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DE102005017575A1 - Drehkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse und zwei zweiflügeligen Drehkolben - Google Patents

Drehkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse und zwei zweiflügeligen Drehkolben Download PDF

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DE102005017575A1
DE102005017575A1 DE102005017575A DE102005017575A DE102005017575A1 DE 102005017575 A1 DE102005017575 A1 DE 102005017575A1 DE 102005017575 A DE102005017575 A DE 102005017575A DE 102005017575 A DE102005017575 A DE 102005017575A DE 102005017575 A1 DE102005017575 A1 DE 102005017575A1
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DE
Germany
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rotary
rotary piston
pump
pistons
piston
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102005017575A
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English (en)
Inventor
Alois Börger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BOERGER GmbH
Borger GmbH
Original Assignee
BOERGER GmbH
Borger GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BOERGER GmbH, Borger GmbH filed Critical BOERGER GmbH
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Priority to DE502005006392T priority patent/DE502005006392D1/de
Priority to PCT/EP2005/008348 priority patent/WO2006015766A1/de
Priority to AT05783062T priority patent/ATE419464T1/de
Priority to US11/659,128 priority patent/US20090123319A1/en
Priority to EP05783062A priority patent/EP1797327B1/de
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    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
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    • F04C2/126Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with radially from the rotor body extending elements, not necessarily co-operating with corresponding recesses in the other rotor, e.g. lobes, Roots type
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe (1) mit einem Gehäuse (10) und mit zwei zweiflügeligen Drehkolben (2), wobei das Gehäuse (10) einen Mediumeinlaß (11) und Mediumauslaß (11') sowie einen Innenraum (10') aufweist, der im Querschnitt die Kontur eines Ovals mit zwei Halbkreisen mit dem Radius R aufweist. Die Drehkolben (2) sind auf zwei parallelen Achsen (20) gelagert, die durch die Halbkreismittelpunkte verlaufen. Jeder Drehkolben (2) weist in zwei einander gegenüberliegenden Umfangsbereichen (21) jeweils einen konstanten Radius R um seine Achse (20) und in seinen übrigen Umfangsbereichen (22) jeweils eine stetige, eingriffswinkelfreie und volumeneinschlußfreie Kontur auf. DOLLAR A Bei der neuen Drehkolbenpumpe (1) ist vorgesehen, daß die Drehkolben (2) einander entgegengesetzt gewendelt ausgeführt sind und daß der Mediumeinlaß (11) und der Mediumauslaß (11') einen rechteckigen Querschnitt mit je zwei achsparallelen Kanten (11.1, 11.2, 11.1', 11.2') und je zwei rechtwinklig dazu verlaufende Kanten (11.3, 11.3') aufweisen. DOLLAR A Die Drehkolbenpumpe (1) hat einen hohen Wirkungsgrad bei geringem Verschleiß. Unerwünschte Kavitationen zwischen den beiden Drehkolben (2) werden vermieden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse und mit zwei zweiflügeligen Drehkolben, wobei das Pumpengehäuse einerseits einen Mediumeinlaß und gegenüberliegend einen Mediumauslaß sowie einen Innenraum aufweist, der im Querschnitt im wesentlichen die Kontur eines Ovals mit zwei einander gegenüberliegenden Halbkreisen mit dem Radius R aufweist, deren Mittelpunkte den Abstand A haben, wobei die Drehkolben auf zwei parallelen Achsen gegensinnig drehbar gelagert sind, wobei die eine Achse durch den einen Halbkreismittelpunkt und die andere Achse durch den anderen Halbkreismittelpunkt verläuft, wobei jeder Drehkolben bei seiner Drehung zum einen im Bereich der Halbkreise dichtend am Gehäuse entlang läuft und zum anderen gegen den jeweils anderen Kolben dichtend anliegt, wobei jeder Drehkolben in zwei einander diametral gegenüberliegenden Umfangsbereichen jeweils über einen Umfangswinkelbereich α eine Außenkontur mit dem konstanten Radius R um seine Achse aufweist, wobei jeder Drehkolben in seinen übrigen Umfangsbereichen jeweils eine stetige, eingriffswinkelfreie und volumeneinschlußfreie Kontur mit von der Achse gemessenen Radien kleiner als der Radius R aufweist und wobei in Richtung einer Verbindungslinie der beiden Achsen gesehen sich in jeder Verdrehstellung der Drehkolben die Radien der beiden Drehkolben unter Ausbildung einer zumindest linienförmigen Abdichtung zwischen den beiden Drehkolben zu dem konstanten Abstand A addieren.
  • Eine Drehkolbenpumpe der eingangs genannten Art ist aus US 1 361 423 A bekannt. Diese Drehkolbenpumpe, die in erster Linie als Feuerlöschpumpe gedacht ist, besitzt ein Gehäuse, das unterhalb des Innenraums, in dem die Drehkolben rotieren, ein Wasserreservoir aufweist. Dieses Wasserreservoir steht über einen verhältnismäßig großen Einlaß mit dem Innenraum in Strömungsverbindung. Die Kanten des Einlasses sind in Drehrichtung der Drehkolben gesehen, mit Rundungen und Übergangsschrägen ausgebildet, um zu erreichen, daß ein Wasservolumen innerhalb des Innenraums bei Drehung der Kolben nicht schlagartig, sondern eher stetig und mit einer gewissen Übergangsphase von dem im Reservoir befindlichen Wasservolumen getrennt wird. Hierdurch sollen Vibrationen im Betrieb der Drehkolbenpumpe vermindert werden. Da der Einlaß verhältnismäßig groß ist, muß der Auslaß entsprechend schmaler ausgeführt sein, um in jeder Stellung der Drehkolben noch eine Abdichtung zwischen Einlaßseite und Auslaßseite zu gewährleisten. Nachteilig kommt es durch den relativ schmalen Auslaß hier zu einem hohen Strömungswiderstand für das von der Pumpe geförderte Wasser, was den Pumpenwirkungsgrad reduziert. Die in dieser Drehkolbenpumpe eingesetzten Drehkolben sind in ihrer Axialrichtung betrachtet gradlinig ausgebildet.
  • Aus EP 0 283 755 A1 ist eine Vorrichtung zum Verteilen von inhomogenen Flüssigkeiten, insbesondere Gülle, bekannt. Diese Vorrichtung besitzt ein Verteilorgan, das einen Verteilerbehälter für zugeführte Flüssigkeit mit einer Mehrzahl von Austrittsöffnungen für anschließbare Austragleitungen umfaßt. Dabei umfaßt der Verteilerbehäl ter ein durch Zwischenwände in mehrere voneinander getrennte, jeweils ein Drehkolbenpaar nach Art von Roots-Rotoren enthaltende Förderräume unterteiltes Gehäuse. Sämtliche Förderräume stehen auf ihrer Flüssigkeitszuführseite miteinander in offener Verbindung und sind auf ihrer Flüssigkeitsaustrittsseite jeweils mit einem gesonderten Auslaß versehen. Wesentlich ist bei dieser Vorrichtung, daß jeder gesonderte Auslaß der Förderräume in zwei einzelne Auslaßkanäle unterteilt ist, die jeweils einem der beiden zusammenwirkenden Drehkolben des Drehkolbenpaares des zugehörigen Förderraums zugeordnet sind. Im Umlaufbetrieb des Drehkolbenpaares sind die beiden Auslaßkanäle durch ihre zugehörigen, umlaufenden Drehkolben abwechselnd jeweils vom Förderraum abtrennbar und mit diesem verbindbar. Mit dieser Ausgestaltung der Vorrichtung wird erreicht, daß besonders kräftige Pulsationen bei der Rotation der Drehkolben entstehen, die hier gewünscht sind, um die inhomogenen Flüssigkeiten durch die Mehrzahl der Austrittsöffnungen und der daran anschließbaren Austragleitungen zu fördern, ohne daß dabei durch in den Flüssigkeiten mitgeführte Feststoffe oder Fremdkörper Verstopfungen auftreten. Auch hier sind die Drehkolben in ihrer Axialrichtung gesehen gradlinig verlaufend ausgebildet.
  • Eine weitere Drehkolbenpumpe ist aus EP 0 599 333 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Drehkolbenpumpe haben die Drehkolben an ihren radial äußeren Enden jeweils einen Radius, der kleiner ist als der Radius der die Gehäusekontur bildenden Halbkreise. Gleichzeitig liegt der Mittelpunkt des Radius der äußeren Enden der Drehkolben hier im radialen Abstand von der Achse, um die der betreffende Drehkolben drehbar ist, nach außen versetzt. Daraus resultiert, daß jedes radial äußere Ende der Drehkolben nur entlang einer linieförmigen Dichtkontur am Gehäuse ent lang streicht, wenn die Drehkolben in Drehung versetzt werden. Diese nur linienförmige Abdichtung hat den Nachteil eines hohen Verschleißes, was dazu führt, daß die Drehkolben oder zumindest Teile davon relativ oft ausgetauscht werden müssen. Aus diesem Grunde sind die Drehkolben mit austauschbaren Dichtleisten ausgebildet, die jeweils den radial äußeren Teil der Drehkolben bilden und einzeln austauschbar sind. Die austauschbare Gestaltung der Dichtleisten erfordert einen relativ hohen konstruktiven Aufwand für die Drehkolben, was diese und damit die Pumpe insgesamt verteuert.
  • Weiterhin sind im Stand der Technik Kreiskolbenpumpen bekannt, zum Beispiel aus DE 100 22 097 C1 . Charakteristisch für Kreiskolbenpumpen sind Kreiskolben, die über einen relativ großen Umfangsbereich eine Außenkontur aufweisen, deren Radius mit dem Halbkreisradius des Gehäuses übereinstimmt und bei denen der Mittelpunkt des Radius mit der Achse, um die der Kreiskolben drehbar ist, zusammenfällt. Weiterhin ist charakteristisch für die Kreiskolben einer Kreiskolbenpumpe, daß der radial äußere Endbereich jedes Kreiskolbens an seiner vorlaufenden und an seiner nachlaufenden Seite jeweils über eine spitzwinklige Kante in einen in Richtung zur zugehörigen Drehachse verlaufenden, konkaven Konturbereich übergeht. Die spitzwinkligen Kanten unterliegenden im Betrieb einer Kreiskolbenpumpe einem besonders hohen Verschleiß. Aus diesem Grunde sind hier austauschbare Kantenleisten vorgesehen, um bei einem Verschleiß der spitzwinkligen Kanten nur die Kantenleisten austauschen zu müssen. Durch die austauschbare Gestaltung der Kantenleisten wird auch hier der konstruktive Aufwand für die Kreiskolben der Kreiskolbenpumpe relativ hoch, was die Pumpe verteuert. Ein weiterer Nachteil bei einer Kreiskolbenpumpe besteht darin, daß es praktisch nicht möglich ist, die spitzwinkligen Kanten mit einer ausreichend dauerhaft haltbaren Beschichtung oder Auflage zu versehen. Ein dritter wesentlicher Nachteil, der bei Kreiskolbenpumpen grundsätzlich auftritt, ist eine sogenannte Kavitation zwischen den konkaven Bereichen der beiden Kreiskolben. Diese Kavitation schließt ein Volumen des durch die Kreiskolbenpumpe zu fördernden Mediums ein, wobei das eingeschlossene Volumen nachteilig auch noch variabel ist. Deshalb muß ein ausreichend großer Spaltraum zwischen den beiden Kreiskolben freigehalten werden, um ein Abfließen und Zufließen des Mediums im Bereich der Kavitation zu gestatten, insbesondere wenn es sich bei dem Medium um ein nicht kompressibles Medium, wie eine Flüssigkeit, handelt. Aus diesem Grunde werden üblicherweise die spitzwinkligen Kanten der Kreiskolben angefast, so daß der Kolbenflügelumfang verkleinert wird und ein Abströmen des Mediums aus der Kavitation bzw. ein Einströmen des Mediums in die Kavitation leichter möglich wird. Hierbei muß allerdings eine Minderung der Förderleistung der Pumpe in Kauf genommen werden.
  • Die DE 198 02 264 C1 zeigt eine Rotorpumpe mit einem Pumpengehäuse, mit einem Paar von im Gehäuse angeordneten, gegensinnig drehantreibbaren Rotoren, welche jeweils in Form einer Schraubenlinie schräg zur zugehörigen Welle verlaufende Verdrängerflügel aufweisen, die bei der Drehung der Rotoren dichtend an der Innenseite der Wandung des Pumpengehäuses und am jeweils anderen Rotor anliegend umlaufen. Die schräg verlaufenden Verdrängerflügel sorgen für eine Verminderung von Pulsationen im geförderten Medium, liegen aber am Pumpengehäuse jeweils nur entlang einer dichten Linie an. Damit trotz des schrägen Verlaufs der Verdrängerflügel und damit auch des schrägen Verlaufs der Dichtlinie zwischen diesen und dem Pumpengehäuse in jeder Drehstellung der Rotoren eine Abdichtung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Pumpe gewährleistet ist, müssen die Konturen des Einlasses und des Auslasses entsprechend angepaßt werden, d. h. in ihrer Größe verkleinert werden. Aufgrund der hier nur linienförmigen Abdichtung zwischen den Verdrängerflügeln und dem Pumpengehäuse tritt hier ein großer Verschleiß auf, dem gemäß dieser zitierten Schrift dadurch begegnet wird, daß jeder Verdrängerflügel eine auswechselbare Dichtleiste aufweist. Die Ausgestaltung der Rotoren mit den auswechselbaren Dichtleisten führt zu einem erhöhten Herstellungsaufwand und damit zu erhöhten Kosten für die Pumpe insgesamt.
  • Weiter ist es, wie in der EP 0 363 420 B2 beschrieben, bei einer Drehkolbenpumpe mit Wendelkolben möglich, zwei einander gegenüberliegende, quer zur Drehrichtung der Rotoren weisende Kanten des Einlasses und des Auslasses mit einem schrägen Verlauf auszubilden, um sie in ihrer Richtung an den schrägen Verlauf der Verdrängerflügel anzupassen, die hier nur entlang einer Linie gegen das Pumpengehäuse abdichten. Hierdurch ergibt sich dann ein Umriß von Einlaß und Auslaß in Form je eines Trapezes oder Dreiecks. Damit werden zwar Einlaß und Auslaß in jeder Kolbenstellung voneinander getrennt, jedoch tritt auch hier nachteilig eine Verkleinerung des Querschnitts von Einlaß und Auslaß auf, was zu einer Erhöhung des Strömungswiderstandes im Einlaß und Auslaß führt und so den Wirkungsgrad der Rotorpumpe beeinträchtigt.
  • Für die vorliegende Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Drehkolbenpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die die dargelegten Nachteile vermeidet und bei der eine gute Abdichtung der Drehkolben zum Pumpengehäuse und eine pulsationsarme Förderung erreicht werden und Kavitationen und damit verbundene Spaltströme vermieden werden. Dabei soll die Drehkolbenpumpe einen guten Wirkungsgrad und einen geringen Verschleiß aufweisen und in der Herstellung und im Betrieb kostengünstig sein.
  • Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einer Drehkolbenpumpe der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist,
    • – daß die Drehkolben in ihrer Axialrichtung gesehen einander entgegengesetzt gewendelt verlaufend ausgeführt sind und
    • – daß sowohl der Mediumeinlaß als auch der Mediumauslaß des Pumpengehäuses einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit je zwei achsparallelen und je zwei rechtwinklig dazu verlaufenden Kanten aufweisen.
  • Vorteilhaft vereinigt die erfindungsgemäße neue Drehkolbenpumpe mehrere Vorteile in sich. Durch den Umfangsbereich mit dem konstanten Radius R wird zwischen den Drehkolben und dem Pumpengehäuse eine flächige Abdichtung erzielt, die in einem wesentlich geringeren Maß verschleißempfindlich ist als eine linienförmige Abdichtung und die gleichzeitig eine verbesserte Abdichtung bewirkt. Dies sorgt für einen längeren wartungsfreien Betrieb bei erhöhtem Wirkungsgrad. Verschleißanfällige spitzwinklige Kanten werden bei erfindungsgemäßer Drehkolbenpumpe völlig vermieden. Gleichzeitig treten bei der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe keinerlei Kavitationen auf, weil aufgrund des Fehlens von spitzwinkligen Kanten keine Eingriffswinkel auftreten und damit auch kein Volumen des durch die Drehkolbenpumpe zu förderndem Mediums zwischen den beiden Drehkolben eingeschlossen werden kann. Deshalb müssen zwischen den beiden Drehkolben auch keine Strömungsspalte für ein Abströmen des Mediums aus einer Kavitation oder für ein Einströmen des Mediums in eine Kavitation freigehalten werden, was wieder dem Wirkungsgrad der Pumpe zugute kommt und was ebenfalls zu einem gerin gen Verschleiß der Drehkolben im Pumpenbetrieb beiträgt. Die gewendelte Form der Drehkolben sorgt für einen pulsationsarmen Pumpbetrieb, was für viele Anwendungen vorteilhaft oder sogar unerläßlich ist und was ansonsten oft erforderliche Pulsationsdämpfer unnötig macht. Gleichzeitig können der Mediumeinlaß und der Mediumauslaß große und damit strömungswiderstandsarme Querschnitte aufweisen, was ebenfalls einem guten Pumpenwirkungsgrad zugute kommt. Dabei bleibt eine stetige Abdichtung zwischen Saugseite und Druckseite der Pumpe in jeder Stellung der Drehkolben durch deren flächig dichtende Anlage am Pumpengehäuse gewährleistet und unerwünschte Mediumrückströmungen zwischen Drehkolben und Gehäuse hindurch werden trotz der großen Ein- und Auslaßquerschnitte und trotz der Wendelung der Drehkolben vermieden. Die Abdichtung zwischen den beiden Drehkolben ist mindestens linienförmig, so daß hier keine schlechteren Abdichteigenschaften vorliegen als bei an sich bekannten Drehkolben- oder Kreiskolbenpumpen.
  • Um einen möglichst großen Einlaß- und Auslaßquerschnitt zu erzielen, ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, daß eine erste achsparallele Kante des Mediumeinlasses und des Mediumauslasses jeweils im wesentlichen in Höhe der einen Achse und eine zweite achsparallele Kante des Mediumeinlasses und des Mediumauslasses jeweils im wesentlichen in Höhe der anderen Achse liegt.
  • Eine weitere Maßnahme zur Erzielung eines möglichst großen Einlaß- und Auslaßquerschnittes besteht darin, daß bevorzugt in Axialrichtung der Drehkolben gesehen sich eine Breite des Mediumeinlasses und des Mediumauslasses jeweils über 80 bis 100% der axialen Länge jedes Drehkolbens erstreckt.
  • Das Maß der Wendelung der Drehkolben kann bei verschiedenen Pumpen unterschiedlich sein, wobei sich dies nach den jeweiligen Anforderungen im Einsatzfall richtet. Bevorzugt ist aber vorgesehen, daß innerhalb jedes Drehkolbens die eine Stirnseite des Drehkolbens in Drehrichtung gesehen relativ zur anderen Stirnseite desselben Drehkolbens um einen Verdrehwinkel bis zu 60° verdreht ist.
  • Um eine möglichst gute Abdichtung zwischen den drehenden Drehkolben und dem Pumpengehäuse zu erzielen, ist ein möglichst großer Umfangsbereich mit dem konstanten Radius R wünschenswert. Gleichzeitig kann aber der Umfangsbereich mit dem konstanten Radius R einen bestimmten Umfangswinkelbereich α von theoretisch 90° nicht überschreiten. Bei einem Umfangsbereichwinkel α von 90° ergeben sich zwangsläufig die nicht erwünschten spitzwinkligen Kanten, so daß ein kleinerer Umfangswinkelbereich α sinnvoll ist. Für die erfindungsgemäße Drehkolbenpumpe ist deshalb ein Umfangswinkelbereich α zwischen 10° und 60° bevorzugt. Mit dem angegebenen Umfangswinkelbereich α zwischen 10° und 60° wird einerseits die gewünschte gute Abdichtung zwischen den Drehkolben und dem Pumpengehäuse gewährleistet und andererseits ist dieser Umfangswinkelbereich α in jedem Falle noch so klein, daß im Verlauf der weiteren Kontur der Drehkolben spitzwinklige Kanten nicht erforderlich werden. Die gewünschte stetige Abdichtung zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite der Pumpe durch die Drehkolben kann durch geeignete Abstimmung des Maßes dieses Umfangswinkelbereichs α mit dem zuvor erwähnten Verdrehwinkel und der Größe und/oder Lage von Mediumeinlaß und -auslaß problemlos gewährleistet werden.
  • Weiter ist bevorzugt vorgesehen, daß der Umfangswinkelbereich α des Umfangsbereichs mit dem konstanten Radius R mindestens so groß ist wie der Verdrehwinkel der gewendelten Drehkolben. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß man eine gedachte achsparallele geradlinige Dichtlinie über die gesamte axiale Länge jedes Drehkolbens legen kann und daß dabei diese gedachte Dichtlinie über ihre gesamte Länge in dem Umfangsbereich mit dem konstanten Radius R verläuft. Bei dieser Gestaltung können vorteilhaft Einlaß und Auslaß eine Breite haben, die der vollen axialen Länge der Drehkolben entspricht, ohne daß die gewünschte stetige Abdichtung zwischen Einlaßseite und Auslaßseite der Pumpe verloren geht.
  • Damit zum einen die Drehkolbenpumpe einen guten Wirkungsgrad aufweist und zum anderen deren Drehkolben eine "schlanke" Querschnittsform mit einer hohen mechanischen Stabilität erhalten, ist bevorzugt weiter vorgesehen, daß der Abstand A 1,3- bis 1,7-mal, vorzugsweise 1,5-mal, so groß ist wie der Radius R.
  • Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe sieht vor, daß die Drehkolben im Querschnitt gesehen jeweils in ihren zwei übrigen Umfangsbereichen, die zwischen den zwei Umfangsbereichen mit dem konstanten Radius R liegen, eine Folge von je drei konvexen Konturbereichen bilden, wobei zwischen je zwei konvexen Konturbereichen je ein konkaver Konturbereich liegt. Dieser Konturverlauf stellt eine geometrisch günstige Möglichkeit zur Erzielung der gewünschten stetigen Form der Drehkolben dar, womit die gewünschte gute Abdichtung zwischen den beiden Drehkolben zuverlässig erzielt wird, ohne daß es zu einem Einschluß eines Mediumvolumens zwischen den Drehkolben, also zu einer Kavitation, kommen kann.
  • Weiter schlägt die Erfindung vor, daß die Drehkolben an ihren mit einem durch die Drehkolbenpumpe zu fördernden Medium in Kontakt tretenden Oberflächen mit einer gegen das Medium resistenten Beschichtung oder Auflage versehen sind. Eine Beschichtung oder Auflage kann bei der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe problemlos auf die Drehkolben aufgebracht werden, weil diese keine für eine Beschichtung oder Auflage hinderlichen spitzwinkligen Kanten aufweisen. Gleichzeitig kann für die Drehkolben an sich ein Material verwendet werden, das gegen das zu fördernde Medium nicht resistent ist, weil es durch die Beschichtung oder Auflage gegen einen Angriff des Mediums geschützt ist. Damit ist die Verwendung von preisgünstigerem Material, z. B. von Gußstahl oder Werkzeugstahl anstelle von rostfreiem Edelstahl, möglich. Außerdem wird so die Möglichkeit geschaffen, nach Verschleiß der Beschichtung oder Auflage den Drehkolben durch Aufbringen einer neuen Beschichtung oder Auflage zu regenerieren und dann wieder in einer Drehkolbenpumpe einzusetzen. Dadurch wird ein wesentlicher Teil des Drehkolbens mehrfach verwendbar.
  • Die Beschichtung oder Auflage ist vorzugsweise durch eine Gummierung gebildet. Eine Gummierung bietet im Hinblick auf den Schutz des Drehkolbens gegen Angriffe des zu fördernden Mediums gute Eigenschaften. Außerdem verbessert eine Gummierung die Abdichtung einerseits der Drehkolben gegen das Pumpengehäuse und andererseits der Drehkolben gegeneinander. Damit werden unerwünschte Rückströmungen entgegen der gewünschten Förderrichtung der Drehkolbenpumpe weiter vermindert, was den Wirkungsgrad der Pumpe verbessert.
  • Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
  • 1 eine Drehkolbenpumpe im Querschnitt, teils in Stirnansicht, mit zwei in ihrer Axialrichtung gewendelt verlaufenden Drehkolben,
  • 2 die Stirnseite eines einzelnen Drehkolbens in einer vergrößerten Ansicht und
  • 3 die Drehkolbenpumpe in einer perspektivischen Ansicht mit einem offenen, teilweise weggelassenen Pumpengehäuse.
  • 1 zeigt eine Drehkolbenpumpe 1, die ein Gehäuse 10 und zwei darin angeordnete, zweiflüglige Drehkolben 2 aufweist. Das Pumpengehäuse 10 begrenzt einen Innenraum 10', der in dem in 1 gezeigten Beispiel im Querschnitt eine ovalförmige Innenkontur 12 hat. Oben und unten in 1 ist die Innenkontur 12 durch je einen halbkreisförmigen Konturabschnitt 12.1 gebildet, deren aufeinander zu weisende Enden durch zwei geradlinige Konturabschnitte 12.2 miteinander verbunden sind.
  • Im Bereich des rechten geradlinigen Konturabschnitts 12.2 liegt verdeckt ein Einlaß 11, durch das ein zu förderndes Medium in Fließrichtung 28 in das Gehäuse 10 der Drehkolbenpumpe 1 gelangt. An der gegenüberliegenden, in 1 linken Seite ist in dem dortigen geradlinigen Konturabschnitt 12.2 ein Auslaß 11' vorgesehen, durch den das von der Drehkolbenpumpe 1 geförderte Medium das Pumpengehäuse 10 verläßt. Sowohl der Einlaß 11 als auch der Auslaß 11' besitzt einen jeweils rechteckigen Querschnitt. Der Einlaß 11 ist dabei durch je eine senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufende Oberkante 11.1 und Unterkante 11.2 sowie durch zwei rechtwinklig dazu und parallel zur Zeichnungsebene verlaufende Seitenkanten 11.3 begrenzt. Der Auslaß 11' ist entsprechend durch je eine senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufende Oberkante 11.1' und Unterkante 11.2' sowie durch zwei rechtwinklig dazu und parallel zur Zeichnungsebene verlaufende Seitenkanten 11.3' begrenzt.
  • In Fließrichtung 28 des Mediums gesehen vor und hinter der Drehkolbenpumpe 1 sind üblicherweise Leitungen für die Führung des Mediums angeordnet, die hier nicht dargestellt sind.
  • Die beiden Drehkolben 2 im Innenraum 10' des Gehäuses 10 sind um zwei parallel zueinander und senkrecht zur Zeichnungsebene der 1 verlaufende Achsen 20 drehbar gelagert. Die beiden Achsen 20 haben dabei einen Abstand A voneinander. Die beiden Achsen 20 fallen hier jeweils mit dem Halbkreismittelpunkt der halbkreisförmigen Konturabschnitte 12.1 der Innenkontur 12 zusammen. Außerdem liegen die Oberkanten 11.1 und 11.1' von Einlaß 11 und Auslaß 11' im wesentlichen in Höhe der oberen Achse 20 und die Unterkanten 11.2 und 11.2' von Einlaß 11 und Auslaß 11' im wesentlichen in Höhe der unteren Achse 20, wodurch sich große und widerstandsarme einström- und abströmseitige Strömungsquerschnitte der Pumpe 1 ergeben.
  • Wie die 1 weiter zeigt, besitzt jeder Drehkolben 2 zwei einander diametral gegenüberliegende Umfangsbereich 21, deren Radius R von der Achse 20 gemessen mit dem Radius R der halbkreisförmigen Abschnitte 12.1 der Innenkontur 12 übereinstimmt. In Umfangsrichtung der Drehkolben 2 gesehen erstrecken sich diese Umfangsbereiche 21 mit dem konstanten Radius R über jeweils einen Umfangswinkelbereich α des zugehörigen Drehkolbens 2, wobei hier jeweils der Umfangswinkelbereich α etwa 40° beträgt. In diesem Umfangsbereich 21 liegt also jeder Drehkolben 2 unter Ausbildung einer flächigen Abdichtung an dem halb kreisförmigen Abschnitt 12.1 der Innenkontur 12 des Gehäuses 10 an, wenn sich im Betrieb der Pumpe 1 der Drehkolben 2 entlang des Abschnitts 12.1 bewegt. Dadurch werden im Vergleich zu einer nur linienförmigen Abdichtung eine bessere Abdichtwirkung und ein verminderter Verschleiß der Bereiche 21 der Drehkolben 2 erreicht.
  • In den übrigen Umfangsbereichen 22, die zwischen den beiden Umfangsbereichen 21 mit dem konstanten Radius R liegen, ist jeweils der Radius, gemessen von der zugehörigen Achse 20, kleiner als der Radius R. Dabei sind diese Radien in Abhängigkeit von ihrer Lage auf dem Umfang der Drehkolben 2 jeweils so bemessen, daß sich die Radien der beiden Drehkolben 2 entlang einer Verbindungslinie zwischen den beiden Achsen 20 gesehen jeweils unter Ausbildung einer zumindest linienförmigen Abdichtung 27 zu dem Abstand A addieren.
  • Die Kontur der Drehkolben 2 ist dabei sowohl in den Umfangsbereichen 21 mit dem konstanten Radius R als auch in den beiden dazwischen liegenden übrigen Umfangsbereichen 22 stetig und insbesondere ohne spitzwinklige Kanten ausgebildet, wodurch Volumeneinschlüsse oder Kavitationen zwischen den beiden Drehkolben 2 in jeder Verdrehungsstellung relativ zueinander vermieden werden. Gleichzeitig wird aber in jeder Verdrehungsstellung der beiden Drehkolben 2 relativ zueinander die zumindest linienförmige Abdichtung 27 zwischen den beiden Drehkolben 2 gewährleistet.
  • In der linken Hälfte der 1, in der das Gehäuse 10 geschnitten ist, sind im Hintergrund mehrere Bohrungen 13 sichtbar, die zur Verbindung eines rückseitigen Gehäusedeckels, der hier nicht sichtbar ist, mit dem Gehäuse 10 dienen. Dieser rückseitige Gehäusedeckel kann gleichzei tig auch ein Teil einer Antriebeinheit sein, mit der die Drehkolben 2 in gegensinnige Drehung versetzbar sind.
  • Im Vordergrund der 1 sind am Gehäuse 10 einige weitere Bohrungen 13' erkennbar, die zur lösbaren Anbringung eines vorderseitigen Gehäusedeckels, der hier weggelassen ist, dienen, um das Gehäuse 10 zu verschließen. Bei entsprechender, an sich bekannter Ausgestaltung der Drehkolben 2 können diese bei geöffneter, dem Betrachter zugewandter Seite des Gehäuses 10 aus dem Gehäuse 10 ausgebaut und in das Gehäuse 10 eingebaut werden, ohne daß eine weitere Zerlegung erforderlich wird.
  • Weiter ist aus der 1 ersichtlich, daß die beiden Drehkolben 2 als gewendelte Kolben ausgebildet sind. Dies bedeutet, daß die beiden Drehkolben 2 in ihrer Axialrichtung gesehen, also senkrecht zur Zeichnungsebene der 2, einander entgegengesetzt in sich verdreht sind. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel dieser Verdrehung der Drehkolben 2 in sich etwa 35° über die gesamte axiale Länge der Drehkolben 2 betrachtet, ist also geringfügig kleiner als der Umfangswinkelbereich α von hier etwa 40° der Umfangsbereiche 21 mit dem konstanten Radius R. Nach oben hin ist der Winkel der Verdrehung auf solche Werte begrenzt, bei denen die erforderliche Abdichtung zwischen den relativ zueinander bewegten Pumpenteilen sicher gewährleistet bleibt. Mit den gewendelten Kolben 2 wird erreicht, daß Pulsationen bei der Förderung des Mediums in Fließrichtung 28 durch die Drehkolbenpumpe 1 vermindert werden, was für viele Einsatzbereiche der Pumpe 1 vorteilhaft oder wesentlich ist.
  • 2 zeigt in vergrößerter Darstellung nur die Stirnseite eines einzelnen gewendelten Drehkolbens 2 für eine Drehkolbenpumpe gemäß 1. In der in 2 dargestellten Stellung des Drehkolbens 2 besitzt dieser ganz oben und ganz unten je einen Umfangsbereich 21 mit einem konstanten Radius R, gemessen von der Achse 20, um die der Drehkolben 2 drehbar ist. Dabei erstreckt sich bei diesem Beispiel jeder Umfangsbereich 21 mit dem konstanten Radius R über einen Umfangswinkelbereich α von etwa 24°.
  • In Umfangsrichtung des Drehkolbens 2 gesehen zwischen den beiden Umfangsbereichen 21 mit dem Radius R liegen zwei übrige Umfangsbereiche 22, in denen der Radius kleiner wird und in jedem Falls kleiner ist als der Radius R.
  • Beiderseits jedes Umfangsbereichs 21 folgt zunächst je ein konvexer Bereich 22.1, in welchem in Umfangsrichtung gesehen vom Umfangsbereich 21 weg der Radius des Drehkolbens 2, ausgehend vom Radius R, stetig kleiner wird.
  • In Umfangsrichtung gesehen jeweils mittig zwischen den beiden Umfangsbereichen 21 mit dem Radius R liegen zwei weitere konvexe Bereiche 22.1, in denen der Radius des Drehkolbens 2 sein Minimum erreicht.
  • Zwischen je zwei einander benachbarten konvexen Bereichen 22.1 der Umfangskontur des Drehkolbens 2 liegt je ein konkaver Bereich 22.2 als Übergangsbereich. Auch hier ergibt sich ein stetiger Verlauf der äußeren Kontur des Drehkolbens 2 ohne spitzwinklige Kanten und ohne Volumeneinschlüsse oder Kavitationen bei Einsatz von zwei derartigen Drehkolben 2 gemäß 2 in einer Drehkolbenpumpe gemäß 1.
  • In der 2 ist außerdem eine technische Möglichkeit dargestellt, den Drehkolben 2 auf einer Welle 23, die um die Achse 20 drehbar ist, zu montieren. Hierzu ist auf die Welle 23 ein Kolbentragkörper 24 mit einer zylindrischen Grundform verdrehfest aufgesetzt. An seinen Außenumfang trägt der Kolbentragkörper 24 eine nach außen vorspringende Feder 24'.
  • Im Inneren des Drehkolbens 2 ist verdrehfest ein Kolbenkern 25 angeordnet, der eine Bohrung aufweist, deren Innendurchmesser mit Spielpassung dem Außendurchmesser des Kolbentragkörpers 24 entspricht. Außerdem hat der Kolbenkern 25 eine nach außen vorspringende Nut 25', die im zusammengebauten Zustand, wie ihn die 2 darstellt, die Feder 24' aufnimmt. Hierdurch wird der Drehkolben 2 verdrehfest und positionsgenau auf der Welle 23 gehaltert.
  • 3 zeigt die Drehkolbenpumpe 1 aus 1 in einer perspektivischen Ansicht, wobei ein Gehäusedeckel weggelassen ist und wobei die dem Betrachter zugewandte rechte Hälfte des Gehäuses 10 der Drehkolbenpumpe 1 in gestrichelten Linien nur angedeutet ist, um die beiden im Gehäuse 10 angeordneten Drehkolben 2 vollständig sichtbar zu machen. In 3 wird die gewendelte Ausführung der Drehkolben 2 besonders deutlich. Die Umfangsbereiche 21 der Drehkolben 2, die mit den halbkreisförmigen Abschnitten 12.1 der Innenkontur 12 des Gehäuses 10 dichtend zusammenwirken, sind in 3 durch eine Schraffur hervorgehoben. Zwischen den Umfangsbereichen 21 liegen die übrigen Umfangsbereiche 22, deren Kontur schon anhand der 2 erläutert wurde.
  • Die beiden Drehkolben 2 sind um ihre parallel zueinander verlaufenden Achsen 20 im Sinne der Drehpfeile 29 gegensinnig drehbar.
  • Das Pumpengehäuse 10 hat hier rechts im Vordergrund im gestrichelt dargestellten Bereich seinen Einlaß 11, der einen rechteckigen Umriß aufweist. Nach oben hin ist der Einlaß 11 durch eine Oberkante 11.1 und nach unten hin durch eine Unterkante 11.2 begrenzt. Die Oberkante 11.1 verläuft dabei im wesentlichen in Höhe der oberen Achse 20 und die Unterkante 11.2 verläuft im wesentlichen in Höhe der unteren Achse 20. Außerdem wird der Einlaß 11 durch zwei seitliche Kanten 11.3 begrenzt, die parallel zueinander und senkrecht zu der Oberkante 11.1 und Unterkante 11.2 verlaufen.
  • An der gegenüberliegenden, hier vom Betrachter abgewandten Seite besitzt das Pumpengehäuse 10 seinen Auslaß 11', der ebenfalls einen rechteckigen Umriß aufweist. Eine den Auslaß 11' begrenzende Oberkante ist hier durch den oberen Drehkolben 2 verdeckt; nach unten wird der Auslaß 11' durch eine Unterkante 11.2' begrenzt. Weiterhin begrenzen zwei seitliche Kanten 11.3' den Auslaß 11'.
  • Wie 3 anschaulich zeigt, haben der Einlaß 11 und der Auslaß 11' einen großen freien Strömungsquerschnitt, wodurch ein widerstandsarmes Einströmen und Ausströmen des von der Drehkolbenpumpe 1 geförderten Mediums gewährleistet wird. Zugleich sorgen die Drehkolben 2 mit ihren sich über einen gewissen Umfangswinkelbereich erstreckenden Umfangsbereichen 21 dafür, daß stets eine gute und zugleich verschleißarme Abdichtung zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite der Pumpe 1 besteht, unabhängig von der jeweiligen Stellung der beiden Drehkolben 2.
  • Eine unerwünschte Rückströmung, wie sie gemäß dem oben in 3 eingezeichneten Strömungspfeil 28' bei mangelnder Abdichtung auftreten könnte, wird hier sicher vermieden. Dabei bleibt diese sichere Abdichtung auch erhalten, wenn Einlaß 11 und Auslaß 11' eine freie Höhe aufweisen, die dem Abstand der beiden Achsen 20 der Drehkolben 2 entspricht, weil beide Drehkolben 2 nicht nur entlang einer Linie, sondern über einen sich in Umfangsrichtung der Drehkolben 2 erstreckenden Umfangsbereich 21 dichtend mit der Innenkontur 12 des Gehäuses 10 zusammenwirken.
  • Die Drehkolben 2 können, wie in 3 dargestellt, an ihren äußeren, mit dem durch die Drehkolbenpumpe 1 zu fördernden Medium in Berührung kommenden Oberflächen mit einer Beschichtung oder Auflage 3, insbesondere einer Gummierung, versehen sein, um einen unmittelbaren Angriff des geförderten Mediums auf das tragende Material der Drehkolben 2 zu verhindern. Eine Gummierung bietet zudem aufgrund ihrer Elastizität eine verbesserte Abdichtung sowohl der Drehkolben 2 gegenüber dem Gehäuse 10 als auch der beiden Drehkolben 2 gegeneinander. Bei Verschleiß oder Beschädigung kann die Beschichtung oder Auflage 3 erneuert werden, wobei der übrige Drehkolben 2 weiter verwendbar ist.

Claims (10)

  1. Drehkolbenpumpe (1) mit einem Pumpengehäuse (10) und mit zwei zweiflügeligen Drehkolben (2), wobei das Pumpengehäuse (10) einerseits einen Mediumeinlaß (11) und gegenüberliegend einen Mediumauslaß (11') sowie einen Innenraum (10') aufweist, der im Querschnitt im wesentlichen die Kontur eines Ovals mit zwei einander gegenüberliegenden Halbkreisen mit dem Radius R aufweist, deren Mittelpunkte den Abstand A haben, wobei die Drehkolben (2) auf zwei parallelen Achsen (20) gegensinnig drehbar gelagert sind, wobei die eine Achse (20) durch den einen Halbkreismittelpunkt und die andere Achse (20) durch den anderen Halbkreismittelpunkt verläuft, wobei jeder Drehkolben (2) bei seiner Drehung zum einen im Bereich der Halbkreise dichtend am Gehäuse (10) entlang läuft und zum anderen gegen den jeweils anderen Kolben (2) dichtend anliegt, wobei jeder Drehkolben (2) in zwei einander diametral gegenüberliegenden Umfangsbereichen (21) jeweils über einen Umfangswinkelbereich α eine Außenkontur mit dem konstanten Radius R um seine Achse (20) aufweist, wobei jeder Drehkolben (2) in seinen übrigen Umfangsbereichen (22) jeweils eine stetige, eingriffswinkelfreie und volumeneinschlußfreie Kontur mit von der Achse (20) gemessenen Radien kleiner als der Radius R aufweist und wobei in Richtung einer Verbindungslinie der beiden Achsen (20) gesehen sich in jeder Verdrehstellung der Dreh kolben (2) die Radien der beiden Drehkolben (2) unter Ausbildung einer zumindest linienförmigen Abdichtung (27) zwischen den beiden Drehkolben (2) zu dem konstanten Abstand A addieren, dadurch gekennzeichnet, – daß die Drehkolben (2) in ihrer Axialrichtung gesehen einander entgegengesetzt gewendelt verlaufend ausgeführt sind und – daß sowohl der Mediumeinlaß (11) als auch der Mediumauslaß (11') des Pumpengehäuses (10) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit je zwei achsparallelen Kanten (11.1, 11.2, 11.1', 11.2') und je zwei rechtwinklig dazu verlaufenden Kanten (11.3, 11.3') aufweisen.
  2. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste achsparallele Kante (11.1, 11.1') des Mediumeinlasses (11) und des Mediumauslasses (11') jeweils im wesentlichen in Höhe der einen Achse (20) und eine zweite achsparallele Kante (11.2, 11.2') des Mediumeinlasses (11) und des Mediumauslasses (11') jeweils im wesentlichen in Höhe der anderen Achse (20) liegt.
  3. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Axialrichtung der Drehkolben (2) gesehen sich eine Breite des Mediumeinlasses (11) und des Mediumauslasses (11') jeweils über 80 bis 100% der axialen Länge jedes Drehkolbens (2) erstreckt.
  4. Drehkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jedes Drehkolbens (2) die eine Stirnseite des Drehkolbens (2) in Drehrichtung (29) gesehen relativ zur anderen Stirnseite desselben Drehkolbens (2) um einen Verdrehwinkel bis zu 60° verdreht ist.
  5. Drehkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsbereich (21) mit dem konstanten Radius R sich jeweils über einen Umfangswinkelbereich α zwischen 10° und 60° erstreckt.
  6. Drehkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangswinkelbereich α des Umfangsbereichs (21) mit dem konstanten Radius R mindestens so groß ist wie der Verdrehwinkel der gewendelten Drehkolben (2).
  7. Drehkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand A 1,3- bis 1,7-mal, vorzugsweise 1,5-mal, so groß ist wie der Radius R.
  8. Drehkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkolben (2) im Querschnitt gesehen jeweils in ihren zwei übrigen Umfangsbereichen (22), die zwischen den zwei Umfangsbereichen (21) mit dem konstanten Radius R liegen, eine Folge von je drei konvexen Konturbereichen (22.1) bilden, wobei zwischen je zwei konvexen Konturbereichen (22.1) je ein konkaver Konturbereich (22.2) liegt.
  9. Drehkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkolben (2) an ihren mit einem durch die Drehkolbenpumpe (1) zu fördernden Medium in Kontakt tretenden Oberflä chen mit einer gegen das Medium resistenten Beschichtung oder Auflage (3) versehen sind.
  10. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung oder Auflage (3) durch eine Gummierung gebildet ist.
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