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Die Erfindung betrifft eine Fördervorrichtung, vorzugsweise zum Fördern eines Fluids.
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Fördervorrichtungen, z.B. Pumpen, die nach dem Verdrängerprinzip bzw. volumetrischen Wirkprinzip arbeiten, um Fluide zu fördern, sind in unterschiedlichsten Varianten bekannt. Zu nennen sind hier rein beispielhaft so genannte Exzenterschneckenpumpen, Schlauchpumpen und Membranpumpen.
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Nachteilig daran ist, dass die Herstellung derartiger Fördervorrichtungen mit hohen Kosten verbunden ist. Beispielsweise sind diese daher für eine einmalige Anwendung, z.B. im medizinischen Bereich, nicht geeignet.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Fördervorrichtung zu schaffen, welche kostengünstig hergestellt werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Fördervorrichtung ist vorzugsweise zum Fördern eines Fluids ausgebildet und/oder kann hierzu verwendet werden.
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Beispielsweise kann es sich bei der Fördervorrichtung um eine Pumpe, eine Kompressionsmaschine und/oder Entspannungsmaschine handeln.
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Der Begriff „Fluid“ ist vorzugsweise breit zu verstehen und umfasst neben flüssigen Medien auch gasförmige Medien oder Mischungen daraus. Ferner fallen darunter beispielsweise niedrig- bis hochviskose und/oder pastöse Medien. Feststoffhaltige und/oder abrasive Medien können ebenfalls unter diesen Begriff fallen, da diese von der Fördervorrichtung gefördert werden können.
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Die Fördervorrichtung weist einen länglichen Federkörper auf.
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Bevorzugt ist der Federkörper einstückig ausgebildet. Dadurch können die Herstellungskosten gering gehalten werden.
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Beispielsweise kann der Federkörper in Längsrichtung segmentiert sein. So können an der Außen- und/oder Innenseite z.B. Einkerbungen vorgesehen sein. Die Einkerbungen können sich bevorzugt um den gesamten Umfang erstrecken.
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Vorzugsweise können die Einkerbungen gleichmäßig über die Längserstreckung des Federkörpers verteilt sein. Durch die Einkerbungen wird eine Beweglichkeit des Federkörpers ermöglicht.
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Im Inneren kann der Federkörper hohl sein. Der Innenquerschnitt kann vorzugsweise kreisförmig, oval und/oder rechteckförmig sein.
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Der Außenquerschnitt des Federkörpers kann vorzugsweise kreisförmig, oval und/oder rechteckförmig sein.
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Die Fördervorrichtung weist einen im Federkörper angeordneten Rotor auf.
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Der Rotor ist z.B. im Inneren des Federkörpers angeordnet. Wird der Rotor in Rotation versetzt, bewegen sich dadurch vorzugsweise die jeweiligen Segmente des Federkörpers.
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Der Antrieb des Rotors kann z.B. elektrisch, pneumatisch und/oder hydraulisch erfolgen.
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Schließlich weist die Fördervorrichtung wenigstens einen länglichen, am Federkörper angeordneten und über den Federkörper betätigbaren, vollumfänglich geschlossenen Membranschlauch auf. Der Membranschlauch kann beispielsweise als Membrankörper, Schlauchmembran und/oder Förderschlauch bezeichnet werden.
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Der Membranschlauch ist vorzugsweise elastisch verformbar.
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Vorzugsweise ist der Membranschlauch einstückig, als ein einziges Bauteil und/oder aus einem einheitlichen Material ausgebildet.
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Der Membranschlauch kann beispielsweise einen Einlasskörper und einen Auslasskörper für das Medium aufweisen. Die Öffnung des Einlasskörpers und/oder des Auslasskörpers ist vorzugsweise rechtwinklig zur Längsrichtung orientiert.
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Der Einlasskörper und/oder der Auslasskörper können beispielsweise einstückig mit dem Membranschlauch ausgebildet sein und/oder unlösbar mit dem Membranschlauch verbunden, z.B. verklebt und/oder thermisch verbunden, sein. Diese Körper können daher nicht gelöst werden, ohne zerstört und/oder beschädigt zu werden.
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Der Membranschlauch selbst ist bevorzugt bereits vollumfänglich geschlossen, d.h. hierzu ist kein Zusammenwirken mit beispielsweise einem Gehäuse oder dergleichen notwendig.
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Beispielsweise kann der Membranschlauch statisch dichtend sein.
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Eine dynamische Dichtung oder dergleichen ist vorzugsweise nicht erforderlich, zumal das Medium im Membranschlauch vom Rotor abgetrennt ist.
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Die Fördervorrichtung ist z.B. trockenlaufsicher.
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Beispielsweise kann der Membranschlauch einen kreisförmigen, ovalen und/oder rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
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Das zu fördernde Medium wird innerhalb des Membranschlauchs gefördert.
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Die Förderrichtung verläuft hierbei in axialer Richtung und/oder in Längsrichtung.
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Vorzugsweise wird der Membranschlauch indirekt über den Federkörper betätigt. Der Membranschlauch wird somit nicht direkt über den Rotor betätigt.
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Der Rotor verschiebt beispielsweise die Segmente bzw. Rippen des Federkörpers. Diese drücken dann den Membranschlauch an einem Abschnitt zusammen. An einem anderen Abschnitt kann sich der Membranschlauch hingegen entspannen. Im Membranschlauch bilden sich Kammern aus.
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Beispielsweise kann die Fördervorrichtung ein Gehäuse aufweisen, in dem der Federkörper und der Membranschlauch angeordnet sind.
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Vorzugsweise ist das Gehäuse starr. Dieses dient in erster Linie zur Stabilisierung und nicht zur Förderung des Mediums.
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Das Gehäuse kann z.B. als teilbarer Körper ausgebildet sein.
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Durch den einfachen Aufbau aus Federkörper, Rotor, Membranschlauch und ggf. Gehäuse kann die Fördervorrichtung kostengünstig hergestellt werden.
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Dadurch eignet sich die Fördervorrichtung beispielsweise für eine einmalige Anwendung, z.B. im medizinischen Bereich, zum Beispiel bei einer Dialysebehandlung.
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Selbst bei mehrmaliger Verwendung kann die Fördervorrichtung im medizinischen Bereich eingesetzt werden, zumal die Fördervorrichtung auf einfache Weise sterilisiert werden kann.
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Grundsätzlich sind den Anwendungen der Fördervorrichtung keine Grenzen gesetzt. So kann die Fördervorrichtung beliebig dimensioniert werden. Beispielsweise sind große Fördervorrichtungen, beispielsweise industrielle Pumpen, denkbar.
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Ferner kann die Fördervorrichtung reversibel in beiden Richtungen arbeiten.
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Die erfindungsgemäße Fördervorrichtung vereint quasi die Vorteile von volumetrisch arbeitenden Exzenterschneckenpumpen bzw. Membranpumpen mit dem Prinzip einer peristaltischen Fördereinrichtung.
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Weiterbildungen der Erfindung sind auch den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der Federkörper und der Membranschlauch miteinander verbunden.
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Vorzugsweise sind der Federkörper und der Membranschlauch unlösbar miteinander verbunden. Diese können daher nicht gelöst werden, ohne zerstört und/oder beschädigt zu werden.
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Der Federkörper und der Membranschlauch können z.B. miteinander verklebt und/oder thermisch verbunden sein. Diese Bauteile können somit zunächst getrennt hergestellt und erst anschließend miteinander verbunden werden. Alternativ werden die Bauteile bereits einstückig hergestellt.
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Durch die feste Verbindung zwischen dem Federkörper und dem Membranschlauch sowie durch die Krafteinwirkung des Rotors entsteht bevorzugt eine Zwangsbewegung, welche der einer Membranpumpe ähnelt.
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Beispielsweise können der Federkörper und der Membranschlauch an den jeweiligen Außenseiten miteinander verbunden sein.
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Das Innere des Federkörpers und das Innere des Membranschlauchs sind hingegen vorzugsweise voneinander getrennt. Das Medium und der Rotor stehen also nicht miteinander in unmittelbarem Kontakt.
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Vorzugsweise sind der Federkörper und der Membranschlauch über die gesamte Länge miteinander verbunden. Alternativ können der Federkörper und der Membranschlauch lediglich abschnittsweise miteinander verbunden sein.
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Nach einer weiteren Ausführungsform sind der Federkörper und der Membranschlauch einstückig ausgebildet.
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Beim Federkörper und dem Membranschlauch handelt es sich somit um ein gemeinsames Bauteil. Optional kann auch das Gehäuse einstückig mit diesen Bauteilen gefertigt sein.
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Bevorzugt ist ein Einlauf und/oder ein Auslauf für das Medium einstückig mit dem Federkörper und dem Membranschlauch ausgebildet. Dadurch sind sämtliche Bauteile vereint, welche unmittelbar eingesetzt werden können.
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Ein einstückiges Bauteil kann kostengünstig hergestellt und/oder auf einfache Weise verbaut werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Material des Federkörpers härter als das Material des Membranschlauchs.
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Der Membranschlauch lässt sich daher leichter verformen als der Federkörper.
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Alternativ können der Federkörper und der Membranschlauch dasselbe Material aufweisen.
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Herstellungstechnisch sind beide Varianten einfach umzusetzen. So können z.B. im 3D-Druckverfahren selbst einstückige Bauteile aus verschiedenen Materialen hergestellt werden.
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Der Federkörper und/oder der Membranschlauch können beispielsweise ein Kunststoffmaterial umfassen oder daraus bestehen.
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Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung.
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Nach einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens oder genau zwei Membranschläuche vorgesehen.
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Ein einzelner Membranschlauch kann beispielsweise zum Dosieren eines Mediums verwendet werden. Hierbei kann eine pulsierende Förderung des Mediums vorteilhaft sein.
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Bei anderen Anwendungsfällen kann es hingegen nachteilhalft sein, wenn das Medium pulsierend gefördert wird, d.h. wenn das Medium den Membranschlauch nicht gleichmäßig, sondern in Intervallen verlässt.
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Sind hingegen wenigstens zwei Membranschläuche vorgesehen, können diese so angeordnet werden, dass das Medium kontinuierlich austritt. Die Austrittsfläche für das Medium und somit die Fördermenge sind stets gleich groß.
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Die Möglichkeiten der Anwendung werden auf diese Weise nochmals deutlich erhöht.
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In den Membranschläuchen kann dasselbe Medium gefördert werden. Alternativ ist es ist möglich, dass in den Membranschläuchen unterschiedliche Medien gefördert werden.
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Beispielsweise können zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Membranschläuche vorgesehen sein.
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Die Membranschläuche sind vorzugsweise baugleich und/oder aus demselben Material ausgebildet.
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Vorzugsweise sind die Membranschläuche länglich, vollumfänglich geschlossen, am Federkörper angeordnet und/oder über den Federkörper betätigbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Membranschläuche an gegenüberliegenden Seiten des Federkörpers angeordnet.
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Bei einer Drehung des Rotors strömt das Medium auf diese Weise abwechselnd aus einem der Membranschläuche.
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Dadurch entsteht ein gleichmäßiger Fluss und eine Pulsation wird vermieden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Rotor als, vorzugsweise eingängige, Schnecke ausgebildet.
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Es ist auch eine mehrgängige Schnecke denkbar. Beispielsweise kann eine wenigstens oder genau zwei-, drei-, vier- oder fünfgängige Schnecke vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steigung und/oder die Dicke der Schnecke konstant.
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Die Steigung und/oder die Dicke der Schnecke ändert sich z.B. über die Länge der Schnecke nicht.
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Nach einer weiteren Ausführungsform variiert die Steigung und/oder die Dicke der Schnecke.
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Die Steigung und/oder die Dicke der Schnecke ändert sich z.B. über die Länge der Schnecke.
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Vorzugsweise ist die Steigung der Schnecke konstant steigend oder konstant verkürzend.
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Die Dicke der Schnecke kann sich alternativ oder zusätzlich beispielsweise konstant ändern, also größer oder kleiner werden.
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Die Fördervorrichtung kann dadurch beispielsweise als Kompressionsmaschine, z.B. Kompressor, oder als Entspannungsmaschine, z.B. Vakuumpumpe, verwendet werden.
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Je nach Drehrichtung kann die Fördervorrichtung beispielsweise als Kompressionsmaschine oder als Entspannungsmaschine arbeiten.
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Sie eignet sich z.B. sowohl für reine Gase als auch für Gas/Flüssiggemische. Bei reinen Gasen ist eventuell eine Kühlung bzw. eine Wärmezufuhr notwendig. Dies kann beispielsweise durch einen separaten Kreislauf (durch das Zusammenwirken von Rotor und Federkörper entsteht ein zusätzliches Förderverhalten) mit Kühlflüssigkeit gewährleistet werden.
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Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Fördervorrichtung als Kompressionsmaschine, z.B. Kompressor, oder als Entspannungsmaschine, z.B. Vakuumpumpe.
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Dies ist beispielsweise deshalb möglich, da die Zwangsbewegung der Fördervorrichtung der Zwangsbewegung einer Membranpumpe ähnelt. Bei einer herkömmlichen Schlauchpumpe wäre dies hingegen nicht möglich.
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Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Fördervorrichtung, bei dem der Federkörper und der Membranschlauch im 3D-Druckverfahren gedruckt werden.
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Der Federkörper und der Membranschlauch werden vorzugsweise als einstückiges Bauteil gedruckt.
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Dabei können der Federkörper und der Membranschlauch aus demselben oder aus unterschiedlichen Materialien gedruckt werden.
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Alle hier beschriebenen Ausführungsformen und Bauteile der Vorrichtung sind vorzugsweise dazu ausgebildet, nach dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt zu werden. Ferner können alle hier beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung sowie alle hier beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens jeweils miteinander kombiniert werden, vorzugsweise auch losgelöst von der konkreten Ausgestaltung, in deren Zusammenhang sie erwähnt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fördervorrichtung,
- 2 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Förderanlage mit einer erfindungsgemäßen Fördervorrichtung,
- 3 bis 7 Schnittansichten der Förderanlage gemäß 2,
- 8 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Förderanlage mit einer erfindungsgemäßen Fördervorrichtung, 9 eine Schnittansicht gemäß Y-Y in 2, und
- 10 eine Schnittansicht gemäß X-X in 2.
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Zunächst ist zu bemerken, dass die dargestellten Ausführungsformen rein beispielhafter Natur sind. So können einzelne Merkmale nicht nur in der gezeigten Kombination, sondern auch in Alleinstellung oder in anderen technisch sinnvollen Kombinationen realisiert sein. Beispielsweise können die Merkmale einer Ausführungsform beliebig mit Merkmalen einer anderen Ausführungsform kombiniert werden. Vorzugsweise kann die Anzahl an Membranschläuchen und/oder Segmenten variieren. Ferner ist die Kühl- bzw. Wärmemittelzuführung rein optional.
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Enthält eine Figur ein Bezugszeichen, welches im unmittelbar zugehörigen Beschreibungstext nicht erläutert wird, so wird auf die entsprechenden vorhergehenden bzw. nachfolgenden Ausführungen in der Figurenbeschreibung Bezug genommen. So werden für gleiche bzw. vergleichbare Bauteile in den Figuren dieselben Bezugszeichen verwendet und diese nicht nochmals erläutert.
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1 zeigt eine Fördervorrichtung, vorzugsweise zum Fördern eines Fluids, mit einem länglichen Federkörper 10.
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Der Federkörper 10 weist vollumfängliche Materialschwächungen 12 auf, welche den Federkörper 10 in mehrere Segmente 14 unterteilt.
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Im Federkörper 10 kann ein nicht gezeigter Rotor 20 angeordnet werden.
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Zwei längliche, vollumfänglich geschlossene Membranschläuche 16 sind am Federkörper 10 angeordnet. Diese können über den Federkörper 10 betätigt werden.
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Die Membranschläuche 16 sind an gegenüberliegenden Seiten des Federkörper 10 angeordnet und mit diesem verbunden bzw. einstückig ausgebildet.
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In 2 ist eine Förderanlage mit einem Antriebsmotor 18, z.B. Elektromotor, dargestellt, welcher einen im Federkörper 10 angeordneten, als Schnecke ausgebildeten Rotor 20 in Rotation versetzt. Der Rotor 20 ist über einen Dichtring 22 abgedichtet.
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Sämtliche Bauteile sind in einem Gehäuse 24 angeordnet.
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Wie mit dem Pfeil angedeutet, kann über einen Einlasskörper 25 ein Medium 26 in den Membranschlauch 16 eingelassen werden. Vorzugsweise wird das Medium 26 von selbst angesaugt.
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Wird der Rotor 20 in Rotation versetzt, verschieben sich die Segmente 14 des Federkörpers 10 und komprimieren abschnittsweise die Membranschläuche 16. Das Medium 26 wird auf diese Weise gefördert, bis es den Membranschlauch 16 - wie mit dem Pfeil angedeutet - über einen Auslasskörper 27 wieder verlässt.
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Die Membranschläuche 16, der Federkörper 10, der Einlasskörper 25 sowie der Auslasskörper 27 sind vorzugsweise einstückig ausgebildet.
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Optional kann ein Kühl- bzw. Wärmemitteleinlass 28 vorgesehen sein.
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3 zeigt eine Schnittansicht, bei der sich der Rotor 20 links von der Mitte befindet.
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In 4 ist im Prinzip dieselbe Situation dargestellt, nur dass der Schnitt durch eine Rippe, also ein Segment, erfolgt ist.
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5 zeigt eine Schnittansicht, bei der sich der Rotor 20 rechts von der Mitte befindet.
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Befindet sich, wie in 6 gezeigt ist, der Rotor 20 oben, so verschiebt sich der Federkörper 10 ebenfalls nach oben und komprimiert den oberen Membranschlauch 16.
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Der untere Membranschlauch 16 kann sich hingegen entspannen.
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In 7 ist der umgekehrte Fall dargestellt. Der Rotor befindet sich unten. Dabei wird der Federkörper 10 nach unten verschoben, sodass der untere Membranschlauch 16 komprimiert wird und sich der obere Membranschlauch 16 entspannt.
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In 8 fungiert die Fördervorrichtung als Kompressionsmaschine. Die Steigung des Rotors 20 variiert hierbei kontinuierlich.
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Das Medium wird bei einer Rotation des Rotors 20 immer stärker komprimiert.
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Beim Komprimieren kann ein Kühl- bzw. Wärmemittelkreislauf vorgesehen sein. Dieser ist in den 9 und 10 dargestellt.
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Ein Kühl- bzw. Wärmemittel kann über den Kühl- bzw. Wärmemitteleinlass 28 eintreten und über Kühl- bzw. Wärmemittelauslässe 30 wieder austreten, wie mit den Pfeilen dargestellt ist.
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Ein Kühl- bzw. Wärmemittelkreislauf kann beispielsweise bei Gasen als Medium vorteilhaft sein.
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Beispielsweise kann eine bei der Kompression entstehende Wärme auf diese Weise abgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Federkörper
- 12
- Materialschwächung
- 14
- Segment
- 16
- Membranschlauch
- 18
- Antriebsmotor
- 20
- Schnecke, Rotor
- 22
- Dichtring
- 24
- Gehäuse
- 25
- Einlasskörper
- 26
- Medium
- 27
- Auslasskörper
- 28
- Kühl- bzw. Wärmemitteleinlass
- 30
- Kühl- bzw. Wärmemittelauslass
