DE102017102083A1

DE102017102083A1 - Pumpe

Info

Publication number: DE102017102083A1
Application number: DE102017102083.7A
Authority: DE
Inventors: Francesco Monteleone
Original assignee: Am Smart Energy Ug (haftungsbeschrankt); Am Smart Energy Ug Haftungsbeschraenkt
Current assignee: Am Smart Energy Ug (haftungsbeschrankt); Am Smart Energy Ug Haftungsbeschraenkt
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2018-08-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe zum Pumpen von Gasen oder Flüssigkeiten, die einen Pumpenkörper, einen Pumpantrieb mit einer Linearantriebswelle (A) und eine Vielzahl von Pumpzylindern (C) mit Kolben (B) umfasst. Die Pumpzylinder sind innerhalb des Pumpenkörpers (H) parallel zueinander angeordnet und liegen mit jeweils einem Ende der Kolbenstangen der Pumpzylinder (C) an zwei Seiten der Linearantriebswelle (A) an. Die senkrecht zu den Pumpzylindern (C) angeordnete Linearantriebswelle (A) weist ein Profil auf, das mindestens einen Ausdehnungsbereich aufweist, an dem die senkrecht zur Längsachse der Linearantriebswelle verlaufenden Ausmaße der Welle größer sind als an den Enden der Linearantriebswelle. Mit einer alternierenden Translationsbewegung der Welle entlang ihrer Längsrichtung und senkrecht zur Zylinderachse der Pumpzylinder werden die Zylinderkolben zu Hub- und Senkbewegungen innerhalb der Pumpzylinder angetrieben.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße Pumpe kann zum Pumpen verschieden viskoser Flüssigkeiten und Gase bzw. Luft verwendet werden und umfasst eine Vielzahl Pumpzylinder.
STAND DER TECHNIK
Mehrkolbenpumpen, die zum Pumpen von Flüssigkeiten über mehrere Pumpzylinder verfügen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise ist aus der DE 10 2008 036 416 B4 eine Mehrkolbenpumpe als Rückförderpumpe einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage bekannt. Die dort beschriebene Mehrkolbenpumpe umfasst drei Pumpzylinder, die jeweils radial um 120° zueinander versetzt um einen die Zylinderkolben antreibenden Exzenterantrieb angeordnet sind. Eine solche Anordnung der Pumpzylinder hat den Vorteil, dass präzise bekannt ist, zu welchem Zeitpunkt der Exzenterdrehung eine Pumpförderung des Fluids zu erwarten ist. So fördert ein erster Pumpzylinder eine entsprechenden Menge Fluid bei einer Drehposition der Antriebswelle zwischen 0° und 120°, während ein zweiter Pumpzylinder bei einer Drehposition der Antriebswelle zwischen 120° und 240° fördert und ein dritter Pumpzylinder bei einer Drehposition der Welle zwischen 240° und 360°. Da für die genannten Winkelbereiche jeweils nur ein Pumpzylinder fördert und die anderen beiden keinen Beitrag zum Förderstrom leisten, besteht der resultierende Gesamtförderstrom aus drei einzelnen, weitestgehend nicht miteinander überlappenden Pumppulsen. Somit kann exakt geregelt werden, zu welchen Zeiten eine bestimmte Förderleistung zu erwarten ist.
Aus der WO 2011/000602 A1 ist eine Mehrkolbenpumpe bekannt, die zwei Pumpzylinder und einen Ausgleichszylinder umfasst, die jeweils radial um einen die Zylinder antreibenden Exzenterantrieb herum angeordnet sind. Die beiden Pumpzylinder sind derart winkelversetzt zueinander angeordnet, dass deren pulsierende Einzelförderströme eine Phasenverschiebung von 90° zueinander aufweisen, während der Ausgleichskolben mit einer Phasenverschiebung von 135° angeordnet ist. Die Phasenverschiebung der pulsierenden Einzelförderströme um 90° und des Ausgleichszylinders um 135° resultiert darin, dass nach Addition der Einzelförderströme die Pulsation der Einzelförderströme substantiell kompensiert werden und ein Gesamtförderstrom mit vergleichsweise niedriger Pulsation erzeugt werden kann, was bei pulsierenden Förderströmen gleicher Phase oder aber bei lediglich einem Einzelförderstrom aus Konstruktionsgründen der Hubkolbenpumpe nicht möglich ist.
Nachteilig an beiden erwähnten herkömmlichen Mehrkolbenpumpen ist jedoch, dass aufgrund der geringen Anzahl an am Pumpzyklus beteiligten Pumpzylindern der Exzenterantrieb mit einer hohen Frequenz und somit mit einer hohen Motorleistung betrieben werden muss, um eine gewünschte Pumpleistung der Pumpe zu erreichen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Ausgehend vom Stand der Technik ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung somit, eine Mehrkolbenpumpe zu schaffen, die zum einen über einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Pumpwirkungsgrad verfügt und zum anderen einen Gesamtförderstrom mit möglichst niedriger Pulsation aufweist. Insbesondere soll die Pumpe zur wirtschaftlichen Erzeugung von Druckluft eingesetzt werden.
TECHNISCHE LÖSUNG
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Pumpe umfasst wenigstens einen Pumpenkörper, einen Pumpantrieb mit einer Linearantriebswelle und eine Vielzahl an Pumpzylindern mit Zylinderkolben.
Die Linearantriebswelle und die Vielzahl von Pumpzylindern sind im Pumpenkörper ausgebildet und derart angeordnet, dass die Pumpzylinder quer, insbesondere rechtwinklig zur Längsachse der Linearantriebswelle orientiert sind und die oberen Enden der Kolbenstangen an der Seitenfläche der Linearantriebswelle anliegen.
Die Linearantriebswelle weist ein Wellenprofil auf, das bezüglich der Längsachse der Linearantriebswelle an mindestens einem Punkt eine nicht verschwindende Krümmung aufweist. Mit anderen Worten, weisen die Seitenflächen der Linearantriebswelle in Längsrichtung Ausdehnungsbereiche auf, in denen der Radius der Welle gegenüber dem Radius in Endbereichen der Welle vergrößert ist. Entlang der Längsrichtung weist das Wellenprofil somit Krümmungsbereiche auf die je nach Wellenprofil konvexe oder konkave Krümmungen aufweisen können. Je nach Ausgestaltung kann das Wellenprofil sowohl nur einen Ausdehnungsbereich als auch mehrere Ausdehnungsbereiche aufweisen, die in Längsrichtung nebeneinander ausgebildet sind und durch Verjüngungsbereiche voneinander getrennt sind.
Die Linearantriebswelle wird über einen Exzenterantrieb, einen Linearantrieb oder jeden anderen geeigneten Antriebsmechanismus angetrieben. Der Antriebsmechanismus greift hierbei derart an den Enden der Linearantriebswelle an, dass diese eine alternierende Translationsbewegung vollzieht. Die Linearantriebswelle kann auch alternativ an einem Ende mit einer Sprungfeder oder einer Luftfederung oder andersartigen Federung ausgestaltet sein, die eine dem Antriebsmechanismus entgegen gerichtete Rückstellkraft bereitstellt. Die Betriebsfrequenz der alternierenden Translationsbewegung der Linearantriebswelle kann beliebig gewählt und den Anforderungen entsprechend angepasst werden.
Die Pumpzylinder sind innerhalb des Pumpenkörpers derart angeordnet, dass diese mindestens zwei Gruppen bilden, von denen jeweils eine Gruppe an einer Längsseite der Linearantriebswelle ausgebildet ist. Die Pumpzylinder sind dabei quer, insbesondere senkrecht zur Längsachse der Linearantriebswelle ausgerichtet und liegen mit einem Ende der Kolbenstange der Zylinderkolben an den Seitenflächen der Linearantriebswelle an. Innerhalb der Pumpzylinder ist eine Sprungfeder ausgebildet, die dafür sorgt, dass im unbelasteten Zustand des Pumpzylinders der Zylinderkolben aus dem Zylinder heraus getrieben wird. Im zur Linearantriebswelle entgegengesetzten Ende des Pumpzylinders sind jeweils ein Einlass und ein Auslass ausgebildet, über die der Zylinder das Pumpfluid ansaugen und wieder herausdrücken kann. Der Einlass und der Auslass jedes Zylinders sind jeweils mit dem Einlass und dem Auslass der Pumpe verbunden und sind jeweils mit Rückschlagventilen ausgebildet. Darüber hinaus sind an den an der Linearantriebswelle angeordneten Enden der Kolbenstangen Abrollvorrichtungen drehbar ausgebildet.
Durch die Vorspannung der Sprungfedern im Inneren der Pumpzylinder werden die Abrollvorrichtungen am oberen Ende der Kolbenstangen derart gegen die Seitenflächen der Linearantriebswelle gepresst, dass gewährleistet ist, dass die Abrollvorrichtungen zu jeder Zeit die Seitenflächen der Linearantriebswelle kontaktieren. Da die Pumpzylinder vorzugsweise parallel zueinander und rechtwinklig und im gleichen Abstand zur Längsachse der Linearantriebswelle angeordnet sind, bewirkt das charakteristische Wellenprofil der Linearantriebswelle, dass Zylinderkolben, die an einem Ausdehnungsbereich der Linearantriebswelle anliegen, weit in den Pumpzylinder gedrückt sind, während Zylinderkolben, die an einem Verjüngungsbereich der Linearantriebswelle anliegen, weniger weit in den Pumpzylinder gedrückt sind. Vollzieht die Linearantriebswelle nun eine Translationsbewegung entlang ihrer Längsachse, also z.B. in rechtwinkliger Richtung zur Zylinderachse der Pumpzylinder, folgen die Zylinderkolben dem Höhenprofil der Seitenfläche der Linearantriebswelle, indem Zylinderkolben durch die Ausdehnungsbereiche in die Pumpzylinder gedrückt werden und durch die Rückstellkraft der Sprungfeder im Inneren der Pumpzylinder wieder aus dem Zylinder herausgetrieben werden, falls das Höhenprofil der Welle für die Position dieses Zylinders einen Verjüngungsbereich aufweist.
Bei einer alternierenden Translationsbewegung der Linearantriebswelle werden die Pumpzylinder demnach nacheinander von den Ausdehnungsbereichen des Höhenprofils der Linearantriebswelle in den Pumpzylinder gedrückt und durch die Sprungfeder wieder herausgetrieben, wenn auf den Ausdehnungsbereich ein Verjüngungsbereich folgt. Somit vollziehen die nebeneinander angeordneten Pumpzylinder nacheinander einen vollständigen Pumpzyklus.
Da entlang der Längsachse mehrere Pumpzylinder angeordnet werden können und jeweils auf mehreren Seiten der Linearantriebsfläche Pumpzylinder angeordnet sein können, können während einer Translationsbewegung der Linearantriebswelle mehrere Pumpzyklen durchlaufen werden, und somit mehrere Einzelförderströme erzeugt werden. Darüber hinaus kann die Linearantriebswelle mit unterschiedlichen Wellenprofilen ausgebildet sein, die beispielsweise eine Vielzahl von Ausdehnungs- und Verjüngungsbereichen aufweisen. Somit kann für jede Translationsbewegung der Linearantriebswelle jeder einzelne Pumpzylinder mehrere vollständige Pumpzyklen durchlaufen. Folglich ist in Abhängigkeit der Anzahl von Pumpzylindern und der jeweiligen Ausgestaltung des Wellenprofils der Linearantriebswelle eine Vielzahl von vollständig durchlaufenen Pumpzyklen pro Translationsbewegung der Linearantriebswelle möglich.
Dies hat den Vorteil, dass zum Erzielen einer vorbestimmten Pumpleistung die Linearantriebswelle in einer weitaus geringeren Frequenz zur alternierenden Translationsbewegung angetrieben werden kann, als dies bei der konventionellen Mehrkolbenpumpe mit Exzenterantrieb gemäß Stand der Technik der Fall ist. Und eine geringere Antriebsfrequenz, sprich eine verringerte Antriebsleistung, bei gleicher Pumpleistung entspricht einem erhöhten Pumpwirkungsgrad. Die erfindungsgemäße Pumpe ist demnach in der Lage gegenüber dem Stand der Technik einen erhöhten Wirkungsgrad zu erzielen.
Da die Pumpzylinder nebeneinander angeordnet sind und die Linearantriebswelle in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht zur Zylinderachse an diesen entlang gleitet, durchlaufen die einzelnen Pumpzylinder die jeweiligen Pumpzyklen zueinander zeitversetzt. Dies hat zur Folge, dass die jeweiligen Einzelförderströme eine Phasenverschiebung zueinander aufweisen. Je nach Anordnung der Pumpzylinder zueinander und nach Ausgestaltung des Höhenprofils der Linearantriebswelle können die Phasendifferenzen der jeweiligen pulsierenden Einzelförderströme derart angepasst werden, dass die Pulsation des resultierenden Gesamtförderstroms kompensiert wird. Aufgrund der hohen Anzahl an Einzelförderströmen kann ein wesentlich konstanterer Gesamtförderstrom erreicht werden, als dies im Stand der Technik der Fall.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Hierbei zeigt

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Pumpe,
2 eine schematische Detailansicht verschiedener in der erfindungsgemäßen Pumpe verwendbarer Pumpzylinder, Kolben, Federn, Dichtringe und Abrollvorrichtungen,
3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Pumpe,
4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Pumpe und
5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Pumpe.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe mit einem Pumpenkörper H, einem Pumpenantrieb mit einer Linearantriebswelle A und einer Vielzahl von Pumpzylindern C. Die Pumpzylinder C sind jeweils innerhalb des Pumpenkörpers H angeordnet und sind zu zwei Gruppen von jeweils fünf Pumpzylindern C zusammengefasst. Die Anzahl der Zylindergruppen wie auch die Anzahl der Pumpzylinder C innerhalb einer Gruppe können hierbei variieren und den Anforderungen entsprechend abweichend ausfallen. Die hier dargestellten Ausführungsbeispiele dienen lediglich zu illustrativen Zwecken.
Die Pumpzylinder C innerhalb einer Zylindergruppe sind beabstandet zueinander angeordnet und jeweils derart parallel zueinander ausgerichtet, dass die Längsachsen der Pumpzylinder C parallel zur Längsachse des Pumpenkörpers H verlaufen. Die oberen Enden der Kolbenstangen B der Zylinderkolben weisen hierbei in die Mitte des Pumpenkörpers H und in Richtung der jeweils anderen gegenüber angeordneten Gruppe von Pumpzylindern C, wodurch Pumpzylinder C unterschiedlicher Zylindergruppen jeweils antiparallel zueinander ausgerichtet sind. Die Pumpzylinder C weisen in ihrem Bodenbereich einen mit dem Pumpenkörper H kommunizierenden Einlass und einen mit der Auslassleitung G kommunizierenden Auslass auf. Der Einlass und der Auslass der einzelnen Pumpzylinder sind jeweils als Durchschlagventile ausgestaltet. Die Pumpzylinder weisen am Zylinderboden eine Sprungfeder auf, die die Zylinderkolben aus den Pumpzylinder treiben, sodass in der Ausgangstellung des Pumpzylinders der Zylinderkolben in ausgefahrener Stellung verweilt. An dem der Linearantriebswelle A zugeordnetem Ende der Kolbenstange B ist eine Abrollvorrichtung E ausgebildet, die als eine Abrollrolle oder als eine Abrollkugel oder als jede andere geeignete Bauform ausgestaltet sein kann.
Mittig im Pumpenkörper H ist die Linearantriebswelle A angeordnet, deren beiden Enden aus dem Pumpenkörper H herausreichen. Angetrieben wird die Linearantriebswelle A von einem außerhalb des Pumpenkörpers angeordneten und nicht abgebildeten Pumpantrieb, der ein Exzenterantrieb, ein Linearantrieb oder ein anderer geeigneter Antriebsmechanismus sein kann. Die Linearantriebswelle A und die Pumpzylinder C sind jeweils derart im Pumpenkörper H angeordnet und die Kolbenstangen B werden derart von der Sprungfeder gegen die Linearantriebswelle A gedrückt, dass die Abrollvorrichtungen E an den oberen Enden der Kolbenstangen B zu jeder Zeit an der Linearantriebswelle anliegen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Linearantriebswelle A senkrecht zur Längsachse des Pumpenkörpers H und die Pumpzylinder C jeweils parallel zur Längsachse des Pumpenkörpers H angeordnet. Dies muss jedoch nicht zwangsläufig der Fall sein und die Ausrichtung der Linearantriebswelle A und der Pumpzylinder C relativ zum Pumpenkörper H kann variabel gestaltet werden. Die Ausrichtung der Pumpzylinder C relativ zur Linearantriebswelle A ist jedoch quer, insbesondere rechtwinklig.
Die Linearantriebswelle A weist in Achsrichtung ein Höhenprofil auf, das in mindestens einem Punkt eine bezüglich der Längsachse nicht verschwindende Krümmung aufweist. In der hier dargestellten Ausführungsform weist die Linearantriebswelle A eine Keulenform auf, bei der der Mittelbereich der Welle als ein Ausdehnungsbereich ausgebildet ist, der einen substantiell größeren Radius als die Endbereiche der Welle aufweist, wobei der maximale Radius in der Wellenmitte angeordnet ist und das Wellenprofil somit spiegelsymmetrisch bezüglich der Längsachse und einer zur Längsachse senkrechten und durch den Mittelpunkt der Welle verlaufenden Achse ist. Das Profil der Linearantriebswelle A ist jedoch nicht auf die in 1 beschriebene Form beschränkt und kann in anderen Ausführungsformen anders ausgestaltet sein, beispielsweise mit mehreren Ausdehnungsbereichen, die jeweils durch Verjüngungsbereiche voneinander getrennt sind, wie in den 3 und 4 gezeigt, oder mit nicht spiegelsymmetrischen Profilen (nicht dargestellt).
Für den Pumpbetrieb der erfindungsgemäßen Pumpe wird die Linearantriebswelle H mittels des außerhalb des Pumpenkörpers angeordneten Pumpantriebs zu einer alternierenden Translationsbewegung angetrieben, wie in 1 mit den beiden Doppelpfeilen an den Enden der Linearantriebswelle A angedeutet ist. Durch die alternierende Translationsbewegung der Linearantriebswelle A vollzieht der Ausdehnungsbereich der Welle innerhalb des Pumpenkörpers H eine Hin- und Her-Bewegung senkrecht zur Längsachse des Pumpenkörpers H und senkrecht zur Ausrichtung der Pumpzylinder C. Die Kolbenstangen B, die durch die Sprungfeder aus dem Pumpzylinder C heraus getrieben werden und mit der Abrollvorrichtung E an der Linearantriebswelle A anliegen, folgen dem Wellenprofil und werden somit abwechselnd vom Ausdehnungsbereich in den Pumpzylinder C gedrückt oder aber mittels der Sprungfeder aus diesem wieder herausgedrückt, wenn das Wellenprofil dies zulässt. Wird die Linearantriebswelle A und somit der Ausdehnungsbereich des Wellenprofils von einer Seite des Pumpenkörpers H zur gegenüberliegenden Seite bewegt, so drückt der Ausdehnungsbereich des Wellenprofils nacheinander die Kolbenstangen B der nebeneinander angeordneten Pumpzylinder C in die Zylinderkörper. Sobald das Maximum des Ausdehnungsbereichs des Wellenprofils an einem Pumpzylinder C vorbeigelaufen ist und sich das Wellenprofil bei weiterer Translationsbewegung der Linearantriebswelle wieder verjüngt, bewegt sich die Kolbenstange B und der damit verbundene Zylinderkolben, durch die Sprungfeder angetrieben, allmählich wieder auf ihre Ausgangsposition. Auf diese Weise durchläuft jeder Pumpzylinder C einen vollständigen Pumpzyklus, bei dem das Pumpvolumen des Pumpzylinders C jeweils einmal seinen maximalen und minimalen Wert annimmt und am Ende seinen Ausgangswert wieder erreicht. Je nach Ausgestaltung des Wellenprofils der Linearantriebswelle A, beziehungsweise nach Lage der Pumpzylinder C, mittig oder am Rand der Gruppe angeordnet, kann somit mit einer vollständigen Hin- und Her-Bewegung der Linearantriebswelle A jeder Pumpzylinder C zum Durchlaufen einer Vielzahl von Pumpzyklen angetrieben werden.
Wie hier verdeutlicht wird, ist ein weiterer Vorteil gegenüber der herkömmlichen exzenterbetriebenen Mehrkolbenpumpe der, dass der charakteristische Aufbau der erfindungsgemäßen Pumpe eine nahezu unbegrenzte Anzahl an Pumpzylindern zulässt, während bei einer herkömmlichen Mehrkolbenpumpe diese Anzahl durch die Dimensionen der Exzenterscheibe beschränkt ist. Eine hohe Anzahl von Pumpzylindern ist aber nun dadurch vorteilhaft, da zum Erzielen einer vorgegebenen Pumpleistung Pumpzylinder mit geringerem Hubraum verwendet werden können und diese durch die Aufteilung der Last auf mehrere Zylinder geringeren Belastungen ausgesetzt sind.
Während jedes Pumpzyklus saugt jeder Pumpzylinder C ein maximales Zylindervolumen an Pumpfluid über den mit dem Pumpenkörper H und dem Einlass F des Pumpenkörpers H kommunizierenden Einlass innerhalb des Zylinders an und pumpt ein maximales Zylindervolumen an Pumpfluid über den Auslass innerhalb des Zylinders an den Auslass G des Pumpenkörpers H wieder ab. Der Gesamtförderstrom der Pumpe ergibt sich nun durch Addition der jeweiligen Einzelförderströme der einzelnen Pumpzylinder C. Da die Pumpzylinder C einer Gruppe jedoch beabstandet zueinander nebeneinander, beziehungsweise bezüglich der Translationsrichtung der Linearantriebswelle A nacheinander, angeordnet sind, durchlaufen die Pumpzylinder C einer Gruppe zeitlich versetzt die jeweiligen Pumpzyklen und erzeugen zeitlich versetzt pulsierenden Förderströme. Folglich weisen die durch die jeweiligen Pumpzylinder C einer Gruppe erzeugten Förderströme eine Phasenverschiebung zueinander auf. Der Gesamtförderstrom der Pumpe ergibt sich nun aus der Additionen der einzelnen pulsierenden Förderströme der jeweiligen Pumpzylinder C. Die Phasenverschiebungen der Einzelförderströme ergibt sich aus der charakteristischen Ausgestaltung des Wellenprofils und dem seitlichen Abstand der Pumpzylinder C zueinander. Daher können durch Variationen des Wellenprofils und der seitlichen Zylinderabstände die Phasenverschiebungen der Einzelförderströme derart angepasst werden, dass nach Addition der Einzelförderströme zum Gesamtförderstrom dieser einen möglichst konstanten zeitlichen Verlauf ohne starke Pulsation aufweist. Eine hohe Anzahl im richtigen Abstand zueinander nebeneinander angeordneter Pumpzylinder und eine vorteilhafte Phasenverschiebung der Einzelförderströme, die bei n Pumpzylindern 90°/n beträgt, trägt ebenfalls zu einer geringen Pulsation des Gesamtförderstroms bei.
In 2 ist eine Detailansicht der in der Erfindung verwendeten Pumpzylinder gezeigt. Die Pumpzylinder umfassen einen Zylinder E und einen Zylinderkolben A mit einer Kolbenstange, wobei der Zylinderkolben A in dem Zylinder E Hub- und Senkbewegungen ausführen kann. Mittels einer Sprungfeder B, die am Boden des Zylinders E oder am oberen Rand des Zylinders E (rechte Abbildung) ausgebildet sein kann, wird der Zylinderkolben A aus dem Zylinder heraus getrieben. In unbelasteter Ausgangsstellung des Pumpzylinders befindet sich der Zylinderkolben A demnach in herausgetriebener Stellung, wobei das Pumpvolumen des Zylinders E in dieser Stellung maximal ist. Übt die Linearantriebswelle aufgrund ihres Wellenprofils einen Druck auf den anliegenden Bereich der Kolbenstange aus, wird der Kolben A in den Zylinder E getrieben, wodurch die Feder B gespannt wird und das Pumpfluid über den Auslass des Zylinders E, hier nicht dargestellt, aus dem Zylinder E gepresst. Verringert sich der von der Linearantriebswelle auf die Kolbenstange A ausgeübte Druck, treibt die vorgespannte Feder B den Kolben A wieder aus dem Zylinder E heraus und der Zylinder füllt sich über den Einlass des Zylinders, nicht dargestellt, mit Pumpfluid. Der Pumpzyklus ist damit abgeschlossen.
Am von der Feder B abgewandten Ende der Kolbenstange A ist eine Abrollvorrichtung C ausgebildet, die dazu dient, die Reibung zwischen Kolbenstange A und Linearantriebswelle bei deren alternierender Translationsbewegung senkrecht zur Zylinderachse zu verringern. Durch die Abrollvorrichtung C gleitet die Linearantriebswelle in senkrechter Richtung zur Zylinderachse nahezu reibungsfrei an den oberen Enden der Kolbenstangen A entlang und die Kolbenstangen A, durch die Rückstellfedern B gegen die Linearantriebswelle gepresst, folgen dem Wellenprofil und vollziehen durch das Wellenprofil angetrieben eine Auf- und Ab-Bewegung. Aufgrund der Abrollvorrichtung C kann somit durch die senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Translationsbewegung in Verbindung mit dem Wellenprofil eine Schubkraft entlang der Zylinderachse erzeugt und derart auf die Kolbenstangen A umgelenkt werden, dass die Kraftkomponente entlang der Zylinderachse dominiert, während die Kraftkomponente senkrecht zur Zylinderachse einen vergleichsweise vernachlässigbaren Wert annimmt. Dies hat den Vorteil, dass einerseits Reibungsverluste, die ansonsten zwischen Linearantriebswelle und Kolbenstange A auftreten würden, vernachlässigbar werden und Motorleistung mit einem höheren Wirkungsgrad in Pumpleistung umgewandelt werden kann, und andererseits, dass aufgrund der geringen senkrechten Komponente, der auf die Kolbenstange A wirkenden Schubkraft, ein Verkippen der Kolbenachse relativ zur Zylinderachse und folglich ein Verkanten des Zylinderkolbens A innerhalb des Zylinders E vermieden wird, wodurch der Verschleiß der Pumpzylinder verringert und die Lebensdauer erhöht wird. Zur weiteren Erhöhung des Pumpwirkungsgrads sind am Boden der Zylinderkolben Dichtungsringe F, mindestens aber ein Dichtungsring F, ausgebildet.
Wie in der rechten Abbildung von 2 gezeigt, kann die Sprungfeder B auch am oberen Rand der Zylinders E ausgebildet werden. Hierbei greift die Feder B dann nicht am Boden des Zylinderkolbens A.1 an, sondern an einem oberen Ausdehnungsbereich der Kolbenstange A.1, der sich oberhalb des Zylinders E befindet und nicht in diesen hineinreicht. Unterhalb des Ausdehnungsbereichs weist die Kolbenstange A.1 einen Verjüngungsbereich auf, der vom Ausdehnungsbereich bis zum Zylinderboden A.1 reicht.
Die Abrollvorrichtung C kann als eine Abrollrolle C oder als eine Abrollkugel C.1 ausgestaltet werden, die in einer der Abrollkugel C.1 entsprechend geformten Aufnahmeausnehmung am oberen Ende der Kolbenstange A drehbar ausgebildet ist.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Grundprinzip der Erfindung ist auch weiterhin beibehalten und die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich im Wesentlichen von der oben beschriebenen Ausführung darin, dass zum einen die Linearantriebswelle B entlang der Längsrichtung des Pumpenkörpers A und die Pumpzylinder C folglich senkrecht zur Längsrichtung des Pumpenkörpers A angeordnet sind. Des Weiteren weist die Linearantriebswelle B ein gegenüber der ersten Ausführungsform abgeändertes Wellenprofil auf, das im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel zwei Ausdehnungsbereiche umfasst, die jeweils durch einen Verjüngungsbereich voneinander getrennt sind.
In 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel gezeigt, das sich darin von den vorherigen Ausführungsbeispielen unterscheidet, dass in diesem zwei Linearantriebswellen A mit jeweils zwei Gruppen von Pumpzylindern D innerhalb des Pumpenkörpers ausgebildet sind. Die beiden Linearantriebswellen A sind parallel zur Längsrichtung des Pumpenkörpers auf einer Linie ausgebildet und werden durch einen mittig innerhalb des Pumpenkörpers ausgebildeten und zwischen den Linearantriebswellen A angeordneten Exzenterantrieb Ex zur alternierenden Translationsbewegung angeregt. Am jeweils dem Exzenterantrieb Ex entgegengesetzten Ende der Linearantriebswellen A greift eine Sprungfeder F an, die zwischen dem Längsende der Linearantriebswellen A und der Innenwand des Pumpenkörpers ausgebildet ist und eine Rückstellkraft zum Exzenterantrieb Ex bereitstellt. Die beiden Linearantriebswellen A werden somit mittels des Exzenterantriebs zu einer gegenphasigen alternierenden Translationsbewegung angeregt, die, wie bereits besprochen, im Zusammenspiel mit den Wellenprofilen die Pumpzylinder D zu Hub- und Senkbewegungen anregen und somit die Pumpleistung bereitstellen.
Des Weiteren ist in 4 eine dritte Ausführungsform des Wellenprofils der Linearantriebswelle A dargestellt, das in dieser Ausführung drei entlang der Längsrichtung der Linearantriebswelle angeordnete Ausdehnungsbereiche aufweist, die jeweils von zwei dazwischen ausgebildeten Verjüngungsbereichen getrennt sind.
In 5 ist ein weiteres viertes Ausführungsbeispiel gezeigt, das sich dadurch auszeichnet, dass in diesem Fall vier Linearantriebswellen A mit jeweils zwei Gruppen von Pumpzylindern (nicht dargestellt) innerhalb des Pumpenkörpers ausgebildet sind. Die vier Linearantriebswellen A sind derart radial um einen mittig im Pumpenkörper ausgebildeten Exzenterantrieb Ex herum angeordnet, dass sich gegenüberliegende Linearantriebswellen A jeweils parallel und benachbarte Linearantriebswellen A senkrecht zueinander angeordnet sind. Die Rückstellkräfte zu dem Exzenterantrieb Ex stellen, wie im letzten Ausführungsbeispiel, Sprungfedern D bereit, die an den jeweils dem Exzenterantrieb Ex entgegengesetzten Enden der Linearantriebswellen A ausgebildet sind und mit den entsprechenden Innenwänden des Pumpenkörpers in Verbund stehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008036416 B4 [0002]
WO 2011/000602 A1 [0003]

Claims

Pumpe zum Pumpen von Flüssigkeiten oder Gasen mit einem Pumpenkörper (H), einem Pumpantrieb mit einer Linearantriebswelle (A) und einer Vielzahl von Pumpzylindern (C) mit Zylinderkolben, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpzylinder (C) innerhalb des Pumpenkörpers (H) in mehreren, jedoch mindestens zwei, Gruppen angeordnet sind, wobei jede Gruppe mindestens einen, vorzugsweise n Pumpzylinder (C) mit n gleich einer ganzen Zahl umfasst, wobei die Pumpzylinder (C) einer Gruppe beabstandet und parallel zueinander angeordnet sind, und wobei die Pumpzylinder (C) unterschiedlicher Gruppen beabstandet und antiparallel zueinander angeordnet sind, dass zwischen den mindestens zwei Gruppen von Pumpzylindern (C) die Linearantriebswelle (A) derart ausgebildet ist, dass die Linearantriebswelle (A) die Zylinderkolben (B) der Pumpzylinder (C) der mindestens zwei Gruppen von Pumpzylindern (C) kontaktiert und in einer zur Zylinderachse der Pumpzylinder (C) quer, insbesondere senkrecht orientierten Richtung entlang ihrer Längsachse alternierend translativ bewegen kann, und dass das Profil der Linearantriebswelle eine relativ zur Achsrichtung der Linearantriebswelle nicht verschwindende Krümmung aufweist.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die n Pumpzylinder (C) innerhalb einer Gruppe derart zueinander beabstandet sind, dass der Förderstrom des n-ten Pumpzylinders (C) gegenüber dem Förderstrom des (n-1)-ten Pumpzylinders um vorzugsweise 90/n° phasenverzögert ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearantriebswelle (A) in Achsrichtung ein Profil mit mindestens einem Ausdehnungsbereich aufweist, für den der Radius der Linearantriebswelle (A) substantiell größer ist als der Radius der Endbereiche der Linearantriebswelle (A).
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearantriebswelle (A) in Achsrichtung ein Profil mit einer Vielzahl von Ausdehnungsbereichen aufweist, für die der Radius der Linearantriebswelle (A) substantiell größer ist als der Radius der Endbereiche der Linearantriebswelle (A), wobei die Ausdehnungsbereiche durch Verjüngungsbereiche voneinander getrennt sind, für die der Radius der Linearantriebswelle (A) substantiell kleiner ist als der Radius der Ausdehnungsbereiche.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pumpzylinder (C) ein Zylindergehäuse (C) und einen im Zylindergehäuse (C) zur Längsachse des Gehäuses translativ bewegbaren Zylinderkolben (B) aufweist, wobei der Zylinderkolben (B) mittels einer am Boden des Zylindergehäuses (C) ausgebildeten Feder derart aus dem Gehäuse herausgetrieben wird, dass das obere Ende des Zylinderkolbens (B) zu jeder Zeit an der Linearantriebswelle (A) anliegt.
Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder am oberen Rand des Zylindergehäuses (C) ausgebildet ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende des Zylinderkolbens (B) eines jeden Pumpenzylinders (C) eine Abrollvorrichtung (E) drehbar ausgebildet ist, wobei der Zylinderkolben (B) derart mit der Abrollvorrichtung (E) an der Linearantriebswelle (A) anliegt, dass diese während ihrer Translationsbewegung an dem Zylinderkolben (B) abrollen kann und der Zylinderkolben (B) dem Profil der Linearantriebswelle (A) folgen kann und im Zylindergehäuse (C) eine Hub- und Senkbewegung vollzieht.
Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrollvorrichtung (E) eine Abrollrolle oder eine Abrollkugel ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pumpzylinder (C) ein Einlass- und ein Auslassventil aufweist, wobei das Einlass- und das Auslassventil jeweils als Rückschlagventil ausgebildet sind.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe zwei, drei oder vier Linearantriebswellen (A) umfasst, die jeweils radial um einen Exzenterantrieb (Ex) herum angeordnet sind, der die Linearantriebswellen (A) zur alternierenden Translationsbewegung anregt, wobei ein Ende der Linearantriebswellen (A) an dem Exzenterantrieb (Ex) anliegt und das jeweils andere Ende der Linearantriebswellen (A) mittels einer an der Innenwand des Pumpenkörpers (H) ausgebildeten Rückstellfeder (F) angetrieben wird, und wobei um jede Linearantriebswelle (A) jeweils zwei Gruppen Pumpzylinder (C) angeordnet sind.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearantriebswelle (A) jeweils mittels eines Exzenterantriebs (Ex), eines Linearantriebs oder jedem anderen geeigneten Antriebsmechanismus zur alternierenden Translationsbewegung angetrieben werden kann.