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Die Erfindung betrifft eine Pumpenvorrichtung zum Pumpen eines Fluids.
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Unter einer Pumpenvorrichtung bzw. Pumpe wird hierin eine Arbeitsmaschine verstanden, die dazu dient, Fluide zu fördern. Hierunter fallen auch Flüssigkeits-Feststoff-Gemische, Pasten und Flüssigkeiten mit geringem Gasanteil. Im Betrieb der Pumpenvorrichtung wird die Antriebsarbeit in die Bewegungsenergie der transportierten Flüssigkeit gewandelt.
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Die gezeigte Pumpenvorrichtung wird auch als Orbitalpumpe, Rotations-Membranpumpe oder Peristaltikpumpe bezeichnet.
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Die Pumpenvorrichtung kann dazu verwendet werden, ein Fluid aus einem Reservoir, beispielsweise einem Tank, in eine gewünschte Umgebung zu leiten, beispielsweise in einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2013 104 245 A1 ist eine Pumpenvorrichtung, die als Orbitalpumpe ausgebildet ist, bekannt, die ein Pumpengehäuse mit mindestens einem Einlass und mindestens einem Auslass aufweist, wobei an dem Pumpengehäuse ein Exzenter relativ zu dem Pumpengehäuse drehbar angeordnet ist. Zur Bewegung des Exzenters ist ein elektrischer Antrieb vorgesehen. Zwischen dem Exzenter und dem Pumpengehäuse befindet sich ein verformbarer Pumpenring, der zusammen mit dem Pumpengehäuse einen Förderweg von dem mindestens einen Einlass zu dem mindestens einen Auslass begrenzt und mindestens eine Abdichtung des Förderwegs ausbildet. Dabei ist die mindestens eine Abdichtung durch eine Bewegung des Exzenters zur Förderung entlang des Förderwegs verschiebbar.
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Die Druckschrift
WO 2012/126544 A1 beschreibt ein Dosiersystem zum Dosieren einer Flüssigkeit mit einer Pumpenvorrichtung, die über einen mit einem Elektromotor antreibbaren Exzenterantrieb verfügt. Die Pumpenvorrichtung, die zwei Förderrichtungen hat, weist einen Pumpenring und einen stationären Ring auf, der relativ zum Pumpenring und zum Exzenterantrieb so angeordnet ist, dass zwischen dem stationären Ring und dem Pumpenring eine Pumpenkammer gebildet wird, die bei Drehung des Elektromotors ihre Form ändert, um eine zu dosierende Flüssigkeit durch die Pumpenkammer zu fördern. In der Druckschrift ist das Wirkprinzip einer Orbitalpumpe beschrieben.
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Vor diesem Hintergrund werden eine Pumpenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Pumpenring nach Anspruch 15 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
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Die vorgestellte Pumpenvorrichtung dient zum Pumpen eines Fluids und weist ein Hydraulikgehäuse auf, in dem ein verformbarer Pumpenring, ein Pumpenringträger sowie ein Exzenter aufgenommen sind. Der Exzenter ist dabei von einer Welle anzutreiben, die eine axiale und eine radiale Richtung definiert. Die Welle wiederum wird typischerweise von einem steuerbaren Antrieb, bspw. einem Elektromotor, angetrieben.
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Es ist weiterhin eine ringförmig umlaufende Pumpenkammer zumindest bereichsweise in dem verformbaren Pumpenring bzw. im Inneren des verformbaren Pumpenrings vorgesehen, die zum Leiten des Fluids von einem ersten Anschluss zu einem zweiten Anschluss dient, wobei der erste Anschluss und der zweite Anschluss in Fluidverbindung mit der Pumpenkammer stehen.
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Der Exzenter ist relativ zum Hydraulikgehäuse drehbar ausgebildet und derart in der Pumpenvorrichtung angeordnet, dass der Exzenter in Abhängigkeit von einer aktuellen Drehstellung des Exzenters den Pumpenring derart verformt, dass durch eine Drehung des Exzenters das Fluid in Abhängigkeit von der aktuellen Drehstellung des Exzenters durch die Pumpenkammer von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss zu fördern ist.
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In einer Ausführung ist in dem Pumpenring bzw. im Inneren es Pumpenrings ein Ring vorgesehen, der zumindest bereichsweise den Verlauf der Pumpenkammer, die im Inneren des Pumpenrings ausgebildet ist, definiert.
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In diesem Fall kann die Pumpenkammer zwischen dem Ring und dem Pumpenringträger ausgebildet sein. Die Pumpenkammer kann dann auf einer Innenseite des Rings, die der Welle zugewandt ist, vorgesehen sein.
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In einer Ausführung ist der Ring auf seiner Außenseite, die der Innenseite gegenüberliegt, mit dem Pumpenring, bspw. mit einem Primer, verklebt. Damit ist der Ring auf seiner Außenseite an dem Pumpenring fixiert.
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In einer weiteren Ausführung ist der der Ring aus einem Material gefertigt, das härter als dasjenige des Pumpenrings ist.
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Der Ring kann bspw. aus einem Metall gefertigt sein und unabhängig davon einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
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Der erste Anschluss kann mit einem ersten Kanal verbunden sein, wobei der erste Kanal durch das Hydraulikgehäuse geführt sein kann.
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Weiterhin kann der zweite Anschluss mit einem zweiten Kanal verbunden sein, der wiederum durch das Hydraulikgehäuse geführt sein kann.
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Der Pumpenring ist typischerweise aus einem verformbaren Material gefertigt. Hierzu bietet sich bspw. ein elastomeres Material an, das eine dauerhafte Verformbarkeit gewährleistet. Elastomere Materialien sind in unterschiedlichen Härtegraden verfügbar, so dass ein bedarfsgerechter Aufbau der Pumpenvorrichtung realisiert werden kann. In einer Ausgestaltung liegt die Shore-Härte des Pumpenrings zwischen 55 und 70 Shore.
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Darüber hinaus kann der Pumpenring aus einem Material gefertigt sein, dessen Glasübergangstemperatur unterhalb -20 °C liegt. Somit ist ein Einsatz der Pumpenvorrichtung in einem weiten Temperaturbereich möglich, ohne dass das Material spröde wird. Insbesondere wird das Anlaufverhalten bei tiefen und gar negativen Temperaturen verbessert.
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Es wird weiterhin ein Pumpenring vorgestellt, der insbesondere zur Verwendung in einer Pumpenvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art ausgebildet ist. Dieser Pumpenring ist verformbar, d. h. dieser ist typischerweise aus einem verformbaren Material gefertigt. Weiterhin ist in dem Pumpenring bzw. im Inneren des Pumpenrings eine ringförmige Pumpenkammer vorgesehen, die zum Leiten eines Fluids von einem ersten Anschluss zu einem zweiten Anschluss dient, wobei der erste Anschluss und der zweite Anschluss in Fluidverbindung mit der Pumpenkammer stehen.
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In einer Ausführung ist in dem Pumpenring bzw. im Inneren des Pumpenrings ein Ring vorgesehen, der den Verlauf der Pumpenkammer definiert.
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Die vorgestellte Pumpenvorrichtung hat, zumindest in einigen der Ausführungen, Vorteile gegenüber bekannten Pumpenvorrichtungen. So wird eine hohe Dichtigkeit erreicht, was einen schnellen und großen Druckaufbau ermöglicht. Der Aufbau dient zudem der Steigerung der Lebensdauer. Dies wird insbesondere durch die Reduktion von Dehnungen erreicht.
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Da die Pumpenkammer in Ausgestaltung vollständig von dem Pumpenring umschlossen ist, kann es zu keiner externen Leckage kommen. Ein deutlich einfacherer Pumpenringträger kann eingesetzt werden. Weiterhin sind einfachere Konturen für die seitlichen Abdeckungen möglich, da diese keine Dichtefunktion erfüllen müssen. Daraus folgt eine einfachere Montage. Es ergibt sich ein robustes System, insbesondere bzgl. Toleranzen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben. Es zeigt:
- 1 einen ersten Schnitt durch einen Bereich einer Ausführung der vorgestellten Pumpenvorrichtung,
- 2 einen zweiten Schnitt durch die Ausführung der Pumpenvorrichtung aus 1 in einem ersten Betriebszustand,
- 3 den zweiten Schnitt entsprechend 2 in einem zweiten Betriebszustand,
- 4 in einer Schnittdarstellung eine Ausführung einer Pumpenvorrichtung,
- 5 eine Seitenansicht der Pumpenvorrichtung von 4,
- 6 in einer Schnittdarstellung die Pumpenvorrichtung von 4.
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1 zeigt eine Pumpenvorrichtung, die insgesamt mit der Bezugsziffer 210 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt weiterhin ein Hydraulikgehäuse 212, einen verformbaren Pumpenring 214 und einen Pumpenringträger 216. In dem Pumpenring 214 ist ein umlaufender Ring 220 vorgesehen, der einen Verlauf einer Pumpenkammer 218 definiert. Dabei ist die Pumpenkammer 218 im Inneren des Pumpenrings 214 zwischen dem Ring 220 dem Pumpenringträger 216 ausgebildet. Insbesondere ist die Pumpenkammer 218 auf einer Innenseite des Rings 220, die der Welle (nicht dargestellt) zugewandt ist, vorgesehen.
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Die Darstellung zeigt weiterhin einen ersten Kanal 222, der durch das Hydraulikgehäuse 212 und durch den Pumpenring 214 geführt ist. Ein vorgesehener zweiter Kanal ist in dieser Darstellung nicht gezeigt. Dieser erste Kanal 222 ist mit einem ersten Anschluss (nicht dargestellt) verbunden. Entsprechend ist der zweite Kanal mit einem zweiten Anschluss verbunden. Der erste Anschluss und der zweite Anschluss stehen in Fluidverbindung zu der Pumpenkammer 218.
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Der Ring 220 besteht bei dieser Ausführung aus einem Material, das härter als das Material des Pumpenrings 214 ist. Weiterhin kann der Ring 220 an seiner Außenseite und damit an der Seite gegenüber der Innenseite, an der die Pumpenkammer 218 vorgesehen ist, mit dem Pumpenring 214 verklebt sein.
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2 zeigt einen zweiten Schnitt durch die Ausführung der Pumpenvorrichtung 210 in einem ersten Betriebszustand, wobei in diesem Schnitt der erste Kanal (Bezugsziffer 222 in 1) nicht dargestellt ist, da dieser in einem anderen Bereich, durch den der gezeigte zweite Schnitt nicht geht, angeordnet ist.
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3 zeigt den zweiten Schnitt aus 2 in einem zweiten Betriebszustand, in dem die umlaufende Pumpenkammer (Bezugsziffer 218 in 2) nicht dargestellt ist, da diese gerade in einem anderen Bereich ausgebildet ist, durch den der gezeigte zweite Schnitt nicht geht.
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Zum Verständnis des allgemeinen Funktionsprinzips wird dieses in den 4 bis 6 anhand einer Pumpenvorrichtung erläutert, die sich von der Pumpenvorrichtung der hierin dargestellten Art unterscheidet, dass in dieser die Pumpenkammer nicht in dem Pumpenring sondern zwischen Pumpenring und Hydraulikgehäuse ausgebildet ist.
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4 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Ausführung dieser Pumpenvorrichtung, die insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet und als Orbitalpumpe ausgebildet ist. Die Darstellung zeigt ein Hydraulikgehäuse 12, einen Pumpenring 14, einen Pumpenringträger 16, einen Exzenter 18, eine Welle 20, einen Antrieb 140, ein erstes Lager 110, ein zweites Lager 118, eine Buchse 112, die auch als Ring 112 bezeichnet werden kann, ein Klemmglied 114, das auch als Trennkammerpin bezeichnet werden kann, ein Exzenter-Lager 116, und einen Dichtring 120, der auch als Dichtscheibe 120 bezeichnet werden kann.
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Das erste Lager 110 ist bei dieser Ausführung als Loslager montiert, und das zweite Lager 118 als Festlager. Dies ergibt eine gute Lagerung.
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Als Exzenter-Lager 116 kann ein Nadellager verwendet werden. Dieses hat eine geringe Erstreckung in radialer Richtung. Es sind auch andere Lagertypen wie beispielsweise Wälzlager möglich. Das Exzenter-Lager 116 ermöglicht eine reibungsarme Übertragung von Kräften zwischen dem sich drehenden Exzenter 18 und dem drehfest angeordneten Pumpenring 14 bzw. Pumpenringträger 16.
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Das Hydraulikgehäuse 12 umfasst einen ringförmigen Abschnitt 22 sowie einen ersten seitlichen Abschnitt 24, der auch als Pumpendeckel bezeichnet werden kann, und einen zweiten seitlichen Abschnitt 26, der auch als Motorflansch oder Antriebsflansch bezeichnet werden kann. Die beiden seitlichen Abschnitte 24, 26 sind einander gegenüberliegend angeordnet. Dabei liegt der Pumpenring 14 zumindest abschnittsweise zwischen den beiden seitlichen Abschnitten 24, 26 des Hydraulikgehäuses 12. Der ringförmige Abschnitt 22 hat einen ersten Kragen 74 und einen zweiten Kragen 75.
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Der Antrieb 140 hat eine Statoranordnung 145 und eine Rotoranordnung 146. Der Antrieb 140 ist teilweise an einem rohrförmigen Bereich 170 des zweiten seitlichen Abschnitts 26 befestigt
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Das Pumpengehäuse 12 hat ein Rastglied 27, welches dazu ausgebildet ist, beim Einführen des Klemmglieds 114 in das Pumpengehäuse 12 einzurasten und das Klemmglied 114 axial zu sichern. Das Einführen des Klemmglieds 114 kann vor der Montage des Antriebs 140 erfolgen.
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Der Pumpenring 14 ist verformbar und kann aus einem elastomeren Werkstoff oder einem anderen verformbaren Werkstoff ausgebildet sein.
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5 zeigt eine Seitenansicht der Pumpenvorrichtung 10 von 4.
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6 zeigt einen Querschnitt durch die Pumpenvorrichtung 10, gesehen entlang der Schnittlinie III - III von 5. Ein erster Anschluss 51 und ein zweiter Anschluss 52 sind vorgesehen, und diese Anschlüsse 51, 52 stehen in Fluidverbindung mit einer Pumpenkammer 57, welche zwischen dem ringförmigen Abschnitt 22 des Hydraulikgehäuses und einer Lauffläche 46 des Pumpenrings ausgebildet ist und sich in der Darstellung von 5 ringförmig vom ersten Anschluss 51 im Uhrzeigersinn zum zweiten Anschluss 52 hin erstreckt. Die Pumpenkammer 57 ist im Abschnitt, der sich vom ersten Anschluss 51 gegen den Uhrzeigersinn zum zweiten Anschluss 52 hin erstreckt, durch das Klemmglied 114 deaktiviert, indem das Klemmglied 114 die Lauffläche 46 des Pumpenrings 14 statisch gegen den ringförmigen Abschnitt 22 des Hydraulikgehäuses 12 presst und hierdurch einen Fluidfluss durch diesen Abschnitt verhindert oder zumindest stark verringert. Der Bereich, in dem das Klemmglied 114 die Lauffläche 46 des Pumpenrings 14 gegen den ringförmigen Abschnitt 22 presst, wird im Folgenden auch Klemmglied-Bereich 45 genannt.
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Die Darstellung ist im Inneren des Hydraulikgehäuses 12 schematisch und bezüglich der Verformung des Pumpenrings 14 übertrieben dargestellt, um das Prinzip zu erläutern.
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Die Funktionsweise der Orbitalpumpe wird im Folgenden anhand der 4 bis 6 beschrieben.
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Der Exzenter 18 sitzt auf der Welle 20 und wird von dieser angetrieben. Zum Antrieb der Welle 20 dient wiederum der Antrieb 140, typischerweise ein Motor oder Elektromotor. Gemäß einer Ausführungsform wird als Antrieb 140 ein steuerbarer Antrieb 140 vorgesehen.
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Die Welle 20 wird dabei um ihre Längsachse 21, die eine axiale Richtung der Pumpenvorrichtung 10 definiert, gedreht. Der Exzenter 18 wird somit ebenfalls in eine Drehbewegung um die Längsachse der Welle 20 bewegt. Diese Bewegung des Exzenters 18 wird über das Lager 116 und über den Pumpenringträger 16 auf den Pumpenring 14 übertragen. Der Pumpenringträger 16 und der Pumpenring 14 sind relativ zum Hydraulikgehäuse 12 drehfest, sie werden aber in Abhängigkeit von der Drehstellung des Exzenters 18 lokal näher zum ringförmigen Abschnitt 22 oder weiter weg bewegt. In 6 zeigt der Exzenter 18 in eine mit einem Pfeil 19 gekennzeichnete Richtung, im dargestellten Beispiel in Richtung 9 Uhr, d. h. der Bereich des Exzenters 18 mit der größten radialen Erstreckung zeigt in Richtung des Pfeils 19. Dies führt dazu, dass der Pumpenring 14 in diese Richtung 19 bewegt wird und im Bereich 58 gegen den ringförmigen Abschnitt 22 gepresst wird. Hierdurch wird der Pumpenkanal 57 im Bereich 58 verkleinert bzw. komplett gesperrt.
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Wenn sich nun der Exzenter im Uhrzeigersinn dreht, wandert die Stelle 58, an der der Pumpenring 14 gegen den ringförmigen Abschnitt 22 gepresst wird, ebenfall im Uhrzeigersinn mit, und hierdurch wird das Fluid in der Pumpenkammer 57 im Uhrzeigersinn vom ersten Anschluss 51 zum zweiten Anschluss 52 gepumpt bzw. transportiert. Ein fluidtechnischer Kurzschluss, bei dem das Fluid vom zweiten Anschluss 52 im Uhrzeigersinn zum ersten Anschluss 51 gelangt, wird durch das Klemmglied 114 oder eine andere Unterbrechung der Pumpenkammer 57 in diesem Bereich unterbunden.
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Die Pumpenvorrichtung 10 funktioniert auch in umgekehrter Richtung, indem die Drehrichtung des Exzenters 18 umgedreht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013104245 A1 [0005]
- WO 2012/126544 A1 [0006]
