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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer elektrischen Pumpe sowie einem Verfahren
zum Betreiben einer elektrischen Pumpe nach der Gattung der unabhängigen
Ansprüche.
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Mit
der
EP 1 794 452 B1 ist
eine Kolbenpumpe zur Förderung von Fluiden bekannt geworden,
bei der eine Vielzahl von Kolbenelementen in Reihe nebeneinander
angeordnet sind. Die Kolbenelemente werden jeweils von Kurbelrädern
angetrieben, die mittels eines Pleuels mit den Kolben verbunden
sind. Die Kurbelräder werden über ein Schneckengetriebe von
einem Elektromotor angetrieben.
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Aufgrund
der Ausbildung einer Vielzahl von Kolben mit vielen Pleueln ist
der Herstellungsprozess einer solchen Pumpe, insbesondere die Verbindung zwischen
den Kolben und den Pleueln sehr aufwändig.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße elektrische Pumpe mit den erfindungsgemäßen
Kolben mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche
haben demgegenüber den Vorteil, dass aufgrund der radialen
Montagemöglichkeit der Pleuel in die Kolben eine zuverlässige
Verbindung geschaffen wird, bei der keine zusätzlichen
Verbindungselemente notwendig sind. Durch die radial offene Aufnahmeöffnung
in der Umfangswand der Kolben ist somit vor dem Einfügen des
Kolbens in den Zylinder eine sehr Einfache Montage des Pleuels in
den Kolben möglich, wobei diese Verbindung nach dem Einbau
in den Zylinder zuverlässig gegen ein Lösung der
Verbindung im Hubbetrieb gesichert ist.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen
Ausführungen möglich. Weist die Aufnahmeöffnung
einen in Hubrichtung offenen Spalt auf, kann die Pleuelstange, deren Breite
geringer ist als die Spaltbreite, durch den Spalt vorteilhaft radial
durch die Umfangswand eingeführt werden. Die gegenüberliegende
Aufnahmeöffnung ist hingegen vorteilhaft als über
deren Umfang geschlossene Buchse ausgebildet, in der das Ende der ersten
Pleuelwelle vollständig umschlossen ist. Der Spalt der
zweiten Aufnahmeöffnung ist derart ausgebildet, dass die
Pleuelwelle innerhalb des Arbeitswinkels der Pleuelstange (ist durch
Kurbelraddurchmesser vorgegeben) nicht in oder durch den Spalt zum Kurbelrad
hin rutschen kann. Dies wird dadurch erzielt, dass der Winkel, den
der Spalt zur Hubrichtung bildet, größer ausgebildet
ist, als der maximale Arbeitswinkel der Pleuelstange. Daher liegt
die erste Pleuelwelle beim Ansaugen des Fluids in den Zylinder bezüglich
der Hubrichtung an einer Lagerfläche der zweiten Aufnahmeöffnung
an, die näherungsweise parallel zum Kolbenboden ausgerichtet
ist. Die Lebensdauer der Verbindung verlängert sich, wenn
die radiale Ausdehnung der Aufnahmeöffnungen vergrößert
wird. Dies wir günstiger Weise durch die Vergrößerung
der Wandstärke der Umfangswand oder durch die Anordnung
einer zweiten Kolbenwand realisiert, die im Bereich der Aufnahmeöffnungen
näherungsweise entlang der Umfangswand verläuft.
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Besonders
günstig kann ein Rückschlagventil an den Kolben
angeordnet werden, in dem eine Membran über Ansaugöffnungen
im Kolbenboden angeordnet wird. Dazu kann beispielsweise eine Gummischeibe
punktuell am Kolbenboden befestigt werden, so dass lose anliegende
Bereiche ausgebildet sind, die einem Ansaugweg zwischen Kolbenboden
und der Membran freigeben können. Am Kolbenumfang kann
günstig eine Kolben-Dichtung angespritzt, oder in Art eines
O-Rings aufgeschoben werden.
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Die
erfindungsgemäße Verbindung eignet sich besonders
für die Verwendung in einer Reihenkolbenpumpe, wobei hier
die Pleuel mit der ersten Pleuelwelle zuerst ohne weitere Zwischenelemente radial
in die Kolben eingeführt werden, und danach die Kolben
mit den Pleuel in die Zylinder montiert werden, bevor dann die Kurbelräder
auf die zweite Pleuelwelle montiert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den folgenden Zeichnungen dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
elektrische Pumpe in einer teilweisen Schnittdarstellung,
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2 eine
Explosionszeichnung einer weiteren Ausführung einer elektrischen
Pumpe,
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2a eine
Schnittdarstellung durch ein Detail einer Verrastvorrichtung aus 2,
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3 das
Prinzip des modularen Aufbaus des Pumpengehäuses und
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4a bis 4c unterschiedliche
Darstellungen eines Kolbens mit einem Pleuel einer elektrischen
Kolbenpumpe.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
eine elektrische Pumpe 10 dargestellt, bei der Verdichtungselemente 16 über
Getrieberäder 14 mittels eines Elektromotors 12 angetrieben
werden. Die elektrische Pumpe 10 ist im Ausführungsbeispiel
als Kolbenpumpe 11 ausgeführt, bei der mehrere
Zylinder 18 parallel zueinander angeordnet sind. In 1 sind
beispielsweise drei Zylinder 18 in Reihe angeordnet, wobei
die Kolben 17 über Pleuel 20 mit als
Kurbelräder 22 ausgebildeten Getrieberädern 14 verbunden
sind. Die Kurbelräder 22 werden von Getrieberädern 14 angetrieben,
die im Ausführungsbeispiel als Schneckengetriebe 15 ausgebildet
sind. Dabei ist eine Schnecke 24 auf einer Ankerwelle 25 des
Elektromotors 12 angeordnet. Die Schnecke 24 kämmt über
eine Schneckenverzahnung 13 mit einem Schneckenrad 26,
das in einem Getriebegehäuse 27 gelagert ist.
Das Schneckenrad 26 überträgt das Antriebsmoment
des Elektromotors 12 auf die Kurbelräder 22,
die ebenfalls im Getriebegehäuse 27 angeordnet
sind. Wie in 2 dargstellt ist, ist hierzu
am Schneckenrad 26 eine Stirnverzahnung 28 angeordnet,
die in eine korrespondierende Stirnverzahnung 29 der Kurbelräder 22 eingreift.
Somit werden durch den einen Elektromotor 12 alle Kurbelräder 22 angetrieben,
die über die Pleuel 20 die Kolben 17 in
deren Zylinder 18 in Hubrichtung 19 bewegen (Kurbelantrieb 21).
Die Pleuel 20 sind hierbei phasenversetzt mit den Kurbelrädern 22 verbunden, sodass
die Kolben 17 phasenversetzt den Zustand der maximalen
Verdichtung erreichen.
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Im
Folgenden wird das Wirkungsprinzip der elektrischen Pumpe 10 anhand
der Luftführung beschrieben. Über einen Ansaugkanal 30 wird
Ansaugluft (beispielsweise wird Luft als Arbeitsfluid verwendet)
in einen Kurbelraum 31 geführt, der mit einer Rückseite 32 eines
Kolbenbodens 33 in Verbindung steht. Im Kolbenboden 33 ist
ein Rückschlagventil 34 ausgebildet, durch das
während der Expansion des Zylindervolumens 35 die
angesaugte Luft in das Zylindervolumen 35 strömt.
Während der Kompression des Zylindervolumens 35 sperrt
das Rückschlagventil 34, sodass die komprimierte
Luft durch ein korrespondierendes Rückschlagventil 36 im
Zylinder 17 entweicht. Im Ausführungsbeispiel
sind in beispielsweise allen drei Zylindern 17 Rückschlagventile 36 im Zylinderkopf 37 angeordnet,
die jeweils über Verbindungsleitungen 38 mit einem
Auslass 40 für die verdichtete Luft verbunden
sind. Der Ansaugkanal 30 ist hier direkt im Getriebegehäuse 27 ausgeformt
und weist eine Einlassöffnung 42 auf, die bezüglich
der Ankerwelle 25 auf der gegenüberliegenden Seite zum
Kurbelraum 31 angeordnet ist. Dabei kreuzt der Ansaugkanal 30 quasi
die Ankerwelle 25 bzw. die Ausformung 43, in der
die Ankerwelle 25 im Getriebegehäuse 27 aufgenommen
ist. Der Ansaugkanal 30 ist im Bereich der Ankerwelle 25 und/oder
der Getrieberäder 14 angeordnet. In 1 wird
die angesaugte Luft durch den Einlass 42 über
die Schnecke 24 und das Schneckenrad 26 geführt,
bevor die angesaugte Luft den Kurbelraum 31 erreicht.
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Dies
bewirkt eine Kühlung der Getrieberäder 14,
insbesondere des Schneckengetriebes 15 (Schnecke 24 und
Schneckenrad 26). Dadurch wird einerseits die Schneckenverzahnung
gekühlt, aber auch die im Elektromotor 12 generierte
Wärme über die Ankerwelle 25 und der
darauf angeordneten Schnecke 24 abgeführt. In
diesem Ausführungsbeispiel mit den drei Zylindern 18 sind
die drei Kurbelräume 31 derart miteinander verbunden,
dass die angesaugte Luft zwischen den Kurbelrädern 22 – beispielsweise
vom mittleren Kurbelraum 31 an die beiden benachbarten
Kurbelräume 31' – weitergeführt wird.
Im Ausführungsbeispiel ist daher nur ein einziger Ansaugkanal 30 zum
mittleren Kurbelraum 31 ausgebildet. Dieser kann jedoch
auch je nach Ausführung der Getrieberäder 14 und
der Anordnung der Kurbelräume 31, 31' zu
einem beliebigen anderen Kurbelraum 31' führen,
oder es können mehrere Ansaugkanäle 30 zu
mehreren Kurbelräumen 31, 31' ausgebildet
werden. Der Kreuzungspunkt 41 des Ansaugkanals 30 mit
der Aufnahme 43 der Ankerwelle 25 ist bevorzugt
derart ausgebildet, dass auch direkt die Ankerwelle 25 von
der angesaugten Luft umströmt wird.
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Die
elektrische Pumpe 10 gemäß 2 umfasst
ein Getriebegehäuse 27, das zwischen einem Elektromotor 12 und
den Verdichtungselementen 16 angeordnet ist. Dabei weist
das Getriebegehäuse 27 ein Rahmenelement 44 mit
einer Tiefe 45 quer zur Ankerwelle 25 auf. Nach
der Montage der Getrieberäder 14 in das Rahmenelement 44 quer
zur Ankerwelle 25 wird das Rahmenelement 44 mittels
eines ersten Seitendeckels 46 und eines zweiten Seitendeckels 47 verschlossen.
Der erste und/oder der zweite Seitendeckel 46, 47 weisen
Raststifte 48 auf, die in Montagerichtung 50 (quer
zur Ankerwelle 25) an die Seitendeckel 46 oder 47 angeformt
sind. Zur Befestigung der Seitendeckel 46, 47 werden
die Raststifte 48 in Durchgangsöffnungen 49 entlang
der Tiefe 45 eingeschoben, und greifen mit einem Ende 52 der Raststifte 48 in
entsprechende Aufnahmeöffnungen 53 des gegenüberliegenden
Seitendeckels 47, 46. Die Raststifte 48 weisen
an ihren Enden 52 Rastelemente 54 auf, die in
korrespondierende Halteelemente 55 des Getriebegehäuses 27 und/oder
des gegenüberliegenden Seitendeckels 47, 46 greifen.
Nach dem Einführen der Raststifte 48 federn deren
Rastelemente 54 radial zur Montagerichtung 50 nach
außen. Die Rastelemente 54 bilden zusammen mit
den Halteelementen 54 einen Formschluss bezüglich
der Montagerichtung 50. In einer bevorzugten Ausführung
sind die Raststifte 48 als Hohlstifte 56 ausgebildet,
in die ein Spannstift 57 in Montagerichtung 50 eingefügt
wird. Der Spannstift 57 verhindert ein radiales Zurückfedern
der Rastelemente 54 radial nach innen. Somit verspannt
der Spannstift 57 nach dessen Endmontage die Rastelemente 54 radial
nach außen. Gleichzeitig werden die Rastelemente 54 gegen
die Halteelemente 55 auch in axialer Montagerichtung 50 verspannt.
Durch eine solche Verrastung ist der erste Seitendeckel 46 gegenüber
dem Getriebegehäuse 27 und dem zweiten Seitendeckel 47 sowohl
in Montagerichtung 50, als auch quer zu dieser (radial
zum Raststift 48) zuverlässig fixiert. Zur axialen
Verspannung des Raststiftes 48 gegenüber dem Getriebegehäuse 27 und
den Seitendeckeln 46, 47 sind an den Anlageflächen
der Rastelemente 54 bezüglich der Montagerichtung 50 schräge
Anlageflächen 51 angeformt, durch die nach der
Endmontage eine axiale Anpresskraft ausgeübt wird (in Montagerichtung 50).
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Bevorzugt
werden die Raststifte 48 aus Kunststoff als Spritzgussteil
ausgebildet, wobei die Spannstifte 57 über eine
Sollbruchstelle 58 vor der Endmontage einstückig
mit den Raststiften 48 ausgebildet sind. Bei der Endmontage
der Seitendeckel 46, 47 im Rahmenelement 44 wird
dann der Spannstift 57 gelöst und axial (Montagerichtung 50)
in seine Endposition verschoben, um die Rastelemente 54 zu verspannen.
Dazu wird beispielsweise der Spannstift 57 mittels eines
Dorns, der in den Hohlraum 59 des Raststiftes 48 eingeführt
wird, an seiner Sollbruchstelle 58 abgebrochen. Durch diese
Ausführung ist kein zusätzliches Sicherungselement
notwendig, wobei der Spannstift 57 trotzdem gegenüber
dem Raststift 48 verschiebbar ausgeführt ist.
Im Ausführungsbeispiel ist der Raststift rund und rohrförmig
ausgebildet, wobei am Ende 52 Schlitze 60 ausgebildet
sind, um eine radiale Federung der Rastelemente 54 zu ermöglichen.
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Im
Ausführungsbeispiel werden als Getrieberäder 14 Kurbelräder 22 entlang
der Montagerichtung 50 in das Rahmenelement 44 eingefügt.
Die Kurbelräder 22 weisen Aufnahmebuchsen 62 auf,
die in Montagerichtung 50 auf erste Pleuelwellen 63 aufgeschoben
werden, die am kurbelradseitigen Ende am Pleuel 20 angeformt
sind. Die Pleuel 20 sind zusammen mit dem Kolben 17 zuvor
in die Zylinder 18 montiert. Mehrere Zylinder 18 bilden
zusammen einen Zylinderblock 64, der bei der Montage am
Rahmenelement 44 angeordnet wird. In 2 werden auf
jede Pleuelwelle 63 zwei Kurbelräder 22 symmetrisch
zum Pleuel 20 entlang der Montagerichtung 50 aufgeschoben.
Solche zwei Kurbelräder 22 einer ersten Pleuelwelle 63 bilden
ein Kurbelradpaar 22', das im Vergleich zu einem einzigen
Kurbelrad 22 die Antriebskräfte gleichmäßiger
auf das Pleuel 20 überträgt. Zusätzlich
können Dichtungselemente 68 eingelegt werden,
die die Kurbelräume 31, 31' gegenüber
den Seitendeckeln 46, 47 abdichten. Am Zylinderblock 64 sind
ebenfalls Durchgangsöffnungen 65 ausgebildet,
die von den Raststiften 48 durchdrungen werden, wobei deren
Enden 52 in die entsprechende Aufnahmeöffnungen 53 der
korrespondierenden Seitendeckel 46, 47 eingreifen.
Dadurch wird gleichzeitig mit dem Verschließen des Getriebegehäuses 27 der
Zylinderblock 64 starr mit dem Zylinderblock 64 verbunden.
Die Montage entlang der Montagerichtung 50 erfolgt hier
von beiden Seiten quer zu der Hubrichtung 19 der Kolben 17 im
Zylinderblock 64. Die Raststifte 48 sind dabei
wahlweise bzw. abwechselnd am ersten und am zweiten Seitendeckel
angeformt, vorzugsweise jeweils als einstückiges Spritzgussteil.
In einer bevorzugten Ausführung sind an den beiden Seitendeckeln 46, 47 Lagerbolzen 66 in
Montagerichtung 50 ausgebildet, auf denen jeweils die Kurbelräder 22 gelagert
werden. Dadurch entfällt eine zusätzliche Montage
von Lagerachsen für die Kurbelräder 22.
Die Kurbelräder 22 werden in einem Arbeitsgang
mit der Endmontage des Getriebegehäuses 27 auf
den Lagerbolzen 66 gelagert. Die Kurbelräder 22 werden
mittels des Elektromotors 12 über das Schneckenrad 26 angetrieben,
wobei in 2 axial beidseitig am Schneckenrad 26 die
Stirnverzahnung 28 ausgebildet ist – beispielsweise
durch das drehfeste axiale Aufschieben von zwei Stirnzahnrädern 28'.
Im mittleren Kurbelraum 31 ist die Öffnung 67 zum
Ansaugkanal 30 angeordnet, über den Fluid durch
das Getriebegehäuse 27 angesaugt wird.
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In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektrischen Pumpe 10 dargestellt,
bei dem das Getriebegehäuse 27 modular ausgebildet
ist. Ein Basismodul 70 weist hierbei eine erste Schnittstelle 71 zu
einem ersten schematisch dargestellten Elektromotor 12 auf.
Die Schnittstelle 71 ist beispielsweise als Flansch 72 ausgebildet,
an den der Elektromotor 12 mittels Verbindungselemente 73 angeflanscht – beispielsweise
angeschraubt – werden kann. In diesem Basismodul 70 wird
dann die Ankerwelle 25 mit der Schnecke 24 und
das Schneckenrad 26 gelagert. Des Weiteren ist an das Basismodul 70 optional
ein Elektronikgehäuse 74 angeformt, in das eine
Steuerelektronik 75 für die Pumpe 10,
insbesondere mit einer Leiterplatte 76, einfügbar
ist. Am Basismodul 70 ist ebenfalls eine vollständige
Aufnahme 77 für die Kurbelräder 22 und
eine weitere teilweise ausgebildete Aufnahme 78 für
weitere Kurbelräder 22 angeformt. Dabei ist an
der teilweisen ausgeformten Aufnahme 78 eine Verbindungsstelle 79 für
ein Anbaumodul 80 vorgesehen. Das Basismodul 70 kann
mit unterschiedlichen Anbaumodulen 80 kombiniert werden,
um beispielsweise die Anzahl der antreibenden Elektromotoren 12 oder
die Anzahl der Zylinder 18 zu variieren, um dadurch die
Leistung und die Betriebsbedingung der elektrischen Pumpe 10 an
entsprechende Anwendungen anzupassen. Ein erstes Anbaumodul 81,
das in 3 am Basismodul 70 angeordnet ist, weist
eine korrespondierende teilweise Aufnahme 82 auf, die zusammen
mit der teilweisen Aufnahme 78 des Basismoduls 70 eine
gemeinsame Aufnahme 78, 82 als vollständige
Aufnahme 77 für die Kurbelräder 22 bildet.
Die gemeinsame Aufnahme 78, 82 ist identisch zu
den vollständigen einteiligen Aufnahmen 77 ausgebildet
und weist einen Umfangsbereich (um die Kurbelräder 22, 22')
auf, der mindestens 180°, vorzugsweise bis etwa 270° beträgt.
Zusätzlich zu der korrespondierenden teilweisen Aufnahme 82 ist
eine weitere vollständige Aufnahme 77 und ein
Bauraum 83 für ein weiteres Getrieberad 14 auf.
Dieses Getrieberad 14 wird von einem schematisch dargestellten
zweiten Elektromotor 12 angetrieben, zu dessen Anbindung
an das erste Anbaumodul 81 wiederum eine zweite Motoren-Schnittstelle 71 angeformt
ist, die insbesondere als Flansch 84 ausgebildet ist. Dieser
zweite Flansch 84 ist im montierten Zustand näherungsweise
senkrecht zum ersten Flansch 72 angeordnet, sodass auch
die Ankerwellen 25 der beiden Elektromotoren 12 in
etwa rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise weist
der zweite Elektromotor 12 ebenfalls eine Ankerwelle 25 mit
einer darauf angeordneten Schnecke 24 auf, für
die eine Lagervorrichtung 85 im ersten Anbaumodul 81 angeformt
ist. Im zusammengefügten Zustand weist das Basismodul 70 zusammen
mit dem ersten Anbaumodul 81 drei Aufnahmen 77 für
Kurbelräder 22 auf, und insgesamt zwei Schnittstellen 71 für
zwei Elektromotoren 12 sowie der Lageranordnung für
die jeweiligen Getrieberäder 14 zur Drehmomentübertragung
der beiden Elektromotoren 12 auf die gekoppelten Kurbelräder 22.
Durch die beidseitige Einführung eines motorischen Antriebmoments
kann das Spiel zwischen den Kurbelrädern 22, und
damit auch das Geräuschverhalten der Zylinderbewegung positiv
beeinflusst werden. Anstelle des ersten Anbaumoduls 81 kann
alternativ ein zweites Anbaumodul 88 mit dem Basismodul 70 kombiniert
werden, wobei das zweite Anbaumodul 88 keine Schnittstelle 71 zu
einem Elektromotor 12 aufweist. Das zweite Anbaumodul 88 umfasst ebenfalls
eine korrespondierende teilweise Aufnahme 82 und eine einzige
vollständige Aufnahme 77, so dass nach dessen
Montage insgesamt drei vollständige Aufnahmen 77 für
Kurbelräder 22 vorliegen, die mit einem einzigen
Elektromotor 12 angetrieben werden, der am Basismodul 70 angeflanscht
wird. Die Anbaumodule 81, 88 weisen eine Befestigungsvorrichtung 89 auf,
die beispielsweise gleichzeitig als Dämpfungselement 90 ausgebildet
ist. Die Anbaumodule 80 weisen ein mit der Verbindungsstelle 79 korrespondierendes
Gegenelement 91 auf, das vorzugsweise einen Formschluss
mit der Verbindungsstelle 79 bildet. Das Gegenelement 91 ist
beispielsweise als Passstift 86 angeformt, das in eine
entsprechende Passhülse 87 eingreift.
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In
weiteren nicht dargestellten Ausführungen können
die Anbauelemente 81, 88 anstelle einer einzigen
vollständigen Aufnahme 77 auch zwei vollständige
Aufnahmen 77, oder ausschließlich eine teilweise
korrespondierende Aufnahme 82 aufweisen. So stehen nach
der Montage alternativ zu den drei vollständigen Aufnahmen 77 insgesamt
zwei oder vier oder noch mehr vollständige Aufnahmen 77 für
Kurbelräder 22 zur Verfügung. Diese nicht
explizit dargestellten Anbaumodule sind durch die gestrichelten
Linien in 3 angedeutet. Das Basismodul 70 wird erfindungsgemäß bevorzugt
mittels der Seitendeckel 46 und 47 gemäß 2 mit
dem Anbaumodul 80 verbunden. Dabei wird beispielweise wieder
der Zylinderblock 64 an die radialen Öffnungen 92 der
Aufnahmen 77 angefügt. Entsprechend des Montageprinzips
quer zur Zylinderbewegung 19 werden die Raststifte 48 durch
die Durchgangsöffnungen 49 des Basismoduls 70 und
des Anbaumoduls 80 sowie durch die Durchgangsöffnungen 65 des
Zylinderblocks 64 eingefügt, verrastet und verspannt.
Dadurch wird das Basismodul 70 mit dem Anbaumodul 80 über
die Seitendeckel 46, 47 zuverlässig starr
miteinander verbunden. Ein solcher Modulbaukasten weist eine große Flexibilität
auf, wobei das Werkzeug zur Herstellung des Basismoduls 70 für
alle Variationen verwendet werden kann. Das Basismodul 70,
sowie die Anbaumodule 80 werden vorzugsweise als Kunststoff-Spritzgussteile
hergestellt, wobei durch den modularen Aufbau des Getriebegehäuses 27 relativ
einfache Spritzgusswerkzeuge verwendet werden können.
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Die 4a bis 4c zeigen
verschiedene Darstellungen eines Kolbens 17 mit einem Pleuel 20, das
deren Verbindungsprinzip verdeutlicht, bei dem keine weiteren Verbindungsmittel
notwendig sind. Der Kolben 17 weist an seiner zylindrischen
Umfangswand 94 eine erste Aufnahmeöffnung 95 mit
einem geschlossenen Umfangsrand 96 auf. Auf der radial
gegenüberliegenden Seite befindet sich in der Umfangswand 94 eine
zweite Aufnahmeöffnung 97, die einen Spalt 98 zu
einem Kolbenende 99 aufweist, der dem Kolbenboden 33 axial
gegenüberliegt. Die zweite Aufnahmeöffnung 97 ist
als radialer Durchbruch (in zylindrischen Umfangswand 94)
ausgebildet. Eine zweite Pleuelwelle 100 des Pleuels 20 ist radial
zuerst durch die zweite Aufnahmeöffnung 97 einschiebbar,
bis das Ende 101 der zweiten Pleuelwelle 100 in
die erste Aufnahmeöffnung 95 eingreift. Im Ausführungsbeispiel
ist die erste Aufnahmeöffnung 95 ebenfalls als
radialer Durchbruch ausgebildet; diese kann jedoch in einer nicht
dargestellten Alternative auch an der Umfangswand 94 geschlossen ausgebildet
sein. Beim radialen Einfügen der zweiten Pleuelwelle 100 wird
das Pleuel 20 mit seiner Pleuelstange 102 in radialer
Richtung 105 durch den Spalt 98 hindurchgeschoben.
Der Spalt 98 weist hierzu eine Spaltbreite 69 auf,
die größer ist als die Breite 61 der
Pleuelstange 102. Nachdem die zweite Pleuelwelle 100 komplett
in den Kolben 17 eingeschoben ist, ist der Schnittpunkt 103 der
Pleuelstange 102 mit der zweiten Pleuelwelle 100 näherungsweise
im radialen Zentrum des Kolbens 17 angeordnet.
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Im
Ausführungsbeispiel gemäß 4a weist der
Kolben 17 im Bereich der ersten und zweiten Aufnahmeöffnung 95, 97 zweite
Kolbenwände 104 auf, die entsprechend zur Umfangswand 94 ebenfalls eine
erste Aufnahmeöffnung 95 an dem geschlossenen
Umfangsrand 96 und eine zweite Aufnahmeöffnung 97 mit
einem Spalt 98 aufweisen. Durch diese zweite Kolbenwände 104 wird
die Auflagefläche der zweiten Pleuelwelle 100 in
radialer Richtung 105 vergrößert.
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Der
Kolben 17 ist vorzugsweise als Spritzgussteil aus Kunststoff
hergestellt, wobei die zweite Kolbenwand 104 beabstandet
zur Umfangswand 94 mittels Spritzgusswerkzeuge leicht herstellbar
ist. Dabei ist die zweite Kolbenwand 104 im Bereich der Aufnahmeöffnungen 95, 97 näherungsweise
parallel bzw. tangential versetzt zur Umfangswand 94 angeordnet.
In einer nicht dargestellten Alternative kann die Umfangswand 94 im
Bereich der ersten und zweiten Aufnahmeöffnung 95, 97 auch
eine größere Wandstärke aufweisen, um
die Auflagefläche der zweiten Pleuelwelle 100 in
Radialrichtung 105 zu erhöhen.
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In 4b ist
das Pleuel 20 komplett in den Kolben 17 eingefügt,
sodass das Pleuel 20 mit dem Kolben 17 anschließend
in die Zylinder 18 eingeführt werden kann, wie
dies beispielsweise in 2 anhand des Zylinderblocks 64 dargestellt
ist. Die Pleuelstange 102 bildet mit der Hubrichtung 19 einen
maximalen Pleuelwinkel 106, der bei einer vollständigen Umdrehung
der Kurbelräder 22 gemäß 1 nicht überschritten
wird. In 4c ist nochmals vergrößert die
zweite Aufnahmeöffnung 97 mit dem Spalt 98 dargestellt.
Der Spalt 98 bildet zur Hubrichtung 19 einen mittleren
Spaltwinkel 107. Bei der Herstellung des Spalts 98 wird
der mittlere Spaltwinkel 107 so gewählt, dass
dieser immer größer ist, als der maximale Pleuelwinkel 106 im
Betriebszustand der Kolbenpumpe 11. Durch diese Konstruktion
kann das Pleuel 20 mit der Pleuelstange 102 vor
der Montage des Kolbens 17 in den Zylinder 18 unter
dem mittleren Spaltwinkel 107 in Radialrichtung 105 in
den Kolben eingeschoben werden. Danach wird die Pleuelstange 102 verkippt
(zur Hubrichtung 19 hin), sodass die Pleuelstange 20 immer
innerhalb des maximalen Pleuelwinkels 106 im Arbeitszustand
liegt. Dadurch ist gewährleistet, dass während
des Betriebs der Kolbenpumpe 11 das Pleuel 20 mit
der zweiten Pleuelwelle 100 nicht durch den Spalt 98 entweichen
kann. Vielmehr bildet die zweite Aufnahmeöffnung 97 über den
gesamten möglichen Bereich des Pleuelwinkels 106 für
die zweite Pleuelwelle 100 immer eine ausreichende Lagerfläche 108 bezüglich
der Hubrichtung 19. In 4c ist
die Umfangswand 94 im Bereich der Aufnahmeöffnung 95, 97 beispielsweise
mit einer vergrößerten Wandstärke 109 ausgebildet,
um in radialer Richtung 105 eine größere
Lagerfläche 108 zu bilden.
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Entlang
der Umfangswand 94 ist am Kolben 17 eine umlaufende
Dichtung 110 ausgebildet, die entweder an den Kolben 17 angespritzt
oder als separates Bauteil ausgebildet ist. Die Dichtung 110 dichtet
den Kolben 17 gegenüber dem Zylinder 18 ab,
um eine Kompression des Arbeitsmediums zu ermöglichen.
Am Kolbenboden 33 ist das Rückschlagventil 34 angeordnet,
das gemäß 4b hier
als ebene elastische Scheibe 112 ausgebildet ist, die am Kolbenboden 33 fixiert
ist. Hierzu ist am Kolbenboden 33 ein Nippel 113 angeordnet, über
den die elastische Scheibe 112 aufschiebbar ist. Dazu weist
die elastische Scheibe 112 eine Aussparung 114 auf,
die nach dem Aufschieben auf den Nippel 113 mit diesem
formschlüssig verraspelt. Die elastische Scheibe 112 ist
beispielsweise als flache, runde Gummischeibe ausgebildet, die planar
am Kolbenboden 33 anliegt. Am Kolbenboden 33 sind
eine oder mehrere Durchgangsbohrungen 115 angeordnet, durch die
die angesaugte Luft vom Kurbelraum 31 während der
Expansionsbewegung in den Zylinder 18 gelangen kann. Wird
der Zylinder 18 entlang der Hubrichtung 19 in
Kompressionsrichtung bewegt, dichtet die elastische Scheibe 112 die
Durchgangsbohrungen 115 ab, sodass während der
Kompression keine Luft durch die Durchgangsbohrung 115 entweichen
kann. Während der Expansionsbewegung hebt hingegen die
elastische Scheibe 112 vom Zylinderboden 33 ab, vorzugsweise
an deren äußeren Rand 120, so dass durch
die Durchgangsbohrung 115 Luft zwischen der elastischen
Scheibe 112 und dem Kolbenboden 33 in den Zylinder 18 gelangen
kann. In 4c ist der Kolben 17 ohne
elastische Scheibe 112 dargestellt, wodurch beispielsweise
vier Durchgangsbohrungen 115 im Kolbenboden 33 sichtbar
sind. Die Form und Anzahl dieser Durchgangsbohrungen 115 kann
jedoch variiert werden. In 4b ist
dargestellt, dass die elastische Scheibe 112 die Durchgangsbohrungen 115 komplett überdeckt,
um den Kolbenboden 33 bei der Kompression zuverlässig
abzudichten.
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Die
Rückschlagventile 36 am Zylinderkopf 37 können
entsprechend der Rückschlagventile 34 der Kolben 17 ausgebildet
werden, wobei hier Durchgangsöffnungen 117 im
Zylinderkopf 37 angeordnet sind, und eine elastische Scheibe 116 zwischen
dem Zylinderkopf 37 und dem Auslass 40 angeordnet
ist (siehe 1).
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Es
sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und der in der
Beschreibung dargestellten Ausführungsbeispiele vielfältige
Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich
sind. So kann der Kolben und das Pleuel alternativ zu Kunststoff
auch aus anderen Materialien, z. B. Metall hergestellt werden. Auch
eine Kombination mit einer andern Zylinderanordnung oder alternative
Rückschlagventil-Ausführungen sind möglich. Bevorzugt
wird die erfindungsgemäße Pumpe 10 mit der
Kolben-Pleuelverbindung zur Betätigung pneumatischer Einrichtungen,
insbesondere von Sitzfunktionen, oder zur Verstellung beweglicher
Teile 11 im Kraftfahrzeug verwendet, ist jedoch nicht auf
eine solche Anwendung beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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