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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Exzenterpumpe mit einem Gehäuse mit einem
Pumpenraum mit einem Saugeinlaß und einem Druckauslaß und mit einem in dem Pumpenraum
befindlichen, elastischen, hohlen Verdränger mit einem Steg zwischen Saugeinlaß
und Druckauslaß, wobei in Nadel lager des Verdrängers eine Exzenterbuchse abrollt.
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Die bekannten Exzenterpumpen, wie beispielsweise Drehflügel-und Drehschieber-Pumpen
sowie auch Trennschieberpumpen mit exzentrisch gelagerten, rotierenden Verdrängern,
benötigen einen relativ hohen Konstruktionsaufwand, da große Anforderungen an die
Herstellungsgenauigkeit gestellt werden. Die daraus resultierenden, engen Toleranzen
für die bewegten Teile beschränken die Verwendung solcher Pumpen auf den Einsatz
bei sauberen, nicht abrasiven und ausreichend schmierfähigen Fördermedien. Außerdem
tritt bei diesen Pumpen konstruktionsbedingt eine hohe Gleitreibung der bewegten
Teile auf, so daß solche Pumpen sehr verschleißanfällig sind und insbesondere ein
Trockenlauf durch entsprechende Maßnahmen vermieden werden muß.
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Deshalb sind die sogenannten Elastobalg-Exzenterpumpen entwickelt
worden, bei denen das mit einem Pumpenraum mit Saugeinlaß und Druckauslaß versehene
Gehäuse einen elastischen, hohlen Verdränger mit einem Steg zwischen Saugeinlaß
und Druckauslaß aufnimmt. Dieser Verdränger wird durch einen Elastobalg gebildet,
also einen dünnwandigen, verformbaren Schlauch, der auf einer Seite mit dem Steg
versehen ist.
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Die beiden Enden des Schlauchs weisen senkrecht zur Schlauchwandung
verlaufende Kragen auf, durch die der Elastobag mit Hilfe von Schrauben auf beiden
Seiten fest in das
Pumpengehäuse eingespannt werden kann. Außerdem
wirken diese Kragen des Elastobalges als Dichtung. Zwischen dem Saugeinlaß und dem
Druckauslaß besteht keine Verbindung, da der Pumpenraum durch den Steg des Elastobalges
getrennt wird.
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Bei der Drehbewegung der Exzenterwelle auf der Innenfläche des schlauchförmigen
Teils des relativ dünnen Elastobalges wird dieser ständig verformt, so daß sich
der Pumpenraum zwischen Gehäuse und Elastobalg, zwischen dem das Fördergut die Exzenterpumpe
passiert, im Bereich des Saugeinlasses vergrößert und zum Druckauslaß hin verkleinert.
Saugen und Drücken gehen so kontinuierlich ineinander über, daß durch die stetige
Bewegung des Verdrängers ein gleichmäßiger, wirbelfreier, leicht pulsierender Förderstrom
erreicht wird.
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Solche selbstansaugenden, trockenlaufsicheren Exzenterpumpen können
bei den meisten aggressiven, abrasiven und viskosen Flüssigkeiten eingesetzt werden.
Dabei treten jedoch Schwierigkeiten in bezug auf die Lebensdauer des Elastobalges
auf, da dieser an seinen beiden Enden mittels der Kragen fest eingespannt wird,
während der relativ dünne, schlauchförmige Bereich durch die Exzenterwelle mittels
einer linienförmigen Ausbuchtung verformt werden muß. Dadurch ergeben sich jedoch
insbesondere am Ubergangsbereich zwischen dem schlauchförmigen Teil und den Kragen
relativ starke Zugkräfte, so daß an diesen Stellen der Elastobalg relativ rasch
verschlissen wird. Außerdem wird der schlauchförmige Balg praktisch linienförmig
verformt, so daß es leicht zu einer Faltenbildung kommen kann. An diesen Stellen
können dann wiederum besonders rasch Risse und ähnliche Defekte auftreten.
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Und schließlich muß ein solcher Elastobalg von beiden Seiten fest
eingespannt werden, wodurch sowohl für die Montage als auch für den relativ häufig
erforderlichen
Austausch des Elastobalges eine Reihe von Handgriffen
erforderlich sind.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Exzenterpumpe
der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht
auftreten.
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Insbesondere soll eine solche Exzenterpumpe geschaffen werden, bei
der sich einmal die Befestigung des Verdrängers am Gehäuse konstruktiv einfacher
durchführen läßt und außerdem der Verdränger weniger stark beansprucht wird als
der bekannte Elastobalg. Dadurch soll wiederum die Betriebssicherheit, Wartungsfreiheit
und Verschleißfestigkeit einer solchen Exzenterpumpe verbessert werden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Verdränger mittels
des Steges in dem Pumpenraum gehaltert ist.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere auf
folgender Funktionsweise: Der zylindrische Verdränger ist an seiner Außenfläche
mit einem Steg versehen, der einerseits zur Trennung des Saugeinlasses vom Druckauslaß
und andererseits zur Befestigung des Verdrängers am Gehäuse dient. Zweckmäßigerweise
erfolgt diese Befestigung durch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Steg
und einer entsprechenden Aussparung des Gehäuses.
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Zu diesem Zweck kann sich der Steg nach außen hin zu einer zapfenförmigen
Rippe mit vorzugsweise rundem Querschnitt verbreitern, die in eine entsprechende,
vorzugsweise runde Aussparung des Gehäuses eingeführt wird. Die Aussparung steht
über einen schmalen Schlitz mit dem Pumpenraum in Verbindung.
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Wenn nun die Exzenterbuchse im Nadel lager des relativ dickwandigen,
zylindrischen Verdrängers abläuft, so wird
der zylindrische Teil
des Verdrängers um die Ubergangsstelle zwischen Steg und zylilldriscllem Bereich
geschwenkt, das heißt, der Verdränger wird nicht an bestimmten Stellen verformt,
sondern der gesamte Verdränger bewegt sich so in dem Pumpenraum, daß immer ein bestimmter
Bereich seiner Außenfläche an der Gehäuseinnenwand anliegt. Bei dieser Drehbewegung
der Exzenterbuchse und der entsprechenden Schwenkbewegung des gesamten Verdrängers
ändert sich das Volumen des sichelförmigen Zwischenraums zwischen der Außenfläche
des Verdrängers und der Innenfläche des Gehäuses, indem es zur Druckseite hin jeweils
auf Null abnimmt und gleichzeitig auf der Saugseite von Null ansteigend auf das
volle Volumen hin zunimmt.
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Durch die Verdrängung des Fördermediums zur Druckseite hin wird bei
der gleichzeitigen Neubildung des Zwischenraums auf der Saugseite ein leicht pulsierender,
in seiner Frequenz von der Drehzahl der Exzenterbuchse abhängender Förderstrom erreicht,
ohne daß zusätzliche Steuerorgane, wie beispielsweise Ventile, Klappen usw. verwendet
werden müssen. Weiterhin muß der Verdränger auch nicht auf beiden Seiten fest eingespannt
werden, wodurch sich die oben erwähnten starken Beanspruchungen an den Ubergangsstellen
zwischen Kragen und schlauchförmigem Bereich ergeben. Denn da der zylindrische Bereich
des Verdrängers nun nicht mehr linienförmig verformt werden muß, sondern insgesamt
im Pumpenraum bewegt wird, kann der Verdränger aus relativ dickwandigem flexiblen
Material hergestellt werden, so daß er eine sehr viel längere Lebensdauer als der
bekannte Elastobalg hat.
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Zweckmäßigerweise ist der elastische Verdranger auf einer Seite geschlossen,
so daß dort keine zusitzlichen Dichtungsmaßnahmen erforderlich sind. Auf der gegenüberliegenden,
dem
Motor der Exzenterpumpe zugewandten Seite kann der Verdränger
mit einem manschettenartigen, mit einer Dichtungslippe versehenen Fortsatz ausgebildet
sein, damit die rotierenden Teile und insbesondere der Motor gegen das Fördermedium
abgedichtet sind.
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Aufgrund ihrer einfachen Konstruktion läßt sich eine solche Exzenterpumpe
relativ preisgünstig herstellen. Trotzdem ist sie äußerst betriebssicher, wartungsfrei
und ausgesprochen verschleißfest. Da der Verdränger aus einem dickwandigen Material
hergestellt werden kann, können mit einer solchen Pumpe niederviskose bis pastöse
Medien gefördert werden.
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Da diese Exzenterpumpe ein praktisch konstantes Volumen pro Umdrehung
verdrängt, kann außer einem leicht pulsierenden Förderstrom vorteilhaft auch ein
auf eine Umdrehungszahl oder deren Bruchteile begrenzter Förderstrom bzw. Fördermenge
(Volumen) abgegeben werden, so daß in diesem Falle diese Pumpe vorteilhaft als Dosierpumpe
verwendet werden kann.
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Und schließlich läßt sich eine solche Exzenterpumpe bei wahlweiser
Verwendung eines Ventils auf der Saug- oder Druckseite als Vakuum- oder Luftpumpe
(Kompressor) einsetzen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. la die Endphase der Verdrängung mit dem Ubergang zum
Beginn einer erneuten Verdrängung des vorher angesaugten Fördervolumens; Fig. ib
die Ansaugung bei fortschreitender Verdrängung des vorher angesaugten Fördervolumens;
Fig. ic die weitere Zunahme des Ansaugvolumens bei gleichzeitiger Abnahme des verdrängten
Volumens; Fig. id die Beendigung mr BeendigdAp tSf ASsgMPg und Verdrängung;
Fig.
2a eine Vorderansicht des Verdrängers; Fig. 2b einen Achschnitt des Verdrängers;
Fig. 3 eine Seitenansicht der Exzenterpumpe mit abgenommenen Deckel; und Fig. 4
einen Schnitt längs der Linie A-B nach Figur 3.
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Wie sich insbesondere aus den Figuren 3 und 4 ergibt, weist ein Gehäuse
10 einen Stutzen mit einem Saugeinlaß 12 und einem Druckauslaß 14 auf. Der Druckauslaß
14 kann mit einem Oberdruckventil 16 versehen sein.
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Das Gehäuse kann mit Hilfe von Schrauben 44, die in Schraubenlöcher
30 eingesetzt werden, an den Motorteil angeflanscht werden.
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Der Innenraum des Gehäuses 10 hat einen kreisförmigen Querschnitt
und ist gemäß der Darstellung in Figur 3 zwischen der Saug- und Drucköffnung mit
einer Aussparung 26 versehen, die über einen Schlitz 28 mit dem Inneren des Gehäuses
10 in Verbindung steht. Die Aussparung 26 hat vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt.
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Die Aussparung 26 sowie der Schlitz 28 des Gehäuses 10 befinden sich
an einer Stelle des Gehäuseumfangs, die in Umfangsrichtung gesehen zwischen den
oeffnungen fü.r das Fördermedium liegt, also zwischen dem Saugeinlaß 12 und dem
DruckauslaB 14.
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Im Innern des Pumpenraums 54 im Gehäuse 10 befindet sich ein Verdränger
18, der im einzelnen in den Figuren 2a und 2b dargestellt ist.
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Dieser Verdränger 18 wird durch ein kurzes, zylindrisches Stück aus
elastischem Material gebildet, das parallel zu seiner Längsachse mit einem Steg
22 sowie einer sich daran anschließenden Rippe 24, die vorzugsweise rund und zapfenförmig
ist, versehen ist (vergleiche Figur 2a). Die Rippe 24 ist in die entsprechende,
vorzugsweise runde, Aussparung 26 in der Innenwand des Pumpenraums 54 eingeschoben,
so daß der Steg 22 in dem Schlitz 28 liegt. Auf diese leise wird der Verdränger
18 so im Pumpenraum 54 gehalten, daß er sich nicht mit dem noch zu beschreibenden
Exzenter drehen, jedoch mittels des Steges 22 um die Endkanten des Schlitzes 28
geschwenkt werden kann.
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Wie sich insbesondere aus Figur 3 ergibt, ist der Außendurchmesser
des kreisförmigen Verdrängers 18 etwas kleiner als der Innendurchmessers des Gehäuses
10 bzw. des Pumpenraums 54.
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Wie sich insbesondere aus Figur 2b ergibt, ist der Verdränger 18 auf
einer Seite seiner hohlen Zylinderform durch eine durchgehende, einstückige Wand
verschlossen, während er auf seiner gegenüberliegenden, dem Motorteil zugewandten
Seite (siehe Figur 4) mit einem manschettenartigen Fortsatz 38 versehen ist, der
in einer radial nach außen gerichteten Dichtungslippe 40 endet.
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In die entsprechend ausgebildete Bohrung des Verdrängers 18 ist in
eine, ein Nadellagergehäuse bildende Lagerbuchse 36 eingesetzt, die beispielsweise
aus Stahl bestehen kann.
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Der gesamte Aufbau der Exzenterpumpe ist in Figur 4 dargestellt. Es
läßt sich erkennen, daß die einzelnen Bestandteile durch die Schrauben 44 miteinander
verbunden werden.
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Dabei ist auf einer Seite des Verdrängers 18 ein Deckel 42 vorgesehen,
der auf dieser Seite das Pumpengehäuse abschließt.
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Dies bedeutet, daß dort keine weitere Abdichtung mehr erforderlich
ist.
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Auf der dem Deckel 42 gegenüberliegenden Seite des Verdrängers 18
befindet sich der Antriebsteil mit einem Motor 46 sowie einer Antriebswelle 48,
die die Drehbewegung durch eine Paßfeder 50 überträgt. Der Verdränger 18 wird durch
den oben erläuterten, formschlüssigen Eingriff der Rippe 24 in der Aussparung 26
im Gehäuse 10 verankert.
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Auf der Antriebswelle 48 sitzt eine Exzenterbuchse 34 (vcrgleichc
Fig. 3), die im Nadellager der Bohrung des Verdrängers 18 abrollt und diesen dadurch
um den Obergang von dem Steg 22 zu dem zylindrischen Bereich 20 schwenkt.
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Die einstückig mit dem manschettenartigen Fortsatz 38 und damit mit
dem Verdränger 18 ausgebildete Dichtungslippe 40 paßt in eine entsprechende Aussparung
des Gehäuses 10, so daß das zwischen der Außenfläche des Verdrängers 19 und der
Innenwand des Gehäuses 10 befindliche Fördermedium nicht mit bewegten Teilen in
Berührung kommen kann, also insbesondere nicht mit der Antriebswelle und dem Motor.
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In einem Zwischenraum 52 zwischen der Vorderseite des Verdrängers
18 bzw. der Exzenterbuchse 34 bzw. dem Lagergehäuse 36 und dem Gehäuse ist ein Schmiermittelvorrat
52 vorgesehen, der so ausgelegt werden kann, dai3 sich durch das Schmiermittelvolumen
eine Abstützung des manschettenartigen Fortsatzes 38 ergibt; das heißt also, daß
Innen- und Außendruck gleich sein können.
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Die Funktionsweise dieser Exzenterpumpe soll im folgenden anhand der
Figuren la bis 1d erläutert werden.
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Dabei wird davon ausgegangen, daß die auf der Antriebswelle 32 sitzende
Exzenterbuchse 34 in Richtung gegen den Uhrzeigersinn im Nadellager der Bohrung
des Verdrängers 18 abrollt, wie durch die Pfeile in diesen Figuren angedeutet wird.
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In Figur 1a ist der Teil der Bewegungsphase dargestellt, bei dem eine
Verdrängung beendet worden ist und der Ubergang zu einer weiteren Verdrängung des
vorher angesaugten Volumens erfolgt. Wie man insbesondere Figur 1a entnehmen kann,
wird der Pumpenraum 54 durch den Steg 22 des Verdrängers 18 zwischen dem Saugeinlaß
12 und dem Druckauslaß 14 unterteilt.
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Zu dem in Figur la dargestellten Zeitpunkt ist das Fördermedium, also
insbesondere aggressive, abrasive und viskose Flüssigkeiten, durch den Saugeinlaß
12 in den Pumpenraum 54 geflossen und füllt diesen.
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Bei der Abrollbewegung der Exzenterbuchse 34 im Nadellager der Bohrung
des Verdrängers 18, die am Steg 22 beginnt (siehe Figur la), wird die Außenwand
des Verdrängers 18 umlaufend gegen die Innenwand des Pumpenraums 54 gedrückt, wodurch
das dort befindliche Medium verdrängt und in Richtung des Pfeils gefördert wird.
In dem Bereich zwischen dem Steg 22 und der Berührungsstelle zwischen Verdränger
18 und Innenwand des Pumpenraums 54 entsteht ein Unterdruck, wodurch weiteres Fördermedium
durch den Saugeinlaß 12 eingesaugt wird.
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Zu dem in Figur 1b dargestellten Zeitpunkt erfolgt also gleichzeitig
die Ansaugung von weiterem Fördermedium durch den Saugeinlaß 12 und die Förderung
des bereits angesaugten Mediums in Richtung des Pfeils.
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In Figur 1c ist der Zeitpunkt dargestellt, bei dem die Exzenterbuchse
34 den tiefsten Punkt ihrer Bewegung erreicht hat, das heißt, die Außenwand des
Verdrängers 18 am untersten Punkt des Pumpenraums 54 anliegt. Der, von dieser Berührungsstelle
aus betrachtet, linke sichelförmige Bereich des Pumpenraums 54 ist mit neu angesaugtem
Fördermedium gefüllt, während der rechte sichelförmige Bereich das bereits angesaugte
und nun geförderte Medium enthält.
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In Figur 1d ist die Endphase der Verdrängung des Fördermediums aus
dem Pumpenraum 54 durch den Druckauslaß sowie die Endphase des Ansaugvorgangs durch
den Saugeinlaß 12 dargestellt. Anschließend beginnt zu dem in Figur la dargestellten
Zeitpunkt ein erneuter Bewegungszyklus.
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Der Hub der auf der Antriebswelle 32 sitzenden Exzenterbuchse 34 ist
also so ausgelegt, daß sie bei ihrer Drehung den stationären Verdränger 18 über
einen Winkel von 360" in einer Abrollbewegung gegen die zylindrische Innenfläche
des Pumpengehäuses drückt. Dadurch ändert sich kontinuierlich das Volumen des sichelförmigen
Zwischenraums zwischen dem Verdränger 18 und dem Gehäuse 10, also des Pumpenraums,
wobei das Volumen jeweils zur Druckseite hin auf Null abnimmt und gleichzeitig auf
der Saugseite von Null ausgehend auf das volle Volumen zunimmt.
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Durch diese Verdrängung des Fördermediums zur Druckseite hin unter
gleichzeitiger Ausbildung eines Pumpenraums auf der Saugseite ergibt sich ein leicht
pulsierender Förderstrom, dessen Frequenz von der Drehzahl der Exzenterbuchse abhängt.
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Durch die wahlweise Verwendung eines Ventils auf der Saug-oder Druckseite
kann eine solche Exzenterpuaape als Vakuum-oder Luftpumpe (Xompressor) eingesetzt
werden.