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Die Erfindung betrifft Pumpen mit einem
Gerotor-Laufradsatz mit n Lappen, die auf der Innenseite eines
Ringes mit n + 1 Lappen eingreifen. Dies erzeugt eine
Anzahl von Kammern, die jeweils zwischen
aufeinanderfolgenden Kämmen der Rotorlappen gebildet werden. Wenn ein
Rotorlappen völlig in den dazwischenliegenden Raum des
Rings eingreift, werden die unmittelbar neben diesem
Rotorlappen liegenden Kammern von kleinstem Volumen
sein, wohingegen solche, die mehr oder weniger
diametral gegenüberliegen, von maximaler Größe sind. Im
Einsatz drehen sich sowohl Rotor und Ring, wenn auch mit
unterschiedlichen Geschwindigkeiten und um parallel
zueinander verlaufende Achsen, und jede Kammer bewegt
sich um die Achsen, wobei sie sich hinsichtlich ihres
Volumens vergrößert und anschließend wieder
verkleinert. Einlaß und Ausstoßöffnungen sind an einem
oder an beiden Axialenden der Kammern vorgesehen.
Während sich die Kammern über die Einlaßöffnung bewegen,
vergrößern sie sich und saugen ein, während sie bei
ihrer Bewegung über die Auslaßöffnungen verkleinern und
ausstoßen. Dies bewirkt den Pumpvorgang.
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Mit einer nachfolgend beschriebenen einfachen Form
einer Pumpe wird das Ausstoßvolumen unmittelbar an die
Antriebsgeschwindigkeit gekoppelt.
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Ein bekannter Pumpentyp dieser Art weist einen
Doppelring auf, der zwei endseitig und winkelmäßig relativ
bewegliche Teile aufweist. Jeder Ring liegt in einem
Exzenterring, der so angeordnet ist, daß er sich drehen
kann, um die Exzentrizität des zugehörigen Rings
relativ zum Rotor zu verändern. Wenn beide in der
Normalposition
synchronisiert sind, wo eine Ebene, die die
Rotationsachsen sowohl des Rings als auch des Rotors
umfaßt, im wesentlichen zwischen den Einlaß- und den
Auslaßöffnungen liegt, so wird eine maximale
Ausstoßleistung erzielt; der Austoß wird jedoch dadurch
reduziert, daß die beiden Ringe in unterschiedlichen
Richtungen gedreht werden. Dies mag deshalb so sein, weil
die zwischen dem Rotor und den Ringen gebildeten
Kammern nicht ihr Minimalvolumen aufweisen, wenn sie das
erste Mal mit der Einlaßöffnung zur Deckung kommen, und
in einem Fall, weil diese Kammer hinsichtlich ihres
Volumens während eines ersten Teils ihrer Bahn reduziert
werden, und sie werden ihr Maximalvolumen noch nicht
erreicht haben, wenn sie sich wieder aus der Deckung
mit der Einlaßöffnung bewegt haben: Im anderen Fall
werden die Kammern ihr Volumen vergrößern, wenn sie das
erste Mal mit der Einlaßöffnung zur Deckung kommen,
doch werden sie ihr Maximalvolumen erreichen und
überschreiten und somit entweder nicht vollständig befüllt
sein oder Fluid in die Einlaßöffnung ausstoßen, bevor
sie die Einlaßöffnung wieder verlassen. Auf diese Art
und Weise wird der Gesamtausstoß reduziert. Eine
derartige Pumpe kann in Situationen eingesetzt werden, in
der relativ große Volumina bei geringen
Geschwindigkeiten, jedoch relativ geringe Volumina bei höheren
Geschwindigkeiten erforderlich sind, um nur ein Beispiel
zu geben.
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EP-A-0 076 033 zeigt eine im vorangegangenen Absatz
beschriebene Pumpe, die sich allerdings im Einsatz als
mühsam zu handhaben erwies. EP-A-0 174 734 zeigt eine
verbesserte Version der gleichen Pumpe unter Verwendung
von Nadelrollagern mit dem Ziel der Überwindung der
Probleme. EP-A-0 284 226 zeigt eine weiterentwickelte
Version der Pumpe in einer Form, die sich im Handel als
erfolgreich erwies, die jedoch in der Herstellung sehr
teuer ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
vergleichbare Resultate bei vereinfachter Gestaltung und
Herstellung zu erzielen und somit die Herstellung
kostengünstigerer Pumpen zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß enthält eine Gerotorpumpe einen
einzigen Ring und zwar axial aneinandergrenzende Rotoren,
die so angeordnet sind, daß sie in einem Relativwinkel
zueinander eingestellt werden.
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Vorzugsweise ist einer der Rotoren in einer
Winkelstellung zur Antriebswelle befestigt und der andere Rotor
ist zwischen zwei Extrempositionen beweglich, in denen
er entweder synchronisiert oder vollständige in Phase
mit dem ersten Rotor ist oder aber um 180º gegenüber
dem ersten Rotor versetzt und vollständig außerhalb von
dessen Phase steht. Dies ergäbe Ausstoßleistungen der
fertigen Pumpe zwischen Null und Maximum, bei
alternativ gestalteten Varianten hingegen zwischen Minimum und
Maximum, nicht jedoch hinunter bis auf Null.
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Die Erfindung wird nachfolgend im einzelnen unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In der
Zeichnung zeigen
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Fig.1 bis 5 Schemadarstellungen zur Darstellung eines
Rotors mit fünf Lappen, der in Eingriff
mit einem Ring mit sechs Lappen steht,
wobei diese Schemadarstellungen fünf
unterschiedliche Winkelrelativpositionen
zwischen den Rotorteilen zeigen
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Fig.6 einen Querschnitt eines derzeit
bevorzugten Ausführungsbeispiels; und
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Fig.7 eine Schnittansicht längs der Linie 7-7
in Fig.6.
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Aus Fig. 1 bis 5 ist ersichtlich, daß der Rotor aus
zwei axial zueinander ausgerichteten, d.h. endseitig
aneinander anschließenden fünflappigen Rotoren 10, 12
besteht. Diese Rotoren sind innerhalb eines Ringes 16
mit sechs Lappen angeordnet. Diese Figuren zeigen
ferner die im Körper 20 ausgebildete Einlaßöffnung 18
sowie die gleichfalls im Körper 20 ausgebildete
Auslaßöffnung 22. Die beiden Öffnungen sind im wesentlichen
symmetrisch zur Ebene PP angeordnet, die die Achse 14
des Rotos 10 und die Achse 24 des Rings enthält.
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Fig.1 zeigt die Nullposition, in der die beiden
Rotorteile hinsichtlich ihrer Phase synchronisiert sind:
beide drehen sich um die Achse 14. Der Rotorlappen, der
symmetrisch gegenüber der Ebene PP angeordnet ist,
steht vollständig mit einem Ringraum zwischen zwei
Lappen in Eingriff und die Kammer mit Maximaldurchmesser
ist diametral gegenüberliegend angeordnet, nämlich
dort, wo die Bezugsziffer 28 hinweist. Nimmt man eine
Drehbewegung in der Richtung des Pfeiles A in Fig.1 an,
so überlappt die kleinste Kammer 30 ein Ende der
Einlaßöffnung 16 und die nächstgrößere Kammer 32 überlappt
das andere Ende der Einlaßöffnung. Entsprechende
Kammern 34, 36, die im wesentlichen den Kammern 32, 30
gegenüberliegen, überlappen die Ausstoßöffnung.
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Fig.2 zeigt die Situation, wenn die beiden Rotorteile
so geschwenkt sind, daß sie um 450 zueinander
phasenversetzt sind. Der Rotor 10 steht noch immer auf der
Achse 14, doch der Rotor 12 steht nunmehr auf der Achse
40, die nun mit Abstand gegenüber der Achse 14 sowie
gegenüber der Achse 24 des Rings angeordnet ist. Jede
Kammer kann nun als aufgeteilt betrachtet werden,
nämlich in zwei axial zueinander ausgerichtete, d.h.
endseitig aneinander angrenzende Bereiche (die
zwangsläufig miteinander in Verbindung stehen); allerdings ist
der Bereich, der aus dem Raumbereich besteht, der
radial zwischen dem Rotor 10 und dem Ring 16 angeordnet
ist, wie in Fig.1; auch liegt zwischen Rotor 12 und
Ring eine Phasenverschiebung vor, so daß sie über dem
Bereich der Einlaßöffnung effektiv kleiner, jedoch über
dem Bereich der Ausstoßöffnung größer ist.
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Fig.3 zeigt die weitergeführte Phasenverschiebung, so
daß die Achse des Rotorteils 12 nun von der
Bezugsziffer 40 bezeichnet wird und um 90º gegenüber der Ebene
PP um den Punkt 24 herum geschwenkt ist. In dieser
Position wurde die Minimalvolumenkammer für den Rotor 12
geschwenkt, so daß sie vollständig innerhalb der
Einlaßöffnung liegt, woobei zwei im Volumen identische
Kammern im wesentlichen mit der Ausstoßöffnung in einer
Linie liegen. Fig.4 zeigt eine 135º-Phasenverschiebung
und Fig.5 zeigt eine 180º-Phasenverschiebung. Im
letztgenannten Fall fluchtet die Maximalvolumenkammer für
den Rotor 10 winkelmäßig mit den Minimalvolumenkammern
für den Rotor 12, wobei die Gesamtwirkung in ein
Nullpumpvorgang liegt.
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Kurz gesagt zeigt Fig.1 die Pumpe in ihrer für
maximales Pumpen ausgelegten Stellung; Fig.5 zeigt die Pumpe
in ihrer für minimales Pumpen oder Nullpumpen; und
Fig.2 bis 4 zeigen Zwischenstellungen zwischen diesen
beiden Extremen.
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In Fig.6, die den Rotor mit fluchtenden Phasen zeigt,
sind die gleichen Bezugsziffern wie in den Fig. 1 bis 5
verwendet. Der Rotor 10 ist fest mit der Welle 50
verbunden, die gleichfalls fest mit einem
Antriebsgetriebe 52 verbunden ist, wobei die Welle bei 54 im
Pumpenkörper gelagert ist. Der Rotor 12 is bei 56 auf
einem von der Welle 60 getragenen Exzenter 58 gelagert.
In beiden Fällen sind die Lagerhülsen lediglich
vorzugsweise verwendet. Die Welle 60 Sitzt auf einer Achse
62, die konzentrisch zum Ring verläuft. Die Welle 60
ist gleichfalls fest mit einem Zapfen 64 verbunden.
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Der Zapfen greift in ein Kehrrad 66 ein, das in
geeigneter Weise auf einem Kolbenstab 68 befestigt ist,
der vom Kolben 70 getragen wird und gleitbeweglich in
einem Zylinder angeordnet ist, der schematisch mit der
Bezugsziffer 72 gekennzeichnet ist. Der Zylinder kann
mit Fluid an jedem Ende über ein Shuttle-Ventil 74
versorgt werden.
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Das Shuttle-Ventil kann mit einem Pumpenausgang oder
beispielsweise der Hauptschmierleitung eines
Verbrennungsmotors verbunden sein, die von der Pumpe versorgt
wird, so daß der Druck über die Leitung 76 geführt und
auf die Spule 78 unter Widerstand der Feder 80
einwirken kann. In der dargestellten Stellung strömt Fluid
durch die Spule, und zwar durch Radialöffnungen in der
Spule und über die Leitung 82. Es kann auf den Kolben
70 einwirken, um das Kehhrad zu versetzen und den
Zapfen zu drehen.
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Wenn der Druck ausreicht, um die Spule gegen die Feder
zu versetzen, wird die Leitung 82 in Verbindung mit der
Einschnürung 84 auf der Spule gebracht, und das, was
die Rückführungsleitung 86 war, in Verbindung mit der
Leitung 76 gebracht, um auf diese Weise die
Bewegungsrichtung des Kolbens 70 umzukehren. Durch Wahl der
Feder relativ zum anfallenden Öldruck kann die Pumpe
automatisch zwischen Minimal- und Maximalpositionen
gedreht und auf gewünschte Zwischenpositionen eingestellt
werden.
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Es ist klar, daß der Rotor 12 mittelbar vom Rotor 10
über den Ring angetrieben wird. Das heißt, die Welle 50
dreht den Rotor 10, der seinerseits den Ring dreht, und
der Ring dreht den Rotor 12.
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In einem anderen, nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der Rotor auf einer Exzenterhülse gelagert,
die von einer Verlängerung auf der Welle 50 getragen
wird.
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In einem weiteren nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel wird der Ring angetrieben und die zwei Rotoren
sind jeweils auf Exzenterhülsen gelagert, die jeweils
mit Stimgetrieben mit geraden Zähnen versehen sind,
die ihrerseits auf einer gemeinsamen Achse gehaltert
sind, die koaxial zum Ring verläuft. Diese Zapfen sind
außerhalb des Rotors angeordnet, d.h. an
unterschiedlichen Axialenden der Pumpe. Sie sind so angeordnet, daß
sie durch gleiche und entgegengesetze Mengen durch das
Getriebe-Antriebssystem angetrieben werden, das
beispielsweise durch hydraulisches Druckpumpen in einem
Kolben und Zylinder betrieben wird, um das das Getriebe
drehende Kehrrad anzutreiben. Somit kann die Achse
eines jeden Rotors beispielsweise um 90º geschwenkt
werden, und zwar immer in entgegengesetzten Richtungen,
was sich auf die Möglichkeit einer
180&sup0;-Phasenverschiebung summiert, mit den gleichen Ergebnissen wie im
ersten Ausführungsbeispiel. Dies ergibt eine besonders
saubere und einfache Konstruktionsmöglichkeit.
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Die Einfachheit der vorliegenden Erfindung,
insbesondere in der in den Fig.6 und 7 veranschaulichten
Version werden von den Fachleuten gewürdigt werden,
insbesondere unter Berücksichtigung des erwähnten Standes
der Technik.