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Die
Erfindung betrifft eine Rotationsverdrängerpumpe zum Pumpen eines
Mediums, mit einem Pumpengehäuse,
einer im Pumpengehäuse
ausgebildeten Aufnahmekammer mit einem Einlassbereich und einem
Auslassbereich und mindestens einem in der Aufnahmekammer aufgenommenen
Rotationsverdrängerelement,
das mittels mindestens eines Lagers im Pumpengehäuse drehbar gelagert ist und mindestens
eine Begrenzungsfläche
aufweist, mit der es mindestens einen Arbeitsraum der Pumpe begrenzt.
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Bei
Rotationsverdrängerpumpen
wird das Medium mittels einer Rotationsbewegung eines Verdrängerelements
beziehungsweise mehrerer Verdrängerelemente
durch einen in sich geschlossenen Arbeitsraum von einem Einlassbereich
in einen Auslassbereich gefördert.
Außer
durch konstruktionsbedingte Undichtigkeiten kann das Medium – auch im Stillstand
der Pumpe – diese
nicht in umgekehrter Richtung, also vom Auslassbereich in den Einlassbereich,
durchströmen.
Durch die Verdichtung des Mediums in dem Arbeitsraum der Pumpe entsteht
insbesondere im Auslassbereich ein nicht unerheblicher Druck auf
eine Begrenzungsfläche
des Rotationsverdrängerelements.
Da dieses Rotationsverdrängerelements
mittels eines Lagers beziehungsweise mehrerer Lager im Pumpengehäuse drehbar
gelagert ist, muss dieses Lager hohe Kräfte aufnehmen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine durch Überlagerung
einwirkender Kräfte resultierende
Gesamtkraft auf das Rotationsverdrängerelement beziehungsweise
auf das Lager zu reduzieren.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die Rotationsverdrängerpumpe
mindestens einen Bypass aufweist, der ein Rückströmen eines Teils des gepumpten
Mediums vom Auslassbereich in den Einlassbereich ermöglicht,
wobei das Rotationsverdrängerelement
und/oder ein mit dem Rotationsverdrängerelement verbundenes Drehteil
mindestens eine Gegenfläche
aufweist, die den Bypass begrenzt und deren Gegenflächennormale
zumindest eine Komponente besitzt, die entgegengesetzt zu der Begrenzungsflächennormalen
der Begrenzungsfläche
ausgerichtet ist. Durch den Druck im Arbeitsraum der Pumpe ergibt
sich eine resultierende Kraft auf das Rotationsverdrängerelement
entlang der Begrenzungsflächennormale.
Diese Kraft wird – zumindest
teilweise – durch
eine Gegenkraft kompensiert, die durch das unter Druck stehende
Medium im Bypass auf die Gegenfläche
ausübt.
Durch die Überlagerung
der aus dem Druck im Arbeitsraum resultierenden Kraft auf die Begrenzungsfläche und
der entsprechenden Gegenkraft durch den Druck im Bypass wird die
resultierende Gesamtkraft, die auf das Rotationsverdrängerelement
beziehungsweise dessen Lager wirkt, reduziert. Das Lager kann dementsprechend
kleiner ausgelegt sein. Das Rotationsverdrängerelement ist entweder direkt über das
Lager oder über
das Lager und mindestens ein weiteres Zwischenelement, insbesondere
das Drehteil, im Gehäuse
gelagert. Der Bypass ist insbesondere ein innerhalb des Pumpengehäuses verlaufender
Bypass. Das Medium ist bevorzugt ein flüssiges Medium.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass die Begrenzungsfläche eine Axialbegrenzungsfläche ist, die
den Arbeitsraum axial begrenzt. Das Rotationsverdrängerelement
wird zumeist durch ein als Radiallager ausgebildetes Lager drehbar
gegenüber
dem Pumpengehäuse
gelagert. Ein derartiges Radiallager ist zumeist nicht zur Aufnahme
höherer
axialer Kräfte geeignet.
Derartige Kräfte
treten jedoch auf, wenn das Rotationsverdrängerelement eine axiale Begrenzungsfläche aufweist.
Um die resultierende axiale Gesamtkraft zu reduzieren, weist die
Gegenfläche eine
Gegenflächennormale
auf, die eine entgegengesetzt zur axialen Begrenzungsflächennormalen der
Axialbegrenzungsfläche
ausgerichtete Komponente besitzt. Durch die Kompensation der resultierenden
axialen Kräfte
ergibt sich eine Reduktion der axialen Gesamtkraft auf das Rotationsverdrängerelement,
das mit dem Rotationsverdrängerelement
verbundene Drehteil und/oder das Lager.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gegenfläche gegenüberliegend
zur Begrenzungsfläche
angeordnet ist. Der Druck des Mediums im Arbeitsraum, der auf die
Begrenzungsfläche
wirkt, wird – zumindest
teilweise – durch
den Gegendruck, den das Medium im Bypass auf die Gegenfläche ausübt, in einer
Art kompensiert, dass kein zusätzliches
Kippmoment auf das Rotationsverdrängerelement, das Drehteil und/oder
das Lager wirkt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der
Bypass ein Ventil zur Steuerung und/oder Regelung des Durchflusses des
rückströmenden Mediums
durch den Bypass aufweist. Das Ventil dient dabei der Gegendruckbegrenzung.
Mittels eines Sensors wird der Volumenstrom des Mediums am/im Ventil
bestimmt. Mittels des Ventils wird ein dem Volumenstrom entsprechender
variabler Gegendruck auf die Gegenfläche erzeugt, der je nach Bedarfsfall
reguliert wird.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass Rotationsverdrängerelement als Rotationskolben
ausgebildet ist. Eine Rotationsverdrängerpumpe mit Rotationskolben
ist insbesondere eine Rotationskolbenpumpe. Rotationskolbenpumpen
sind Drehkolbenpumpen, Drehschieberpumpen, Kreiskolbenpumpen und
Zahnradpumpen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass eines der Rotationsverdrängerelemente
als ein Gehäuseelement
ausgebildet ist, das ein als Innenrotationsverdrängerelement ausgebildetes Rotationsverdrängerelement
exzentrisch umgibt. Das drehbar gelagerte Gehäuseelement und das Innenrotationsverdrängerelement
bilden zusammen einen Verdrängerelementesatz.
Eine Rotationsverdrängerpumpe
mit einem derartigen Verdrängerelementesatz
ist zum Beispiel eine Innenzahnradpumpe, auch Sichelpumpe genannt, oder eine
Zahnringpumpe, auch Gerotorpumpe genannt. Bei der Innenzahnradpumpe
und der Zahnringpumpe greift das als Zahnrad (Stirnrad) ausgebildete
Innenrotationsverdrängerelement
mit seinen Zähnen
in Zahnzwischenräume
(Kammern) einer Innenverzahnung des drehbar gelagerten Gehäuseelements
ein. Das Gehäuseelement
ist als Zahnring ausgebildet oder weist einen Zahnring auf. Bei
der Innenzahnradpumpe wird das zu fordernde Medium in den Räumen zwischen
den Zahnlücken
des Zahnrads und des Zahnrings befördert, wobei die Zähne durch
ein sichelförmiges
Zwischenelement abgedichtet werden. Bei der Zahnringpumpe wird das
Medium dagegen durch den sich im Volumen ändernden Arbeitsraum zwischen
den Zahnlücken
und den Zähnen
der beiden Rotationsverdrängerelemente
gefördert.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das Gehäuseelement als
Hypotrochoidengehäuse
mit n Kammern ausgebildet ist und das weitere Innenrotationsverdrängerelement
n – 1
entsprechende Zähne
zum Eingreifen in die Kammern aufweist. Die Kammern und Zähne sind dabei
derart aufeinander abgestimmt gestaltet, dass diese ohne zusätzliches
Element die Form und das Volumen des Arbeitsraumes beziehungsweise
die Volumina der Arbeitsräume
bestimmen. Das Innenrotationsverdrängerelement weist dabei genau
einen Zahn weniger auf als das Gehäuseelement Kammern besitzt.
Das Volumen des Arbeitsraums wird durch die Bewegung der beiden
Rotationsverdrängerelemente
(des Verdrängerelementesatzes)
derart verändert,
dass die Pumpe das Medium im Einlassbereich ansaugt, auf dem Weg
zum Auslassbereich verdichtet und dort ausstößt. Dazu wird das Volumen des
Arbeitsraums zwischen dem Einlassbereich und dem Auslassbereich
durch die Bewegung der Rotationsverdrängerelemente zunächst vergrößert und
anschließend
wieder verkleinert. Die Anzahl n der Kammern ist vorzugsweise sieben
(n = 7).
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Mit
Vorteil ist vorgesehen, dass das Lager ein Wälzlager oder ein Gleitlager
ist. Ist das Lager ein Radiallager, so ist es ein Radiallager in
Form eines Wälzlagers
oder eines Gleitlagers zur radialen Lagerung des Rotationsverdrängerelements.
Alternativ oder zusätzlich
ist das Lager ein Axiallager. Insbesondere ist das Axiallager ein
kombiniertes Axial-/Radiallager. Ist das Lager ein Wälzlager,
so handelt es sich vorzugsweise um ein Kugellager, Rollenlager oder
Nadellager. Ist das Lager als Gleitlager ausgebildet, so weist dieses
eine ringförmig
geschlossene oder eine aus Lagerschalen zusammengesetzte Lagerbuchse
auf.
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Es
ist vorgesehen, dass das Drehteil eine Welle ist oder eine Welle
aufweist. In diesem Fall ist das Rotationsverdrängerelement vorzugsweise über diese
Welle drehbar im Gehäuse
gelagert. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Welle den
Bypass mitbildet. Die Welle ist bevorzugt eine Hohlwelle, die einen
axialen Kanal ausbildet.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das Rotationsverdrängerelement
ein von einem zugeordneten Antriebsmotor antreibbares Rotationsverdrängerelement
ist. Der Antriebsmotor treibt das Rotationsverdrängerelement vorzugsweise über das
Drehteil, insbesondere die Welle, an. Eine derartige Welle ist eine
Antriebswelle der Pumpe. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass
zwischen der Welle und dem Antriebsmotor eine Kupplung, insbesondere
eine Magnetkupplung, angeordnet ist. Durch die zwischengeschaltete Kupplung
sind der Abtrieb des Antriebsmotors und die Welle nicht permanent
miteinander verbunden, sondern drehfest verbindbar. Es ist insbesondere vorgesehen,
dass die Kupplung den Bypass mitbildet.
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Das
Ventil weist gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine ventilinterne Mechanik
zur ventilinternen Steuerung der Druckdifferenz Δp des Mediums in Abhängigkeit
von einem eingangsseitig am Ventil herrschenden Druck auf.
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Mit
Vorteil ist vorgesehen, dass die Pumpe als eine Bewegungsdichtungs-freie
Rotationsverdrängerpumpe
ausgebildet ist. Eine Bewegungsdichtung ist eine dynamische Dichtung,
die zwischen zwei sich gegeneinander bewegenden Teilen angeordnet
ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das Pumpengehäuse und/oder
die Welle aus Edelstahl und/oder einer Hastelloy-Nickelbasislegierung
und/oder Titan bestehen. Diese Materialien garantieren eine hohe
mechanische Festigkeit und eine hohe Korrosionsbeständigkeit
bei Temperaturen von –20°C bis +200°C.
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Schließlich ist
mit Vorteil vorgesehen, dass die Lager und/oder die Rotationsverdrängerelemente – zumindest
zum Teil – aus
den Materialien Teflon und/oder Karbon und/oder Peek und/oder nicht-festfressenden
Legierungen (Non Galling Allogs) bestehen. Diese Materialien (Teflon,
Karbon, Peek und nicht-festfressenden Legierungen) sind Materialien, die
mit den vorgenannten Materialien (Edelstahl, Hastelloy-Nickelbasislegierung
und Titan) im Betrieb der Pumpe nicht verschweißen können.
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Die
Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert und zwar zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung des wesentlichen Aufbaus einer als Gerotorpumpe
ausgebildeten Rotationsverdrängerpumpe,
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2 einen
Längsschnitt
durch eine Gerotorpumpe gemäß eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung und
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3 im
oberen Bereich eine Draufsicht auf die Gerotorpumpe und im unteren
Bereich eine Schnittdarstellung durch die Gerotorpumpe der 2.
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Die 1 zeigt
den wesentlichen Aufbau und einer als Gerotorpumpe 1 ausgebildeten
Rotationsverdrängerpumpe 2 mit
einem Pumpengehäuse 3 und
einer im Pumpengehäuse 3 angeordneten
zylindrischen Aufnahmekammer 4. In der Aufnahmekammer 4 sind
zwei drehbar gelagerte Rotationsverdrängerelemente 5, 6 aufgenommen,
die zusammen einen Verdrängerelementesatz 7 bilden.
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Das
erste Rotationsverdrängerelement 5 ist als
Gehäuseelement 8 ausgebildet,
das um eine Drehachse 9 drehbar gelagert ist. Dieses als
Hypotrochoidengehäuse 10 ausgebildete
Gehäuseelement 8 weist
zwei Anteile, einen Ringteil 11 und einen sich axial anschließenden Wandteil 12,
auf. Der Ringteil 11 weist auf seinem Innenumfang 13 sieben entlang
des Umfangs gleichmäßig verteilte
Kammern 14 auf. In dem drehbar gelagerten Gehäuseelement 8 ist
das als sternförmiges
Innenrotationsverdrängerelement 15 ausgebildete
zweite Rotationsverdrängerelement 6 angeordnet,
das an seinem Außenumfang 16 sechs
Zähne 17 aufweist.
Das Innenrotationsverdrängerelement 15 ist
um eine Drehachse 18 drehbar gelagert, die nicht mit der
Drehachse 9 des Gehäuseelements 8 zusammenfällt. Die
Drehachsen 9 und 18 sind derart voneinander beabstandet,
dass ein Teil der Zähne 17 in
einen Teil der Kammer 14 eingreift und sich zwischen den übrigen Zähnen 17 und Kammern 14 Arbeitsräume 19 ausbilden.
Jeder der Arbeitsräume 19 wird
von einem Teil des Innenumfangs 13 des zum Gehäuseelements 8 gehörenden Ringteils 11,
einem Teil des Außenumfangs 16 des Innenrotationsverdrängerelements 15 und
einer als Axialbegrenzungsfläche 20 ausgebildeten
Begrenzungsfläche 21 des
zum Gehäuseelement 8 gehörenden Wandteils 12 begrenzt.
Ein jeweiliger Teil des Innenumfangs 13 und des Außenumfangs 16 bildet somit
ebenfalls eine Begrenzungsfläche 21.
Eine weitere, der Axialbegrenzungsfläche 20 des Wandteils 12 gegenüberliegende
zweite Axialbegrenzungsfläche
(nicht dargestellt) wird von einem Pumpendeckel 22 gebildet.
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Auf
einander gegenüberliegenden
Seiten des Pumpendeckels 22 befinden sich ein Einlasskanal 23 und
ein Auslasskanal 24 der Pumpe 2. Der Einlasskanal 23 ist über eine
Einlassniere 25 mit einem Einlassbereich 26 der
Aufnahmekammer 4 verbunden. Ein dem Einlassbereich 26 gegenüberliegender
Auslassbereich 27 der Aufnahmekammer 4 ist über eine
im Pumpendeckel ausgebildete Auslassniere 28 mit dem Auslasskanal 24 verbunden.
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Es
ergibt sich folgende Funktionsweise der Pumpe 2: Bei Drehung
des Gehäuseelements 8 (Pfeil 29)
kommt es aufgrund des Eingriffs der Zähne 17 des Innenrotationsverdrängerele ments 15 in
die Kammern 14 des Gehäuseelements 8 zu
einem Mitdrehen des Innenrotationsverdrängerelements 15 (Pfeil 30).
Wie aus der Momentaufnahme gemäß 1 zu
ersehen, greifen die Zähne 17 nur über einen
bestimmten Winkelbereich – in 1 im
unteren Bereich – vollständig in
die Kammern 14, wo hingegen in einem diametral gegenüberliegenden
Winkelbereich – 1 oben – die Zähne 17 des
Innenrotationsverdrängerelements 15 nicht
in die Kammern 14 des Gehäuseelements 8 greifen.
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Bei
der Drehung (Pfeile 29, 30) des Verdrängerelementesatzes 7 kommt
es dazu, dass die Zähne 17 die
Kammern 14 in dem letztgenannten Winkelbereich in Drehrichtung
(Pfeil 26) überholen.
Beim Herausdrehen aus dem erstgenannten Winkelbereich der Ineingriffnahme
entsteht jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen 17 des Innenrotationsverdrängerelements 15 und
einer Kammer 14 des Gehäuseelements 8 einer
der sich bei Drehung des Verdrängerelementesatzes 7 mitbewegende
und zunehmend vergrößernder
Arbeitsräume 19,
der dann bei Annäherung
an den erstgenannten Winkelbereich der Inneingriffnahme der Verzahnung
wieder kleiner wird und schließlich
verschwindet. Während
der Phase des Größerwerdens
des Arbeitsraums 19 läuft
dieser im Einlassbereich 26 an der Einlassniere 25 vorbei,
so dass das an dem Einlasskanal 23 zugeführte Medium
in den betreffenden Arbeitsraum 19 gesaugt wird. Während der
Phase der Verkleinerung des betreffenden Arbeitsraumes 19 läuft dieser
im Auslassbereich 27 an der Auslassniere 28 vorbei,
so dass das Medium über
die Auslassniere 28 zum Auslasskanal 24 ausgeschoben
wird. Auf diese Weise kann durch die Drehung des Gehäuseelements 8 beziehungsweise
des Innenrotationsverdrängerelements 15 – also mindestens
eines der Rotationsverdrängerelemente 5, 6 – ein kontinuierlicher
Pumpbetrieb realisiert werden.
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Die 2 zeigt
eine erfindungsgemäße Ausführungsform
der als Gerotorpumpe 1 ausgebildeten Rotationsverdrängerpumpe 2.
Die Rotationsverdrängerpumpe 2 erstreckt
sich von einem antriebsseitigen ersten Ende 31 entlang
ihrer Längsachse 32 bis zu
einem pumpenseitigen zweiten Ende 33. Die Längsachse 32 ist
gleichzeitig die Drehachse 9 des als Gehäuseelement 8 ausgebildeten
ersten Rotationsverdrängerelements 5.
Der Wandteil 12 des Gehäuseelements 8 ist
einstückig
mit einem als Welle 34 ausgebildeten Drehteil 35 verbunden.
Die Welle 34 erstreckt sich von dem Wandteil 12 des
Gehäuseelements 8 bis
zu einer als Magnetkupplung 36 ausgebildeten Kupplung 37.
Die Kupplung 37 befindet sich in einem mit Befestigungsschrauben 38 am Pumpengehäuse 3 befestigten
Pumpenträgergehäuse 39.
Die Welle 34 ist über
zwei bezüglich
der Drehachse 9 axial beabstandete Lager 40, 41 im
Pumpengehäuse 3 drehbar
gelagert. Die Lager 40, 41 sind Radiallager. Das
erste Lager 40 ist dabei als zweiteilig ausgebildetes Schrägkugellager 42 ausgebildet, das
zweite Lager 41 ist als Zylinderrollenlager 43 ausgebildet.
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Die
Magnetkupplung 36 besteht aus einem Außenmagnet 44, der
einen Innenmagnet 45 ideal umgibt. Der Innenmagnet 45 ist über eine
zugeordnete Nabe 46 (Magnetnabe) und einer Befestigungsschraube 47 mit
der Welle 34 drehfest verbunden. Die Nabe 46 wird
mittels eines zwischen Nabe 46 und Welle 34 angeordneten
Zentrierstifts 48 zentriert. Zwischen dem Außenmagnet 44 und
dem Innenmagnet 45 ist eine am Pumpengehäuse 3 mittels
Befestigungsschrauben 49 fixierte Kappe 50 angeordnet. Die
Kappe 50 trennt dabei einen Pumpeninnenraum 51 des
Pumpengehäuses 3,
zu dem auch die Aufnahmekammer 4 gehört, von einem Innenraum 52 des
Pumpenträgergehäuses 39,
in dem sich der Außenmagnet 44 befindet.
Der Außenmagnet 44 ist drehfest
mit einem Magnetträger 53 verbunden,
der eine Aufnahme 54 für
die Abtriebswelle eines nicht dargestellten Antriebsmotors aufweist.
Der Antriebsmotor ist vorzugsweise ein Elektromotor. Wird die Welle 34 vom
Antriebsmotor angetrieben, so ist die Welle 34 eine Antriebswelle
des angetriebenen Rotationsverdrängerelements 5.
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Das
vom drehbar gelagerten Gehäuseelement 8 exzentrisch
umgebene Innenrotationsverdrängerelement 15 ist über ein
als Zylinderrollenlager 55 ausgebildetes Lager 56 drehbar
am Pumpendeckel 22 (Gehäusedeckel)
gelagert. Eine entsprechende Lagerachse 57, die mittels
einer Befestigungsschraube am Pumpendeckel 22 fixiert ist,
weist zur Zentrierung Zentrierstifte 58 auf.
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Im
Pumpeninnenraum 51 verläuft
ein Bypass 59, der den Auslassbereich 27 mit dem
Einlassbereich 26 verbindet, und so – unabhängig von der Förderung
durch die Arbeitsräume 19 – einer
Rückführung eines
Teils des Mediums vom Auslassbereich 27 in den Einlassbereich 26 gestattet.
Der Bypass 59 ermöglicht
einen Volumenstrom des Mediums entlang des folgenden Bypasspfades:
Durch einen nicht gezeigten Leckage-Kanal gelangt das rückfließende Medium
vom Auslassbereich 27 der Aufnahmekammer 4 durch
das dem Innenrotationsverdrängerelement 15 zugeordnete
Zylinderrollenlager 55 in einen innerhalb der Welle 34 verlaufenden
Kanal 60 und durch die als Hohlschraube ausgebildete Befestigungsschraube 47 in
den Kappeninnenraum 61 der Kappe 50. Anschließend fließt das Medium
entlang der Innenfläche
der Kappe 50 zurück
zum Außenbereich 62 der
Welle 34, durchquert eine Axialfixierung 63 sowie
die im Pumpeninnenraum 51 angeordneten beiden Lager 40, 41.
Anschließend
fließt
das Medium an einer Gegenfläche 64 des
ersten Rotationsberdrängerelements 5 (Gehäuseelement 8)
entlang in einen den Ringteil 11 des Gehäuseelements 8 umgebenden
Außenbereich 62 der
Aufnahmekammer 4. Von dort aus gelangt das Medium in den
Einlassbereich 26 der Aufnahmekammer 4. Die Gegenfläche 64 des
ersten Rotationsverdrängerelements 5 begrenzt
den Bypass 59, wobei ihre Gegenflächennormale (Pfeil 65)
eine Komponente besitzt, die entgegengesetzt zur Begrenzungsflächennormale
(Pfeil 66) der Begrenzungsfläche 21 ausgerichtet
ist.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist in die Begrenzungsfläche 21 eine
Axialbegrenzungsfläche 20, die
die Arbeitsräume 19 axial
begrenzt. Weiterhin ist in diesem Ausführungsbeispiel die Gegenfläche 64 gegenüberliegend
zur Begrenzungsfläche 21 angeordnet.
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Es
ergibt sich folgende Funktion des Bypasses 59: Durch die
entgegengesetzte Ausrichtung der Gegenflächennormalen (Pfeil 65)
und der Begrenzungsflächennormalen
(Pfeil 66) kompensieren sich die durch den Druck des Mediums
im Arbeitsraum 19 und den Druck im Bypass 59 entstehenden
Axialkräfte
auf die einander gegenüberliegenden
Flächen 21, 64 zumin dest
teilweise. Durch die deutlich reduzierte axiale Gesamtkraft können die
als Radiallager ausgebildeten Lager 40, 41 kleiner
ausgelegt sein, und nehmen keine hohen axialen, sondern hauptsächlich radiale
Kräfte
auf.
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Der
Druck im Innern des Bypasses 59 ist mittels eines in 3 gezeigten
Ventils 67 steuerbar und/oder regelbar. Dieses Ventil 67 ist
an der Außenfläche des
Pumpendeckels 22 befestigt. Es ist strömungstechnisch zum Beispiel
im Bypass 59 zwischen dem Auslassbereich 27 und
dem Leckagekanal angeordnet und dient der Gegendruckbegrenzung.
Das Ventil 67 ist extern ansteuerbar und weist vorzugsweise
einen Sensor zur Bestimmung eines Volumenstroms durch das Ventil 67 auf.
Durch eine Bestimmung des Volumenstroms am Ventil 67 lässt sich
ein variabler Gegendruck erzeugen, der je nach Bedarfsfall reguliert
werden kann.
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Alternativ
weist das Ventil 67 eine ventilinterne Mechanik auf, die
eine ventilinterne Steuerung der Druckdifferenz Δp des Mediums in Abhängigkeit
von dem eingangsseitig am Ventil 67 herrschenden Druck
steuert.
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Weiterhin
können
auch die sich aufgrund der Druckdifferenz Δp zwischen dem Einlassbereich 26 und
dem Auslassbereich 27 ergebenden Kräfte durch die Einstellung dieser
Druckdifferenz Δp
mittels des Ventils 67 über
den Bypass 59 eingestellt, insbesondere reduziert, werden.
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Durch
das abgestimmte Abrollen der Rotationsverdrängerelemente 5, 6,
also des Gehäuseelements 8 oder
des Innenrotationsverdrängerelements 15,
wird das Medium pulsionsarm gefördert.
Weiterhin wird das Medium die gute Abstimmung der Abrollfunktion
zwischen der Einniere 26 und Auslassniere 28 im
Deckel 22 nicht gequetscht.
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Die
Axialfixierung 63 dient in einer Ausführungsform gleichzeitig als
Blende zur Druckreduzierung und damit auch der Kraftreduzierung
zwischen dem Innenraum der Kappe 50 und dem Pumpeninnenraum 51 im
Außenbereich 62 der
Welle 34.
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Der
Bypass 59 der in 2 gezeigten
Pumpe 2 verläuft
in einem abgeschlossenen Bereich der Pumpe 2, der sich
in Richtung der Längsachse 32 vom
Pumpendeckel 22 bis zu der den Innenmagneten 45 der
Magnetkupplung 36 umgebenden Kappe 50 erstreckt.
Die Kraftübertragung
zum Antriebsmotor erfolgt durch magnetischen Kraftschluss zwischen
dem Innenmagneten 45 innerhalb des abgeschlossenen Bereichs
und dem außerhalb
dieses abgeschlossenen Bereichs angeordneten Außenmagneten 44 der
Magnetkupplung 36. Aus dem abgeschlossenen Bereich wird
kein sich gegenüber
dem Pumpengehäuse 3 drehbar
gelagertes Drehteil 35, wie zum Beispiel die Welle 34,
herausgeführt.
Dies macht eine Abdichtung des abgeschlossenen Bereichs gegenüber seiner
Umgebung mittels einer dynamischen Dichtung (Bewegungsdichtung),
insbesondere einer Rotationsdichtung wie zum Beispiel einem das
Drehteil 35 umfänglich
umgebenden Wellendichtring, überflüssig. Die
Rotationsverdrängerpumpe 2 ist
somit bevorzugt eine Bewegungsdichtungs-freie Rotationsverdrängerpumpe 68.
Eine Bewegungsdichtungs-freie Rotationsverdrängerpumpe 68 ist für einen
maximalen Druck des Mediums am Einlassbereich 26 und/oder
am Auslassbereich 27 verwendbar, der in einem Bereich oberhalb
von 20 bar liegt, vorzugsweise in einem Bereich, der oberhalb von
50 bar liegt.
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Neben
der Reduktion der axialen Kräfte
dient der Bypass 59 auch der Kühlung der zuvor genannten von
ihm um- und durchströmten
Komponenten, also der Lager 40, 41, 56,
der Welle 34, der Kupplung 37, des Pumpeninnenraums 51 und
der Rotationsverdrängerelemente 5, 6 der
Pumpe 2. Weist das Medium hinreichende Schmiereigenschaften
auf, so dient der Bypass 59 weiterhin auch der Schmierung dieser
Komponenten der Pumpe 2.
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Sind
die zuvor genannten und vom Medium um- und durchströmten und
sich bewegenden Komponenten 5, 6, 40, 41, 56, 34, 37, 51 weiterhin
gute verschleißarme
Komponenten mit hoher chemische Beständigkeit, so ist die Pumpe 2 eine
Pumpe 2 zur Förderung
von nicht-schmierenden
und/oder korrosiven Medien. Das Pumpengehäuse 3 und/oder die Welle 34 bestehen,
bevorzugt aus Edelstahl (Werkstoff-Nr. 1.4404 bzw. 1.4571) und/oder
Hastelloy (C-276, Werkstoff-Nr. 2.4819) und/oder Titan (grade 2,
Werkstoff-Nr. 3.7035). Die Lager 40, 41, 56 und/oder
die Rotationsverdrängerelemente 5, 6 sind – zumindest
zum Teil – aus
den Materialien Teflon und/oder Karbon und/oder Peek und/oder nicht-festfressenden
Legierungen (Non Galling Alloys) gefertigt. Die nicht-festfressenden
Legierungen verschweißen
im Betrieb der Pumpe nicht mit dem Edelstahl, Hastelloy oder Titan
des Pumpengehäuses 3 und/oder
der Welle 34.
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- 1
- Gerotorpumpe
- 2
- Rotationsverdrängerpumpe
- 3
- Pumpengehäuse
- 4
- Aufnahmekammer
- 5
- Rotationsverdrängerelement
- 6
- Rotationsverdrängerelement
- 7
- Verdrängerelementesatz
- 8
- Gehäuseelement
- 9
- Drehachse
- 10
- Hypotrochoidengehäuse
- 11
- Ringteil
- 12
- Wandteil
- 13
- Innenumfang
- 14
- Kammer
- 15
- Innenrotationsverdrängerelement
- 16
- Außenumfang
- 17
- Zahn
- 18
- Drehachse
- 19
- Arbeitsraum
- 20
- Axialbegrenzungsfläche
- 21
- Begrenzungsfläche
- 22
- Pumpendeckel
- 23
- Einlasskanal
- 24
- Auslasskanal
- 25
- Einlassniere
- 26
- Einlassbereich
- 27
- Auslassbereich
- 28
- Auslassniere
- 29
- Pfeil
- 30
- Pfeil
- 31
- erstes
Ende
- 32
- Längsachse
- 33
- zweites
Ende
- 34
- Welle
- 35
- Drehteil
- 36
- Magnetkupplung
- 37
- Kupplung
- 38
- Befestigungsschraube
- 39
- Pumpenträgergehäuse
- 40
- Lager
- 41
- Lager
- 42
- Schrägkugellager
- 43
- Zylinderrollenlager
- 44
- Außenmagnet
- 45
- Innenmagnet
- 46
- Nabe
- 47
- Befestigungsschraube
- 48
- Zentrierstift
- 49
- Befestigungsschraube
- 50
- Kappe
- 51
- Pumpeninnenraum
- 53
- Magnetträger
- 54
- Aufnahme
- 55
- Zylinderrollenlager
- 56
- Lager
- 57
- Lagerachse
- 58
- Zentrierstift
- 59
- Bypass
- 60
- Kanal
- 61
- Kappeninnenraum
- 62
- Außenbereich
- 63
- Blende
- 64
- Gegenfläche
- 65
- Gegenflächennormale
- 66
- Begrenzungsflächennormale
- 67
- Ventil
- 68
- Bewegungsdichtungs-freie
Rotationsverdrängerpumpe