EP1292769B1

EP1292769B1 - Pumpe

Info

Publication number: EP1292769B1
Application number: EP01940549A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Reuter
Original assignee: ixetic Bad Homburg GmbH
Current assignee: ixetic Bad Homburg GmbH
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: ES2283416T3; DE10027812A1; DE10192360D2; EP1292769A1; DE50112376D1; WO2001094787A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem Gehäuse, das eine Ausnehmung aufweist, in der eine Pumpeneinheit angeordnet ist, die eine von einem Pumpenkammerring und zumindest einer auf dem Pumpenkammerring liegenden Druckplatte gebildete Pumpenkammer und ein drehantreibbares Pumpenelement besitzt, das in der Pumpenkammer angeordnet ist, einem die Ausnehmung verschließenden, am Gehäuse befestigten Gehäusedeckel und mit einem von der Ausnehmung und der Druckplatte begrenzten Druckraum.
Pumpen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie weisen ein Gehäuse auf, in dem eine Ausnehmung ausgebildet ist. In diese Ausnehmung wird eine Pumpeneinheit eingesetzt. Diese Pumpeneinheit besitzt eine Pumpenkammer, die von einem Pumpenkammerring und zumindest einer auf dem Pumpenkammerring liegenden Druckplatte gebildet wird. Es können auch zwei Druckplatten vorgesehen sein. Die Pumpeneinheit umfasst ferner ein drehantreibbares Pumpenelement, das in der Pumpenkammer angeordnet ist. Die Ausnehmung in dem Gehäuse wird von einem Gehäusedeckel verschlossen. Bei einer bekannten Pumpe (US 2765745) ist eine der Druckplatten einstückig mit dem Gehäusedeckel ausgebildet und wird von dem Gehäusedeckel an den Pumpenkammerring gedrängt. Au-ßerdem besitzt die Pumpe einen Druckraum, der von der anderen Druckplatte und der Ausnehmung oder direkt von der Wand der Ausnehmung begrenzt wird. Im Betrieb der Pumpe befindet sich in dem Druckraum unter Druck das von dem drehangetriebenen Pumpenelement geförderte Medium. Dieses drückt auf die Druckplatte, die diese Kraft wiederum an den Pumpenkammerring überträgt, der somit die andere Druckplatte radial außen mit einer axial wirkenden Kraft beaufschlagt, die diese Druckplatte und den Gehäusedeckel verformt. Außerdem wirkt der Druck innerhalb des Pumpenelements derart, dass Druckplatte und Deckel nach außen gewölbt werden. Dabei entsteht zwischen dem drehangetriebenen Pumpenelement und der deckelseitigen Druckplatte ein Leckagespalt, der sich ungünstig auf den volumetrischen Wirkungsgrad der Pumpe auswirkt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Pumpe anzugeben, die einfach herstellbar ist und sich dennoch durch einen guten volumetrischen Wirkungsgrad auszeichnet.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Pumpe, die ein Gehäuse umfasst, in dem eine Ausnehmung ausgebildet ist. In der Ausnehmung ist eine Pumpeneinheit angeordnet, die eine von einem Pumpenkammerring und zumindest einer auf dem Pumpenkammerring liegenden Druckplatte gebildete Pumpenkammer besitzt. Ferner besitzt die Pumpeneinheit ein drehantreibbares Pumpenelement, das in der Pumpenkammer angeordnet ist. Die Pumpe umfasst ferner einen die Ausnehmung verschließenden Gehäusedeckel und einen Druckraum, der zumindest bereichsweise von der Ausnehmung begrenzt wird. Es ist vorgesehen, dass der Gehäusedeckel und die deckelseitige Druckplatte einstückig ausgebildet sind. Die Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen Gehäusedeckel und Druckplatte ein mehr oder weniger dickes Distanzstück ausgebildet ist und, dass zwischen Gehäusedeckel und dieser Druckplatte zumindest eine zumindest bereichsweise umlaufende zum Druckplattenrand hin offene Tasche oder ein zumindest bereichsweise umlaufender Hohlraum ausgebildet ist. Im Betrieb der erfindungsgemäßen Pumpe greifen die von der Druckplatte über den Pumpenkammerring auf die deckelseitige Druckplatte wirkenden axialen Druckkräfte auf einem grö-ßeren Durchmesser an als die entgegengesetzt wirkenden vom Deckel auf die Druckplatte angreifenden Kräfte, die über den Deckel an die einstückig mit ihm ausgebildete Druckplatte übertragen werden. Dadurch biegt sich die am Deckel ausgebildete Druckplatte in Richtung der Pumpeneinheit durch und verringert dadurch den Leckagespalt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Tiefe der Tasche oder des Hohlraums etwa genau so groß wie die Stärke des Pumpenkammerringes. Dadurch wirkt für die Kraftübertragung zwischen Pumpenkammerring und der gehäusedeckelseitigen Druckplatte die Berührfläche oder -kante beziehungsweise der Hebelarm des Pumpenkammerringes im Taschen- oder Hohlraumbereich, so dass die Durchbiegung der Druckplatte entsprechend groß ist. Daraus wird klar, dass durch die Tiefe der Tasche/des Hohlraums die Durchbiegung der Druckplatte beeinflusst werden kann.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Taschen- beziehungsweise Hohlraumseitenwandungen etwa parallel zu der dem Pumpenkammerring zugewandten Druckplattenringfläche der Druckplatte ausgebildet. Eine derartige Tasche ist leicht herstellbar.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Tiefe der Tasche beziehungsweise des Hohlraums konstant. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Tiefe der Tasche beziehungsweise des Hohlraums in Umfangsrichtung variieren, wodurch eine Anpassung beziehungsweise Beeinflussung der Durchbiegung in Abhängigkeit der Anzahl der Druckbereiche der Pumpeneinheit möglich ist.
Bei druckloser Pumpe ist die dem Pumpenelement zugewandte Druckplattenkreisfläche der mit dem Gehäusedeckel einstückig ausgebildeten Druckplatte eben ausgebildet. Ebene Flächen lassen sich in der Fertigung besonders leicht herstellen.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass im Stillstand der Pumpe beziehungsweise bei druckloser Pumpe die Druckplattenringfläche und die Druckplattenkreisfläche in einer Ebene liegen. Somit wird die gesamte der Pumpeneinheit zugewandte Druckplattenfläche eben ausgebildet, so dass die Herstellung des Gehäusedeckels mit der einstückigen Druckplatte besonders kostengünstig ausgeführt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: einen Querschnitt durch eine stark vereinfacht wiedergegebene Pumpe mit einem Gehäusedeckel nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2: einen einstückig mit einer Druckplatte ausgebildeten Gehäusedeckel der Pumpe nach Figur 1 und
Figur 3: einen Querschnitt durch eine stark vereinfacht wiedergegebene Pumpe mit einem Gehäusedeckel nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Der im Folgenden beschriebene erfindungsgemäße Gehäusedeckel mit der Druckplatte lässt sich für Flügelzellen-, Sperrflügel- und Rollenzellenpumpen verwenden, bei denen das drehantreibbare Pumpenelement durch einen Rotor gebildet wird, in dem -je nach Pumpenart- Flügel oder Rollen eingesetzt sind oder der als Konturelement realisiert ist. Denkbar wäre es jedoch auch, den erfindungsgemäßen Gehäusedeckel bei einer Zahnradpumpe zu verwenden. Derartige Pumpen beziehungsweise deren Funktion sind an sich bekannt, so dass im Folgenden die genaue Ausgestaltung des drehantreibbaren Pumpenelements nicht näher beschrieben ist.
Figur 1 zeigt stark vereinfacht eine Pumpe 1 im Querschnitt, die ein Gehäuse 2 umfasst. In dem Gehäuse 2 ist eine Ausnehmung 3 ausgebildet, die von einem Gehäusedeckel 4 verschlossen wird. Der Gehäusedeckel 4 ist über Befestigungsmittel 5, beispielsweise Schrauben, fest mit dem Gehäuse 2 verbunden.
In der Ausnehmung 3 ist eine Pumpeneinheit 6 angeordnet, die eine Pumpenkammer 7 besitzt, die von einem Pumpenkammerring 8 und zwei auf dessen Ringflächen 9 und 10 aufliegenden Druckplatten 11 und 12 gebildet wird. Anstelle der Druckplatte 11 kann die Pumpenkammer 7 an ihrer einen Seite auch vom Grund 13 der Ausnehmung 3 verschlossen werden. Eine der Druckplatten 11 liegt benachbart zu dem Grund 13 der Ausnehmung 3. Zwischen dieser Druckplatte 11 und dem Grund 13 liegt ein Druckraum 14 der Pumpe 1.
In den Druckraum 14, der eine Verbindung zu einem hier nicht dargestellten pumpenseitigen Verbraucheranschluss aufweist, wird ein von einem drehantreibbaren Pumpenelement 15 gefördertes Medium eingebracht. Bei dem drehantreibbaren Pumpenelement 15 handelt es sich um den vorstehend erwähnten Rotor einer Flügelzellen-, Sperrflügel- oder Rollenzellenpumpe beziehungsweise um ein Zahnrad einer Zahnradpumpe. Dieses Pumpenelement 15 ist über eine hier nicht dargestellte Antriebswelle, die im Gehäuse 2 gelagert ist, drehangetrieben. Zwischen dem in der Pumpenkammer 7 angeordneten Pumpenelement 15 und der dem Druckraum 14 abgewandten deckelseitigen Druckplatte 12 ist ein sogenannter Leckagespalt 16 ausgebildet, der bei der erfindungsgemäßen Pumpe jedoch im wesentlichen nur im Stillstand der Pumpe 1 vorliegt.
Der Gehäusedeckel 4 und die Druckplatte 12 sind einstückig ausgebildet, wobei der Durchmesser des Gehäusedeckels 4 größer ist als der der Druckplatte 12. Mit seinem radial außenliegenden Randbereich 17 liegt der Gehäusedeckel 4 auf dem Gehäuserand auf. In diesem Randbereich 17 sind Durchbrüche 18 ausgebildet, durch die die Befestigungsmittel 5 greifen. In das einstückige Bauteil aus Gehäusedeckel 4 und Druckplatte 12 ist eine umlaufende Tasche 19 eingebracht, die zum Druckplattenrand 20 hin offen ausgebildet ist. Die Taschenseitenwandungen 21 und 22 verlaufen im wesentlichen parallel zu einer dem Pumpenkammerring 8 zugewandten Druckplattenringfläche 23 der Druckplatte 12. Die Druckplattenringfläche 23 liegt auf der Ringfläche 10 des Pumpenkammerrings auf. Im Ausführungsbeispiel ist die Tiefe T der umlaufenden Tasche 19 etwas größer als die Stärke S des Pumpenkammerrings 8. Die Tiefe T der Tasche ist im gezeigten Ausführungsbeispiel konstant. Es wird jedoch klar, dass die Tiefe T der Tasche in Umlaufrichtung beziehungsweise Umfangsrichtung auch variieren kann, insbesondere dann, wenn die Pumpe mehr als einen Druckbereich aufweist, wie dies bei den vorstehend erwähnten Pumpenarten häufig der Fall ist oder wenn der Pumpenkammerring 8 nicht vollständig kreisförmig ist. Insbesondere bei Flügelzellen-, Sperrflügel- und Rollenzellenpumpen können zumindest zwei Saug- und zwei Druckbereiche ausgebildet sein. Der beziehungsweise die Druckbereiche stehen mit dem Druckraum 14 in Fluidverbindung, so dass dieser mit dem Druck des geförderten Mediums beaufschlagt ist.
Figur 1 zeigt noch, dass die dem drehangetriebenen Pumpenelement 15 zugewandte Druckplattenkreisfläche 26 der deckelseitigen Druckplatte 12 im wesentlichen eben ausgebildet ist. Es wird also klar, dass sowohl die Druckplattenringfläche 23 und die Druckplattenkreisfläche 26 in einer Ebene liegen, also im wesentlichen eben hergestellt sind. "Im wesentlichen" bedeutet, dass in der Druckplattenkreisfläche 26 unter anderem sogenannte Druck- und Saugausnehmungen vorhanden sein können, die im übrigen auch an der dem Pumpenelement 15 zugewandten Fläche an der Druckplatte 11 ausbildbar sind.
Je nach Breite B der Tasche 19 wird zwischen Gehäusedeckel 4 und Druckplatte 12 ein mehr oder weniger dickes Distanzstück 27 ausgebildet, dessen Querschnitt geringer als der des Gehäusedeckels 4 und der Druckplatte 12 ist. Somit ist eine Übertragung einer Stützkraft (Doppelpfeile 28) von dem Gehäusedeckel 4 über das Distanz- oder Zwischenstück 27 zu der Druckplatte 12 lediglich in einem Kraftübertragungsbereich K möglich, der dem Durchbruch 29 des Pumpenkammerrings 8 gegenüber liegt.
Im Betrieb der Pumpe ist der Druckraum 14 mit dem Druck des geförderten Mediums beaufschlagt. Somit wirken auf die Druckplatte 11 Kräfte, die diese Druckplatte 11 von dem Grund 13 der Ausnehmung 3 wegdrängen würden. Diese Kräfte (Pfeil 31) werden von der Druckplatte 11 über eine im wesentlichen kreisförmige Ringfläche 30 auf die Ringfläche 9 an dem Pumpenkammerring 8 übertragen. Der Pumpenkammerring 8 wiederum überträgt über seine Ringfläche 10 diese Kräfte (Pfeile 31) auf die Druckplattenringfläche 23 an der Druckplatte 12. Es wird klar, dass die Berührfläche zwischen Ring 8 und Druckplatte 11 beziehungsweise 12 nicht zwingend kreisförmig sein muss. Sie kann auch ellipsenförmig sein. Außerdem können zwischen Druckplatte 11 beziehungsweise 12 und Ring 8 im Bereich ihrer Berührflächen Ausnehmungen vorliegen, die beispielsweise den Sauganschluss bilden können. Diese Kräfte 31 wirken auf einem größeren Durchmesserbereich als die Kräfte 28 im Stützkraftübertragungsbereich K von dem Gehäusedeckel 4 zur Druckplatte 12.
In Figur 2 ist die aus den Kräften 31 und 28 sowie den Kräften aus der Pumpenkammer 7 resultierende Verformung des Gehäusedeckels 4 und der Druckplatte 12 sehr stark übertrieben dargestellt. Es wird deutlich, dass die Druckplatte 12 an ihrer Druckplattenkreisfläche 26 eine Wölbung ausbildet, deren Bauch in den Leckagespalt. 16 hineinragt, so dass die Spaltbreite des Leckagespalts 16 verringert wird, wodurch sich der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe 1 erhöht. Durch die von der Druckplatte 11 und dem Pumpenkammerring 8 auf die Druckplatte 12 übertragenen Kräfte 31 wird der Deckel 4 nach außen gewölbt, da er lediglich in seinem Randbereich 17 mit den Befestigungsmitteln 5 am Gehäuse 2 befestigt ist.
Mit dem auch als Beul- oder Wippdeckel bezeichneten Gehäusedeckel 4 und der mit dem Gehäusedeckel 4 einstückig ausgebildeten Druckplatte 12 wird also ein einziges Bauteil mit zwei unterschiedlichen Biegeformen realisiert, wobei die beiden Biegeformen gegenläufig sind, also die Ausbildung eines Bauches in entgegengesetzte Richtungen erfolgt. Diese beiden Biegeformen werden jedoch mittels einer einzigen Kraftkomponente, nämlich der Kraft 31, gegen die Haltekräfte der Befestigungsmittel 5 hervorgerufen.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gehäusedeckels 4 mit einer daran einstückig ausgebildeten Druckplatte 12. Gleiche beziehungsweise gleich wirkende Teile wie in den Figuren 1 und 2 sind in Figur 3 mit denselben Bezugszeichen versehen. Bei diesem Gehäusedeckel 4 ist anstelle der Tasche 19 ein Hohlraum 19' ausgebildet, der -nicht wie die Tasche 19- randoffen ausgebildet ist. Ein derartiger Hohlraum 19' kann beispielsweise durch einen sogenannten verlorenen Kern hergestellt werden, wenn das einstückige Bauteil aus Gehäusedeckel 4 und Druckplatte 12 gegossen oder gegebenenfalls auch gesintert wird. Selbstverständlich ist klar, dass die Tiefe T des Hohlraums 19' beziehungsweise seine Breite B variabel ist, um die Durchbiegung beeinflussen zu können. Denkbar ist es auch, wie im übrigen auch bei der Tasche 19, den Hohlraum 19' in der Druckplatte 12 mehr oder weniger beabstandet zu der Fläche 10 des Pumpenkammerrings 8 anzuordnen. Außerdem kann -wie in Figur 3 dargestellt- die Druckplatte 12 die äußere Umfangsfläche des Ringes 8 überragen. Ausdrücklich wird noch darauf hingewiesen, dass die im Zusammenhang mit der Tasche 19 vorstehend erwähnten Ausgestaltungen beziehungsweise Anordnungen auch für den Hohlraum 19' gelten.
Es zeigt sich also, dass mit diesem einstückigen Bauteil aus Gehäusedeckel 4 und Druckplatte 12 eine sehr einfach und kostengünstig zu realisierende Maßnahme zur Verringerung des Leckagespalts 16 gegeben ist. Der Gehäusedeckel 4 und die Druckplatte 12 müssen also nicht besonders dick beziehungsweise steif ausgestaltet werden. Vielmehr macht sich die Erfindung eine vorgebbare elastische Materialbiegung an dem Deckel 4 und der Druckplatte zu Nutze. Die Pumpe 1 zeichnet sich somit durch einen verbesserten volumetrischen Wirkungsgrad aus.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder den Zeichnungen offenbarte Merkmalskombinationen zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruchs durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Claims

Pumpe (1) mit einem Gehäuse (2), das eine Ausnehmung (3) aufweist, in der eine Pumpeneinheit (6) angeordnet ist, die eine von einem Pumpenkammerring (8) und zumindest einer auf dem Pumpenkammerring (8) liegenden Druckplatte (12) gebildete Pumpenkammer (7) und ein drehantreibbares Pumpenelement (15) besitzt, das in der Pumpenkammer (7) angeordnet ist, einem die Ausnehmung (3) verschließenden, am Gehäuse (2) befestigten Gehäusedeckel (4), und mit einem von der Ausnehmung (3) und der Druckplatte (12) begrenzten Druckraum (14), wobei der Gehäusedeckel (4) und die Druckplatte (12) einstückig ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gehäusedeckel (4) und der Druckplatte (12) ein mehr oder weniger dickes Distanzstück (27) ausgebildet ist, dass der Querschnitt des Distanzstücks (27) geringer als der des Gehäusedeckels (4) und der Druckplatte (12) ist und dass dadurch zwischen Gehäusedeckel (4) und Druckplatte (12) mindestens eine zumindest bereichsweise umlaufende offene Tasche (19) oder ein zumindest bereichsweise umlaufender Hohlraum (19') ausgebildet sind, wobei die Tiefe der Tasche (19) oder des Hohlraums (19') etwa der Stärke des Pumpenkammerrings (8) entspricht.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen- beziehungsweise Hohlraumseitenwandtingen (21,22) etwa parallel zu der dem Pumpenkammerring (8) zugewandten Druckplattenringfläche (23) der Druckplatte (12) liegen.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Tasche (19) beziehungsweise des Hohlraums (19') konstant ist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Tasche (19) beziehungsweise des Hohlraums (19') in Umfangsrichtung variiert.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Stillstand der Pumpe (1) die dem Pumpenelement (15) zugewandte Druckplattenkreisfläche (26) eben ausgebildet ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Stillstand der Pumpe (1) die Druckplattenringfläche (23) und die Druckplattenkreisfläche (26) in einer Ebene liegen.