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Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobile Pumpenvorrichtung insbesondere für den Einsatz an mobilen Verkehrsmitteln wie zum Beispiel Sattelaufliegern, Tankanhängern, Tankaufliegern, Tankwagen und Lastkraftwagen. Dabei umfasst die mobile Pumpenvorrichtung eine Rotationskolbenpumpe mit einem Gehäuse und zwei daran ausgebildeten Pumpenöffnungen, von denen eine als Pumpeneinlass und die andere als Pumpenauslass dient. Weiterhin sind in dem Gehäuse in einem Pumpenraum wenigstens zwei Rotoreinheiten drehbar aufgenommen, um ein Fluid von dem Pumpeneinlass zu dem Pumpenauslass zu fördern. Dabei werden mit der erfindungsgemäßen mobilen Pumpenvorrichtung vorzugsweise Flüssigkeiten aus dem Lebensmittelbereich gefördert, die insbesondere auch erhöhte Viskositätswerte aufweisen können. Beispielsweise kann Honig mit einer Viskosität von etwa 10.000 abgefüllt werden. Möglich ist auch die Abfüllung von Traubensaft oder Olivenöl, welches eine Viskosität von etwa 100 aufweist. Möglich ist auch die Abfüllung von Lebensmittelzutaten oder anderen Flüssigkeiten. Gegebenenfalls kann eine Beheizung bei der Abfüllung erfolgen, um die Viskosität des abzufüllenden Fluids in den gewünschten Bereich einzustellen.
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Im Stand der Technik sind verschiedene Pumpenvorrichtungen bekannt geworden, um Lebensmittel oder Chemikalien abzufüllen. Beispielsweise offenbart die
US 2 880 676 A eine Kombination eines Motors und einer Pumpe, wobei die Pumpe als Zahnradpumpe oder Kreiskolbenpumpe ausgeführt ist und zwei gegenläufig drehende Kolben umfasst. Die drehenden Kolben der Kreiskolbenpumpe werden über ineinander eingreifende Zahnräder angetrieben, an die ein Antriebsritzel angeschlossen ist. Der Motor ist senkrecht oberhalb der Pumpe angeordnet, um den Bereich unterhalb des Motors hygienisch sauber halten zu können. Die bekannte Pumpenvorrichtung funktioniert grundsätzlich und kann leicht sauber gehalten werden. Für den mobilen Einsatz eignet sich eine solche Pumpen-Motorkombination aber nicht, da diese bekannte Kombination sehr viel Platz benötigt. Insbesondere beim Einsatz an Tankanhängern oder an Lastkraftwagen ist der zur Verfügung stehende Platz jedoch meist sehr begrenzt.
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Mit der
EP 2 306 023 B1 ist eine Pumpenvorrichtung mit einem Motor, einem Untersetzungsgetriebe und einer Drehkolbenpumpe mit auswählbaren Montieroptionen bekannt geworden, die auch im mobilen Bereich eingesetzt wird. Bei der bekannten Drehkolbenpumpenvorrichtung wird der elektrische Antriebsmotor an ein separates Untersetzungsgetriebe angeschlossen. Das Untersetzungsgetriebe dreht auf seiner Ausgangsseite mit einer Drehzahl die kleiner ist als die Drehzahl des Motors. Die Ausgangswelle des Untersetzungsgetriebes treibt eine Antriebswelle der Drehkolbenpumpe an, die über miteinander gekoppelte Zahnräder die Drehung auf eine parallel dazu angeordnete Zwischenwelle überträgt. Die Antriebswelle und die Zwischenwelle der Drehkolbenpumpe sind jeweils mit einem Drehkolben ausgerüstet und leiten das zu fördernde Fluid von dem Pumpeneinlass zum Pumpenauslass. In der Drehkolbenpumpe erfolgt die Aufteilung der Antriebskraft auf die Antriebswelle und die Zwischenwelle. Die Drehkolbenpumpe kann an einem Befestigungsflansch des Untersetzungsgetriebes in 4 Positionen um jeweils 90° versetzt angebracht werden, sodass der Pumpeneinlass und der Pumpenauslass in unterschiedliche Richtungen orientiert werden können. Nachteilig an dieser bekannten Drehkolbenpumpenvorrichtung ist der langgezogene Aufbau und das hohe Gesamtgewicht, da die Vorrichtung neben dem Antriebsmotor noch das Untersetzungsgetriebe und die Drehkolbenpumpe mit dem Vorgelege zur Aufteilung der Antriebsdrehzahl auf die Antriebswelle und die Zwischenwelle und die eigentlichen Drehkolben umfasst.
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Weitere Rotationskolbenpumpen sind aus der
EP 2 602 428 A1 , der
US 2 642 808 A und der
US 2 635 552 A bekannt. Die Pumpen müssen vor der Antriebswelle eines Antriebsmotors platziert werden, sodass nachteilig jeweils ein langgezogener Aufbau resultiert. Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mobile Pumpenvorrichtung insbesondere für den Einsatz an mobilen Verkehrsmitteln wie zum Beispiel Sattelaufliegern, Tankanhängern, Tankaufliegern, Tankwagen und Lastkraftwagen sowie ein mobiles Verkehrsmittel mit einer mobilen Pumpenvorrichtung zur Verfügung zu stellen, wobei die mobile Pumpenvorrichtung kleinbauend ist und ein möglichst geringeres Gesamtgewicht aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine mobile Pumpenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein mobiles Verkehrsmittel mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
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Eine erfindungsgemäße mobile Pumpenvorrichtung ist insbesondere für den Einsatz an mobilen Verkehrsmitteln wie zum Beispiel Sattelaufliegern, Tankanhängern, Tankaufliegern, Tankwagen und Lastkraftwagen und dergleichen mehr geeignet und vorgesehen. Die mobile Pumpenvorrichtung umfasst eine Rotationskolbenpumpe mit einem Gehäuse und zwei daran ausgebildeten Pumpenöffnungen, von denen eine als Pumpeneinlass und die andere als Pumpenauslass dient. Es sind wenigstens zwei in dem Gehäuse in einem Pumpenraum drehbar aufgenommene Rotoreinheiten vorgesehen, um ein Fluid und insbesondere eine Flüssigkeit von dem Pumpeneinlass zu dem Pumpenauslass zu fördern. Die beiden Rotoreinheiten sind (vorzugsweise außerhalb des Pumpenraums) an Rotorwellen drehbar gelagert und dort (insbesondere austauschbar) aufgenommen. Jede Rotorwelle ist dabei mit einem außerhalb des Pumpenraums angeordneten Rotorzahnrad ausgerüstet. Beide Rotorzahnräder weisen eine identische Zähnezahl auf und sind gegensinnig rotierend miteinander gekoppelt. Ein Antriebsritzel einer Antriebswelle ist mit einem der (und insbesondere genau einem der) Rotorzahnräder gekoppelt. Das Antriebsritzel bildet mit dem Rotorzahnrad ein Untersetzungsgetriebe, sodass sich die Rotoreinheiten langsamer drehen als das Antriebsritzel. Die Antriebswelle ist dazu ausgebildet, in einem Drehzahlverhältnis von 1:1 mit einem Antriebsmotor gekoppelt zu werden. Insbesondere spannen die Drehachsen der Rotorzahnräder eine Rotorebene auf und eine Drehachse des Antriebsritzels ist seitlich beabstandet zu der Rotorebene angeordnet. Das Antriebsritzel steht nicht über eine Oberkante der höchsten der beiden Rotoreinheiten hinaus. An der Antriebswelle ist eine Kupplungseinheit mit einem Wellenanschluss für eine Motorwelle eines Antriebsmotors ausgebildet. Der Wellenanschluss zum Anschluss der Motorwelle weist eine Hohlwelle mit einer darin vorgesehenen axialen Nut auf.
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Die erfindungsgemäße mobile Pumpenvorrichtung hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen mobilen Pumpenvorrichtung besteht darin, dass die Pumpenvorrichtung kleiner gebaut werden kann. Außerdem kann Gewicht eingespart werden. Sowohl die Bauhöhe als auch die Baulänge der mobilen Pumpenvorrichtung können reduziert werden. Es wird kein separates zwischengeschaltetes Untersetzungsgetriebe benötigt, an welches der Antriebsmotor angeflanscht wird. Das Untersetzungsgetriebe wird in die Rotationskolbenpumpe integriert. Zur Verteilung der Antriebsenergie und zur gleichzeitigen Drehung beider Rotoreinheiten wird die Antriebsdrehzahl über ein Antriebsritzel auf ein Rotorzahnrad einer Rotorwelle übertragen. Dadurch, dass die beiden Rotorzahnräder gegensinnig rotierend miteinander gekoppelt sind, wird die Drehung der einen Rotorwelle auf die andere Rotorwelle übertragen, sodass beide Rotoreinheiten gegensinnig mit gleicher Drehzahl betrieben werden und dabei das zu fördernde Fluid von dem Pumpeneinlass zu dem Pumpenauslass fördern. Eine davon separate Untersetzungsgetriebestufe wird eingespart, sodass ein erheblicher Gewichtsanteil eingespart werden kann. In einem konkreten Beispiel konnte das Gesamtgewicht um mehr als 10 % oder sogar 15 % und konkret etwa 20 Kilo reduziert werden. Bei einem Gesamtgewicht von nun etwa 125 Kilo ist das eine erhebliche Einsparung, die bei mobilen Verkehrsmitteln zu einer deutlichen Reduktion des Energieverbrauchs beitragen.
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Da weiterhin die Antriebswelle seitlich beabstandet von der durch die Drehachsen der Rotorzahnräder aufgespannten Rotorebene angeordnet ist, kann in Richtung der Rotorebene eine erhebliche Bauhöhe eingespart werden. Die Drehachsen der Rotorzahnräder des Antriebsritzels bilden zueinander ein Dreieck, wodurch erheblicher Bauraum eingespart werden kann. Die erfindungsgemäße mobile Pumpenvorrichtung ist nicht nur leichter, sondern auch kleinbauender. Außerdem wird Baulänge eingespart. Dadurch eröffnen sich mehr Einsatzmöglichkeiten an oft beengt aufgebauten Verkehrsmitteln.
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In allen Ausgestaltungen sind die Drehachsen des Antriebsritzels und der Rotorzahnräder vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. Eine Untersetzung von dem Antriebsritzel auf das Rotorzahnrad bzw. ein Verhältnis der Zähnezahlen des Antriebsritzels und des Rotorzahnrads ist vorzugsweise kleiner 1:2 und insbesondere kleiner 1:2,5 und kann auch kleiner als 1:3 oder 1:4 sein. Besonders bevorzugt kann es 1:5 oder 1:6 oder 1:7 betragen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung befindet sich eine (senkrechte bzw. lotrechte) Projektion der Drehachse des Antriebsritzels auf die durch die Drehachsen der Rotorzahnräder aufgespannte Rotorebene zwischen den Drehachsen der Rotorzahnräder. Dadurch wird ein besonders kompakter Aufbau erreicht. Ein durch die drei Drehachsen aufgespanntes Dreieck weist keinen Innenwinkel auf, der größer 90° beträgt, wodurch ein besonders kompakter Aufbau erreicht wird. Sowohl die Höhe der Pumpenvorrichtung als auch die Breite der Pumpenvorrichtung kann gering gewählt werden.
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Das Antriebsritzel steht erfindungsgemäß nicht über eine Oberkante der höchsten der beiden Rotoreinheiten hinaus. Dadurch kann eine besonders geringe Gesamthöhe der erfindungsgemäßen mobilen Pumpenvorrichtung erreicht werden.
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An der Antriebswelle ist eine Kupplungseinheit mit einem Wellenanschluss für eine Motorwelle eines Antriebsmotors ausgebildet. Die Antriebswelle kann insofern dann auch als Kupplungswelle bezeichnet werden. Vorzugsweise ist an der Antriebswelle (Kupplungswelle) ein Wellenanschluss vorgesehen. Erfindungsgemäß weist der Wellenanschluss zum Anschluss der Motorwelle eine Hohlwelle mit einer darin vorgesehenen axialen Nut auf. Vorzugsweise ist die Motorwelle als einsteckbare Welle ausgeführt und weist ebenfalls eine Axialnut auf. Besonders bevorzugt ist eine Koppeleinheit oder eine Art Feder vorgesehen, die in die beiden Axialnuten der Antriebswelle und der Motorwelle eingebracht werden kann, um eine drehfeste Kopplung von der Motorwelle und der Antriebswelle zu erzielen.
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In bevorzugten Weiterbildung umfasst die Pumpenvorrichtung einen mit dem Antriebsritzel gekoppelten Antriebsmotor. Dabei kann der Antriebsmotor über die Kupplungseinheit mit der Antriebswelle gekoppelt sein. Möglich ist es aber ebenso, dass die Antriebswelle des Antriebsmotors direkt das Antriebsritzel aufweist. Das Antriebsritzel kann auf die Antriebswelle des Antriebsmotors aufgebracht sein oder einstückig damit ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist das Antriebsritzel unmittelbar mit einem der Rotorzahnräder im kämmenden Eingriff. Denkbar ist es auch, dass das Antriebsritzel über eine Kette oder einen Riemen an das Rotorzahnrad gekoppelt ist.
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In besonders bevorzugten Weiterbildungen ist der Antriebsmotor als Elektromotor ausgebildet und ist insbesondere über Drehstrom antreibbar. Vorzugsweise weist der Elektromotor einen Leistungsbereich zwischen 1 kW und 15 kW auf. Insbesondere weist der Elektromotor eine Leistung in dem Leistungsbereich zwischen 5 kW und 10 kW auf. Insbesondere kann der Antriebsmotor mit einem Drehstromanschluss oder einen Starkstromanschluss eines gewöhnlichen Hauses oder eines Industriebetriebs betrieben werden. Möglich sind Leistungsstufen von zum Beispiel kleiner 7 KW oder kleiner 8 KW. Es ist aber auch denkbar, dass zum Antrieb ein Hydraulikmotor dient, der insbesondere beispielsweise von einem Hydraulikkreislauf eines mobilen Verkehrsmittels angetrieben werden kann. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass kein Stromanschluss oder wenigstens kein Starkstromanschluss zur Verfügung stehen muss.
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In vorteilhaften Ausgestaltungen weist das Gehäuse einen Pumpengehäuseteil und einen Getriebegehäuseteil auf. Die Rotorzahnräder und das Antriebsritzel sind dann vorzugsweise in dem Getriebegehäuseteil untergebracht. Der Pumpenraum mit den Rotoreinheiten ist vorzugsweise in dem Pumpengehäuseteil untergebracht.
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Besonders bevorzugt weisen das Getriebegehäuseteil und das Pumpengehäuseteil jeweils eine (Abschluss-)Wandung bzw. Trennwand auf. Wenigstens im Bereich der Wellendurchführungen ist vorzugsweise ein freier Abstand mit Verbindung nach außen zwischen dem Getriebegehäuseteil und dem Pumpengehäuseteil vorgesehen. Dadurch werden ein Übertritt von Öl aus dem Getriebegehäuseteil in das Pumpengehäuseteil und auch ein Übertritt von abzufüllendem Produkt in das Pumpengehäuseteil zuverlässig verhindert. Sollte an einer Wellendurchführung einer Rotorwelle eine Leckage auftreten, tritt das Öl oder Produkt zuerst nach außen aus und wird schnell detektiert.
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Vorzugsweise sind in dem Getriebegehäuseteil Lagereinheiten zur Lagerung der Antriebswelle und der Rotorwellen angeordnet. Vorzugsweise sind für wenigstens eine der angeführten Wellen jeweils zwei Lagereinheiten in dem Getriebegehäuseteil angeordnet. Insbesondere sind Lagereinheiten zur Lagerung der Rotorwellen nur und ausschließlich in dem Getriebegehäuseteil angeordnet.
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Insbesondere umfasst das Gehäuse und vorzugsweise das Pumpengehäuseteil einen Deckel, der den Pumpenraum verschließt, wobei nach einer Demontage des Deckels die Rotoreinheiten insbesondere von außen zugänglich sind.
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Die Rotationskolbenpumpe umfasst vorzugsweise zwei Rotoreinheiten mit jeweils einer Mehrzahl von zwei und vorzugsweise drei Rotorelementen. Das bedeutet, dass die Rotationskolbenpumpe eine Kreiskolbenpumpe und vorzugsweise eine Drehkolbenpumpe umfasst.
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In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die Rotoreinheiten auf die Rotorwellen aufgesteckt und dort insbesondere frontal an den Rotorwellen befestigt und vorzugsweise angeschraubt sind.
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Vorteilhafterweise ist der Antriebsmotor an das Gehäuse und insbesondere an das Getriebegehäuseteil oder an ein mit dem Gehäuse verbundenes oder davon umfasstes Kupplungsgehäuseteil angeflanscht.
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Vorzugsweise ist eine elektrische Steuereinheit umfasst, mit der eine Steuerung der Förderung möglich ist. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit einen Frequenzumrichter. Insbesondere ist mit der Steuereinheit auch eine Steuerung und Änderung der Förderrichtung möglich, indem die Rotationskolbenpumpe in umgekehrter Drehrichtung betrieben wird. In vorteilhaften Ausgestaltungen umfasst die Pumpenvorrichtung ein elektrisches Anschlusskabel zur Stromversorgung, wobei die Stromversorgung insbesondere über einen (gewöhnlichen) Stromanschluss eines Hauses oder Industriebetriebs erfolgen kann.
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In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass ein Durchmesser des Antriebsmotors kleiner ist als eine Höhe des Pumpengehäuses. Vorzugsweise ist der Antriebsmotor in einem zentralen Höhenbereich mit dem Gehäuse verbunden und/oder daran angeflanscht.
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In bevorzugten Ausgestaltungen ist eine Länge des Gehäuses kleiner als eine Länge des Antriebsmotors. Vorzugsweise ist eine Länge der Pumpenvorrichtung kleiner als die doppelte Länge des Gehäuses. Dadurch wird eine kleinbauende Pumpenvorrichtung zur Verfügung gestellt.
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In bevorzugten Ausgestaltungen ist die Drehachse des Antriebsritzels höhenversetzt zu einer Mittelebene zwischen den Drehachsen der Rotorzahnräder angeordnet. Durch einen leichten Höhenversatz wird sichergestellt, dass nur eines der Rotorzahnräder durch das Antriebsritzel angetrieben wird. Dadurch kann eine gegensinnige Rotation der Rotoreinheiten sichergestellt werden. Der Höhenversatz beträgt vorzugsweise weniger als 1/2 und insbesondere weniger als 1/3 und vorzugsweise weniger als 1/4 und besonders bevorzugt weniger als 1/5 oder sogar 1/6 des Abstandes der Drehachsen der Rotorzahnräder. Dadurch wird ein besonders kompakter Aufbau erzielt.
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Das erfindungsgemäße mobile Verkehrsmittel wie zum Beispiel ein Sattelauflieger, Tankanhänger, Tankauflieger, Tankwagen oder Lastkraftwagen weist einen Vorratstank und eine damit verbundene Pumpenvorrichtung mit einer Rotationskolbenpumpe auf. Die Rotationskolbenpumpe weist ein Gehäuse und zwei daran ausgebildete Pumpenöffnungen auf, von denen eine als Pumpeneinlass und die andere als Pumpenauslass dient. Es sind wenigstens zwei in dem Gehäuse in einem Pumpenraum drehbar aufgenommene Rotoreinheiten vorgesehen, um ein Fluid von dem Pumpeneinlass zu dem Pumpenauslass zu fördern. Die beiden Rotoreinheiten sind an drehbar gelagerten Rotorwellen aufgenommen, wobei jede Rotorwelle mit einem außerhalb des Pumpenraums angeordneten Rotorzahnrad ausgerüstet ist. Beide Rotorzahnräder weisen eine identische Zähnezahl auf und sind gegensinnig rotierend miteinander gekoppelt. Ein Antriebsritzel einer Antriebswelle ist mit einem der Rotorzahnräder gekoppelt. Das Antriebsritzel bildet mit dem Rotorzahnrad ein Untersetzungsgetriebe, sodass sich die Rotoreinheiten langsamer drehen als das Antriebsritzel. Die Antriebswelle ist in einem Drehzahlverhältnis von 1:1 mit einem Antriebsmotor gekoppelt.
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Das Antriebsritzel steht nicht über eine Oberkante der höchsten der beiden Rotoreinheiten hinaus. An der Antriebswelle ist eine Kupplungseinheit mit einem Wellenanschluss für eine Motorwelle eines Antriebsmotors ausgebildet. Der Wellenanschluss zum Anschluss der Motorwelle weist eine Hohlwelle mit einer darin vorgesehenen axialen Nut auf.
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Auch das erfindungsgemäße Verkehrsmittel hat viele Vorteile. Das Verkehrsmittel kann ein geringeres Gesamtgewicht aufweisen und mehr Platz für Ladung und Transport zur Verfügung stellen, da die an dem mobilen Verkehrsmittel vorgesehene Rotationskolbenpumpe kleinbauend ist und ein geringes Gesamtgewicht aufweist.
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Vorzugsweise ist der Antriebsmotor der Rotationskolbenpumpe als Elektromotor ausgebildet und ist über ein Anschlusskabel mit einem stationären Stromanschluss beispielsweise eines Haushalts oder eines Industriebetriebs verbindbar. Es ist aber auch möglich, dass ein Hydraulikmotor als Antriebsmotor vorgesehen ist und dass der Hydraulikmotor mit einem Hydraulikkreislauf des mobilen Verkehrsmittels steuerbar verbunden ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die mit Bezug auf die beiliegenden Figuren im Folgenden erläutert werden.
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In den Figuren zeigen:
- 1 ein mobiles Verkehrsmittel an einem Gebäude in einer stark schematischen Seitenansicht;
- 2 eine mobile Pumpenvorrichtung beispielsweise für das mobile Verkehrsmittel aus 1;
- 3 eine schematische Draufsicht auf die mobile Pumpenvorrichtung gemäß 2;
- 4 einen Querschnitt A - A durch das Gehäuse der Pumpenvorrichtung 1 aus 3;
- 5 einen stark schematischen Querschnitt durch die Rotationskolbenpumpe der mobilen Pumpenvorrichtung nach 2; und
- 6 einen stark schematisierten Querschnitt durch eine mobile Pumpenvorrichtung gemäß der Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines mobilen Verkehrsmittels 100, welches hier durch einen Lastkraftwagen 102 und einen Tankauflieger 101 gebildet wird. An dem Tankauflieger 101, der ebenfalls ein (separates) mobiles Verkehrsmittel 100 darstellt, ist ein Vorratstank 104 ausgebildet, der mit einem abzufüllenden Fluid und insbesondere einer Flüssigkeit aus beispielsweise dem Lebensmittelbereich gefüllt ist.
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Das mobile Verkehrsmittel 100 weist Räder 103 auf. Im hinteren Bereich des Tankaufliegers 101 ist eine Pumpenvorrichtung 1 unterhalb des nach hinten ragenden Wulstes des Vorratstanks 104 angeordnet. Gegebenenfalls kann alternativ oder zusätzlich auch an dem Lastkraftwagen 102 als Zugfahrzeug eine mobile Pumpenvorrichtung 1 vorgesehen sein, wie es durch den gestrichelten Pfeil angedeutet ist. Unterhalb des Längstträgers des Anhängers kann in Längsrichtung ebenso eine Pumpenvorrichtung 1 angebracht sein, wie sie zwischen dem Zugfahrzeug und den hinteren Rädern 103 des Aufliegers 101 unterhalb des Aufliegerrahmens eingezeichnet ist. Klar erkennbar ist, dass an dieser bevorzugten Montageposition die Gesamtlänge der Pumpenvorrichtung 1 und auch die Gesamthöhe von entscheidender Bedeutung ist. Eine kürzere und weniger hohe Ausgestaltung ist vorteilhaft.
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Die im hinteren Bereich angeordnete Pumpenvorrichtung 1 ist über ein Anschlusskabel 38 und einen Stecker 38a an einen Stromanschluss 201 eines Gebäudes 200 angeschlossen. Die Betriebsenergie für die Pumpenvorrichtung 1 wird so dem Stromnetz des Gebäudes 200 entnommen. Das bedeutet, dass der Motor des Lastkraftwagens 102 während beispielsweise der Entleerung oder teilweisen Entleerung des Vorratstanks 104 ausgeschaltet verbleiben kann. Dadurch wird der Energieverbrauch gesenkt und es werden weniger Geräusche emittiert.
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Gleichzeitig ist der Schlauch 18 mit dem Pumpenauslass 5 der Pumpenvorrichtung 1 verbunden. Das andere Ende des Schlauches 18 ist mit dem Fluidanschluss 202 des Gebäudes 200 verbunden.
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Um einen zuverlässigen Betrieb an unterschiedlichsten Standorten und Gebäuden 200 zu gewährleisten, wird der Antriebsmotor 40 (vergleiche 2) der Pumpenvorrichtung 1 als Standardmotor mit einer Leistung von beispielsweise 7,5 kW eingesetzt, der an konventionellen Drehstrom- bzw. Starkstromanschlüssen betrieben werden kann.
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Die Steuerung der Pumpenvorrichtung 1 erfolgt über die Steuereinheit 24, die zur Regelung der Drehzahl des Antriebsmotors und somit der Rotationskolbenpumpe einen Frequenzumrichter 25 umfasst.
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2 zeigt eine zum Beispiel an dem mobilen Verkehrsmittel 100 eingesetzt Pumpenvorrichtung 1 in einer schematischen perspektivischen Ansicht. Die Pumpenvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 3 und einen damit verbundenen (elektrischen) Antriebsmotor 40. Der Antriebsmotor 40 ist über einen Anschlussflansch 30 an das Gehäuse 3 angeschlossen. Das Gehäuse 3 umfasst einen Pumpengehäuseteil 8 und daran anschließend einen Getriebegehäuseteil 9, in welchem die Antriebsdrehzahl des Antriebsmotors 40 herabgesetzt und auf die beiden Rotoreinheiten 10 und 20 (vergleiche 3) der Rotationskolbenpumpe 2 aufgeteilt wird. Das Pumpengehäuseteil 8 und das Getriebegehäuseteil 9 weisen jeweils eine Abschlusswandung bzw. Trennwand 23a bzw. 23b auf, die durch einen (von außen frei zugänglichen) Spalt 23c voneinander getrennt sind. Durch den Spalt 23c würde bei Undichtigkeiten an den Wellendurchführungen aus dem Pumpengehäuseteil 8 oder aus dem Getriebegehäuseteil 9 Öl oder Produkt in den Spalt 23c und somit nach außen übertreten und nicht in das jeweils andere Gehäuseteil.
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In dem Kupplungsgehäuseteil 26 wird der Antriebsmotor angekoppelt. An dem Pumpengehäuseteil 8 sind der Pumpeneinlass und der Pumpenauslass als Pumpenöffnungen 4 und 5 ausgebildet. Die gesamte Pumpenvorrichtung 1 wird über eine Halterung 15 beispielsweise am Armaturenschrank oder an der Karosserie eines mobilen Verkehrsmittels 100 befestigt.
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3 zeigt eine Draufsicht auf die Pumpenvorrichtung 1 gemäß 2, wobei im linken Teil von 3 das Pumpengehäuseteil 8 mit dem Einlass 4 und dem Auslass 5 zu erkennen sind, an das sich das Getriebegehäuseteil 9 und das Kupplungsgehäuseteil 26 anschließen. An dem Kupplungsgehäuseteil 26 ist der Antriebsmotor 40 an einen Anschlussflansch 30 angeschraubt und somit mit der Rotationskolbenpumpe 2 verbunden.
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In 3 ist erkennbar, dass eine Mittelebene mit der Drehachse 39 des Antriebsmotors 40 einen seitlichen Abstand 48 zu einer Mittelebene 14 aufweist, in der die Drehachsen der Rotoreinheiten der Rotationskolbenpumpe 2 angeordnet sind.
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Am vorderen Ende der Pumpenvorrichtung 1 verschließt den Pumpenraum 6 des Pumpengehäuseteils 8 ein Deckel 28. Die Pumpenvorrichtung 1 ermöglicht einen kompakten Aufbau. Eine Länge 17 des Gehäuses 3 inklusive des Pumpengehäuseteils 8, des Getriebegehäuseteils 9 und des Kupplungsgehäuseteils 26 ist kleiner als eine Länge 47 des Antriebsmotors 40. Dadurch wird die Gesamtlänge 51 kleiner als die doppelte Länge 47 des Antriebsmotors 40.
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4 zeigt einen Querschnitt A - A aus 3, wobei von dem Antriebsmotor 40 nur ein kleiner Abschnitt dargestellt ist. 4 zeigt den inneren Aufbau in dem Pumpengehäuseteil und dem Getriebegehäuseteil 8 und 9.
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Der Schnitt gemäß 4 verläuft durch die Rotorebene, in der die zueinander parallelen Rotorwellen 11 und 21 ihre Drehachsen 19 und 29 aufweisen. Im Bereich des Antriebsmotors 40 verläuft der dargestellte Schnitt durch die Drehachse 39 des Antriebsmotors 40. Die Drehachse 39 des Antriebsmotors 40 ist identisch mit der Drehachse des Antriebsritzels 32 (vergleiche 6). Das Antriebsritzel 32 ist in der Darstellung gemäß 4 nicht erkennbar, da es sich vor der Schnittebene im Bereich des Gehäuses 3 befindet.
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Die Rotationskolbenpumpe zwei umfasst 2 Rotorwellen 11 und 21, die jeweils Drehachsen 19 und 29 aufweisen. Die Drehachsen 19 und 29 sind parallel zueinander ausgerichtet. An den Rotorwellen 11 und 21 sind in dem Pumpenraum 6 in dem Pumpengehäuseteil 8 Rotoreinheiten 10 bzw. 20 angeordnet, die die eigentliche Pumpwirkung erzeugen. Die Rotoreinheiten 10 bzw. 20 sind über Befestigungsmittel 44 an den Rotorwellen 11 bzw. 21 befestigt bzw. angeschraubt. Das Pumpengehäuseteil 8 ist von dem Getriebegehäuseteil 9 durch zwei Trennwände 23 getrennt. Durch die Trennwand 23 sind die beiden Rotorwellen 11 und 21 durchgeführt. An den Durchführungen sind Dichtungen 43 vorgesehen, um einen Übertritt von abzufüllender Flüssigkeit aus dem Pumpengehäuseteil in das Getriebegehäuseteil zu verhindern und um einen umgekehrten Übertritt in das zu fördernde Fluid hinein zuverlässig zu verhindern.
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Die Rotorwellen 11 und 21 sind über zwei (vorzugsweise konventionelle) Lagereinheiten 27 axial voneinander beabstandet gelagert, um eine zuverlässige Funktion sicherzustellen. Weiterhin sind an den Rotorwellen 11 und 21 Rotorzahnräder 12 bzw. 22 jeweils drehfest aufgenommen. Die Rotorzahnräder 12 und 22 weisen eine identische Zähnezahl und identische Abmessungen auf. Die Rotorzahnräder 12 und 22 kämmen miteinander, sodass eine Drehung eines der Rotorzahnräder eine gegensinnige Rotation des anderen Rotorzahnrades bewirkt. Dadurch wird sichergestellt, dass beide Rotorwellen und somit beide Rotoreinheiten 10 und 20 im Betrieb gegensinnig und synchron drehen.
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Im Ausführungsbeispiel umfasst die Pumpenvorrichtung 1 eine Kupplungseinheit 33 mit einem Wellenanschluss 34 für einen Antriebsmotor 40. Wenn ein Antriebsmotor 40 getauscht werden soll oder bei einem Defekt beispielsweise getauscht werden muss, reicht es aus, den Antriebsmotor 40 von dem Anschlussflansch 30 abzuschrauben, den Antriebsmotor 40 abzuziehen und ein gleiches oder ähnliches Fabrikat wieder anzuschrauben. Die drehfeste Verbindung zwischen der Motorwelle 41 des Antriebsmotors 40 und der Antriebswelle 31 erfolgt durch eine drehfeste Verbindung des Wellenanschlusses 34 mit der Motorwelle 41. Dazu weist der Wellenanschluss 34 eine Axialnut 35 auf und die Motorwelle weist eine Axialnut 45 auf. In beide axialen Nuten wird eine Koppeleinheit 36 in Form einer Feder oder dergleichen eingesteckt, sodass eine drehfeste Verbindung der Motorwelle 41 mit der Antriebswelle 31 erzielt wird.
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5 zeigt eine stark schematische Querschnittsansicht der eigentlichen Kolbenpumpe, wobei die Rotoreinheiten 10 und 20 mit den jeweils drei daran ausgebildeten Rotorelementen 13 zu erkennen sind. Die dreiarmigen Rotoreinheiten 10, 20 sind auf die Rotorwellen 11, 21 drehfest aufgebracht und rotieren im Betrieb gegensinnig, sodass sich die durch die eingezeichneten Pfeile ergebende Strömungsrichtung für das zu fördernde Fluid von dem Pumpeneinlass 4 zu dem Pumpenauslass 5 ergibt.
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In 5 sind zusätzlich gestrichelt die Außenkonturen der miteinander kämmenden Rotorzahnräder 12, 22 und des Antriebsritzels 32 eingezeichnet, welches hier z.B. mit dem Rotorzahnrad 22 kämmt. Möglich ist auch eine spiegelverkehrte Anordnung. Möglich ist auch ein Aufbau, bei dem das Antriebsritzel 32 nur mit dem Rotorzahnrad 12 kämmt. Jedenfalls kämmt das Antriebsritzel 32 nur mit einem der Rotorzahnräder 12, 22.
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In 5 sind auch die Drehachsen 19, 29 und 39 der Rotorzahnräder 12, 22 und des Antriebsritzels 32 eingezeichnet. In dem Querschnitt nach 5 bilden die drei Drehachsen 19, 29 und 39 ein hier horizontal schraffiertes Dreieck 60, bei dem jede Drehachse 19, 29 und 39 einen Eckpunkt des Dreiecks 60 bildet. Die Drehachse 19 ist in einem Abstand 48 zu der Rotorebene 14 angeordnet. Die Rotorebene 14 wird durch die parallelen Drehachsen 19 und 29 aufgespannt. Die Drehachse 39 des Antriebsritzels 32 befindet sich in einer lotrechten Projektion auf die Rotorebene 14 zwischen den Drehachsen 19 und 29. Der Abstand 49 zur Mitte zwischen den Drehachsen 19 und 29 ist relativ gering und beträgt weniger als 1/3 und insbesondere weniger als 1/4 oder 1/6 des Abstandes zwischen den Drehachsen 19 und 29. Der Abstand 49 ist größer 0 und vorzugsweise größer als 1/40 oder als 1/20 des Abstandes zwischen den Drehachsen 19 und 29. Jedenfalls muss sichergestellt sein, dass das Antriebsritzel 32 nur mit einem Rotorzahnrad 12, 22 kämmt.
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Ein Dreieck 60, bei dem jeder Innenwinkel < 90° beträgt, bewirkt einen besonders kompakten Aufbau, der nur wenig Bauhöhe und Baubreite (hier in Förderrichtung von Einlass zu Auslass gesehen) beansprucht. Durch das nicht benötigte separate Untersetzungsgetriebe wird auch eine erhebliche Baulänge eingespart, sodass eine besonders kleinbauende Pumpenvorrichtung 1 zur Verfügung gestellt wird.
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6 zeigt schließlich einen stark schematisierten Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung 1.
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Die Rotorwellen 11, 21 sind mit Rotoreinheiten 10, 20 und Rotorzahnrädern 12, 22 bestückt. Die beiden Rotorzahnräder 12, 22 befinden sich so wie auch die Lagereinheiten 27 in dem Getriebegehäuseteil 9 des Gehäuses 3. An eines der beiden Rotorzahnräder 12, 22 und hier an das Rotorzahnrad 12 ist das Antriebsritzel 32 angekoppelt. Das Antriebsritzel 32 kämmt mit dem Rotorzahnrad 12. Das Rotorzahnrad 12 kämmt wiederum mit dem Rotorzahnrad 22. Das führt dazu, dass die beiden Rotoreinheiten 10, 20 bei einer Drehung des Antriebsritzels 32 gegensinnig und mit der gleichen Geschwindigkeit rotieren. Die Antriebswelle 31 ist über Lagereinheiten 37 in dem Getriebegehäuseteil 9 drehbar gelagert. Aus dem Getriebegehäuseteil 9 wird die Antriebswelle 31 in das Kupplungsgehäuseteil 26 überführt. Dort ist eine Kupplungseinheit 33 an der Antriebswelle 31 ausgebildet, an der die Motorwelle 41 des Antriebsmotors 40 an die Antriebswelle 31 angekoppelt ist. Eine drehfeste Verbindung der Motorwelle 41 mit der Antriebswelle 31 kann über Axialnuten und eine eingeschobene Feder 36 sichergestellt werden. Auch andere Verbindungsmöglichkeiten sind möglich.
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In anderen und einfacheren Ausgestaltungen ist es auch möglich, dass der Antriebsmotor 40 an seiner Motorwelle 41 ein Antriebsritzel 32 ausgebildet oder angeordnet hat, welches direkt mit einem der Rotorzahnräder 12, 22 gekoppelt ist. Das ermöglicht einen noch einfacheren, kürzeren und leichteren Aufbau. Eine solche Ausgestaltung bietet Vorteile bei angepassten Antriebsmotoren, die direkt mit einem Antriebsritzel 32 ausgerüstet sind.
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Die in 6 dargestellte Variante hat den Vorteil, dass damit ausgerüstete Antriebsmotoren auch gegebenenfalls durch andere Fabrikate ersetzt werden können, sofern der Drehzahlbereich und der Leistungsbereich sowie die mechanischen Anschlüsse passen. Dadurch kann auch in entlegenen Gegenden und Winkeln innerhalb von kurzer Zeit eine Reparatur erfolgen.
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Dadurch, dass die Drehachse 39 der Antriebswelle 31 projiziert auf die Rotorebene 14, die durch die Drehachsen 19 und 29 der Rotorwellen 11 und 21 aufgespannt wird, sich zwischen den Drehachsen 19 und 29 befindet, kann ein besonders kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung 1 erreicht werden. Wie 6 schematisch zeigt, aber auch aus den 3 und 4 erkennbar ist, erreicht die gesamte Pumpenvorrichtung 1 bzw. das Gehäuse 3 der Pumpenvorrichtung eine Höhe 16, die nur wenig größer ist als der Durchmesser 46 des Antriebsmotors 40. Insbesondere steht der Antriebsmotor 40 mit seinem Gehäuse und seinen Kühlrippen nicht nach oben oder unten über das Gehäuse 3 der Pumpenvorrichtung 1 hinaus.
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Der Klemmkasten 53 des Antriebsmotors 40 wird im Unterschied zur Darstellung nach 2 vorzugsweise nach vorn oder hinten gedreht (parallel zur Verbindungslinie von Einlass und Auslass) angeordnet, sodass auch dieser nicht nach oben (oder unten) übersteht und so besonders wenig Bauraum beansprucht wird.
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Auch in seitlicher Richtung wird, wie 3 zeigt, ein sehr kompakter Aufbau erreicht. Der kompakte Aufbau in der Höhe und in seitlicher Richtung wird dadurch erreicht, dass die Drehachsen 19 und 29 der Rotorwellen 11 und 21 in einer gemeinsamen Rotorebene 14 angeordnet sind, während die Drehachse 39 der Antriebswelle 31 seitlich beabstandet davon vorgesehen ist, sodass sich in einer Ansicht quer zur Darstellung von 4 ein Dreieck aus den Drehachsen 19, 29 und 39 ergibt, welches keinen stumpfen Winkel aufweist und somit eine besonders kompakte Rotationskolbenpumpe zur Verfügung stellt.
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Dadurch, dass eine separate Untersetzungsgetriebestufe eingespart wird, wird Bauraum eingespart und es wird das Gesamtgewicht erheblich verringert.
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Insgesamt stellt die Erfindung eine vorteilhafte Pumpenvorrichtung mit einer Rotationskolbenpumpe und ein vorteilhaftes mobiles Verkehrsmittel mit einer Pumpenvorrichtung zu Verfügung. Sowohl der Bauraum als auch das Gewicht können reduziert werden, ohne die Zuverlässigkeit zu verringern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pumpenvorrichtung
- 2
- Rotationskolbenpumpe
- 3
- Gehäuse
- 4
- Pumpenöffnung, Einlass
- 5
- Pumpenöffnung, Auslass
- 6
- Pumpenraum
- 7
- Untersetzungsgetriebe
- 8
- Pumpengehäuseteil
- 9
- Getriebegehäuseteil
- 10
- Rotoreinheit
- 11
- Rotorwelle
- 12
- Rotorzahnrad
- 13
- Rotorelement
- 14
- Rotorebene
- 15
- Halterung
- 16
- Höhe von 3
- 17
- Länge von 3
- 18
- Schlauch
- 19
- Drehachse von 12
- 20
- Rotoreinheit
- 21
- Rotorwelle
- 22
- Rotorzahnrad
- 23a
- Trennwand
- 23b
- Trennwand
- 23c
- Spalt
- 24
- Steuereinheit
- 25
- Frequenzumrichter
- 26
- Kupplungsgehäuseteil
- 27
- Lagereinheit
- 28
- Abdeckwandung, Deckel
- 29
- Drehachse von 22
- 30
- Anschlussflansch
- 31
- Antriebswelle
- 32
- Antriebsritzel
- 33
- Kupplungseinheit
- 34
- Wellenanschluss
- 35
- Axialnut
- 36
- Koppeleinheit, Feder
- 37
- Lagereinheit
- 38
- Anschlusskabel
- 38a
- Stecker
- 39
- Drehachse von 32
- 40
- Antriebsmotor
- 41
- Motorwelle
- 42
- Mittelebene zw. 19 und 29
- 43
- Dichtung von 11, 21
- 44
- Befestigung von 10,20
- 45
- Axialnut
- 46
- Durchmesser
- 47
- Länge
- 48
- seitlicher Abstand
- 49
- Höhenversatz
- 50
- Wandung
- 51
- Länge
- 52
- Schraube
- 60
- Dreieck
- 100
- mobiles Verkehrsmittel
- 101
- Tankauflieger
- 102
- Lastkraftwagen
- 103
- Räder
- 104
- Vorratstank
- 200
- Gebäude
- 201
- Stromanschluss
- 202
- Fluidanschluss
