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Die
Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe mit variablem Fördervolumen
gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In
der Praxis wird in Arbeitssystemen mit hydraulischen Verbrauchern,
beispielsweise in Servolenkeinrichtung von Kraftfahrzeugen, u. a.
auch mit Konstantpumpen gearbeitet. Die durch den Antrieb der Pumpe über
die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs drehzahlbedingt anfallenden Überschussmengen
werden entspannt und auf die Saugseite der Pumpe zurückgeleitet,
womit insbesondere bei höheren Drehzahlen erhebliche Verluste
und Wärmebelastungen verbunden sind. Diese werden aber
in Kauf genommen, um im Bedarfsfall jederzeit dem maximalen Verbraucherbedarf
entsprechende, große Volumenströme zur Verfügung
zu haben und damit eine verzögerungsfreie Beaufschlagung
der jeweiligen hydraulischen Verbraucher sicherzustellen.
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Anstelle
von Konstantpumpen kommen deshalb auch häufig Pumpen mit
variablem Fördervolumen zum Einsatz. Bei als Verstellpumpen
bezeichneten Verdrängerpumpen kann durch eine Verschiebung
des Kurvenrings bzw. des Hubrings innerhalb des Gehäuses
die Exzentrität zwischen dem Rotor und dem Kurvenring verstellt
bzw. eingestellt werden. Somit kann das geometrische Fördervolumen
der Arbeitskammern vergrößert bzw. verkleinert
werden. Der Begriff "geometrisches" Fördervolumen bezeichnet
das pro Umdrehung geförderte Volumen der Verdrängerpumpe.
Bei einer verstellbaren Flügelzellenpumpe wird das geometrische
Fördervolumen durch die Differenz zwischen der kleinsten
und größten Zelle bestimmt. Das Volumen einer
einzelnen Arbeitskammer bzw. Zelle ändert sich durch die
Exzentrität zwischen dem Rotor und dem Kurvenring und/oder durch
das Drehen des Rotors.
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Aus
der
DE 10 2005
043 252 A1 ist beispielsweise eine derartige Verdrängerpumpe
bekannt. Dabei handelt es sich um eine Verdrängerpumpe
mit variablem Fördervolumen, die beispielsweise als einhubige
Flügelzellenpumpe ausgebildet sein kann, und die zum Erzeugen
eines Druckmittelstroms zu einem Verbraucher, mit einem Gehäuse
versehen ist, in welchem ein Rotor gelagert ist, wobei die Pumpe
einen den Rotor umschließenden Kurvenring und zwischen dem
Rotor und dem Kurvenring durch Rotorelemente abgegrenzte Arbeitskammern
aufweist, deren Volumen durch Veränderung der Exzentrität
zwischen Rotor und Kurvenring einstellbar ist. Dazu ist der der Kurvenring
von einem in dem Gehäuse angeordneten Außenring
umgeben, welcher den Kurvenring freigängig hält,
wobei zwischen dem Außenring und dem Kurvenring zwei Druckkammern
ausgebildet sind. Bei dieser Pumpe ist also zur Verstellung des Kurvenringes
vorgesehen, dass zwischen dem Gehäuse und dem Kurvenring
zwei zueinander abgegrenzte und im wesentlichen gegenüberliegende Druckkammern
ausgebildet sind. Die Druckkammern können dabei mit einem
Fluiddruck beaufschlagt werden. Der Kurvenring wird in Abhängigkeit
der mit dem Fluiddruck beaufschlagten Druckkammer entsprechend verschoben,
so dass das geometrische Fördervolumen verkleinert oder
vergrößert wird. Dabei ist vorgesehen, dass der
Kurvenring bei hohen Drehzahlen derart verschoben wird, dass sich
das geometrische Fördervolumen verkleinert. Umgekehrt ist
bei geringen Drehzahlen vorgesehen, dass der Kurvenring derart verschoben
wird, dass sich das geometrische Fördervolumen vergrößert.
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Bei
den bekannten Pumpen hat sich gezeigt, dass die Dichtung zwischen
den beiden Druckkammern besonders verschleißunempfindlich
und dauerhaft ausgestaltet sein muss.
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Daher
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängerpumpe
zu schaffen, bei der mit kostengünstigen Mitteln eine solche Dichtung
erzielt werden kann.
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Gelöst
wird die Aufgabe durch eine Verdrängerpumpe mit den Merkmalen
des Anspruchs 1.
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Demnach
wird vorgeschlagen die Druckkammern gegeneinander durch eine in
einer Nut geführten Dichtung abzudichten, die als mehrgliedrige Dichtung
ausgebildet ist.
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Hierbei
ist es vorteilhaft, wenn die mehrgliedrige Dichtung mehrteilig,
vorzugsweise dreiteilig, ausgebildet ist, wobei die Dichtung zwei
im Querschnitt dreiecksförmige Stützleisten, die
zueinander beabstandet angeordnet sind, und eine zwischen die Stützleisten
keilförmig eingreifende Dichtleiste aufweist. In diesem
Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die dreiecksförmigen
Stützleisten axial zueinander gegen die Nutflanken der
Nut verschiebbar abgestützt angeordnet sind. Auch ist es
von Vorteil, wenn die dreiecksförmigen Stützleisten
spaltüberdeckend ausgeführt sind, wobei bevorzugt,
die Dichtleiste axial gegen den Nutgrund verschiebbar abgestützt
angeordnet ist.
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Die
mehrgliedrige bzw. mehrteilige Gestaltung der Dichtung ermöglicht
einen in Bezug auf die Dichtungswirkung und Realisierung in der
Nut toleranzunempfindlichen Aufbau bzw. Einbau. Ebenso wird mit
einfachen Mitteln eine verschleißunempfindliche und kostengünstige
sowie dauerhaltbare Abdichtung zwischen den Druckkammern bzw. -räumen erzielt.
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Diese
und weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben
sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Demnach
kann die erfindungsgemäße Dichtung auch zweiteilig
ausgebildet sein, wobei die Dichtung eine im Querschnitt dreiecksförmige
Stützleiste und eine gegenüberliegende dreiecksförmige
Dichtleiste aufweist, und wobei die Leisten beweglich und/oder gelenkig
miteinander verbunden sind. Hierbei ist von Vorteil, wenn die Leisten
gelenkig ineinander greifend ausgeformt sind, insbesondere wenn eine
der Leisten eine wulstartige Erhebung aufweist und die andere der
Leisten eine dazu passende nutenartige Vertiefung aufweist. Alternativ
dazu können die Leisten auch mittels einer Membran beweglich miteinander
verbunden sein.
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Vorteilhafterweise
ist die mindestens eine Stützleiste aus einem anderen,
insbesondere drucksteiferen, Werkstoff als die Dichtleiste gefertigt.
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Auch
kann die mehrgliedrige Dichtung bloß einteilig ausgebildet
sein, wobei die Dichtung als eine mit Rippen versehene Dichtleiste
ausgebildet ist.
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Nachfolgend
werden anhand der beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher beschrieben, wobei:
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die 1 einen
Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Verdrängerpumpe
zeigt;
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die 2 im
Querschnitt die Ausführungsform einer dreiteiligen Dichtung
zeigt;
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die 3 im
Querschnitt die Ausführungsform einer zweiteiligen Dichtung
zeigt;
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die 4 im
Querschnitt die Ausführungsform einer einteiligen Dichtung
zeigt; und
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die 5 einen
Querschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße
Verdrängerpumpe zeigt.
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Die 1 zeigt
eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Verdrängerpumpe 1 mit variablem Fördervolumen.
Die Pumpe ist als einhubige Flügelzellenpumpe zum Erzeugen
eines Druckmittelstroms für eine Servolenkeinrichtung eines
Kraftfahrzeugs ausgebildet.
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Die
Flügelzellenpumpe 1 weist ein Gehäuse 2 auf,
in welches ein Außenring 3 (auch als Zwischenring
bezeichnet) eingesetzt ist. In dem Außenring 3 ist
ein Rotor 4 über eine Welle 5 gelagert.
Der Rotor 4 ist von einem Kurvenring 6 umgeben.
Der Kurvenring 6 lässt sich auf einer Abflachung 7 bzw. einer
Verdickung des Außenrings 3 abrollen und sich somit
in einem elliptischem Raum 8, der im Außenring 3 gebildet
ist, bewegen.
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Der
Kurvenring 6 ist innerhalb des elliptischen Raumes 8 verstellbar
bzw. verschiebbar. Zwischen dem Rotor 4 und dem Kurvenring 6 sind über Rotorelemente
bzw. Flügel 9 abgegrenzte Arbeitskammern 10 ausgebildet.
Durch ein Verschieben des Kurvenringes 6 verändert
sich die Exzentrität zwischen dem Rotor 4 und
dem Kurvenring 6, wodurch das Volumen der Arbeitskammern 10 und
somit das geometrische Fördervolumen der Flügelzellenpumpe 1 bestimmt
wird. Wenn der Rotor 4 angetrieben wird, werden die Flügel 9 in
Schlitzen des Rotors 4 vorgeschoben und zurückgezogen.
Hierfür wird in bekannter Weise ein Hinterflügelfluiddruck
verwendet, der im wesentlichen auf die Enden der in den Schlitzen
des Rotors 4 geführten Flügel 9 einwirkt.
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Wie
sich aus 1 ergibt, wird der Kurvenring 6 durch
eine Druckfeder 17 in Richtung maximaler Auslenkung gedrückt.
Die Druckfeder 17 wird seitlich montiert und die notwendige
Gehäusebohrung bevorzugt mit einer Schraube 18 verschlossen.
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Zwischen
dem Außenring 3 und dem Kurvenring 6 sind
zwei im Querschnitt sichelförmige Druckkammern 19, 20 ausgebildet.
Die Druckkammern 19, 20 werden im unteren Bereich
durch die Abflachung 7 und im oberen Bereich durch eine
Dichtung 21 bzw. geeignete Dichtelemente voneinander getrennt.
Dadurch kann über Druckbeaufschlagung der beiden Druckkammern 19, 20 eine
Verschiebung des Kurvenringes 6 herbeigeführt
werden.
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Wie
den 1 ferner zu entnehmen ist, ist ein federbelasteter
Steuerkolben 22 vorgesehen, der über Fluidverbindungen 23, 24 mit
den Druckkammern 19, 20 verbunden ist. Zur Verschiebung
des Kurvenrings 6 werden die Druckkammern 19, 20 über die
Fluidverbindungen 23, 24 druckbeaufschlagt bzw. kann über
die Fluidverbindungen 23, 24 Fluid aus der druckentlasteten
Druckkammer 19, 20 abströmen. Die Fluidverbindungen 23, 24 sind
im Ausführungsbeispiel jeweils aus einer Bohrung 23a, 24a im
Gehäuse 2 und einer Bohrung 23b, 24b im
Außenring 3 gebildet. Die Druckkammern 19, 20 können
durch den Steuerkolben 22 wechselseitig sowohl mit dem Betriebsdruck
der Pumpe als auch mit einem Behälteranschluss 32 bzw.
einem Saugkanal verbunden werden.
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Durch
die entstehende Druckdifferenz in den Druckkammern 19, 20 wird
die Verschiebung des Kurvenrings 6 erreicht.
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Erfindungsgemäß wird
nun die Dichtung 21 dahingehend ausgebildet, dass ein toleranzunempfindlicher
Einbau sowie eine verschleissunempfindliche, kostengünstige
und dauerhaltbare Abdichtung zwischen den Druckkammern bzw. -räumen 19 und 20 geschaffen
wird.
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Dazu
werden die Druckkammern 19 und 20 gegeneinander
durch eine in einer Nut des Außenringes 3 (oder
auch des Kurvenringes 6) geführte Dichtung 21 abgedichtet
sind, die als mehrgliedrige Dichtung 21 ausgebildet ist.
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In
den 2 bis 4 sind hierzu verschiedene Ausführungsbeispiele
dargestellt:
Die 2 zeigt ein Beispiel, bei dem
die mehrgliedrige Dichtung 21 in einer Nut 180 des
Außenringes 3 realisiert ist und mehrteilig, nämlich
dreiteilig, ausgebildet ist. Die Dichtung 21 umfasst zwei
im Querschnitt dreiecksförmige Stützleisten 190 und 200,
die zueinander beabstandet angeordnet sind und jeweils an einer
der Nutflanken 250 bzw. 260 sowie an dem Kurvenring 6 anliegen.
Außerdem umfasst die dreiteilige Dichtung 21 noch
eine zwischen die Stützleisten 190 und 200 keilförmig
eingreifende Dichtleiste 210, die in der Mitte des Nutgrundes 270 an
der dortigen Fläche anliegt.
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Die
im wesentlichen trapezförmige Dichtleiste 210 ist
axial gegen den Nutgrund 270 verschiebbar gegen den Außenring
abgestützt angeordnet. Und die dreiecksförmigen
Stützleisten 190 und 200 sind axial gegen
die jeweilige Nutflanke 250 bzw. 260 verschiebbar
abgestützt angeordnet, wobei die Stützleisten 190 und 200 spaltüberdeckend
ausgeführt sind und somit am Kurvenring 6 dichtend
anliegen und von der Dichtleiste 210 gegen die Nutenflanken 250 und 260 sowie
den Kurvenring 6 gepresst werden.
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Mit
anderen Worten besteht die in 2 dargestellte
dreiteilige Dichtung 21 aus den zwei spaltüberbrückend
angeordneten, dreiecksförmigen, in der Nut 180 angeordneten
Stützleisten 190 und 200 sowie der Dichtleiste 210,
die in deren einander zugewandten, gegen den Nutgrund 180 auseinander
laufenden Seiten, keilförmig und vom Nutgrund 270 ausgehend
eingreift. Da die Dichtung 21 durch den hochdruckseitig
anstehenden Druck ebenso wie durch die niederdruckseitige Stützleisten 190 und 200 axial
in Richtung auf die Niederdruckseite sowie auch radial beaufschlagt
ist, wird somit über die Abstützung zwischen der
jeweils niederdruckseitigen Stützleiste 190 bzw. 200 und
der Dichtleiste 210 sowohl eine Dichtgrenze geschaffen
als auch eine axiale und radiale Verspannung dieser als Dichtgrenze
wirkenden Elemente der Dichtung 21 druckabhängig
erreicht. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der
Dichtung 21 arbeitet somit mit entsprechender Verspannung durch
den jeweiligen, anstehenden Druck.
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Bevorzugt
besteht die Dichtung 21 aus einfachen Elementen, die zudem
im Werkstoff bezüglich ihrer Beanspruchung unterschiedlich
ausgestaltet sein können, wobei sich für die Stützleisten 190 und 200 insbesondere
Werkstoffe mit einer relativ hohen Verschleissfestigkeit bzw. Härte,
wie z. B. Polyamide, eignen. Für die Dichtleiste 210 werden
hingegen bevorzugt andere Werkstoffe, wie z. B. Polytetrafluorethylen,
insbesondere faserverstärkte Polytetrafluorethylen, verwendet,
so dass keine besondere Bearbeitung des Nutgrundes 270 erforderlich
ist und die Nut 180 als eingestochene Nut mit geringem
Aufwand hergestellt werden kann.
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Wie
die 2 veranschaulicht wird, sind die Stützleisten 190 und 200 im
Querschnitt bevorzugt als rechtwinklige Dreiecke ausgebildet, zu
denen die Dichtleiste 210 passend dimensioniert ist und
z. B. trapezförmig ausgebildet ist. Bevorzugt sind dabei die
jeweiligen Eckbereiche abgeschnitten.
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Die
dargestellte Dichtung 21 ist als Gleitleistendichtung realisiert,
wobei die beiden Stützleisten 190 und 200 untereinander
gleich ausgebildet sind und mit ihren rechtwinklig zum Kurvenring 6 stehenden
Schenkeln jeweils an einer der Nutflanken 250 bzw. 260 der
U-förmigen Nut 180 anliegen. Die Stützleisten 190 und 200 liegen
spiegelsymmetrisch zu einer die Nut 180 teilenden Ebene
und stützen sich innen über ihren jeweiligen Schenkel
den Spalt zwischen Kurvenring 6 und Außenring 3 überdeckend ab.
Zwischen diesen symmetrisch einander gegenüberliegenden
Stützleisten 190 und 200 liegt die trapezförmige
Dichtleiste 210, dessen Basis dem Nutgrund 270 zugeordnet
ist und dessen Seiten korrespondierend zu Neigung der dreieckförmigen
Stützleisten 190 und 200 über
der Basis bzw. dem Nutgrund 270 ein gleichschenkliges Dreieck
ausbilden, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel nach 2 die
Ecken der dreiecksförmigen Dichtleiste 210 gekappt
sind.
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Die
Länge der Basis des Dichtleiste 210 ist kleiner
als die Breite der Nut 180, so dass bei dem vorgeschilderten
Aufbau die Dichtleiste 210 gegenüber dem Nutgrund 270 bzw.
in Bezug auf die an den Nutflanken 250 bzw. 260 anliegenden
Stützleisten 190 bzw. 200 axial verschiebbar
ist.
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Bezugsnehmend
auf die in 1 geschilderte Ausgangssituation
mit hochdruckseitiger Beaufschlagung des Druckraumes 20 herrscht,
in der Situation gemäß der Darstellung nach der 2,
rechts der Nut 180 ein höherer Druck als links
der Nut 180. Das hat zur Folge, dass beim Wechsel der Druckbeaufschlagung,
also bei einem sich relativ zum Druckraum 19 aufbauendem Überdruck
im Druckraum 20 die Stützleiste 200 von
der Nutflanke 260 abhebt und den Zulauf auf den Nutraum
freigibt, wodurch die Dichtleiste 210 gegen die Stützleiste 190 angelegt wird
und die Stützleiste 190 sowohl über die
Beaufschlagung durch die Dichtleiste 210 wie auch unmittelbar
durch die Druckbeaufschlagung axial und radial beaufschlagt wird.
Damit wird die Stützleiste 190 gegen die Nutflanke 250 wie
auch gegen den Umfang bzw. die Fläche des Kurvenrings 6 dichtend
angedrückt. Bei der Umkehrung der Drehrichtung der Lenkspindel,
und daraus korrespondierend der Umkehr der Verschieberichtung sowie
auch der Druckbeaufschlagung, ergeben sich korrespondierende Verhältnisse
an der Stützleiste 200.
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Im
Rahmen der Erfindung erweist es sich als zweckmäßig,
wenn die Stützleisten 190 und 200 aus einem
verhältnismäßig harten und verschleissfesten Kunststoffmaterial
bestehen, so beispielsweise aus einem Polyamid. Für die
Dichtleiste 210 erweist sich als Material Polytetrafluoräthylen,
bevorzugt Polytetrafluoräthylen mit Fasereinlage, beispielsweise
mit einer Glasfasereinlage von 20% als vorteilhaft, das auf Grund
seiner guten Gleiteigenschaften bei hinreichender Verschleissfähigkeit
ohne besondere Bearbeitungsanforderungen an die Oberfläche
des Nutgrundes 270 auch bei einer gewissen Vorspannung der
Dichtleiste 210 gegen den Nutgrund 270 eine leichte
Verschiebbarkeit desselben gewährleistet.
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Die
Seiten der Dichtleiste 210 schließen bevorzugt
einen Winkel ein, der in der Größenordnung von
60 DEG liegt, mit der Folge einer entsprechenden Neigung der Seiten
der Stützleisten 190 bzw. 200.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung der mehrteiligen
Dichtung 21 ermöglicht es, deren Elemente, nämlich
die Stützleisten 190 und 200 sowie die
Dichtleiste 210 mit einer vergleichsweise geringen Vorspannung
bzw. nahezu vorspannungslos zu montieren, da die für die
Dichtfunktion notwendige Verspannung druckabhängig verstärkt
wird, so dass spannungsbedingte Werkstoffermüdungen bzw. spannungsbedingtes
Fließen des Werkstoffs vermieden wird.
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Die 3 zeigt
eine zweiteilige Gestaltung der Dichtung 21', wobei in
der Nut 180 eine dreieckförmige Stützleiste 200' vorgesehen
ist, die gegen die ein Nutflanke und gegen die Fläche des
Kurvenrings 6 abdichtet. Gegenüberliegend ist
eine dreiecksförmige Dichtleiste 210' vorgesehen,
die gegen die andere Nutflanke und gegen die Fläche des
Nutgrundes bzw. des Außenringes 3 abdichtet. Beide Leisten 200' und 210' sind
gelenkig miteinander verbunden.
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Hierzu
hat die Dichtleiste 210' eine wulstartige bzw. nasenförmige
Erhebung 211, die in eine passende Ausnehmung 201 der
Stützleiste 200' eingreift. Es wird also eine
gelenkige Verbindung nach Art einer Nut-Zapfen-Verbindung hergestellt.
Da beide Leisten 200' und 210' aus elastischem
Material bestehen, ist die Verbindung ebenfalls elastisch und passt
sich somit ideal den Gegebenheiten an. Außerdem wird der
Einbau erleichtert.
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In
der 3 ist eine einteilige Gestaltung der Dichtung 21'' dargestellt.
Die Dichtung 21'' besteht aus einer einzigen weitestgehend
rechteckförmigen Dichtleiste 210'', die zumindest
auf einer Seite in Rippensegmente untergliedert ist. Die Rippen 212 sind vorzugsweise
trapezförmig gestaltet und dienen Toleranzabgleich, insbesondere
in Richtung des Nutgrundes der Nut 180. Auch diese Dichtung 21'' ist gleitend
in die Nut 180 eingebettet.
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In
der 5 ist eine weitere Verdrängerpumpe 1' dargestellt,
bei der zwischen den Druckkammern 19' und 20' ebenfalls
eine erfindungsgemäße Dichtung 21 vorgesehen
ist. Auch hier ist die Dichtung 21 mehrgliedrig bzw. mehrteilig
ausgebildet und in der Nut des Außenringes 3 realisiert.
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Die
Erfindung ist in allen Arten von Pumpen einsetzbar, bei denen Druckkammern
gegeneinander abgedichtet werden sollen. Die Beschreibung der Erfindung
dient der Veranschaulichung der bevorzugten Ausführungsformen,
soll aber nicht in einem den Schutzbereich der Erfindung beschränkenden
Sinne verstanden werden.
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- 1;
1'
- Flügelzellenpumpe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Außenring
- 4
- Rotor
- 5
- Welle
- 6
- Kurvenring
- 7
- Abflachung
- 8
- elliptischer
Raum
- 9
- Flügel
- 10
- Arbeitskammern
- 17
- Druckfeder
- 18
- Schraube
- 19,
20
- Druckkammer
- 21;
21'; 21''
- Dichtung
(mehrgliedrig bzw. mehrteilig)
- 22
- Steuerkolben
- 23
- Fluidverbindung
- 23a/b
- Bohrung
im Gehäuse bzw. im Außenring
- 24
- Fluidverbindung
- 24a/b
- Bohrung
im Gehäuse bzw. im Außenring
- 26
- Entlastungsbohrung
- 26a
- Öffnung
- 28
- entlasteter
Bereich des Steuerkolbens (Taillierung)
- 32
- Behälteranschluss
- 180
- Nut
in Außenring zur Aufnahme der Dichtung 21
- 270
- Nutgrund
- 250,
260
- Nutflanken
- 210;
210'
- Dichtleiste
- 190,
200; 200'
- Stützleisten
- 201
- Ausnehmung
in Stützleiste 200'
- 211
- Wulst
an Dichtleiste 210'
- 212
- Rippen
an Dichtleiste 210'
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005043252
A1 [0004]