DE4341225C2 - Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe zum Pumpen von insbesondere flüssigen Medien nach dem Patentanspruch 1.

Mit der DE 34 39 209 C2 ist eine Radialkolbenmaschine, insbesondere eine Kugelkolbenmaschine bekannt geworden, welche ein auf der einen Stirnseite geschlossenes kopfartiges Gehäuse mit einem Sauganschluß und einem Druckanschluß auf dem Gehäuseumfang umfaßt. Im inneren des Gehäuses befindet sich eine Rotor-Stator-Einheit, welche über elastische abstützende Stützkörper sich am Gehäuse abstützt und im wesentlichen aus einem äußeren Stator und einem inneren Rotor besteht, welcher Rotor drehbar auf dem einen Ende eines zentralen Steuerzapfens sitzt, welcher drehfest in einer Innenbohrung des Stators aufgenommen ist und einen Zuflußkanal sowie einen Abflußkanal zum bzw. vom Rotorinneren besitzt.

Im inneren des Rotors sind radiale Zylinderbohrungen ausgebildet, in denen diametral gegenüberliegend radial verschieblich jeweils ein eine Hülse und eine Kugel umfassender Kugelkolben angeordnet ist, dessen radial außen angeordnete Kugel an einer exzentrisch angeordneten Hubkurve eines Hubrings abrollt, der am äußeren Stator axial verschiebbar gelagert ist.

Zwischen Rotor und Hubring bzw. Stator ist ein Arbeitsraum ausgebildet, welcher durch die über die Rotorumfangsfläche hinausragenden Kugelkolben unterteilt ist.

Beim Betrieb wird Medium durch den Sauganschluß angesaugt, im Arbeitsraum auf den Aufladedruck vorverdichtet, in den Stator gefördert, und über den Steuerzapfen dem Saugraum auf der radial inneren Seite des Kugelkolbens zugeführt. Danach wird über den Druckraum des Kugelkolbens, den Steuerzapfen und den Druckanschluß das Medium aus der Pumpe geleitet. Diese Radialkolbenmaschine besitzt also einen Kugelkolben, dessen an einem äußeren Hubring oder Stator abrollbare Kugel mit einem Kolbenelement zusammenwirkt, das in einer Radialbohrung eines auf einem feststehenden, mit Zu- und Abflußkanälen versehenen Steuerzapfen drehbaren Rotors gleitet, wobei die Kugel mit ihrer Mantelfläche unmittelbar in der Radialbohrung geführt ist und das Kolbenelement aus zwei Elementen gebildet ist.

Mit der DE-PS 883 564 ist eine umlaufende Pumpe bekannt geworden mit einem im Gehäuse drehbar angeordnetem Rotor aus einem elastisch zusammendrückbaren Werkstoff, welcher durch eine im Gehäuse gelagerte Welle angetrieben wird. Auf diesem elastischen Material liegt ein nicht zusammendrückbarer Ring, welcher am Innenmantel des Gehäuses während der Drehbewegung des Rotors entlang schleift. Sowohl der elastische Ring auf der Welle, wie auch der nicht zusammendrückbare Metallring um den elastischen Ring herum besitzen im wesentlichen radial verlaufende Öffnungen, welche als Pumpkammern dienen. Die Welle ist im Gehäuse exzentrisch angeordnet, wodurch der elastisch zusammendrückbare Ring während seiner Drehbewegung verformt wird, wobei die von den Bohrungen gebildeten Pumpkammern auf der einen Seite allmählich verkleinert werden und auf der anderen Seite dagegen allmählich vergrößert werden. Hierdurch wird das Medium durch eine Einlaßbohrung im Gehäuse angesaugt und durch eine Auslaßbohrung im Gehäuse aus der Pumpe wieder hinausbefördert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pumpe so weiterzubilden, daß bei großen Fördergeschwindigkeiten Ein- und Auslaß relativ ruhig bleiben.

Hierbei können in der Pumpe selbst, insbesondere in den Ringräumen und an den zentrisch sich bewegenden Teilen, ansich schwache Gummielemente verwendet werden, die eine überaus lange Haltbarkeit aufweisen können.

Es liegt hierbei in überraschender Weise eine Pumpe vor, die mit einer minimalen Anzahl von bewegten Teilen ein flüssiges Medium unter relativ hohem Druck ruhig fördert, wobei im übrigen die Pumpe eine sehr kleine Bauhöhe aufweist.

Zur Lösung der Aufgabe dient die Technische Lehre des Patentanspruchs 1.

Das wesentliche bei der Erfindung ist, daß die Pumpe ein Pumpengehäuse beinhaltet, in welches zentrisch die Welle eines Antriebsmotors eingreift und hierbei die Welle drehfest mit einem Rotor verbunden ist, wobei im Gehäuse Ein- und Auslaßbohrungen gebildet sind, welche mit in einer ortsfesten Steuerscheibe befindlichen Ein- und Auslaßkanälen verbunden sind, welche über Bohrungen in einer drehenden Rotorscheibe des Rotors mit Druckkammern verbindbar sind, wobei auf dem Rotor exzentrisch eine als Hubring wirkende und drehbar im Gehäuse gelagerte Druckbüchse aufgenommen ist, und zwischen Rotor und Druckbüchse elastische Elemente vorgesehen sind, und jeweils eine der Druckkammern zwischen dem Rotor, der Druckbüchse und innerhalb den elastischen Elementen definiert wird.

Die Druckbüchse ist also außermittig in einem Pumpengehäuse angeordnet und weiterhin ist der Rotor über federnde Dichtelemente, z. B. O-Ringe, mit der Druckbüchse verbunden, die selbst an Kugellagern in dem rotationssymmetrischen Pumpengehäuse gelagert ist.

In ein Pumpengehäuse greift zentrisch die Welle eines Antriebsmotors ein, mit welcher Welle drehfest ein Rotor verbunden ist, der auch an seinem Außenumfang zentrisch zur Welle ausgerichtet ist.

Radial auswärts zu diesem zentrisch drehenden Rotor ist eine Druckbüchse angeordnet, die exzentrisch drehbar an den Innenseiten des Pumpengehäuses gelagert ist. Diese Druckbüchse ist nicht angetrieben und wird lediglich durch Reibungsschluß von dem sich drehenden Rotor mitgenommen.

Im Zwischenraum zwischen der Innenseite der Druckbüchse und der radial nach außen weisenden Fläche des Rotors sind hierbei gleichmäßig am Umfang verteilt mehrere Druckkammern angeordnet, welche radial auswärts weisende Dichtgrenzen (z. B. realisiert durch O-Ringe oder dergleichen) aufweisen, welche sich abdichtend an der Innenseite der Druckbüchse anlegen.

Durch die Drehung des Rotors und die zugeordnete exzentrische Drehung der den Rotor umgebenden Druckbüchse kommt es zu einer radial einwärts- und auswärtsgerichteten Raumvergrößerung und Raumverkleinerung der Druckkammern, wobei die Dichtgrenzen radial auswärts der Druckkammern in Richtung zu den Innenseiten der Druckbüchse stets aufrechterhalten bleiben.

Aufgrund der gegebenen Volumenvergrößerung und Verkleinerung in den jeweiligen Druckkammern kommt es zu einer Ansaug- und Ausstoßbewegung.

Der Rotor weist an einer Stirnseite eine Steuerfläche auf, welche Steuerfläche von Bohrungen gebildet wird, die flüssigkeitsleitend mit den Druckkammern verbunden sind. Die Bohrungen haben gleichen Durchmesser und liegen auf einem gleichen Drehkreis.

Der rotierenden Dichtfläche des Rotors gegenüberliegend ist eine Steuerscheibe angeordnet, welche nierenförmige Einlaß- und Auslaßkanäle aufweist. Die Einlaß- und Auslaßkanäle korrespondieren bei der Drehbewegung der sich drehenden Steuerfläche des Rotors mit den zugeordneten, feststehenden Einlaß- und Auslaßkanälen der Steuerscheibe.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß die Dichtgrenzen durch O-Ringe gebildet sind. Als O-Ringe werden hierbei O-förmige Dichtelemente in weitestem Sinne verstanden.

Vorteilhaft ist es weiterhin, daß stirnseitig an der einen Steuerscheibe und der Rotorsteuerscheibe Dichtungen ausgebildet sind und zusätzlich ein Ringspalt am Auslaß der Steuerscheibe abgedichtet ist, wobei die eine Steuerscheibe an Federn und O- Ringen federnd gelagert ist und eine Abdichtung an der Steuerfläche der Rotorsteuerscheibe an der Stirnseite des Rotors im äußeren Drehbereich vorgesehen ist.

Hierbei wird eine abgedichtete Steuerfläche gebildet. In weiterer Ausgestaltung ist es vorteilhaft, daß gegenüber­ liegend der rotierenden Dichtfläche des Rotors die Steuer­ scheibe mit einem nierenförmigen Einlaß- und Auslaßkanal angeordnet ist. Vorteilhaft ist es hierbei weiterhin, daß der Ein- und Auslaßkanal bei der Drehbewegung des Rotors mit einer Rotorscheibe, die Bohrungen und Ansaugöffnungen aufweist, korrespondiert, wobei eine Steuerfläche vorliegt.

Hierbei liegt die Steuerfläche, wie oben dargestellt, ab­ gedichtet vor.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß die Dichtgrenzen in allen Richtungen elastisch ausge­ bildet sind und auch auf die Steuerfläche wirken, wobei die Steuerscheibe, die Ein- und Auslaß aufweist, elastisch aufgehängt ist.

Vorteil der erfindungsgemässen Pumpe ist, daß nur radiale Kräfte in den Druckkammern auftreten, wobei eine Reibungs­ bewegung zwischen dem Rotor und der radial aussenliegenden Druckbüchse nicht erfolgt, sondern die Druckbüchse wirkt nur im Sinne einer radial einwärts- und auswärtsgerichteten Pumpbewegung auf die zugeordneten elastischen Dichtgrenzen der auf dem Rotor angeordneten Druckkammern.

Unter dem Begriff "Dichtgrenze" werden verschiedene Dich­ tungsarten verstanden, welche eine Dichtwirkung zwischen dem Rotor und der exzentrisch dazu angeordneten Druck­ büchse bewerkstelligen. Derartige Dichtmedien sind z. B. eingelegte O-Ringe, die aufgrund ihrer Elastizität eine radial einwärts und auswärts weisende Verformung zulassen, ohne die beschriebene Dichtgrenze zwischen dem Rotor und der Druckbüchse zu öffnen.

Anstatt von O-Ringen, welche in Richtung auf die anliegende Druckbüchse radial auswärts geöffnet sind, können auch andere Dichtungselemente verwendet werden, die radial auswärts gerichtet geschlossen sind, z. B. scheibenförmige Dichtungs­ elemente, die in eine zugeordnete Nut in der Druckkammer einvulkanisiert oder geklemmt sind, und die sich mit einem geschlossenen Querschnitt an dem Innenumfang der Druckbüchse anlegen.

Vorteil der beschriebenen Ringpumpe ist, daß eine minimale Anzahl von bewegten Teilen vorhanden ist, nämlich lediglich ein Rotor, der eine reine zentrische Drehbewegung ausführt, wobei der Vorteil besteht, daß der Rotor auch mit hohen Drehzahlen betrieben werden kann. Es sind keine Ventile vorhanden. Die Steuerung erfolgt durch zwei einander gegen­ überliegende Steuerflächen, wobei aufgrund der Dichtungs­ wirkung zwischen den Steuerflächen hohe Drücke gewährleistet werden können, weil zwischen den genannten Steuerflächen gleitringähnliche Dichtflächen angeordnet sind.

Nachdem die Druckbüchse ebenfalls mit dem Rotor um ihren eigenen Drehmittelpunkt dreht, der exzentrisch zu der Dreh­ achse der Welle des Rotors angeordnet ist, ergibt sich kein Verschleiss im Verbindungsbereich zwischen dem Rotor und der Druckbüchse. Ebenso ist eine Unwucht beim Antrieb des Rotors gegeben, weil dieser Rotor zentrisch angetrieben ist.

Ebenso läuft die Druckbüchse in ihrer eigenen Drehachse am Innenumfang des Pumpengehäuses völlig zentrisch um, so daß auch bei dieser Druckbüchse keine Unwucht entsteht und die so angetriebene Pumpe auch mit hohen Drehzahlen schwingungsarm läuft und sehr geräuscharm ist.

Im übrigen besteht der Vorteil darin, daß der Förderstrom relativ pulsfrei ist, weil es keine Umkehrbewegung in der Bewegung des Förderstromes beim Ein- und Auslass gibt.

Die Pumpe enthält eine relativ lange, großvolumige Wasser­ säule, was mit dem Vorteil verbunden ist, daß bei Drehantrieb des Rotors diese Wassersäule nur um wenige Winkelgrade weiter­ gedreht wird, um vom Ansaugtakt in den Ausstoßtakt zu ge­ langen.

Damit besteht der Vorteil, daß die Druckkammern selbst nach erstmaligem Ansaugen von Druckmedium mit diesem Druckmedium gefüllt bleiben und daß dieses Druckmedium in der Druck­ kammer verbleibt, ohne ausgestossen zu werden. Dieses Druckmedium wird also in der Druckkammer nicht ausgetauscht, wodurch der Vorteil besteht, daß auch sehr heisse und ver­ schmutzte Medien gefördert werden können, ohne daß hierbei die Dichtungselemente von diesen Medien beeinflusst werden.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die Pumpe,

Fig. 2 zeigt die Rotorsteuerscheibe in der Draufsicht,

Fig. 3 zeigt die Draufsicht auf die ortsfeste Steuer­ scheibe 21 und zwar auf die auslass-seitige Steuer­ fläche,

Fig. 4 zeigt den Schnitt durch ein Detail einer Pumpe mit einer Membran,

Fig. 5 zeigt den Schnitt gemäss der Linie V-V in Fig. 4 durch die Membran,

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch einen Rotor mit einer Anordnung einer Membran,

Fig. 7 zeigt eine Abwandlung einer Lagerung einer Membran als Schnitt durch einen Rotor,

Fig. 8 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie VI-VI in Fig. 7,

Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 7 in Richtung des Pfeiles IX in Fig. 7,

Fig. 10 zeigt eine Draufsicht auf eine statorseitige Steuerscheibe,

Fig. 11 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie XI-XI in Fig. 12,

Fig. 12 zeigt einen Schnitt durch das Ein- und Auslaßgehäuse

Fig. 13 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie XIII-XIII in Fig. 12,

Fig. 14 zeigt im Querschnitt eine andere Ausführung einer Kolbenpumpe mit einem radial verschiebbaren Kolben im Längsschnitt,

Fig. 15 zeigt die gleiche Ausführung nach Fig. 14 im Querschnitt.

Durch das Gehäuse 1 eines Antriebsmotors greift eine drehend angetriebene Welle 6 hindurch, die in ansich bekannter Weise mit einer Keilnut 7 verbunden ist. Diese Keilnut 7 ist über einen nicht näher dargestellten Nutenstein mit einem Rotor 4 drehfest verbunden, welcher Rotor in einem Pumpengehäuse 2 drehbar angeordnet ist. Im gezeigten Aus­ führungsbeispiel ist der Rotor fliegend auf der Welle 6 gelagert, d. h. es fehlen weitere Lagerpunkte im Pumpen­ gehäuse 2.

In einer anderen Ausführungsform könnte der Rotor 4 mit entsprechenden Kugellagern drehbar im Pumpengehäuse 2 gela­ gert sein.

An der Stirnseite des Rotors 4 ist ein Ein- und Auslass­ gehäuse 3 angeordnet, welches eine innenliegende Steuerscheibe 21 aufweist.

Der Rotor 4 ist an seiner Stirnseite mit einer Rotorsteuer­ scheibe 30 drehfest verbunden, welche eine Steuerfläche 8 bildet, der gegenüberliegend eine zugeordnete Steuerfläche 20 der Steuerscheibe 21 zugeordnet ist.

Die Welle 6 ist in der Rotorachse 5 zentrisch drehend, d. h. der Rotor 4 ist zentrisch zu der Rotorachse 5 drehend an­ getrieben.

Am Aussenumfang des Rotors 4 ist eine Druckbüchse 12 ange­ ordnet, welche sich an an der Innenseite des Pumpengehäuses 2 angeordneten Kugellagern 11 abstützt und dort drehend gelagert ist.

Wichtig ist, daß die Drehachse 13 auch zentrisch zu der Druckbüchse 12 liegt, daß aber diese Drehachse 13 um einen gewissen kleinen Versatz exzentrisch zur Rotorachse 5 aus­ gerichtet ist.

Im Zwischenraum zwischen dem Innenumfang der Druckbüchse 12 und dem Aussenumfang des Rotors 4 sind gleichmässig am Umfang verteilt Druckkammern 14, 15 angeordnet, wobei jeder Druckkammer eine Ansaugöffnung 10 zugeordnet ist, welche Bohrungen (vergl. Fig. 2) in der Rotorscheibe 30 (dort Steuerfläche 8) münden, wobei über weitere Bohrungen 9 der Auslaß bewerkstelligt wird und hierbei die Ansaugöffnungen 20 und Bohrungen 9 in einer Winkelgeschwindigkeit umlaufen.

Als Dichtgrenzen zwischen den Druckkammern und der zugeordneten Innenfläche der Druckbüchse sind O-Ringe 16, 17 vorgesehen, die sich aufgrund ihres radial wirkenden, elastischen Rück­ stellvermögens elastisch an der Innenseite der Druckbüchse 12 anlegen. Damit werden die Druckkammern 14, 15 vollständig umschlossen, weil die obere (radial auswärts gerichtete) Begrenzung der Druckkammern 14, 15 durch die zugeordnete Innenfläche der Druckbüchse 12 gebildet ist, während die übrigen Flächen durch zugeordnete Flächen des Rotors 4 gebildet sind und diese Dichtgrenzen mit der Druckbüchse 12 durch die erwähnten O-Ringe 16, 17 bewerkstelligt werden.

Über eine Einlaßbohrung 18 im Ein- und Auslassgehäuse 3 wird in Pfeilrichtung 19 ein Druckmedium, z. B. Wasser, angesaugt.

Das Wasser fliesst in der eingezeichneten Pfeilrichtung in die Druckkammer 15, welche die maximale Größe erreicht hat, weil die Drehachse 13 der Druckbüchse 12 sich von der Rotorachse 5 des Rotors 4 nach oben versetzt am weitesten entfernt hat.

Der O-Ring 17 ist also radial auswärts gerichtet entspannt und legt sich trotzdem noch mit seinem Rückstellvermögen an der Innenfläche der Druckbüchse 12 an.

In der gleichen Winkelstellung des Rotors 4 ist eine untere Druckkammer 14 vorhanden, welche maximal komprimiert ist, weil der dortige O-Ring 16 auf seine maximale, radiale einwärts gerichtete Verformung zurückverformt ist.

Es wird hierbei das Wasser aus der unteren Druckkammer 14 über Pfeilrichtung 26 in Richtung zu der Auslaßbohrung 25 gepresst.

Hierbei ist vorausgesetzt, daß im Bereich der einander gegenüberliegenden Steuerflächen 8, 20 die entsprechenden Bohrungen 9, 10 mit den zugeordneten Ein- und Auslass­ kanälen 28, 29 (vergl. Fig. 3) der Steuerscheibe 21 verbunden sind.

Die Stege zwischen dem Ein- und Auslasskanal 28, 29 im Bereich der Steuerscheibe 21 müssen größer sein als die Bohrungen 9, 10 im Bereich der Steuerfläche 8 der Rotor­ steuerscheibe 30, um eine unzulässige Verbindung (Kurz­ schluß) zwischen dem Einlass und dem Auslass zu vermeiden.

In vorteilhafter Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, daß der Rotor 4 gegenüber der Steuerscheibe 21 mit Spiralfedern abgestützt ist. Hierbei kann es vorge­ sehen sein, daß an der Stirnseite des Rotors 4 Sackbohrungen an tragenden Flächen der Rotorsteuerscheibe 30 vorgesehen sind. Hierbei erfolgt ein stirnseitiges Abstützen gegenüber der Steuerscheibe 21. Hierbei werden bei geringen Antriebs­ leistungen des Rotors gute Dreheigenschaften erreicht.

Statt Spiralfedern können auch Tellerfedern zur Abstützung der bewegten Teile verwendet werden.

Zwischen den Steuerscheiben 21 und 30 bildet sich im übrigen eine Dichtfläche, die die Funktion einer Gleitring­ dichtung (bzw. Ventilscheibe) hat.

Um einen optimalen Andruck der beiden gegeneinander ge­ richteten und aneinander entlanglaufenden Steuerflächen 8,20 zu gewährleisten, ist vorgesehen, daß die stator­ seitige Steuerscheibe 21 in axialer Richtung (Richtung der Rotorachse 5) gegen die rotorseitige Rotorsteuer­ scheibe 30 federbelastet angedrückt wird.

Hierbei sind Federn 22 im Zwischenraum zwischen dem Pumpen­ gehäuse 2 und der Steuerscheibe 21 angeordnet, welche die erwähnte Federkraft bewirken.

Diese Federkraft wirkt im wesentlichen nur zum Anliegen der Dichtflächen bei ausgeschalteter Pumpe oder bei lang­ samen Drehzahlen, wobei bei Druckaufbau ein zusätzlicher Effekt eintritt, der dafür sorgt, daß die Steuerscheibe 21 im Sinne eines hydraulischen Kolbens in axialer Richtung gegen die zugeordnete Steuerfläche 8 der Rotorsteuerscheibe 30 gepresst wird.

Hierzu ist vorgesehen, daß im Bereich des Auslasskanals 29 und der gegenüberliegenden Auslassbohrung 25 ein Ring­ spalt 27 vorhanden ist, der aussenliegend durch O-Ringe 23 abgedichtet ist.

Die Kolbenwirkung wird dadurch erzielt, daß in dem Ring­ spalt 27 nun bei aufbauendem Druckmedium eine Kraft auf die Stirnseite der Steuerscheibe 21 einwirkt, welche diese Steuerscheibe im Pumpengehäuse 2 in Richtung auf die Rotor­ steuerscheibe 30 verstärkt anlegt, wobei die Anlegekraft stets größer ist als die Kraft, diese Scheibe von der Rotordichtfläche abzuheben.

Dabei wird eine zentrische Kolbenwirkung an der Stirnseite der Steuerscheibe 21 gesucht, um diese zentrisch in axialer Richtung an der rotorseitigen Rotorsteuerscheibe 30 an­ zulegen. Der Mittelpunkt der Kolbenfläche ist immer ausser­ halb des Drehmittelpunktes der Rotorsteuerscheibe, womit ein Kippen der Dichtflächen vermieden wird.

Im übrigen bildet der Einlaßkanal 28 einen Ringraum 24, der in axialer Richtung durch zugeordnete O-Ringe 23 abgedichtet ist.

In einer Weiterbildung der Beschreibung ist (nicht zeichne­ risch dargestellt) vorgesehen, daß die O-Ringe 16, 17 ersetzt sind durch halb geschlossene Dichtelemente, was bedeutet, daß die radial aussenliegende Dichtfläche nicht mehr durch die Innenseite der Druckbüchse 12 gebildet wird, sondern durch eine zugeordnete, geschlossene Dichtfläche dieses Dichtungselements.

Es handelt sich hierbei um sphärisch gebogene, mantelförmige Dichtelemente, welche in den zugeordneten Nuten einvulkani­ siert oder eingeklemmt sind, die im Zeichnungsbeispiel der Fig. 1 durch die O-Ringe 16, 17 ausgefüllt sind.

Im übrigen ist noch wichtig, daß der Abstand zwischen der Rotorachse 5 und der Drehachse 13 stufenlos verändert werden kann, wodurch eine stufenlose Durchflußmengenregulierung gegeben ist. Fällt nämlich die Drehachse 13 mit der Rotor­ achse 5 zusammen, dann erfolgt kein Durchfluß mehr, weil einer Volumenveränderung in den Druckkammern 14, 15 nicht stattfindet.

Liegen jedoch die Rotorachse 5 und die Drehachse 13 aus­ einander, dann erfolgt wieder die erwähnte Volumenver­ änderung im Bereich der Druckkammern 14, 15 unter Verformung der O-Ringe 16, 17, die lediglich aus ihrer runden Ausgangs­ stellung in eine ovale Stellung gedrückt werden und beim Ansaugen sich wieder in eine runde Form zurückverformen.

Das gleiche trifft bei geschlossenen Dichtelementen zu, die - wie vorher erwähnt - sphärisch ausgebildet sind, wobei der komplette, radial auswärts gerichtete Dichtmantel eine wesentlich größere Raumveränderung zulässt, so daß eine derartige Pumpe auch hohe Volumenströme fördern kann.

In den Fig. 4 bis 9 sind verschiedene Ausführungen von verformbaren Membranen dargestellt. Hierbei ist wichtig, daß anstatt des in Fig. 1 dargestellten verform­ baren O-Ringes 17 nun eine verformbare Membran 31 vorhanden ist. In den Fig. 4 bis 9 sind verschiedene Lagerungen und Befestigungen von radial verformbaren Membranen 31 dargestellt.

Die Membranen 31 selbst können aus einem gummielastischen Material sein, wie z. B. Gummi, Kautschuk, Kunststoff oder dgl., sie können aber auch entsprechende Einlagen aufweisen, z. B. aus Metall, Textil oder Metallgewebe und dgl. mehr.

Bei der Lagerung der Membran 31 nach den Fig. 4 bis 5 ist wichtig, daß an der Innenseite der Membran 31 jeweils ein O-Ring 32 anvulkanisiert ist, der in eine zugeordnete ringsum laufende Ringnut am Rotor 4 eingreift. An der Außenseite ist die Membran 31 gegen axiale Verschiebung durch einen zugeordneten, in Umfangsrichtung umlaufenden Stützring 33 abgestützt, der seinerseits durch einen Keil 34 im Rotor 4 gegen axiale Verschiebung gesichert ist. Die hier dargestellte Membran 31 definiert also die vorher beschriebenen Druckräume 14, 15.

In den Fig. 6 bis 9 sind weitere Lagerungen von Membranen 31 dargestellt.

So ist beispielsweise in Fig. 6 und 8 dargestellt, daß die Membran 31 mit schräg nach außen geneigten Schenkeln (Fig. 6, Fig. 8) ausgebildet ist, wobei die schrägen Schenkel in eine zugeordnete schräg einwärts gerichtete Ringnut 35 eingreifen und dort einvulkanisiert sind.

In der Fig. 8 und 9 ist im übrigen noch dargestellt, daß Bohrungen 46 zur Verbindung der Druckkammern 14, 15 mit der zugeordneten Ein- und Auslaßbohrung 9 vorhanden sind, wobei die Anbringung dieser Bohrungen 46 einen größeren Durchlaß für ein größeres Füllvolumen der Kammer gestattet. Durch die Anbringung von zwei parallelen Bohrungen 46 können somit die Druckkammern 14, 15 gleichmässig befüllt werden, wobei geringe Geschwindigkeitsdifferenzen nur vorhanden sind, so daß es nicht zu einer Wirbelbildung kommt.

Daher ist eine mit diesen Merkmalen ausgerüstete Pumpe zur Förderung von hohen Flüssigkeitsvolumen bei hohem Druck und relativ hoher Temperatur geeignet.

In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7 und 9 ist eine andere Befestigung der Membrane 31 dargestellt, wobei die Membran diesmal einwärts gerichtete Schenkel aufweist, wobei diese Schenkel in einer gerade auswärts gerichteten Nut 36 einvulkanisiert sind.

Während bei der Lösung nach der Fig. 6 und 8 eine relativ aufwendige Befestigung der Membrane 31 gezeigt ist, die aber auch hohen Drehzahlen bei hohen Drücken standhalten kann, ist in der Fig. 7 ein einfachere Be­ festigung der Membrane 31 dargestellt, die kostengünstiger herstellbar ist.

In Fig. 10 ist eine Steuerscheibe 21 dargestellt, wie sie bereits schon anhand der vorher erwähnten Fig. 3 gezeigt wurde. Es gelten für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen, wobei die in der Fig. 10 dargestellte Steuerscheibe 21 jedoch noch weitere Merkmale in Verbindung mit der Fig. 11 aufweist.

Anhand der Fig. 12 wird zunächst die grundsätzliche Funktion erläutert. Die Steuerscheibe 21 weist hierbei in Umkehrung zu der vorher erwähnten Fig. 3 einen Einlaßkanal 28 auf, wobei das Druckmedium in Pfeilrichtung 10 aus der Einlaßbohrung angesaugt wird.

Ebenso ist ein Auslaßkanal 29 vorhanden, durch welchen das Druckmedium in Pfeilrichtung 19 aus einer Auslaßbohrung 25 ausströmt.

Die Steuerscheibe 21 steht fest und wird durch einen Stift 47 in Position gehalten, der in eine zugeordnete Bohrung im Gehäuse gemäss Fig. 12 eingreift.

An der Stirnseite der feststehenden Steuerscheibe 21 ist hierbei ein Druckstück 37 federbelastet durch eine Feder 38 angedrückt, welches an den Außenflächen durch O-Ringe 23 abgedichtet gegenüber dem Gehäuse abgedichtet wird. Auf die Rückseite des Druckstückes 37 wirkt hierbei die ausgestossene Druckflüssigkeit aus der Aus­ laßbohrung 35, welche über einen Verbindungskanal 39 auf die Rückseite dieses Druckstückes 37 zugeführt wird. Die Fläche des Druckstückes 37 ist hierbei so gewählt, daß eine hydraulische Kolbenwirkung auf das Druckstück unter Mitwirkung der Feder 38 erzeugt wird, so daß der Druck auf das Druckstück 37 in Pfeilrichtung 10 auf die Steuer­ scheibe 21 größer ist als der im Bereich der einander anliegenden Flächen 8, 20 wirkende Gegendruck.

Auf diese Weise wird durch das Druckstück 37 stets eine druckbelastete Anlage der Steuerscheibe 21 im Bereich der Steuerflächen 8, 20 gewährleistet.

In Fig. 11 ist eine weitere Einzelheit dargestellt, wobei diesmal nicht ein Druckstück 37 vorhanden ist, sondern zwei Kolben 42, die federbelastet durch Federn 41 vorgespannt werden, wobei die Kolben 42 durch entsprechende O-Ringe 44 radial auswärts liegend abgedichtet sind und sich mit ihrer Stirnseite federbelastet an der zugeordneten Gehäusestirnfläche des Ein- und Auslaßgehäuses 3 abstützen.

Auf diese Weise wird die Steuerscheibe 21 wiederum in Pfeil­ richtung 10 gegen die zugeordnete Steuerfläche 8 ange­ presst.

Die Bohrung 40 hat hierbei eine Steuerbohrung 45 zur Stirn­ fläche, d. h. also zur Steuerfläche 8.

Sinn dieser Maßnahme ist folgendes:

Beim Überfahren der Auslaßsteuerkante im Bereich der Steuer­ flächen 8, 20 kommt es zu einem relativ hohen Druck auf die Stirnseite der Steuerscheibe 21, die daher zu einem Kippen neigen könnte. Um eine derartige unerwünschte Kippbewegung zu vermeiden, sind die vorstehend beschriebenen Steuerbohrungen 45 vorgesehen. Die Steuerbohrung 45 verbindet beim Überfahren (beim Auslaßende) die Kolbenoberfläche des Kolbens 42 mit dem Systemdruck, der in der Pumpe vorhanden ist. Beim Ansaugdruck herrscht damit in der Bohrung 40 Ansaugdruck und beim Überschneiden des Steges der Steuerscheibe 21 zwischen Ein- und Auslaß und Anfahren des Auslaßkanals 29 wird der gleiche Systemdruck auch dahinter hergestellt, so daß die unerwünschte Kippneigung auf die Steuerscheibe 21 vermieden wird. Hierbei ist die Stirnfläche des Kolbens 42 größer als der lichte Querschnitt der Bohrung 10, um diese schädliche Kippneigung auf die Steuerscheibe 21 zu vermeiden. Die Steuerscheibe 21 ist im übrigen durch seitliche O-Ringe 43 gegenüber dem Ein- und Auslaßgehäuse 3 abgedichtet.

Als weiteres Ausführungsbeispiel zeigen die Fig. 14 und 15 den Wegfall der Membrane 31 und stattdessen die Anordnung von ein oder mehreren Kolben 48, die in zugeordneten radial nach außen gerichteten Bohrungen oder Ausnehmungen im Rotor 4 angeordnet sind. Jeder Kolben 48 weist hierbei seitliche Dichtringe 50 auf, mit denen er sich an der zugeordneten Ausnehmung im Rotor 4 dichtend anlegt. Am Grund der Ausnehmung im Rotor stützt sich eine Feder 49 ab, die sich mit ihrem gegenüberliegenden Ende an der Innenseite des Kolbens 48 abstützt.

Die Außenfläche des Kolbens 48 ist abgerundet ausgebildet und bildet eine Stützfläche 51 gegenüber dem nicht dar­ gestellten Druckring (Druckbüchse 12).

Der Radius der Stützfläche 51 muß hierbei kleiner sein als der zugeordnete Radius der Druckbüchse 12, um eine Kantenbelastung zu vermeiden.

Bei der Anordnung von zwei Kolben 48 muß in der Stütz­ fläche 51 beider Kolben eine Bohrung angeordnet sein; diese Bohrung ist mit 52 in Fig. 15 bezeichnet. Die Bohrung 52 wird von einem gemeinsamen Bolzen durch­ griffen, wodurch beide Kolben 48 miteinander gekoppelt werden. Dadurch werden die beiden Kolben 48 gegen Verkantung und Verdrehung in der zugeordneten Ausnehmung im Rotor 4 gesichert.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß die Steuerscheiben mit einer bestimmten Beschichtung versehen sind, welche bevorzugt als Al²O³TiO² 87/13 besteht. Der Grundwerkstoff der Steuerscheibe ist hierbei Aluminium, Messing, V²A und dgl. Als Haftgrund, der zwischen der Pulverbeschichtung und dem Grundmaterial liegt, wird eine 40%-ige Titan, 60%-ige Chromoxidschicht sein, welche als Haftvermittler dient.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse (Antriebsmotor)

2

Pumpengehäuse

3

Ein- und Auslaßgehäuse

4

Rotor

5

Rotorachse

6

Welle (Antriebsmotor)

7

Keilnut

8

Steuerfläche

9

Bohrung (Ein-Auslaß)

10

Ansaugöffnung

11

Kugellager

12

Druckbüchse

13

Drehachse (verstellbar)

14

Druckkammer

15

Druckkammer

16

O-Ring

17

O-Ring

18

Einlaß-Bohrung

19

Pfeilrichtung

20

Steuerfläche

21

Steuerscheibe

22

Feder

23

O-Ring

24

Ringraum (Einlaß)

25

Auslaß-Bohrung

26

Pfeilrichtung

27

Ringspalt

28

Einlaßkanal

29

Auslaßkanal

30

Rotorsteuerscheibe

31

Membran

32

O-Ring

33

Stützring

34

Keil

35

Ringnut

36

Nut

37

Druckstück

38

Feder

39

Verbindungskanal

40

Bohrung

41

Feder

42

Kolben

43

O-Ring

44

O-Ring

45

Steuerbohrung

46

Bohrung

47

Stift

48

Kolben

49

Feder

50

Dichtring

51

Stützfläche

52

Bohrung

Claims (6)

1. Pumpe zum Pumpen von insbesondere flüssigen Medien bis in einen hohen Druckbereich, wobei ein Pumpengehäuse (2) vorgesehen ist, in welches zentrisch die Welle (6) eines Antriebsmotors eingreift und hierbei die Welle (6) drehfest mit einem Rotor (4) verbunden ist, wobei im Gehäuse (2) Ein- und Auslaßbohrungen (18, 25) gebildet sind, welche mit in einer ortsfesten Steuerscheibe (21) befindlichen Ein- und Auslaßkanälen (28, 29) verbunden sind, welche über Bohrungen (9, 10) in einer drehenden Rotorsteuerscheibe (30) des Rotors (4) mit Druckkammern (14, 15) verbindbar sind, wobei auf dem Rotor (4) exzentrisch eine als Hubring wirkende und drehbar im Gehäuse (2) gelagerte, an ihrem Umfang druckdichte, Druckbüchse (12) aufgenommen ist, und zwischen Rotor (4) und Druckbüchse (12) elastische Elemente (16, 17) vorgesehen sind, und jeweils eine der Druckkammern (14, 15) zwischen dem Rotor (4), der Druckbüchse (12) und innerhalb des jeweiligen elastischen Elementes (16, 17) definiert wird.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (4) an seiner Stirnseite eine Steuerfläche (8) aufweist, in welcher die Bohrungen (9, 10) eingebracht sind, welche Bohrungen (9, 10) im wesentlichen gleiche Durchmesser besitzen und auf dem gleichen Teilkreis angeordnet sind.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (9, 10) in der Steuerfläche (8) des Rotors (4) mit den Ein- und Auslaßkanälen (28, 29) der ortsfesten Steuerscheibe (21) während der Drehbewegung korrespondieren.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß stirnseitig zwischen der Steuerscheibe (21) und der Rotorsteuerscheibe (30) Dichtungen ausgebildet sind.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen zwischen der Steuerscheibe (21) und der Rotorsteuerscheibe (30) im äußeren Drehbereich angeordnet sind.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein abgedichteter Ringspalt (27) zwischen Steuerscheibe (21) und Ein- und Auslaßgehäuse (3) gebildet ist, wobei die Steuerscheibe (21) über Federn (22) und O-Ringe (23) federnd gelagert ist.