[0001] Die Erfindung betrifft eine nach Art einer Drehkolbenpumpe wirkende volumetrische
Pumpe für flüssige oder gasförmige Medien, die in einem Gehäuse mit Einlaß- und Auslaßöffnung
für das Fördermedium einen motorisch angetriebenen Drehkolben besitzt, der in der
Gehäusebohrung um deren Längsachse herum drehbar gelagert ist.
[0002] Gemäß der Erfindung ist bei der neuen Anordnung vorgesehen, daß das Gehäuse die
Gestalt eines starren, ein- oder mehrstückigen, z.B. rohrartigen Formstückes mit einer
zylindrischen Längsbohrung besitzt, in der eine schlauchförmige oder z.B. bandförmige,
aber schlauchförmig herumgelegte Membran vorgesehen ist, die im Bereich der beiden
zylindrisch geformten axialen Enden der Längsbohrung des Gehäuses an diesem über
den gesamten Umfang flüssigkeits- und/oder gasdicht angebracht ist und zwischen diesen
beiden axialen Enden in Abstand von der Wandung der Längsbohrung verläuft, derart,
daß sie mit dieser einen Zwischenraum in Form eines in sich nicht geschlossenen Ringes
bildet, dessen beide Umfangsenden dadurch verschlossen und gegeneinander isoliert
sind, daß an diesen Stellen die Membran über die gesamte axiale Länge unterbrechungslos
und unter guter Abdichtung am Gehäuse befestigt ist; daß im Bereich der vorgenann
ten Umfangsenden zwei Öffnungen vorgesehen sind, die den Zwischenraum mit dem Mediumzufluß
bzw. dem Mediumabfluß in Verbindung bringen und hierbei die Ansaugöffnung bzw. die
Ablaßöffnung bilden können; und daß im Inneren der aus Gehäuse, Membran und Zwischenraum
bestehenden Einheit und in axial entsprechender Anordnung zu dem vorgenannten Zwischenraum
zwei oder mehr als Gewicht wirkende Formstücke vorgesehen sind, die mit Hilfe eines
Antriebsmotors als Einheit um die Längsmittelachse des Zwischenraumes in Drehung
versetzt werden können und hierbei jeweils in radialer Richtung zwischen einer zurückgezogenen
inneren Stellung und unter der Wirkung der Zentrifugalkraft einer äußersten Stellung
hin und her verstellbar sind, in der sie an der Membran anliegen und diese an die
Wandung der Gehäusebohrung so andrücken, daß sie an dieser Stelle einen dichten Abschluß
des Zwischenraumes bewirken und hierbei diesen in verschiedene Kammern unterteilen,
wobei die auf diese Weise gebildeten Kammern eine kontinuierliche, von der Ansaugöffnung
zur Ablaßöffnung fortschreitende Rotationsbewegung mit pumpender Wirkung ausführen.
[0003] Die Erfindung besteht also in der Ausgestaltung einer Pumpe für flüssige oder gasförmige
Medien, deren Wirkungsweise neu ist. Ein starres rohrförmiges Element besitzt im
Bereich der inneren zylindrischen Erzeugenden einen ringförmigen Kanal, der sich in
radialer Richtung erstreckt, und hierbei ist die innere Oberfläche des rohrförmigen
Elementes durch eine elastische Membran bedeckt, die an der Wandung anliegt und abdichtend
wirkt und die auch den Kanal abdeckt, wobei sie jedoch vom Grund dieses Kanals wegsteht.
Der Kanal ist deshalb eine ringförmige Höhlung, die gegenüber der Umgebung isoliert
ist. An einer beliebigen Stelle des Umfangs läßt man die Membran ständig am Grund
des Kanals anliegen, wobei man auf diese Weise zwei Enden des Zwischen raums isoliert,
denen gegenüberliegend in das rohrförmige starre Element zwei Bohrungen eingearbeitet
sind, welche die Ansaugöffnung und die Ablaßöffnung bilden. Diese beiden Bohrungen,
der ringförmige Zwischenraum oder Hohlraum und die evtl. aus einem Stück mit dem
Gehäuse bestehenden oder an diesem angebrachten Anschlüsse, haben z.B. die Gestalt
eines Ω (Omega), dessen Endabschnitte die obengenannten Öffnungen bilden, während
der runde Teil des griechischen Buchstabens das pumpende Element bildet. Zwei oder
mehr Massen bzw. als Gewicht wirkende Formstücke, vorzugsweise zwei, mit kugelförmiger
Gestalt, die an dem ringförmigen Zwischenraum entlang in Rotation versetzt werden,
verformen durch Wirkung der Zentrifugalkraft die Membran, bis sie am Grund des Kanals
anliegt, wobei auf diese Weise die Kammern vor und nach den Massen oder Gewichten
oder Formstücken isoliert werden: die Rotationsbewegung bewirkt auf diese Weise das
Pumpen.
[0004] Die vorliegende Erfindung beansprucht eine volumetrische Pumpe, die keine Grenzen
hinsichtlich ihrer Abmessungen hat, wobei jedoch besonders vorteilhaft die Anwendung
der Erfindung bei den kleinen und kleinsten Pumpen ist, die oft Probleme beim Anlaufen
aufweisen und zur Vermeidung dieser Probleme Motoren notwendig machen, die in geeigneter
Weise überdimensioniert sind. In der Tat werden alle volumetrischen Pumpen in solcher
Weise hergestellt, daß der Motor sich in dem Zustand des Anlaufs unter Belastung befindet,
da die pumpenden Höhlungen direkt vom Motor bewegt werden und die beim Anlaufen zu
überwindende Reibung oder das entsprechende Moment insbesondere bei kleinen Maschinen
oft größer als das Moment ist, das der Motor liefern kann als Folge von zufälligen
äußeren Faktoren. Bei der Pumpe gemäß der Erfindung läuft der Motor, wie aus der folgenden
Beschreibung zu erkennen sein wird, leer an, ledig lich mit der Erhöhung der Geschwindigkeit
wird die pumpende Wirkung in Gang gesetzt. Darüber hinaus würde im Falle, daß die
Flüssigkeiten z.B. gefroren sein sollten, die Pumpe leer arbeiten, wobei sie eine
Umdrehungszahl erreichen würde, die noch größer ist als die Betriebsdrehzahl, wobei
auf diese Weise das Zerbröckeln des Fluids und die Reaktivierung der Pumpe begünstigt
würden. Es ist in der Tat bekannt, daß die kleinen und kleinsten Pumpen in Anwendungsfällen
eingesetzt werden, die schnelles und unregelmäßiges Arbeiten verlangen, sehr viele
werden auch in Umgebungsbedingungen verwendet, die in extremer Weise variabel sind,
wobei Staub, Feuchtigkeit, korrosive Medien usw. im Medium vorhanden sein können,
auch müssen sie oft bei Temperaturen arbeiten, die sehr veränderlich sind, weswegen
das Anlaufen ebenfalls kritisch werden könnte. So z.B. können sehr niedrige Temperaturen
die im Medium enthaltene Feuchtigkeit, die an gewissen Stellen der Pumpe kondensiert
ist, zum Gefrieren bringen, wobei auf diese Weise das Anlaufen in Frage gestellt wird,
selbst wenn dies nur zeitweilig sein sollte. Die bekannten Pumpen weisen alle mehr
oder weniger stark die oben angeführten Probleme hinsichtlich der Funktion und Wirkungsweise
auf, so z.B. die Zahnradpumpen, die Kapselpumpen, die Flügelpumpen, die Kolbenpumpen
usw. Es gibt auch Pumpen, deren pumpendes Element ein flexibles Röhrchen oder Schläuchchen
zwischen Ansaugmündung und Ablaßmündung ist, das sehr weich und schmiegsam ist und
das von einem sich drehenden dreieckigen Prisma zusammengequetscht wird, wobei es
in kleine Kammern unterteilt wird, die mit Flüssigkeit gefüllt sind, die sich in Bewegung
zwischen der Ansaugmündung und der Ablaßmündung befindet. Diese letztere Pumpe ist
sehr einfach und wirtschaftlich sowie weit verbreitet, jedoch löst auch diese Pumpe
nicht das Problem des Anlaufens unter Belastung, wobei auch noch das pumpende Röhrchen
oder Schläuchchen stark beansprucht ist und demzufolge einer schnellen Abnutzung und
Alterung unterworfen ist.
[0005] Wie bereits ausgeführt worden ist, löst die Pumpe gemäß der Erfindung die bei den
herkömmlichen volumetrischen Pumpen vorhandenen Probleme, da das Fluid von den in
Drehung befindlichen Teilen getrennt und isoliert ist, da weiterhin das Anlaufen des
Motors im Leerlauf stattfindet und weil schließlich die Belastung der Membran, die
für das Pumpen notwendig ist, minimal ist, wobei man trotzdem ein Ausmaß der Abdichtung
zwischen den Pumpkammern hat, das größer als die oben beschriebene Pumpe mit Röhrchen
oder Schläuchchen ist.
[0006] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Pumpe gemäß der Erfindung in einer Draufsicht in einem Schnitt gemäß der
Linie X-X der Fig. 3,
Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 in einem Schnitt gemäß der Linie Y-Y, wobei der Rotorteil
und der Motor10 entfernt worden sind, und
Fig. 3 die Anordnung nach Fig. 1 in einem Schnitt gemäß der Linie Z-Z der Fig. 1,
während
Fig. 4 die Fördermenge Q mit der erfindungsgemäßen Pumpe bei normalem Saugdruck und
bei dem Druck P für eine Anzahl von Umdrehungen n₁ bzw. n₂ zeigt.
[0007] In Fig. 1 bis 3 ist der Motor mit 10 bezeichnet, dessen Drehrichtung mit dem Pfeil
11 angegeben ist; 2 ist der Rotor, der in den Ausnehmungen 20 und 21 zwei kugelförmige
oder sphärische Massen 22, 23 trägt, wobei die obigen Angaben nur als Beispiel dienen,
keineswegs beschränkend sein sollen, weder hinsichtlich der Anzahl, noch hinsichtlich
der Form der Massen. Die beiden Massen können sich frei bewegen und in den Ausnehmungen
20 und 21 gleiten und hierbei jede Stellung einnehmen, die zwischen den Achsen 24
und 25 für die Masse 22 und 26 und 27 für die Masse 23 liegt. Die Stellungen 24 und
26 werden dann eingenommen, wenn die Pumpe stillsteht, hingegen werden die Stellungen
25 und 27 eingenommen, wenn der Motor umläuft und die Pumpe arbeitet und demzufolge
die Membran 4 sich verformt, bis sie am Grund des Kanals 54 anliegt. Es ist offensichtlich,
daß, um eine gute Führung zu erreichen, die Schnäbel 28 und 29 des Rotors 2 über die
Achsen 25 und 27 der Kugeln hinausstehen müssen. In den Figuren der Zeichnung ist
3 eine ringförmige Ausnehmung oder Höhlung, deren Querschnitt in der Ruhestellung
besser ersichtlich ist aus Fig. 2 und die durch die Kombination der Membran 4 mit
dem am äußeren starren Körper 5 angebrachten oder in diesen Körper eingearbeiteten
Kanal erzielt wird, der mit 54 bezeichnet ist.
[0008] Die Zeichnung zeigt lediglich als Beispiel eine Ausführungsform der Pumpe gemäß
der Erfindung, bei der der starre Körper 5 aus zwei identischen Hälften besteht: die
Hälfte 50 und die Hälfte 51, gegen die vom Inneren heraus die Membran 4 angedrückt
wird; bei dieser konstruktiven Lösung muß es nicht sein, daß die Membran eine Schlauchform
hat, sie kann jedoch einfach aus einem Band, aus einem geeigneten Elastomer bestehen,
dessen Höhe mit 41 bezeichnet ist und das auf zwei Ringen 60 und 61 aufgewickelt
ist, die durch den Vorsprung oder Ansatz 62 verbunden sind, um ein einziges Stück
zu bilden, und die zusammen das Stück 6 für das Haltern der Membran bilden. Der Ansatz
oder Vorsprung 62 dient dazu, die Schenkel des Bandes 42 und 43 (Fig. 1) zu haltern
und die Umfangsenden 30 und 31 des ringförmigen Zwischenraums zu isolieren und zu
verschließen. Die beiden Hälften 50 und 51 werden fest um das Element 6 herum miteinander
verbunden und mit Hilfe von Bohrungen und entsprechenden Stiften oder Zapfen 59 ausgerichtet
und aneinander befestigt, und mit Hilfe der Ausformungen 55 und 56 des Körpers 5 und
der entsprechenden Gegenstücke 63 und 64 haltern sie die Membran 4 dicht. Der Ansatz
oder Vorsprung 62 trägt die Verdickung 65 bzw. ein entsprechendes Formstück, um die
Schenkel des Bandes 4 besser zu haltern. Die Hälften oder Halbschalen 50 und 51 des
Gehäuses 5 tragen die Anschlüsse 52 und 53 für die Mediumleitungen, die parallel zur
Achse Z-Z orientiert und ausgerichtet sind, um das Pressen der vorgenannten Halbschalen
zu erleichtern, wobei die Anschlüsse jedoch auch anders ausgerichtet sein oder angebracht
sein können. 7 ist der Deckel mit der Halterung 71 für den Rotor; 57 und 58 sind die
Nuten, um den Deckel 7 und den Motor 1 zu haltern.
[0009] Im folgenden wird die Wirkungsweise beschrieben, wobei man eine Drehrichtung des
Motors gemäß Pfeil 11 voraussetzt:
Die durch die Fliehkraft nach außen bewegten Massen nehmen die Stellungen ein, die
durch die Achsen 25 und 27 angedeutet sind, der ringförmige Zwischenraum 3 wird in
drei voneinander getrennte, gegeneinander isolierte Kammern unterteilt, von denen
die Kammer 32 vom Ende 30 bis zur Kugel 22 geht, die Kammer 33 von der Kugel 22 bis
zur Kugel 23 reicht und die Kammer 34 von der Kugel 23 bis zum Ende 31 geht. Infolge
der Bewegung wird die Kammer 32 immer größer, und demzufolge, weil die Membran 4
bestrebt ist, infolge ihrer Elastizität in die Ruhestellung zurückzukehren, wird die
Flüssigkeit, das Fluid, vom Anschluß 52 im Sinne des Pfeiles 35 angesaugt. Die Kammer
33 verändert ihr Volumen nicht, da die Relativstellung der beiden Kugeln 22 und 23
einander gegenüber feststeht, sie bewegt sich jedoch vor im Sinne der Bewegung. Die
Kammer 34 hingegen wird immer kleiner, weil die Masse 23 vorläuft, und infolgedessen
wird das Fluid im Sinne der Pfeile 36 ausgestoßen. Wenn die Kugel 23 den Anschluß
53 überschreitet, wird das in der Kammer 33 enthaltene Fluid bzw. Medium zur Auslaßöffnung
36 gelangen; anschließend bewegt sich die Kugel 23 in Richtung auf die Ansaugöffnung
32, wobei ein identischer Zyklus wie derjenige der Kugel 22 folgt. Wenn man die Drehbewegung
umkehrt, wird die Funktion bzw. Wirkungsweise der Pumpe umgekehrt, das heißt, die
Öffnung 53 wird zur Saugöffnung, die Öffnung 52 zur Ablaß- oder Ausstoßöffnung.
[0010] Die Kriterien hinsichtlich der Dimensionierung dieser Pumpe sind einfach, weil das
transportierte Medium abhängig ist von der Anzahl der Umdrehungen mal das Volumen
des ringförmigen Zwischenraums abzüglich des toten Volumens der Massen. Der Druck,
auf den die Pumpe das Medium bringen kann, ist proportional mit dem Quadrat der Anzahl
der Umdrehungen, und der genaue Wert kann bestimmt werden mit Hilfe der Formel mit
Bezug auf die Zentrifugalkraft, wenn man berücksichtigt, daß diese dem Produkt aus
dem Druck des Fluids und der Oberfläche der der Ablaßöffnung zugeordneten Kugel entgegenwirken
muß, ohne daß man den Einfallswinkel vernachlässigt. Es ergibt sich hieraus, daß dann,
wenn man die Anzahl der Umdrehungen in geeigneter Weiser reguliert, der maximale Auslaßdruck
reguliert werden kann, dessen theoretisches Diagramm aus der Liefermenge Q an Luft
oder Fluid bei normalem Ansaugdruck und dem Druck P beispielsweise für eine hypothetische
Anzahl von Umlaufbewegungen n₁ und für eine andere Drehzahl n₂ in Fig. 4 gezeigt ist.
[0011] Die Pumpe gemäß der Erfindung kann deswegen ein vorteilhaftes Gerät werden, das
aus der Pumpe und dem Druck regulierer zusammengesetzt ist, der einfach anhand der
Drehzahl arbeitet. Mit Hilfe einer elektronischen Regelung mit geschlossenem Ring
kann man auf diese Weise fein regulierte Drücke erzielen.
[0012] Wie aus der vorhergehenden Beschreibung hervorgeht, gibt es verschiedene Arten, die
Pumpe herzustellen, ohne aus dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung bzw. des
vorliegenden Patentes herauszugelangen. So z.B. kann der Körper 5 (das Gehäuse 5)
einstückig sein und auch eine innere Oberfläche haben, die glatt ist und keinen Kanal
besitzt; in diesem Falle kann der ringförmige Zwischenraum z.B. mit Hilfe der Membran
4 erhalten werden, die im Inneren des Gehäuses oder Körpers 5 gespannt ist, derart,
daß sie selbst den ringförmigen Zwischenraum bildet; die Membran kann im übrigen mit
Hilfe jedes anderen geeigneten Systems im Inneren des Körpers oder Gehäuses 5 angebracht
werden, außer der oben beschriebenen Anordnung mit Hilfe des Körpers 6, wobei sie
durch Verkleben oder Vulkanisieren unmittelbar auf den geeigneten oben beschriebenen
Wänden befestigt werden kann; in diesem Falle können die Massen zwei kleine Zylinder
sein, deren Höhe gleich wie oder größer als die Höhe des ringförmigen Zwischenraums
ist.
1. Nach Art einer Drehkolbenpumpe wirkende volumetrische Pumpe für flüssige oder
gasförmige Medien, die in einem Gehäuse mit Einlaß- und Auslaßöffnung für das Fördermedium
einen motorisch angetriebenen Drehkolben besitzt, der in der Gehäusebohrung um deren
Längsachse herum drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5)
die Gestalt eines starren, ein- oder mehrstückigen, z.B. rohrartigen Formstücks mit
einer zylindrischen Längsbohrung besitzt, in der eine schlauchförmige oder z.B. bandförmige,
aber schlauchförmig herumgelegte Membran (4) vorgesehen ist, die im Bereich der beiden
zylindrisch geformten axialen Enden der Längsbohrung des Gehäuses (5) an diesem über
den gesamten Umfang flüssigkeits- und/oder gasdicht angebracht ist und zwischen diesen
beiden axialen Enden in Abstand von der Wandung der Längsbohrung verläuft, derart,
daß sie mit dieser einen Zwischenraum (3) in Form eines in sich nicht geschlossenen
Ringes bildet, dessen beide Umfangsenden (30, 31) dadurch verschlossen und gegeneinander
isoliert sind, daß an diesen Stellen die Membran (4) über die gesamte axiale Länge
unterbrechungslos und unter guter Abdichtung am Gehäuse (5) befestigt ist; daß im
Bereich der vorgenannten Umfangsenden (30, 31) zwei Öffnungen vorgesehen sind, die
den Zwischenraum (3) mit dem Mediumzufluß bzw. dem Mediumabfluß in Verbindung bringen
und hierbei die Ansaugöffnung (52) bzw. die Ablaßöffnung (53) bilden können; und daß
im Inneren der aus Gehäuse (5), Membran (4) und Zwischenraum (3) bestehenden Einheit
und in axial entsprechender Anordnung zu dem vorgenannten Zwischenraum (3) zwei oder
mehr als Gewicht wirkende Formstücke (22, 23) vorgesehen sind, die mit Hilfe eines
Antriebsmotors als Einheit um die Längsmittelachse des Zwischenraums in Drehung versetzt
werden können und hierbei jeweils in radialer Richtung zwischen einer zurückgezogenenen,
inneren Stellung und unter der Wirkung der Zentrifugalkraft einer äußersten Stellung
hin und her verstellbar sind, in der sie an der Membran (4) anliegen und diese an
die Wandung der Gehäusebohrung so andrücken, daß sie an dieser Stelle einen dichten
Abschluß des Zwischenraums (3) bewirken und hierbei diesen in verschiedene Kammern
(32, 33, 34) unterteilen, wobei die auf diese Weise gebildeten Kammern (32, 33, 34)
eine kontinuierliche, von der Ansaugöffnung zur Ablaßöffnung fortschreitende Rotationsbewegung
mit pumpender Wirkung ausführen.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) aus zwei symmetrischen
Hälften (50, 51) besteht, die entlang von zwei "Nähten", die zwei einander gegenüberliegenden
Erzeugenden des Zylinders (5) entsprechen, aneinandergelegt sind und hierbei einen
Hohlkörper bilden, in den die Membran (4) so eingelegt ist, daß sie eine Art Schlauch
bildet, und daß die Hälften (50, 51) die Gestalt von halbzylindrischen Schalen haben,
die im Bereich der einen Naht radial nach außen gerichtete Vorsprünge besitzen, die
im Bereich ihrer äußeren Enden aneinander anliegen und im übrigen zwischen sich einen
Zwischenraum bilden, in den die beiden axial verlaufenden Umfangsenden (30, 31) der
Membran (4) eingelegt und mit Hilfe eines Füllstückes (65) dichtend gegen die Wände
des Zwischenraums angepreßt gehalten sind.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Formstücke (22,
23) mit Hilfe des mittig in der Längsbohrung des Gehäuses (5) um deren Längsachse
herum drehbar gelagerten Kolbens (2) zu einer Einheit zusammengefaßt sind, indem sie
in an diametral einander gegenüberliegenden, nach außen hin offenen Ausnehmungen (20,
21) unter Einwirkung der Fliehkraft in radialer Richtung zwischen der zurückgezogenen
Stellung näher zur Drehachse hin und der vorgeschobenen Stellung, in der sie an der
Membran anliegen, hin und her verstellbar sind.
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige
Zwischenraum (3) gebildet wird durch einen in die Wandung der Längsbohrung des Gehäuses
(5) eingearbeiteten, zum Inneren der Längsbohrung hin offenen Kanal und daß die bandförmige
Membran (4) im Bereich der beiden axialen Enden durch Ringe (60, 61) gehaltert ist,
welche die Membran (4) an die Wandung der Längsbohrung (5) andrücken.