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Die
Erfindung betrifft eine Pumpe mit mindestens zwei sich auf einer
gemeinsamen Kreisbahn bewegenden Pumpkolben.
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Pumpen,
sogenannte Vakuumpumpen, sind bereits in verschiedenen Ausgestaltungen
bekannt. Man kennt beispielsweise kontinuierlich umlaufende Radialverdichter,
aber auch hin- und hergehende Bewegungen, oszillierende Bewegungen,
ausführende Kolbenverdichter-Pumpen.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich demgegenüber
mit einer neuartigen Pumpe mit mindestens zwei sich auf einer gemeinsamen
Kreisbahn bewegenden Pumpkolben und einem Pumpgehäuse, wobei
die Pumpkolben starr gekoppelt sind und sich um einen gemeinsamen
zentralen Drehpunkt oszillierend auf einer jeweiligen Bewegungsbahn
bewegen, wobei weiter Endbereiche der Bewegungsbahn jeweils einer
Verdrängerstellung
zugeordnet sind, in welcher über
ein vorgespanntes Auslassventil komprimiertes bzw. unter Druck gesetztes
Medium ausgetragen wird und im Zuge einer Bewegung aus der einen
Verdrängerstellung
in die andere Verdrängerstellung
ein Einlassventil überlaufen
wird, wonach einerseits, auf einer dann jeweils gegebenen Druckseite
des Druckkolbens, ein Druckaufbau beginnt und auf einer Saugseite
desselben Pumpkolbens eine Ansaugung des Mediums erfolgt.
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Mit
einer solchen Pumpe lassen sich etwa im Vergleich zu Radialverdichtern
höhere
Leistungswerte erzielen. Dabei ist die Pumpe vergleichsweise einfach
aufgebaut.
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Die
Pumpkolben bewegen sich in einem Pumpraum. Der Pumpraum ist radial
innen durch eine drehfest mit den Pumpkolben ausgebildete Innenwand
gebil det. Es handelt sich um die Verbindungswand zwischen den beiden
(oder mehr) Kolben. Die den Pumpraum radial außen begrenzende Gehäuseaußenwand
ist geeigneter Weise feststehend ausgebildet. Das Einlassventil
kann im Pumpraumboden und/ oder in der Pumpraumdecke und/ oder in
der Gehäuseaußenwand
ausgebildet sein. Der Pumpraum ist in Bewegungsrichtung der Pumpkolben
durch eine feststehende Gehäusetrennwand
begrenzt. Diese Gehäusetrennwand
ermöglicht
den Druckaufbau bei Bewegung in die Verdrängerstellung. Das Auslassventil
ist bevorzugt als Rückschlagventil
ausgebildet. Das Auslassventil kann in der Gehäusetrennwand und/ oder im Pumpraumboden
und/ oder in der Pumpraumdecke und/ oder in der Gehäuseaußenwand
ausgebildet sein.
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Der
Antrieb der Pumpe kann beispielsweise durch einen Elektromotor erfolgen.
Aber auch durch einen sonstigen Motor. Es empfiehlt sich im Einzelnen,
wie nachstehend noch erläutert,
die Kraftübertragung
mittels einer Kurbelwelle vorzunehmen.
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Es
kann sich aber auch um einen unmittelbar die Hin- und Herbewegung
erzeugenden Elektromotor handeln. Hierbei kann der Elektromotor
in weiterer Einzelheit ein üblicher
Universalmotor sein. Es kann sich aber auch um einen sogenannten
Reluktanzmotor handeln.
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Bei Übertragung
der Antriebskraft auf die Pumpe mittels einer Kurbelwelle empfiehlt
es sich auch, zwei oder mehr derartige Pumpen gleichzeitig anzutreiben.
Die Kurbelwelle ermöglicht
dem Motor, also insbesondere dem Elektromotor, eine kontinuierliche
Bewegung. Mittels an der Kurbelwelle in an sich bekannter Weise,
vergleichbar einem Otto-Motor oder einem Dieselmotor im Kfz-Bereich angreifenden Pleuelstangen
wird die winkelbegrenzte Hin- und Herbewegung der Pumpe bzw. der
Pumpkolben erzeugt. Die über
dieselbe Kur belwelle bevorzugt angetriebenen zwei derartigen Pumpen
bewegen sich dann geeigneterweise gegenläufig.
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Besondere
Aufmerksamkeit ist der Abdichtung der Pumpkolben in dem Pumpgehäuse gewidmet.
Zunächst
wird so vorgegangen, beispielsweise im Umfangsaußenbereich der Pumpkolben,
dass die wirksame Spaltlänge
mit einer solchen Länge
gebildet wird, dass allein die Länge
des Spaltes eine geeignete Abdichtung erbringt. Dies jedenfalls
bei hinreichend kleinem Spaltmaß im
Zehntel Millimeter-Bereich. Bevorzugt etwa im Bereich von 0,1 bis
0,3 mm.
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Gleiches
gilt grundsätzlich
auch für
die weiteren Spalte, insbesondere im Innenbereich zwischen einer
Stirnfläche
der Gehäusetrennwand
und der drehfest mit den sich bewegenden Pumpkolben ausgebildeten
Innenwand.
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Im
Weiteren können
dort bzw. an einer oder mehreren der dichtend zusammenwirkenden
Flächen
aber auch gesonderte Dichtlippen eingesetzt sein und/ oder es wird
eine sich im Zuge des Betriebs der Pumpe einschleifende Beschichtung
auf die zusammenwirkenden Flächen
aufgebracht.
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Die
hin- und hergehende Bewegung, oszillierende Bewegung, der Kolbens
ist so ausgeführt,
dass bevorzugt die Gehäusetrennwand
gerade nicht berührt
wird. Wenige Zehntel mm oder in Prozent bzw. bevorzugt zehntel Prozentbereich
des Drehwinkels hält
der jeweilige Pumpkolben vor der Gehäusetrennwand an.
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Hierbei
kann in weiterer Einzelheit die Gehäusetrennwand so ausgebildet
sein, dass der Abstand zu der zugeordneten Kolbenfläche im Umfangswinkelbereich
größter Annäherung über eine Radiale
konstant ist. Er kann aber auch so gewählt sein (gerade Fläche), dass
sich ein keilförmiger,
nach außen
erweiternder Spalt zwischen den zugeordneten Flächen in der angesprochenen
Stellung ergibt.
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Der
Drehwinkelbereich der Kolben liegt bevorzugt bei ca. 120°. Es kann
sich aber auch um entsprechende Zwischenstufen etwa 125° oder 115°, 130° oder 110°, 135° oder 105° etc. handeln.
Man kann so eine Abstimmung zwischen dem jeweiligen Ladevolumen
und der Kolbengröße herbeiführen.
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Die
Kolben selbst, bevorzugt beide Kolben sogleich zusammen, bestehen
aus einem Leichtwerkstoff wie Aluminium. Weiter bevorzugt handelt es
sich um ein Strangpressprofil (wobei dieses allerdings nicht an
den Werkstoff Aluminium gebunden ist).
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Bei
Ausbildung als Strangpressprofil weisen die Kolben entsprechende
Hohlräume
auf. Diese können
oben und unten mit einem Deckel geschlossen sein.
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Die
Höhe der
Kolben bzw. deren Erstreckung in Achsrichtung der gemeinsamen Drehachse
entspricht bevorzugt etwa einem Radius von der Drehachse bis zur
Umfangsaußenwand
eines Pumpkolbens.
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Ein
Einlassventil kann als einfache ständige Öffnung ausgebildet sein. Etwa
in Gestalt einer Bohrung oder auch in Gestalt einer Nut.
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Bei
der Pumpe mit zwei Pumpkolben, wie vorstehend im Einzelnen beschrieben,
sind jeweils vier Auslassventile und zwei Einlassventile vorgesehen.
Es können
aber auch vier Einlassventile vorgesehen sein, wenn etwa die anderen
beiden jeweils zugesteuert werden.
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Nachstehend
ist die Erfindung des Weiteren anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
bzw. Ausführungsvarianten
darstellenden Zeichnung erläutert.
Hierbei zeigt:
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1 eine schematische Grundrissansicht der
Pumpe;
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2 eine schematische Perspektivansicht zweier
miteinander verbundener Pumpkolben
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3 eine schematische Ansicht
zweier mittels eines Antriebes zugleich angetriebener Pumpen;
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3 schematische Darstellung
einer an den Antrieb angeflanschten Kurbelwelle,
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4 bis 6 Einzelheiten bezüglich der Abdichtung der Pumpkolben
gegenüber
dem Gehäuse;
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7 eine Ausführungsmöglichkeit
der Gehäusetrennwand
mit Auslassventilen;
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Dargestellt
und beschrieben ist zunächst
mit Bezug zu 1 eine
Pumpe 1 mit zwei Pumpkolben 2, 3, die über einen
gemeinsamen Zentralbereich 4, der beim Ausführungsbeispiel
grundsätzlich
kreisförmigen
Querschnitt hat, miteinander verbunden sind. In dem Zentralbereich 4 ist
weiterhin zentral die Drehachse 5 gegeben, um welche sich
die Kolben 2, 3 oszillierend hin- und herdrehen.
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In
Betrieb werden Kolben 2, 3 aus der in 1 dargestellten Stellung
gegen bzw. im Uhrzeigersinn bewegt, wobei sie dann jeweils das Einlassventil 9 überlaufen.
Danach baut sich zwischen dem Kolben und den Gehäusestegen 6, 7 ein
Druck auf, bis der voreingestellte Gegendruck des Auslassventils 8 erreicht
ist (oder, wie weiter unten beschrieben, ein zwangsweises Öffnen erfolgt).
Die Kolben befinden sich dann in Verdrängerstellung. Sie werden dann
aktiv zurückbewegt,
entgegengesetzt zu ihrer ersten Bewegung und der Vorgang wiederholt
sich in dieser umgekehrten Drehrichtung.
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Die
beim Ausführungsbeispiel
einen Winkelbereich α von
ca. 50° abdeckenden
Kolben bewegen sich entsprechend jeweils über einen Winkelbereich von
130°. Im
Bereich von 180° sind
in dem Pumpgehäuse 18 (nur
schematisch dargestellt) gegenüberliegend
zwei Gehäusetrennwände 6, 7 ausgebildet. Beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 ist in Drehrichtung eines
Pumpkolbens 2, 3 vor der Gehäusetrennwand 6 bzw. 7 ein
Auslassventil 8 ausgebildet. Etwa im 90°-Bereich des 180°-Pumpraums, in dem sich ein
Kolben 2 bzw. 3 bewegt, ist ein Einlassventil 9 ausgebildet.
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Bei
einer insoweit alternativen Ausführungsform
sind die Kolben über
einen Winkelbereich von ca. 90° ausgebildet,
so dass sie auch jeweils über
einen Winkelbereich 90° sich
bewegen. Es ergeben sich Dichtungsvorteile durch die größeren Dichtlängen. Weiter
ist der Vorteil gegeben, dass das Einlassventil nicht zu lange offen
ist und das Gas nicht zum Teil (auf dem Rückweg) zunächst wieder ausgeschoben wird.
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Darüber hinaus
sind auch Winkelerstreckungen von mehr als 90° bezüglich des Kolbens möglich. Zum
Beispiel 110°,
120° oder
130° oder
Zwischengradbereiche hierzu. Man kann dann auf die Kompression auf
der Rückseite
verzichten. Das Einlassventil ist dann geeignet nahe am Kolben bei
Kompressionsbeginn angeordnet.
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Während es
sich bei den Auslassventilen 8 um vorgespannte Rückschlagventile
handelt, ist ein Einlassventil 9 als einfache Öffnung ausgebildet.
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In 2 ist ein Doppelkolben alleine
perspektivisch dargestellt. Eine Höhe h eines Kolbens 2 bzw. 3 kann
einem Radius r von der Drehachse 5 bis zu einer Kolbenaußenwand 10 entsprechen.
Weiterhin entspricht ein Durchmesser D des Zentralbereichs 4 bevorzugt
etwa einem Drittel des Gesamtdurchmessers d der beiden zusammen
mit dem Zentralbereich 4 als Einheit ausgebildeten Kolben 2 und 3.
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In 3 ist schematisch ein Antrieb
zweier zusammen angetriebener Pumpen 1 mittels eines Elektromotors 11 dargestellt.
An den Elektromotor 11 ist eine in 3a schematisch angedeutete Kurbelwelle 12 angeflanscht,
mittels welcher über
Pleuelstangen 13 die Pumpkolben 2, 3 gegenläufig angetrieben
werden. Die Kurbelwelle 12 kann ein Ausgleichsgewicht 14 aufweisen.
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Die 4 bis 6 zeigen Einzelheiten der Spaltabdichtungen,
die für
eine hochleistungsfähige Pumpe
erforderlich sind.
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In 4 ist schematisch die Spaltabdichtung radial
außen
an dem Pumpkolben 3 dargestellt. Der Pumpkolben 3 kann
alternativ zu der schon in der Beschreibungseinleitung aufgeführten Abdichtung durch
das Spaltmaß als
solches Dichtlippen 15 aufweisen, die fest mit dem Kolben 3 verbunden
sind und gegen eine Innenwand 16 des Pumpgehäuses anliegen.
Es kann sich beispielsweise um Kunststofflippen, etwa aus PVC, PP
oder PE handeln.
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Gleiches
ist auch radial innen möglich.
In 5 ist insofern schematisch
eine Abdichtung zwischen dem Gehäusesteg 6 und
dem Zentralbereich 4 dargestellt. In diesem Fall ist eine
Dichtlippe 17 fest mit dem Gehäusesteg 6 verbunden
und wirkt mit der durch den Zentralbereich 4 geschaffenen,
drehfest mit den Pumpkolben 2, 3 ausgebildeten
Innenwand des Pumpgehäuses
dichtend zusammen.
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In 6 ist die Dichtlippe 15 gemäß 4 in einem Vertikalschnitt
wiedergegebenen. Schematisch ist eine Pumpgehäuse-Außenwand 18 angedeutet.
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In 7 ist in einem Querschnitt
der Gehäusesteg 6 in
einer alternativen Ausführungsform
dargestellt. In jedem der beiden Gehäusestege 6, 7 sind zwei
Auslassventile 8 ausgebildet. Die Auslassventile 8 bestehen
aus Ventiltellern 19, 20, die beim Ausführungsbeispiel
im Querschnitt U-förmig
miteinander verbunden sind und unter Federvorspannung an den Bohrungen 21, 22 anliegen.
Zwischen den Bohrungen 21, 22 und den Ventiltellern 19, 20 ist
jeweils eine Dichtung 23, 24 angeordnet, die jeweils
entsprechend den Bohrungen 8 übereinstimmende Öffnungen
aufweisen.
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Alternativ
zu einem Öffnen
der Auslassventile durch den erzeugten Unterdruck kann auch, insbesondere
bei einer Anordnung der Auslassventile in den Gehäusestegen
wie in 7 dargestellt,
eine Zwangsöffnung
der Auslassventile vorgesehen sein. Durch ein fest mit jedem Pumpkolben
verbundenes Öffnungsteil,
welches den Ventilteller dann jeweils in die Öffnungsstellung schiebt. Dies
ist insbesondere im Hinblick auf zu erreichende Steuerungszeiten
vorteilhaft.
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In
diesem Zusammenhang, aber auch unabhängig hiervon, kann auch vorgesehen
sein, dass die zugeordneten Seitenwände der Pumpkolben 2, 3 die jeweiligen
Wände eines
Gehäusesteges 6, 7 in
der Verdrängerstellung
berühren.
Hierbei ist es auch vorteilhaft, an dem Gehäusesteg und/ oder der zugeordneten
Wandung eines Pumpkolbens 2, 3 eine Elastomerbeschichtung
vorzusehen.
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Alle
offenbarten Merkmale sind (für
sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird
hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen
(Abschrift der Voranmeldung) vollin haltlich mit einbezogen, auch
zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender
Anmeldung mit aufzunehmen.