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Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe zur Förderung eines Fluids. Bei der Rotationspumpe kann es sich beispielsweise um eine Flügelzellenpumpe oder eine Zahnradpumpe, insbesondere eine Innenzahnradpumpe handeln. Die Rotationspumpe umfasst ein Pumpengehäuse mit einem Niederdruckeinlass und einem Hochdruckauslass. Innerhalb des Pumpengehäuses ist ein um eine Drehachse drehbarer Förderrotor angeordnet. Der Förderrotor weist mehrere über den Umfang des Förderrotors verteilte Fördermittel auf, die dazu ausgebildet sind, das zu fördernde Fluid im Betrieb der Rotationspumpe vom Niederdruckeinlass zum Hochdruckauslass zu fördern. Die Fördermittel definieren bei Drehung des Förderrotors mit ihren axialen und radialen Außenabmaßen einen Förderbereich der Rotationspumpe. Des Weiteren weist die Rotationspumpe eine im Niederdruckeinlass angeordnete Strömungsleitstruktur auf. Die Strömungsleitstruktur ist dazu ausgebildet das im Niederdruckeinlass strömende Fluid zu beeinflussen, insbesondere richtungsändernd zu beeinflussen.
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Im Stand der Technik sind Rotationspumpen bekannt, bei denen der Förderbereich axial und/oder radial mit dem zu fördernden Fluid aus dem Niederdruckeinlass versorgt wird. Dabei strömt das zu fördernde Fluid vom Niederdruckeinlass axial und/oder radial in einen Niederdruckbereich des Förderbereichs ein. In Drehrichtung des Förderrotors ist insbesondere zu Beginn und gegen Ende des Niederdruckbereichs die Befüllung mit dem zu fördernden Fluid regelmäßig nur eingeschränkt möglich. Dies ist dadurch bedingt, dass das im Niederdruckeinlass strömende Fluid nur eine Hauptströmungsrichtung aufweist, nämlich eine durch die Form des Niederdruckeinlasses konstruktiv vorgegebene Strömungsrichtung. Dadurch wird der Niederdruckbereich regelmäßig nur in einem Teilbereich optimal von dem zu fördernden Fluid angeströmt. Dieser unerwünschte Effekt führt dazu, dass das Förderverhalten bekannter Rotationspumpen negativ beeinflusst wird.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Rotationspumpe bereitzustellen, die ein verbessertes Förderverhalten aufweist und gleichzeitig kostengünstig herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Die erfindungsgemäße Rotationspumpe ist zur Förderung eines Fluids ausgebildet. Bei der Rotationspumpe kann es sich beispielsweise um eine Flügelzellenpumpe oder eine Zahnradpumpe, insbesondere eine Innenzahnradpumpe handeln. Die Rotationspumpe umfasst ein Pumpengehäuse mit einem Niederdruckeinlass und einem Hochdruckauslass. Vorzugsweise strömt das zu fördernde Fluid über den Niederdruckeinlass in das Pumpengehäuse ein und über den Hochdruckauslass aus dem Pumpengehäuse hinaus. Das Pumpengehäuse kann mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Pumpengehäuse einen Gehäusedeckel und einen Gehäusetopf umfassen. Bei einer solchen Ausführungsform kann der Niederdruckeinlass und/oder der Hochdruckauslass im Wesentlichen durch den Gehäusetopf begrenzt werden. Das heißt, dass der Gehäusedeckel den Niederdruckeinlass und/oder den Hochdruckauslass vorzugsweise nur einseitig, teilweise oder gar nicht begrenzt.
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Innerhalb des Pumpengehäuse ist ein Förderrotor angeordnet. Der Förderrotor ist um eine Drehachse drehbar. Über den Umfang des Förderrotors sind mehrere Fördermittel verteilt. Die Fördermittel sind vorzugsweise in gleichen Abständen über den Umfang des Förderrotors verteilt. Alternativ oder zusätzlich können die Fördermittel in Umfangsrichtung auf variierende Abstände zueinander aufweisen. Die Fördermittel sind dazu ausgebildet, das zu fördernde Fluid vom Niederdruckeinlass zum Hochdruckauslass zu fördern. Ist die Rotationspumpe beispielsweise eine Flügelzellenpumpe, können die Fördermittel durch bewegliche Flügel gebildet werden. Die beweglichen Flügel können in einem Rotorgrundkörper des Förderrotors verschiebebeweglich, grundsätzlich stattdessen auch schwenkbeweglich, angeordnet sein. Verschiebebewegliche Flügel sind in Bezug auf die Drehachse mit radialer Richtungskomponente aus- und einfahrbar. Ist die Rotationspumpe beispielsweise eine Zahnradpumpe, können die Fördermittel durch die Zähne eines Förderzahnrads gebildet werden.
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Vorzugsweise ist der Förderrotor axial zwischen zwei Stirnflächen des Pumpengehäuse angeordnet. Wenn das Pumpengehäuse mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet ist, kann der Gehäusedeckel eine erste Stirnfläche und der Gehäusetopf eine zweite Stirnfläche aufweisen. Beispielsweise ist der Förderrotor axial zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche angeordnet. Bei einer solchen Ausführungsform kann der Förderrotor durch den Gehäusedeckel axial einseitig begrenzt werden. Der Gehäusetopf kann den Förderrotor axial einseitig begrenzen und ummanteln. Anders formuliert kann der Förderrotor durch den Gehäusetopf axial einseitig und radial begrenzt werden. Dies bewirkt vorteilhafterweise, dass der Förderrotor bei der Herstellung der Rotationspumpe in den Gehäusetopf eingesetzt und die Rotationpumpe auf einfache Weise durch Anbringen des Gehäusedeckel verschlossen werden kann. Dadurch kann eine kostengünstige Herstellung der Rotationspumpe sichergestellt werden.
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Bei Drehung des Förderrotors, insbesondere im Betrieb der Rotationspumpe, definieren die Fördermittel mit ihren radialen und axialen Außenrändern einen Förderbereich der Rotationspumpe. Mit anderen Worten kann der Förderbereich durch das Integral der Förderfläche eines Fördermittels über eine Umdrehung des Förderrotors definiert werden. Dabei ist die Förderfläche die Fläche eines Fördermittels, die in Umfangsrichtung Kontakt mit dem zu fördernden Fluid hat bzw. das Fluid fördert. Ist die Rotationspumpe beispielsweise eine Flügelzellenpumpe mit beweglichen Flügeln in einem Rotorgrundkörper, wird der Förderbereich axial durch die axiale Erstreckung der Flügel definiert. Radial erstreckt sich der Förderbereich vorzugsweise von der Außenmantelfläche des Rotorgrundkörpers bis zu einer Umfangsfläche, welche die radiale Bewegung der Flügel nach außen (von der Drehachse weg) begrenzt. Dabei kann es sich insbesondere um eine Innenmantelfläche des Pumpengehäuses, oder eine Innenmantelfläche eines Stellelements handeln. Letzteres ist vorzugsweise der Fall, wenn die Flügelzellenpumpe ein verstellbares Fördervolumen aufweist.
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Der Niederdruckeinlass der Rotationspumpe kann sich von einem Fluidanschluss an der Außenseite des Pumpengehäuses bis zum Förderbereich erstrecken. Vorzugsweise wird der Niederdruckeinlass durch das Pumpengehäuse begrenzt. In Bezug auf die Drehachse des Förderrotors erstreckt sich der Niederdruckeinlass beispielsweise radial und/oder tangential in das Pumpengehäuse hinein. Dies hat den vorteilhaften Effekt, dass die Rotationspumpe sehr kompakt gestaltet werden und insbesondere geringe axiale Abmaße aufweisen kann. Das durch den Niederdruckeinlass strömende Fluid kann eine Hauptströmungsrichtung aufweisen, die im Wesentlichen orthogonal zur Drehachse des Förderrotors ist. Unter dem Begriff „im Wesentlichen“ wird hierbei eine Abweichung von ≤ ±20° verstanden. Vorzugsweise erstreckt sich der Niederdruckeinlass nicht in axialer Richtung.
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Die erfindungsgemäße Rotationspumpe umfasst eine im Niederdruckeinlass angeordnete Strömungsleitstruktur. Die Strömungsleitstruktur ist dazu ausgebildet, dass im Niederdruckeinlass strömende Fluid zu beeinflussen. Vorzugsweise wird nur ein Teil des im Niederdruckeinlass strömenden Fluids unmittelbar durch die Strömungsleitstruktur beeinflusst. Unter dem Begriff „beeinflussen“ wird insbesondere eine Richtungsänderung, eine Beschleunigung und/oder ein Abbremsen des Fluids verstanden. Die Strömungsleitstruktur ist so im Niederdruckeinlass vorgesehen, dass sie in Bezug auf die Drehachse des Förderrotors axial in den Niederdruckeinlass hineinragt. Beispielsweise ragt die Strömungsleitstruktur von einer Wandung des Pumpengehäuses, die den Niederdruckeinlass begrenzen kann, axial in den Niederdruckeinlass hinein.
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Die Strömungsleitstruktur kann einteilig bzw. einstückig mit dem Pumpengehäuse ausgebildet sein, insbesondere mit dem Pumpengehäuse in einem Stück urgeformt sein. Wenn das Pumpengehäuse mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet ist, kann die Strömungsleitstruktur einteilig bzw. einstückig mit dem Gehäusetopf ausgebildet sein, insbesondere mit dem Gehäusetopf in einem Stück urgeformt sein. Alternativ kann die Strömungsleitstruktur ein im Gehäuse, insbesondere am Gehäusetopf, befestigtes Bauteil der Rotationspumpe sein. Vorzugsweise ist die Strömungsleitstruktur vollständig im Gehäusetopf vorgesehen. Anders formuliert ragt die Strömungsleitstruktur weder axial noch radial aus dem Gehäusetopf oder über dessen Außenmaße hinaus. Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind sowohl der Niederdruckeinlass als auch die Strömungsleitstruktur im Gehäusetopf vorgesehen. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Rotationspumpe kostengünstig hergestellt werden und/oder verfügt über geringe Abmaße, insbesondere geringe axiale Abmaße.
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Die Strömungsleitstruktur ist axial neben dem Förderbereich angeordnet. Vorzugsweise erstreckt sich die Strömungsleitstruktur vollständig axial neben dem Förderbereich. In radialer Richtung überlappt die Strömungsleitstruktur zumindest abschnittsweise mit dem Förderbereich. Dies hat den technischen Vorteil, dass das im Niederdruckeinlass strömende Fluid auch noch axial neben dem Förderbereich durch die Strömungsleitstruktur beeinflusst werden kann.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann es in radialer Richtung einen ersten Abschnitt der Strömungsleitstruktur geben, der radial mit dem Förderbereich überlappt. Darüber hinaus kann die Strömungsleitstruktur einen zweiten Abschnitt aufweisen, der mit dem Förderbereich nicht radial überlappt, sondern vorzugsweise in radialer Richtung neben dem Förderbereich vorgesehen ist. Der zweite Abschnitt ist vorzugsweise ebenfalls axial neben dem Förderbereich ausgebildet, kann aber bei alternativen Ausführungsformen auch axial mit dem Förderbereich überlappen. Beispielsweise ist es denkbar, dass sich der zweite Abschnitt der Strömungsleitstruktur in axialer Richtung durch den gesamten Niederdruckeinlass erstreckt und diesen beispielsweise teilt. Davon unabhängig kann sich der mit dem Förderbereich nicht radial überlappende zweite Abschnitt der Strömungsstruktur axial über weniger als 75%, vorzugsweise über weniger als 50%, der axialen Ausdehnung des Förderbereichs, insbesondere des Niederdruckbereichs, erstrecken. Vorteilhafterweise schließt sich der zweite Abschnitt in radialer Richtung, insbesondere von radial innen nach radial außen, dem ersten Abschnitt unmittelbar an.
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Die Strömungsleitstruktur verjüngt sich vorzugsweise entgegen der Strömungsrichtung des Fluids. Mit anderen Worten kann eine in Umfangsrichtung gemessene Breite der Strömungsleitstruktur in Strömungsrichtung zunehmen. Vorteilhafterweise wird die Strömungsleitstruktur in Bezug auf die Drehachse des Förderrotors aus radialer und/oder tangentialer Richtung von dem zu fördernden Fluid angeströmt. Unabhängig davon wird die Strömungsleitstruktur nicht aus axialer Richtung von dem zu fördernden Fluid angeströmt. Dadurch kann vorteilhafterweise eine geringe Bauhöhe der Rotationspumpe gewährleistet werden.
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Die Strömungsleitstruktur kann eine Anströmkante aufweisen. Unter dem Begriff „Anströmkante“ wird eine Kante der Strömungsleitstruktur verstanden, die dem anströmenden Fluid zugewandt ist. Vorzugsweise ist die Anströmkante die erste Struktur der Strömungsleitstruktur, die mit dem anströmenden Fluid in Kontakt kommt. Vorteilhafterweise befindet sich auf dem Außenumfang der Anströmkante der Staupunkt der Strömungsleitstruktur. Die Anströmkante kann in radialer Richtung vom Förderbereich beabstandet sein. Axial erstreckt sich die Anströmkante neben dem Förderbereich und/oder ragt bis in eine axiale Überlappung mit dem Förderbereich hinein. Davon unabhängig kann die Anströmkante im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Förderrotors angeordnet sein. Unter dem Begriff „im Wesentlichen“ wird hierbei eine Abweichung von ≤ ±10° verstanden.
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Vorzugsweise wird die Strömungsleitstruktur in Umfangsrichtung durch jeweils eine Seitenwand begrenzt. Die Seitenwände können sich in axialer Richtung parallel zueinander erstrecken. Beispielsweise können sich beide Seitenwände im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Förderrotors in axialer Richtung erstrecken. Unter dem Begriff „im Wesentlichen“ wird hierbei eine Abweichung von ≤ ±10° verstanden. Alternativ können die Seitenwände in axialer Richtung aufeinander zu laufen und/oder sich voneinander entfernen, insbesondere abschnittsweise aufeinander zu laufen und/oder sich voneinander entfernen. Vorzugsweise erstrecken sich die Seitenwände geradlinig in axialer Richtung. Alternativ oder zusätzlich können die Seitenwände jeweils in axiale Richtung konkave und/oder konvexe Abschnitte aufweisen. Die Seitenwände können sich in radialer Richtung von der Anströmkante bis in die radiale Überlappung mit dem Förderbereiche erstrecken. Vorzugsweise erstrecken sich die Seitenwände radial bis zu den oder einer Stirnfläche des Pumpengehäuses. Beispielsweise können sich die Seitenwände radial bis zur Stirnfläche des Gehäusetopfs erstrecken.
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Ein in Umfangsrichtung gemessener Abstand zwischen den Seitenwänden kann in Strömungsrichtung des Fluids zunehmen. Vorzugsweise weisen die zwei Seitenwände in der radialen Überlappung mit dem Förderbereich einen in Umfangsrichtung gemessenen maximalen Abstand auf. Davon unabhängig kann der in Umfangsrichtung gemessene maximale Abstand zwischen den zwei Seitenwänden kleiner sein als ein in Umfangsrichtung gemessener maximaler Abstand zwischen zwei äußeren Fördermitteln von insgesamt drei benachbartem Fördermittel. Alternativ oder zusätzlich kann der in Umfangsrichtung gemessene maximale Abstand zwischen den zwei Seitenwänden größer sein als ein in Umfangsrichtung gemessener maximaler Abstand zwischen zwei benachbarten Fördermitteln.
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Eine erste Seitenwand der Strömungsleitstruktur ist vorzugsweise dazu ausgebildet, das an der ersten Seitenwand entlang strömende Fluid richtungsändernd zu beeinflussen. Vorzugsweise wird das an der ersten Seitenwand entlang strömende Fluid in eine der Drehrichtung des Förderrotors entgegengesetzte Richtung gelenkt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die erste Seitenwand der Strömungsleitstruktur gemeinsam mit einer Wandung des Pumpengehäuses, insbesondere mit einer den Niederdruckeinlass begrenzenden Wandung des Pumpengehäuses, einen ersten Teileinlasskanal bilden. Der erste Teileinlasskanal ist insbesondere axial einseitig offen. Das heißt, dass eine Fluidkommunikation zwischen dem im ersten Teileinlasskanal strömenden Fluid und dem im restlichen Niederdruckeinlass strömenden Fluid möglich ist. Ein im ersten Teileinlasskanal strömender Teilstrom des zu fördernden Fluids wird durch den ersten Teileinlasskanal beeinflusst. Insbesondere kann durch den ersten Teileinlasskanal die Richtung und/oder die Geschwindigkeit des durch den ersten Teileinlasskanal strömenden Teilstroms beeinflusst werden. Beispielsweise wird der durch den ersten Teileinlasskanal strömende Teilstrom in eine der Drehrichtung des Förderrotors entgegengesetzte Richtung gelenkt. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Teileinlasskanal einen sich in Strömungsrichtung verjüngenden Querschnitt aufweisen. Dies kann eine vorteilhafte Beschleunigung des durch den ersten Teileinlasskanal strömenden Teilstroms bewirken.
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Eine zweite Seitenwand der Strömungsleitstruktur ist vorzugsweise dazu ausgebildet, das an der zweiten Seitenwand entlang strömende Fluid richtungsändernd zu beeinflussen. Vorzugsweise wird das an der zweiten Seitenwand entlang strömende Fluid in eine der Drehrichtung des Förderrotors entsprechende Richtung gelenkt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die zweite Seitenwand der Strömungsleitstruktur gemeinsam mit einer Wandung des Pumpengehäuses, insbesondere mit einer den Niederdruckeinlass begrenzenden Wandung des Pumpengehäuses, einen zweiten Teileinlasskanal bilden. Der zweite Teileinlasskanal ist insbesondere axial einseitig offen. Das heißt, dass eine Fluidkommunikation zwischen dem im zweiten Teileinlasskanal strömenden Fluid und dem im restlichen Niederdruckeinlass strömenden Fluid möglich ist. Ein im zweiten Teileinlasskanal strömender Teilstrom des zu fördernden Fluids wird durch den zweiten Teileinlasskanal beeinflusst. Insbesondere kann durch den zweiten Teileinlasskanal die Richtung und/oder die Geschwindigkeit des durch den zweiten Teileinlasskanal strömenden Teilstroms beeinflusst werden. Beispielsweise wird der durch den zweiten Teileinlasskanal strömende Teilstrom in eine der Drehrichtung des Förderrotors entsprechende Richtung gelenkt. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Teileinlasskanal einen sich in Strömungsrichtung verjüngenden Querschnitt aufweisen. Dies kann eine vorteilhafte Beschleunigung des durch den zweiten Teileinlasskanal strömenden Teilstroms bewirken.
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Die Strömungsleitstruktur kann durch eine axiale Stirnwand axial begrenzt werden. Die axiale Stirnwand kann sich zumindest abschnittsweise orthogonal zur Drehachse des Förderrotors erstrecken. Alternativ oder zusätzlich kann die axiale Stirnwand zumindest abschnittsweise eine konvexe und/oder konkave Form aufweisen. Davon unabhängig kann ein in axialer Richtung gemessener Abstand zwischen dem Förderbereich und der axialen Stirnwand variieren, insbesondere in radialer Richtung variieren. Beispielsweise kann der axiale Abstand zwischen dem Förderbereich und der axialen Stirnwand im ersten Abschnitt der Strömungsleitstruktur am geringsten sein, insbesondere minimal sein. Der in axialer Richtung gemessene Abstand zwischen dem Förderbereich und der axialen Stirnwand kann im zweiten Abschnitt am größten sein, insbesondere maximal sein. Vorzugsweise weist die axiale Stirnwand im zweiten Abschnitt eine konkave Form auf.
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Eine Skelettlinie der Strömungsleitstruktur (oder auch Strömungsleitstrukturmittellinie) kann in radialer Richtung eine Krümmung aufweisen. Unter dem in der Strömungsmechanik üblichen Begriff „Skelettlinie“ wird vorliegend eine Linie verstanden, die alle Mittelpunkte der Kreise verbindet, welche durch ein Profil der Strömungsleitstruktur einbeschrieben sind. Das Profil der Strömungsleitstruktur wird vorzugsweise durch die Außenränder der Strömungsleitstruktur in einer zur Drehachse orthogonalen Schnittansicht definiert. Vorzugsweise ist die Skelettlinie in Bezug auf die Drehachse des Förderrotors von radial innen nach radial außen in Richtung des Fluidanschlusses des Niederdruckeinlass gekrümmt. Die bewirkt vorteilhafterweise, dass ein Fluid, mit einer zur Drehachse radialen und/oder tangentialen Hauptströmungsrichtung, durch die Strömungsleitstruktur so umgelenkt werden kann, dass eine optimale Versorgung bzw. Befüllung des Förderbereichs erreicht wird. Davon unabhängig hat eine gekrümmte Skelettlinie den positiven technischen Effekt, dass die Bauform der Rotationspumpe besonders variabel und insbesondere kompakt gewählt werden kann.
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Die erste Seitenwand kann in einer axialen Draufsicht insbesondere konkav, bevorzugt rund gewölbt bzw. eingebaucht, sein, um das Fluid in eine Richtung gegen die Drehrichtung des Förderrotors zu leiten. Die erste Seitenwand ist dem in Richtung auf die Strömungsleitstruktur strömenden Fluid vorzugsweise zugewandt. Die zweite Seitenwand kann in der axialen Draufsicht insbesondere konvex, bevorzugt rund gewölbt bzw. ausgebaucht, sein, um das Fluid so zu leiten, dass es dem Förderbereich in Drehrichtung des Förderrotors zugeleitet wird. Die Strömungsleitstruktur kann in axialer Draufsicht insbesondere die Form einer Haifischflosse haben, die sich dem strömenden Fluid entgegen verjüngt.
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Die Rotationspumpe kann insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Dementsprechend kann die Rotationspumpe als eine Kraftfahrzeugpumpe ausgebildet sein. Die Rotationspumpe ist vorzugsweise zur Förderung einer Flüssigkeit, insbesondere eines Schmier- und/oder Kühl- und/oder Betätigungsmittels, vorgesehen. Dementsprechend kann die Rotationspumpe als Flüssigkeitspumpe ausgebildet sein. Die Rotationspumpe ist vorzugsweise zur Versorgung und/oder Schmierung und/oder Kühlung eines Kraftfahrzeugantriebsmotors oder eines Kraftfahrzeuggetriebes vorgesehen. Vorzugsweise ist die Flüssigkeit ein Öl, vorzugsweise ein Motorschmieröl oder Getriebeöl. Die Rotationspumpe kann insbesondere als eine Motorschmiermittelpumpe für ein Kraftfahrzeug oder als eine Getriebepumpe für ein Kraftfahrzeug ausgebildet sein.
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Die oben beschriebenen Merkmale können beliebig miteinander kombiniert werden, soweit dies technisch sinnvoll und geeignet ist. Weitere Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen:
- 1 eine erste Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Rotationspumpe;
- 2 eine perspektivische Darstellung der in 1 gezeigten Schnittdarstellung;
- 3 eine zweite Schnittdarstellung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels;
- 4 eine dritte Schnittdarstellung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels;
- 5 eine vierte Schnittdarstellung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels;
- 6 einen Ausschnitt einer Seitenansicht des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
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1 ist eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Rotationspumpe 1. Die Rotationspumpe 1 ist im Ausführungsbeispiel als Flügelzellenpumpe ausgebildet. Die Rotationspumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 2 auf, welches einen Niederdruckeinlass 3 und einen Hochdruckauslass 4 für das zu fördernde Fluid umfasst. Um das zu fördernde Fluid ins Innere der Rotationspumpe 1 zu leiten, weist der Niederdruckeinlass 3 an der Außenwand des Pumpengehäuses 2 einen Fluidanschluss 3a auf. Der Fluidanschluss 3a bildet eine Einlassmündung für den Niederdruckeinlass 3, wobei sich der Niederdruckeinlass 3 in das Pumpengehäuse 2 hinein erstreckt. Analog dazu weist der Hochdruckauslass 4 einen nicht dargestellten Fluidanschluss auf, um das geförderte Fluid aus der Rotationspumpe 1 hinauszuleiten.
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Innerhalb des Pumpengehäuses 2 ist ein Förderrotor 5 vorgesehen, welcher um eine Drehachse D drehbar ist. Der Förderrotor 5 ist axial zwischen zwei Stirnflächen des Pumpengehäuses 2 angeordnet. Der Förderrotor 5 umfasst einen Rotorgrundkörper 5b und mehrere Fördermittel 5a. Die Fördermittel 5a sind über den Umfang des Rotorgrundkörper 5b verteilt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Fördermittel 5a in Bezug auf die Drehachse D radial beweglich und in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet. Die radiale Bewegung der Fördermittel 5a wird nach radial innen (in Richtung der Drehachse D) durch den Rotorgrundkörper 5b begrenzt. Die radiale Bewegung der Fördermittel 5a in die entgegengesetzte Richtung, also nach radial außen (von der Drehachse D weg), wird durch eine Innenmantelfläche 21 eines Stellelements 20 begrenzt.
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Bei einem nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel, insbesondere wenn die Rotationspumpe 1 als Innenzahnradpumpe ausgebildet ist, könnte der Förderrotor 5 beispielswiese auch ein Zahnrad sein, dessen Zähne die Fördermittel 5a bilden.
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Im Betrieb der Rotationspumpe 1 rotiert der Förderrotor 5 um die Drehachse D. Dabei werden die Fördermittel 5a aufgrund der auf die Fördermittel 5a wirkenden Zentrifugalkraft bzw. Fliehkraft radial nach außen in Richtung der Innenmantelfläche 21 des Stellelements 20 gedrückt. Gemeinsam mit der Außenmantelfläche 5c des Rotorgrundkörpers 5b und der Innenmantelfläche 21 des Stellelements 20 definieren die axialen Außenränder der Fördermittel 5a einen Förderbereich 6. Der Förderbereich 6 ist somit ein ringförmiges Volumen, dessen axiale Breite der Breite der Fördermittel 5a entspricht. Innerhalb des Förderbereichs 6 bilden jeweils zwei benachbarte Fördermittel 5a eine Förderzelle 7. Über den Niederdruckeinlass 3 wird der Förderbereich 6 bzw. werden die Förderzellen 7 mit dem zu fördernden Fluid versorgt. Im Förderbereich 6 wird das zu fördernde Fluid vom Niederdruckeinlass 3 zum Hochdruckauslass 4 gefördert. Das zu fördernde Fluid wird dabei insbesondere innerhalb der Förderzellen 7 unter unmittelbaren Einfluss der rotierenden Fördermittel 5a vom Niederdruckeinlass 3 zum Hochdruckauslass 4 gefördert.
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Das Stellelement 20 ist dazu ausgebildet das Fördervolumen der Rotationspumpe 1 zu verändern bzw. zu verstellen. Hierfür ist das Stellelement 20 in Bezug auf das Pumpengehäuse 2 zwischen mindestens zwei Positionen hin und her bewegbar. Im Ausführungsbeispiel ist das Stellelement 20 translatorisch bewegbar. Das heißt, dass das Stellelement 20 verschiebebeweglich im Pumpengehäuse 2 angeordnet ist. Die Innenmantelfläche 21 des Stellelement 20 erstreckt sich um eine nicht dargestellte Mittelachse, die in einer ersten Position des Stellelements 20 in Bezug auf die Drehachse D des Förderrotors 5 parallel versetzt ist. Durch den Parallelversatz der Mittelachse des Stellelements 20 in Bezug auf die Drehachse D des Förderrotors 5, weist das Stellelement 20 eine Exzentrizität in Bezug auf den Förderrotor 5 auf. 1 zeigt das Stellelement 20 in der ersten Position.
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In der ersten Position umfasst der Förderbereich 6 einen Niederdruckbereich 6a, bei dem das Volumen der Förderzellen 7 in Drehrichtung des Förderrotors 5 zunimmt. Ferner umfasst der Förderbereich in der ersten Position des Stellelements 20 einen Hochdruckbereich 6b, der sich in Drehrichtung des Förderrotors 5 an den Niederdruckbereich 6a anschließt. Im Hochdruckbereich 6b verringert sich das Volumen der Förderzellen 7 in Drehrichtung des Förderrotors 5. Die Rotationspumpe 1 weist in der ersten Position ein maximales Fördervolumen auf.
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In einer nicht dargestellten zweiten Position ist das Stellelement 20 so im Pumpengehäuse 2 verschoben, dass das Stellelement 20 in Bezug auf den Förderrotor 5 eine minimale oder keine Exzentrizität aufweist. Mit anderen Worten ist die Mittelachse des Stellelements 20 in der zweiten Position im Wesentlichen bzw. nahezu koaxial zur Drehachse D des Förderrotors 5. Die Rotationspumpe 1 weist in der zweiten Position ein minimales Fördervolumen auf.
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Bei der ersten und der zweiten Position handelt es sich vorzugsweise um Endpositionen des Stellelements 20. Das heißt, dass das Stellelement 20 keine Stellung einnehmen kann, bei der das Stellelement 20 in Bezug auf den Förderrotor 5 eine größere Exzentrizität aufweist als in der ersten Position, und/oder dass das Stellelement 20 in Bezug auf den Förderrotor 5 keine geringere Exzentrizität aufweisen kann als in der zweiten Position. Zwischen der ersten Position und der zweiten Position kann das Stellelement 20 mehrere, insbesondere beliebig viele Zwischenstellungen einnehmen.
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Die Rotationspumpe 1 umfasst ein Rückstellmittel 7, um das Stellelement 20 in die erste Position zu bewegen. Vorzugsweise übt das Rückstellmittel 7 eine Rückstellkraft auf das Stellelement 20 aus, wobei die Rückstellkraft das Stellelement 20 in die erste Position drückt. Das Rückstellmittel 7 kann wenigstens eine Rückstellfeder 7 aufweisen, die sich zum einen am Pumpengehäuse 2 und zum anderen am Stellelement 20 abstützt. Im Ausführungsbeispiel weist das Rückstellmittel 7 zwei Rückstellfedern 7 auf, die sich zum einen am Pumpengehäuse 2 und zum anderen an dem Stellelement 20 abstützen. Um das Stellelement 20 in die zweite Position zu bewegen, umfasst die Rotationspumpe 1 einen Druckkanal 22 und eine Druckkammer 23. Die Druckkammer 23 erstreckt sich zwischen dem Pumpengehäuse 2 und dem Stellelement 20. Über den Druckkanal 22 kann ein unter Druck stehendes Fluid in die Druckkammer 23 geleitet werden. Der in der Druckkammer 23 herrschende Fluiddruck wirkt auf das Stellelement 20 der Rückstellkraft des Rückstellmittels 7 entgegen in Richtung auf die zweite Position. Bei dem unter Druck stehenden Fluid kann es sich beispielsweise um das zu fördernde Fluid, welches vorzugsweise aus dem Hochdruckauslass 4 und/oder aus dem Hochdruckbereich 6b entnommen wird, handeln.
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Die Rotationspumpe 1 weist ferner eine Strömungsleitstruktur 10 auf, die im Niederdruckeinlass 3 angeordnet ist. Die Strömungsleitstruktur 10 ragt in Bezug auf die Drehachse D axial von einer Wandung des Pumpengehäuses 2 in den Niederdruckeinlass 3 hinein (vergleiche beispielsweise 2, 4-6). Das Pumpengehäuse 2 und die Strömungsleitstruktur 10 sind vorzugsweise einteilig ausgebildet, insbesondere miteinander urgeformt. Die Strömungsleitstruktur 10 hat eine Form, die sich entgegen der Strömungsrichtung des zu fördernden Fluids verjüngt. Eine in Umfangsrichtung gemessene Breite der Strömungsleitstruktur 10 nimmt in Strömungsrichtung des zu fördernden Fluids zu.
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Die Strömungsleitstruktur 10 ist so im Niederdruckeinlass 3 angeordnet, dass sich die Strömungsleitstruktur 10 axial neben dem Förderbereich 6, insbesondere axial neben dem Niederdruckbereich 6a, erstreckt. In radialer Richtung überlappt die Strömungsleitstruktur 10 zumindest teilweise mit dem Förderbereich 6. Bei alternativen, in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen, könnte sich ein mit dem Förderbereich 6 nicht radial überlappender Abschnitt der Strömungsleitstruktur 10 in axialer Richtung durch den gesamten Niederdruckeinlass 3 erstrecken und diesen beispielsweise teilen. Davon unabhängig ist es auch denkbar, dass sich der mit dem Förderbereich 6 nicht radial überlappende Abschnitt der Strömungsleitstruktur 10 axial über weniger als 75%, vorzugsweise weniger als 50%, der axialen Ausdehnung des Förderbereichs 6, insbesondere des Niederdruckbereichs 6a, erstreckt.
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Das im Niederdruckeinlass 3 strömende Fluid strömt die Strömungsleitstruktur 10 in Bezug auf die Drehachse D aus radialer und/oder tangentialer Richtung an. Die Strömungsleitstruktur 10 wird vorzugsweise nicht aus einer axialen Richtung angeströmt. Die Strömungsleitstruktur 10 ist dazu ausgebildet, den im Niederdruckeinlass 3 strömenden Fluidstrom oder zumindest einen Teil des im Niederdruckeinlass 3 strömenden Fluidstrom zu beeinflussen, insbesondere richtungsändernd zu beeinflussen. Das heißt, dass beispielsweise ein erster Teilstrom des Fluidstroms von der Strömungsleitstruktur 10 derart richtungsändernd beeinflusst bzw. umgelenkt wird, dass der erste Teilstrom zumindest eine Strömungsrichtungskomponente erhält, die der Drehrichtung des Förderrotors 5 entgegengesetzt ist. Ein zweiter Teilstrom des Fluidstroms wird beispielsweise von der Strömungsleitstruktur 10 derart richtungsändernd beeinflusst bzw. ungelenkt, dass der zweite Teilstrom zumindest eine Strömungskomponente erhält, die der Drehrichtung des Förderrotors 5 entspricht.
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Die Strömungsleitstruktur 10 umfasst eine Anströmkante 14. Die Anströmkante 14 bildet eine Art Profilnase bzw. Profilvorderkante der Strömungsleitstruktur 10. Mit anderen Worten ist die Anströmkante 14 eine dem im Niederdruckeinlass 3 strömenden Fluid zugewandte Kante, auf die das Fluid zuerst trifft, wenn es im Niederdruckeinlass 3 auf die Strömungsleitstruktur 10 zuströmt. Vorzugsweise befindet sich auf dem Außenumfang der Anströmkante 14 der Staupunkt der Strömungsleitstruktur 10. Davon unabhängig ist die Anströmkante 14 in radial Richtung vom Förderbereich 6, insbesondere vom Niederdruckbereich 6a, beabstandet. Das im Niederdruckeinlass strömende Fluid, strömt die Anströmkante 14 in Bezug auf die Drehachse D aus radialer und/oder tangentialer Richtung an. Die Anströmkante 14 wird vorzugsweise nicht aus einer axialen Richtung angeströmt.
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Die Strömungsleitstruktur 10 umfasst eine erste Seitenwand 11. Die erste Seitenwand 11 ragt axial in den Niederdruckeinlass 3 hinein. Vorteilhafterweise erstreckt sich die erste Seitenwand 11 ausgehend von der Anströmkante 14 in die radiale Überlappung mit dem Förderbereich 6 hinein. Die ersten Seitenwand 11 weist einen Mindestabstand zur Drehachse D auf, der dem Radius der Außenmantelfläche 5c des Rotorgrundkörpers 5b im Wesentlichen entspricht. Das Fluid, das an der ersten Seitenwand 11 entlang strömt, wird durch die erste Seitenwand 11 richtungsändernd beeinflusst. Insbesondere wird das an der ersten Seitenwand 11 vorbei strömende Fluid in eine der Drehrichtung des Förderrotors 5 entgegengesetzte Richtung gelenkt.
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Eine der ersten Seitenwand 11 zugewandt gegenüberliegende Wandung des Pumpengehäuse 2 bildet gemeinsam mit der ersten Seitenwand 11 einen ersten Teileinlasskanal 3b. Der erste Teileinlasskanal 3b ist ein axial einseitig offener Kanal im Niederdruckeinlass 3. Ein im ersten Teileinlasskanal 3b strömender Teilstrom des im Niederdruckeinlass 3 strömenden Fluids wird im ersten Teileinlasskanal 3b in eine der Drehrichtung des Förderrotors 5 entgegengesetzte Richtung gelenkt.
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Die Strömungsleitstruktur 10 umfasst eine zweite Seitenwand 12. Die zweite Seitenwand 12 ragt axial in den Niederdruckeinlass 3 hinein. Vorteilhafterweise erstreckt sich die zweite Seitenwand 12 ausgehend von der Anströmkante 14 in die radiale Überlappung mit dem Förderbereich 6 hinein. Die zweite Seitenwand 12 weist einen Mindestabstand zur Drehachse D auf, der dem Radius der Außenmantelfläche 5c des Rotorgrundkörpers 5b im Wesentlichen entspricht. Das Fluid, was an der zweiten Seitenwand 12 entlang strömt, wird durch die zweite Seitenwand 12 richtungsändernd beeinflusst. Insbesondere wird das an der zweiten Seitenwand 12 vorbei strömende Fluid in eine der Drehrichtung des Förderrotors 5 entsprechende Richtung gelenkt.
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Eine der zweiten Seitenwand 12 zugewandt gegenüberliegende Wandung des Pumpengehäuse 2 bildet gemeinsam mit der zweiten Seitenwand 12 einen zweiten Teileinlasskanal 3c. Der zweite Teileinlasskanal 3c ist ein axial einseitig offener Kanal im Niederdruckeinlass 3. Ein im zweiten Teileinlasskanal 3c strömender Teilstrom des im Niederdruckeinlass 3 strömenden Fluids wird im zweiten Teileinlasskanal 3c in eine der Drehrichtung des Förderrotors 5 entsprechende Richtung gelenkt.
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Die Strömungsleitstruktur 10 umfasst eine axiale Stirnwand 13. Die axiale Stirnwand 13, deren detaillierte Form weiter unten und anhand der 4 bis 6 noch genauer beschrieben wird, verbindet die erste Seitenwand 11 mit der zweiten Seitenwand 12 in Umfangsrichtung. Vorteilhafterweise erstreckt sich die axiale Stirnwand 13 ausgehend von der Anströmkante 14 in die radiale Überlappung mit dem Förderbereich 6 hinein.
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Zum besseren Verständnis ist die in 1 gezeigte Schnittdarstellung der Rotationspumpe 1 in 2 perspektivisch dargestellt. Zur Erläuterung des Aufbaus und der Funktionsweise, der in 2 abgebildeten Rotationspumpe 1, wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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3 zeigt eine zweite Schnittdarstellung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels. Die Perspektive der in 3 gezeigten zweiten Schnittdarstellung entspricht der Perspektive in 1. Im Unterschied zu 1 wurden in 3 das Stellelement 20, der Förderrotor 5 und das Rückstellmittel 8 ausgeblendet.
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Durch die in 3 gewählte Darstellung, wird eine Stirnfläche 2a des Pumpengehäuses 2 sichtbar. Der Außenumfang der Stirnfläche 2a weist in Bezug auf die Drehachse D den gleichen Radius auf, wie die Außenmantelfläche des in 3 nicht dargestellten Rotorgrundkörpers 5b. Bei alternativen Ausführungsbeispielen, beispielsweise wenn die Rotationspumpe 1 als Innenzahnradpumpe 1 ausgebildet ist, kann der Außenumfang der Stirnfläche 2a in Bezug auf die Drehachse D den gleichen Radius aufweisen, wie der Fußkreisradius des Innenzahnrads.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die erste und die zweite Seitenwand 11, 12 in radialer Richtung bis zum Außenumfang der Stirnfläche 2a. Ein in Umfangsrichtung gemessener Abstand zwischen der ersten Seitenwand 11 und der zweiten Seitenwand 12 nimmt in Richtung des Außenumfangs der Stirnfläche 2a zu.
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3 wurde um eine Skelettlinie 17 der Strömungsleitstruktur 10 (auch Strömungsleitstrukturmittellinie 17 genannt) ergänzt. Die Skelettlinie 17 erstreckt sich ausgehend von der Anströmkante 14 in Strömungsrichtung bis zum Außenumfang der Stirnfläche 2a. Davon unabhängig weist die Skelettlinie 17 in radialer Richtung eine Krümmung auf. Insbesondere krümmt sich Skelettlinie 17 von radial innen nach radial außen in Richtung des Fluidanschlusses 3a des Niederdruckeinlasses 3.
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Wie im Ausführungsbeispiel gezeigt verjüngt sich der erste Teileinlasskanal 3b in Strömungsrichtung. Anders formuliert nimmt der Querschnitt des ersten Teileinlasskanals 3b in Strömungsrichtung ab. Der erste Teileinlasskanal 3b ist düsenförmig ausgebildet, so dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des im ersten Teileinlasskanal 3b strömenden Fluids entlang des ersten Teileinlasskanals 3b erhöht. Davon unabhängig verjüngt sich der zweite Teileinlasskanal 3c in Strömungsrichtung. Mit anderen Worten nimmt der Querschnitt des zweiten Teileinlasskanals 3c in Strömungsrichtung ab. Der zweite Teileinlasskanal 3c ist düsenförmig ausgebildet, so dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des im zweiten Teileinlasskanal 3c strömenden Fluids entlang des zweiten Teileinlasskanals 3c erhöht.
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Die Strömungsleitstruktur 20 hat in der axialen Sicht die Form einer Haifischflosse, die im Verlauf der ersten Seitenwand 11, die dem zuströmenden Fluid zugewandt ist, konkav eingebaucht und im Verlauf der zweiten Seitenwand 12 konvex ausgebaucht ist, um das Fluid strömungstechnisch günstig in Richtung auf den Förderbereich zu leiten.
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Die 4 und 5 zeigen eine dritte und vierte Schnittansicht des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Rotationspumpe 1. Bei der dritten und vierten Schnittansicht wurde die Rotationspumpe 1 entlang der Drehachse D geschnitten. Im Unterschied zur dritten Schnittansicht der 4 ist die Schnittebene der vierten Schnittansicht (5) in Drehrichtung des Förderrotors 5 um wenige Grad um die Drehachse D gedreht.
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Das Pumpengehäuse 2 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Rotationspumpe 1 zweiteilig ausgebildet. Das Pumpengehäuse 2 umfasst einen Gehäusedeckel 2b und einen Gehäusetopf 2c. Der Gehäusedeckel 2b weist eine erste Stirnfläche 2a auf und der Gehäusetopf 2c weist eine zweite, der ersten Stirnfläche 2a gegenüberliegende, Stirnfläche 2a auf. Der Förderrotor 5 ist axial zwischen den beiden Stirnfläche 2a angeordnet ist. Der Gehäusetopf 2c umfasst den Fluidanschluss 3a des Niederdruckeinlasses 3. Auch die Strömungsleitstruktur 10 ist vollständig im Gehäusetopf 2c ausgebildet. Die zweite Stirnfläche 2a des Gehäusetopfes 2c definiert eine in den Figuren nicht dargestellt imaginäre Ebene, die sich orthogonal zur Drehachse D erstreckt.
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Wie in den 4 und 5 dargestellt, umfasst die Strömungsleitstruktur 10 einen ersten Abschnitt 15, der in radialer Überlappung mit dem Förderbereich 6, insbesondere dem Niederdruckbereich 6a, steht. Die axiale Stirnwand 13 weist einen orthogonalen Abstand zur imaginären Ebene auf, der im ersten Abschnitt zumindest teilweise konstant ist. Davon unabhängig geht die axiale Stirnwand 13 im ersten Abschnitt 15, insbesondere im Bereich des Außenumfangs der zweiten Stirnfläche 2a, in die zweite Stirnfläche 2a über.
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Die Strömungsleitstruktur 10 umfasst einen zweiten Abschnitt 16. Der zweite Abschnitt 16 schließt sich in radialer Richtung, in Bezug auf die Drehachse D nach radial außen, an den ersten Abschnitt 15 an. Mit anderen Worten ist der zweite Abschnitt 16 entgegen der Strömungsrichtung unmittelbar neben dem ersten Abschnitt 15 angeordnet. Der zweite Abschnitt 16 steht nicht in radialer Überlappung mit dem Förderbereich 6. Davon unabhängig umfasst der zweite Abschnitt 16 die Anströmkante 14. Der orthogonale Abstand zwischen der axialen Stirnwand 13 und der imaginären Ebene variiert im zweiten Abschnitt 16. Im Bereich der Anströmkante 14 weist die axiale Stirnwand 13 einen maximalen orthogonalen Abstand zur imaginären Ebene auf. In Strömungsrichtung und/oder von radial außen nach radial innen nimmt der orthogonale Abstand zwischen der axialen Stirnwand 13 und der imaginären Ebene ab. Im zweiten Abschnitt 16 weist die axiale Stirnwand 13 in Bezug auf die imaginäre Ebene eine konkave Oberflächenform auf.
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Wie in 5 erkennbar, bildet die Strömungsleitstruktur 10 an ihrer freien Oberseite, also an der Stirnfläche 13, eine Rampe 18, die in Richtung auf das Stellelement 20 ansteigt. Die Rampe 18 kann insbesondere im Bereich des Abschnitts 16 gebildet sein. Über die Rampe 16 strömendes Fluid erhält durch die Rampe 18 eine axiale Richtungskomponente, so dass es in Verlängerung der Rampe 18 auch mit einer axialen Richtungskomponente in die den Niederdruckbereich durchlaufenden Förderzellen 7 strömt.
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6 zeigt einen Ausschnitt einer Seitenansicht des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels der Rotationspumpe 1. In 7 schaut der Betrachter perspektivisch in den Fluidanschluss 3a des Niederdruckeinlasses 3 hinein. Dabei ist der zweite Abschnitt 16 der Strömungsleitstruktur 10 besonders gut sichtbar. Hinsichtlich der konkreten Ausgestaltung der Strömungsleitstruktur 10 wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotationspumpe
- 2
- Pumpengehäuse
- 2a
- Stirnfläche
- 2b
- Gehäusedeckel
- 2c
- Gehäusetopf
- 3
- Niederdruckeinlass
- 3a
- Fluidanschluss
- 3b
- erster Teileinlasskanal
- 3c
- zweiter Teileinlasskanal
- 4
- Hochdruckauslass
- 5
- Förderrotor
- 5a
- Fördermittel
- 5b
- Rotorgrundkörper
- 5c
- Außenmantelfläche des Rotorgrundkörpers
- 6
- Förderbereich
- 6a
- Niederdruckbereich
- 6b
- Hochdruckbereich
- 7
- Förderzellen
- 8
- Rückstellmittel
- 9
- -
- 10
- Strömungsleitstruktur
- 11
- erste Seitenwand
- 12
- zweite Seitenwand
- 13
- axiale Stirnwand
- 14
- Anströmkante
- 15
- erster Abschnitt
- 16
- zweiter Abschnitt
- 17
- Skelettlinie
- 18
- Rampe
- 19
- -
- 20
- Stellelement
- 21
- Innenmantelfläche des Stellelements
- 22
- Druckkanal
- 23
- Druckkammer
- D
- Drehachse des Förderrotors
