DE102021119936A1

DE102021119936A1 - Rotationspumpe mit Stellstrukturfeder mit versetzter Wirklinie

Info

Publication number: DE102021119936A1
Application number: DE102021119936.0A
Authority: DE
Inventors: Sven Peters; Igor Pekrul; Thomas Wahl
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Current assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2023-02-02
Also published as: US20230032977A1; CN115681131A

Abstract

Rotationspumpe mit verstellbarem Fördervolumen umfassend: ein Pumpengehäuse mit einer Förderkammer, die in einem Niederdruckbereich einen Förderkammereinlass für ein zu förderndes Fluid und in einem Hochdruckbereich einen Förderkammerauslass für das Fluid aufweist, ein in der Förderkammer um eine Drehachse drehbares Förderglied zur Förderung des Fluids, eine zur Verstellung des Fördervolumens der Rotationspumpe im Pumpengehäuse relativ zum Förderglied in und gegen eine Stellrichtung translatorisch hin und her bewegliche Stellstruktur mit einer die Förderkammer radial außen begrenzenden Innenkontur, eine Stelleinrichtung zur Erzeugung einer auf die Stellstruktur in die Stellrichtung wirkenden Stellkraft, eine Rückstellfeder zur Ausübung einer auf die Stellstruktur gegen die Stellrichtung wirkenden Rückstellkraft und eine Zusatzfeder zur Ausübung einer auf die Stellstruktur in oder gegen die Stellrichtung wirkenden Zusatzkraft, wobei die Zusatzkraft die Drehachse in einem Hebelarmabstand kreuzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe mit verstellbarem Fördervolumen, vorzugsweise eine Flügelzellenpumpe, zur Versorgung eines Maschinenaggregats mit Fluid. Bei dem Fluid handelt es sich vorzugsweise um Öl für ein Maschinenaggregat, beispielsweise für ein Getriebe oder einen Motor eines Kraftfahrzeugs. Die Rotationspumpe umfasst ein Pumpengehäuse mit einer Förderkammer, wobei die Förderkammer einen Niederdruckbereich und einen Hochdruckbereich aufweist. Die Förderkammer weist in dem Niederdruckbereich einen Förderkammereinlass für das zu förderndes Fluid und in dem Hochdruckbereich einen Förderkammerauslass für das Fluid auf. Des Weiteren umfasst die Rotationspumpe ein in der Förderkammer um eine Drehachse drehbares Förderglied zur Förderung des Fluids, durch dessen Drehung das Fluid durch den Förderkammereinlass in die Förderkammer gesaugt und durch den Förderkammerauslass ausgestoßen werden kann.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Rotationspumpe um eine Kurbelwellenpumpe, d. h. die Rotationspumpe sitzt vorzugsweise direkt auf der Kurbelwelle des Maschinenaggregats, beispielsweise auf der Kurbelwelle eines Motors eines KFZs. Die Pumpendrehzahl der Kurbelwellenpumpe ist somit gleich der Drehzahl der Kurbelwelle. Da sich der Volumenstrom des zu fördernden Fluid in Abhängigkeit zu der Pumpendrehzahl verhält und dieser gegebenenfalls den wirklichen Bedarf an Fluid übersteigt, haben sich Rotationspumpen mit verstellbarem Fördervolumen entwickelt, bei welchen das Fördervolumen nach Bedarf verstellt werden kann. Derartige Pumpen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt, weshalb an dieser Stelle nur oberflächlich auf deren Aufbau eingegangen werden soll.
Rotationspumpen mit verstellbarem Fördervolumen umfassen für gewöhnlich eine Stellstruktur, eine Stelleinrichtung zur Erzeugung einer auf die Stellstruktur wirkenden Stellkraft und eine Rückstelleinrichtung zur Erzeugung einer auf die Stellstruktur wirkenden Rückstellkraft umfassen. Insbesondere bei Rotationspumpen entstehen in der Förderkammer während des Pumpenbetriebs innere Kräfte, welche auf die Stellstruktur wirken und das Regelverhalten der Pumpe negativ beeinflussen können.
Die inneren Kräfte können beispielsweise durch den in der Förderkammer herrschenden Fluiddruck und/oder durch Reibungskräfte des Förderglieds entstehen. So können die inneren Kräfte beispielsweise zu einem unbeabsichtigten Anlagewechsel der Stellstruktur führen, d. h. das Fördervolumen unbeabsichtigt vergrößern oder verkleinern, und/oder ein Drehmoment erzeugen, welches auf die Stellstruktur wirkt und zu einem Anlagewechsel der Stellstruktur führen und/oder sich negativ auf die Lebensdauer der Stellstruktur auswirken kann.
Insbesondere kann das auf die Stellstruktur wirkende Drehmoment Gleitflächen und/oder Anschläge der Stellstruktur durch eine erhöhte Anpresskraft zusätzlich belasten und somit Verschleiß begünstigen. Auch kann es passieren, dass das auf die Stellstruktur wirkende Drehmoment die Anpresskraft, die auf dichtend aneinander liegende Gleitflächen zwischen Stellstruktur und Pumpengehäuse wirkt, verringert. Dies kann dazu führen, dass die Gleitflächen voneinander weggedrückt werden und damit die dichtende Wirkung der Gleitflächen reduziert wird.
Insbesondere bei Flügelzellenpumpen wird durch die Reibung der Flügelspitzen an der die Förderkammer radial außen umschließenden Stellstruktur ein Reibmoment erzeugt, welches sich beispielsweise negativ auf das Regelverhalten der Pumpe ausüben kann und/oder den Verschleiß an der Stellstruktur und/oder der Pumpe im allgemeinen begünstigen kann. Das erzeugte Reibmoment ist ein Drehmoment, welches in Drehrichtung des Förderglieds auf die Stellstruktur wirkt. Derartige interne Drehmomente können beispielsweise zu einer großen Belastung der Gleitflächen von translatorisch bewegbaren Stellstruktur führen und den Verschleiß damit erhöhen.
Insbesondere bei Flügelzellenpumpen mit translatorisch verstellbarer Stellstruktur erhöht das Reibmoment an manchen Gleitflächen die Anpresskraft, während es an den übrigen Gleitflächen die Anpresskraft reduziert. Dies kann bei den entsprechenden Gleitflächen zu einem erhöhten Verschleiß bzw. zu einer reduzierten Dichtwirkung führen, je nachdem ob die Anpresskraft erhöht oder reduziert wird.
Auch können bei Kurbelwellenpumpen im Automobilbereich, unter anderem bedingt durch die hohe Drehzahl der Kurbelwelle, sehr hohe Fluiddrücke erreicht werden, welche zu großen inneren Kräften führen können und die Pumpe zusätzlich belasten. Auch führen hohe Drehzahlen insbesondere bei Flügelzellenpumpen zu hohen Reibmomenten an den Flügelspitzen, da die Flügel, bedingt durch die hohen Drehzahlen, einer hohen Zentrifugalkraft unterliegen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung eine Rotationspumpe bereitzustellen, welche unempfindlicher gegen innere Kräfte und/oder Momente ist.
Die Aufgabe wird durch eine Rotationspumpe nach Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe mit verstellbarem Fördervolumen, insbesondere eine Flügelzellenpumpe, Pendelschieberpumpe oder Zahnradpumpe. Die Rotationspumpe ist vorzugsweise als Kurbelwellenpumpe ausgestaltet und wird bevorzugt von der Kurbelwelle eines Maschinenaggregats direkt angetrieben, d.h. ein Förderglied der Rotationspumpe ist direkt mit der Kurbelwelle verbunden bzw. sitzt direkt auf der Kurbelwelle. Handelt es sich bei der Rotationspumpe um eine Kurbelwellenpumpe entspricht die Drehzahl des Förderglieds der Drehzahl der Kurbelwelle. Bei einer Kurbelwellenpumpe haben Förderglied und Kurbelwelle ein Übersetzungsverhältnis gleich 1.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Rotationpumpe um eine Kurbelwellenpumpe eines Automobils zur Förderung von Öl. In alternativen Ausführungen kann die Rotationspumpe auch als Pumpe mit Zahnrad-, Zahnriemen- oder Kettenantrieb ausgeführt sein.
Die Rotationspumpe umfasst ein Pumpengehäuse mit einer Förderkammer, die in einem Niederdruckbereich einen Förderkammereinlass für ein zu förderndes Fluid und in einem Hochdruckbereich einen Förderkammerauslass für das Fluid aufweist. Das Pumpengehäuse ist vorzugsweise mehrteilig ausgebildet und umfasst wenigstens einen Gehäusetopf und einen Gehäusedeckel.
Der Förderkammereinlass und/oder der Förderkammerauslass ist/sind vorzugsweise in Form von einer Saugniere und/oder einer Druckniere ausgebildet. Der Förderkammereinlass und/oder der Förderkammerauslass ist/sind vorzugsweise in dem Pumpengehäuse, insbesondere in dem Gehäusetopf, ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann der Förderkammereinlass und/oder der Förderkammerauslass in der radial äußeren Begrenzung der Förderkammer ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines Ausbruchs und/oder einer Ausnehmung beispielsweise in einer Stellstruktur. Bei dem zu fördernden Fluid handelt es sich vorzugsweise um Öl für ein Maschinenaggregat, insbesondere ein Getriebe oder Motor eines Automobils.
Die Rotationspumpe weist in der Förderkammer ein um eine Drehachse drehbares Förderglied zur Förderung des Fluids auf. In bevorzugten Ausführungen handelt es sich bei der Rotationspumpe um eine Flügelzellenpumpe, wobei das Förderglied einen Förderrotor und wenigstens einen im Förderrotor gleitbeweglich gelagerten Flügel aufweist. Bei alternativen Ausführungen handelt es sich bei der Pumpe um eine Pendelschieberpumpe oder eine Zahnradpumpe, insbesondere Innenzahnradpumpe. Handelt es sich bei der Rotationspumpe um eine Kurbelwellenpumpe, so sitzt der Fördererrotor vorzugsweise auf der Kurbelwelle.
Zur Verstellung des Fördervolumens umfasst die Rotationspumpe im Pumpengehäuse eine relativ zum Förderglied in und gegen eine Stellrichtung hin und her bewegliche Stellstruktur mit einer die Förderkammer radial außen begrenzenden Innenkontur. Die Innenkontur der Stellstruktur ist vorzugsweise kreisförmig ausgebildet. In alternativen Ausführungen kann die Innenkontur beispielsweise auch oval, insbesondere elliptisch, ausgebildet sein. Der Mittelpunkt der Innenkontur der Stellstruktur und die Drehachse des Förderglieds sind vorzugsweise exzentrisch zueinander versetzt, wobei die Exzentrizität bei der Verkleinerung des Fördervolumens bevorzugt verkleinert wird.
Die Stellstruktur kann durch einen Stellring gebildet sein, welcher die Förderkammer radial außen umschließt. Axial stirnseitig wird die Förderkammer vorzugsweise vom Pumpengehäuse begrenzt.
Vorzugsweise ist die Stellstruktur im Pumpengehäuse in und gegen die Stellrichtung translatorisch hin und her beweglich, insbesondere translatorisch geradgeführt hin und her beweglich. In alternativen Ausführungen kann die Stellstruktur auch in und gegen die Stellrichtung im Pumpengehäuse schwenkbar beweglich sein. Eine Bewegung der Stellstruktur in die Stellrichtung bewirkt vorzugsweise ein Abregeln der Pumpe, d. h. eine Reduzierung des Fördervolumens. Entsprechend bewirkt eine Bewegung der Stellstruktur gegen die Stellrichtung vorzugsweise eine Vergrößerung des Fördervolumens.
Zur Verstellung der Stellstruktur in die Stellrichtung umfasst die Rotationspumpe eine Stelleinrichtung zur Erzeugung einer auf die Stellstruktur in die Stellrichtung wirkenden Stellkraft. Die Stellkraft wirkt vorzugsweise in Richtung eines minimalen Fördervolumens.
Die Stellkraft kann permanent auf die Stellstruktur wirken oder kann zur Verstellung des Fördervolumens erzeugt werden. Die Stellkraft kann dabei eine konstante oder eine veränderliche Größe aufweisen. Das Weiteren kann sich die Stellkraft aus mehreren Kraftanteilen zusammensetzen, wobei beispielsweise ein Kraftanteil permanent auf die Stellstruktur wirken kann und ein anderer Kraftanteil beispielsweise zugeschaltet werden kann. Ist die Stellkraft aus mehreren Kraftanteilen zusammengesetzt, so kann beispielsweise ein Kraftanteil konstant sein und ein anderer Kraftanteil beispielsweise eine veränderliche Größe aufweisen.
Die Stellkraft kann beispielsweise durch ein Fluid, insbesondere Hochdruckfluid erzeugt werden, welches auf eine Stellfläche der Stellstruktur wirkt. Die Rotationspumpe und insbesondere die Stelleinrichtung kann eine oder mehrere Fluidstellkammern umfassen, die mit dem Hochdruckbereich der Förderkammer permanent oder wahlweise verbunden sind, um die Stellfläche der Stellstruktur in die Stellrichtung permanent oder wahlweise mit einem Fluiddruck zu beaufschlagen. Vorzugsweise wird die Stellfläche der Stellstruktur mit Hochdruckfluid von der Hochdruckseite der Pumpe beaufschlagt, insbesondere permanent beaufschlagt. Das Druckfluid kann vom Förderkammerauslass abgezweigt werden und der Stellfläche der Stellstruktur direkt oder beispielsweise über ein Steuerventil zugeführt werden.
Zusätzlich oder alternativ zu einer Beaufschlagung einer Stellfläche mit Hochdruckfluid kann beispielsweise eine Stellfeder auf die Stellfläche in die Stellrichtung wirken. Alternativ kann die Stellkraft beispielsweise auch durch einen extern geregelten Aktuator erzeugt werden. Dem Fachmann sind Stelleinrichtungen zur Verstellung des Fördervolumens von Pumpen und insbesondere die Mechanismen zur Erzeugung einer Stellbewegung hinlänglich bekannt, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen werden soll.
Neben der Stelleinrichtung kann die Rotationspumpe eine Rückstellfeder zur Ausübung einer auf die Stellstruktur gegen die Stellrichtung wirkenden Rückstellkraft umfassen. Die Rückstellkraft wirkt bevorzugt der Stellkraft entgegen. Vorzugsweise wirkt die Rückstellkraft in Richtung eines maximalen Fördervolumens.
Die Rückstellkraft kann die Drehachse R des Förderglieds in einem Abstand d_R kreuzen oder in Bezug auf die Innenkontur radial auf die Stellstruktur wirken. In bevorzugten Ausführungen wirkt die Rückstellfeder in Bezug auf die Innenkontur radial in Richtung auf die Drehachse des Förderglieds auf die Stellstruktur.
Kreuzt die Rückstellkraft die Drehachse des Förderglieds in einem Abstand d_R, so beträgt der Abstand d_R vorzugsweise höchstens 40 %, insbesondere höchstens 30 %, einer radial zur Drehachse gemessenen Innenweite der Innenkontur. Die Innenweite wird vorzugsweise orthogonal zur Stellrichtung gemessen. Unter der Innenweite der Innenkontur wird vorzugsweise die größte Erstreckung der Innenkontur quer zur Stellrichtung verstanden. Bei einer kreisförmigen Innenkontur entspricht die Innenweite dem Durchmesser der Innenkontur. D. h. bei einer kreisförmigen Innenkontur beträgt der Abstand d_R der Rückstellkraft höchstens 40 %, vorzugsweise höchstens 30 %, des Durchmessers der Innenkontur.
Die Rückstellfeder wird vorzugsweise durch eine Schraubendruckfeder gebildet. In alternativen Ausführungen kann die Rückstellfeder auch durch eine Blattfeder, Tellerfeder, Gummihohlfeder oder dergleichen gebildet sein. Handelt es sich bei der Rückstellfeder um eine Schraubendruckfeder, kann diese eine zylindrische oder nicht zylindrische Schraubendruckfeder, wie z.B. Kegelstumpf-, Tonnen- oder Taillenfeder, sein.
Die Rückstellfeder ist vorzugsweise in einem Rückstellraum angeordnet. Der Rückstellraum ist vorzugsweise im Pumpengehäuse angeordnet und kann mit dem Niederdruckbereich der Förderkammer fluidisch verbunden sein. Der Rückstellraum ist bevorzugt an der Stellstruktur radial gegenüber einer Fluidstellkammer der Stelleinrichtung im Pumpengehäuse angeordnet. Vorzugsweise ist der Rückstellraum in Stellrichtung radial gegenüber einer Fluidstellkammer der Stelleinrichtung im Pumpengehäuse angeordnet.
Des Weiteren kann die Rotationspumpe eine Zusatzfeder zur Ausübung einer auf die Stellstruktur in oder gegen die Stellrichtung wirkenden Zusatzkraft umfassen. Die Zusatzkraft kann der Stellkraft entgegen oder in Richtung der Stellkraft auf die Stellstruktur wirken. Die Rückstellkraft und die Zusatzkraft können parallel zueinander auf die Stellstruktur wirken. Vorzugsweise wirkt die Zusatzkraft gegen die Stellrichtung.
Die Zusatzkraft kann permanent auf die Stellstruktur wirken oder zusätzlich zu der Rückstellkraft oder Stellkraft zugeschaltet werden. Bevorzugt wird die Zusatzkraft durch die permanent auf die Stellstruktur wirkende Zusatzfeder erzeugt. Vorzugsweise wird die Zusatzfeder durch eine Schraubendruckfeder gebildet, welche permanent auf die Stellstruktur wirkt.
Die Zusatzkraft kreuzt die Drehachse R des Förderglieds bevorzugt in einem Hebelarmabstand d. Der Hebelarmabstand d der Zusatzkraft beträgt vorzugsweise höchstens 40 %, insbesondere höchstens 30 %, einer radial zur Drehachse gemessenen Innenweite der Innenkontur. Die Innenweite wird vorzugsweise orthogonal zur Stellrichtung gemessen. D.h. die Innenweite der Innenkontur ist vorzugsweise orthogonal zu Stellrichtung orientiert, insbesondere verlaufen die Innenweite und die Stellrichtung in einem rechten Winkel zueinander.
Unter der Innenweite der Innenkontur wird vorzugsweise die größte Erstreckung der Innenkontur quer zur Stellrichtung verstanden. Bei einer kreisförmigen Innenkontur entspricht die Innenweite dem Durchmesser der Innenkontur. D. h. bei einer kreisförmigen Innenkontur beträgt der Hebelarmabstand d der Zusatzkraft höchstens 40 %, vorzugsweise höchstens 30 %, des Durchmessers der Innenkontur.
Die Zusatzfeder wird vorzugsweise durch eine Schraubendruckfeder gebildet. In alternativen Ausführungen kann die Zusatzfeder auch durch eine Blattfeder, Tellerfeder, Gummihohlfeder oder dergleichen gebildet sein. Handelt es sich bei der Zusatzfeder um eine Schraubendruckfeder, kann diese eine zylindrische oder nicht zylindrische Schraubendruckfeder, wie z.B. Kegelstumpf-, Tonnen- oder Taillenfeder, sein.
Die Zusatzfeder und die Rückstellfeder können gleich ausgebildet sein. D.h. die Rückstellfeder und die Zusatzfeder können beide beispielsweise durch eine Schraubendruckfeder gebildet sein. In alternativen Ausführungen können die Rückstellfeder und die Zusatzfeder unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Rückstellfeder durch eine Schraubenfeder und die Zusatzfeder durch eine Blattfeder gebildet sein.
Die Zusatzfeder kann in dem Rückstellraum der Rückstellfeder oder in einem Zusatzraum angeordnet sein. Der Zusatzraum kann beispielsweise durch eine Fluidstellkammer der Stelleinrichtung gebildet sein. Ist die Zusatzfeder in einem Zusatzraum angeordnet, so ist der Zusatzraum vorzugsweise fluidisch von dem Rückstellraum getrennt. Vorzugsweise ist die Zusatzfeder orthogonal zur Stellrichtung neben der Rückstellfeder im Rückstellraum angeordnet.
Wenn im Zuge dieser Anmeldung von einer in die Stellrichtung oder gegen die Stellrichtung wirkenden Kraft, insbesondere Rückstellkraft und/oder Zusatzkraft, die Rede ist, kann darunter verstanden werden, dass zumindest eine Kraftkomponente, insbesondere die größte Kraftkomponente, der Kraft in die Stellrichtung oder gegen die Stellrichtung wirkt. Bevorzugt wirkt die Gesamtkraft der Rückstellfeder und/oder der Zusatzfeder in die Stellrichtung oder gegen die Stellrichtung.
Die größte Kraftkomponente der Rückstellkraft und/oder der Zusatzkraft können/kann parallel zur Stellrichtung oder unter einem spitzen Winkel von weniger als 10° zur Stellrichtung auf die Stellstruktur wirken. Besonders bevorzugt wirken/t die Rückstellkraft der Rückstellfeder und/oder die Zusatzkraft der Zusatzfeder nur parallel zur Stellrichtung oder unter einem spitzen Winkel zur Stellrichtung von weniger als 10° auf die Stellstruktur. D.h. bevorzugt erzeugen/t die Rückstellfeder und/oder die Zusatzfeder jeweils eine resultierende Gesamtkraft, welche nur parallel zur Stellrichtung oder unter einem spitzen Winkel zur Stellrichtung von weniger als 10° auf die Stellstruktur wirkt.
Die Rückstellkraft und die Zusatzkraft können in einem spitzen Winkel zueinander auf die Stellstruktur wirken. Insbesondere können die Rückstellkraft und die Zusatzkraft in einem Winkel kleiner oder gleich 20°, vorzugsweise kleiner oder gleich 10° zueinander auf die Stellstruktur wirken. D.h. die Wirklinie der Rückstellkraft und die Wirklinie der Zusatzkraft schließen zusammen einen Winkel ein, der kleiner oder gleich 20°, insbesondere kleiner oder gleich 10°, ist.
Bevorzugt wirken die Rückstellkraft und die Zusatzkraft im Wesentlichen parallel zueinander auf die Stellstruktur. Das bedeutet die Rückstellkraft und die Zusatzkraft wirken in einem Winkel kleiner oder gleich 5° zueinander auf sie Stellstruktur. Vorzugsweise wirken die Rückstellkraft und die Zusatzkraft parallel zueinander auf die Stellstruktur. Das bedeutet, die Wirklinie der Zusatzkraft und die Wirklinie der Rückstellkraft verlaufen vorzugsweise parallel und schneiden sich nicht.
Die Rückstellkraft und/oder die Zusatzkraft können sekantial zur Innenkontur auf die Stellstruktur wirken. Sekantial im Sinne der Anmeldung heißt, dass die Wirklinie der Zusatzkraft und/oder der Rückstellkraft die Kurve der Innenkontur an zwei Punkten schneidet, insbesondere innerhalb einer zur Stirnfläche der Stellstruktur parallelen Ebene, wobei die Wirklinie nicht durch einen Mittelpunkt bzw. die Mittelachse der Innenkontur geht. Sekantial im Sinne der Anmeldung bedeutet somit, dass die Wirklinie der Zusatzkraft und/oder der Rückstellkraft eine Sekante der Innenkontur bildet.
Die Innenkontur der Stellstruktur weist orthogonal zur Stellrichtung eine Innenweite auf, wobei die Innenweite vorzugsweise radial zur Drehachse gemessen wird. Die Zusatzkraft kann von einer Halbierenden B, die die Innenweite in zwei gleich lange Abschnitte unterteilt, in einem quer zur Stellrichtung gemessenen Hebelarmabstand d auf die Stellstruktur wirken. Zusätzlich kann auch die Rückstellkraft von der Halbierenden B in einem quer zur Stellrichtung gemessenen Abstand d_R auf die Stellstruktur wirken.
Die Halbierende B kann die Förderkammer in Hochdruckbereich und Niederdruckbereich der Förderkammer teilen. Bevorzugt überlappt die Wirklinie der Rückstellkraft mit der Halbierenden B in axialer Draufsicht auf die Stellstruktur, sodass der Abstand d_R quer zur Stellrichtung gleich null ist. Überlappt die Wirklinie der Rückstellkraft nicht mit der Halbierenden in axialer Draufsicht auf die Stellstruktur, so wirken die Rückstellkraft und die Zusatzkraft vorzugsweise quer zur Stellrichtung auf der gleichen Seite der Halbierenden B. Alternativ können die Zusatzkraft und die Rückstellkraft auf quer zur Stellrichtung unterschiedlichen Seiten der Halbierenden B wirken.
Die Rückstellkraft kann radial zur Drehachse und/oder zur Innenkontur auf die Stellstruktur wirken oder die Drehachse in einem Abstand d_R kreuzen, der kleiner als der Hebelarmabstand d ist, in dem die Zusatzkraft die Drehachse kreuzt. Vorzugsweise wirkt wenigstens eine der Kräfte aus Zusatzkraft und Rückstellkraft sekantial zur Innenkontur auf die Stellstruktur. Bevorzugt wirkt die Rückstellkraft radial zur der Drehachse auf die Stellstruktur und die Zusatzkraft sekantial zur Innenkontur auf die Stellstruktur.
Radial zur Innenkontur im Sinne der Anmeldung bedeutet, dass die Wirklinie der Zusatzkraft und/oder der Rückstellkraft durch den Mittelpunkt bzw. der Mittelachse der Innenkontur verläuft. D.h. bei eine kreisförmigen bzw. kreiszylindrischen Innenkontur überlappt die Wirklinie der Zusatzkraft und/oder der Rückstellkraft mit dem Durchmesser der Innenkontur. Radial zur Drehachse im Sinne der Anmeldung bedeutet, dass die Wirklinie der Zusatzkraft und/oder der Rückstellkraft durch die Drehachse des Förderglieds verläuft. Ist die Exzentrizität zwischen der Mittelachse der Innenkontur und der Drehachse gleich null, d.h. überlappen die Mittelachse der Innenkontur und die Drehachse miteinander, so bedeutet radial zur Drehachse gleichzeitig auch radial zu Innenkontur.
Die Zusatzkraft wirkt vorzugsweise auf einen den Hochdruckbereich der Förderkammer umgebenden Abschnitt der Stellstruktur gegen die Stellrichtung oder die Zusatzkraft wirkt alternativ auf einen den Niederdruckbereich der Förderkammer umgebenden Abschnitt der Stellstruktur in die Stellrichtung.
Die Rückstellkraft kann sowohl auf einen den Hochdruckbereich der Förderkammer umgebenen Abschnitt der Stellstruktur gegen die Stellrichtung oder auf einen den Niederdruckbereich der Förderkammer umgebenen Abschnitt der Stellstruktur gegen die Stellrichtung wirken. Alternativ kann die Rückstellkraft auch auf den den Übergang zwischen Hochdruckbereich und Niederdruckbereich der Förderkammer umgebenden Abschnitt der Stellstruktur gegen die Stellrichtung wirken.
Die Rückstellkraft kann radial oder sekantial auf die Stellstruktur wirken. Die Rückstellkraft und die Zusatzkraft können die einzige auf die Stellstruktur wirkende äußere Kraft, die der Stellkraft entgegenwirkt, sein. Insbesondere für den Fall, dass die Rotationspumpe keine Zusatzfeder umfasst, ist die Rückstellkraft vorzugsweise die einzige auf die Stellstruktur wirkende äußere Kraft, die der Stellkraft entgegenwirkt.
Bevorzugt erzeugt die Zusatzkraft ein Drehmoment, das auf die Stellstruktur wirkt. Vorzugsweise ist das Drehmoment der Rotationsrichtung des Förderglieds entgegengerichtet, insbesondere im normalen Pumpenbetrieb entgegengerichtet. D.h. vorzugsweise erzeugt die Zusatzkraft bei einem im normalen Pumpenbetrieb im Uhrzeigersinn drehenden Förderglied ein gegen den Uhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment. Unter dem normalen Pumpenbetrieb wird dabei der von dem Antriebsmittel der Pumpe vorgesehene Betrieb verstanden, insbesondere die Drehung des Förderglieds in die vom Antriebsmittel der Pumpe vorgesehene Drehrichtung. Im Wesentlichen wird unter dem normalen Pumpenbetrieb der störungsfreie Betrieb der Pumpe verstanden.
Das durch die Zusatzkraft erzeugte Drehmoment kompensiert vorzugsweise das Drehmoment, welches durch die Reibung des Förderglieds erzeugt wird und ebenfalls auf die Stellstruktur wirkt, ganz oder zu einem Teil. Dies hat den Vorteil, dass die Zusatzkraft die Anpresskraft, die auf die einzelnen Gleitflächen der Stellstruktur wirken kann und gegebenenfalls durch das Reibmoment des Förderglieds reduziert oder vergrößert wird, vergrößern oder reduzieren kann. D.h. vorzugsweise verringert oder kompensiert die Zusatzkraft den Effekt, welchen die Reibung des Förderglieds auf die Stellstruktur hat.
D.h. vorzugsweise verhindert die Zusatzkraft, dass die dichtend aneinander liegenden Gleitflächen zwischen der Stellstruktur und dem Pumpengehäuse durch eine durch das Reibmoment bedingte Reduzierung der Anpresskraft voneinander weggedrückt werden und dadurch die Dichtwirkung der Gleitflächen reduziert wird oder durch eine durch das Reibmoment bedingte Vergrößerung der Anpresskraft stärker aufeinander reiben und dadurch stärker verschleißen.
Zusätzlich kann die Zusatzkraft ein durch die Stellkraft und/oder die Rückstellkraft erzeugtes Drehmoment, das auf die Stellstruktur wirkt, wenigstens teilweise kompensieren.
Da das durch die Reibung des Förderglieds erzeugte Drehmoment unter anderem von der Drehzahl des Förderglieds abhängt, ist das durch die Zusatzkraft erzeugte Drehmoment wenigstens so groß wie das kleinste durch das Förderglied im Pumpenbetrieb erzeugte Drehmoment.
Alternativ oder zusätzlich kann auch die Rückstellkraft ein Drehmoment erzeugen, das auf die Stellstruktur wirkt. Das Drehmoment der Rückstellkraft kann der Rotationsrichtung des Förderglieds entgegengerichtet sein oder in Rotationsrichtung des Förderglieds wirken, insbesondere im normalen Pumpenbetrieb. Das durch die Rückstellkraft erzeugte Drehmoment kann das Drehmoment, welches durch die Reibung des Förderglieds erzeugt wird und ebenfalls auf die Stellstruktur wirkt, ganz oder zu einem Teil kompensieren. Alternativ kann das durch die Rückstellkraft erzeugte Drehmoment das Drehmoment, welches durch die Reibung des Förderglieds erzeugt wird und ebenfalls auf die Stellstruktur wirkt, verstärken.
Insbesondere für den Fall, dass die Rotationspumpe keine Zusatzfeder umfasst und die Rückstellfeder die einzige auf die Stellstruktur gegen die Stellrichtung wirkende äußere Kraft ist, kann das durch die Rückstellkraft erzeugte Drehmoment das Drehmoment, welches durch die Reibung des Förderglieds erzeugt wird und ebenfalls auf die Stellstruktur wirkt, ganz oder zu einem Teil kompensieren.
Da das durch die Reibung des Förderglieds erzeugte Drehmoment unter anderem von der Drehzahl des Förderglieds abhängt, ist das durch die Rückstellkraft erzeugte Drehmoment für den Fall, dass die Rotationspumpe keine Zusatzfeder umfasst, wenigstens so groß wie das kleinste durch das Förderglied im Pumpenbetrieb erzeugte Drehmoment.
Vorzugsweise werden die Rückstellkraft und die Zusatzkraft in einem zur Stellrichtung orthogonalen Federkraftabstand D voneinander in die Stellstruktur eingeleitet. Der Federkraftabstand D kann gleich groß oder größer als der Hebelarmabstand d sein, in welchem die Zusatzkraft die Drehachse des Förderglieds kreuzt, sodass gilt D ≥ d. Die Rückstellkraft kann radial zur Drehachse auf die Stellstruktur wirken, sodass der Federkraftabstand D dem Hebelarmabstand d entspricht, mit welchem die Zusatzkraft die Drehachse kreuzt, d. h. D = d. In alternativen Ausführungen kann der Federkraftabstand D kleiner (D<d) oder größer (D>d) sein als der Hebelarmabstand d.
Die Rückstellkraft und die Zusatzkraft können unterschiedlich groß sein. Bevorzugt ist die Rückstellkraft größer als die Zusatzkraft, besonders bevorzugt ist die Rückstellkraft wenigstens doppelt so groß wie die Zusatzkraft. Vorzugsweise ist die Rückstellkraft in einer oder mehreren Positionen, die die Stellstruktur im Rahmen ihrer Beweglichkeit in und gegen die Stellrichtung einnehmen kann, größer als die Zusatzkraft. Vorzugsweise ist die Rückstellkraft in jeder Position der Stellstruktur größer als die Zusatzkraft.
Die Rückstellkraft und die Zusatzkraft sind vorzugsweise in einer oder in mehreren unterschiedlichen Positionen, die die Stellstruktur im Rahmen ihrer Beweglichkeit in und gegen die Stellrichtung einnehmen kann, unterschiedlich groß. Vorzugsweise sind die Rückstellkraft und die Zusatzkraft in jeder Position der Stellstruktur unterschiedlich groß.
Die Größe der Zusatzkraft wird vorzugsweise in Abhängigkeit des Hebelarmabstands d gewählt. Umso größer der Hebelarmabstand d ist, desto kleiner ist vorzugsweise die Zusatzkraft und umgekehrt. Im Gegensatz dazu kann bei kleinen Hebelarmabstand d die Zusatzkraft größer sein.
Die Rückstellfeder kann eine erste Federkonstante aufweisen und die Zusatzfeder kann eine zweite Federkonstante aufweisen. Die erste Federkonstante der Rückstellfeder und die zweite Federkonstante der Zusatzfeder können unterschiedlich groß sein. Beispielsweise kann die erste Federkonstante der Rückstellfeder größere sein als die zweite Federkonstante der Zusatzfeder, d. h. die Rückstellfeder kann härter sein als die Zusatzfeder. Alternativ kann zweite Federkonstante der Zusatzfeder größer sein als die erste Federkonstante der Rückstellfeder.
Die erste Federkonstante der Rückstellfeder und die zweite Federkonstante der Zusatzfeder können in Abhängigkeit des Federkraftabstand D gewählt werden. Vorzugsweise wird die zweite Federkonstante der Rückstellfeder unter Berücksichtigung des Hebelarmabstands d gewählt.
Die zweite Federkonstante der Zusatzfeder sollte vorzugsweise groß genug sein, um eine Zusatzkraft F_z zu erzeugen, die groß genug ist, um das durch die Reibung des Förderglieds hervorgerufene Drehmoment zu kompensieren. Vorzugsweise wird die zweite Federkonstante der Zusatzfeder in Abhängigkeit des Hebelarmabstand d ausgelegt. Bei einem relativ großen Hebelarmabstand d kann die zweite Federkonstante der Zusatzfeder relativ klein sein. Im Gegensatz dazu ist bei einem relativ kleinen Hebelarmabstand d die zweite Federkonstante der Zusatzfeder vorzugsweise relativ groß.
Im Übrigen kann die erste Federkonstante und/oder die zweite Federkonstante auch entsprechend des Einsatzortes und/oder des Einsatzbereiches der Rotationspumpe angepasst werden. Beispielsweise kann es sinnvoll sein die zweite Federkonstante der Zusatzfeder im Fall von schnellen Lastwechseln der Rotationspumpe und/oder großen Vibrationen an der Rotationspumpe kleiner zu wählen, sodass die Zusatzfeder eher weich ist.
Des Weiteren kann die Rückstellfeder mit einer ersten Vorspannkraft und/oder die Zusatzfeder mit einer zweiten Vorspannkraft montiert sein. Die erste Vorspannkraft und die zweite Vorspannkraft können unterschiedlich groß sein. Beispielsweise kann die erste Vorspannkraft der Rückstellfeder größer sein als die zweite Vorspannkraft der Zusatzfeder. Alternativ kann die zweite Vorspannkraft der Zusatzfeder größer sein als die erste Vorspannkraft der Rückstellfeder.
Die Rückstellfeder und die Zusatzfeder können in allen Merkmalen, insbesondere Form, Federkonstante, Federkennlinie und Vorspannkraft, gleich ausgebildet sein. Alternativ können sich die Rückstellfeder und die Schraubenfeder in einem oder mehreren Merkmalen unterscheiden. Beispielsweise können die Rückstellfeder und die Zusatzfeder beide Schraubendruckfedern mit derselben Federkonstanten und derselben Federkennlinie sein, aber mit einer unterschiedlicher Vorspannkraft montiert sein.
Die Rückstellkraft und die Zusatzkraft können zusammen eine resultierende äußere Kraft erzeugen. Die resultierende äußere Kraft aus Rückstellkraft und Zusatzkraft kann die Drehachse des Förderglieds in einem Hebelarmabstand d_A kreuzen. Bevorzugt verläuft die Wirklinie der resultierenden äußeren Kraft sekantial zur Innenkontur der Stellstruktur. Besonders bevorzugt verläuft die Wirklinie der resultierenden äußeren Kraft parallel zur Stellrichtung.
Der Hebelarmabstand d_A der resultierenden äußere Kraft beträgt höchstens 30 %, vorzugsweise höchstens 20 %, einer radial zur Drehachse gemessenen Innenweite der Innenkontur. Die Innenweite wird vorzugsweise orthogonal zur Stellrichtung gemessen. Unter der Innenweite der Innenkontur wird vorzugsweise die größte Erstreckung der Innenkontur quer zur Stellrichtung verstanden. Bei einer kreisförmigen Innenkontur entspricht die Innenweite dem Durchmesser der Innenkontur. D. h. bei einer kreisförmigen Innenkontur beträgt der Hebelarmabstand d_A der resultierenden äußere Kraft höchstens 30 %, vorzugsweise höchstens 20 %, des Durchmessers der Innenkontur.
Besonders bevorzugt wirkt die äußere resultierende Kraft auf einen den Hochdruckbereich der Förderkammer umgebenden Abschnitt der Stellstruktur. Die äußere resultierende Kraft wirkt vorzugsweise gegen die Stellrichtung. Die resultierende äußere Kraft kann sekantial zur Innenkontur auf die Stellstruktur wirken.
Bevorzugt erzeugt die resultierende äußere Kraft ein Drehmoment, das auf die Stellstruktur wirkt. Das durch die resultierende äußere Kraft erzeugte Drehmoment kann der Rotationsrichtung des Förderglieds entgegengerichtet ein, insbesondere im normalen Pumpenbetrieb der Pumpe. Bevorzugt wirkt das Drehmoment, welches durch die äußere resultierende Kraft erzeugt wird, in dieselbe Richtung wie das Drehmoment, welches durch die Zusatzkraft, erzeugt wird.
Das durch die resultierende äußere Kraft erzeugte Drehmoment kompensiert vorzugsweise das Drehmoment, welches durch die Reibung des Förderglieds erzeugt wird und ebenfalls auf die Stellstruktur wirkt, ganz oder zu einem Teil. Zusätzlich kann die resultierende äußere Kraft ein durch die Stellkraft erzeugtes Drehmoment, das auf die Stellstruktur wirkt, kompensieren.
Da das durch die Reibung des Förderglieds erzeugte Drehmoment unter anderem von der Drehzahl des Förderglieds abhängt, ist das durch die resultierende äußere Kraft erzeugte Drehmoment wenigstens so groß wie das kleinste durch das Förderglied erzeugte Drehmoment.
In bevorzugten Ausführungen weist die Stellstruktur einen Anschlag auf, der mit einer Fläche des Pumpengehäuses in Kontakt kommt, wenn das Fördervolumen der Rotationspumpe maximal ist. Somit begrenzt der Anschlag vorzugsweise die translatorische Bewegung der Stellstruktur gegen die Stellrichtung.
Bevorzugt geht die Wirklinie der resultierenden äußere Kraft durch den Anschlag der Stellstruktur, insbesondere geht die Wirklinie der resultierenden äußeren Kraft mittig durch den Anschlag der Stellstruktur. Alternativ oder zusätzlich ist der Anschlag zwischen der Wirklinie der Rückstellkraft und der Wirklinie der Zusatzkraft ausgebildet. Der Anschlag ist bevorzugt auf der der Rückstellfeder radial gegenüberliegenden Seite der Stellstruktur, insbesondere auf der der Rückstellfeder und der Zusatzfeder gegenüberliegenden Seite der Stellstruktur, ausgebildet.
Auch in den nachstehend formulierten Aspekten werden Merkmale der Erfindung beschrieben. Die Aspekte sind in der Art von Ansprüchen formuliert und können diese ersetzen. In den Aspekten offenbarte Merkmale können die Ansprüche ferner ergänzen und/oder relativieren, Alternativen zu einzelnen Merkmalen aufzeigen und/oder Anspruchsmerkmale erweitern. In Klammern gesetzte Bezugszeichen beziehen sich auf nachfolgend in Figuren illustrierte Ausgestaltungsbeispiele der Erfindung. Sie schränken die in den Aspekten beschriebenen Merkmale nicht unter den Wortsinn als solchen ein, zeigen andererseits jedoch bevorzugte Möglichkeiten der Verwirklichung des jeweiligen Merkmals auf.
Aspekt #1. Rotationspumpe mit verstellbarem Fördervolumen umfassend:

1.1 ein Pumpengehäuse (1) mit einer Förderkammer, die in einem Niederdruckbereich einen Förderkammereinlass (2) für ein zu förderndes Fluid und in einem Hochdruckbereich einen Förderkammerauslass (3) für das Fluid aufweist,
1.2 ein in der Förderkammer um eine Drehachse (R) drehbares Förderglied zur Förderung des Fluids,
1.3 eine zur Verstellung des Fördervolumens der Rotationspumpe im Pumpengehäuse (1) relativ zum Förderglied in und gegen eine Stellrichtung translatorisch hin und her bewegliche Stellstruktur (10) mit einer die Förderkammer radial außen begrenzenden Innenkontur (I),
1.4 eine Stelleinrichtung (30, 31) zur Erzeugung einer auf die Stellstruktur (10) in die Stellrichtung wirkenden Stellkraft (F_D) und
1.5 eine Rückstellfeder (11) zur Ausübung einer auf die Stellstruktur (10) gegen die Stellrichtung wirkenden Rückstellkraft (F_R),
1.6 eine Zusatzfeder (12) zur Ausübung einer auf die Stellstruktur (10) in oder gegen die Stellrichtung wirkenden Zusatzkraft (Fz),
1.7 wobei die Zusatzkraft (Fz) die Drehachse (R) in einem Hebelarmabstand (d) kreuzt.

Aspekt #2. Rotationspumpe nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei die Zusatzkraft (F_Z) und/oder die Rückstellkraft (F_R) sekantial zur Innenkontur (I) auf die Stellstruktur (10) ausgeübt wird.
Aspekt #3. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Rückstellkraft (F_R) und die Zusatzkraft (Fz) eine resultierende äußere Kraft (F_A) erzeugen und die resultierende äußere Kraft (F_A) die Drehachse (R) in einem Hebelarmabstand (d_A) kreuzt und der Hebelarmabstand (d_A) insbesondere höchstens 30%, vorzugsweise höchstens 20%, einer radial zur Drehachse (R) gemessenen Innenweite (A) der Innenkontur (I) beträgt, wobei die Innenweite (A) vorzugsweise orthogonal zur Stellrichtung gemessen wird.
Aspekt #4. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Zusatzkraft (F_Z) auf einen den Hochdruckbereich der Förderkammer umgebenen Abschnitt der Stellstruktur (10) gegen die Stellrichtung wirkt oder wobei die Zusatzkraft (F_Z) auf einen den Niederdruckbereich der Förderkammer umgebenen Abschnitt der Stellstruktur (10) in die Stellrichtung wirkt.
Aspekt #5. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Zusatzkraft (Fz) ein Drehmoment erzeugt, das auf die Stellstruktur (10) wirkt und der Rotationsrichtung des Förderglieds entgegengerichtet ist.
Aspekt #6. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die auf die Stellstruktur (10) wirkende Rückstellkraft (F_R) der Rückstellfeder (11) und/oder die auf die Stellstruktur (10) wirkende Zusatzkraft (F_Z) der Zusatzfeder (12) nur parallel zur Stellrichtung oder unter einem spitzen Winkel zur Stellrichtung von weniger als 10° wirken.
Aspekt #7. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Rückstellkraft (F_R) und die Zusatzkraft (Fz) in einem zur Stellrichtung orthogonalen Federkraftabstand (D) voneinander in die Stellstruktur (10) eingeleitet werden.
Aspekt #8. Rotationspumpe nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei der Federkraftabstand (D) gleich groß oder größer als der Hebelarmabstand (d) ist.
Aspekt #9. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Rückstellkraft (F_R) radial zur Drehachse (R) auf die Stellstruktur (10) wirkt oder die Drehachse (R) in einem Abstand kreuzt, der kleiner als der Hebelarmabstand (d) ist, in dem die Zusatzkraft (Fz) die Drehachse (R) kreuzt.
Aspekt #10. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Rückstellkraft (F_R) größer als die Zusatzkraft (Fz) ist.
Aspekt #11. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Rückstellkraft (F_R) und die Zusatzkraft (Fz) in einer oder in mehreren unterschiedlichen Positionen, die die Stellstruktur (10) im Rahmen ihrer Beweglichkeit in und gegen die Stellrichtung einnehmen kann, vorzugsweise in jeder Position der Stellstruktur (10), unterschiedlich groß sind.
Aspekt #12. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Rückstellkraft (F_R) und die Zusatzkraft (Fz) eine resultierende äußere Kraft (F_A) erzeugen, die gegen die Stellrichtung auf die Stellstruktur (10) wirkt.
Aspekt #13. Rotationspumpe nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei die Stellstruktur (10) einen Anschlag (31) umfasst, der mit einer Fläche des Pumpengehäuses (1) in Kontakt kommt, wenn das Fördervolumen der Rotationspumpe maximal ist, und wobei die Wirklinie der resultierenden äußere Kraft (F_A) durch den Anschlag (31) geht.
Aspekt #14. Rotationspumpe nach einem der beiden vorhergehenden Aspekte, wobei die äußere resultierende Kraft die Drehachse (R) in einem Abstand kreuzt und die äußere resultierende Kraft auf einen den Hochdruckbereich der Förderkammer umgebenden Abschnitt der Stellstruktur (10) gegen die Stellrichtung wirkt.
Aspekt #15. Rotationspumpe nach einem der drei vorhergehenden Aspekte, wobei die resultierende äußere Kraft (F_A) sekantial zur Innenkontur (I) auf die Stellstruktur (10) wirkt.
Aspekt #16. Rotationspumpe nach einem der vier vorhergehenden Aspekte, wobei die resultierende äußere Kraft (F_A) ein Drehmoment erzeugt, das auf die Stellstruktur (10) wirkt und der Rotationsrichtung des Förderglieds im entgegengerichtet ist.
Aspekt #17. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Stellstruktur (10) einen Anschlag (31) umfasst, der mit einer Fläche des Pumpengehäuses (1) in Kontakt kommt, wenn das Fördervolumen der Rotationspumpe maximal ist, und wobei der Anschlag (31) zwischen der Wirklinie der Rückstellkraft (F_R) und der Wirklinien der Zusatzkraft (Fz) ausgebildet ist.
Aspekt #18. Rotationspumpe nach einem der vier vorhergehenden Aspekte, wobei die äußere resultierende Kraft die Drehachse (R) in einem Abstand kreuzt und der Abstand kleiner ist als der Hebelarmabstand (d).
Aspekt #19. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Rückstellfeder(11) eine erste Federkonstante aufweist und mit einer ersten Vorspannkraft montiert ist und die Zusatzfeder (12) eine zweite Federkonstante aufweist und mit einer zweiten Vorspannkraft montiert ist, wobei die erste Federkonstante und die zweite Federkonstante ungleich sind und/oder die erste Vorspannkraft und die zweite Vorspannkraft ungleich sind.
Aspekt #20. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Stellstruktur (10) in und gegen die Stellrichtung translatorisch geradgeführt wird.
Aspekt #21. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Rückstellfeder (11) und/oder die Zusatzfeder (12) eine Schraubendruckfeder ist.
Aspekt #22. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Rückstellfeder (11) und/oder die Zusatzfeder (12) in einem Rückstellraum (20) im Niederdruckbereich des Pumpengehäuses angeordnet ist.
Aspekt #23. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Stelleinrichtung (30) eine oder mehrere Fluidstellkammern aufweist und die jeweilige Fluidstellkammer mit dem Hochdruckbereich der Förderkammer permanent oder wahlweise verbunden ist, um die Stellstruktur (10) in die Stellrichtung permanent oder wahlweise mit einem Fluiddruck zu beaufschlagen.
Aspekt #24. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Rückstellkraft (F_R) und/oder die Zusatzkraft (F_Z) die einzige auf die Stellstruktur (10) wirkende äußere Kraft ist, die der Stellkraft (F_D) entgegenwirkt.
Aspekt #25. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Innenkontur (I) orthogonal zur Stellrichtung eine Innenweite (A) aufweist, wobei die Innenweite (A) vorzugsweise radial zur Drehachse (R) gemessen wird, und die Zusatzkraft (Fz) von einer Halbierenden (B), die die Innenweite (A) in zwei gleich lange Abschnitte unterteilt, in einem quer zur Stellrichtung gemessenen Hebelarmabstand (d) auf die Stellstruktur (10) wirkt.
Aspekt #26. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Innenkontur (I) orthogonal zur Stellrichtung eine Innenweite (A) aufweist, wobei die Innenweite (A) vorzugsweise radial zur Drehachse (R) gemessen wird, und Rückstellkraft (F_R) von einer Halbierenden (B), die die Innenweite (A) in zwei gleich lange Abschnitte unterteilt, in einem quer zur Stellrichtung gemessenen Abstand (d_R) auf die Stellstruktur (10) wirkt oder wobei die Wirklinie der Rückstellkraft (F_R) mit der Halbierenden in axialer Draufsicht auf die Stellstruktur (10) überlappt.
Aspekt #27. Rotationspumpe nach einem der beiden vorhergehenden Aspekte, wobei die Halbierende (B) die Förderkammer in den Hochdruckbereich und den Niederdruckbereich teilt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. An den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale bilden die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehenden erläuterten Ausgestaltungen vorteilhaft weiter.
Es zeigen:

1: Querschnitt einer Rotationspumpe mit verstellbarem Fördervolumen eines ersten Ausführungsbeispiels
2: Querschnitt einer Rotationspumpe mit verstellbarem Fördervolumen eines zweiten Ausführungsbeispiels
3: schematische Zeichnung der Rotationspumpe des zweiten Ausführungsbeispiels
4: schematische Zeichnung der Rotationspumpe des ersten Ausführungsbeispiels
5: schematische Zeichnung einer Rotationspumpe eines dritten Ausführungsbeispiels
6: schematische Zeichnung einer Rotationspumpe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiels
7: schematische Zeichnung einer Rotationspumpe gemäß einem fünften Ausführungsbeispiels

1 und 4 zeigen eine Rotationspumpe mit einem verstellbaren Fördervolumen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Rotationspumpe umfasst ein Pumpengehäuse 1 mit einer Förderkammer, die in einem Niederdruckbereich einen Förderkammereinlass 2 für ein zu förderndes Fluid und in einem Hochdruckbereich einen Förderkammerauslass 3 für das Fluid aufweist. In der Förderkammer ist ein um eine Drehachse R drehbares Förderglied zur Förderung des Fluids angeordnet. Das Förderglied wird durch einen Förderrotor und mehrere im Förderrotor gleitbeweglich gelagerten Flügel gebildet.
Zur Verstellung des Fördervolumens der Rotationspumpe umfasst die Rotationspumpe im Pumpengehäuse 1 eine relativ zum Förderglied in und gegen eine Stellrichtung translatorisch hin und her bewegliche Stellstruktur 10 mit einer die Förderkammer radial außen begrenzenden Innenkontur I. Die Stellstruktur 10 ist in Form eines Stellrings ausgebildet, welcher die Förderkammer radial außen umschließt und dessen Innenkontur I kreisförmig ausgebildet ist. In axialer Richtung begrenzt die Stellstruktur 10 die Förderkammer nicht.
Im Pumpengehäuse 1 ist eine Stelleinrichtung 30, 31 zur Erzeugung einer auf die Stellstruktur 10 in die Stellrichtung wirkenden Stellkraft F_D ausgebildet. Die Stelleinrichtung 30, 31 wird durch eine Fluidstellkammer 31 und einen Anschlag 31 gebildet. Die Fluidstellkammer ist vorzugsweise mit dem Hochdruckbereich der Förderkammer permanent oder wahlweise verbunden, sodass das Fluid auf eine Stellfläche der Stellstruktur 10 wirken kann. Das Fluid kann von dem Förderkammerauslass 3 der Förderkammer abgezweigt werden und der Fluidstellkammer 30 direkt oder beispielsweise über ein Steuerventil zugeführt werden.
Die Stellkraft F_D wirkt in die Stellrichtung auf die Stellstruktur 10. Eine Bewegung der Stellstruktur 10 in die Stellrichtung bewirkt ein Abregeln der Pumpe, d. h. eine Reduzierung des Fördervolumens. Entsprechend bewirkt eine Bewegung der Stellstruktur 10 gegen die Stellrichtung eine Vergrößerung des Fördervolumens. Die Stellkraft F_D resultiert dabei aus dem auf die Stellstruktur wirkenden Fluid, welches sich in der Fluidstellkammer 30 befindet, und ist in 1 als eine resultierende Kraft eingezeichnet.
Wie anhand von 1 zu erkennen ist kreuzt die resultierende Stellkraft F_D die Drehachse R der Rotationspumpe in einem Abstand. Dies erzeugt ein in Drehrichtung wirkendes Drehmoment, welches auf die Stellstruktur 10 wirkt. Neben dem durch die Stellkraft F_D erzeugten Drehmoment wirkt bei Rotation des Förderglied zusätzlich ein Reibmoment auf die Stellstruktur 10, welches einem in Drehrichtung des Förderglieds wirkendes Drehmoment entspricht. Alternativ kann die resultierende Stellkraft F_D in Bezug auf die Innenkontur I radial auf die Stellstruktur 10 wirken, wie in der schematischen Zeichnung in 4 eingezeichnet. In diesem Fall erzeugt die resultierende Stellkraft F_D kein Drehmoment, welches auf die Stellstruktur wirkt.
Die Rotationspumpe umfasst weiter eine Rückstellfeder 11 zur Ausübung einer auf die Stellstruktur 10 gegen die Stellrichtung wirkenden Rückstellkraft F_R und eine Zusatzfeder 12 zur Ausübung einer auf die Stellstruktur 10 ebenfalls gegen die Stellrichtung wirkenden Zusatzkraft Fz. Die Rückstellfeder 11 und die Zusatzfeder 12 wirken auf einer der Fluidstellkammer 30 in Stellrichtung radial gegenüberliegenden Seite der Stellstruktur 10 auf die Stellstruktur 10.
Die Rückstellfeder 11 ist in einem Rückstellraum 20 angeordnet. Der Rückstellraum ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 in Stellrichtung radial gegenüber der Fluidstellkammer 30 ausgebildet. Fluidstellkammer 30 und Rückstellraum 20 sind fluidisch voneinander getrennt, d.h. Fluid aus der Fluidstellkammer 30 kann nicht in den Rückstellraum 20 fließen und umgekehrt. Der Rückstellraum 20 ist vorzugsweise druckfrei. Vorzugsweise ist der Rückstellraum 20 mit dem Niederdruckbereich der Rotationspumpe verbunden. Neben der Rückstellfeder 11 ist auch die Zusatzfeder 12 in dem Rückstellraum 20 angeordnet.
Die Rückstellfeder 11 und die Zusatzfeder 12 sind jeweils durch eine Schraubendruckfeder gebildet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Rückstellfeder 11 und die Zusatzfeder zylindrische 12 Schraubendruckfeder. Der Fachmann weiß, dass es sich hierbei nur um eine beispielhafte Ausführungsform handelt und die Rückstellfeder 11 und die Zusatzfeder 12 auch durch andere Federarten gebildet werden können, beispielsweise durch Tellerfedern, Gummihohlfedern oder dergleichen.
Die Rückstellfeder 11 weist eine erste Federkonstante auf und die Zusatzfeder 12 eine zweite Federkonstante. Die erste Federkonstante der Rückstellfeder 11 und die zweite Federkonstante der Zusatzfeder 12 sind vorzugsweise unterschiedlich groß. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zweite Federkonstante der Zusatzfeder 12 vorzugsweise kleiner als die erste Federkonstante der Rückstellfeder 11. Auch hier ist es für den Fachmann selbstverständlich, die erste Federkonstante und/oder die zweite Federkonstante entsprechend anzupassen.
Die Rückstellfeder 11 übt auf die Stellstruktur 10 eine gegen die Stellrichtung wirkende Rückstellkraft F_R aus. Die Rückstellkraft F_R wirkt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in Bezug auf die Innenkontur I der Stellstruktur 10 radial auf die Stellstruktur 10, d. h. die Rückstellkraft F_R kreuzt die Drehachse R in einem Abstand, der gleich null ist.
Die Zusatzfeder 12 übt auf die Stellstruktur 10 die gegen die Stellrichtung wirkenden Zusatzkraft Fz aus. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 und 4 kreuzt die Zusatzkraft F_Z die Drehachse R in einem Hebelarmabstand d, insbesondere wirkt die Zusatzkraft Fz sekantial auf die Stellstruktur 10. Die Zusatzkraft F_Z wirkt dabei auf einen den Hochdruckbereich der Förderkammer umgebenden Abschnitt der Stellstruktur 10.
Wie insbesondere in 4 zu sehen ist weist die Innenkontur I der Stellstruktur 10 eine Innenweite A auf, welche durch die Halbierende B quer zur Stellrichtung in zwei gleich lange Abschnitte geteilt wird. Die Zusatzkraft Fz hat von der Halbierenden B den Hebelarmabstand d. Die Wirklinie der Rückstellfeder 11 überlappt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Halbierenden B.
Durch den Hebelarmabstand d erzeugt die Zusatzkraft Fz ein Drehmoment, welches gegen die Drehrichtung des Förderglieds auf die Stellstruktur 10 wirkt. Vorzugsweise kompensiert das durch die Zusatzkraft Fz erzeugte Drehmoment die durch die Stellkraft F_D und durch das Reibmoment erzeugten Drehmomente, welche in Drehrichtung auf die Stellstruktur wirken, zumindest teilweise.
Die Rückstellkraft F_R und die Zusatzkraft F_Z werden in einem zur Stellrichtung orthogonalen Federkraftabstand D voneinander in die Stellstruktur 10 eingeleitet. Der Federkraftabstand D ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bzw. der 4 gleich groß wie der Hebelarmabstand d, in welchem die Zusatzkraft F_Z die Drehachse R kreuzt. Die Zusatzkraft F_Z wirkt auf einen den Hochdruckbereich der Förderkammer umgebenden Abschnitt der Stellstruktur 10.
Dabei wirken die Rückstellkraft F_R und/oder die Zusatzkraft F_Z nur parallel zur Stellrichtung auf die Stellstruktur 10. D. h. die Rückstellkraft F_R entspricht der durch die Rückstellfeder 11 ausgeübten resultierenden Federkraft und/oder die Zusatzkraft Fz entspricht der durch die Rückstellfeder 12 ausgeübten resultierenden Federkraft.
Zusammen erzeugen die Rückstellkraft eine resultierende äußere Kraft F_A, welche die Drehachse R in einem Hebelarmabstand d_A kreuzt. Der Hebelarmabstand d_A der resultierenden äußere Kraft F_A beträgt höchstens 30 %, vorzugsweise höchstens 20 %, der radial zur Drehachse R gemessenen Innenweite A der Innenkontur I. Die resultierende äußere Kraft F_A wirkt auf einen den Hochdruckbereich der Förderkammer umgebenden Abschnitt der Stellstruktur 10. Somit erzeugt die resultierende äußere Kraft F_A ein Drehmoment, welches entgegen der Drehrichtung der Rotationspumpe im normalen Pumpenbetrieb auf die Stellstruktur 10 wirkt.
Im Bereich der Fluidstellkammer 30 weist die Stellstruktur 10 einen Anschlag 31 auf, welcher mit einer Fläche des Pumpengehäuses 1 in Kontakt kommt, wenn das Fördervolumen der Rotationspumpe maximal ist. Der Anschlag 31 begrenzt somit die translatorische Bewegung der Stellstruktur 10 gegen die Stellrichtung.
Die Wirklinie der resultierenden äußere Kraft F_A geht durch den Anschlag 31 der Stellstruktur 10, insbesondere geht die Wirklinie der resultierenden äußeren Kraft F_A mittig durch den Anschlag 31 der Stellstruktur 10. Zudem ist der Anschlag 31 zwischen der Wirklinie der Rückstellkraft F_R und der Wirklinie der Zusatzkraft F_Z ausgebildet. Vorzugsweise wirkt die Stellkraft F_D nicht auf den Anschlag 31. D.h. die Wirklinie der Stellkraft F_D geht nicht durch den Anschlag 31.
Neben dem Anschlag 31 weist die Stellstruktur 10 einen Vorsprung 21 auf, welcher auf der dem Anschlag 31 axial gegenüberliegenden Seite der Stellstruktur 10 ausgebildet ist. Der Vorsprung 21 liegt in Stellrichtung gegenüber des Anschlags 31, vorzugsweise exakt gegenüber des Anschlags 31. Der Vorsprung 21 ist mittig zwischen der Rückstellfeder 11 und der Zusatzfeder 12 ausgebildet. D. h. der Vorsprung 21 ist mittig zwischen der Wirklinie der Rückstellkraft F_R und der Wirklinie der Zusatzkraft Fz ausgebildet. Des Weiteren geht die Wirklinie der resultierenden äußere Kraft FA durch den Vorsprung 21.
Der Vorsprung 21 dient der Lagerung der Rückstellfeder 11 und der Zusatzfeder 12, sodass das Federende der Rückstellfeder 11, welches an der Stellstruktur 10 anliegt, und/oder das Federende der Zusatzfeder 12, welches an der Stellstruktur 10 anliegt, in seiner Bewegung quer zur Stellrichtung eingeschränkt sind/ist. Des Weiteren dient der Vorsprung 21 der Trennung der beiden Federenden quer zur Stellrichtung.
2 zeigt einen Querschnitt einer Rotationspumpe mit verstellbarem Fördervolumen eines zweiten Ausführungsbeispiels. 3 zeigt eine schematische Zeichnung der Rotationspumpe des zweiten Ausführungsbeispiels. Die Rotationspumpe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich nur unwesentlich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1. Im Folgenden soll daher nur auf die Unterschiede zwischen dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel eingegangen werden. Ausführungen das erste Ausführungsbeispiel betreffend gelten auch für das Ausführungsbeispiel gemäß 2, sofern sie nicht im Widerspruch zu dem zweiten Ausführungsbeispiel stehen.
Die Rotationspumpe gemäß 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 1 insbesondere darin, dass die Rotationspumpe nur eine Rückstellfeder 11 zur Ausübung einer auf die Stellstruktur 10 gegen die Stellrichtung wirkenden Rückstellkraft F_R umfasst. D. h. im Gegensatz zu der Rotationspumpe des ersten Ausführungsbeispiels umfasst die Rotationspumpe gemäß 2 keine Zusatzfeder 12.
Die Rückstellfeder 11 erzeugt eine Rückstellkraft F_R, welche die Drehachse R in einem Abstand d_R kreuzt. Die Rückstellkraft F_R wirkt dabei sekantial zur Innenkontur I auf die Stellstruktur 10. D. h. die Wirklinie der Rückstellkraft F_R ist eine Sekante in Bezug auf die Innenkontur I der Stellstruktur 10. D.h. entgegen des ersten Ausführungsbeispiels wirkt die Rückstellkraft F_R nicht radial in Bezug auf die Innenkontur I der Stellstruktur 10 auf die Stellstruktur 10.
Der Abstand d_R beträgt höchstens 30 %, vorzugsweise 20 %, der radial zur Drehachse R gemessenen Innenweite A der Innenkontur I. Die Innenweite A wird dabei orthogonal zur Stellrichtung gemessen. Die Rückstellfeder 11 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel übernimmt somit die Aufgabe der Zusatzfeder 12 sowie gleichzeitig die der Rückstellfeder 11 des ersten Ausführungsbeispiels. Mit anderen Worten die Zusatzkraft F_R entspricht der resultierenden äußeren Kraft F_A des ersten Ausführungsbeispiels. D.h. gesagtes bezüglich der resultierenden äußeren Kraft F_A gilt gleichfalls für die Rückstellkraft F_R des zweiten Ausführungsbeispiels.
Die Rückstellkraft F_R wirkt vorzugsweise auf den den Hochdruckbereich der Förderkammer umgebenen Abschnitt der Stellstruktur 10. Somit erzeugt die Rückstellkraft F_R ein Drehmoment, welches entgegen der Drehrichtung der Rotationspumpe im normalen Pumpenbetrieb auf die Stellstruktur 10 wirkt.
Die Rotationspumpe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist ebenfalls einen Anschlag 31 auf, welcher mit einer Fläche des Pumpengehäuses 1 in Kontakt kommt, wenn das Fördervolumen der Rotationspumpe maximal ist. Der Anschlag 31 begrenzt somit die translatorische Bewegung der Stellstruktur 10 gegen die Stellrichtung.
Die Wirklinie der Rückstellkraft F_R geht entgegen der Wirklinie der resultierenden äußere Kraft F_A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel jedoch nicht durch den Anschlag 31 der Stellstruktur 10. Ebenso wirkt die Stellkraft F_D gemäß 2 in Bezug auf die Innenkontur I der Stellstruktur 10 radial auf die Stellstruktur 10. D. h. die Stellkraft F_D kreuzt die Drehachse R in einem Hebelarmabstand, welcher gleich null ist.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der 2 dem Ausführungsbeispiel der 1.
Eine schematische Zeichnung einer Rotationspumpe eines dritten Ausführungsbeispiels zeigt die 5. Da das dritte Ausführungsbeispiel sich nur unwesentlich von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet, soll im Wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangen werden. Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel haben auch für das dritte Ausführungsbeispiel Gültigkeit, sofern sie nicht im Widerspruch zu dem dritten Ausführungsbeispiel stehen.
Die Rotationspumpe gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel. D. h. gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist die Rotationspumpe eine Rückstellfeder 11 und eine Zusatzfeder 12 auf, wobei die Rückstellfeder 11 eine Rückstellkraft F_R erzeugt, welche gegen die Stellrichtung auf die Stellstruktur 10 wirkt, und die Zusatzfeder 12 eine Zusatzkraft Fz erzeugt, welche mit der Rückstellkraft F_R gegen die Stellrichtung auf die Stellstruktur 10 wirkt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 4 dahingehend, dass die Rückstellkraft F_R nicht radial in Bezug auf die Innenkontur I auf die Stellstruktur 10 wirkt. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel wirkt die Rückstellkraft F_R sekantial. Die Rückstellkraft F_R kreuzt die Drehachse R in einem Abstand d_R.
Der Abstand d_R, in welchen die Rückstellkraft F_R die Drehachse R kreuzt ist kleiner als der Hebelarmabstand d, in welchem die Zusatzkraft F_Z die Drehachse R kreuzt. Die Rückstellkraft F_R und die Zusatzkraft F_Z werden in einem Federkraftabstand D in die Stellstruktur 10 eingeleitet, wobei sich der Federkraftabstand D aus der Summe von Hebelarmabstand d und Abstand d_R ergibt. Die Rückstellkraft F_R und die Zusatzkraft F_Z wirken orthogonal zur Stellrichtung auf unterschiedlichen Seiten der Halbierenden B auf die Stellstruktur 10.
Die Rückstellkraft F_R wirkt gemäß dem Ausführungsbeispiel der 5 vorzugsweise auf einen den Niederdruckbereich der Förderkammer umgebenden Abschnitt der Stellstruktur 10. D. h. die Rückstellkraft F_R erzeugt ein Drehmoment, welches mit der Drehrichtung das Förderglieds auf die Stellstruktur 10 wirkt. Die Zusatzkraft Fz des dritten Ausführungsbeispiels erzeugt, wie die Zusatzkraft Fz des ersten Ausführungsbeispiels, ein Drehmoment, welches gegen die Drehrichtung auf die Stellstruktur 10 wirkt. Das Drehmoment, welches dies Zusatzkraft Fz erzeugt, ist größer als das Drehmoment, welches die Rückstellkraft F_R erzeugt, sodass durch die Rückstellkraft F_R und die Zusatzkraft F_Z im Ergebnis ein resultierendes Drehmoment erzeugt wird, welches gegen die Drehrichtung des Förderglieds auf die Stellstruktur 10 wirkt.
Anders ausgedrückt erzeugen die Rückstellkraft F_R und die Zusatzkraft F_Z eine resultierende äußere Kraft F_A, welche sekantial auf die Stellstruktur 10 wirkt. Der Hebelarmabstand d, in welchem die Zusatzkraft F_Z die Drehachse R kreuzt, und der Abstand d_R, in welchem die Rückstellkraft F_R die Drehachse R kreuzt, sowie die Zusatzkraft F_Z und die Rückstellkraft F_R sind so bemessen, dass die resultierende äußere Kraft F_A vorzugsweise auf einen den Hochdruckbereich der Förderkammer umgebenden Abschnitt der Stellstruktur 10 wirkt. D. h. die resultierende äußere Kraft F_A erzeugt ein Drehmoment, welches gegen die Drehrichtung des Förderglieds auf die Stellstruktur 10 wirkt.
Die 6 zeigt eine schematische Zeichnung eines vierten Ausführungsbeispiels. Da das vierte Ausführungsbeispiel sich nur unwesentlich von dem ersten und dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet, soll im Wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangen werden. Ausführungen zum ersten und dritten Ausführungsbeispiel haben auch für das vierte Ausführungsbeispiel Gültigkeit, sofern sie nicht im Widerspruch stehen.
Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel kreuzt die Rückstellkraft F_R die Drehachse R ebenfalls in einem Abstand d_R, jedoch wirkt die Rückstellkraft F_R zusammen mit der Zusatzkraft F_Z vorzugsweise auf einen den Hochdruckbereich der Förderkammer umgebenden Abschnitt der Stellstruktur 10. Die Rückstellkraft F_R und die Zusatzkraft F_Z wirken orthogonal zur Stellrichtung auf der gleichen Seite der Halbierenden B auf die Stellstruktur 10.
Der Abstand d_R, in welchem die Rückstellkraft F_R die Drehachse R kreuzt, zuzüglich dem Federkraftabstand D ergibt den Hebelarmabstand d, in welchem die Rückstellkraft F_Z die Drehachse R kreuzt.
Die 7 zeigt eine schematische Zeichnung eines fünften Ausführungsbeispiels. Da das fünfte Ausführungsbeispiel sich nur bezüglich der Zusatzfeder 12 und der Zusatzkraft F_Z von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet, soll im Wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangen werden. Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel haben auch für das fünfte Ausführungsbeispiel Gültigkeit, sofern sie nicht im Widerspruch stehen.
Entgegen dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 ist die Zusatzfeder 12 auf der der Rückstellfeder 11 radial gegenüberliegenden Seite der Stellstruktur 10 angeordnet. Die Zusatzfeder 12 erzeugt eine Zusatzkraft Fz, welche in Stellrichtung auf die Stellstruktur 10 wirkt. D. h. entgegen den übrigen Ausführungsbeispielen wirkt die Zusatzkraft in dieselbe Richtung wie die Stellkraft F_D.
Die gesamte Stellkraft setzt sich sozusagen aus mehreren Kraftanteilen zusammen, wobei ein Kraftanteil durch die Stellkraft F_D und ein zweiter Kraftanteil durch die Zusatzkraft F_Z gebildet wird. Wobei beide Kraftanteile permanent auf die Stellstruktur 10 wirken.
Die Zusatzkraft F_Z kreuzt die Drehachse R in einem Hebelarmabstand d. Die Zusatzkraft F_Z wirkt dabei vorzugsweise auf einen den Niederdruckbereich der Förderkammer umgebenden Abschnitt der Stellstruktur 10. Auf diese Weise erzeugt die Zusatzkraft Fz ein Drehmoment, welches in entgegengesetzte Richtung zu dem durch Reibung erzeugten Drehmoment des Förderglieds und entgegen der Drehrichtung auf die Stellstruktur wirkt.
Die Stellkraft F_D der Rückstelleinrichtung 30, 31 und die Zusatzkraft F_D der Zusatzfeder 12 wirken bevorzugt parallel zur Stellrichtung oder unter einem spitzen Winkel zur Stellrichtung von weniger als 10° auf die Stellstruktur 10.
Bezugszeichenliste

1: Pumpengehäuse
2: Förderkammereinlass
3: Förderkammerauslass
10: Stellstruktur
11: Rückstellfeder
12: Zusatzfeder
20: Rückstellkraft
21: Vorsprung
30: Fluidstellkammer
31: Anschlag
A: Innenweite
B: Halbierende
D: Federkraftabstand
d: Hebelarmabstand
dA: Hebelarmabstand
dR: Abstand
FA: resultierende äußere Kraft
FD: Stellkraft
FR: Rückstellkraft
FZ: Zusatzkraft
I: Innenkontur
R: Drehachse

Claims

Rotationspumpe mit verstellbarem Fördervolumen umfassend: 1.1 ein Pumpengehäuse (1) mit einer Förderkammer, die in einem Niederdruckbereich einen Förderkammereinlass (2) für ein zu förderndes Fluid und in einem Hochdruckbereich einen Förderkammerauslass (3) für das Fluid aufweist, 1.2 ein in der Förderkammer um eine Drehachse (R) drehbares Förderglied zur Förderung des Fluids, 1.3 eine zur Verstellung des Fördervolumens der Rotationspumpe im Pumpengehäuse (1) relativ zum Förderglied in und gegen eine Stellrichtung translatorisch hin und her bewegliche Stellstruktur (10) mit einer die Förderkammer radial außen begrenzenden Innenkontur (I), 1.4 eine Stelleinrichtung (30, 31) zur Erzeugung einer auf die Stellstruktur (10) in die Stellrichtung wirkenden Stellkraft (F_D), 1.5 eine Rückstellfeder (11) zur Ausübung einer auf die Stellstruktur (10) gegen die Stellrichtung wirkenden Rückstellkraft (F_R) und 1.6 eine Zusatzfeder (12) zur Ausübung einer auf die Stellstruktur (10) in oder gegen die Stellrichtung wirkenden Zusatzkraft (Fz), 1.7 wobei die Zusatzkraft (F_Z) die Drehachse (R) in einem Hebelarmabstand (d) kreuzt.
Rotationspumpe nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Zusatzkraft (F_Z) und/oder die Rückstellkraft (F_R) sekantial zur Innenkontur (I) auf die Stellstruktur (10) wirkt/wirken.
Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückstellkraft (F_R) und die Zusatzkraft (Fz) eine resultierende äußere Kraft (F_A) erzeugen und die resultierende äußere Kraft (F_A) die Drehachse (R) in einem Hebelarmabstand (d_A) kreuzt und der Hebelarmabstand (d_A) insbesondere höchstens 30%, vorzugsweise höchstens 20%, einer radial zur Drehachse (R) gemessenen Innenweite (A) der Innenkontur (I) beträgt, wobei die Innenweite (A) vorzugsweise orthogonal zur Stellrichtung orientiert ist.
Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusatzkraft (F_Z) auf einen den Hochdruckbereich der Förderkammer umgebenen Abschnitt der Stellstruktur (10) gegen die Stellrichtung wirkt oder wobei die Zusatzkraft (F_Z) auf einen den Niederdruckbereich der Förderkammer umgebenen Abschnitt der Stellstruktur (10) in die Stellrichtung wirkt.
Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusatzkraft (F_Z) ein Drehmoment erzeugt, das auf die Stellstruktur (10) wirkt und der Rotationsrichtung des Förderglieds entgegengerichtet ist.
Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückstellkraft (F_R) und die Zusatzkraft (Fz) eine resultierende äußere Kraft (F_A) erzeugen und die äußere Kraft (F_A) ein Drehmoment erzeugt, das auf die Stellstruktur (10) wirkt und der Rotationsrichtung des Förderglieds entgegengerichtet ist.
Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die auf die Stellstruktur (10) wirkende Rückstellkraft (F_R) der Rückstellfeder (11) und/oder die auf die Stellstruktur (10) wirkende Zusatzkraft (F_Z) der Zusatzfeder (12) nur parallel zur Stellrichtung oder unter einem spitzen Winkel zur Stellrichtung von weniger als 10° wirken.
Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückstellkraft (F_R) und die Zusatzkraft (Fz) in einem zur Stellrichtung orthogonalen Federkraftabstand (D) voneinander auf die Stellstruktur (10) wirken.
Rotationspumpe nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Federkraftabstand (D) gleich groß oder größer als der Hebelarmabstand (d) ist.
Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückstellkraft (F_R) radial zur Drehachse (R) auf die Stellstruktur (10) wirkt oder die Drehachse (R) in einem Abstand kreuzt, der kleiner als der Hebelarmabstand (d) ist, in dem die Zusatzkraft (F_Z) die Drehachse (R) kreuzt.
Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückstellkraft (F_R) größer als die Zusatzkraft (Fz) ist.
Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückstellkraft (F_R) und die Zusatzkraft (Fz) in einer oder in mehreren unterschiedlichen Positionen, die die Stellstruktur (10) im Rahmen ihrer Beweglichkeit in und gegen die Stellrichtung einnehmen kann, vorzugsweise in jeder Position der Stellstruktur (10), unterschiedlich groß sind.
Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückstellkraft (F_R) und die Zusatzkraft (Fz) eine resultierende äußere Kraft (F_A) erzeugen, die gegen die Stellrichtung auf die Stellstruktur (10) wirkt.
Rotationspumpe nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Stellstruktur (10) einen Anschlag (31) umfasst, der mit einer Fläche des Pumpengehäuses (1) in Kontakt kommt, wenn das Fördervolumen der Rotationspumpe maximal ist, und wobei die Wirklinie der resultierenden äußere Kraft (F_A) durch den Anschlag (31) geht.
Rotationspumpe nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die äußere resultierende Kraft (F_A) die Drehachse (R) in einem Abstand kreuzt und die äußere resultierende Kraft (F_A) auf einen den Hochdruckbereich der Förderkammer umgebenden Abschnitt der Stellstruktur (10) gegen die Stellrichtung wirkt.
Rotationspumpe nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die resultierende äußere Kraft (F_A) sekantial zur Innenkontur (I) auf die Stellstruktur (10) wirkt und die äußere resultierende Kraft (F_A) ein Drehmoment erzeugt, das auf die Stellstruktur (10) wirkt und der Rotationsrichtung des Förderglieds im normalen Pumpenbetrieb entgegengerichtet ist.
Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stellstruktur (10) einen Anschlag (31) umfasst, der mit einer Fläche des Pumpengehäuses (1) in Kontakt kommt, wenn das Fördervolumen der Rotationspumpe maximal ist, und wobei der Anschlag (31) zwischen der Wirklinie der Rückstellkraft (F_R) und der Wirklinie der Zusatzkraft (Fz) ausgebildet ist.