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Die Erfindung betrifft umschaltbare
Einwege-Innenzahnradpumpen der Art, wie sie beispiels in US-A-2373368
beschrieben sind. Diese Pumpen weisen einen Rotor mit
Außenlappen auf, der mit einem auf seiner Innenseite
mit Lappen versehenen Ring zusammenwirkt, der eine
größere Anzahl von Lappen aufweist, um auf diese Weise
eine Anzahl von Arbeitskammern zwischen
aneinandergrenzenden Lappenpaaren des Rotors und aneinandergrenzenden
Lappenpaaren des Ringes zu bilden. Diese Kammern
vergrößern sich während der Drehbewegung, wenn sie über
einen Einlaß-Anschluß gleiten, und verkleinern sich,
wenn sie über einen Auslaß-Anschluß gleiten, und auf
diese Weise wird Fluid in die Kammern gesaugt und
später aus ihnen während der Drehbewegung ausgestoßen.
Sofern die Drehrichtung der Pumpe umgekehrt wird, wird
der Einlaß zum Auslaß und umgekehrt. Es ist jedoch
möglich, dies zu vermeiden und das Einsaugen durch den
gleichen Einlaß und das Ausstoßen durch den gleichen
Auslaß fortzusetzen, indem die Exzentritizät des Rotors
sowie des Rings längs einer Linie verschoben wird, die
aus praktischen Gründen die Rotationsachsen des Rotors
und des Rings enthalten kann und sich zwischen den
jeweiligen Einlaß- und Auslaß-Anschlüssen erstreckt, die
symmetrisch zu dieser Linie angeordnet sind. Der Ring
ist im Pumpengehäuse angeordnet, der groß genug ist, um
dem Ring ausreichend Raum zu geben, körperlich sich
längs dieser Linie zu bewegen und sich dadurch
automatisch in Abhängigkeit vom Druck in der Pumpe zu
versetzen. Die innere Gestalt des Pumpengehäuses ist
kompliziert, um zwei alternative teilzylindrische Hohlräume
zu schaffen, was die Herstellung verteuert. Weiterhin
füllen sich die Pumpengehäuse in der Praxis mit dem
gepumpten Fluid und dieses Fluid, das teilweise den Ring
umgibt, neigt dazu, die Bewegung zu behindern, so daß
die automatische Bedienung unsicher ist.
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Eine verbesserte Anordnung ist aus EP-A-0 141 503
bekannt, die einen umschaltbaren
Einwege-Innenzahnradmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die
Einrichtung für das Versetzen enthält einen Trägerring, der
schwenkbeweglich an einem Zapfen gelagert ist, so daß
er im wesentlichen in der Richtung der Länge dieser
Linie schwenken kann. Der Trägerring ist auf seiner
Außenseite nicht kreisförmig, so daß in der Tat etwa die
Hälfte seiner Außenfläche die innere Oberfläche eines
zylindrischen Hohlraums der Pumpe berührt, wenn der
Trägerring in der Position steht, in der in einer
Drehrichtung des Rotors gepumpt wird, und so die
gegenüberliegende Hälfte der Außenfläche des Trägerrings im
wesentlichen die andere Hälfte des Hohlraums berührt,
wenn der Trägerring in der anderen Position steht, in
der in der gegensätzlichen Drehrichtung des Rotors
gepumpt wird. Die Innenfläche des Trägerrings, die den
Ring trägt und positioniert, ist in ähnlicher Weise
nicht kreisförmig und dies erlaubt es dem Ring, im
Trägerring und längs einer Achse sich zu bewegen, die im
wesentlichen rechtwinkelig zur besagten Linie während
der Bewegung verläuft. Die Bewegung des Rings aus der
einen in die andere Position erfolgt auf Grund der
innerhalb der Kammern erzeugten Fluiddruckwerte
automatisch. Diese Druckwerte führen dazu, daß der Ring vom
einen Ende zum anderen Ende des Trägerrings versetzt
wird und gleichfalls dazu, den Trägerring von der einen
Seite zur anderen Seite des Pumpenhohlraums zu
schwenken.
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Es wurde jedoch festgestellt, daß unter bestimmten
Umständen sogar die verbesserte Pumpe gemäß EP 0 141 503
versagt, d. h. daß die automatische Umschaltbewegung
nicht erfolgt. Weiterhin ist, während das Gehäuse auf
der Innenseite zylindrisch gestaltet ist, der
Trägerring in der Herstellung teuer, da er weder auf der
Innenseite noch auf der Außenseite kreisförmig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, diese Probleme zu
lösen.
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Gemäß Anspruch 1 der Erfindung enthält eine
umschaltbare Einwege-Innenzahnradpumpe einen inneren Rotor mit
Außenzähnen innerhalb eines mit Innenlappen versehenen
Rings, der mit dem inneren Rotor in Verzahnungseingriff
steht und sich um eine Achse dreht, die gegenüber der
Rotorachse exzentrisch angeordnet ist, wobei der Ring
in einem Umkehrring oder Träger angeordnet ist, der
seinerseits im Gehäuse der Pumpe angeordnet ist, und
wobei die Achse des Rings zwischen zwei
Bedienungspositionen beweglich ist, wobei in einer dieser Positionen
Flüssigkeit in einer vorbestimmten Richtung während der
Drehbewegung des Rotors und des Rings in einer Richtung
gepumpt wird und wobei in der zweiten dieser Positionen
Flüssigkeit in der gleichen Richtung während der
umgekehrten Drehbewegung des Rotors und des Rings gepumpt
wird, wobei der Umkehrring oder Träger auf seiner
Außenseite entsprechend dem Gehäuse der Pumpe geformt
ist, so daß er innerhalb des Gehäuses der Pumpe um
einen Zapfen schwenken kann und auf diese Weise den
Ring aus der einen Bedienungsposition translatorisch in
die andere bewegt und sich dadurch von der einen Seite
des Gehäuses zur anderen Seite des Gehäuses bewegt,
dadurch gekennzeichnet, daß sich der Träger frei in einer
Richtung bewegen kann, die rechtwinkelig zu einer Linie
verläuft, die die Achse des Rings in den zwei
Positionen trifft, wobei der Zapfen einen länglichen Schlitz
enthält, der mit einem Schwenkzapfen zusammenwirkt, und
wobei der Ring auf seiner Außenseite zylindrisch ist
und in einem auf seiner Innenseite zylindrischen
Bohrloch im Träger gelagert ist.
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Der wesentliche Unterschied zwischen der vorliegenden
Erfindung und der EP ist somit, daß sich nach dem Stand
der Technik der Ring gegenüber dem Träger bewegte und
nunmehr der Ring sich nicht gegenüber dem Träger
bewegt. Der Träger kann somit auf seiner Innenseite
kreisförmig sein und auf seiner Außenseite im
wesentlichen kreisförmig.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten
Zeichen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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Fig. 1 eine Schemadarstellung der erfindungsgemäßen
Pumpe in einer Anordnung zur Drehbewegung im
Uhrzeigersinn;
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Fig. 2 die gleiche Pumpe, die in eine Position zur
Drehbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn
geführt wurde; und
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Fig. 3 die gleiche Pumpe in einer Zwischenstellung.
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In der Zeichnung zeigt insbesondere Fig. 1 die Pumpe,
enthaltend ein Gehäuse 10, das einen Hohlraum aufweist,
der durch eine zylindrische innere Oberfläche 12
gebildet wird, die sich zwischen den flachen, zur
Zylinderachse rechtwinkelig stehenden Stirnenden erstreckt. Das
Pumpengehäuse ist mit zwei Anschlüssen 14, 16 versehen,
die zu einer Linie 18 symmetrisch angeordnet sind. Die
Pumpe ist ferner mit einem Drehzapfen 20 versehen, der
am Gehäuse befestigt ist.
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Der Trägerring oder Umkehrring 22 enthält einen
länglichen Schlitz 24, der mit dem Zapfen 20 in Eingriff
kommt. Es wird gewürdigt werden, daß der Schlitz und
der Zapfen umgedreht werden können, d. h. daß der Zapfen
auf dem Ring und der Schlitz im Gehäuse vorgesehen sein
kann, doch wird die dargestellte Anordnung bevorzugt.
Der Trägerring ist außenseitig so gestaltet, daß er -
was nachfolgend näher erläutert wird - in einer in
Fig. 1 dargestellten Position ruhen kann und in Kontakt
mit der Kammerwand in den Zonen 26 in unmittelbarer
Nähe zum Schlitz 24 sowie einem winkelig dazu stehenden
Bereich 29 treten kann.
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Die innere Gestalt des Trägerrings 22 ist im Bereich 30
zylindrisch ausgebildet und die Zylinderachse in Fig. 1
verläuft durch den Schnittpunkt zwischen der Achse 18
und einer zweiten Achse 34, die im wesentlichen
rechtwinklig zur Achse 18 steht und sich mit der Achse des
Zapfens 20 schneidet.
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Der Ring 36 ist außen zylindrisch, so daß er im
Trägerring nur mit dem notwendigen Rotationsspiel gelagert
werden kann. Auf der Innenseite ist der Ring in dieser
Darstellung mit sechs Zähnen oder Lappen versehen.
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Innerhalb des Ringes ist der Rotor 40 vorgesehen, der
ähnlich gelappt ist, jedoch weniger Zähne aufweist:
üblicherweise einen weniger; im dargestellten
Ausführungsbeispiel sind fünf Lappen oder Zähne am Rotor
vorgesehen. Der Rotor wird durch eine Welle um eine Achse
angetrieben, die die Zylinderachse der Hohlraumwand 12
sein kann, wobei diese Achse mit der Bezugsziffer 42
bezeichnet wird und durch den Schnittpunkt zwischen der
Linie 44 und der Achse 18 verläuft. Die Achse 44 steht
genau rechtwinklig zu der Linie 18 und schneidet den
Zapfen 20.
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Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Anschluß 16 ein
Einlaß-Anschluß und der Anschluß 14 ein Auslaß-Anschluß
ist: Dies ergibt sich daraus, daß die Serie von
Kammern, die zwischen aufeinanderfolgenden Lappen gebildet
werden, die über die Anschlüsse während der
Drehbewegung im Uhrzeigersinn wandern, in dem Maße größenmäßig
zunehmen, in dem sie über den Anschluß 16 wandern und
in dem Maße größenmäßig abnehmen, in dem sie über den
Anschluß 14 wandern. Das Fluid wird somit beim Anschluß
16 eingeleitet oder eingesaugt und beim Anschluß 14
ausgestoßen. Die Zone maximalen Drucks in der Pumpe
liegt in den Kammern vor, die im wesentlichen mit den
Bereichen 26 und 28 in einer geraden Linie liegen, wo
der Träger die Kammerwand berührt. Eine Reaktion zum
Druck wird durch den Rotor geleistet, der auf einer
feststehenden Achse läuft, ferner durch den Ringträger,
der auf das Pumpengehäuse an einem Punkt übertragen
wird, an dem der Träger und das Gehäuse miteinander in
Berührung kommen. Während die Rotationsrichtung die in
Fig. 1 dargestellte ist, werden somit die Teile durch
den erzeugten Druck fest in der in Fig. 1 gezeigten
Position gehalten.
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Sobald die Rotationsrichtung umgekehrt wird, werden der
Anschluß 16 ein Auslaß-Anschluß und der Anschluß 14 ein
Einlaß-Anschluß, während die Teile in der in Fig. 1
gezeigten Position verbleiben, da die über den Anschluß
16 drehenden Kammern verkleinert werden und somit das
in ihnen enthaltene Fluid ausgestoßen wird und
umgekehrt hinsichtlich der Einlaß-Anschlüsse. Der größte
Druck tritt in Kammern auf, die zwischen dem Rotor und
dem Ring und somit dem Trägerring an einem Punkt
angeordnet sind, an dem sich der Träger frei bewegen kann.
Folglich versetzt der erzeugte Druck den Träger in die
in Fig. 3 gezeigte Position, was eine Bewegung des
Schlitzes 24 über den Zapfen 20 mit sich führt, und
anschließlich in die in Fig. 2 dargestellte Position.
Während die Teile durch die in Fig. 3 gezeigte Position
wandern, werden der Einlaß und der Auslaß automatisch
umgekehrt, da sich die Kammern in der in Fig. 3
dargestellten Position über die beiden Anschlüsse gleitend
zuerst verkleinern und dann vergrößern, während sie mit
dem gleichen Anschluß fluchten. Der "Auslaß"-Anschluß
fördert somit ein kleineres Volumen von ausgestoßenem
Fluid, wenn sich die Teile der Position gemäß Fig. 3
nähern, und gleichermaßen leitet der Einlaß-Anschluß eine
kleinere Menge von eingeführtem Fluid, wenn die
Position gemäß Fig. 3 nähertritt. Sobald die Position gemäß
Fig. 2 nähertritt, wird das Gegenteil erzielt, da die
Kammern erneut größer sind, wenn sie über einen
Anschluß gleiten, in diesem Fall Anschluß 14, der auf
diese Weise zum Einlaß wird, und kleiner sind, wenn sie
über den zweiten Anschluß 16 gleiten, der zum Auslaß
wird. Der Träger und das Gehäuse stoßen in den
Bereichen 29 und 60 gegeneinander (vgl. Fig. 2), um die
Reaktionsoberfläche zu schaffen, so daß die Teile in der in
Fig. 2 gezeigten Position so lange gehalten werden, als
die Drehbewegung im Gegenuhrzeigersinn anhält.
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Es ist möglich, daß der Vorteil der vorliegenden
Erfindung auf die unterschiedliche Anordnung der Hohlräume
oder Raumabschnitte in der Pumpe zurückzuführen ist,
die für das Funktionieren der Pumpe unwichtig sind, die
jedoch für die Umkehrfunktion verwendet werden. In der
beschriebenen, erfindungsgemäßen Pumpe ist daher
zwischen der Außenseite des Trägerrings sowie der
Innenseite des Pumpengehäuse, jedoch an keiner anderen
Stelle, abgesehen von den Arbeitskammern der Pumpe zur
Förderung des gepumpten Fluids, ein Zwischenraum. Nach
dem Stand der Technik gemäß EP-A-0 141 503 wird es
jedoch Anerkennung finden, daß ein Zwischenraum zwischen
dem Ring und dem Trägerring vorgesehen war, der eine
Bewegung des Trägerrings in der Richtung erlaubt (die
im Fall der vorliegenden Pumpe die der Achse 44 ist).
Die Arbeitskammern der Pumpe werden wirksam durch die
Stirnenden oder seitlichen Backen der Pumpe gebildet
und geschlossen. Es ist eine notwendige Arbeitstoleranz
vorgesehen, die ein Potential für einen Fluidfluß von
der Zone hohen Drucks der Pumpe zu einer Zone niederen
Drucks schafft. Die Länge dieses Leckwegs erstreckt
sich längs eines Radius von der Rotorachse über die
Entfernung zwischen den Lappen, die die Kammern hohen
Drucks sowie den Außenumfang des Rings bilden. In Fig. 1
ist dieser potentielle Leckweg von einer Länge w, die
an zwei Punkten in Fig. 1 angedeutet ist. Das Fluid, das
jedoch über die Länge w abgeflossen ist, hat keinen
wesentlichen Hohlraum erreicht, sondern nur die Toleranz,
die für die Drehbewegung des Rings im Träger nötig ist,
was unbedeutend ist. Das abgeflossene Fluid, das den
Hohlraum 62 in der Pumpe erreichen soll, muß nämlich
über eine Entfernung fließen, die der Weite des
Trägerrings bei w2 entspricht. Dies ist eine beachtliche
Entfernung. Demgegenüber mußte nach dem Stand der Technik
das Fluid nur über die Entfernung w (nicht aber w2)
abfließen, bevor es den Hohlraum zwischen dem Ring und
dem Innenumfang des Ringes erreicht. Dieser Hohlraum
konnte sich somit mit Fluid hohem Drucks füllen, was
die Translationsbewegung des Ringes im Trägerring
verhindern konnte. Dies wird vollständig bei der
vorliegenden Erfindung verhindert. Im Fall des Leckens bei
der vorliegenden Erfindung, so daß sich der Hohlraum 62
füllt, wird vielmehr nicht die Bewegung des Trägers im
Pumpengehäuse in ähnlicher Weise behindert, da, was
sich bei der Betrachtung der Zeichnung ergibt, der
Träger dem Fluid über mehr als die Hälfte seines Umfangs
ausgesetzt ist und somit eine Bewegung allein dadurch
möglich ist, daß das Fluid durch großzügig bemessene
Spalten verlagert wird. Im Gegensatz hierzu war nach
dem Stand der Technik der Ring auf Paßsitz im Träger
über die Hälfte seines Umfangs gelagert und, sofern der
Hohlraum über die andere Hälfte mit Fluid beladen war,
so war es für dieses Fluid schwer, sich über die Hälfte
des Umfangs des Rings zu verlagern.