 bzw. der Drehachse X der Welle 44 mit einem vorbestimmten exzentrischen Abstand Ez in Z-Richtung versetzt angeordnet. Vorzugsweise ist der exzentrische Abstand Ez des Exzenters 5 verstellbar.
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Der Exzenter 5 ist vorzugsweise auch gegenüber beiden Achsen X, Y um einen vorbestimmten Abstand Ex (nicht dargestellt) in X-Richtung bzw. in der Längsrichtung des Gehäuses 2 und/oder mit Ey in Y-Richtung bzw. Querrichtung des Gehäuses 2 versetzt und/oder verstellbar.
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Mittels der Verstellung des Exzenters 5 in der X-Richtung können, wenn mehrere Kolben 3, 3‘ vorgesehen sind, jeweils nur einer der Kolben 3, 3‘ oder beide Kolben 3, 3‘ (siehe 4) in einen Eingriff mit dem Exzenter 5 gebracht werden, um eine Bewegung des jeweils mit dem Exzenter 5 in Eingriff stehenden Kolbens 3, 3‘ in der jeweiligen Arbeitskammer 6 bewirken zu können.
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Optional ist die Lage des Exzenters 5 in der Z-Y Ebene (siehe 2) verstellbar, so dass der jeweilige Kolbenhub des Kolbens 3, 3‘ in der jeweiligen Ausnehmung 41 zusätzlich einstellbar ist. Wenn der Exzenter 5 verstellbar ist, kann die Radialkolbenpumpe 1, je nach Umfang der Verstellbarkeit in den relevanten Richtungen, nach dem Zweiquadrantenprinzip und/oder nach dem Vierquadrantenprinzip betätigt werden.
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Der Exzenter 5 ist, wie in 2 dargestellt, fest mit einem Gehäuseteil verbunden, hier dem Deckel 20 des Gehäuses 2. Der Exzenter 5 kann aber auch einstückig mit dem Deckel 20 ausgebildet oder stoffschlüssig damit verbunden sein. Es sind jedoch auch Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe 1 möglich, bei denen der Exzenter 5 lösbar an dem Deckel 20 montiert ist.
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Arbeitskammer 6, 6‘, 6‘‘
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Jede Arbeitskammer 6‘, 6‘‘ der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe 1 wird von einem Endabschnitt des Kolbens 3, der Aufnahme 41 in der Antriebseinheit 4 und dem Gehäuse 2 definiert, was beispielsweise in 2 dargestellt ist.
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In der gezeigten Schnittdarstellung in 1 ist der Kolben 3 in einer ersten Totposition gezeigt, die mit der Darstellung in 3a korrespondiert. Der Kolbenstempel 3a definiert mit der Innenwand des Gehäuses 2 eine erste Arbeitskammer 6‘ mit einem Volumen V, das mit der Bewegung des Kolbenstempels 3a weg von der Gehäuseinnenwand anwächst (sh. 3b bis 3d). Gleichzeitig definiert der gegenüberliegende Kolbenstempel 3b eine zweite Arbeitskammer 6‘‘ mit dem maximalen Volumen in der ersten Totposition (siehe 3a), deren Volumen mit der Drehung des Wellenkopfes 40 in Drehrichtung P abnimmt (sh. 3b bis 3d). Die zweite Totposition ist in 3e nach einer Umdrehung mit dem Winkel α = 180° dargestellt. In der zweiten Totposition definiert der erste Kolbenstempel 3a die Arbeitskammer 6‘ mit dem maximalen Volumen V.
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Zuführöffnung 7, Ausführöffnung 8, Fluidverbindungen
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Zum Zuführen des zu fördernden Fluides ist die Zuführöffnung 7 und zum Abführen des zu fördernden Fluides die Ausführöffnung 8 in dem Gehäuse 2 vorgesehen. In der in 1 dargestellten Anordnung und Ausrichtung des Wellenkopfes 40, sind die Zuführöffnung 7 und die Ausführöffnung 8 von dem Wellenkopf 40 gerade bedeckt und können bei der Bewegung des Wellenkopfes 40 aus dieser Position freigegeben werden.
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Ausgehend von den Totpunktstellen α = 0°, α = 180°(siehe 3a bzw. 3e) sind Fluidverbindungen (nicht dargestellt) vorhanden, die mit der jeweiligen Arbeitskammer 6‘, 6‘‘ einen Fluidkontakt mit der Zuführöffnung 7 bzw. mit der Ausführöffnung 8 ermöglichen. Dieser Fluidkontakt kann, wenn eine Komprimierung erwünscht ist, auch aufgehoben werden, indem beispielsweise andere Verbindungen oder Dichtungen vorgesehen werden, die keine vorbestimmte Strömungsregelung aus der Zuführöffnung 7 bzw. hin zu der Ausführöffnung 8 erlauben. Die Fluidverbindung kann zum Beispiel als sichelförmige Ausnehmung in der Gehäusewand des Gehäuses 2 ausgebildet sein, die sich ausgehend von einer der Totpunktstellen α = 0°, α = 180° in Umfangsrichtung abschnittsweise um den Umfang des Wellenkopfs 40 erstreckt.
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Funktionsweise der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe 1
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Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe 1 wird nachstehend mit Bezug auf die 3a bis 3h ausführlicher erläutert.
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3a bis 3h zeigen in einander folgenden Schnittansichten jeweils eine momentane Drehposition des Kolbens 3, die durch die Zusammenwirkung des stationären, feststehenden Exzenters 5 mit der sich drehenden Antriebseinheit 4 erzeugt wird. Hieraus ergibt sich eine im Wesentlichen oszillierende Gesamtbewegung des Kolbens 3.
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In 3a ist der Start der Bewegung des Kolbens 3 in der Aufnahme 41 dargestellt.
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Der Kolben 3 wird in den Ansaughub und gleichzeitig in den Verdrängungshub gebracht, wenn der Kolben 3 von der Antriebseinheit 4 gedreht wird und sich über die Zwangskopplung mit dem Exzenter 5 in der Aufnahme 41 der Antriebseinheit 4 im zylindrischen Wellenendkopf 40 bewegt. Dabei bewirkt der Eingriff des Exzenters 5 mit der Führungsausnehmung 30 in der Kolbenstange 31 des Kolbens 3, dass ein Endabschnitt 3a des Kolbens 3 weg von der einen Gehäuseinnenwand bewegt wird und der andere, diametral gegenüberliegende Kolbenendabschnitt 3b hin zu der diametral gegenüberliegenden Gehäuseinnenwand gedrückt wird (siehe auch 1).
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Der Kolben 3 führt demnach gleichzeitig einen Ansaughub an einem Endabschnitt – dem Kolbenstempel 3a – und einen Verdrängungshub am diametral gegenüberliegenden anderen Endabschnitt – dem Kolbenstempel 3b – in der Zylinderbohrung 41 des Wellenendkopfes 40 der Antriebseinheit 4 aus, wie dies in 3a bis 3e dargestellt ist.
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Der Kolben 3 wird bei der Drehung der Antriebseinheit 4 zusammen mit dem zylindrischen Wellenkopf 40 um den Winkel α gedreht und der erste Endabschnitt 3a des Kolbens 3 wird hin zur Ansaugöffnung 7 geführt. Gleichzeitig wird, wie aus 3b bis 3d ersichtlich, diese Arbeitskammer 6‘ größer und deren Volumen V wächst an, so dass ein Fluid von der Zuführöffnung 7 eingesaugt werden kann. Gleichzeitig wird das Volumen V der unteren, zweiten Arbeitskammer 6‘‘ kleiner, so dass ein Fluid in die Ausführöffnung 8 gefördert werden kann.
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Nachdem sich die Antriebseinheit 4 um etwa α = 180° (siehe 3e) gedreht hat, wird der erste Kolbenstempel 3a nun wieder zurück hin zur Gehäuseinnenwand gedrückt, sodass ein in der Arbeitskammer 6‘ befindliches Fluid wieder verdrängt wird. Gleichzeitig findet am diametral gegenüberliegenden anderen Endabschnitt – dem Kolbenstempel 3b – ein Ansaugen statt.
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Alternative Ausführungsform
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4 zeigt eine Ausführungsform einer weiteren Anordnung von zwei Kolben 3, 3‘, die kreuzförmig übereinander angeordnet sind. In der Kolbenstange 31 des jeweiligen Kolbens 3, 3‘ ist eine Führungsausnehmung 30, 30‘ ausgebildet, die bei wenigstens einem der Kolben 3, 3‘ durchgängig ist. Die Kolben 3, 3‘ können aber auch in anderen Winkeln als 90° zueinander überlappend angeordnet sein und es können auch mehr als zwei Kolben 3, 3‘ übereinander überlappend angeordnet werden. Zum Führen der kreuzförmig übereinander angeordneten Kolben ist in dem Wellenkopf 40 eine zusätzliche, korrespondierend angeordnete Aufnahme (nicht dargestellt) bzw. Zylinderbohrung vorgesehen. Der Führungsabschnitt 5a des Exzenters 5 weist bei dieser Ausführungsform eine entsprechende Länge auf, um sich in beide Führungsausnehmungen 30, 30‘ erstecken zu können. Der Führungsabschnitt 5a kann nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe 1 in und außer Eingriff mit den jeweiligen Führungsausnehmungen 30, 30‘ der beiden Kolben 3, 3‘ gebracht werden.
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Zusammenfassung der erfindungsgemäßen Vorteile
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In anderen Worten lassen sich die erfindungsgemäßen Vorteile wie folgt zusammenfassen:
Die Radialkolbenpumpe 1 ist minimal mit sehr wenigen Bauteilen aufgebaut, wobei von den Bauteilen wenigstens fünf durch Drehteile ausgebildet werden können. Unter einem Drehteil ist hierbei ein Bauteil zu verstehen, das mittels eines Drehverfahrens, insbesondere auf einer Drehbank, kostengünstig herstellbar ist.
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Die Radialkolbenpumpe 1 weist hierbei bevorzugt auf:
- – Ein Gehäuse 2 mit Aussparungen für einen Wellendichtring 900. Bevorzugt ist der Wellendichtring 900 mittels eines Spannrings (nicht dargestellt) in dem Gehäuse 2 festgelegt. Der Wellendichtring 900 und der Spannring wirken als Dichtung gegen einen Motor.
- – Einen angetriebenen Zylinderkörper (Antriebseinheit 4) mit wenigstens einer (auch drei) radialen Zylinderbohrung (Aufnahme 41). Der angetriebene Zylinderkörper (Antriebseinheit 4) kann in einem Drehverfahren hergestellt werden.
- – Wenigstens einen beidseitig wirkenden Kolben 3. Der Kolben 3 kann ebenfalls in einem Drehverfahren hergestellt werden. Je nach Anzahl der Zylinderbohrungen (Aufnahmen 41) in dem angetriebenen Zylinderkörper (Antriebseinheit 4) können auch mehrere Kolben 3 bereitgestellt werden.
- – Einen Exzenter-Deckel (Deckel 20) mit Exzenter 5 zur Kolbensteuerung. Der Exzenter-Deckel ist mit einer O-Ring-Dichtung versehen. Der Exzenter-Deckel ist in einem Drehverfahren herstellbar.
- – Eine Anlaufscheibe 70, die zur Axialdichtung mit geeignetem O-Ring gegen das Gehäuse zum Druckausgleich vorgesehen ist. Die Anlaufscheibe 70 ist in einem Drehverfahren herstellbar. Die Anlaufscheibe 70 zur Axialdichtung mit geeignetem O-Ring dichtet axial gegen das Gehäuse 2 ab und hat ein geeignetes Axialfeld zum Durchführen eines Druckausgleichs. Die Anlaufscheibe 70 ist optional und wird nur für höhere Arbeitsdrücke benötigt.
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Die 1 und 2 zeigen in schematischen Ansichten den Aufbau der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe 1.
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Bei einer rechtsdrehenden Pumpe (Radialkolbenpumpe 1) wird rechts (Zuführöffnung 7) das Fluid angesaugt und links (Ausführöffnung 8) ausgestoßen. Der angetriebene Zylinderkörper (Antriebseinheit 4) ist rotierbar gelagert und hat einen Wellenfortsatz (Wellenkopf 40) als Pumpenantriebswelle. Der angetriebene Zylinderkörper (Antriebseinheit 4) hat eine (oder mehrere) Zylinderbohrung (Aufnahme 41) für den Kolben 3 und eine Durchgangsöffnung, insbesondere eine axiale Bohrung, zum Deckel für den am Deckel 20 befestigten Exzenter 5.
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Der beidseitig wirkende Kolben 3 hat einen Querschlitz (Führungsausnehmung 30) über welchen der Kolben 3 durch den feststehenden Exzenter 5 am Deckel 20 geführt bzw. oszillierend bewegt wird.
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Die Durchgangsöffnung steht in Verbindung mit der Zylinderbohrung (Aufnahme 41), so dass der Exzenter in Eingriff mit dem Querschlitz (Führungsausnehmung 30) des Kolbens bringbar ist. Optional sind zwei oder drei überkreuzende oder überlappende Zylinderbohrungen (Aufnahmen 41) möglich. Dabei wird der zweite (dritte) Kolben 3‘ eingefädelt oder zweiteilig ausgeführt.
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Die Lagerung des Zylinderkörpers (Antriebseinheit 4) im Gehäuse 2 erfolgt bevorzugt mittels einer Gleitreibung, eines Kugellagers/Rollenlagers.
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Das Gehäuse 2 hat Aussparungen für den Wellendichtring 900 und definiert Zulauf- und Auslassöffnungen 7, 8, die radial oder axial angeordnet sind.
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Der Exzenter 5 am Deckel 20 der Radialkolbenpumpe 1 steuert den Kolben 3 (eventuell auch weitere Kolben 3‘ siehe 4) indem er in den im Kolben 3, 3‘ rechtwinklig zur Längsachse des Kolbens angeordneten mittigen Querschlitz (Führungsausnehmung 30) eingreift. Eventuell kann ein Nutstein (nicht dargestellt) zur besseren Übertragung der Kräfte vorgesehen werden.
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Die Radialkolbenpumpe 1 kann wegen ihrem einfachen Aufbau miniaturisiert werden, wobei kleine Pumpen mit drehzahlgeregelten E-Motoren als Dosierpumpen eingesetzt werden können.
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Die Radialkolbenpumpe 1 kann aus präzisen Drehteilen sehr kostengünstig hergestellt werden.
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Die Radialkolbenpumpe 1 weist ein hohes Volumina-pro-Umdrehung-Verhältnis in Relation zu ihrer Gesamtgröße auf.
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In der Radialkolbenpumpe 1 können vorzugsweise bis zu drei Zylinderbohrungen (Aufnahmen 41) in einer Ebene angebracht werden. Dabei verdreifacht sich die Fördermenge auf gleichem Bauraum.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radialkolbenpumpe
- 2
- Gehäuse
- 20
- Deckel
- 3
- Kolben
- 3a, 3b
- Erster Endabschnitt, zweiter Endabschnitt, erster Kolbenstempel, zweiter Kolbenstempel
- 30
- Führungsausnehmung
- 31
- Kolbenstange
- 4
- Drehbare Antriebseinheit, Wellenantrieb
- 40
- Zylindrischer Wellenkopf
- 41
- Aufnahme, Zylinderbohrung
- 44
- Antriebswelle
- 5
- Exzenter
- 5a
- Führungsabschnitt
- 50
- Basisabschnitt
- 6
- Arbeitskammern
- 6‘, 6‘‘
- Erste Arbeitskammer, zweite Arbeitskammer
- 7
- Zuführöffnung
- 70
- Anlaufscheibe
- 8
- Ausführöffnung
- 900
- Wellendichtring
- Ex
- Exzentrizität zur X-Achse
- Ey
- Exzentrizität zur Y-Achse
- Ez
- Exzentrizität zur Z-Achse
- V
- Volumen
- X
- Drehachse, Wellenachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2852852 B1 [0003]
- DE 195176281 A1 [0005]
