Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit und Verdrängerpumpe mit ...

patent.de.com

Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit und Verdrängerpumpe mit ...

*DE102007047682A120090409*

(19)

Bundesrepublik Deutschland

Deutsches Patent- und Markenamt

(10)

DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

(12)

Offenlegungsschrift

(21) Aktenzeichen: 10 2007 047 682.7

(22) Anmeldetag: 05.10.2007

(43) Offenlegungstag: 09.04.2009

(71) Anmelder:

Webasto AG, 82131 Gauting, DE

(74) Vertreter:

SCHUMACHER & WILLSAU, 80335 München

(72) Erfinder:

Franz, Ronald, 80636 München, DE; Neuner,

Heiko, 96142 Hollfeld, DE; Mandelkow, Frithjof,

80639 München, DE

(51) Int Cl. 8 : F04C 9/00 (2006.01)

(56) Für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht

gezogene Druckschriften:

DE 23 65 830 C3

DE10 2005 028953 A1

DD 93 301 A

CH 4 13 602 A

GB 4 02 818 A

US 25 69 640 A

Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen

Prüfungsantrag gemäß § 44 PatG ist gestellt.

(54) Bezeichnung: Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit und Verdrängerpumpe mit zwei Pumpkammern

(57) Zusammenfassung: Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe

10 mit einer Fluidkammer 12 und einer in

der Fluidkammer 12 angeordneten bewegbaren Trennwand

14, die die Fluidkammer in eine erste Pumpkammer

16 und in eine zweite Pumpkammer 18 unterteilt. Erfiundungsgemäß

ist vorgesehen, dass eine Bewegung der

Trennwand das Volumen der ersten Pumpkammer und das

Volumen der zweiten Pumpkammer ändert, wobei das

kombinierte Volumen der ersten Pumpkammer und der

zweiten Pumpkammer konstant bleibt.

1/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum

Pumpen einer Flüssigkeit. Sie betrifft weiter eine Verdrängerpumpe

mit einer Fluidkammer und einer in

der Fluidkammer angeordneten bewegbaren Trennwand,

die die Fluidkammer in eine erste Pumpkammer

und in eine zweite Pumpkammer unterteilt. Die

Erfindung betrifft weiter ein Volumenstrommessgerät

mit den Merkmalen der Verdrängerpumpe.

[0002] Hubkolbenpumpen werden unter anderem

als sogenannte Dosierpumpen in Kraftfahrzeugen

zum Pumpen von Brennstoff (Benzin oder Diesel)

aus einem Brennstoffreservoir in eine Einspritzvorrichtung

verwendet. Der Pumpvorgang wird bewirkt

durch die Bewegung eines Hubkolbens in einem Zylinder.

[0003] Durch die Volumenänderung des Zylinders

entsteht eine Flussbewegung im Brennstoff. Aufgrund

der bekannten geometrischen Maße des Zylinders

und des Kolbenverfahrweges sowie der geringen

Kompressibilität des Brennstoffs ist dabei das

geförderte Volumen pro Hub genau definiert. Der

Hubkolben wird typischerweise über ein durch eine

elektrische Spule erzeugtes Magnetfeld angetrieben.

Eine Feder, die beim Hubvorgang (Einfahren des

Hubkolbens in den Zylinder mit gleichzeitigem Ausstoßen

von Brennstoff) gespannt wird, bewegt den

Kolben nach dem Hubvorgang wieder zurück, wobei

sich der Zylinder erneut mit Brennstoff füllt. Oft ist die

Brennstoffpumpe in dem Brennstoffreservoir installiert,

wo sie vom Brennstoff umspült wird.

[0004] Nachteilig an Brennstoffdosierpumpen des

Stands der Technik ist die periodische Unterbrechung

des geförderten Volumenstroms, die sogenannte

Brennstoffpulsation. Diese Pulsation hat ihre

Ursache darin, dass die Hubkolbenpumpe keinen

Brennstoff fördert, während der Hubkolben im Zylinder

zurückfährt. Gegebenfalls (zum Beispiel bei bestimmten

Brennertypen) muss die Brennstoffpulsation

durch einen der Brenstoffpumpe nachgeschalteten

Brennstoffpulsationsdämpfer eliminiert oder zumindest

gedämpft werden. Ein weiterer Nachteil einer

Brennstoffdosierpumpe des Stands der Technik

ist häufig ein hörbares Aufschlaggeräusch, dass

durch den Kolben bei seiner Bewegungsumkehr hervorgerufen

wird. Im Fahrgastraum kann dieses Geräusch

insbesondere bei niedrigen Temperaturen

wahrgenommen werden.

[0005] Die US 5,437,542 beschreibt eine verbesserte

Verdrängerpumpe, die ein Paar gegenläufig betriebener

Pumpen verwendet, um einen kontinuierlichen

und konstanten Volumenstrom zur Verfügung zu stellen.

Nachteilig an dieser Pumpe ist jedoch ihr aufwendiger

Aufbau, der zwei im wesentlichen unabhängige

Pumpen kombiniert.

[0006] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung,

ein Pumpverfahren zur Erzeugung eines quasi-kontinuierlichen

Volumenstroms anzugeben. Es ist weiter

Aufgabe der Erfindung, eine platzsparende Verdrängerpumpe

anzugeben, die einen im wesentlichen

kontinuierlichen Volumenstrom zur Verfügung stellt

und sich als Dosierpumpe zum Pumpen von inkompressiblen

Flüssigkeiten oder als Volumenstrommessgerät

einsetzen lässt. Diese Aufgabe wird mit den

Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus

den abhängigen Ansprüchen.

[0007] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Pumpen

einer Flüssigkeit weist den folgenden Schritt auf:

Vergrößern des Volumens einer ersten Pumpkammer

und gleichzeitiges Verkleinern des Volumens einer

zweiten Pumpkammer durch Vorwärtsbewegen

einer die erste Pumpkammer von der zweiten Pumpkammer

trennenden Trennwand. Unter dem Begriff

"Pumpkammer" ist hier und im folgenden stets ein

Raumbereich gemeint, in dem ein Teil des zu pumpenden

Fluids zeitweise eingeschlossen wird, bevor

dieser Teil durch eine Bewegung der Trennwand wieder

aus der Pumpkammer ausgestoßen wird. Das erfindungsgemäße

Verfahren beruht auf der Erkenntnis,

dass eine Volumenänderung von zwei getrennten

Pumpkammern durch die Bewegung einer gemeinsamen,

die Pumpkammern trennenden Trennwand

erreicht werden kann, wodurch die Notwendigkeit

entfällt, jede der beiden Pumpkammer mit einem

eigenen separaten Kolben oder ähnlichem Element

auszustatten. Da sich das Volumen der ersten Pumpkammer

vergrößert, während sich das Volumen der

zweiten Pumpkammer verkleinert, kann bereits während

des Ausstoßens von Fluid aus der zweiten

Pumpkammer weiteres Fluid in der ersten Pumpkammer

gespeichert werden, das nach Ende des Schritts,

vorzugsweise wenn die zweite Pumpkammer im wesentlichen

leer ist, zur Fortsetzung des Pumpvorgangs

zur Verfügung steht.

[0008] In diesem Zusammenhang wird bevorzugt,

dass das Verfahren weiter den folgenden Schritt aufweist:

Vergrößern des Volumens der zweiten Pumpkammer

und gleichzeitiges Verkleinern des Volumens

der ersten Pumpkammer durch Rückwärtsbewegen

der Trennwand. In diesem Schritt wird das im

beschriebenen ersten Schritt in der ersten Pumpkammer

gesammelte Fluid ausgestoßen. Eine zyklische

Wiederholung der beiden beschriebenen Schritte

ermöglicht einen quasi-kontinuierlichen Volumenstrom

des Fluids beim Pumpen, wobei unter quasi-kontinuierlich

verstanden werden soll, dass der Volumenstrom

in jedem Zyklus höchstens momentan

stark verringert sein kann, während einer Zeitspanne,

die sehr viel kürzer ist als die Periode des Zyklus.

Zum Beispiel ist es möglich, dass der Volumenstrom

kurz unterbrochen wird, wenn die Trennwand ihre

Bewegung umkehrt.

2/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

[0009] Als besonders vorteilhaft wird erachtet, dass

zwischen dem Schritt des Vergrößerns des Volumens

der ersten Pumpkammer und dem Schritt des

Vergrößerns des Volumens der zweiten Pumpkammer

die folgenden Schritte durchgeführt werden:

– Unterbrechen einer Fluidleitung zwischen einem

Eingangsreservoir und der ersten Pumpkammer,

– Unterbrechen einer Fluidleitung zwischen der

zweiten Pumpkammer und einem Ausgangsreservoir,

– Herstellen einer Fluidleitung zwischen dem Eingangsreservoir

und der zweiten Pumpkammer,

– Herstellen einer Fluidleitung zwischen der ersten

Pumpkammer und dem Ausgangsreservoir.

[0010] Das Unterbrechen bzw. Herstellen der jeweiligen

Fluidleitung kann beispielsweise durch dass

Öffnen bzw. Schließen eines Ventils geschehen.

[0011] Als vorteilhaft wird weiter erachtet, dass das

kombinierte Volumen der ersten Pumpkammer und

der zweiten Pumpkammer während des gesamten

Verfahrens konstant bleibt. Dies kann vorteilhaft sein,

wenn das Volumen des nicht in der Pumpe enthaltenen

Fluids konstant bleiben soll, zum Beispiel für

Messzwecke.

[0012] Die erfindungsgemäße Verdrängerpumpe

baut auf dem Stand der Technik dadurch auf, dass

eine Bewegung der Trennwand das Volumen der ersten

Pumpkammer und das Volumen der zweiten

Pumpkammer ändert, wobei das kombinierte Volumen

der ersten Pumpkammer und der zweiten

Pumpkammer konstant bleibt. Eine derartige Pumpkammer

ist einfacher zu realisieren als eine Zusammenschaltung

gegenläufiger Pumpen. Unter Bewegung

der Trennwand ist jede Art von Bewegung zu

verstehen, insbesondere Translation, Rotation und

Biegung.

[0013] Es ist besonders bevorzugt, dass die Verdrängerpumpe

einen Elektromotor zum Antrieb der

Trennwand aufweist. Der Elektromotor wird so mit

der Trennwand gekoppelt, dass er eine zyklische Bewegung

der Trennwand ermöglicht.

[0014] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform

weisen die erste Pumpkammer und die zweite Pumpkammer

je ein Eingangsventil und/oder ein Ausgangsventil

auf. Durch das Eingangsventil (Ausgangsventil)

kann das Fluid nur einströmen (ausströmen),

nicht aber ausströmen (einströmen). Hierdurch

wird ein Pumpen des Fluids von einem Eingangsreservoir

mit niedrigem Druck zu einem Ausgangsreservoir

mit höherem Druck ermöglicht. Eine einfache

Form eines Eingangsventils ist z. B. eine Öffnung in

der Pumpkammer mit einer an der Innenwand der

Pumpkammer angebrachten Klappe, die sich

schließt, wenn der Innendruck der Pumpkammer größer

ist als der Druck auf der Außenseite der Klappe.

[0015] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform

der Erfindung wird die Fluidkammer

durch ein rotationssymmetrisches Gehäuse und eine

starr mit dem Gehäuse verbundene, sich radial von

der Innenwand des Gehäuses zur Symmetrieachse

des Gehäuses erstreckende Radialwand definiert,

wobei die Trennwand sich radial von der Innenwand

des Gehäuses zur Symmetrieachse des Gehäuses

erstreckt und innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs

um die Symmetrieachse des Gehäuses rotierbar

ist. Eine derartige Ausgestaltung bietet den Vorteil,

dass die Trennwand einfach über eine rotierende

Welle entlang der Achse des Gehäuses angetrieben

werden kann, insbesondere von einem Elektromotor.

Dabei entfällt eine Umwandlung von Rotationsbewegung

in Translationsbewegung.

[0016] Es kann vorteilhaft sein, dass das Gehäuse

eine um die Symmetrieachse des Gehäuses rotierbare

Stirnplatte mit einer die Stirnplatte durchdringenden

Öffnung oder mit einem die Stirnplatte durchdringenden

Ventil aufweist. Da erfindungsgemäß die

eine Pumpkammer Fluid aufnimmt, während die andere

Pumpkammer Fluid abgibt, werden zu einem

gegebenen Augenblick immer nur ein Ausgangsventil

und ein Eingangsventil für eine Fluidkammer benötigt.

Durch eine rotierbare Stirnplatte wird ermöglicht,

ein Ausgangsventil (ein Eingangsventil) automatisch

an die Pumpkammer anzuschließen, aus der Fluid

austreten (eintreten) soll.

[0017] In diesem Zusammenhang wird als vorteilhaft

erachtet, dass das Gehäuse eine um die Symmetrieachse

des Gehäuses rotierbare Stirnplatte mit

einer die Stirnplatte durchdringenden Öffnung oder

mit einem die Stirnplatte durchdringenden Ventil aufweist,

wobei die Stirnplatte ausgelegt ist, zumindest

zeitweise durch die rotierbare Trennwand in Drehung

versetzt zu werden. Somit wird einfacher Mechanismus

zur Verfügung gestellt, um das Ventil an der gewünschten

Pumpkammer zu positionieren.

[0018] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform

ist vorgesehen, dass die Länge des

Gehäuses, gemessen parallel zur Symmetrieachse,

mindestens viermal so groß ist wie der Durchmesser

des Gehäuses. Eine derartige lanzenförmige Gestalt

ist vorteilhaft für die Installation der Pumpe in einem

Brennstofftank oder Schwalltopf.

[0019] Die Vorteile der Erfindung lassen auch auf

ein Volumenstrommessgerät übertragen, das im Aufbau

im wesentlichen mit der erfindungsgemäßen

Pumpe übereinstimmt. Bei Verwendung der Pumpe

als Volumenmessgeräts wird die Trennwand durch

das durchströmende Fluid angetrieben, wobei die

Anzahl an Bewegungszyklen pro Zeiteinheit einen

Rückschluss auf den Volumenstrom erlaubt.

[0020] Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die be-

3/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

gleitenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.

[0021] Es zeigen:

[0022] Fig. 1 eine schematische dreidimensionale

Ansicht einer erfindungsgemäßen Pumpe, die zwischen

ein Eingangsreservoir und ein Ausgangsreservoir

geschaltet ist;

[0023] Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch

die Pumpe aus Fig. 1, während die Trennwand der

Pumpe vorwärts bewegt wird;

[0024] Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch

die Pumpe aus Fig. 1, während die Trennwand der

Pumpe rückwärts bewegt wird;

[0025] Fig. 4 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen

Verfahrens zum Pumpen eines Fluids;

[0026] Fig. 5 eine Explosionszeichnung einer bevorzugten

Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Pumpe;

[0027] Fig. 6 bis Fig. 9 jeweils eine Draufsicht auf

jeweils ein Element der in Fig. 5 dargestellten Pumpe;

[0028] Fig. 10 bis Fig. 13 einen Querschnitt der

Pumpe aus Fig. 5 zu verschiedenen Phasen des

Pumpzyklus;

[0029] Fig. 14 einen Schwalltopf mit einer erfindungsgemäßen

Pumpe; und

[0030] Fig. 15 einen Dieselbrenner mit einer erfindungsgemäßen

Pumpe.

[0031] In den Figuren bezeichnen gleiche oder ähnliche

Bezugszeichen (zum Beispiel 14 und 14') gleiche

oder ähnliche Komponenten, die zur Vermeidung

von Wiederholungen zumindest teilweise nur einmal

erläutert werden.

[0032] Die in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsform

der erfindungsgemäßen Pumpe 10 umfasst

eine Fluidkammer 12, die der besseren Übersicht wegen

transparent dargestellt ist, und die durch ein nicht

dargestelltes Gehäuse begrenzt wird. Die Fluidkammer

12 wird durch eine Trennwand 14 in eine erste

Pumpkammer 16 und in eine zweite Pumpkammer

18 geteilt. Die Trennwand 14 ist fest mit einem die

Fluidkammer 12 durchlaufenden Hubkolben 32 verbunden

oder einstückig mit ihm ausgebildet. Die

Trennwand 14 kann mittels Kraftübertragung durch

den Hubkolben 32 zusammen mit dem Hubkolben

längs der Achse des Hubkolbens (Richtungen F und

B) hin und her verschoben werden, z. B. durch einen

nicht dargestellten Elektromotor. Durch Verschieben

der Trennwand in die Vorwärtsrichtung F wird das Volumen

der ersten Pumpkammer 16 vergrößert und

das Volumen der zweiten Pumpkammer 18 verkleinert.

Die erste Pumpkammer ist über eine erste Eingangsfluidleitung

24 und über eine erste Ausgangsfluidleitung

30 mit einem Eingangsreservoir 20 beziehungsweise

mit einem Ausgangsreservoir 22 verbunden.

Die zweite Pumpkammer ist entsprechend über

eine zweite Eingangsfluidleitung 28 und über eine

zweite Ausgangsfluidleitung 26 mit dem Eingangsreservoir

20 beziehungsweise mit dem Ausgangsreservoir

22 verbunden. Innerhalb der beiden Eingangsleitungen

(24, 28) sind Ventile angeordnet (nicht dargestellt),

die bewirken, dass Fluid die Eingangsleitungen

(24, 28) nur in Richtung vom Eingangsreservoir

20 zur Fluidkammer 20, nicht aber in umgekehrter

Richtung, durchströmen kann. Innerhalb der beiden

Ausgangsleitungen (26, 30) sind Ventile angeordnet

(nicht dargestellt), die bewirken, dass eine Flüssigkeit

die Ausgangsleitungen (26, 30) nur in Richtung

von der Fluidkammer 12 zum Ausgangsreservoir 22,

nicht aber in umgekehrter Richtung, durchströmen

kann.

[0033] Der durch die Pumpe 10 ermöglichte Pumpzyklus

wird durch die nachfolgend beschriebenen

Fig. 2 und Fig. 3 schematisch erläutert, wobei die

schwarzen Pfeile jeweils die Strömung des Fluids andeuten.

[0034] Fig. 2 stellt die Phase des Pumpzyklus dar,

in der die Trennwand 14 über den Kolben 32 in die

Vorwärtsrichtung F bewegt wird. Dabei strömt Fluid

aus dem Eingangsreservoir 20 aufgrund seines eigenen

Drucks durch die erste Eingangsleitung 24 in die

erste Pumpkammer 16. Ein Rückströmen von Fluid

aus der zweiten Pumpkammer 18 durch die zweite

Eingangsleitung 28 wird verhindert durch das in der

Eingangsleitung 28 befindliche Ventil (nicht dargestellt).

Gleichzeitig strömt Fluid aus der zweiten

Pumpkammer 18 durch die zweite Ausgangsleitung

26 in das Ausgangsreservoir 22, wobei der Druck des

Fluids im Ausgangsreservoir 22 höher sein kann als

der Druck des Fluids im Eingangsreservoir 20. Ein

Rückströmen des Fluids aus dem Ausgangsreservoir

22 durch die erste Ausgangsleitung 30 in die erste

Pumpkammer 16 wird verhindert durch ein in der

Ausgangsleitung 30 angeordnetes Ventil (nicht dargestellt).

[0035] Fig. 3 skizziert die zweite Phase des Pumpzyklus,

in der die Trennwand 14 in die Rückwärtsrichtung

B bewegt wird. Die zweite Phase des Pumpzyklus

ist analog zur ersten. Nun strömt Fluid vom Eingangsreservoir

20 durch die zweite Eingangsleitung

28 in die zweite Pumpkammer, und es strömt Fluid

von der ersten Pumpkammer 16 durch die erste Ausgangsleitung

30 in das Ausgangsreservoir 22, wobei

ein Rückströmen von Fluid durch die zweite Ausgangsleitung

26 und die erste Eingangsleitung 24

durch innerhalb der Leitungen (24, 26) angeordnete

4/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

Ventile verhindert wird.

[0036] Man bemerkt, dass sowohl bei der Vorwärtsbewegung

F als auch bei der Rückwärtsbewegung B

der Trennwand 14 Fluid gefördert wird, in dem Sinn,

dass Fluid von der Pumpe 10 aus dem Eingangsreservoir

20 eingesogen wird, während gleichzeitig Fluid

in das Ausgangsreservoir 22 ausgestoßen wird.

[0037] Der unter Bezugname auf Fig. 3 und Fig. 4

erläutertet Pumpzyklus ist schematisch im Flussdiagramm

4 wiedergegeben. Die Trennwand 14 wird in

einem ersten Schritt S1 vorwärts bewegt, wobei Fluid

gefördert wird. Daraufhin wird die Trennwand 14 in einem

zweiten Schritt S2 zurückbewegt, wobei ebenfalls

Fluid befördert wird. Nur in dem Moment, in dem

Trennwand ruht (beim Übergang vom ersten Schritt

S1 zum zweiten Schritt S2) wird kein Fluid gefördert.

Nach Schritt S2 wird entschieden, ob weiter gepumpt

werden soll. Wenn ja, so kehrt der Prozess zum

Schritt 1 zurück; wenn nein, so endet er.

[0038] Fig. 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen

Verdrängerpumpe 10 in ihrer bevorzugten

Ausführungsform. Besonders vorteilhaft

an dieser Ausführung ist, dass die Pumpe sehr langgestreckt

(rohr- oder lanzenförmig) gestaltet sein

kann, wobei während des Pumpbetriebs Fluid von einem

Eingangsende der Pumpe zu einem Ausgangsende

gepumpt wird. Die Pumpe 10 umfasst ein rohrförmiges

rotationssymmetrisches Gehäuse 36 mit

scheibenförmigen Stirnplatten 40 und 42, die das Gehäuse

36 an entgegengesetzten Enden abschließen.

Die erste Stirnplatte 40 weist Austrittsöffnungen zur

Abgabe von Fluid aus der Pumpe auf (siehe Fig. 8).

Die zweite Stirnplatte 42 hingegen weist Eintrittsöffnungen

zur Aufnahme von Fluid in die Pumpe auf.

Das Gehäuse 36 weist zwei einstückig mit dem Gehäuse

36 gebildete Radialwände 38 und 38' auf, die

sich jeweils radial vom Gehäuse 36 zur Symmetrieachse

des Gehäuses 36 erstrecken und mit dem Gehäuse

eine erste Fluidkammer 12 und eine zweite

Fluidkammer 12' definieren. Ein Rotor 34 mit zwei

ebenen, wandförmigen Flügeln 14, 14' ist um die

Symmetrieachse des rotationssymmetrischen Gehäuses

36 drehbar gelagert, derart, dass sich die beiden

Flügel 14, 14' radial vom Rotor 34 zur Innenwand

des Gehäuses 36 erstrecken. Der Flügel 14 teilt die

erste Fluidkammer 12 in eine erste Pumpkammer 16

und in eine zweite Pumpkammer 18, wie genauer in

Fig. 10 bis Fig. 13 zu erkennen ist. Entsprechend

teilt der Flügel 14' die zweite Fluidkammer 12' in eine

dritte Pumpkammer 16' und in eine vierte Pumpkammer

18'. Ein Rotationsoszillator 44 mit einem festen

Magnetstator 48 und einem rotierbaren Magnetrotor

46 ist Teil eines nicht dargestellten elektrischen Motors

zum Antrieb des Rotors 34. Das Gehäuse 36, der

Rotor 34, die Stirnplatte 40 und der Rotationsoszillator

44 sind in den nachfolgenden Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8

und Fig. 9 vergrößert dargestellt.

[0039] Fig. 6 ist ein Querschnitt durch das rohrförmige,

rotationssymmetrische Gehäuse 36 aus Fig. 5.

Die beiden Radialwände 38 und 38' sind um 180°

versetzt an der Innenwand des Gehäuses 36 angeordnet

und erstrecken sich von der Innenwand radial

nach innen. Ein zwischen den Enden der Radialwänden

38 und 38' auftretender freier Zwischenraum, der

die Symmetrieachse des Gehäuse 36 umgibt, dient

zur Aufnahme des Rotors 34.

[0040] Fig. 7 ist ein Querschnitt durch den Rotor 34

aus Fig. 5. Die Flügel 14 und 14' sind um 180° versetzt

am Rotor angeordnet und definieren jeweils

eine sich senkrecht zur Querschnittsebene erstreckende

Ebene.

[0041] Fig. 8 ist ein Querschnitt durch die Stirnplatte

40 aus Fig. 5. Die Stirnplatte 40 hat einen kreisförmigen

Querschnitt und besitzt zwei einander radial gegenüber

angeordnete Austrittsöffnungen 50 und 50',

die vorzugsweise jeweils ein Austrittsventil enthalten.

Die Stirnplatte 40 besitzt weiter vier Stifte 52, 54, 52',

54', die senkrecht stehend auf der Stirnplatte 40 montiert

sind und die Eckpunkte eines Rechtecks bilden.

Die gesamte Stirnplatte 42 einschließlich Austrittsöffnungen

50 und 50' und Stiften 52, 54, 52', 54' ist symmetrisch

bezüglich einer Spiegelung an der durch die

Austrittsöffnungen 50 und 50' laufenden Achse. Die

zweite Stirnplatte 42 aus Fig. 5 ist analog zur Stirnplatte

40 aufgebaut, wobei sie anstelle der Austrittsöffnungen

50, 50' entsprechende Eintrittsöffnungen

aufweist.

[0042] Fig. 9 illustriert den Rotationsoszillator 44

aus Fig. 5. Ein beweglicher Magnetrotor 46 ist rotierbar

zwischen einem Magnetstator 48 angeordnet.

Sowohl der Magnetrotor als auch der Magnetstator

sind magnetisiert und stehen miteinander in magnetischer

Wechselwirkung, so dass im idealisierten reibungslosen

Fall der Magnetrotor 46 eine oszillierende

Rotationsbewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet,

dass der zwischen dem Magnetrotor 46 und

der Ruheachse A gebildete Winkel α oszilliert. Erfindungsgemäß

wird der Rotor zur Taktung der Pumpe

10 verwendet.

[0043] Die Funktionsweise der in Fig. 5 dargestellten

Pumpe 10 wird nun unter Bezugnahme auf

Fig. 10, Fig. 11, Fig. 12 und Fig. 13 näher erläutert.

[0044] Fig. 10 veranschaulicht die Phase, in der der

Flügel 14 (und ebenso der analoge Flügel 14') in

Rückwärtsrichtung B, B' gedreht wird. In dieser Phase

nimmt das Volumen der ersten Pumpkammer 16

ab, während das Volumen der zweiten Pumpkammer

18 entsprechend zunimmt. Fluid verlässt die erste

Pumpkammer 16 durch die Austrittsöfffnung 50 der

Stirnplatte 40, während gleichzeitig Fluid durch eine

(nicht dargestellte, im Rücken des Betrachters liegende)

Eintrittsöffnung der Stirnplatte 42 in die zweite

5/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

Pumpkammer 18 einströmt. Ab eines gewissen

Drehwinkels berühren die Flügel 14 und 14' die Stifte

52 bzw. 52' und rotieren dadurch die Stirnplatte 40

mitsamt den Stiften 52, 52', 54, 54' und Austrittsöffnungen

50, 50'. Die nur in Fig. 5 dargestellte zweite

Stirnplatte wird ebenso wie die erste Stirnplatte 40

über die Flügel 14, 14' mitbewegt. Aufgrund der Rotationsträgheit

der Stirnplatte 40 und/oder aufgrund

der durch die Flügel 14, 14' auf die Stifte 52, 52' ausgeübten

Drehmomente rotiert die Stirnplatte 40, bis

die Austrittsöffnung 50 in den zwischen der Radialwand

38 und dem Flügel 14' liegenden Sektor gelangt.

Die Austrittsöffnung 50' gelangt entsprechend

in den zwischen der Radialwand 38' und dem Flügel

14 liegenden Sektor. Da nun die Pumpkammern 16,

16' mit keiner Austrittsöffnung mehr in Kontakt stehen,

wird die Rotation der Flügel 14, 14' im Falle eines

inkompressiblen Fluids sofort sehr stark gedämpft,

so dass die Flügel 14, 14' zum Stillstand gelangen.

[0045] Damit ergibt sich die in Fig. 11 dargestellte

Konstellation. Sie entspricht dem Moment, in dem die

Drehbewegung des Flügels 14 umgekehrt wird, so

dass der Flügel momentan ruht. Nun sind die Pumpkammern

18 und 18' jeweils mit einer der Austrittsöffnungen

50', 50 verbunden, während die Pumpkammern

16 und 16' jeweils mit einer Eintrittsöffnung der

in der Figur nicht sichtbaren zweiten Stirnplatte 42

verbunden sind.

[0046] Nach der in Fig. 11 gezeigten Konstallation

folgt die in Fig. 12 veranschaulichte Pumpphase. Die

Flügel 14, 14' werden nun vorwärts rotiert F, F', wobei

Fluid durch die zweite Stirnplatte 42 (in der Figur

nicht sichtbar) in die erste Pumpkammer 16 strömt,

während gleichzeitig Fluid aus der zweiten Pumpkammer

18 durch die Austrittsöffnung 50' der ersten

Stirnplatte 40 ausströmt. Ab einem gewissen Drehwinkel

drehen die Flügel 14 und 14' über die Stifte 54

und 54' die erste Stirnplatte, bis sich schließlich die in

Fig. 13 dargestellte Umkehr-Konstellation ergibt, bei

der Eintritts- und Austrittsöffnungen erneut ihre Position

bezüglich der Pumpkammern geändert haben.

[0047] Fig. 13 veranschaulicht den Moment der Bewegungsumkehr

der Flügel 14, 14'. Die dargestellte

Konstellation ist analog zu Fig. 11. Nach der Bewegungsumkehr

(Wechsel von der Vorwärtsrotation F,

F' zur Rückwärtsrotation B, B') folgt erneut die in

Fig. 10 dargestellte Pumpphase, womit sich der Zyklus

wiederholt.

[0048] Alternativ können die Stirnplatten 40 und 42

(siehe Fig. 5 und Fig. 8) auch fest, das heißt nicht-rotierend,

ausgebildet sein. In dieser alternativen Ausführungsform

besitzt die erste Stirnplatte insgesamt

vier statt zwei Austrittsöffnungen, vorzugsweise mit

integrierten Austrittsventilen. Die zweite Stirnplatte

besitzt entsprechend vier Eintrittsöffnungen, vorzugsweise

mit integrierten Eintrittsventilen.

[0049] Fig. 14 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen

Schwalltopf 62 zur Versorgung eines Kraftfahrzeugs

mit Brennstoff. Die lanzenförmig ausgebildete

erfindungsgemäße Verdrängerpumpe 10 (siehe

Fig. 5) ist im Schwalltopf integriert und wird vom

Brennstoff umspült. Die Pumpe 10 wird durch ein Antriebsaggregat

56, vorzugsweise einen Elektromotor,

angetrieben. Der aus dem Schwalltopf 62 geförderte

Brennstoff wird über eine am Antriebsaggregat 56

angebrachte Brennstoffleitung 58 weitergegeben. Alternativ

kann die Pumpe auch so installiert sein, dass

sowohl das Antriebsaggregat 56 als auch die Pumpe

10 vom Brennstoff umspült werden.

[0050] Fig. 15 zeigt schematisch einen Dieselbrenner

64 mit erfindungsgemäßer Verdrängerpumpe 10

zum Einleiten von Diesel in den Brenner 64. Der Diesel

tritt über eine Zuleitung 58 und ein Antriebsaggregat

56 in die Pumpe 10 ein, die den Diesel an ein

Brennervlies 60 abgibt.

Bezugszeichenliste

F Vorwärtsrichtung

B Rückwärtsrichtung

10 Verdrängerpumpe

12 Fluidkammer

14 Trennwand

16 erste Pumpkammer

18 zweite Pumpkammer

20 Eingangsreservoir

22 Ausgangsreservoir

24 erste Eingangsfluidleitung

26 zweite Eingangsfluidleitung

28 erste Ausgangsfluidleitung

30 zweite Ausgangsfluidleitung

32 Hubkolben

34 Welle

36 Gehäuse

38 Radialwand

40 erste Stirnplatte

42 zweite Stirnplatte

44 Rotationsoszillator

46 Magnetrotor

48 Magnetstator

50 Austrittsöffnung

52 Stift

54 Stift

56 Antriebsaggregat

58 Brennstoffleitung

60 Brennervlies

62 Schwalltopf

64 Dieselbrenner

6/19


ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente

wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich

zur besseren Information des Lesers aufgenommen.

Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen

Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung.

Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige

Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

- US 5437542 [0005]

DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

7/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

Patentansprüche

1. Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit, mit

dem folgenden Schritt:

– Vergrößern des Volumens einer ersten Pumpkammer

(16) und gleichzeitiges Verkleinern des Volumens

einer zweiten Pumpkammer (18) durch Vorwärtsbewegen

(F) einer die erste Pumpkammer von

der zweiten Pumpkammer trennenden Trennwand

(14).

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter mit dem folgenden

Schritt:

– Vergrößern des Volumens der zweiten Pumpkammer

(18) und gleichzeitiges Verkleinern des Volumens

der ersten Pumpkammer (16) durch Rückwärtsbewegen

(B) der Trennwand (14).

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwischen

dem Schritt des Vergrößerns des Volumens der ersten

Pumpkammer (16) und dem Schritt des Vergrößerns

des Volumens der zweiten Pumpkammer (18)

die folgenden Schritte durchgeführt werden:

– Unterbrechen einer Fluidleitung (24) zwischen einem

Eingangsreservoir (20) und der ersten Pumpkammer

(16),

– Unterbrechen einer Fluidleitung (26) zwischen der

zweiten Pumpkammer (18) und einem Ausgangsreservoir

(22),

– Herstellen einer Fluidleitung (28) zwischen dem

Eingangsreservoir (20) und der zweiten Pumpkammer

(18),

– Herstellen einer Fluidleitung (30) zwischen der ersten

Pumpkammer (16) und dem Ausgangsreservoir

(22).

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das kombinierte Volumen der ersten

Pumpkammer (16) und der zweiten Pumpkammer

(18) während des gesamten Verfahrens konstant

bleibt.

5. Verdrängerpumpe (10) mit

einer Fluidkammer (12),

einer in der Fluidkammer (12) angeordneten bewegbaren

Trennwand (14), die die Fluidkammer in

eine erste Pumpkammer (16) und in eine zweite

Pumpkammer (18) unterteilt,

dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung der

Trennwand (14) das Volumen der ersten Pumpkammer

(16) und das Volumen der zweiten Pumpkammer

(18) ändert, wobei das kombinierte Volumen der ersten

Pumpkammer und der zweiten Pumpkammer

konstant bleibt.

7. Verdrängerpumpe (10) nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet, dass die erste Pumpkammer

(16) und die zweite Pumpkammer (18) je ein Eingangsventil

und/oder ein Ausgangsventil aufweisen.

8. Verdrängerpumpe (10) nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet, dass die Fluidkammer (12)

durch ein rotationssymmetrisches Gehäuse (36) und

eine starr mit dem Gehäuse verbundene, sich radial

von der Innenwand des Gehäuses zur Symmetrieachse

des Gehäuses (36) erstreckende Radialwand

(38) definiert wird, wobei die Trennwand (14) sich radial

von der Innenwand des Gehäuses (36) zur Symmetrieachse

des Gehäuses erstreckt und innerhalb

eines bestimmten Winkelbereichs um die Symmetrieachse

des Gehäuses rotierbar ist.

9. Verdrängerpumpe (10) nach Anspruch 8, dadurch

gekennzeichnet, dass das Gehäuse (36) eine

um die Symmetrieachse des Gehäuses rotierbare

Stirnplatte (40) mit einer die Stirnplatte durchdringenden

Öffnung (50) oder mit einem die Stirnplatte

durchdringenden Ventil aufweist.

10. Verdrängerpumpe (10) nach Anspruch 8, dadurch

gekennzeichnet, dass das Gehäuse (36) eine

um die Symmetrieachse des Gehäuses rotierbare

Stirnplatte (40) mit einer die Stirnplatte durchdringenden

Öffnung (50) oder mit einem die Stirnplatte

durchdringenden Ventil aufweist, wobei die Stirnplatte

ausgelegt ist, zumindest zeitweise durch die rotierbare

Trennwand (14) in Drehung versetzt zu werden.

11. Verdrängerpumpe (10) nach Anspruch 8 dadurch

gekennzeichnet, dass die Länge des Gehäuses

(36), gemessen parallel zur Symmetrieachse,

mindestens viermal so groß ist wie der Durchmesser

des Gehäuses.

12. Brennstofftank, in dem eine Verdrängerpumpe

(10) nach Anspruch 5 installiert ist.

13. Volumenstrommessgerät mit den Merkmalen

der Verdrängerpumpe nach Anspruch 5.

Es folgen 11 Blatt Zeichnungen

6. Verdrängerpumpe (10) nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet, dass die Verdrängerpumpe

(10) einen Elektromotor (56) zum Antrieb der Trennwand

(14) aufweist.

8/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

Anhängende Zeichnungen

9/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

10/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

11/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

12/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

13/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

14/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

15/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

16/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

17/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

18/19


DE 10 2007 047 682 A1 2009.04.09

19/19

Weitere Magazine dieses Users
Ähnliche Magazine