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Die
Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Hybridpumpe zum
Fördern
eines Pumpmediums gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Die
in Rede stehende Pumpe ist grundsätzlich geeignet, als Verdrängermaschine
betrieben zu werden. Im Vordergrund steht hier allerdings die Ausgestaltung
der Pumpe als Hybridpumpe. Unter einer Hybridpumpe wird vorliegend
eine Pumpe verstanden, die in einer ersten Betriebsart als Verdrängermaschine
und in einer zweiten Betriebsart als Strömungsmaschine arbeitet, um
die jeweiligen Vorzüge dieser
beiden Pumpenarten miteinander kombinieren zu können.
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Die
bekannte Hybridpumpe (
DE
101 58 146 A1 ), von der die Erfindung ausgeht, weist ein
Gehäuse
auf, das mit einem Einlaß,
einem Auslaß und
einem Pumpraum ausgestattet ist. Der Pumpraum zeigt eine im Querschnitt
im wesentlichen runde oder rundliche Lauffläche für einen um eine Rotorachse drehbaren
Rotor mit Rotorflügeln
und seitlich an beiden Seiten des Rotors jeweils eine Seitenfläche. Der Rotor
ist exzentrisch im Pumpraum angeordnet, wobei die Rotorflügel relativ
zum Rotor im übrigen
jeweils bewegbar sind. Die Rotorflügel definieren zusammen mit
der Lauffläche
des Pumpraums eine Mehrzahl von Pumpkammern. In einer Ausführungsform
ist es vorgesehen, daß jedenfalls
der Einlaß in der
Seitenfläche
des Pumpraums angeordnet ist.
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Problematisch
ist bei der bekannten Hybridpumpe die Tatsache, daß das Befüllen und
das Entleeren der Pumpkammern im Pumpbetrieb nicht optimal ist.
Es konnte beispielsweise nachgewiesen werden, daß das Pumpmedium in dem der
Rotorachse zugewandten Teil der Pumpkammern in nur geringem Maße ausgetauscht
wird. Dies hat sich auch durch die Anordnung des Einlasses oder
des Auslasses in der Seitenfläche
des Pumpraums nicht wesentlich verbessert. Das Volumen der Pumpkammern
wird damit im Pumpbetrieb nur unzureichend genutzt.
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Ferner
ist zu berücksichtigen,
daß die
Anordnung des Einlasses oder des Auslasses in der Seitenfläche des
Pumpraums grundsätzlich
mit einer Umlenkung des Pumpmediums um je nach Ausgestaltung etwa
90° verbunden
ist. Dies führt
je denfalls in dem der Rotorachse zugewandten Teil der Pumpkammern
jeweils zur Bildung eines Totraums, der bei der Befüllung der
Pumpkammern unberücksichtigt bleibt.
Dies führt
zu einer unzureichenden Befüllung der
Pumpkammern. Der resultierende Wirkungsgrad dieser Pumpe ist gering.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannte Pumpe derart
auszugestalten und weiterzubilden, daß deren Wirkungsgrad erhöht wird.
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Das
obige Problem wird bei einer Pumpe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Wesentlich
ist hier die Überlegung,
den Einlaß oder
den Auslaß derart
in der Seitenfläche
des Pumpraums anzuordnen, daß die
Rotorachse durch den Einlaß bzw.
den Auslaß verläuft. Der
Strömungsweg
des Pumpmediums verläuft
zunächst
entlang der Rotorachse und anschließend in die jeweilige Pumpkammer.
Dadurch wird erreicht, daß eine
Befüllung
der Pumpkammern zumindest zum Teil von einer Position aus erfolgt,
die der Rotorachse so nahe wie überhaupt
möglich
ist. Der Rotor wird also gewissermaßen von dem Pumpmedium durchdrungen.
Die oben beschriebene Bildung eines Totraums in den Pumpkammern
läßt sich
dadurch weitgehend vermeiden. Im Ergebnis steigt die Qualität der Befüllung der
Pumpkammern im Pumpbetrieb.
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Konstruktiv
ist es bei der vorschlagsgemäßen Lösung erforderlich,
zumindest über
einen Teil der Rotorachse einen Teil des die Rotorachse umgebenden
Bereichs hohl auszugestalten, um diesen Bereich als Einlaß nutzen
zu können.
Hierfür
sind eine Reihe von konstruktiven Möglichkeiten denkbar, wobei
zu berücksichtigen
ist, daß ein
Kurzschluß zwischen
Einlaß und
Auslaß zu
vermeiden ist.
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Eine
bevorzugte konstruktive Lösung
besteht darin, eine mit dem Pumpendeckel verbundene Hülse vorzusehen,
die sich in Richtung der Rotorachse erstreckt und abdichtend mit
dem Rotor, insbesondere mit einer Grundplatte des Rotors und mit
den der Rotorachse zugewandten Enden der Rotorflügel in Eingriff steht. Die
Hülse weist
eine axial verlaufende Ausnehmung auf, um zu gewährleisten, daß das Innere
der Hülse,
das hier zumindest einen Teil des Einlasses bereitstellt, mit der
jeweils zu befüllenden Pumpkammer
kommuniziert. Dadurch wird mit der Nutzung der Hülse als Teil des Einlasses
einerseits ein zusätzlicher
Strömungs querschnitt
geschaffen. Andererseits ist die Bildung von Toträumen ausschließlich innerhalb
der Hülse,
und zwar an der Innenwand der Hülse,
zu erwarten und nicht mehr in der jeweiligen Pumpkammer. Die Bildung
von Toträumen
innerhalb der Hülse
behindern die Befüllung
der Pumpkammern nicht. Die obigen Maßnahmen führen daher insgesamt zu einer
optimalen Befüllung
der Pumpkammern.
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Es
darf ausdrücklich
darauf hingewiesen werden, daß die
obige konstruktive Variante mit einer auf die Rotorachse ausgerichteten
Hülse nicht
beschränkend
zu verstehen ist.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung unter Bezugnahme
auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Im
Zuge dieser Erläuterung
werden weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen und weitere Merkmale,
Eigenschaften, Aspekte und Vorteile der Erfindung mit erläutert. In
der Zeichnung zeigt
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1 die
Oberseite des Rotors einer erfindungsgemäßen Hybridpumpe in einer perspektivischen
Ansicht,
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2 den
Rotor gemäß 1 in
einer Draufsicht,
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3 die
Unterseite des Rotors gemäß 1 in
einer perspektivischen Ansicht,
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4 die
dem Pumpraum und den Pumpkammern zugewandte Seite des Pumpendeckels
in einer perspektivischen Ansicht.
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Die
in der Zeichnung dargestellten Komponenten sind einer Pumpe zugeordnet,
die als Verdrängermaschine
betreibbar ist. In besonders bevorzugter Ausgestaltung sind diese
Komponenten einer Hybridpumpe zugeordnet. Die bereits zitierte deutsche
Patentanmeldung
DE
101 58 146 A1 sowie die PCT-Anmeldung PCT/EP 2004/010401
betreffen zwei unterschiedliche Ausgestaltungen des grundsätzlichen
Aufbaus einer solchen Hybridpumpe. Die Inhalte dieser beiden Anmeldungen
werden hiermit durch Bezugnahme jeweils zum Gegenstand der vorliegenden
Anmeldung gemacht. Die dort jeweils beschriebenen Varianten sind
durchweg auf die vorschlagsgemäße Lösung der
vorliegenden Anmeldung anwendbar. Alle daraus entstehenden Merkmalskombinationen
sind vorliegend als beanspruchbar anzusehen.
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Die
Zeichnung betrifft eine Hybridpumpe zum Fördern eines Pumpmediums mit
einem nicht dargestellten Gehäuse,
wobei das Gehäuse
einen Einlaß 1,
einen Auslaß 2 und
einen Pumpraum aufweist (1, 4). Der
Pumpraum weist wiederum eine im Querschnitt im wesentlichen runde
oder rundliche Lauffläche
für einen
um eine Rotorachse 3 (2) drehbaren
Rotor 4 mit Rotorflügeln 5 und seitlich
an beiden Seiten des Rotors 4 jeweils eine Seitenfläche auf.
Die Lauffläche
ist in 2 als im wesentlichen kreisförmige Linie vorstellbar, die
den Rotor 4 unter Berücksichtigung
einer noch zu erläuternden
Exzentrizität
gewissermaßen
einfaßt.
Der Rotor 4 ist motorisch antreibbar.
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Die
Rotorflügel 5 sind
hier zweiteilig ausgestaltet mit einem ersten, mit dem Rotor 4 im übrigen fest
verbundenen Rotorteil 6 und einem zweiten, über ein
Scharnier mit dem ersten Rotorteil 6 verbundenen Rotorteil 7.
Die ersten Rotorteile 6 sind mit einer Art Grundplatte 8 des
Rotors 4 verbunden.
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Es
läßt sich
der 2 entnehmen, daß die Rotorflügel 5 zusammen
mit der Lauffläche
eine Mehrzahl von Pumpkammern 9 definieren.
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Der
Rotor 4 ist exzentrisch im Pumpraum angeordnet. Ferner
sind die Rotorflügel 5 durch
die zweigeteilte Anordnung relativ zum Rotor 4 im übrigen jeweils
bewegbar ausgestaltet. Hierdurch ergibt sich die grundsätzliche
Eignung der Pumpe für
den Betrieb als Verdrängermaschine.
Auf die Darstellung in den obigen in Bezug genommenen Anmeldungen darf
verwiesen werden.
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Wesentlich
ist die Tatsache, daß der
Einlaß 1 und
der Auslaß 2 in
der Seitenfläche
des Pumpraums angeordnet sind und daß die Rotorachse 3 durch
den Einlaß 1 verläuft. Der
Strömungsweg
des Pumpmediums verläuft
entlang der Rotorachse 3 und anschließend in die jeweilige Pumpkammer 9 oder
umgekehrt. Dabei kommt es lediglich darauf an, daß zumindest
eine der beiden Komponenten Einlaß 1 und Auslaß 2 in
der Seitenfläche
angeordnet ist und daß entsprechend
eine der beiden Komponenten Einlaß 1 und Auslaß 2 in
entsprechender Beziehung zu der Rotorachse 3 stehen.
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Diese
spezielle Ausgestaltung des Einlasses 1 bzw. des Auslasses 2 wird
durch eine entsprechende Ausgestaltung des Pumpendeckels 10 realisiert. Eine
bevorzugte Ausgestaltung eines solchen Pumpendeckels 10 ist
in 4 dargestellt. 4 zeigt diejenige
Seite des Pumpendeckels 10, die dem Pumpraum und den Pumpkammern 9 im
eingebauten Zustand zugewandt ist. Der in 4 dargestellte Pumpendeckel 10 wird
also auf die Oberseite des in 1 dargestellten
Rotors 4 aufgesetzt.
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Der
Pumpendeckel 10 ist gemäß 4 im wesentlichen
scheibenförmig
ausgestaltet und weist eine erste Ausnehmung für den Einlaß 1 und eine zweite
Ausnehmung für
den Auslaß 2 auf.
Es ist der Darstellung gemäß 4 ferner
zu entnehmen, daß der
Einlaß 1 einen
ersten Bereich 11 in unmittelbarer Nähe zu der Rotorachse 3 und
einen zweiten Bereich 12 um die Rotorachse 3 herum
umfaßt.
Um hier einen Kurzschluß zum
Auslaß 2 zu
verhindern, ist eine Hülse 13 vorgesehen,
die im Bereich des Einlasses 1 mit dem Pumpendeckel 10 verbunden
ist und sich in Richtung der Rotorachse 3 erstreckt. Die
Hülse 13 weist
eine axial verlaufende Ausnehmung 14 auf, die vorzugsweise
dem Auslaß 2 abgewandt
angeordnet ist (Kurzschluß).
Die Hülse 13 steht
einerseits mit der Grundplatte 8 und andererseits mit den
inneren Enden 15 der Rotorflügel 5 in abdichtendem
Eingriff. Die Abdichtung erfolgt vorzugsweise nach dem Prinzip einer
verschleißfreien
Labyrinthdichtung.
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In
besonders bevorzugter Ausgestaltung ist die Hülse 13 mit dem Pumpendeckel 10 als
einteiliges Formteil, vorzugsweise als Gußteil o. dgl., ausgestaltet.
Der Pumpendeckel 10 kann beispielsweise auch als Kunststoffteil
ausgestaltet sein. Bei dem Pumpendeckel 10 kann es sich
um einen Pumpendeckel 10 im üblichen Sinne handeln. Grundsätzlich kann
es sich aber auch nur, wie beschrieben, um eine zwischengeschaltete
Konturscheibe o. dgl. handeln.
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Es
läßt sich
der Darstellung gemäß 4 weiter
entnehmen, daß die
Hülse 13 den
zweiten Bereich 12 des Einlasses 1 bereitstellt
und daß hierdurch
ein zusätzlicher
Strömungsquerschnitt
realisiert ist, der der Durchgangsfläche der Ausnehmung 14 der
Hülse 13 entspricht.
Dies führt
zu einer Verbesserung der Befüllung
bzw. Entleerung der Pumpkammern 9 während des Pumpbetriebs.
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Die
Anordnung des Einlasses 1 unmittelbar um die Rotorachse 3 herum
hat aber noch einen ganz anderen Vorteil. Es ist nämlich unverändert so, daß die Einlaßströmung im
Pumpbetrieb umgelenkt werden muß,
um in die jeweilige Pumpkammer 9 zu gelangen. Bei dieser
Umlenkung ergibt sich grundsätzlich
der oben beschriebene Totraum. Allerdings entsteht dieser Totraum
bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsform
ausschließlich innerhalb
der Hülse 13.
Dadurch, daß der
Pumpendeckel 10 feststeht, passieren die Pumpkammern 9 die
Hülse 13,
so daß im
Ergebnis der Totraum vollständig
in der Hülse 13 verbleibt.
Der Totraum hat damit schlichtweg keinen Einfluß mehr auf die Befüllung der
Pumpkammern 9. Dies führt
entsprechend zu einer weiter verbesserten Befüllung bzw. Entleerung und im
Ergebnis zu einem verbesserten Wirkungsgrad der Pumpe.
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Es
läßt sich
zusammenfassen, daß durch
die beschriebene, spezielle Anordnung des Einlasses 1 in
der Seitenfläche
des Pumpraums das Pumpmedium zunächst
entlang. der Rotorachse 3 strömt, im Bereich der Rotorachse 3 umgelenkt
wird und dann im wesentlichen radial in die jeweilige Pumpkammer 9 strömt. Der
Auslaß 2 kann
ebenfalls in der Seitenfläche
gemäß 4,
dann vorzugsweise radial außen,
angeordnet sein. In diesem Fall ist vor dem Austritt des Pumpmediums
durch den Auslaß 2 eine
weitere Umlenkung des Pumpmediums notwendig.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Alternative ist der Auslaß 2 in
der Lauffläche
des Pumpraums angeordnet. Die zweite Umlenkung des Pumpmediums entfällt damit.
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Bei
dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel sind der Einlaß 1 und
der Auslaß 2 in
einer Konturscheibe, die den Pumpendeckel 10 bereitstellt,
realisiert. Hier sind auch andere konstruktive Lösungen denkbar.
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Ferner
ist der Rotor 4 mit einer Grundplatte 8 vorgesehen.
Dies ist ebenfalls nicht zwingend. Beispielsweise kann der Rotor 4 unter
Verwendung eines geeigneten Materials auch ohne Grundplatte 8 ausgestaltet
sein. Die Rotorflügel 5 können ferner
bei entsprechender Auslegung einteilig ausgestaltet sein, so daß auf die
in der Zeichnung dargestellten Scharniere verzichtet werden kann.
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Hinsichtlich
der bevorzugten Auswahl von Werkstoffen für die Realisierung des Rotors 5 darf wiederum
auf die Ausführungen
in den beiden oben genannten Anmeldungen verwiesen werden.
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Schließlich darf
darauf hingewiesen werden, daß die
vorschlagsgemäße Pumpe
grundsätzlich
in zwei Richtungen betrieben werden kann. Dann übernehmen Einlaß und Auslaß jeweils
die Funktion eines Auslasses bzw. eines Einlasses.