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"Pumpe n
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"Pumpe" Die Erfindung richtet sich auf eine Pumpe nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Eine derartige Pumpe ist aus der GB-PS 800 211 bekannt. Bei dieser
vorbekannten Pumpe ist ein Läufer an beiden Seiten mit Scheiben von größerem Radius
versehen, welche Durchlaßöffnungen aufweisen, die periodisch mit Durchlaßöffnungen
in der Stirnwand des Pumpengehäuses zur Deckung kommen. Durch diese Scheiben wird
also eine Art Ventilwirkung erzielt. Jeder Läufer weist einen Dichtansatz auf, wobei
Einlaßöffnung und Ausfaßöffnung etwa um 900 versetzt zueinander an verschiedenen
Gehäuseteilen angeordnet sind. Einlaß-und Auslaßöffnung sind jeweils mit Einlaß-
und Auslaßkanälen verbunden, welche radial in das bzw.
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aus dem Pumpengehäuse münden.
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Eine derartige Pumpe weist grundsätzlich zahlreiche vorteilhafte Eigenschaften
auf. Jedoch ist sie in dieser Ausführungsform nicht geeignet, wenn ein in Abhängigkeit
vom Drehwinkel möglichst konstanter
Ausgangsdruck erzielt werden
soll, wie dies z.B.
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bei Verdichtern für Verbrennungs-Motoren erforderlich ist.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe
der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß ein zeitlich konstanter, hinreichend
hoher Druck aufgebaut wird, wobei insbesondere ein optimales Verhältnis von Pumpenvolumen
und Pumpenleistung erzielt werden soll.
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Diese Aufgabe wird gelöst entsprechend dem kennzeichnenden Teil von
Anspruch 1. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Ein- und Auslaßöffnung einerseits
und die Ausgestaltung der Dichtansätze andererseits ist es möglich, ein sehr kleines
Läufervolumen zu verwenden, wodurch andererseits die bei jeder Umdrehung bewegte
Fördermenge im Verhältnis hierzu sehr groß ist. Durch die Verwendung von wenigstens
zwei Dichtansätzen an jedem Läufer wird ein sehr homogener Druckverlauf erzielt.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe als Motorkompressor erreicht bei
einem Durchmesser von 200 mm, einer Länge von 140 mm und einem Achsabstand von 120
mm eine Ansaugleistung von 15 ooo dm3/min bei einer polytropen Verdichtung von ca.
1,5 bar absolut. Durch die Dimensionierung der Auslaßöffnung kann eine gewünschte
Verdichtung eingestellt werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den
Ansprüchen 2 und 3. Durch die dementsprechende Formgebung der Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen
wird jeweils ein sofortiges Öffnen und Schließen derselben beim Passieren der Ausnehmungen
in den Läufern erzielt.
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Die Führung der Auslaßkanäle nach Anspruch 4 ermöglicht es, mehrere
erfindungsgemäße Pumpen unter Ausbildung mehrstufiger Pumpen unmittelbar nebeneinander
anzuordnen. Hierdurch wird einerseits ein sehr kompakter Aufbau und aufgrund der
kurzen Verbindungswege ein hoher Wirkungsgrad erzielt. Die Ausführungsform nach
Anspruch 5 wird insbesondere dann bevorzugt, wenn die Läufer eine große axiale Erstrekkung
aufweisen. Es kann dann trotzdem mit einer akzeptablen Strömungsgeschwindigkeit
gearbeitet werden.
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In besonders einfacher Weise kann die Erfindung gemäß Anspruch 6 realisiert
werden, wobei diese Ausführungsform für den Einsatz als Kompressor, also zum Pumpen
gasförmiger Medien bevorzugt wird.
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Anspruch 7 gibt eine alternative Gestaltungsmöglichkeit mit insgesamt
drei Läufern und drei sich durchdringenden Gehäuseabschnitten an. Bei dieser Ausgestaltung
wird ein besonders gleichmäßiger Druckverlauf und eine wesentliche Durchsatzsteigerung
gegenüber einer Ausführungsform mit zwei Läufern erzielt.
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Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Pumpe bei einer Ausbildung
gemäß Anspruch 8 auch als Verbrennungsmotor betrieben werden, welcher durch den
Verzicht auf Ventile naturgemäß außerordentlich wartungsarm sein kann.
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Anspruch 9 gibt eine vorteilhafte Kombination einer erfindungsgemäßen
Anordnung in ihrer Ausgestaltung als Kompressor mit einer solchen Ausgestaltung
als Motor wieder.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der
Zeichnung. Dabei zeigen: Die Figuren 1 bis 3 einen schematischen Querschnitt durch
eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe, wobei sich die Läufer
in verschiedenen, aufeinanderfolgenden Bewegungsphasen befinden, und Fig. 4 und
5 eine entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform.
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Bei einer in der Zeichnung in Fig. 1 bis 3 dargestellten erfindungsgemäßen
Pumpe sind zwei Läufer 1, 2, deren Grundkörper im Querschnitt im wesentlichen kreisscheibenförmig
ausgebildet ist, in einem Gehäuse 3 untergebracht, welches durch zwei im Querschnitt
kreisförmige, sich durchdringende Gehäuseteile 4, 5 gebildet wird.
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Jeder Läufer 1, 2 ist mit zwei Dichtansätzen 6, 7 bzw. 8, 9 versehen.
Diese Dichtansätze erstrecken sich zwischen dem Außenmantel lo, 11 jedes Läufers
und der Innenseite 12, 13 jedes Gehäuseteils 4, 5, so daß zwischen den Dichtansätzen
6 bis 9 und den Gehäuseinnenseiten 12, 13 Volumina des zu pumpenden Fluids, insbesondere
Luft, eingeschlossen werden.
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Jeder Dichtansatz weist eine konvexe Begrenzungsfläche 14 auf, welche
als Kardioide ausgebildet ist. Darüber hinaus weist jeder Dichtansatz 6 bis 9 eine
konkave Begrenzungsfläche 15 auf, welche
sich bis in das Innere
der Läufer 1, 2 unter Ausbildung einer Ausnehmung 16 erstreckt. Diese Begrenzungsfläche
15 wird gebildet durch zwei sich schneidende Zykloidenabschnitte 17, 18, wobei deren
am Boden der Ausnehmung 16 liegender Ubergangsbereich durch einen umgekehrt gekrümmten
Kreisabschnitt 18 eines Kreises um den Drehmittelpunkt M1 bzw. M2 gebildet wird.
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Eine im Gehäuseteil 4, und zwar in dessen Stirnwand ausgebildete,
in der Zeichnung gestrichelt eingezeichnete Einlaßöffnung 20 wird begrenzt durch
einen äußeren Kreisabschnitt 21 und einen inneren Kreisabschnitt 22 um den Drehmittelpunkt
M2. Der Radius R1 des inneren Kreisabschnitts 22 entspricht in etwa dem Radius des
Kreisabschnitts 19 zwischen den beiden Zykloidenabschnitten 17 und 18. Der Radius
R2 des äußeren Kreisabschnitts 21 ist etwas kleiner als der Radius des Grundkörpers
der Läufer 1, 2.
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An den Schmalseiten ist die Einlaßöffnung 20 begrenzt durch eine Endkante
23, welche die Verlängerung der Gehäuseinnenseite 12 bildet, während die andere
Endkante 24 der Einlaßöffnung 20 entsprechend dem Zykloidenabschnitt 18 ausgebildet
ist.
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Im Gehäuseteil 5 ist eine Auslaßöffnung 25 ausgebildet, welche entsprechend
der Einlaßöffnung durch Kreisabschnitte 26 und 27 und durch Endkanten 28 und 29
begrenzt ist. Die Bogenlänge der Auslaßöffnung 25 wird entsprechend den gewünschten
Dru-ckverhältnissen dimensioniert.
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Die Arbeitsweise einer solchen Pumpe ergibt sich unmittelbar aus der
Zusammenschau der Figuren 1 bis 3.
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Fig. 1 zeigt eine Bewegungsphase, in welcher die Auslaßöffnung 25
gerade geschlossen ist und durch die Aufeinanderzu-Bewegung der Dicht ansätze 6
und 9 das dazwischen eingeschlossene, komprimierte Volumen -nun ausgestoßen wird,
während das jeweils gegen die durch die Pfeile 30 und 31 angegebene Drehrichtung
gesehen liegende Volumen expandiert. In Fig. 2 ist dargestellt, wie die Ausnehmung
16 des Läufers 1 mit der Auslaßöffnung 25 zur Deckung kommt, so daß bei fortschreitender
Verkleinerung des eingeschlossenen Volumens das zu pumpende Fluid durch die Auslaßöffnung
25 gedrückt wird. Fig. 3 zeigt, daß die Ausnehmung 16 vor dem Dichtansatz 8 zur
Deckung mit der Einlaßöffnung 20 kommt, wobei das Volumen zwischen dem Dichtansatz
8 und dem Dichtansatz 7 ständig expandiert, d.h. durch die Einlaßöffnung 20 wird
angesaugt.
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Gleichzeitig verringert sich das Volumen zwischen dem Dichtansatz
6 und dem Dichtansatz 9, so daß Fluid durch die Auslaßöffnung 25 ausgepreßt wird.
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In der Zeichnung nicht dargestellt ist der Antrieb der beiden Läufer
1, 2 über ineinandergreifende Zahnritzel, welcher in an sich bekannter Weise erfolgt.
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Bei der in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform sind insgesamt
drei Läufer 1', 2', 31 vorgesehen, wovon jeder vier Dichtansätze 32 aufweist. Im
übrigen sind die Läufer 1', 2', 31 und die Dichtansätze 32 praktisch identisch ausgebildet
wie die vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Läufer
1, 2 und die Dichtansätze 6 bis 9.
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Die Läufer 1', 2', 31 sind um ihren jeweiligen Drehmittelpunkt M1',
M, M2' drehbar in drei einander durchdringenden, im Querschnitt kreisförmigen Gehäuseabschnitten
5',
33, 4' angeordnet.
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Die beiden äußeren Läufer 1' und 2' drehen sich, wie durch die Pfeile
34 und 35 angedeutet, in die gleiche Richtung, während, wie durch den Pfeil 36 dargestellt,
sich der mittlere Läufer 31 in entgegengesetzter Richtung bewegt. Aufgrund dieser
Drehbewegung erfolgt eine Ansaugung des zu pumpenden Mediums durch die Einlaßöffnungen
20' in den beiden äußeren Gehäuseabschnitten 4' und 5', während das zu pumpende
Medium durch die Auslaßöffnungen 25' im mittleren Gehäuseabschnitt 33 ausgestoßen
wird. Die Einlaß-und Auslaßöffnungen 20' bzw. 25' sind in den Gehäusestirnwänden
angeordnet und ausgestaltet entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren
1 bis 3. Die im mittleren Gehäuseabschnitt 31 vorgesehenen beiden Auslaßöffnungen
25' sind punktsymmetrisch zum Drehmittelpunkt M des mittleren Läufers 31 angeordnet,
liegen aber jeweils bezüglich der benachbarten Einlaßöffnungen 20' wie die Ein-
bzw. Auslaßöffnungen 20 bzw. 25 entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren
1 bis 3.
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Wie insbesondere aus der Gegenüberstellung der Figuren 4 und 5 deutlich
wird, wobei die Fig. 5 eine um 900 spätere Bewegungsphase gegenüber der in Fig.
4 dargestellten Bewegungsphase veranschaulicht, macht deutlich, daß das zu pumpende
Medium unter Wahrung der grundsätzlichen Vorteile der Ausführungsform nach den Fig.
1 bis 3 aufgrund der beiden Auslaßöffnungen und der beiden äußeren Läufer 1', 2'
mit ihren jeweils vier Dichtansätzen 32, sehr gleichmäßig und homogen gepumpt wird.