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Die Erfindung betrifft eine Einlaß- und Auslaßanordnung bei einer
ventillosen, vorzugsweise als Aufsteckpumpe geeigneten Rotationskolbenpumpe für
gleichbleibende Förderrrichtung bei wechselnder Antriebsdrehrichtung mit einem radial
bewegliche Arbeitsschieber aufweisenden Rotor und einem dazu exzentrischen zylindrischen
Statorhohlraum bzw. Förderraum, welcher mit einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung
versehen ist.
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Bei einer bekannten Pumpe dieser Art ist in der zylindrischen Bohrung
eines äußeren Gehäuses eine ringförmige Gehäusebuchse drehbar angeordnet, die die
Umfangswand des eigentlichen Förderraums bildet, an der die Arbeitsschieber entlanggleiten
und deren Verdrehbereich durch Anschläge auf einen bestimmten Winkelbereich begrenzt
ist. Bei Wechsel der Antriebsdrehrichtung wird die Buchse durch den Reibungsschluß
mit den Arbeitsschiebern von der einen in die andere Anschlagstellung verdreht.
Zwei den unmittelbaren Ein- und Auslaß in den Förderraum bildende Umfangsöffnungen
der Buchse kommen dadurch bei entsprechender Gestaltung des äußeren Gehäuses wechselweise
so mit den Anschlußbohrungen in zwei radialen Ein- oder Auslaßstutzen desselben
in Verbindung, daß bei beiden Antriebsdrehrichtungen die jeweils niederdruckseitige
Buchsenöffnung immer mit dem einen die jeweils hochdruckseitige Buchsenöffnung immer
mit dem anderen Stutzen verbunden ist. Die Pumpe fördert also bei beiden Antriebsdrehrichtungen
gleichbleibend in die eine Anschlußleitung, während sie immer aus der anderen Leitung
ansaugt. Die beiden Öffnungen der Verstellbuchse werden dabei niemals von der durch
die Drechachsen des Rotors und des Förderraums bestimmten Exzentrizitätsebene der
Pumpe geschnitten, sondern verbleiben immer auf der einen bzw. der anderen Seite
dieser Ebene. Diese Pumpe hat aber den Nachteil, daß sich Schmutzteilchen zwischen
die Buchse und die äußere Gehäusewand setzen können und die Buchse an der Drehung
bei Änderung der Rotorantriebsdrehrichtung hindern können.
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Bei einer anderen bekannten Pumpe mit einer Umsteuerbuchse ist der
Statorhohlraum nicht kreiszylindrisch, sondern besteht im Querschnitt hauptsächlich
aus zwei Kreisbögen, deren Mittelpunkte ganz nahe nebeneinander liegen. Durch die
Zentrifugalkraft der Arbeitsschieber im Zusammenhang mit hydraulischen Druckkräften
wird die ringförmige, die eigentliche Förderraumumfangswand bildende Umsteuerbuchse
je nach der Antriebsdrehrichtung des Rotors jeweils gegen den einen oder
anderen Wandteil des Hohlraums des äußeren Gehäuses zur Anlage gebracht. Wenn die
Antriebsdrehrichtung geändert wird, wird durch die erwähnten Kräfte die Verstellbuchse
von der einen Anlagestellung in die andere Anlagestellung im Gehäusehohlraum verschwenkt.
Von zwei jeweils nierenförmigen, ortsfest in einer Gehäusestimwand befindlichen
öffnungen, deren eine auf der einen und deren andere auf der anderen Seite der mit
der Buchse in geringem Maße verschwenkbaren Exzentrizitätsebene von Rotor und Stator
liegt, bleibt bei beiden Antriebsdrehrichtungen die eine immer die Einlaß- und die
andere immer die Auslaßöffnung des Förderraums. Bei Lageänderung des Verstellringes
ändert sich lediglich auch die Lage des sichelförmigen Arbeitsraums zwischen Rotor
und Verstellring bzw. -buchse. Bei genügend großem Förder- bzw. Gegendruck der Pumpe
verbleibt der Verstellring in seiner jeweils richtigen Lage. Bei geringem Gegendruck
an der Pumpe und/oder ungleichmäßiger Druckabnahme durch den Verbraucher kann der
Verstellring eventuell ins Pendeln kommen, sogar exzenterartig im Gehäusehohlraum
kreisen und abrollen, wodurch eine ordnungsgemäße Wirkungsweise der Pumpe gestört
wird. Auch könnte die richtige Anlage des Verstellringes an der Gehäusewand durch
Schmutzteilchen oder andere feste Teilchen behindert werden.
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Andererseits gibt es regelbare und umkehrbare Pumpen, bei denen ein
Verstellgehäuseteil, das einen den Arbeitsraum der Pumpe bildenden zum Rotor exzentrischen
Hohlraum aufweist, durch eine äußere Kraft um die Achse des Rotors verdreht werden
kann. Bei einer bekannten Pumpe dieser Art mit vier radial beweglichen Arbeitsschiebern
im Rotor, bei welcher zwei einander diametral gegenüberliegende Öffnungen als Ein-
und Auslaß des Förderraums ortsfest in einer Stirnwand des Gehäuses angeordnet sind,
wird durch Verdrehen eines solchen Verstellgehäuseteils von Hand um mindestens
180'
eine Umkehr der Förderrichtung bei gleichbleibender Antriebsdrehrichtung
erreicht. Wenn das Verstellgehäuseteil nur so weit verdreht wird, daß die Exzentrizitätsebene
von Rotor und Arbeitsraum durch die Mitten der Einlaß- und der Auslaßöffnung verläuft,
das Verstellteil sich also in der Null-Stellung befindet, tritt keine Förderwirkung
auf. Bei den Zwischenstellungen zwischen dieser Null-Stellung und den Stellungen
für volle Fördermenge wird nur ein verminderter Förderstrom geliefert.
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Erwähnt sei noch eine Pumpe mit zwei Arbeitsschiebern im Rotor und
einem nicht verstellbaren Gehäuse, die an der Stelle der größten Entfernung zwischen
Rotorumfang und der Gehäuseinnenwand eine einzige und somit von der Exzentrizitätsebene
durchschnittene Einlaßöffnung und beiderseits der Stelle größter Annäherung zwischen
Rotor und Stator, symmetrisch zur Exzentrizitätsebene, zwei Auslaßöffnungen mit
je einem Ventil aufweist. Je nach der Antriebsdrehrichtung des Rotors fördert
die Pumpe entweder durch die eine oder die andere Auslaßöffnung in die Förderleitung.
Es könnte auch an Stelle der zwei Ventile eine einzige Ventilkugel in einer Querbohrung
zwischen den beiden Auslässen verschieblich angeordnet sein, die je nach
Förderrichtung den einen Auslaß verschließt und den anderen freigibt oder umgekehrt.
Eine solche Pumpe arbeitet ungünstig bezüglich der Füllung der Verdrängerzellen.
Die Ventile bzw. die Ventilkugel können durch Schmutzteilchen in ihrer Wirkung behindert
werden und damit Anlaß zu Betriebsstörungen geben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einlaß- und Auslaßanordnung
bei einer Pumpe der eingangs erwähnten Art so zu wählen, daß trotz gleichbleibender
Förderrichtung bei Wechsel der Antriebsdrehrichtung keine Ventile und keinerlei
Statorverstellteile erforderlich sind und dabei die Umfangswand eines einfachen
Gehäuses zugleich unmittelbar die Förderraumwand bilden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
die Mitte der Einlaßöffnung und die Mitte der Auslaßöffnung unveränderlich in der
auch durch die Drehachsen des Rotors und des Förderraums verlaufenden Ebene liegen,
und daß die
Auslaßöffnung stirnseitig am Förderraum, und zwar im
Bereich der größten Annäherung zwischen dessen und des Rotors Umfangswand, also
im wesentlichen innerhalb des Rotorumfangskreises, angeordnet und als bogenförmige
Auslaßniere ausgebildet ist, deren Bogenlänge wesentlich größer ist als die Weite
eines davon abführenden Auslaßkanals und als die größte Weite der diametral gegenüberliegenden
Einlaßöffnung, wobei kein Statorverstellteil vorgesehen ist.
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Obwohl die erfindungsgemäße Ausbildung von Einlaß und Auslaß eigentlich
als Nullförderstellung bekannter Pumpen anzusehen ist, in der nach bisheriger Auffassung
keine richtige Förderung erhalten werden kann, zeigt die Pumpe nach der Erfindung
als überraschenden Effekt eine gute Förderwirkung.
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Die Arbeitsschieber der Pumpe sind nach einem weiteren Merkmal der
Erfindung im Querschnitt U-förmig ausgebildet und in Aussparungen des Rotors radial
beweglich angeordnet, deren Breite (in Rotorumfangsrichtung) größer ist als ihre
radiale Tiefe.
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Die Bogenlänge der Auslaßöffnung ist zweckmäßig größer als die Breite
der Aussparungen für die Arbeitsschieber.
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Die Einlaßöffnung kann ebenfalls stirnseitig am Förderraum vorgesehen
sein, liegt dann aber nur zum Teil innerhalb des Umfangskreises des Rotors, wobei
ihre Weite etwa der Weite eines dazugehörigen Einlaßkanals entspricht und ihre Breite
in Rotorumfangsrichtung kleiner ist als die Breite einer Rotoraussparung.
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Hinsichtlich der Spalte zwischen Rotor und Stator wird vorgeschlagen,
daß der kleinste Abstand zwischen der Umfangswand des Rotors und der Umfangswand
des Förderraums höchstens einem Zehntel der Exzentrizität zwischen den Drehachsen
des Rotors und des Förderraums entspricht.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Stirnansicht einer »wellenlosen« Rotationskolbenpumpe
für gleichbleibende Förderrichtung bei wechselnder Drehrichtung mit den Merkmalen
nach der Erfindung bei abgenommenem Gehäusedeckel, F i g. 2 einen Längsschnitt
durch die Pumpe entlang der horizontalen Mittelebene nach Fig. 1,
F i
g. 3 eine Stirnansicht einer Pumpe, ähnlich wie in Fig. 1, aber mit
der normalen, bisher meist üblichen, nicht der Erfindung entsprechenden AnordiLung
von Ein- und Auslaßöffnungen.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer sogenannten
»wellenlosen« Rotationskolbenpumpe mit gleichbleibender Förderrrichtung mit der
erfindungsgemäßen Anordnung von Einlaß- und Auslaßöffnung dargestellt. In einem
zylindrischen Gehäuse 1 mit dem als Förderraum dienenden Hohlraum 2 ist ein
Rotationskolben 3 exzentrisch entsprechend dem Abstand seiner Drehachse
16 von der Drehachse 17 des Gehäuses 1 angeordnet, und zwar
so, daß der kleinste Abstand 19 zwischen dem Mantel des Rotationskolbens
3 und der Wand des Gehäuses 1 bei der Auslaßöffnung 13 liegt.
Die Exzentrizitätsebene von Rotationskolben und Gehäuse, welche durch die Drehachsen
16 und 17 verläuft, erscheint in F i g. 1 als Mittellinie
15.
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Der Rotationskolben 3 weist vier Rechteckaussparungen
7 auf, deren Breite in Rotorumfangsrichtung größer ist als ihre radiale Tiefe.
In diesen Aussparungen 7 sind vier im Querschnitt U-förmige Arbeitsschieber
8 radial beweglich angeordnet. Beim Umlaufen des Rotationskolbens werden
diese Schieber 8
durch die Zentrifugalkraft an die Gehäusewandung gedrückt.
Zur Unterstützung dieser Wirkung können zusätzlich Druckfedern 9 vorgesehen
sein.
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Der Pumpeneinlaß ist mit 10 bezeichnet. Er mündet in eine etwa
ovale Einlaßöffnung 11 in der Stimfläche der Gehäusebohrung 2 und ist so
angeordnet, daß er nur zum Teil innerhalb des Umfangskreises des Rotationskolbens
oder Rotors 3 liegt, wobei die Weite der öffnung 11 etwa der Weite
des Einlaßkanals 10 entspricht und dabei ihre Breite in Rotorumfangsrichtung
kleiner ist als die Breite einer Rotoraussparung 7.
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Die Auslaßöffnung 13 ist »nierenfönnig<c, ihre Kontur besteht
zum größeren Teil aus zwei Kreisbögen. Ihre »Bogenlänge« bzw. Breite in Umfangsrichtung
ist größer als die Breite der Aussparungen 7
für die Arbeitsschieber
8. Hinter der öffnung 13 beginnt der Auslaßkanal mit der Auslaßbohrung
12.
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Der kleinste Abstand 19 zwischen der Umfangswand des Rotors
3 und der Umfangswand des Förderraums 2 entspricht höchstens einem Zehntel
der Exzentrizität zwischen den Drehachsen 16 und 17
des Rotors und
des Förderraums.
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Unter den genannten Bedingungen fördert die Pumpe bei jedem Drehsinn
des Rotationskolbens 3
in der gleichen Richtung. Sie arbeitet in befriedigender
Weise bei niedrigem Förderdruck, obwohl die Lage der Einlaß- und der Auslaßöffnung
zur Exzentrizitätsebene von Rotor und Stator eigentlich sonst als »Null-Förderstellung«
gilt. In F i g. 3 ist vergleichsweise mit strichpunktierten Linien dargestellt,
wie eine Einlaßöffnung 11 a mit Einlaßkanal 10 a
und eine Auslaßöffnung
13 a mit Auslaßkanal 12a etwa hätten angeordnet sein müssen, wenn ihre Lage
in der meist üblichen Weise gewählt worden wäre. Die öffnung 13 a müßte dabei
auf der einen, die öffnung Ila auf der anderen Seite der Exzentrizitätsebene
15 liegen. Mit einer solchen Ein- und Auslaßanordnung würde bei Umkehr der
Rotorantriebsdrehrichtung die Pumpe sofort in die andere Richtung, also nicht mehr
gemäß F i g. 3 in den Kanal 12 a, sondem in den Kanal 10 a fördern
und aus dem Kanal 12 a ansaugen.
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Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich, kann die Pumpe mit
den Merkmalen nach der Erfindung sehr einfach aufgebaut sein, was in vorteilhafter
Weise ihre Ausbildung und Verwendung als sogenannte »wellenlose Pumpe«,
d. h. als Pumpe ohne eigene Welle ermöglicht. Sie wird dabei mittels der
im Rotationskolben 3 vorgesehenen Bohrung 20 auf eine vorhandene Antriebswelle,
z. B. die Welle eines Antriebsmotors oder eine andere zum Antrieb geeignete fremde
Maschinenwelle, aufgesteckt, und der Rotor wird dann mittels einer in die Nut 21
eingelegten, nicht gezeichneten Feder auf der Welle gegen Verdrehen gesichert. Dieses
Aufstecken auf die Antriebswelle erfolgt, ohne daß der Gehäusedeckel 22 abgenommen
werden muß. Die Nut 21 kann dazu auch im Gehäuse 1 und im Deckel 22 fortgesetzt
sein. Eine Verdrehung des Gehäuses 1 wird bei dieser Anordnung lediglich
durch die in seine Einlaß- und Auslaßbohrungen 10 und 12 geschraubten, nicht
dargestellten Sang- und Druckrohrleitungen verhindert.