EP2334935A2 - Rotationspumpe - Google Patents

Rotationspumpe

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Publication number
EP2334935A2
EP2334935A2 EP09778231A EP09778231A EP2334935A2 EP 2334935 A2 EP2334935 A2 EP 2334935A2 EP 09778231 A EP09778231 A EP 09778231A EP 09778231 A EP09778231 A EP 09778231A EP 2334935 A2 EP2334935 A2 EP 2334935A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
chamber
rotor
wall
pump according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09778231A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Hüttlin
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2334935A2 publication Critical patent/EP2334935A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C18/34—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C18/344—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F04C18/3441—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • F04C18/3445—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation the vanes having the form of rollers, slippers or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
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    • F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
    • F01C21/0818—Vane tracking; control therefor
    • F01C21/0854—Vane tracking; control therefor by fluid means
    • F01C21/0863—Vane tracking; control therefor by fluid means the fluid being the working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/20—Rotors

Definitions

  • the invention relates to a pump, comprising a housing in which a rotor is arranged, which is rotatable in the housing about a rotational axis fixed to the housing, wherein the rotor has at least one recess in which at least one displacement body is accommodated, the axis of rotation when the rotor is rotating revolves while running along a housing inner wall of the housing, wherein the displacement body is radially movable in the recess between a position retracted into the recess and a position extended from the recess, wherein the housing inner wall in the circumferential direction around the axis of rotation has a region in which the Housing inner wall is spaced from an outer side of the rotor, so that in this area between the outside of the rotor and the housing inner wall, a first chamber is provided, wherein the displacement body in Circumferentially about the axis of rotation, the first chamber divided into a leading first partial chamber and a trailing second partial chamber.
  • Such a pump is generally known by its use.
  • a pump of the type mentioned is often referred to as a rotary vane pump.
  • a rotary vane pump has a usually hollow cylindrical housing, in which a rotor is arranged, which likewise usually has the shape of a cylinder.
  • the axis of rotation of the rotor is arranged eccentrically in the housing, so that the housing inner wall is spaced in a peripheral region of the rotor from the outside of the rotor.
  • the rotor contacts the housing inner wall between an inlet and outlet opening in the housing. The contact point forms the separation point between the suction and pressure chamber within the housing.
  • one or more, usually radially arranged recesses are or are incorporated in the rotor.
  • one or more displacement body which are designed in the form of rotary valves.
  • the rotary valves subdivide the chamber between the outside of the rotor and the housing inner wall into a plurality of sub-chambers.
  • the rotary valves are received radially movable in the recesses. Often they are pressed by a mounted in the bottom of the recess spring against the housing inner wall.
  • the classic rotary vane pumps are used as vacuum pumps, only a large vacuum range of 1.0 to 0.001 bar can be generated with them.
  • the corresponding achievable pressure is also limited.
  • the invention has for its object to form a pump of the type mentioned in that with the pump higher pump powers, whether as a vacuum pump or as a high-pressure pump or as a feed pump for gaseous and / or liquid media can be achieved.
  • this object is achieved with regard to the aforementioned pump in that the first sub-chamber is connected by a second channel in the rotor to a further chamber which is formed between the displacement body and an inner wall of the recess. and which, in accordance with the radial movements of the displacement body resulting from the rotation of the rotor around the axis of rotation, are alternately increased in volume, whereby an additional negative pressure is created or reduced in the further chamber and in the second partial chamber, whereby in the further chamber and in the first chamber Partial chamber creates an additional overpressure.
  • the achievable pump power is increased by not only the first chamber between the outside of the rotor and the housing inner wall is used as a suction and pressure chamber, but it is another chamber on the housing inner wall facing away from the displacement body between this and the inner wall of the recess is present, which is also used as a suction and pressure chamber, whereby the total volume of the suction and pressure chamber of the pump according to the invention over the classic rotary slide pumping is increased.
  • the displacement body moves from its retracted into the recess position in the extended position of the recess, creates a negative pressure or suction in the other chamber, and when the displacement body moves back from the extended position to the retracted position, arises in the another chamber overpressure.
  • the other chamber acts in the suction phase thus as an additional suction chamber and in the printing phase as an additional pressure chamber.
  • the further chamber is connected via at least one channel in the rotor with the first sub-chamber and the second sub-chamber, so that a corresponding pressure equalization between the two sub-chambers and the other chamber takes place depending on the suction or pressure phase.
  • the first channel and / or the second channel may be formed as holes in the rotor when this is formed as a solid body, or in the case of a hollow rotor as lines in the interior of the rotor.
  • the pump according to the invention can be used to generate a vacuum, to generate a high pressure, as a hydraulic pump, as a pump for gaseous and / or liquid media, etc.
  • the displacement body on its side facing the inner wall of the recess has a surface contour which corresponds to the inner contour of the inner wall of this recess.
  • the advantage of this measure is that the further chamber has a vanishingly small volume at completely retracted into the recess displacement body, whereby in the suction phase, a particularly high suction pressure can be generated, and in the printing phase, the medium located in the other chamber completely from the can be displaced further chamber, whereby particularly high pressures can be achieved.
  • the housing inner wall, along which the displacement body runs, has a surface contour which corresponds to the surface contour of the housing inner wall facing side of the displacement body corresponds.
  • the displacement body alone effects a sufficient sealing effect for sealing the first partial chamber from the second partial chamber without further sealing measures.
  • the displacement body is designed as a rotational body, which can rotate in the recess at least about an axis parallel to the axis of rotation.
  • This measure which is also considered without the characteristics of the plate as an independent invention, has the advantage that the friction between the displacement body and the housing inner wall is greatly reduced when running along the displacement body on the housing inner wall, because the displacement body can roll on the housing inner wall.
  • a film of the medium gas or liquid
  • the occurring in the classic rotary vane pumps, especially at high speeds of the rotor high friction forces are advantageously reduced to a minimum in this embodiment, whereby the pump according to the invention is much less wear than the classic rotary vane pumps and requires less energy for their drive.
  • the displacement body is a ball.
  • the advantage of a ball as a displacement body is that the ball can rotate in the recess to any endogenous axes, whereby a rolling of the displacement body on the housing inner wall even then is possible if the axis of rotation of the rotor is not exactly parallel to the housing center axis due to tolerances.
  • the ball is a hollow sphere.
  • the displacement body has a lower mass, which on the one hand reduces the forces acting on the displacer centrifugal forces when rotating the rotor, and also reduces the required for the operation of the pump drive energy.
  • the inner wall of the recess has the shape of a partial spherical surface.
  • the displacement body is a cylinder whose cylinder axis is parallel to the axis of rotation.
  • the displacement body is designed as a rotational body, wherein the cylinder rolls when running along the inner wall of the housing at this by rotation about the cylinder axis on the housing inner wall, which in turn greatly reduces the friction.
  • a cylinder has the further advantage that the further chamber and the first chamber can be made larger by a correspondingly long-lasting configuration of the cylinder in the direction of the cylinder axis to achieve even higher pump powers.
  • the rotor While in one embodiment of the displacement body as a ball, the rotor has a spherical basic shape, the rotor has a cylindrical basic shape in a configuration of the displacement body as a cylinder, which has the further advantage that the rotor axially in the direction of the cylinder axis of two or more sections Screwing can be assembled, whereby the introduction of the at least one first and the at least one second channel is simplified.
  • this in turn is preferably designed as a hollow cylinder, and according to a further preferred embodiment, the inner wall of the recess in the form of a partial cylinder jacket surface.
  • a first valve is arranged in the first channel, which closes the first channel when the displacement body moves from the retracted position to the extended position, and which releases the first channel, when the displacer from the extended position moved to the retracted position.
  • the first valve is used to control the pressure equalization between the other chamber and the first sub-chamber, which forms the pressure chamber during circulation of the displacement body.
  • the first valve which is then in its closed position, prevents the first partial chamber (pressure chamber) from communicating with the further chamber.
  • the first valve releases the first channel when the displacer moves from the extended position to the retracted position whereby, in the then occurring pressure phase, the further chamber communicates with the first subchamber to additionally increase the pressure in the first subchamber.
  • a second valve is preferably provided which releases the second passage when the displacer moves from the retracted position to the extended position and closes the second passage when the displacer moves from the extended position in FIG moves the retracted position.
  • the operation of the second valve is substantially inverse to the operation of the first valve and advantageously controls the communication between the further chamber and the second sub-chamber (suction chamber) in the suction phase, in which the additional chamber communicates with the second sub-chamber to produce an additional suction effect. and in the printing phase, the second valve interrupts the communication of the further chamber with the second sub-chamber.
  • first valve and / or the second valve are controlled automatically by the prevailing in the first and / or second channel on both sides of the first valve and / or on both sides of the second valve instantaneous pressures.
  • the advantage of this measure is that can be dispensed with measures of active control, such as an electromotive control of the valves, whereby the manufacturing cost of the pump and the cost of maintenance on the pump are reduced.
  • active control such as an electromotive control of the valves
  • the pressure which changes around the axis of rotation when the displacement body rotates is advantageously utilized in the first and / or second channel.
  • the first Valve opens automatically and the second valve is automatically closed.
  • the first valve has a first valve disk and a first valve seat, the first valve disk closing in the direction of the first sub-chamber against the first valve disk, wherein the first valve disk is preferably biased into its closed position.
  • the second valve preferably has a second valve disk and a second valve seat, wherein the second valve disk closes in the direction of the second partial chamber towards the first valve disk, wherein the second valve disk is preferably biased into its closed position.
  • the design of the first and / or second valve in a design with valve disk and valve seat is structurally very simple, and the bias of the first and / or second valve disk in the closed position allows advantageously and easily control of the opening and closing of the first and / or. or second valve by means of the prevailing in the first and / or second channel instantaneous pressure, as described above.
  • the first and second valves are arranged relative to each other so that their opening and closing movement are opposite to each other, which is particularly advantageous in a passive control of the valves by means of the prevailing instantaneous pressure.
  • the first valve in the first channel is arranged so that the first valve disk and the first valve seat are oriented substantially in the circumferential direction about the axis of rotation, and / or the second valve is arranged in the second channel, that the second valve plate and the second valve seat are oriented substantially in the circumferential direction about the axis of rotation.
  • This measure has the advantage that the forces acting on the two valves during rotation of the rotor in the circumferential direction about the axis of inertia acting forces the control of the two valves by means of the in the first and / or second channel prevailing instantaneous pressure additionally support. For example, these forces in the suction phase of the pump cause a safe closing of the first valve in the first channel (pressure channel).
  • a plurality of first channels and a plurality of second channels is present in the rotor.
  • This embodiment is particularly advantageous in connection with the design of the displacement body as a cylinder, because depending on the selected length of the cylinder by providing a plurality of first and second channels a sufficient pressure equalization cross section between the first sub-chamber and the second sub-chamber and the other chamber is created.
  • the pump according to the invention requires only one displacement body, even if the rotor of the pump according to the invention can be configured such that there are a plurality of displacement bodies in a plurality of recesses.
  • Figure 1 is a pump in a partially broken perspective view.
  • Fig. 2a shows a section along the line A-A in Fig. 2b) and Fig. 2b) shows a section along the line B-B in Fig. 2a);
  • Fig. 3a shows a section along the line A-A in Fig. 3b) and Fig. 3b) shows a section along the line B-B in Fig. 3a);
  • Fig. 4a shows a section along the line A-A in Fig. 4b) and Fig. 4b) shows a section along the line B-B in Fig. 4a);
  • FIG. 5a shows a section along the line AA in Fig. 5b) and Fig. 5b) shows a section along the line BB in Fig. 5a); 6 shows a further embodiment of a pump in a partially broken, perspective view;
  • Fig. 7a shows a section along the line A-A in Fig. 7b) and Fig. 7b) shows a section along the line B-B in Fig. 7a);
  • FIG. 8a shows a section along the line A-A in Fig. 8b) and Fig. 8b) shows a section along the line B-B in Fig. 8a).
  • a pump provided with the general reference numeral 10 is shown.
  • the pump 10 can be used as a vacuum pump, as a high-pressure pump, as a feed pump for gaseous and / or liquid media, etc.
  • FIGS. 2a) to 5b) show details of the pump 10 as well as various operating positions of the pump 10.
  • the pump 10 has a housing 12, which has a substantially spherical shape in the embodiment shown.
  • the housing 12 is constructed of two housing parts 14 and 16 (see Fig. 2a)) which are secured together along flanges 18 and 20, for example by screws (not shown).
  • the housing 12 has an inlet 22, through which a medium can be introduced into the housing 12, and an outlet 24, through which the medium is discharged again.
  • a rotor 26 is arranged in the housing 12 about an axis of rotation 28 in the direction of an arrow 30 in Fig. 2a) and an arrow 32 in Fig. 2b).
  • the rotor 26 in the direction of the axis of rotation 28 axial projections 34 and 36, which are rotatably mounted in the housing 12 by means of bearings 38, 40.
  • the axial extension 36 has a further extension 42, which protrudes from the housing 12 and serves as a drive shaft for the rotor 26.
  • the housing-fixed axis of rotation 28 is arranged in the housing 12 eccentrically to the housing center, as shown in Fig. 2a).
  • a housing inner wall 44 between a location 46 and a location 48 has a region in which the housing inner wall 44 is spaced from an outer side 50 of the rotor 26.
  • the medium gas or liquid
  • a first chamber 52 is thus seen in the region between the points 46 and 48 in the direction of rotation as indicated by arrow 30 about the axis of rotation 28, which is completely flooded by the medium admitted through the inlet 22 , as will be described below.
  • the outer side 50 of the rotor 26 substantially corresponds to the surface of a ball.
  • the rotor 26 has a recess 54, in which at least one, in the embodiment shown exact displacement body 56 is added.
  • the displacement body 56 is formed in the embodiment shown as a ball 58.
  • the ball 58 is a hollow sphere.
  • the ball 58 is rotatably received in the recess 54 around any endogenous axes.
  • the ball 58 is arranged radially movable in the recess 54 with respect to the axis of rotation 28.
  • the ball 58 When rotating the rotor 26 about the axis of rotation 28, the ball 58 always runs along the housing inner wall 44 of the housing 12, wherein the centrifugal forces acting on the ball 58 during rotation of the rotor 26 cause the ball 58 always abuts against the housing inner wall 44.
  • the ball 58 is movable in the recess 54 between a radially retracted position, which is shown in Fig. 2a) and b), and a maximum extended position, which is shown in Fig. 4a) and b) in the recess 54 movable.
  • the extent of the recess 54 in the direction perpendicular to the axis of rotation 28 is shown in FIG. 4a) and b) chosen so that the ball 58 is still taken in the maximum extended position with at least half a diameter in the recess 54 of the rotor 26.
  • the recess 54 in the rotor 26 is formed such that an inner wall 60 of the recess 54 facing the ball 58 corresponds to the surface contour of the ball 58, i. the inner wall 60 has the shape of a partial spherical surface.
  • the ball 58 is completely over half its circumference on the inner wall 60 of the recess 54 at.
  • the housing inner wall 44 of the housing 12, along which the ball 58 runs when rotating about the axis of rotation 28, has a surface contour which is also adapted to the surface contour of the ball 58, which here so in section according to FIG. 2b) partially circular, in particular semicircular is trained.
  • the ball 58 rotates about the axis of rotation 28, the ball 58 divides the first chamber 52 into a leading first sub-chamber 62 and a trailing second sub-chamber 64.
  • the first sub-chamber 62 forms a pressure space and the second sub-chamber 64 forms a suction space.
  • the first sub-chamber 62 and the second sub-chamber 64 change in circulation of the ball 58 along the housing inner wall 44 correspondingly relative to each other in terms of their volumes.
  • a further chamber 66 is formed, which is circulating around the ball 58 about the rotation axis 28 due to the radial movement of the ball 58 between its retracted into the recess 54 and position Recess 54 extended position in the volume periodically increased and decreased.
  • the ball 58 always seals the further chamber 66 against the first and second sub-chambers 62, 64, i. regardless of their radial position in the recess 54th
  • a first channel 68 is present, which connects the first sub-chamber 62 with the further chamber 66, and a second channel 70, which connects the second sub-chamber 64 with the further chamber 66.
  • the further chamber 66 can thus communicate with the first sub-chamber 62 and with the second sub-chamber 64 in a pressure-compensating manner, wherein the communication of the further chamber 66 with the first sub-chamber 62 and the second sub-chamber 64 takes place substantially alternately when the ball 58 about the rotational axis 28th circulates.
  • the first channel 68 and the second channel 70 open into the further chamber 66 via a common section 71.
  • the first channel 68 and the second channel 70 are formed in the embodiment shown as bores in the rotor 26.
  • the first channel 68 and the second channel 70 open into the first sub-chamber 62 and into the second sub-chamber 64 in the immediate vicinity of the opening of the recess 54.
  • a first valve 72 and in the second channel 70, a second valve 74 is arranged in the first channel 68.
  • the first valve 72 closes the first channel 68, so that the first sub-chamber 62 does not communicate with the other chamber 66 in this state, when the ball 58 moves from the retracted position to the extended position.
  • the first valve 72 releases the first channel 68 when the ball 58 moves from the extended position to the retracted position, so that in the open position of the first valve 72, the first sub-chamber 62 communicates with the further chamber 66, whereby in the first Part chamber 62 and the other chamber 66, the same pressure prevails.
  • the second valve 74 releases the second channel 70 as the ball 58 moves from the radially retracted position to the radially extended position such that the same pressure prevails in the second subchamber 64 and the further chamber 66 and closes the second channel 70, when the ball 58 moves from the extended position to the retracted position.
  • the first valve 72 and the second valve 74 are controlled automatically by the prevailing in the first channel 68 and the second channel 70 on both sides of the first and second valves 72 and 74 instantaneous pressures.
  • the first valve 72 has a first valve disk 76 which cooperates with a first valve seat 78, the first valve disk 76 closing in the closed position of the first valve 72 in the direction of the first partial chamber 62 against the first valve seat 78.
  • the second valve 74 has a second valve disk 80 which cooperates with a second valve seat 82, the second valve disk 80 closing in the closed position of the second valve 74 in the direction of the second partial chamber 64 against the second valve seat 82.
  • Both the first valve 72 and the second valve 74 are biased by a spring 84 and 86 in their closed position.
  • the bias of the valves 72, 74 is also a parameter of the control of the valves 72, 74 in addition to the above-mentioned instantaneous pressures in the channels 68, 70.
  • the valves 72 and 74 are arranged in the first channel 68 and the second channel 70, respectively, such that the first valve disk 76 and the first valve seat 78 or the second valve disk 80 and the second valve seat 82 are oriented around the rotation axis 28 in the circumferential direction.
  • the pump 10 has a seal 88 disposed in a central web 90 of the housing 12 that separates the inlet 22 from the outlet 24.
  • the seal 88 is shown in FIG. 2b) in the plane of the rotation axis 28 is approximately semicircular and biased by a wave spring 92 radially elastically against the rotor 26, so that the seal 88 abuts the rotor 26.
  • the rotor 26 In the operating position shown in Fig. 2a) and b), the rotor 26 is in the rotational position referred to here as the O ° position with respect to the rotation axis 28. In this position, the ball 58 is maximally retracted into the recess 54, so that the volume the further chamber 66 is minimal or even zero. The ball 58 is in this position approximately at the level of the central web 90 between the inlet 22 and the outlet 24th
  • first valve 72 and the second valve 74 are both closed, because on neither of the two valves 72, 74 acts an opening force.
  • the pump 10 is shown in an operating position in which the rotor 26 has rotated about the axis of rotation 28 by slightly less than 90 ° relative to the 0 ° position in Fig. 2a) and b).
  • the ball 58 has been under constant running something on the housing inner wall 44 is moved out of the recess 54 radially, whereby the volume of the further chamber 66 has increased.
  • an additional negative pressure is created in the further chamber 66, which causes the second valve 74 to open.
  • an additional suction effect arises at the inlet 22, through which medium flows through the inlet 22 through the second channel 70 into the further chamber 66, as indicated by arrows 94, 96.
  • the ball 58 begins to divide about the rotation axis 28, the first chamber 52 in the first sub-chamber 62 and the second sub-chamber 64 approximately in this orbital position. This results in the first chamber 52, a pressure chamber (first sub-chamber 62) and a suction chamber (second sub-chamber 64). By investing the ball 58 on the housing inner wall 44, both sub-chambers 62, 64 are sealed from each other.
  • the first valve 72 is still closed. Due to the fact that the first valve disk 76 closes against the first valve seat 78 against the direction of rotation of the rotor 26 about the axis of rotation 28, the first valve disk 76 is further pressed against the first valve seat 78 by the inertia and under the action of the spring 84, so that the In the further chamber 66 resulting suction or negative pressure, the first valve 72 does not open.
  • the second valve disc 80 closes against the second valve seat 82 in the direction of rotation, so that due to the rotational movement of the rotor 26 about the rotation axis 28, the inertia of the first valve disc 80 against the action of the spring 86 in cooperation with the Negative pressure in the further chamber 66 lifts off from the second valve seat 82, whereby the second valve 74 is opened.
  • the rotor 26 has rotated about the axis of rotation 28 by 180 °, starting from FIGS. 2 a) and b).
  • the ball 58 is extended in this position, maximum radially out of the recess 54.
  • the volume of the others Chamber 66 is now maximum and corresponds to about half the volume of the ball 58.
  • the second valve 74 is still in its open position, while the first valve 72 is still closed.
  • the further chamber 66 is now completely filled with the medium sucked through the inlet 22.
  • the first sub-chamber 62 and the second sub-chamber 64 have approximately the same volume.
  • the rotor 26 has in Fig. 5a) and b) about a little more than 90 ° further rotated about the axis of rotation 28 (about 270 ° position, wherein on this rotation, the ball 58th
  • the volume of the further chamber 66 decreases correspondingly, so that an overpressure is created therein, which closes the second valve 74 while the first valve 72 is open Force is generated by the now high overpressure in the first sub-chamber 62 and the portion of the first channel 58 which opens into the sub-chamber 62.
  • the further chamber 66 now communicates with the first sub-chamber 62 and the medium in the further sub-chamber 66 becomes via the first channel 68 in the first sub-chamber 62 and from there through the gap between the housing inner wall 44 and the outer side 50 of the rotor 26 in the area of the location 48 in the outlet 24 is pressed.
  • the second sub-chamber 64 which has steadily increased in volume starting from FIG. 4 a) and b), continues to suck, so that further medium is admitted through the inlet 22 into the second sub-chamber 64. At the operating position in Fig. 5a) and b) then closes again the state in Fig. 2a) and b).
  • the pump 10 As a vacuum pump or as a feed pump for a gas or liquid medium, medium is continuously drawn through the inlet 22 and continuously discharged through the outlet 24.
  • an outlet valve in particular a check valve may be arranged in the outlet 24, which releases the outlet 24 only when in the first sub-chamber 62, a correspondingly high pressure is present, the valve in the Outlet 24 opens.
  • FIG. 6 shows an embodiment of a pump 110 modified from FIG. 1. Further details of the pump 110 are shown in Fig. 7a) to 8b).
  • the same reference numerals as for the pump 10, increased by 100, are used for identical or comparable parts.
  • the pump 110 has a substantially cylindrical housing 112, in which a likewise substantially cylindrical rotor 126 is arranged, which rotates about a center of the housing eccentric fixed housing axis of rotation 128 in the housing.
  • a displacement body 156 is arranged, which is designed as a cylinder 158.
  • An inner wall 160 of the recess 154 has an inner contour, which is adapted to the surface contour of the cylinder 158.
  • a housing inner wall 144, along which the cylinder 158 runs when the rotor 126 rotates, is formed with a surface contour which is adapted to the cylinder surface of the cylinder 158.
  • the housing inner wall 144 has a substantially rectangular shape in a section parallel to the rotation axis 128, and seen in the circumferential direction about the rotation axis 128, the housing inner wall 144 is substantially the surface of a cylinder.
  • the cylinder 158 is arranged in the recess 154 so that its cylinder axis 159 extends parallel to the axis of rotation 128. Like the ball 58 of the pump 10, the cylinder 158 rolls on the housing inner wall 144 when it revolves around the rotation axis 128, whereby friction losses are minimal.
  • the cylinder 158 is formed as a hollow cylinder.
  • the inner wall 160 of the recess 154 is likewise adapted to the surface contour of the cylinder 158 and has the shape of a Operazylindermantel- surface, so that the cylinder 158 in its recess in the recess 154 maximum radially retracted position on the inner wall 160 along an approximately semicircular contact line is present, as shown in Fig. 7a).
  • the housing inner wall 144 has, in the circumferential direction about the rotation axis 128, a region in which the housing inner wall 144 is spaced from an outer side 150 of the rotor 126, so that a first chamber 152 is formed in this region between the outer side 150 of the rotor 126 and the inner housing wall 144 is.
  • the first chamber 152 is divided when rotating the cylinder 158 about the axis of rotation 128 in a first sub-chamber 162 and a second sub-chamber 164, as shown in Fig. 8a) can be seen.
  • a further chamber 166 is formed, wherein the further chamber 166 with the first partial chamber 162 is connected via a first channel 168 and with the second sub-chamber 164 via a second channel 170.
  • FIG. 6 shows three first channels 168 and correspondingly also three common sections 171 of the channels 168 and 170.
  • a first valve 172 and a second valve 174 are preferably arranged in each case.
  • the operation of the first valve or valves 172 and / or the second valve 174 is identical to the operation of the first valve 72 and the second valve 74 of the pump 10.
  • Fig. 7a) and b) show the pump 110 in an operating position corresponding to the operating position of the pump 10 in Fig. 2a) and b), and Fig. 8a) and b) show the pump 110 in an operating position, the operating position the pump 10 in Fig. 4a) and b) corresponds.
  • the length of the cylinder 58 and corresponding to the rotor 126 can be chosen more or less long to achieve a corresponding pumping power.
  • the rotor 126 may be designed in several parts in the direction of the axis of rotation 128 or the cylinder axis of the cylinder 158, which in particular also simplifies the introduction of the first and second channels 168, 170.

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Abstract

Eine Pumpe (10) weist ein Gehäuse (12) auf, in dem ein Rotor (26) angeordnet ist, der in dem Gehäuse (12) um eine gehäusefeste Drehachse (28) drehbar ist, wobei der Rotor (26) zumindest eine Ausnehmung (54) aufweist, in der zumindest ein Verdrängungskörper (56) aufgenommen ist, der bei drehendem Rotor (26) um die Drehachse (28) umläuft und dabei an einer Gehäuseinnenwand (44) des Gehäuses (12) entlangläuft, wobei der Verdrängungskörper (50) in der Ausnehmung (54) zwischen einer in die Ausnehmung (54) eingefahrenen Stellung und einer aus der Ausnehmung (54) ausgefahrenen Stellung radial beweglich ist. Die Gehäuseinnenwand (44) weist in Umfangsrichtung um die Drehachse (28) gesehen einen Bereich auf, in dem die Gehäuseinnenwand (44) von einer Außenseite (50) des Rotors (26) beabstandet ist, so dass in diesem Bereich zwischen der Außenseite (50) des Rotors (26) und der Gehäuseinnenwand (44) eine erste Kammer (52) vorhanden ist, wobei der Verdrängungskörper (56) beim Umlaufen um die Drehachse (28) die erste Kammer (52) in eine vorauseilende erste Teilkammer (62) und eine nacheilende zweite Teilkammer (64) unterteilt. Die erste Teilkammer (62) ist durch einen ersten Kanal (68) und die zweite Teilkammer (64) ist durch einen zweiten Kanal (70) in dem Rotor (26) mit einer weiteren Kammer (68) verbunden, die zwischen dem Verdrängungskörper (56) und einer Innenwand (60) der Ausnehmung (54) gebildet ist, und die sich entsprechend der beim Umlaufen des Rotors (26) um die Drehachse (28) ergebenden radialen Bewegungen des Verdrängungskörpers (56) abwechselnd im Volumen vergrößert, wodurch in der weiteren Kammer (68) und in der zweiten Teilkammer (64) ein zusätzlicher Unterdruck entsteht, bzw. verkleinert, wodurch in der weiteren Kammer (66) und in der ersten Teilkammer (62) ein zusätzlicher Überdruck entsteht.

Description

Pumpe
Die Erfindung betrifft eine Pumpe, mit einem Gehäuse, in dem ein Rotor angeordnet ist, der in dem Gehäuse um eine gehäusefeste Drehachse drehbar ist, wobei der Rotor zumindest eine Ausnehmung aufweist, in der zumindest ein Verdrängungskörper aufgenommen ist, der bei drehendem Rotor die Drehachse umläuft und dabei an einer Gehäuseinnenwand des Gehäuses entlangläuft, wobei der Verdrängungskörper in der Ausnehmung zwischen einer in die Ausnehmung eingefahrenen Stellung und einer aus der Ausnehmung ausgefahrenen Stellung radial beweglich ist, wobei die Gehäuseinnenwand in Umfangsrichtung um die Drehachse gesehen einen Bereich aufweist, in dem die Gehäuseinnenwand von einer Außenseite des Rotors beabstandet ist, so dass in diesem Bereich zwischen der Außenseite des Rotors und der Gehäuseinnenwand eine erste Kammer vorhanden ist, wobei der Verdrängungskörper beim Umlaufen um die Drehachse die erste Kammer in eine vorauseilende erste Teilkammer und eine nacheilende zweite Teilkammer unterteilt.
Eine solche Pumpe ist allgemein durch ihre Verwendung bekannt.
Eine Pumpe der eingangs genannten Art wird häufig auch als Drehschieberpumpe bezeichnet. Eine Drehschieberpumpe weist ein üblicherweise hohlzylindrisches Gehäuse auf, in dem ein Rotor angeordnet ist, der ebenfalls üblicherweise die Form eines Zylinders aufweist. Die Drehachse des Rotors ist dabei exzentrisch im Gehäuse angeordnet, so dass die Gehäuseinnenwand in einem Umfangsbereich des Rotors von der Außenseite des Rotors beabstandet ist. Der Rotor berührt die Gehäuseinnenwand zwischen einer Einlass- und Auslassöffnung im Gehäuse. Die Berührstelle bildet die Trennstelle zwischen Saug- und Druckraum innerhalb des Gehäuses. Bei den klassischen Drehschieberpumpen ist bzw. sind in dem Rotor ein oder mehrere, meist radial angeordnete Ausnehmungen eingearbeitet. In der Ausnehmung bzw. in den Ausnehmungen sitzt bzw. sitzen ein oder mehrere Verdrängungskörper, die in Form von Drehschiebern ausgebildet sind. Die Drehschieber unterteilen die Kammer zwischen der Außenseite des Rotors und der Gehäuseinnenwand in mehrere Teilkammern. Die Drehschieber sind in den Ausnehmungen radial beweglich aufgenommen. Häufig werden sie durch eine im Grund der Ausnehmung angebrachte Feder gegen die Gehäuseinnenwand gedrückt.
Die als Drehschieber ausgebildeten lediglich radial beweglichen Verdrängungskörper laufen bei den herkömmlichen Drehschieberpumpen bei drehendem Rotor mit ihrem radial äußeren Ende an der Gehäuseinnenwand gleitend entlang, was insbesondere bei hohen Drehzahlen und entsprechend hohen Fliehkräften nachteiligerweise mit hoher Reibung behaftet ist.
Ein weiterer Nachteil der klassischen Drehschieberpumpen besteht darin, dass als Saug- und Pumpraum nur die Kammer zwischen der Außenseite des Rotors und der Gehäuseinnenwand genutzt wird, was die Pumpleistung der klassischen Drehschieberpumpen begrenzt.
Wenn die klassischen Drehschieberpumpen als Vakuumpumpen eingesetzt werden, kann mit ihnen entsprechend nur ein Großvakuumbereich von 1,0 bis 0,001 bar erzeugt werden. Bei einer Verwendung einer klassischen Drehschieberpumpe als Hochdruckpumpe ist der entsprechend erreichbare Druck ebenfalls begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, dass mit der Pumpe höhere Pumpleistungen, sei es als Vakuumpumpe oder als Hochdruckpumpe oder auch als Förderpumpe für gasförmige und/oder flüssige Medien erreichbar sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der eingangs genannten Pumpe dadurch gelöst, dass die erste Teilkammer durch einen ersten Kanal und die zweite Teilkammer durch einen zweiten Kanal in dem Rotor mit einer weiteren Kammer verbunden sind, die zwischen dem Verdrängungskörper und einer Innenwand der Ausnehmung gebildet ist, und die sich entsprechend der beim Umlaufen des Rotors um die Drehachse ergebenden radialen Bewegungen des Verdrängungskörpers abwechselnd im Volumen vergrößert, wodurch in der weiteren Kammer und in der zweiten Teilkammer ein zusätzlicher Unterdruck entsteht, bzw. verkleinert, wodurch in der weiteren Kammer und in der ersten Teilkammer ein zusätzlicher Überdruck entsteht.
Bei der erfindungsgemäßen Pumpe ist die erreichbare Pumpleistung dadurch erhöht, dass nicht nur die erste Kammer zwischen der Außenseite des Rotors und der Gehäuseinnenwand als Saug- und Druckraum genutzt wird, sondern es ist eine weitere Kammer auf der der Gehäuseinnenwand abgewandten Seite des Verdrängungskörpers zwischen diesem und der Innenwand der Ausnehmung vorhanden, die ebenfalls als Saug- und Druckraum genutzt wird, wodurch das Gesamtvolumen des Saug- und Druckraums der erfindungsgemäßen Pumpe gegenüber den klassischen Drehschie- berpumpen vergrößert ist. Wenn sich der Verdrängungskörper aus seiner in die Ausnehmung eingefahrenen Stellung in die aus der Ausnehmung ausgefahrenen Stellung bewegt, entsteht in der weiteren Kammer ein Unterdruck bzw. Sog, und wenn sich der Verdrängungskörper wieder aus der ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung zurückbewegt, entsteht in der weiteren Kammer ein Überdruck. Die weitere Kammer wirkt in der Saugphase somit als zusätzlicher Saugraum und in der Druckphase als zusätzlicher Druckraum. Die weitere Kammer ist über zumindest jeweils einen Kanal in dem Rotor mit der ersten Teilkammer und der zweiten Teilkammer verbunden, so dass ein entsprechender Druckausgleich zwischen den beiden Teilkammern und der weiteren Kammer je nach Saug- oder Druckphase erfolgt. Der erste Kanal und/oder der zweite Kanal können dabei als Bohrungen in dem Rotor, wenn dieser als massiver Körper ausgebildet ist, oder im Falle eines Hohlrotors auch als Leitungen im Inneren des Rotors ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Pumpe kann zum Erzeugen eines Vakuums, zum Erzeugen eines hohen Druckes, als Hydraulikpumpe, als Förderpumpe für gasförmige und/oder flüssige Medien usw. verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Verdrängungskörper auf seiner der Innenwand der Ausnehmung zugewandten Seite eine Oberflächenkontur auf, die der Innenkontur der Innenwand dieser Ausnehmung entspricht.
Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass die weitere Kammer bei vollständig in die Ausnehmung eingefahrenem Verdrängungskörper ein verschwindend kleines Volumen aufweist, wodurch in der Saugphase ein besonders hoher Saugdruck erzeugt werden kann, und in der Druckphase das in der weiteren Kammer befindliche Medium vollständig aus der weiteren Kammer verdrängt werden kann, wodurch besonders hohe Drücke erzielbar sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Gehäuseinnenwand, entlang der der Verdrängungskörper läuft, eine Oberflächenkontur auf, die der Oberflächen- kontur der der Gehäuseinnenwand zugewandten Seite des Verdrängungskörpers entspricht.
Hierbei ist von Vorteil, dass durch die gegenseitige Anpassung der Oberflächenkonturen des Verdrängungskörpers und der Gehäuseinnenwand der Verdrängungskörper allein eine ausreichende Dichtwirkung zur Abdichtung der ersten Teilkammer von der zweiten Teilkammer ohne weitere Dichtungsmaßnahmen bewirkt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Verdrängungskörper als Rotationskörper ausgebildet, der in der Ausnehmung zumindest um eine zur Drehachse parallele Achse rotieren kann.
Diese Maßnahme, die auch ohne die Merkmale des Kennzeichens als eigenständige Erfindung angesehen wird, hat den Vorteil, dass die Reibung zwischen dem Verdrängungskörper und der Gehäuseinnenwand beim Entlanglaufen des Verdrängungskörpers an der Gehäuseinnenwand stark vermindert ist, weil der Verdrängungskörper an der Gehäuseinnenwand abrollen kann. Bei hohen Drehzahlen des Rotors und entsprechend hohen Abrollgeschwindigkeiten des Rotationskörpers entsteht zwischen diesem und der Gehäuseinnenwand ein Film des Mediums (Gas oder Flüssigkeit), der die Reibung weiter vermindert. Die bei den klassischen Drehschieberpumpen insbesondere bei hohen Drehzahlen des Rotors auftretenden hohen Reibungskräfte werden bei dieser Ausgestaltung vorteilhafterweise auf ein Minimum reduziert, wodurch die erfindungsgemäße Pumpe wesentlich verschleißärmer ist als die klassischen Drehschieberpumpen und weniger Energie für ihren Antrieb benötigt.
Im Zusammenhang mit der zuvor genannten Ausgestaltung ist es bevorzugt, wenn der Verdrängungskörper eine Kugel ist.
Der Vorteil einer Kugel als Verdrängungskörper besteht darin, dass sich die Kugel in der Ausnehmung um beliebige körpereigene Achsen drehen kann, wodurch ein Abrollen des Verdrängungskörpers an der Gehäuseinnenwand auch dann noch möglich ist, wenn die Drehachse des Rotors aufgrund von Toleranzen nicht exakt parallel zur Gehäusemittelachse steht.
Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Kugel eine Hohlkugel ist.
Hierbei ist von Vorteil, dass der Verdrängungskörper eine geringere Masse aufweist, was zum einen die auf den Verdrängungskörper wirkenden Fliehkräfte beim Rotieren des Rotors reduziert, und außerdem die für den Betrieb der Pumpe erforderliche Antriebsenergie reduziert.
Im Fall, dass der Verdrängungskörper eine Kugel ist, ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Innenwand der Ausnehmung die Form einer Teilkugelmantelfläche aufweist.
In dieser Ausgestaltung kann der als Kugel ausgebildete Verdrängungskörper in der in die Ausnehmung maximal eingefahrene Stellung, in der die Kugel an der Innenwand der Ausnehmung vollständig anliegt, das Volumen der weiteren Kammer praktisch auf null reduzieren, wodurch in der Druckphase ein besonders hoher Druck und in der Saugphase eine besonders hohe Saugwirkung erzielt wird.
Alternativ zur Ausgestaltung des Verdrängungskörpers als Kugel ist es jedoch ebenso bevorzugt, wenn der Verdrängungskörper ein Zylinder ist, dessen Zylinderachse parallel zur Drehachse verläuft.
Auch in diesem Fall ist der Verdrängungskörper als Rotationskörper ausgebildet, wobei der Zylinder beim Entlanglaufen an der Gehäuseinnenwand an dieser durch Drehung um die Zylinderachse an der Gehäuseinnenwand abrollt, wodurch wiederum die Reibung stark vermindert ist. Gegenüber einer Kugel als Verdrängungskörper hat ein Zylinder den weiteren Vorteil, dass die weitere Kammer und auch die erste Kammer durch eine entsprechend langbauende Ausgestaltung des Zylinders in Richtung der Zylinderachse zur Erzielung noch höherer Pumpleistungen größer ausgebildet werden kann. Während bei einer Ausgestaltung des Verdrängungskörpers als Kugel der Rotor eine kugelförmige Grundform aufweist, weist der Rotor bei einer Ausgestaltung des Verdrängungskörpers als Zylinder eine zylindrische Grundform auf, was den weiteren Vorteil hat, dass der Rotor axial in Richtung der Zylinderachse aus zwei oder mehr Abschnitten durch Verschraubung zusammengefügt werden kann, wodurch auch das Einbringen des zumindest einen ersten und des zumindest einen zweiten Kanals vereinfacht ist.
Auch im Falle der Ausgestaltung des Verdrängungskörpers als Zylinder ist dieser wiederum vorzugsweise als Hohlzylinder ausgebildet, und gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Innenwand der Ausnehmung die Form einer Teilzylindermantelfläche auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist in dem ersten Kanal ein erstes Ventil angeordnet, dass den ersten Kanal verschließt, wenn sich der Verdrängungskörper aus der eingefahrenen Stellung in die ausgefahrene Stellung bewegt, und das den ersten Kanal freigibt, wenn sich der Verdrängungskörper aus der ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung bewegt.
Das erste Ventil dient der Steuerung des Druckausgleichs zwischen der weiteren Kammer und der ersten Teilkammer, die beim Umlaufen des Verdrängungskörpers den Druckraum bildet. Wenn sich der Verdrängungskörper aus der eingefahrenen Stellung herausbewegt, wodurch sich in der weiteren Kammer eine Saugwirkung einstellt, verhindert das erste Ventil, das sich dann in seiner Schließstellung befindet, dass die erste Teilkammer (Druckraum) mit der weiteren Kammer kommuniziert. Umgekehrt gibt das erste Ventil den ersten Kanal frei, wenn sich der Verdrängungskörper aus der ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung bewegt, wodurch in der dann stattfindenden Druckphase die weitere Kammer mit der ersten Teilkammer kommuniziert, um in der ersten Teilkammer den Druck zusätzlich zu erhöhen. In vergleichbarer Weise ist in dem zweiten Kanal vorzugsweise ein zweites Ventil angeordnet, das den zweiten Kanal freigibt, wenn sich der Verdrängungskörper aus der eingefahrenen Stellung in die ausgefahrene Stellung bewegt, und das den zweiten Kanal verschließt, wenn sich der Verdrängungskörper aus der ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung bewegt.
Die Funktionsweise des zweiten Ventils ist im Wesentlichen umgekehrt zur Funktionsweise des ersten Ventils und steuert vorteilhafterweise die Kommunikation zwischen der weiteren Kammer und der zweiten Teilkammer (Saugkammer) in der Saugphase, in der die weitere Kammer zur Erzeugung einer zusätzlichen Saugwirkung mit der zweiten Teilkammer kommuniziert, und in der Druckphase unterbricht das zweite Ventil die Kommunikation der weiteren Kammer mit der zweiten Teilkammer.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das erste Ventil und/oder das zweite Ventil selbsttätig durch die in dem ersten und/oder zweiten Kanal beidseitig des ersten Ventils und/oder beidseitig des zweiten Ventils herrschenden Momentandrücke gesteuert sind.
Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass auf Maßnahmen einer aktiven Steuerung, beispielsweise einer elektromotorischen Steuerung der Ventile verzichtet werden kann, wodurch die Herstellungskosten der Pumpe und auch der Aufwand bei Wartungen an der Pumpe verringert sind. Zur Steuerung des Öffnens und Schließens des ersten Ventils und/oder des zweiten Ventils wird vorteilhafterweise der sich beim Umlaufen des Verdrängungskörpers um die Drehachse verändernde Druck im ersten und/oder zweiten Kanal genutzt. In der Saugphase, in der sich der Verdrängungskörper aus der eingefahrenen Stellung in die ausgefahrene Stellung bewegt, wird das zweite Ventil selbsttätig geöffnet, während im umgekehrten Fall, dass sich der Verdrängungskörper von der ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung in die Ausnehmung hineinbewegt, das erste Ventil selbsttätig geöffnet und das zweite Ventil selbsttätig geschlossen wird. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erste Ventil einen ersten Ventilteller und einen ersten Ventilsitz auf, wobei der erste Ventilteller in Richtung zur ersten Teilkammer hin gegen den ersten Ventilteller schließt, wobei der erste Ventilteller vorzugsweise in seine Schließstellung vorgespannt ist.
In entsprechender Weise weist das zweite Ventil vorzugsweise einen zweiten Ventilteller und einen zweiten Ventilsitz auf, wobei der zweite Ventilteller in Richtung zur zweiten Teilkammer hin gegen den ersten Ventilteller schließt, wobei der zweite Ventilteller vorzugsweise in seine Schließstellung vorgespannt ist.
Die Ausgestaltung des ersten und/oder zweiten Ventils in einer Bauweise mit Ventilteller und Ventilsitz ist konstruktiv sehr einfach, und die Vorspannung des ersten und/oder zweiten Ventiltellers in die Schließstellung ermöglicht auf vorteilhafte und einfache Weise eine Steuerung des Öffnens und Schließens des ersten und/oder zweiten Ventils mittels des in dem ersten und/oder zweiten Kanal herrschenden Momentandrucks, wie oben beschrieben wurde.
In der zuvor genannten Ausgestaltung sind das erste und zweite Ventil relativ zueinander so angeordnet, dass ihre Öffnungs- und Schließbewegung zueinander gegenläufig sind, was insbesondere bei einer passiven Steuerung der Ventile mittels des herrschenden Momentandrucks vorteilhaft ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das erste Ventil in dem ersten Kanal so angeordnet, dass der erste Ventilteller und der erste Ventilsitz im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Drehachse orientiert sind, und/oder das zweite Ventil ist in dem zweiten Kanal so angeordnet, dass der zweite Ventilteller und der zweite Ventilsitz im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Drehachse orientiert sind.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die auf die beiden Ventile beim Rotieren des Rotors entstehenden in Umfangsrichtung um die Drehachse wirkenden Massenträgheitskräfte die Steuerung der beiden Ventile mittels des in dem ersten und/oder zweiten Kanal herrschenden Momentandrucks zusätzlich unterstützen. So bewirken beispielsweise diese Kräfte in der Saugphase der Pumpe ein sicheres Schließen des ersten Ventils im ersten Kanal (Druckkanal).
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist in dem Rotor eine Mehrzahl an ersten Kanälen und eine Mehrzahl an zweiten Kanälen vorhanden.
Diese Ausgestaltung ist insbesondere im Zusammenhang mit der Ausgestaltung des Verdrängungskörpers als Zylinder von Vorteil, weil je nach gewählter Länge des Zylinders durch das Vorsehen mehrerer ersten und zweiter Kanäle ein ausreichender Druckausgleichsquerschnitt zwischen der ersten Teilkammer bzw. der zweiten Teilkammer und der weiteren Kammer geschaffen wird.
Die erfindungsgemäße Pumpe benötigt im Unterschied zu den klassischen Drehschieberpumpen nur einen Verdrängungskörper, auch wenn der Rotor der erfindungsgemäßen Pumpe so ausgestaltet werden kann, dass dort mehrere Verdrängungskörper in mehreren Ausnehmungen vorhanden sind.
Des Weiteren ist es im Rahmen der Erfindung möglich, zum Ausgleich der Massen vorzugsweise zwei bis vier erfindungsgemäße Pumpen auf einer gemeinsamen Achse als Einheit anzuordnen, bei der die Rotoren radial um 180° versetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch kann insbesondere auch eine kontinuierliche Saug- bzw. Druckwirkung der Gesamtpumpenanordnung erreicht werden.
Weiter Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Pumpe in einer teilweise aufgebrochenen perspektivischen Darstellung;
Fig. 2a) und b)
die Pumpe in Fig. 1 in einer ersten Betriebsstellung, wobei Fig. 2a) einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2b) und Fig. 2b) einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2a) zeigt;
Fig. 3a) und b)
die Pumpe in Fig. 1 in einer weiteren Betriebsstellung, wobei Fig. 3a) einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3b) und Fig. 3b) einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 3a) zeigt;
Fig. 4a) und b)
die Pumpe in einer weiteren Betriebsstellung, wobei Fig. 4a) einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 4b) und Fig. 4b) einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 4a) zeigt;
Fig. 5 a) und b)
die Pumpe in einer noch weiteren Betriebsstellung, wobei Fig. 5a) einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 5b) und Fig. 5b) einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 5a) zeigt; Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Pumpe in einer teilweise aufgebrochenen, perspektivischen Darstellung;
Fig. 7a) und b)
eine erste Betriebsstellung der Pumpe in Fig. 6, wobei Fig. 7a) einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 7b) und Fig. 7b) einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 7a) zeigt; und
Fig. 8a) und b)
eine weitere Betriebsstellung der Pumpe in Fig. 6, wobei Fig. 8a) einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 8b) und Fig. 8b) einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 8a) zeigt.
In Fig. 1 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene Pumpe dargestellt. Die Pumpe 10 kann als Vakuumpumpe, als Hochdruckpumpe, als Förderpumpe für gasförmige und/oder flüssige Medien, usw. verwendet werden.
In Fig. 2a) bis Fig. 5b) sind Einzelheiten der Pumpe 10 sowie verschiedene Betriebsstellungen der Pumpe 10 dargestellt.
Die Pumpe 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen eine Kugelform aufweist.
Das Gehäuse 12 ist aus zwei Gehäuseteilen 14 und 16 (siehe Fig. 2a)) aufgebaut, die entlang von Flanschen 18 und 20 aneinander befestigt sind, beispielsweise durch Schrauben (nicht dargestellt). Das Gehäuse 12 weist einen Einlass 22 auf, durch den ein Medium in das Gehäuse 12 eingelassen werden kann, sowie einen Auslass 24, durch den das Medium wieder ausgelassen wird.
In dem Gehäuse 12 ist ein Rotor 26 angeordnet. Der Rotor 26 ist in dem Gehäuse 12 um eine Drehachse 28 in Richtung eines Pfeils 30 in Fig. 2a) bzw. eines Pfeils 32 in Fig. 2b) drehbar gelagert. Dazu weist der Rotor 26 in Richtung der Drehachse 28 axiale Fortsätze 34 und 36 auf, die in dem Gehäuse 12 mittels Lagern 38, 40 drehbar gelagert sind. Der axiale Fortsatz 36 weist einen weiteren Fortsatz 42 auf, der aus dem Gehäuse 12 hervorragt und als Antriebswelle für den Rotor 26 dient.
Die gehäusefeste Drehachse 28 ist in dem Gehäuse 12 exzentrisch zur Gehäusemitte angeordnet, wie aus Fig. 2a) hervorgeht. Dadurch weist eine Gehäuseinnenwand 44 zwischen einer Stelle 46 und einer Stelle 48 einen Bereich auf, in dem die Gehäuseinnenwand 44 von einer Außenseite 50 des Rotors 26 beabstandet ist. An den Stellen 46 und 48 der Gehäuseinnenwand 44 ist nur ein geringer Spalt zur Außenseite 50 des Rotors 26 vorhanden, durch den das Medium (Gas oder Flüssigkeit) aber hindurchtreten kann.
Zwischen der Außenseite 50 des Rotors 26 und der Gehäuseinnenwand 44 ist in dem Bereich zwischen den Stellen 46 und 48 in Drehrichtung gemäß Pfeil 30 um die Drehachse 28 gesehen somit eine erste Kammer 52 vorhanden, die von dem durch den Einlass 22 eingelassenen Medium vollständig beflutet wird, wie nachfolgend noch beschrieben wird.
Die Außenseite 50 des Rotors 26 entspricht im Wesentlichen der Oberfläche einer Kugel.
Der Rotor 26 weist eine Ausnehmung 54 auf, in der zumindest ein, im gezeigten Ausführungsbeispiel genauer Verdrängungskörper 56 aufgenommen ist. Der Verdrängungskörper 56 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Kugel 58 ausgebildet. Die Kugel 58 ist eine Hohlkugel. Die Kugel 58 ist in der Ausnehmung 54 um beliebige körpereigene Achsen drehbar aufgenommen.
Weiterhin ist die Kugel 58 in der Ausnehmung 54 bezüglich der Drehachse 28 radial beweglich angeordnet. Beim Rotieren des Rotors 26 um die Drehachse 28 läuft die Kugel 58 stets an der Gehäuseinnenwand 44 des Gehäuses 12 entlang, wobei die beim Rotieren des Rotors 26 auf die Kugel 58 wirkenden Fliehkräfte bewirken, dass die Kugel 58 stets gegen die Gehäuseinnenwand 44 anliegt.
Die Kugel 58 ist in der Ausnehmung 54 zwischen einer radial eingefahrenen Stellung, die in Fig. 2a) und b) gezeigt ist, und einer maximal ausgefahrenen Stellung, die in Fig. 4a) und b) dargestellt ist, in der Ausnehmung 54 beweglich. Die Erstreckung der Ausnehmung 54 in Richtung senkrecht zur Drehachse 28 ist gemäß Fig. 4a) und b) so gewählt, dass die Kugel 58 in der maximal ausgefahrenen Stellung noch mit zumindest einem halben Durchmesser in der Ausnehmung 54 des Rotors 26 aufgenommen ist.
Die Ausnehmung 54 in dem Rotor 26 ist so ausgebildet, dass eine der Kugel 58 zugewandte Innenwand 60 der Ausnehmung 54 der Oberflächenkontur der Kugel 58 entspricht, d.h. die Innenwand 60 weist die Form einer Teilkugelmantelfläche auf. In der vollständig eingefahrenen Stellung der Kugel 58 in die Ausnehmung 54 gemäß Fig. 2a) und b) liegt die Kugel 58 über ihren halben Kugelumfang vollständig an der Innenwand 60 der Ausnehmung 54 an.
Die Gehäuseinnenwand 44 des Gehäuses 12, entlang der die Kugel 58 beim Umlaufen um die Drehachse 28 läuft, weist eine Oberflächenkontur auf, die ebenfalls an die Oberflächenkontur der Kugel 58 angepasst ist, die hier also im Schnitt gemäß Fig. 2b) teilkreisförmig, insbesondere halbkreisförmig ausgebildet ist. Beim Umlaufen der Kugel 58 um die Drehachse 28 unterteilt die Kugel 58 die erste Kammer 52 in eine vorauseilende erste Teilkammer 62 und eine nacheilende zweite Teilkammer 64. Die erste Teilkammer 62 bildet einen Druckraum und die zweite Teilkammer 64 bildet einen Saugraum. Die erste Teilkammer 62 und die zweite Teilkammer 64 verändern sich beim Umlaufen der Kugel 58 entlang der Gehäuseinnenwand 44 entsprechend relativ zueinander hinsichtlich ihrer Volumina.
Zwischen der Kugel 58 und der Innenwand 60 der Ausnehmung 54 des Rotors 26 ist eine weitere Kammer 66 gebildet, die sich beim Umlaufen der Kugel 58 um die Drehachse 28 aufgrund der radialen Bewegung der Kugel 58 zwischen ihrer in die Ausnehmung 54 eingefahrenen Stellung und aus der Ausnehmung 54 ausgefahrenen Stellung im Volumen periodisch vergrößert und verkleinert. Die Kugel 58 dichtet die weitere Kammer 66 gegen die erste und zweite Teilkammer 62, 64 stets ab, d.h. unabhängig von ihrer radialen Stellung in der Ausnehmung 54.
In dem Rotor 26 ist ein erster Kanal 68 vorhanden, der die erste Teilkammer 62 mit der weiteren Kammer 66 verbindet, sowie ein zweiter Kanal 70, der die zweite Teilkammer 64 mit der weiteren Kammer 66 verbindet. Die weitere Kammer 66 kann somit mit der ersten Teilkammer 62 sowie mit der zweiten Teilkammer 64 druckausgleichend kommunizieren, wobei die Kommunikation der weiteren Kammer 66 mit der ersten Teilkammer 62 und der zweiten Teilkammer 64 im Wesentlichen abwechselnd erfolgt, wenn die Kugel 58 um die Drehachse 28 umläuft.
Der erste Kanal 68 und der zweite Kanal 70 münden in die weitere Kammer 66 über einen gemeinsamen Abschnitt 71. Der erste Kanal 68 und der zweite Kanal 70 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Bohrungen in dem Rotor 26 ausgebildet. Der erste Kanal 68 und der zweite Kanal 70 münden in die erste Teilkammer 62 bzw. in die zweite Teilkammer 64 in unmittelbarer Nähe zur Öffnung der Ausnehmung 54.
In dem ersten Kanal 68 ist ein erstes Ventil 72 und in dem zweiten Kanal 70 ist ein zweites Ventil 74 angeordnet. Das erste Ventil 72 verschließt den ersten Kanal 68, so dass die erste Teilkammer 62 in diesem Zustand nicht mit der weiteren Kammer 66 kommuniziert, wenn sich die Kugel 58 aus der eingefahrenen Stellung in die ausgefahrene Stellung bewegt. Das erste Ventil 72 gibt den ersten Kanal 68 frei, wenn sich die Kugel 58 aus der ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung bewegt, so dass in der Offenstellung des ersten Ventils 72 die erste Teilkammer 62 mit der weiteren Kammer 66 kommuniziert, wodurch in der ersten Teilkammer 62 und der weiteren Kammer 66 der gleiche Druck herrscht. Das zweite Ventil 74 gibt den zweiten Kanal 70 frei, wenn sich die Kugel 58 aus der radial eingefahrenen Stellung in die radial ausgefahrene Stellung bewegt, so dass in der zweiten Teilkammer 64 und der weiteren Kammer 66 der gleiche Druck herrscht, und verschließt den zweiten Kanal 70, wenn sich die Kugel 58 aus der ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung bewegt.
Das erste Ventil 72 und das zweite Ventil 74 sind dabei selbsttätig durch die in dem ersten Kanal 68 und dem zweiten Kanal 70 beidseitig des ersten bzw. zweiten Ventils 72 bzw. 74 herrschenden Momentandrücke gesteuert.
Das erste Ventil 72 weist einen ersten Ventilteller 76 auf, der mit einem ersten Ventilsitz 78 zusammenwirkt, wobei der erste Ventilteller 76 in der Schließstellung des ersten Ventils 72 in Richtung zur ersten Teilkammer 62 hin gegen den ersten Ventilsitz 78 schließt.
Das zweite Ventil 74 weist einen zweiten Ventilteller 80 auf, der mit einem zweiten Ventilsitz 82 zusammenwirkt, wobei der zweite Ventilteller 80 in der Schließstellung des zweiten Ventils 74 in Richtung zur zweiten Teilkammer 64 hin gegen den zweiten Ventilsitz 82 schließt.
Sowohl das erste Ventil 72 als auch das zweite Ventil 74 sind mittels einer Feder 84 bzw. 86 in ihre Schließstellung vorgespannt. Die Vorspannung der Ventile 72, 74 ist ebenfalls ein Parameter der Steuerung der Ventile 72, 74 zusätzlich zu den oben genannten Momentandrücken in den Kanälen 68, 70. Die Ventile 72 und 74 sind in dem ersten Kanal 68 bzw. dem zweiten Kanal 70 so angeordnet, dass der erste Ventilteller 76 und der erste Ventilsitz 78 bzw. der zweite Ventilteller 80 und der zweite Ventilsitz 82 in Umfangsrichtung um die Drehachse 28 orientiert sind.
Die Pumpe 10 weist eine Dichtung 88 auf, die in einem Mittelsteg 90 des Gehäuses 12 angeordnet ist, der den Einlass 22 von dem Auslass 24 trennt. Die Dichtung 88 ist gemäß Fig. 2b) in der Ebene der Drehachse 28 etwa halbkreisförmig ausgebildet und mittels einer Wellfeder 92 radial elastisch gegen den Rotor 26 vorgespannt, so dass die Dichtung 88 am Rotor 26 anliegt.
Weitere Dichtungen benötigt die Pumpe 10 nicht.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Pumpe 10 näher beschrieben.
In der in Fig. 2a) und b) gezeigten Betriebsstellung befindet sich der Rotor 26 in der hier als O°-Stellung bezeichneten Drehstellung bezüglich der Drehachse 28. In dieser Stellung ist die Kugel 58 maximal in die Ausnehmung 54 eingefahren, so dass das Volumen der weiteren Kammer 66 minimal bzw. sogar null ist. Die Kugel 58 befindet sich in dieser Stellung etwa auf Höhe des Mittelstegs 90 zwischen dem Einlass 22 und dem Auslass 24.
In dem ersten Kanal 68, dem zweiten Kanal 70 und der ersten Kammer 52, die in dieser Drehstellung des Rotors 26 noch nicht in die erste Teilkammer 62 und die zweite Teilkammer 64 unterteilt ist, herrscht der gleiche Druck. Das erste Ventil 72 und das zweite Ventil 74 sind beide geschlossen, weil auf keines der beiden Ventile 72, 74 eine öffnende Kraft wirkt.
In Fig. 3a) und b) ist die Pumpe 10 in einer Betriebsstellung gezeigt, in der sich der Rotor 26 um die Drehachse 28 um etwas weniger als 90° gegenüber der 0°-Stellung in Fig. 2a) und b) gedreht hat. Die Kugel 58 hat sich dabei unter stetigem Entlanglaufen an der Gehäuseinnenwand 44 etwas aus der Ausnehmung 54 radial herausbewegt, wodurch sich das Volumen der weiteren Kammer 66 vergrößert hat. Durch die Vergrößerung des Volumens der weiteren Kammer 66 entsteht in der weiteren Kammer 66 ein zusätzlicher Unterdruck, der bewirkt, dass sich das zweite Ventil 74 öffnet. Es entsteht somit am Einlass 22 eine zusätzliche Saugwirkung, durch die Medium durch den Einlass 22 durch den zweiten Kanal 70 in die weitere Kammer 66 strömt, wie mit Pfeilen 94, 96 angedeutet ist. Die Kugel 58 beginnt etwa in dieser Umlaufstellung um die Drehachse 28, die erste Kammer 52 in die erste Teilkammer 62 und die zweite Teilkammer 64 zu unterteilen. Es entsteht somit in der ersten Kammer 52 ein Druckraum (erste Teilkammer 62) und ein Saugraum (zweite Teilkammer 64). Durch die Anlage der Kugel 58 an der Gehäuseinnenwand 44 sind beide Teilkammern 62, 64 gegeneinander abgedichtet.
Das erste Ventil 72 ist weiterhin geschlossen. Dadurch, dass der erste Ventilteller 76 gegen den ersten Ventilsitz 78 entgegen der Drehrichtung des Rotors 26 um die Drehachse 28 schließt, wird der erste Ventilteller 76 durch die Massenträgheit und unter der Wirkung der Feder 84 weiterhin gegen den ersten Ventilsitz 78 gedrückt, so dass der in der weiteren Kammer 66 entstehende Saug- bzw. Unterdruck das erste Ventil 72 nicht öffnet. Umgekehrt ist es bei dem zweiten Ventil 74, dessen zweiter Ventilteller 80 gegen den zweiten Ventilsitz 82 in Drehrichtung schließt, so dass aufgrund der Drehbewegung des Rotors 26 um die Drehachse 28 die Massenträgheit den ersten Ventilteller 80 gegen die Wirkung der Feder 86 im Zusammenwirken mit dem Unterdruck in der weiteren Kammer 66 von dem zweiten Ventilsitz 82 abhebt, wodurch das zweite Ventil 74 geöffnet wird.
In der ersten Teilkammer 62 hat sich in der in Fig. 3a) und b) gezeigten Stellung der Kugel 58 bzw. des Rotors 26 noch kein nennenswerter Druck aufgebaut, während die Saugwirkung in der sich bildenden zweiten Teilkammer 64 hoch ist.
In der Darstellung in Fig. 4a) und b) hat sich der Rotor 26 ausgehend von Fig. 2a) und b) um 180° um die Drehachse 28 gedreht. Die Kugel 58 ist in dieser Stellung maximal radial aus der Ausnehmung 54 ausgefahren. Das Volumen der weiteren Kammer 66 ist nun maximal und entspricht etwa dem halben Volumen der Kugel 58. Das zweite Ventil 74 befindet sich noch in seiner Offenstellung, während das erste Ventil 72 noch geschlossen ist. Die weitere Kammer 66 ist nun vollständig mit dem durch den Einlass 22 angesaugten Medium gefüllt. Das durch den Einlass 22 fortlaufend angesaugte Medium tritt durch den geringfügigen Spalt zwischen der Außenseite des Rotors 26 und der Gehäuseinnenwand 44 im Bereich der Stelle 46 in die zweite Teilkammer 64 ein und gelangt über den zweiten Kanal 70 in die weitere Kammer 66. In der weiteren Kammer 66 herrscht somit der gleiche Druck wie in der zweiten Teilkammer 64.
In dieser Drehstellung des Rotors 26 besitzen die erste Teilkammer 62 und die zweite Teilkammer 64 etwa das gleiche Volumen.
Ausgehend von Fig. 4a) und b) hat sich der Rotor 26 in Fig. 5a) und b) etwa um etwas mehr als 90° weiter um die Drehachse 28 gedreht (ca. 270°-Stellung, wobei auf diesem Drehweg die Kugel 58 sich wieder radial in die Ausnehmung 54 hineinbewegt hat. Entsprechend verkleinert sich dabei das Volumen der weiteren Kammer 66, so dass in dieser ein Überdruck entsteht, der das zweite Ventil 74 schließt, während das erste Ventil 72 geöffnet ist. Die das erste Ventil 72 öffnende Kraft wird durch den nun hohen Überdruck in der ersten Teilkammer 62 und dem Abschnitt des ersten Kanals 58, der in die Teilkammer 62 mündet, erzeugt. Die weitere Kammer 66 kommuniziert nun mit der ersten Teilkammer 62, und das Medium in der weiteren Teilkammer 66 wird über den ersten Kanal 68 in die erste Teilkammer 62 und von dort durch den Spalt zwischen der Gehäuseinnenwand 44 und der Außenseite 50 des Rotors 26 im Bereich der Stelle 48 in den Auslass 24 gedrückt.
Die zweite Teilkammer 64, die sich ausgehend von Fig. 4a) und b) im Volumen stetig vergrößert hat, saugt weiterhin an, so dass weiterhin Medium durch den Einlass 22 in die zweite Teilkammer 64 eingelassen wird. An die Betriebsstellung in Fig. 5a) und b) schließt sich dann wieder der Zustand in Fig. 2a) und b) an.
Im Fall der Verwendung der Pumpe 10 als Vakuumpumpe oder als Förderpumpe für ein Gas- oder flüssiges Medium wird durch den Einlass 22 kontinuierlich Medium angesaugt und durch den Auslass 24 kontinuierlich ausgelassen.
Wenn die Pumpe 10 zum Erzeugen eines hohen Druckes verwendet werden soll, kann im Auslass 24 ein Auslassventil, insbesondere ein Rückschlagventil angeordnet sein, das den Auslass 24 erst dann freigibt, wenn in der ersten Teilkammer 62 ein entsprechend hoher Druck ansteht, der das Ventil im Auslass 24 öffnet.
In Fig. 6 ist ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Pumpe 110 dargestellt. Weitere Einzelheiten der Pumpe 110 sind in Fig. 7a) bis 8b) dargestellt.
Für die Pumpe 110 werden für gleiche oder vergleichbare Teile die gleichen Bezugszeichen wie für die Pumpe 10, erhöht um 100, verwendet.
Nachfolgend werden vor allem die Unterschiede der Pumpe 110 zur Pumpe 10 beschrieben.
Die Pumpe 110 weist ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 112 auf, in dem ein ebenfalls im Wesentlichen zylindrischer Rotor 126 angeordnet ist, der um eine zur Gehäusemitte exzentrische gehäusefeste Drehachse 128 in dem Gehäuse umläuft. In einer Ausnehmung 154 in dem Rotor 126 ist ein Verdrängungskörper 156 angeordnet, der als Zylinder 158 ausgebildet ist.
Eine Innenwand 160 der Ausnehmung 154 weist eine Innenkontur auf, die an die Oberflächenkontur des Zylinders 158 angepasst ist. Ebenso ist eine Gehäuseinnenwand 144, entlang der der Zylinder 158 bei drehendem Rotor 126 läuft, mit einer Oberflächenkontur ausgebildet, die an die Zylinderoberfläche des Zylinders 158 angepasst ist. Gemäß Fig. 7b) und 8b) weist die Gehäuseinnenwand 144 in einem Schnitt parallel zur Drehachse 128 eine im Wesentlichen rechteckige Form auf, und in Umfangsrichtung um die Drehachse 128 gesehen ist die Gehäuseinnenwand 144 im Wesentlichen die Oberfläche eines Zylinders.
Der Zylinder 158 ist in der Ausnehmung 154 so angeordnet, dass seine Zylinderachse 159 parallel zur Drehachse 128 verläuft. Wie die Kugel 58 der Pumpe 10 rollt der Zylinder 158 beim Umlaufen um die Drehachse 128 an der Gehäuseinnenwand 144 ab, wodurch Reibungsverluste minimal sind.
Der Zylinder 158 ist als Hohlzylinder ausgebildet.
Die Innenwand 160 der Ausnehmung 154 ist ebenfalls an die Oberflächenkontur des Zylinders 158 angepasst und weist entsprechend die Form einer Teilzylindermantel- fläche auf, so dass der Zylinder 158 in seiner in die Ausnehmung 154 maximal radial eingefahrenen Stellung an der Innenwand 160 entlang einer etwa halbkreisförmigen Berührlinie anliegt, wie in Fig. 7a) dargestellt ist.
Die Gehäuseinnenwand 144 weist in Umfangsrichtung um die Drehachse 128 einen Bereich auf, in dem die Gehäuseinnenwand 144 von einer Außenseite 150 des Rotors 126 beabstandet ist, so dass in diesem Bereich zwischen der Außenseite 150 des Rotors 126 und der Gehäuseinnenwand 144 eine erste Kammer 152 gebildet ist. Die erste Kammer 152 wird beim Umlaufen des Zylinders 158 um die Drehachse 128 in eine erste Teilkammer 162 und eine zweite Teilkammer 164 unterteilt, wie in Fig. 8a) zu erkennen ist.
Zwischen dem Zylinder 158 und der Innenwand 160 der Ausnehmung 154 ist eine weitere Kammer 166 gebildet, wobei die weitere Kammer 166 mit der ersten Teil- kammer 162 über einen ersten Kanal 168 und mit der zweiten Teilkammer 164 über einen zweiten Kanal 170 verbunden ist.
In dem ersten Kanal 168 ist ein erstes Ventil 172 und in dem zweiten Kanal 170 ist ein zweites Ventil 174 angeordnet.
Im Unterschied zu der Pumpe 10 sind in dem Rotor 126 mehrere ersten Kanäle 168 und mehrere zweite Kanäle 170 vorhanden, und zwar jeweils drei von beiden. In Fig. 6 sind drei erste Kanäle 168 und entsprechend auch drei gemeinsame Abschnitte 171 der Kanäle 168 und 170 gezeigt. In jedem der mehreren ersten Kanäle 168 und der mehreren zweiten Kanäle 170 ist vorzugsweise jeweils ein erstes Ventil 172 und jeweils ein zweites Ventil 174 angeordnet.
Die Funktionsweise des oder der ersten Ventile 172 und des oder der zweiten Ventile 174 ist identisch mit der Funktionsweise des ersten Ventils 72 und des zweiten Ventils 74 der Pumpe 10.
Im Übrigen ist der Aufbau und die Arbeitsweise der Pumpe 110 mit dem Aufbau und der Arbeitsweise der Pumpe 10 gleich. Fig. 7a) und b) zeigen die Pumpe 110 in einer Betriebsstellung, die der Betriebsstellung der Pumpe 10 in Fig. 2a) und b) entspricht, und Fig. 8a) und b) zeigen die Pumpe 110 in einer Betriebsstellung, die der Betriebsstellung der Pumpe 10 in Fig. 4a) und b) entspricht.
Im Fall der Ausgestaltung des Verdrängungskörpers 156 als Zylinder 158 kann zur Erzielung einer entsprechenden Pumpleistung die Länge des Zylinders 58 und entsprechend des Rotors 126 mehr oder weniger lang gewählt werden. Der Rotor 126 kann in Richtung der Drehachse 128 bzw. der Zylinderachse des Zylinders 158 mehrteilig ausgeführt sein, was insbesondere auch die Einbringung der ersten und zweiten Kanäle 168, 170 vereinfacht.

Claims

Patentansprüche
1. Pumpe, mit einem Gehäuse (12; 112), in dem ein Rotor (26; 126) angeordnet ist, der in dem Gehäuse (12; 112) um eine gehäusefeste Drehachse (28; 128) drehbar ist, wobei der Rotor (26; 126) zumindest eine Ausnehmung (54; 154) aufweist, in der zumindest ein Verdrängungskörper (56; 156) aufgenommen ist, der bei drehendem Rotor (26; 126) um die Drehachse (28; 128) umläuft und dabei an einer Gehäuseinnenwand (44; 144) des Gehäuses (12; 112) entlangläuft, wobei der Verdrängungskörper (56; 156) in der Ausnehmung (54; 154) zwischen einer in die Ausnehmung (54; 154) eingefahrenen Stellung und einer aus der Ausnehmung (54; 154) ausgefahrenen Stellung radial beweglich ist, wobei die Gehäuseinnenwand (44; 144) in Umfangsrichtung um die Drehachse (28; 128) gesehen einen Bereich aufweist, in dem die Gehäuseinnenwand (44; 144) von einer Außenseite (50; 150) des Rotors (26; 126) beabstandet ist, so dass in diesem Bereich zwischen der Außenseite (50; 150) des Rotors (28; 128) und der Gehäuseinnenwand (44; 144) eine erste Kammer (52; 152) vorhanden ist, wobei der Verdrängungskörper (56; 156) beim Umlaufen um die Drehachse (28; 128) die erste Kammer (52; 152) in eine vorauseilende erste Teilkammer (62; 162) und eine nacheilende zweite Teilkammer (64; 164) unterteilt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilkammer (62; 162) durch einen ersten Kanal (68; 168) und die zweite Teilkammer (64; 164) durch einen zweiten Kanal (70; 170) in dem Rotor (26; 126) mit einer weiteren Kammer (66; 166) verbunden sind, die zwischen dem Verdrängungskörper(56; 156) und einer Innenwand (60; 160) der Ausnehmung (54; 154) gebildet ist, und die sich entsprechend der beim Umlaufen des Rotors (26; 126) um die Drehachse (28; 128) ergebenden radialen Bewegungen des Verdrängungskörpers (56; 156) abwechselnd im Volumen vergrößert, wodurch in der weiteren Kammer (66; 166) und in der zweiten Teilkammer (64; 164) ein zusätzlicher Unterdruck entsteht, bzw. verkleinert, wodurch in der weiteren Kammer (66; 166) und in der ersten Teilkammer (62; 162) ein zusätzlicher Überdruck entsteht.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (56; 156) auf seiner der Innenwand (60; 160) der Ausnehmung (54; 154) zugewandten Seite eine Oberflächenkontur aufweist, die der Innenkontur der Innenwand (60; 160) der Ausnehmung (54; 154) entspricht.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseinnenwand (44; 144), entlang der der Verdrängungskörper (56; 156) läuft, eine Oberflächenkontur aufweist, die der Oberflächenkontur der der Gehäuseinnenwand (44; 144) zugewandten Seite des Verdrängungskörpers (56; 156) entspricht.
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (56; 156) als Rotationskörper ausgebildet ist, der in der Ausnehmung (54; 154) zumindest um eine zur Drehachse (28; 128) parallele Achse rotieren kann.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (56) eine Kugel (58) ist.
6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (58) eine Hohlkugel ist.
7. Pumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (60) der Ausnehmung (54) die Form einer Teilkugelmantelfläche aufweist.
8. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (156) ein Zylinder (158) ist, dessen Zylinderachse parallel zur Drehachse (128) verläuft.
9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (158) ein Hohlzylinder ist.
10. Pumpe nach 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (160) der Ausnehmung (154) die Form einer Teilzylindermantelfläche aufweist.
11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Kanal (68; 168) ein erstes Ventil (72; 172) angeordnet ist, das den ersten Kanal (68; 168) verschließt, wenn sich der Verdrängungskörper (56; 156) aus der eingefahrenen Stellung in die ausgefahrene Stellung bewegt, und das den ersten Kanal (68; 168) freigibt, wenn sich der Verdrängungskörper (56; 156) aus der ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung bewegt.
12. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Kanal (70; 170) ein zweites Ventil (74; 174) angeordnet ist, das den zweiten Kanal (70; 170) freigibt, wenn sich der Verdrängungskörper (56; 156) aus der eingefahrenen Stellung in die ausgefahrene Stellung bewegt, und das den zweiten Kanal (70; 170) verschließt, wenn sich der Verdrängungskörper (56; 156) aus der ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung bewegt.
13. Pumpe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (72; 172) und/oder das zweite Ventil (74; 174) selbsttätig durch die in dem ersten und/oder zweiten Kanal (68, 70; 168, 170) beidseits des ersten Ventils (72; 172) und/oder beidseits des zweiten Ventils (74; 174) herrschenden Momentandrücke gesteuert sind.
14. Pumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (72; 172) einen ersten Ventilteller (76; 176) und einen ersten Ventilsitz (78; 178) aufweist, wobei der erste Ventilteller (76; 176) in Richtung zur ersten Teilkammer (62; 162) hin gegen den ersten Ventilsitz (78; 178) schließt.
15. Pumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilteller (76; 176) in seine Schließstellung vorgespannt ist.
16. Pumpe nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (72; 172) in dem ersten Kanal (68; 168) so angeordnet ist, dass der erste Ventilteller (76; 176) und der erste Ventilsitz (78; 178) im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Drehachse (28; 128) orientiert sind.
17. Pumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventil (74; 174) einen zweiten Ventilteller (80; 180) und einen zweiten Ventilsitz (82; 182) aufweist, wobei der zweite Ventilteller (80; 180) in Richtung zur zweiten Teilkammer (64; 164) hin gegen den zweiten Ventilsitz (82; 182) schließt.
18. Pumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilteller (80; 180) in seine Schließstellung vorgespannt ist.
19. Pumpe nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventil (74; 174) in dem zweiten Kanal (70; 170) so angeordnet ist, dass der zweite Ventilteller (80; 180) und der zweite Ventilsitz (82; 182) im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Drehachse (28; 128) orientiert sind.
20. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rotor (126) eine Mehrzahl an ersten Kanälen (68) und eine Mehrzahl an zweiten Kanälen (78) vorhanden ist.
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