WO2017186497A1

WO2017186497A1 - Exzenterschneckenpumpe

Info

Publication number: WO2017186497A1
Application number: PCT/EP2017/058807
Authority: WO
Inventors: Hans Eglmeier
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: CN109072904A; PL3449128T3; CN109072904B; DE102016207247A1; EP3449128A1; EP3449128B1

Abstract

Exzenterschneckenpumpe (100) mit einem Pumpenrotor (107) und einem Pumpenstator (109), wobei der Pumpenstator (109) einen Hohlraum definiert, in dem zumindest ein Teil des Pumpenrotors (107) rotierbar angeordnet ist, und der Pumpenrotor (107) ausgebildet ist, durch ein Antriebsrad (103, 203) rotiert zu werden, um ein Fluid zu fördern, wobei der Pumpenrotor (107) exzentrisch an dem Antriebsrad (103, 203) angebracht ist.

Description

Exzenterschneckenpumpe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe, insbesondere eine Exzenterschneckenpumpe für ein Dosiersystem für ein Hausgerät, beispielsweise eine Waschmaschine.

Bei Hausgeräten, insbesondere Waschmaschinen, sind einfach aufgebaute und kostengünstige Dosierpumpen für Fluide, insbesondere für flüssiges Waschmittel, von Interesse, um als Teil eines Dosiersystems in den Hausgeräten eingesetzt zu werden. Bekannt sind hierbei Dosiersysteme mit Dosierpumpen in unterschiedlichen Varianten, wie beispielsweise Volumenpumpen in Form von Zahnradpumpen, Schlauchpumpen, oder Kolbenpumpen.

Ebenfalls bekannt sind sogenannte Exzenterschneckenpumpen. Aus der Druckschrift DE 10212184A1 ist es beispielsweise bekannt, eine Exzenterschneckenpumpe in einer gewerblichen Waschmaschine einzusetzen, um ein pastöses Waschmittelkonzentrat aus einem Behältnis der gewerblichen Waschmaschine zuzuführen.

Da eine Exzenterschneckenpumpe im Prinzip nur ein einziges bewegtes Teil aufweist, ist diese verhältnismäßig kostengünstig und robust und sollte daher prinzipiell für den Einsatz in Hausgeräten, insbesondere als Dosierpumpe, gut geeignet sein. Die Einfachheit einer Exzenterschneckenpumpe bedingt jedoch einen verhältnismäßig komplizierten Antrieb, da eine zweidimensionale Bewegung des Rotors der Exzenterschneckenpumpe realisiert werden muss, die aus einer Überlagerung einer Eigenrotation des Rotors und eines gegenläufigen Umlaufs der Rotorachse auf einem Zylindermantel mit gleicher Frequenz besteht. Antriebe von bekannten Exzenterschneckenpumpen sind aufgrund ihrer Komplexität und der damit verbundenen Kosten kaum dafür geeignet, als Teil einer Dosierpumpe in einem Hausgerät, insbesondere einer Waschmaschine, eingesetzt zu werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Exzenterschneckenpumpe mit einem einfach aufgebauten und kostengünstigen Antriebssystem bereitzustellen, wobei die Exzenterschneckenpumpe - abgesehen von dem Antriebssystem - zum Fördern eines Fluids über lediglich ein einziges bewegtes Teil verfügt und das Antriebssystem zum Realisieren der zweidimensionalen Bewegung eines Rotors der Exzenterschneckenpumpe geeignet ist. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Figuren, der Beschreibung und der abhängigen Ansprüche.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe mittels einer Exzenterschneckenpumpe gelöst, die einen Pumpenrotor und einen Pumpenstator umfasst, wobei der Pumpenstator einen Hohlraum definiert, in dem zumindest ein Teil des Pumpenrotors rotierbar angeordnet ist, und der Pumpenrotor ausgebildet ist, durch ein Antriebsrad rotiert zu werden, um ein Fluid zu fördern, wobei der Pumpenrotor exzentrisch an dem Antriebsrad angebracht ist. Somit wird eine Exzenterschneckenpumpe mit einem einfach aufgebauten Antrieb bereitgestellt, der dazu ausgebildet, die bei einer Exzenterschneckenpumpe erforderliche komplexe zweidimensionale Bewegung des Pumpenrotors zu realisieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Exzenterschneckenpumpe als 2:1 Hypozykloide-Exzenterschneckenpumpe ausgebildet, wobei die 2:1 Hypozykloide definiert ist, durch einen ersten Kreis mit einem Radius R, der schlupffrei auf der Innenseite eines zweiten Kreises mit einem Radius 2R abrollt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Pumpenrotor derart exzentrisch an dem Antriebsrad angebracht, dass die Längsachse des Pumpenrotors in einem Abstand R von dem Mittelpunkt des Antriebsrads verläuft.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Antriebsrad ein Zahnrad und die Exzenterschneckenpumpe umfasst ferner eine Antriebsschnecke, welche ausgebildet ist, das Antriebsrad anzutreiben.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Antriebsrad einen kreisförmigen Umfang auf. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Antriebsrad ein Kronenrad mit Zähnen oder zylindrischen Zapfen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Antriebsrad ein Kegelrad.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Antriebsrad eine hohlkehlartige Verzahnung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Antriebsrad einen nierenförmigen Umfang auf und die Exzenterschneckenpumpe umfasst ferner ein motorseitiges Antriebsrad, welches ausgebildet ist, das Antriebsrad anzutreiben.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der Pumpenrotor und das Antriebsrad einstückig ausgebildet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Pumpenstator ein Lager, welches ausgebildet ist, das Antriebsrad und/oder den Pumpenrotor lagernd aufzunehmen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform definiert der Pumpenstator einen Auslauf zum Abführen des geförderten Fluids.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Pumpenstator einen Leckageablauf.

Gemäß einer weiten bevorzugten Ausführungsform weisen der Pumpenrotor und der Pumpenstator eine jeweilige Form auf, die eine Periodizität entlang der Längsachse des Pumpenrotors definiert, wobei die Länge des Pumpenrotors und des Pumpenstators mindestens einer Periode entlang der Längsachse des Pumpenstators entsprechen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Hausgerät, insbesondere eine Waschmaschine, mit einer Exzenterschneckenpumpe nach dem ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Kinematik einer Exzenterschneckenpumpe gemäß einer Ausführungsform,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines kinematischen Modells zur Veranschaulichung der Bewegung eines Pumpenrotors einer Exzenterschneckenpumpe gemäß einer Ausführungsform, Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Antriebs einer Exzenterschneckenpumpe gemäß einer Ausführungsform, der auf dem kinematischen Modell von Figur 2 basiert,

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Bewegungsablaufs beim Antrieb von Figur 3,

Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines Pumpenstators und eines Pumpenrotors einer Exzenterschneckenpumpe gemäß einer Ausführungsform, Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer Exzenterschneckenpumpe gemäß einer Ausführungsform,

Fig. 7 eine Draufsicht der Exzenterschneckenpumpe von Figur 6, Fig. 8 einen Längsschnitt der Exzenterschneckenpumpe von Figur 6,

Fig. 9 eine perspektivische Schnittansicht des Rotors der Exzenterschneckenpumpe von Figur 6, und Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Antriebs einer Exzenterschneckenpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform. Figur 1 veranschaulicht die Kinematik eines Rotors 107 relativ zu einem Stator 109, wie sie bei einer Exzenterschneckenpumpe 100 gemäß einer nachstehend im Detail, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren 6 bis 9 beschriebenen Ausführungsform der Erfindung verwirklicht ist, bei der es sich um eine 2:1 Hypozykloid- Exzenterschneckenpumpe 100 handelt. Bei der so ausgebildeten Exzenterschneckenpumpe 100 lässt sich die Bewegung des Rotors 107 mittels eines ersten Kreises 10 mit einem Radius R beschreiben, welcher in einem zweiten Kreis 20, der doppelt so groß wie der erste Kreis 10 ist (also mit einem Radius 2R; daher das Verhältnis 2:1 ), schlupffrei abrollt. Dabei entspricht die Exzentrizität der Bewegung des Rotors 107 dem Radius R des ersten abrollenden Kreises 10.

Der Mittelpunkt des abrollenden ersten Kreises 10, d.h. der Mittelpunkt des Rotors 107 (bzw. in der Draufsicht der Figuren 1 bis 3 der Durchstoßpunkt der Längsachse des Rotors 107), beschreibt bei seiner Bewegung einen weiteren Kreis, der konzentrisch mit dem zweiten Kreis 20 ist und von dem in Figur 1 durch den gebogenen Pfeil ein Abschnitt angedeutet ist. Der Durchmesser des vom ersten Kreis 10 beschriebenen weiteren Kreises entspricht quasi dem "Kolbenhub" der Exzenterschneckenpumpe 100, wie nachstehend im Zusammenhang insbesondere mit Figur 5 weiter ausgeführt wird.

Die in Figur 1 veranschaulichte Kinematik der Exzenterschneckenpumpe 100 lässt sich mittels eines kinematischen Modells verwirklichen, das in Figur 2 dargestellt ist. Dieses kinematische Modell besteht aus einer Koppel 101 , die eine feste Länge 2R aufweist und an deren zwei Enden jeweils ein Gleitelement 102a, 102b gelenkig mit der Koppel 101 verbunden ist. Dabei ist das erste Gleitelement 102a entlang der y-Achse und das zweite Gleitelement 102b entlang der dazu orthogonalen x-Achse eines kartesischen Koordinatensystems geführt. Bei dem in Figur 2 dargestellten kinematischen Modell entspricht die Koppel 101 dem Durchmesser des ersten Kreises 10 von Figur 1 , weist also eine Länge von 2R auf. Analog zum ersten Kreis 10 von Figur 1 führt der Mittelpunkt der Koppel 101 eine Kreisbewegung mit dem Radius R um den Ursprung des Koordinatensystem aus, der mit dem Mittelpunkt des zweiten Kreises 20 zusammenfällt. Während dieser Kreisbewegung des Mittelpunkts der Koppel 101 führen das erste und das zweite Gleitelement 102a, 102b jeweils eine lineare Oszillation mit der Amplitude 2R entlang der y-Achse bzw. der x-Achse aus, wobei die Oszillation des ersten Gleitelements 102a 90° phasenversetzt zu der Oszillation des zweiten Gleitelements 102b erfolgt. Dies bedeutet beispielsweise, dass bei dem kinematischen Modell von Figur 2 sich das erste Gleitelement 102a im Ursprung des Koordinatensystems befindet, wenn sich das zweite Gleitelement 102b in seiner maximalen Auslenkung befindet, und umgekehrt.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Exzenterschneckenpumpe 100 derart ausgebildet, dass der Mittelpunkt der Koppel 101 des kinematischen Modells von Figur 2 mit der Längsachse des Rotors 107 (genauer mit dem Durchstoßpunkt der Längsachse) der Exzenterschneckenpumpe 100 zusammenfällt. Wie sich der Figur 5 entnehmen lässt, die eine Querschnittsansicht des Pumpenstators 109 und des Pumpenrotors 107 der Exzenterschneckenpumpe 100 gemäß einer solchen Ausführungsform zeigt, ist in jedem senkrecht zur Längsachse des Pumpenrotors 107 liegenden Querschnitt ein kreisförmiger Rotorquerschnitt in einem langlochförmigen Statorquerschnitt gegeben. Dabei zeigt Figur 5 eine Querschnittsansicht bei einer Höhe entlang der Längsachse des Rotors 107, die einer Führung des Rotors 107 durch den Stator 109 in x-Richtung analog zu der Führung des zweiten Gleitelements 102b von Figur 2 entspricht. Entsprechend wird bei anderen Höhen entlang der Längsachse des Rotors 107 jeweils eine Führung des Rotors 107 durch den Stator 109 in eine jeweilige Richtung definiert, die beispielsweise orthogonal zur der Führung von Figur 5 verläuft, d.h. eine Führung in y-Richtung analog zu der Führung des ersten Gleitelements 102a von Figur 1 , oder in einem anderen Winkel hierzu steht.

In Figur 5 sind drei ausgezeichnete Punkte P1 , P2 und P3 der Exzenterschneckenpumpe 100 gemäß einer Ausführungsform dargestellt.

Der Punkt P1 ist der Mittelpunkt des Pumpenstators 109. Jeder Querschnitt des Stators 109 hat den Punkt P1 als Symmetriezentrum.

Der Punkt P3 befindet sich in einem Abstand 2R vom Mittelpunkt des Stators 109, d.h. vom Punkt P1 , und zwar in der dargestellten Phase, d.h. bei der dargestellten Höhe, auf der x-Achse. Dieser Punkt P3 auf dem Rotor 107 führt im Bezugssystem des Stators 109 für den hier exemplarisch dargestellten Querschnitt eine Oszillation entlang der x-Achse mit der Amplitude 2R, d.h. einen "Kolbenhub" von insgesamt 4R aus. Der Punkt P3 entspricht der Kreismitte des Rotorquerschnitts. Gemäß einer Ausführungsform befindet sich in diesem Punkt P3, der Kreismittelpunkt des Antriebsrades 103, d.h. die Antriebsradachse verläuft durch diesen Punkt. Dadurch führt das Antriebsrad 103 im Bezugssystem des Stators 109 eine in x-Richtung oszillierende Bewegung aus.

In der beispielhaften Orientierung von Figur 5 verläuft die Rotorachse durch den Punkt P2, der sich in einem Abstand R vom Statormittelpunkt P1 befindet. Bei der Drehung des Rotors 107 bewegt sich dieser Punkt P2 im Bezugssystem des Stators 109 auf einem Kreis mit Radius R um den Statormittelpunkt P1 . Im Bezugssystem des Rotors 107 bewegt sich der Punkt P2 auf einem Kreis mit Radius R um den Kreismittelpunkt des Rotorquerschnitts, also um den Punkt P3. In einer Ausführungsform der Exzenterschneckenpumpe 100 kann in diesem Punkt P2 ein nachstehend im Zusammenhang mit Figur 7 beschriebener Zapfen an dem Antriebsrad 103 angebracht sein, der zur Erzeugung einer Axialkraft auf den Rotor 107 dient. Bei einer solchen Anbringung führt der Zapfen im Bezugssystem des Stators 109 eine kreisende Bewegung aus (in Figur 7 ist der Bewegungskreis des Zapfenmittelpunkts eingezeichnet). Die in Figur 5 gekennzeichneten Punkte P1 , P2 und P3 entsprechen in Figur 2, die jedoch einer anderen Ausrichtung des Rotors 107 entspricht (nämlich einer Ausrichtung mit einem Winkel α von ungefähr 60°), dem Mittelpunkt des großen Kreises 20 (P1 ), d.h. dem Statormittelpunkt, dem Mittelpunkt der Koppel 101 (P2), d.h. der im Bezugssystem des Stators 109 auf einem Kreis mit Radius R um den Statormittelpunkt umlaufenden Rotorachse, und dem Gelenkpunkt des zweiten Gleitelements 102b (P3), d.h. dem entlang der x-Achse oszillierenden Mittelpunkt des Rotorquerschnitts.

Wie nachstehend beschrieben, weisen erfindungsgemäße Ausführungsformen der Erfindung einen Antriebsmechanismus auf, der die in Figur 1 und dem kinematischen Modell von Figur 2 veranschaulichte Bewegung des Rotors 107 mittels einer zentrischen Rotation erzeugt bzw. auf den Rotor 107 überträgt. Figur 3 veranschaulicht eine Verwirklichung des kinematischen Modells von Figur 2 im Rahmen eines Antriebsmechanismus der Exzenterschneckenpumpe 100 gemäß einer Ausführungsform. Der Antriebsmechanismus umfasst ein rundes Antriebsrad in Form eines Zahnrads 103 sowie eine zylindrische Antriebsschnecke 105, die ausgebildet ist, auf bekannte Art und Weise mit den Zähnen des Zahnrades 103 (unter anderem dem beispielhaften Zahn 103a), derart zu interagieren, dass eine beispielsweise durch einen Antriebsmotor bewirkte Drehbewegung der Antriebsschnecke 105 in einer Drehung des Zahnrads 103 resultiert.

Wie sich anhand von Figur 3 erkennen lässt, führt eine zentrische Anbringung des runden Zahnrads 103 an dem Punkt, der im kinematischen Modell von Figur 2 der Position des ersten Gleitelements 102a entspricht (d.h. das Zentrum des Zahnrads 103 befindet sich im Gelenkpunkt des erstens Gleitelements 102a), dazu, dass das Zahnrad 103 bei einer Drehung um dessen Zentrum gleichzeitig eine Oszillation in y-Richtung mit einer Amplitude von 2R ausführt, wobei in x-Richtung keine Bewegung des Zahnrads 103 erfolgt. Der Fachmann wird erkennen, dass die Länge der Koppel 101 im Verhältnis zum Radius des Antriebsrads 103 bei Ausführungsformen der Erfindung bedeutend kleiner sein kann, als in Figur 3 dargestellt. Figur 3 zeigt ferner einen Abstand m zwischen der Längsachse der Antriebsschnecke 105, die einen Halbdurchmesser d/2 aufweist. In einer Ausführungsform kann die Exzenterschneckenpumpe 100 die folgenden Abmessungen aufweisen: Antriebsschnecke 105 Teilkreisdurchmesser d 8,8 mm, Zahnrad 103 Teilkreisdurchmesser 27,2 mm, Radius R 1 mm, was einem "Kolbenhub" von 4 mm entspricht, Achsabstand m = (27,2 mm + 8,8 mm)/2 = 18 mm.

Bei Ausführungsformen der Exzenterschneckenpumpe 100 ist somit das Antriebsrad 103 zentrisch an dem Punkt fixiert, der im kinematischen Modell von Figur 2 der Position des ersten Gleitelements 102a entspricht, und der Pumpenrotor 107 ist derart mit dem Antriebsrad 103 verbunden, dass die Koppel 101 mit dem Durchmesser des Pumpenrotors 107 bzw. der Mittelpunt der Koppel 101 mit der Längsachse des Pumpenrotors 107 zusammenfällt. Mit anderen Worten: der Pumpenrotor ist in einem Abstand R vom Zentrum des Antriebsrads 103 exzentrisch an diesem angebracht. Bei einer solchen Ausgestaltung überträgt sich eine Drehung des Zahnrads 103 um dessen Zentrum direkt auf den mit dem Zahnrad 103 verbundenen Pumpenrotor 107, während das Zahnrad 103, dessen Zentrum mit dem ersten Gleitelement 102a zusammenfällt, eine Oszillation in y-Richtung ausführt. Wie bereits vorstehend beschrieben, kann die parallel zur y-Achse in einem geeigneten Abstand m angeordnete zylindrische Antriebsschnecke 105 wie bei einem herkömmlichen Schneckenantrieb durch eine Drehung um deren Achse eine Eigendrehung des Zahnrads 103 erzielen, während sich gleichzeitig das Zahnrad 103 längs der Antriebsschnecke 105 in einer Oszillation mit Amplitude 2R hin und her bewegt. Dies wird in Figur 4 veranschaulicht, welche die relativen Positionen des Antriebsrads 103 zu der Antriebsschnecke 105 der Exzenterschneckenpumpe 100 gemäß einer Ausführungsform bei einer vollen Umdrehung des Antriebsrads 103 zeigt. Die Koppel und die Gleitelemente in den Ansichten von Figur 4 sind nicht tatsächlich in der Exzenterschneckenpumpe 100 vorhanden, sondern dienen lediglich zur Verdeutlichung, dass das kinematische Modell von Figur 2 verwirklicht ist. Beispielsweise kann sich die Bewegung des Pumpenrotors 107 der Exzenterschneckenpumpe 100 als die Bewegung des Kreises gedacht werden, dessen Durchmesser durch die Koppel definiert wird, wie bereits vorstehend beschrieben. Die verschiedenen Ansichten von Figur 4 veranschaulichen nochmals, dass bei einer vollen Umdrehung des Antriebsrads 103 dessen Zentrum sich mit einer oszillierenden lediglich in y-Richtung, d.h. in vertikaler Richtung hin und her bewegt, aber keine Bewegung in x-Richtung, d.h. horizontaler Richtung erfolgt, sich also insbesondere der Abstand zwischen dem Zentrum des Antriebsrads 103 und der Längsachse der Antriebsschnecke 105 nicht ändert.

Die Figuren 6 bis 9 zeigen unterschiedliche Ansichten einer Ausführungsformen der Exzenterpumpenschnecke 100, nämlich eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht, einen Längsschnitt und eine perspektivische Schnittansicht. Bei der in den Figuren 6 bis 9 dargestellten Ausführungsform der Exzenterschneckenpumpe 100 ist das Antriebsrad 103 als Stirnzahnrad 103 mit Schrägverzahnung, beispielsweise dem Zahn 103a, ausgebildet, das von der als Zylinderschnecke ausgebildeten Antriebsschnecke 105 angetrieben werden kann.

Die exzentrische Anbringung des Pumpenrotors 107 an dem Antriebsrad 103 lässt sich beispielsweise der Draufsicht von Figur 7 entnehmen. Hierbei ist zu beachten, dass der Mittelpunkt des nach oben abstehenden Zapfens auf dem Zahnrad 103 nicht der Drehpunkt ist, um den sich das Zahnrad 103 (exzentrisch) dreht, da, wie bereits vorstehend in Verbindung mit Figur 5 beschrieben, der Zapfen eine kreisende Bewegung ausführt, während sich das Zahnrad 103 um dessen geometrische Mitte dreht. In einer Ausführungsform kann der Zapfen dazu dienen, den Pumpenrotor 107 mittels einer Druckplatte axial in den Pumpenstator 109 zu pressen. Dabei gleitet der Zapfen mit der vorstehend erwähnten Bewegung auf der Druckplatte. Der in Figur 8 dargestellte Längsschnitt durch die Exzenterschneckenpumpe 100 zeigt den Pumpenrotor 107 in einer Ausrichtung, bei der die maximale Exzentrizität des Antriebsrads 103 gerade in der Zeichenebene liegt.

Wie sich beispielsweise dem in Figur 8 gezeigten Längsschnitt entnehmen lässt, kann der Pumpenrotor 107 einstückig mit dem Antriebsrad 103 ausgebildet sein. Ferner kann ein Abschnitt des Pumpenstators 109 (in Figur 8 der obere Abschnitt des Pumpenstators 109) beispielsweise als Teil eines Gehäuses dazu ausgebildet sein, als Lager für das Antriebsrad 103 und/oder den Pumpenrotor 107 zu dienen, das die vorstehend beschriebene oszillierende Bewegung des Antriebsrads 103 ermöglicht. Der Pumpenstator 109 kann ferner einen Auslauf 1 13 zum Abführen eines geförderten Fluids und einen Leckageablauf 1 1 1 umfassen. Der Leckageablauf 1 1 1 dient dazu, von der Exzenterschneckenpumpe 100 gefördertes Fluid abführen zu können, dass aus dem Dichtabsatz unterhalb des Antriebsrads 103 austritt.

Sowohl die Form des Pumpenrotors 107 als auch die entsprechende Form des Pumpenstators 109 weisen eine Periodizität entlang der Längsachse des Pumpenrotors 107 auf, wobei die Rotorperiode in der Regel halb so groß wie die Statorperiode ist. Beispielsweise entspricht die Länge des Pumpenrotors 107 und des Pumpenstators 109 bei der in den Figuren 6 bis 9 dargestellten Ausführungsform der Exzenterschneckenpumpe 100 ungefähr 3.8 Rotorperioden entlang der Längsachse des Pumpenrotors 107, was 1 .9 Statorperioden entspricht. Gemäß Ausführungsformen der Exzenterschneckenpumpe 100 sollte die Länge des Pumpenrotors 107 und des Pumpenstators 109 mindestens einer Periode entlang der Längsachse des Pumpenstators 109, d.h. einer Statorperiode, entsprechen. Typische Spezifikationen für die in den Figuren 6 bis 9 gezeigte Ausführungsform der Exzenterschneckenpumpe 100 zur Verwendung als Dosierpumpe für ein Hausgerät, insbesondere eine Waschmaschine, sind die folgenden, die teilweise schon vorstehend genannt worden sind: Exzentrizität der Exzenterschneckenpumpe 100 (d.h. Abstand der Längsachse des Rotors 107 vom Mittelpunkt des Antriebsrads 103) R = 2 mm, Drehzahl des Pumpenrotors 107 1 Umdrehung/s. Mit diesen Werten ergibt sich in der Praxis eine Gesamtbewegung, bei der die durch die Oszillation des Zahnrads 103 verursachten Schwankungen z.B. im Drehmoment oder in der Rotordrehzahl vergleichsweise gering sind und ohne praktische Einschränkungen in Bezug auf z.B. Laufruhe in Kauf genommen werden können.

Bei einer als Zylinderschnecke ausgebildeten Antriebsschnecke 105 können gemäß Ausführungsformen der Erfindung andere Formen des Antriebsrads 103 und dessen Verzahnung eingesetzt werden, beispielsweise kann das Antriebsrad 103 auch als Kronenrad mit Zähnen oder zylindrischen Zapfen, als Kegelrad, insbesondere in Globoidversion, oder als Globoidrad ausgebildet sein. Bei einem Antriebsrad 103 in Form eines Globoidrads kann die Verzahnung des beispielsweise als Stirnrad ausgeführten Antriebsrads 103 hohlkehlartig geformt sein. Die Globoid-Variante lässt sich auch auf die anderen Zahnradformen anwenden.

Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann für den motorseitigen Antrieb statt einer zylindrischen Antriebsschnecke beispielsweise auch ein Stirnrad verwendet werden. Eine derartige Ausführungsform ist in Figur 10 dargestellt, die eine schematische Draufsicht eines kreisrunden motorseitigen Antriebsrads 205 und eines Antriebsrads 203 des Pumpenrotors 107 der Exzenterschneckenpumpe 100 zeigt. Um mit dem runden motorseitigen Antriebsrad 205 die vorstehend beschriebene Bewegung des Antriebsrads 203 des Pumpenrotors 107 zu erreichen, d.h. eine Eigendrehung mit gegenläufiger Oszillation, ist der Umfang des Antriebsrads 203 des Pumpenrotors 107 im Wesentlichen nierenförmig ausgebildet. Dies führt dazu, dass sich der Eingriffspunkt der beiden Antriebsräder 203, 205 statt auf einer Geraden (wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit dem runden Antriebsrad 103 und der Zylinderschnecke 105) entlang eines Kreisbogens um den Mittelpunkt des motorseitigen Antriebsrads 205 bewegt. Wie bereits teilweise vorstehend beschrieben, weist die erfindungsgemäße Exzenterschneckenpumpe 100 unter anderem die folgenden Vorteile auf.

Die erfindungsgemäße Exzenterschneckenpumpe 100 weist (abgesehen von der Antriebsschnecke 105 oder dem Antriebsrad 205) nur ein einziges bewegtes Teil auf, nämlich den Pumpenrotor 107 zusammen mit dem Antriebsrad 103, die, wie vorstehend beschrieben, auch einstückig ausgebildet werden können. Zum Ausgleich der Exzenterbewegung ist bei der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe 100 kein zusätzliches Bauteil erforderlich. Es handelt sich hierbei also um eine technisch einfach zu verwirklichende Lösung, zumal das einzige bewegte Teil, d.h. der Pumpenrotor 107 in Verbindung mit dem Antriebsrad 103 der Exzenterschneckenpumpe 100, starr (nicht elastisch) ausgebildet werden kann.

Die erfindungsgemäße Exzenterschneckenpumpe 100 kann sehr kompakt ausgebildet werden, da ein bei herkömmlichen Pumpen erforderlicher Exzenterausgleich, beispielsweise in Form einer Kardanwelle, wegelassen werden kann, der in der Regel eine große Baulänge beansprucht. Bei gegebenem Bauraum kann sich die bei der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe 100 eingesparte Baulänge in zusätzliche Länge einer Pumpzelle umsetzen. Da die Länge der Pumpzelle in der Regel proportional zu der Länge der Berührlinie zwischen dem Rotor 107 und dem Stator 109 der Exzenterschneckenpumpe 100 ist, was auch als Dichtkontur bezeichnet wird, kann die erfindungsgemäße Exzenterschneckenpumpe 100 entsprechend fluiddichter ausgebildet werden und somit genauer dosieren, d.h. der tatsächliche Volumenstrom entspricht besser dem nominellen Volumenstrom (in der Praxis ist ein minimaler Schlupf in der Regel unvermeidlich). Umgekehrt lässt sich bei einer vorgegebenen Dosiergenauigkeit mit einer größeren Länge der Pumpzelle, d.h. einer längerer Dichtkontur, ein größeres Spaltmaß zwischen dem Rotor 107 und dem Stator 109 der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe 100 einsetzen, was zu einer Reduktion der erforderlichen Genauigkeit der Bauteile und damit letztendlich zu einer Reduktion der Kosten der Exzenterschneckenpumpe 100 bei gegebener Dosiergenauigkeit führt.

Bei der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe 100 tritt im Gegensatz zu Exzenterschneckenpumpen mit elastischen Kupplungen, z.B. einer Federstegkupplung oder einer Kardanwelle mit Elastikgelenken, nur eine geringe zusätzliche Lagerbelastung auf, da keine Querkräfte erzeugt werden. Daher unterliegen die Bauteile der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe 100 keiner Bauteilermüdung durch starke Biegewechselbeanspruchung.

Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die Kombination aus Rotor 107 und Stator 109 der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe 100 genau die vorstehend anhand des kinematischen Modells von Figur 2 beschriebene Bewegung. Da hierbei das Antriebsrad 103 diese Bewegung vollführt ist bei der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe 100 kein zusätzliches Lager erforderlich. Bei Ausführungsformen der Exzenterschneckenpumpe 100 kann dieser Bereich bei einer entsprechend gewählten Fluidführung lediglich als Dichtung dienen.

Bei der in den Figuren 6 bis 9 dargestellten Ausführungsform lässt sich das Antriebsrad 103 in Form des Zahnrads in beliebiger Phase, d.h. in einer beliebigen winkligen Ausrichtung, mit der Antriebsschnecke 105 verbinden. Bei der Montage ist es somit nicht notwendig, eine spezielle winklige Orientierung des Zahnrads 103 relativ zu der Antriebsschnecke 105 zu beachten, was die Montage bedeutend vereinfacht und gegenüber Pumpenkonstruktionen, bei denen das Antriebsrad phasenrichtig montiert werden muss, die Montagekosten reduziert.

Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.

Bezugszeichenliste

10 erster Kreis

20 zweiter Kreis

100 Exzenterschneckenpu

101 Koppel

102a erstes Gleitelement

102b zweites Gleitelement

103 Pumpenantriebsrad

103a Zahn

105 Antriebsschnecke

107 Pumpenrotor

109 Pumpenstator

203 Pumpenantriebsrad

205 Antriebsrad

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Exzenterschneckenpumpe (100) mit einem Pumpenrotor (107) und einem Pumpenstator (109), wobei der Pumpenstator (109) einen Hohlraum definiert, in dem zumindest ein Teil des Pumpenrotors (107) rotierbar angeordnet ist, und der Pumpenrotor (107) ausgebildet ist, durch ein Antriebsrad (103, 203) rotiert zu werden, um ein Fluid zu fördern, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenrotor (107) exzentrisch an dem Antriebsrad (103, 203) angebracht ist.

Exzenterschneckenpumpe (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterschneckenpumpe (100) als 2:1 Hypozykloide- Exzenterschneckenpumpe (100) ausgebildet ist, wobei die 2:1 Hypozykloide definiert ist, durch einen ersten Kreis (10) mit einem Radius R, der schlupffrei auf der Innenseite eines zweiten Kreises (20) mit einem Radius 2R abrollt.

Exzenterschneckenpumpe (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenrotor (107) derart exzentrisch an dem Antriebsrad (103, 203) angebracht ist, dass die Längsachse des Pumpenrotors (107) in einem Abstand R von dem Mittelpunkt des Antriebsrads (103, 203) verläuft.

Exzenterschneckenpumpe (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (103) ein Zahnrad ist und die Exzenterschneckenpumpe (100) ferner eine Antriebsschnecke (105) umfasst, welche ausgebildet ist, das Antriebsrad (103) anzutreiben.

Exzenterschneckenpumpe (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (103) einen kreisförmigen Umfang aufweist.

6. Exzenterschneckenpumpe (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (103) ein Kronenrad mit Zähnen oder zylindrischen Zapfen ist.

7. Exzenterschneckenpumpe (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (103) ein Kegelrad ist.

8. Exzenterschneckenpumpe (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad eine hohlkehlartige Verzahnung umfasst.

9. Exzenterschneckenpumpe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (203) einen nierenformigen Umfang aufweist und die Exzenterschneckenpumpe (100) ferner ein motorseitiges Antriebsrad (205) umfasst, welches ausgebildet ist, das Antriebsrad (203) anzutreiben.

10. Exzenterschneckenpumpe (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenrotor (107) und das Antriebsrad (103, 203) einstückig ausgebildet sein.

1 1 . Exzenterschneckenpumpe (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenstator (109) ein Lager umfasst, welches ausgebildet ist, das Antriebsrad (103, 203) und/oder den Pumpenrotor (107) lagernd aufzunehmen.

12. Exzenterschneckenpumpe (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenstator (109) einen Auslauf zum Abführen von gefördertem Fluid definiert.

13. Exzenterschneckenpumpe (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenstator (109) einen Leckageablauf umfasst.

14. Exzenterschneckenpumpe (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenrotor (107) und der Pumpenstator (109) eine jeweilige Form aufweisen, die eine Periodizität entlang der Längsachse des Pumpenrotors (107) definiert, wobei die Länge des Pumpenrotors (107) und des

Pumpenstators (109) mindestens einer Periode entlang der Längsachse des Pumpenstators (109) entsprechen.

15. Hausgerät, insbesondere Waschmaschine, mit einer Exzenterschneckenpumpe (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche.