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Die
Erfindung betrifft eine umlaufende Pumpe, insbesondere für Öl.
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Solche
Pumpen weisen ein Gehäuse
auf, das an eine feste Basis angeschlossen ist, ferner ein Paar
ringförmiger
Rotoren, deren einer innerhalb des anderen angeordnet und die beide
innerhalb des Gehäuses
angeordnet sind, um in Bezug auf das Gehäuse um entsprechende Achsen
umzulaufen, die parallel zueinander und exzentrisch verlaufen. Jeder Rotor
weist eine verzahnte Umfangsfläche
auf, die mit der verzahnten Umfangsfläche des anderen Rotors zusammenarbeitet.
In axialer Richtung ist jeder Rotor durch entsprechende Stirnflächen begrenzt, die
unter einem rechten Winkel zu den Achsen verlaufen.
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Die
Stirnflächen
der Rotoren gleiten an entsprechenden Innenflächen des Gehäuses und
bilden damit eine Kammer, die mit der Atmosphäre über einen Sauganschluß und einen
Auslaß kommunizieren.
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Das
Dokument
DE 1 528 946
A beschreibt eine Innenzahnradpumpe mit einem innerhalb
des Sitzes auf der in Bezug auf die Bezugsfläche axial gegenüberliegenden
Seite der Rotoren angeordneten ersten Schreibe auf. Weiterhin ist
ein elastisches Druckmittel zum Andrücken der Scheibe gegen die Rotoren
sowie die Rotoren selbst gegen die axiale Bezugsfläche vorgesehen.
Die Rotoren, die erste Scheibe und die Bezugsflächen bilden dabei eine weitere
Mediumkammer, die über
einen Sauganschluss und einen Auslass mit der Atmosphäre kommuniziert,
im Wesentlichen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1.
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Weitere
Zahnradpumpen sind in
dargestellt.
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Der
volumetrische Wirkungsgrad bekannter Pumpen der oben beschriebenen
Art hängt
bekanntlich stark von der Präzision
der Verbindung der Stirnflächen
der Rotoren und der entsprechenden Flächen des Gehäuses ab.
Dies bedeutet, daß die
Rotoren wie auch das Gehäuse
mit hoher Präzision
bezüglich
ihrer Abmessungen und ihrer Gestalt hergestellt werden müssen. Anders
ausgedrückt:
Um den bei der ersten Betriebnahme vorliegenden volumetrischen Wirkungsgrad
im wesentlichen unverändert über eine
längere
Zeitspanne beizubehalten, müssen die
Rotoren sowie das Gehäuse
eine optimale Formstabilität
aufweisen, insbesondere bei Vorliegen großer Wärmegradienten, ferner eine
hohe Verschleißfestigkeit.
Die einzelnen Komponenten bekannter Pumpen sind daher aus entsprechend
bearbeiteten und behandelten Metallen gefertigt.
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Normalerweise
befindet sich im Gehäuse solcher
Pumpen eine Bypass-Einrichtung
mit einem Ventilschieber, um Ansaugöffnung und Auslaß dann kurzzuschließen, wenn
der Öldruck
in der Pumpe einen vorgegebenen Wert überschreitet.
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Diese
bekannten Bypass-Einrichtungen machen den Aufbau der einzelnen Komponenten
der Pumpe kompliziert. Sie sind nur dann wirksam und zuverlässig, wenn
sie mit sehr engen Fertigungstoleranzen hergestellt werden.
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Aus
diesen Gründen
sind die bekannten Pumpen teuer in der Herstellung. Sie sind außerdem normalerweise
nicht dazu in der Lage, einen absolut konstanten volumetrischen
Wirkungsgrad beizubehalten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe der eingangs beschriebenen
Art anzugeben, die die Nachteile der vorbekannten Pumpen nicht aufweist
und die insbesondere einfach im Aufbau und wirtschaftlich in der
Herstellung ist sowie im Betrieb auch über längere Zeiträume zuverlässig und wirksam ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Die
Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen
folgendes dargestellt:
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1 zeigt
in einer Frontansicht eine erste Ausführungsform einer umlaufenden
Pumpe; dabei sind zum Zwecke der Klarheit einige Komponenten weggelassen.
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2 ist
eine Schnittansicht gemäß der Linie II-II
in 1.
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Die 3 und 4 zeigen
zwei verschiedene Einzelheiten der Pumpe von 1.
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5 ist
eine Ansicht ähnlich
jener gemäß 1 und
zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Pumpe gemäß der Erfindung.
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6 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in 5.
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7 ist
eine Ansicht ähnlich
jener von 4 und zeigt eine Variante der
Einzelheit von 4.
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Die
in den 1 und 2 gezeigte, mit Nocken oder
Zähnen
versehene Pumpe dient der Zufuhr von Öl zum Schmieren einer hier
nicht dargestellten endothermischen Maschine, beispielsweise für ein Fahrzeug.
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Die
Pumpe 1 weist ein Gehäuse 2 auf.
Dieses ist vorzugsweise aus gestanztem Kunststoff hergestellt. Es
weist ein zentrales hohles Teil 3 sowie ein Umfangs-Formteil 4 auf,
das mit Teil 3 fest verbunden und dazu vorgesehen ist,
beim Gebrauch an einen festen, hier nicht gezeigten Tragkörper angeschraubt zu
werden.
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Wie
aus 2 ersichtlich, ist Zentralteil 3 innen
durch eine erste zylindrische Fläche 6 begrenzt. Diese
weist eine eigene Achse 7 auf. Die zylindrische Fläche 6 ist
an eine zweite koaxiale zylindrische Fläche 8 angeschlossen.
Deren Achse 9 verläuft
parallel zur Achse 7, aber exzentrisch hierzu um eine axiale Bezugsfläche 10 (ebene
Ringfläche)
unter rechten Winkeln zu den Achsen 7 und 9, eine
Schulter des Gehäuses 2 begrenzend.
Die zylindrische Fläche 8 ist
axial durch eine ebene ringförmige
Schulter 11 begrenzt, gebildet von einem Ringflansch, der
sich koaxial zur Achse 9 innerhalb einer Buchse 12 des
zentralen Teiles 3 erstreckt.
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Die
Flächen 6, 8 und 10 sowie
die Schulter 11 bilden einen Sitz 13 (Gehäusesitz)
für zwei
bekannte, verzahnte, ringförmige
Rotoren 14 und 15. Rotor 14 weist eine äußere Umfangsfläche auf,
die an der Fläche 6 gleitet,
sowie eine Innenverzahnung 14a.
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Rotor 15 ist
in an sich bekannter Weise an eine hier nicht gezeigte Antriebswelle
angeschlossen, die koaxial zur Achse 9 verläuft. Rotor 15 weist einen
ringförmigen
Teil 16 auf, der sich in Rotor 14 befindet und
eine Außenverzahnung 16a besitzt – siehe 1 –, die mit
der Verzahnung 14a kämmt. Rotor 15 hat
ferner einen Zentrierbund 17. Der Zentrierbund 17 ragt über das
Teil 16 gegen die Schulter 11 hinaus, und zwar
koaxial zur Achse 9. Bund 17 weist eine äußere Umfangsfläche auf,
die an Fläche 8 gleitet.
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Aus 2 erkennt
man weiterhin, dass die Pumpe 2 Scheiben 18 und 19 (Ringscheiben)
umfasst. Diese sind – in
axialer Richtung gesehen – auf einander
gegenüberliegenden
Seiten des Rotors 14 und des Ringteiles des Rotors 15 angeordnet.
Sie bestehen am besten aus gestanztem Stahlblech. Ihre Stirnflächen, die
den Rotoren 14 und 15 zugewandt sind, sind komplementär zu den
Stirnflächen
der Rotoren 14 und 15 und arbeiten beim Betrieb
gleitend mit diesen zusammen.
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Scheibe 18 erstreckt
sich zwischen den Rotoren 14 und 15 und der axialen
Bezugsfläche 10.
Sie umgibt den Bund 17 und hat einen ringförmigen Anschlagnocken 20 (3),
der in einem Haltesitz angeordnet ist, der seinerseits in Teil 3 vorgesehen
ist – in
den Zeichnungen nicht erkennbar.
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Scheibe 19 befindet
sich auf der anderen Seite der Rotoren 14 und 15 als
die Scheibe 18 und steht mit den Stirnflächen der
Rotoren 14 und 15 in Kontakt. Sie weist einen
eigenen Vorsprung 21 (Ringanschlagnocken) auf, angeordnet
im eigenen Haltesitz 22, vorgesehen in Teil 3 (1).
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Die
Rotoren 14 und 15 sowie die Scheiben 18 und 19 bilden
zwischen sich eine weitere Kammer 23 – siehe 1 –, für ein zu
förderndes
Medium. Die Kammer 23 kommuniziert mit einer Saugleitung 24 über zwei
Sauganschlüsse 25,
deren einer sich in Scheibe 18, und deren anderer sich
in Scheibe 19 befindet (siehe die 3 und 4).
Kammer 23 kommuniziert ferner mit einer Abgabeleitung 26 über einen
Auslaß 27 in
Scheibe 18 – siehe 3.
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Wie
in 1 und noch genauer in 4 gezeigt,
weist die Scheibe 19 eine Umfangsaussparung 28 auf,
die entlang einer äußeren Umfangskante
der Scheibe 19 verläuft.
Die radiale Tiefe der Aussparung 28 ist derart bemessen,
dass die Scheibe 19 die Kammer 23 zu begrenzen
vermag – siehe 1.
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Aus 2 erkennt
man ferner, dass die Scheiben 18 und 19 sowie
die Rotoren 14 und 15 zu einem Paket zusammengespannt
und gegen die Fläche
des Sitzes 13 mittels einem elastischen Druckmittel 30 (Druckeinrichtung)
angedrückt
sind. Das Druckmittel 30 weist einen Anschlag 31 auf,
der teilweise dazu dient, Teil 3 abzusperren, sich teilweise
in einer der Scheibe 19 zugewandten Position befindet und
der seinerseits einen äußeren Umfangs-Ringbereich 32 besitzt,
der an Teil 3 mittels einer Mehrzahl von Schrauben 33 befestigt
ist, und einen konkaven inneren Ringbereich 34 aufweist,
der der Scheibe 19 zugewandt ist. Der innere Bereich 34 umfasst
einen Kragen 35, der sich koaxial zur Achse 9 erstreckt
und dessen Stirnfläche
der Scheibe 19 zugewandt ist. Bereich 34 ist an
Scheibe 19 leckagedicht mittels einer Dichtung 36 angeschlossen,
die den Kragen 35 umgibt und zusammen mit der Scheibe 19 eine
dichte Ringkammer 37 bildet.
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Das
Druckmittel 30 umfasst ferner eine Tellerfeder 38,
die sich innerhalb der Kammer 37 befindet und die zwischen
Deckel 34 und Scheibe 19 komprimiert ist, um eine
vorgegebene Axialkraft auszuüben,
die die Scheibe 19 gegen die Fläche des Sitzes 13 drückt.
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In
der besonderen, beschriebenen Ausführungsform ist die Scheibe 19 elastisch
verformbar. Sie bildet zusammen mit Feder 38 und Kammer 37 eine
justierbare Bypass-Vorrichtung zum Kurzschließen der Öffnungen
(Sauganschluss 25 und Auslass 27) in jenem Falle,
in welchem der Öldruck
innerhalb der Pumpe 1 einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Feder 38 und Scheibe 19 können nach Art und Gestalt derart
ausgewählt
werden, dass sie entsprechende Biegesteifigkeiten aufweisen, die
voneinander abweichen. Auf diese Weise ist es möglich, den Druck einzustellen,
bei welchem die Bypass-Vorrichtung wirksam wird.
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Im
Betrieb drückt
die Feder 38 das Scheiben-Rotor-Paket gegen die Fläche des
Sitzes 13 und sorgt damit für eine gleitende, leckagedichte
Verbindung zwischen den Rotoren 14 und 15, die
um ihre Achsen 7 beziehungsweise. 9 umlaufen,
sowie den Scheiben 18, 19. Demgemäss wird
Medium, das in die Kammer 23 durch den Sauganschluss 25 eintritt, zunehmend
zur Auslassleitung 26 über
den Auslass 27 verdrängt.
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Beim
Anlassen der Pumpe 1 und/oder während der Zufuhr von Öl kann es
zu einem Überschreiten
eines Druck-Grenzwertes kommen. Die Scheibe 19 wird sodann
axial von den Rotoren 14 und 15 durch den Öldruck in
der Kammer 23 abgehoben. Demzufolge werden die Anschlüsse (Sauganschluss 25 und
Auslass 27) kurzgeschlossen. Aufgrund der Aussparung 28 wird
das Öl
zur Saugleitung 24 hin gedrückt.
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Die
in den 5 bis 7 dargestellte Ausführungsform
betrifft eine Pumpe 40 für Öl, ähnlich der behandelten Pumpe 1.
Soweit möglich,
wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Die
Pumpe 40 weist eine Scheibe 41 auf, die sich von
der Scheibe 19 unterscheidet. Die Scheibe 41 weist
nämlich
zusätzlich
zur Einlassöffnung (Sauganschluss 25)
eine weitere Umfangsöffnung 42 auf – siehe 7.
Die Umfangsöffnung 42 befindet sich
im wesentlichen an der Stelle der Abgabeöffnung 27 der entsprechenden
Scheibe 18. Die Öffnung 42 wird
durch eine langgestreckte elastische Platte 43 abgesperrt,
die als Kreissegment ausgebildet ist und die mit jener Fläche der
Scheibe 41 in Kontakt steht, die dem Deckel 31 zugewandt
ist. Sie hat einen Endbereich, der an die Scheibe 41 fest
angeschlossen ist, vorzugsweise mittels eines Anschlussmittels 44 (Niets).
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Die
Platte 43 wird durch die Feder 38 in Position
gehalten und sperrt dabei die Öffnung 42 ab. Die
Feder 38 wirkt unmittelbar auf die Platte 43 und bildet
zusammen mit dieser einen Teil der Bypassleitung 45, mit
welcher die Anschlüsse
(Sauganschluss 25 und Auslass 27) bei Überschreiten
eines bestimmten Druckes in Kammer 23 kurzgeschlossen werden können. Der
vorgegebene Schwellenwert des Druckes ändert sich mit Änderung
der Stärke
der Platte 43 und der Feder 38. Es versteht sich,
dass die Platte 43 und die Feder 38 bezüglich ihrer
Biegesteifigkeiten unterschiedlich bemessen werden können.
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Erreicht
der Öldruck
während
des Betriebes in Kammer 23 einen vorgegebenen Schwellenwert, bestimmt
durch die Auswahl der Festigkeiten der Feder 38 und der
Platte 43, so wird die Platte 43 gegen den Deckel 31 hin
durch den Öldruck
in Kammer 23 verbogen, und die Anschlüsse 25 und 27 gelangen über die Öffnung 42 in
leitende Verbindung miteinander. Durch die Platte 43 wird
die Öffnung 42 abgesperrt,
was ein Lösen
der Scheibe 41 von den Rotoren 14 und 15 innerhalb
eines bestimmten Überdruckbereiches
verhindert. Damit wird auch die Scheibe 41 in axialer Richtung
gegen den Deckel 31 verschoben, so dass die Durchtrittsöffnung für Öl zwischen
den Anschlüssen 25 und 27 vergrößert wird.
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Aus
dem Obenstehenden ergibt sich, dass die Pumpen 1 und 40 die
nachstehenden Vorteile aufweisen, insbesondere durch die Scheiben 18 und 19 oder 41 auf
einander gegenüberliegenden
axialen Seiten der Rotoren 14 und 15 sowie durch
die Feder 38, die diese Scheiben gegen die Rotoren 14 und 15 andrückt.
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Vor
allem sind die volumetrischen Wirkungsgrade der Pumpen 1 und 40 sehr
hoch. Sie sind völlig unabhängig von
der Genauigkeit der Anschlüsse
der Rotoren 14 und 15 an das Gehäuse 2,
vom Verschleiß der
sich relativ zueinander bewegenden Bauelemente sowie von der Betriebstemperatur
der Pumpe.
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Im
Gegensatz zu bekannten Lösungen
ist die Kammer 23 in axialer Richtung nicht durch die Flächen des
Gehäuses 2 begrenzt
und damit durch in Bezug auf die Rotoren axial feste Flächen, sondern durch
die Scheiben 18 und 19 oder 41. Diese
Scheiben 18 und 19 oder 41 stehen bei
normalen Betriebsbedingungen, d. h. bei Druckwerten unterhalb des genannten
Schwellenwertes, ständig
mit den Stirnflächen
der Rotoren 14 und 15 in Berührung, und zwar durch den Axialdruck,
der durch die Feder 38 ausgeübt wird. Die Scheiben können jedoch
entlang der Achsen 7 und 9 dann verschoben werden,
wenn der durch das Öl
ausgeübte
Druck die Kraft der Feder 38 überwindet. Bei den Pumpen 1 und 40 haben
die Gehäuse 2 demgemäß nur eine
Tragfunktion. Deshalb können
sie aus anderen Materialien als Metall hergestellt werden, so wie
bisher üblich.
Insbesondere kommt als Werkstoff gestanzter Kunststoff in Betracht,
der nach dem Stanzen keiner weiteren Bearbeitung bedarf.
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Durch
die Scheiben 18 und 19 und 41 sowie durch
eine elastische Beaufschlagungsvorrichtung für diese Scheiben ist es gegenüber bekannten
Lösungen
möglich,
die Konstruktion des Gehäuses 2 ganz
erheblich zu vereinfachen und langwierige komplexe Bearbeitungsvorgänge des
Gehäuses
zu vermeiden. Die Scheiben 18 und 19 oder 41 sowie
die jeweiligen Federn 38 ersetzen voll und ganz die herkömmlichen
Bypass-Kreisläufe
im Gehäuse
der Pumpe sowie Ventilschieber.
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Aus
dem Obenstehenden ergibt sich, daß der volumetrische Wirkungsgrad
der Pumpen 1 und 40 sehr hoch ist und auch über längere Zeitspannen hinweg
unverändert
bleibt. Die Herstellungskosten sowie das Gewicht der Pumpen 1 und 40 sind
gegenüber
herkömmlichen
Pumpen drastisch verringert.
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Schließlich sind
Abwandlungen möglich, ohne
den Erfindungsgedanken zu verlassen. Insbesondere können die
Rotoren 14 und 15 anders gestaltet sein als die
hier dargestellten, genau wie die Scheiben 18, 19 oder 41.
Die Anpressung gegeneinander sowie gegen die Stirnflächen der
Rotoren 14 und 15 läßt sich auch durch andere elastische
Elemente vornehmen als die hier dargestellten.
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Alternativ
zur Feder 38 kann die Pumpe 40 mit einer ersten
justierbaren oder nicht justierbaren elastischen Einrichtung versehen
werden, die allein auf Scheibenteil 41 einwirkt, unbeeinträchtigt durch Platte 43,
ferner mit einer zweiten justierbaren oder nicht justierbaren elastischen
Einrichtung, die allein auf Platte 43 einwirkt und die
in jedem Falle eine Stärke
oder Festigkeit hat, die geringer als diejenige der ersten elastischen
Einrichtung ist.
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Schließlich könnten bei
den Pumpen 1 und 40 die Scheiben 18 weggelassen
werden. In diesem Falle gleiten die Rotoren 14 und 15 unmittelbar
auf der Fläche 10,
die in diesem Falle die axiale Bezugsfläche der Rotoren 14 und 15 ist.
In diesem Falle besteht die Funktion der Feder 38 sowie
der Scheiben 19 oder 41 nach wie vor darin, das
Axialspiel zwischen den sich relativ zueinander bewegenden Teilen
auszugleichen.