<Desc/Clms Page number 1>
Drehkolbenpumpe
Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe, bei der ein mit dem Gehäuse fest verbundener Schie- ber in einer von einem Exzenter angetriebenen Kolbentrommel beweglich gelagert ist, so dass die Kol- bentrommel sich an der zylindrischen Innenwand des Gehäuses gleitend abwälzt, wobei die Lagerung des
Schiebers in der Kolbentrommel und die Dichtung an deren Stirnflächen durch trockenschmierende Stof- fe, wie z. B. Kohle, selbstschmierende Kunststoffe u. dgl., erfolgt.
Pumpen dieser Art sind an sich bekannt und besitzen den Vorteil einer verhältnismässig geringen Re- lativgeschwindigkeit des im Innern des Zylindermantel gleitenden Kolbenmantels.
Es ist bei derartigen Pumpen bekannt, die Dichtung durch in achsparallelen Nuten von Zylinder und Kolben radial beweglichen Metallschiebern vorzunehmen.
Um die Dichtung auch an den Stirnflächen vorzusehen, ist es auch bekannt, diese Schieber mehrteilig auszuführen, wobei die einzelnen Teile einander überlappen. Diese Teile sind um die Kanten des Zylinders herumgeführt, so dass sie gleichzeitig auch die Stirnseite dichten. Die Anpressung erfolgt durch Federkraft in beiden Richtungen.
Alle diese Dichtungen haben den Nachteil, dass eine grosse Reibung-Metall auf Metall - stattfindet sowohl am Zylinderumfang als auch der Schieber in den Nuten selbst. Deshalb erfordern alle diese Dichtungen eine gute Schmierung und es ist nicht zu verhindern, dass Schmiermittel von dem geförderten Medium mitgenommen wird. Abgesehen von dem damit verbundenen Schmiermittelverbrauch ist diese Dichtung in allen jenen Fällen nicht anwendbar, wo das geförderte Medium nicht verunreinigt werden darf.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Pumpe dieser Bauart zu schaffen, die vollständig ohne flüssige, fettige bzw. Dampf abgebende Schmiermittel auskommt, einfach und robust im Aufbau ist und ein Mindestmass an Bearbeitung der Gleitflächen erfordert, sowie bereits in einer einstufigen Ausführung ein hohes Vakuum zu erreichen gestattet. Dazu ist es vor allem wichtig, dass die Pumpe mit geringen Reibungsverlusten arbeitet und einen hohen Wirkungsgrad erreicht.
Schliesslich besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, ein Pumpensystem zu schaffen, das bei gleichbleibendem Zylinderdurchmesser und gleicher Kolbenlänge lediglich durch verschiedene Wahl der Drehzahl und davon abhängiger Wahl des Kolbendurchmessers immer das gleiche Fördervolumen erreicht, um mit einem Mindestmass an Konstruktionselementen verschiedenste Anforderungen der Pra. xis erfüllen zu können.
Alles dies wird dadurch ermöglicht, dass die Abdichtung der Umfangsfläche der Kolbentrommeldurch vorzugsweise unter Federdruck stehende Leisten aus solchen selbstschmierenden Stoffen erfolgt, welche Leisten in an sich bekannter Weise in achsparallelen Nuten der Umfangsfläche der Kolbentrommel oder der Zylinderwand angeordnet sind.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung seien an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die grundsätzliche Bauart der Pumpe und Fig. 2 und 3 zeigen zwei verschiedene Ausführungsmöglichkeiten in teilweise weggebrochenen Querschnitten für die Dichtungselemente zwischen Kolben und Zylindermantel. Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
Fig. 7 zeigt eine Einzelheit hiezu und Fig. 8 die Anordnung von Abschlussplatte und Federn an der Dichtelementen gemäss Fig. 6. Fig. 9 zeigt eine schematische Stirnansicht eines Kolbens mit anders angeordneten Dichtelementen. Fig. 10 zeigt in einer schematischen Darstellung die bei der erfindungsge- mässen Pumpe auftretenden Gleitgeschwindigkeiten der gegeneinander bewegten Teile, deren Verlauf in Fig. 11 in einem Diagramm in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Kolbens dargestellt ist.
Fig. 12 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit des Kolbendurchmessers von der Drehzahl bei gleichem Zylinderdurchmesser, gleicher Kolbenlänge, gleicher Gleitgeschwindigkeit und gleicher Pumpleistung.
Gemäss Fig. 1 und 2 ist der exzenterförmig bewegte Kolben 22 innerhalb des Zylindergehäuses 21 auf dem Exzenter 17 mittels Wälzlagern 14 drehbar gelagert. Mit 13 ist die Exzenterachse bezeichnet. Der Schieber 15 ist an der Oberseite des Pumpengehäuses befestigt und greift in einen mit Gleitsteinen oder andern reibungsmindernden Einlagen 16 versehenen Schlitz im Trommelkolben ein. Dieser Schlitz ist an seiner Unterseite bei 20 erweitert, so dass der Schieber 15 ausreichende Bewegungsfreiheit besitzt. Aus dem gleichen Grunde sind auch die Gleitsteine oder sonstigen reibungsmindernden Einlagen 16 mit zylindrischen Aussenflächen versehen, so dass sie eine gewisse relative Schwenkung des Schiebers 15 gegen- über dem Trommelkolben 22 ermöglichen.
In Betrieb bewegt sich der Trommelkolben 22 innerhalb des Zylindergehäuses ebenfalls so, dass dieser über wechselnde Stellen des Umfangs mit der Zylinderwandung in Berührung kommt. Dabei ist jedoch der Kolben 22 gegen Drehung durch den in den Schlitz eingreifenden Schieber gehindert, so dass der Kolben sich nicht glatt auf der Zylinderwandung abwälzen kann, sondern eine gewisse Reibung verbleibt, die jedoch so niedrig ist, dass sie mit festen Schmierstoffen, wie Graphit, selbstschmierendem Kunststoff, Silikonharz u. dgl. unschädlich gemacht werden kann.
Zu diesem Zwecke ist gemäss Fig. 2 die Zylinderwandung mit achsparallelen, schwalbenschwanz- förmigen Nuten 23 versehen, in die entsprechend gestaltete trapezförmige Leisten aus selbstschmierendem Kunststoff, Graphit, ode dgl. eingelegt werden können, die durch eine Feder so weit vorgepresst werden, dass sie beim Abwälzen des Kolbens 22 mit diesem in Berührung kommen, jedoch so weit eindrückbar sind, dass der Kolben 22 unmittelbar auf der Zylinderwand 21 sich abwälzt.
In Fig. 3 sind die schwalbenschwanzförmigen Nuten 23 mit den eingesetzten Leisten im Kolben 22 alt-
EMI2.2
Fig. 2. Als Gleitmaterial kann an Stelle der genannten Stoffe auch Sintermetall Verwendung finden. Die Pumpe kann mit feststehendem oder umlaufendem Gehäuse ausgeführt sein und ist für hohe Drehzahlen geeignet, da nur relativ wenig Reibung auftritt.
Erstaunlicherweise hat sich auch herausgestellt, dass durch die Vermeidung der Ölschmierung sich eine geringere Kompressionswärme ergibt. Ausserdem entsteht durch die relativ geringen Geschwindigkeiten der gegeneinander bewegten Teile auch nur eine geringere Reibungserwärmung, so dass die Mittel zur Kühlung entsprechend gering bemessen sein können.
Die Wälzlager 14 können selbstverständlich mittels Öl oder Fett geschmiert sein, kommen mit dem Pumpenraum aber in keiner Weise in Berührung, so dass sie keine Öl-oder Fettdämpfe an das zu pumpende Medium abgeben können. Dies kann insbesondere auch bei Flüssigkeitspumpen von Bedeutung sein, wenn die zu pumpende Flüssigkeit selbst keine ausreichende Schmierwirkung besitzt, anderseits aber auch nicht mit Schmierstoffen verunreinigt werden darf.
In allen Fällen können dabei die relativ zueinander bewegten Teile des Pumpenraumes mit Überzügen bzw. Einlagen aus reibungsminderndem Material, wie Graphit, selbstschmierendem Kunststoff, Molybdänsulfid oder einem andern, nichtverdampfbaren oder nichtlöslichen Schmiermittel versehen sein, ohne dass diese in den Figuren besonders dargestellt sind.
Eine besondere Dichtungsart des Kolbenmantels gegenüber der Zylinderwandung geht aus den Fig. 4 und 5 hervor. Diese Dichtungsart kann zusätzlich zu der Stirnflächendichtung Verwendung finden. 83 ist
EMI2.3
die Zylinderwandung bezeichnet ist.
Die Dichtelemente bestehen hiebei aus im wesentlichen T-förmigen Leisten 88, die in entsprechend geformten Nuten 89 im Kolben 81 gehalten und durch Federn 90 nach aussen gedrückt werden.
Wie aus der Fig. 5 deutlich zu erkennen ist, werden die Dichtleisten 88, sobald sie die Zylinderwandung 91 berühren, vollständig in die Nut 89, entgegen der Wirkung der Feder 90, eingedrückt, während sie um einen geringen Betrag nach aussen vorstehen, sobald der Kolben 81 von der Zylinderwand frei-
<Desc/Clms Page number 3>
kommt.
Wie ebenfalls aus den Figuren hervorgeht, kann dabei die Dichtleiste 88 rechteck-oder trapezförmig ausgeführt und mit einer Kopfplatte 88a versehen sein, an der die Federn 90, beispielsweise eine oder mehrere flachgewellte Blattfedern, angreifen.
Fig. 6 zeigt eine solche Dichtleiste 88 in einem parallel zur Kopfplatte 88a geführten Längsschnitt, wobei die Dichtleiste geteilt ausgeführt ist und die beiden Teile sich an den Enden bei 92 überlappen. In diesem sich überlappenden Teil ist eine Öffnung 93 ausgespart, in der eine Druckfeder 94 angeordnet ist, um die Dichtleisten nach aussen in Richtung auf die Stirnwandung zu spreizen und damit eine gute Ab- dichtung an dieser Stelle zu erzielen.
Einen Querschnitt durch eine Dichtleiste im Bereich der Überlappung zeigt Fig. 7.
Wie aus Fig. 8 deutlicher zu ersehen ist, sind im Überlappungsbereich die Kopfplatten 88a der
Dichtleisten nur so lang ausgeführt, dass ein Spalt übrigbleibt, der die gegenseitige Längsbewegung der
Dichtleisten zulässt. Auch hier sind die Federn mit 90 bezeichnet, die entweder gemäss dem linken Teil der Figur in eingelassene oder eingepresste Büchsen 94 innerhalb der Dichtleisten festgeschraubt sein kön- nen, oder gemäss dem rechten Teil der Figur zwischen die Nut und die Stirnplatte 88a lose eingelegt sind. Es ist aber auch möglich, die Schraube 95 unmittelbar in ein Gewinde einzuschrauben, das in die
Kohle der Dichtleiste eingeschnitten ist.
Auf diese Weise gelingt es, eine Pumpe der beschriebenen Art mit so geringen Lässigkeitsverlusten zu bauen, dass diese ein ausgesprochenes Hochvakuum zu erreichen erlaubt, wobei die Spaltverluste praktisch nicht mehr bemerkbar sind. Dabei ist aber zu bedenken, dass die erhöhte Abdichtung zur Folge hat, dass der Luftdurchsatz und damit naturgemäss auch die innere, durch den Luftstrom selbsttätig wir- kende Kühlung der Pumpe vermindert wird.
In gleicher Richtung wirkt auch die hiedurch ermöglichte Druckerhöhung auf der Druckseite der Pumpe. Nun hat sich zwar ergeben, dass die öllosen Pumpen gemäss der vorliegenden Erfindung durch Fortfall der inneren Reibung im Schmiermittel eine verhältnismässig niedrige Allgemeintemperatur aufweisen, so dass eine geringe Temperaturerhöhung für die meisten Teile ohne weiteres in Kauf genommen werden kann.
In Fig. 9 sind zwei weitere Dichtungsmöglichkeiten des Trommelkolbens gegenüber der Zylinderwandung dargestellt, die wahlweise Verwendung finden können, je nachdem, ob Hochvakuum oder besonders hohe Drücke auf der Auslassseite der Pumpe oder nur ein geringeres Vakuum bzw. niedrigere Drükke erreicht werden sollen.
Der Kolben ist hiebei mit 151 bezeichnet. 152 ist die Schlitzführung für den Gleitschieber und 153 die Büchse, mittels welcher der Kolben auf dem Exzenter drehbar gelagert ist. An Stelle der radial in entsprechenden Schlitzen beweglichen Gleitleisten genügt es in vielen Fällen auch-nämlich überall dort, wo die Anforderungen an das Vakuum bzw. an den Pumpendruck nicht allzu hochgestellt sindschmale, flache Nuten 154 in die Aussenfläche des Kolbens einzufräsen, die durch Wirbelbildung bei ausreichender Drehzahl eine für diese Zwecke genügende Abdichtung ergeben. Dabei werdern über den Umfang des Trommelkolbens beispielsweise 16 achsparallele Nuten vorgesehen. Ihre Zahl richtet sich jedoch nach den konstruktiven Einzelheiten und technischen Anforderungen.
Die zweite Möglichkeit, die besonders für hohe Anforderungen an das Vakuum bzw. den Pumpendruck vorteilhaft ist, besteht darin, dass unter einem geringen Winkel zur Tangente angeordnete Dichtleisten 155 in entsprechenden Schlitzen oder Ausnehmungen des Kolbenumfangs vorgesehen sind, die je durch eine Feder 156 um einen geringen Betrag über den Umfang des Kolbens vorgeschoben werden können. Dabei ist die Lage der Dichtungsleisten so gewählt, dass sie zu beiden Seiten schräg nach aufwärts stehen, um bei der Bewegung des Kolbens durch die Berührung mit der Zylinderwandung entgegen der Wirkung ihrer Federn angepresst zu werden.
An Hand der Schemaskizze in Fig. 10 sei die Gleitgeschwindigkeit der gegeneinander bewegten Teile kurz erläutert. vue bezeichnet hiebei die Gleitgeschwindigkeit der Gleitsteine für den Schieber gegenüber dem Kolben, v ist die Gleitgeschwindigkeit des Schiebers gegenüber den Gleitsteinen und vD zeigt die Grösse der Gleitgeschwindigkeit des Kolbens gegenüber der Zylinderwand.
Diese Geschwindigkeiten sind im Diagramm der Fig. 11 für einen Drehwinkel von 3600 aufgetragen und es zeigt sich, dass die grösste Gleitgeschwindigkeit des Kolbens gegenüber der Zylinderwand bei 3, 8 rn/sec. liegt und im Verlaufe einer Umdrehung stark variiert.
Die Gleitgeschwindigkeit vE liegt etwa bei der Hälfte des Höchstwertes und wechselt naturgemäss zwischen positiven und negativen Werten in einer Sinuskurve.
<Desc/Clms Page number 4>
Am geringsten ist die Gleitgeschwindigkeit vc, nämlich des Schiebers gegenüber den Gleitsteinen.
Ihr Maximalwert liegt bei etwa 02 m/sec.
DieseWerte gelten für eine Pumpe mit einem Zylinderdurchmesser von 300 mm und sind nur in ganz geringem Masse von der Grösse des Kolbendurchmessers abhängig.
Das erfindungsgemässe Konstruktionsprinzip gibt auch die Möglichkeit, Pumpen mit gleicher Zylin-
EMI4.1
der Durchmesser des Kolbens verändert wird. Die Abhängigkeit des Kolbendurchmessers d2 von der Drehzahl n/min ist in dem Diagramm der Fig. 12 dargestellt. Dieses gilt für einen konstanten Zylinderdurchmesser von 300 mm bei einer Kolbenlänge von 400 mm und einer Gleitgeschwindigkeit von 1, 8m/sec.
Die Einzelwerte sind in der folgenden Tabelle über die Konstruktionsgrössen der Pumpe bei verschiedenen Drehzahlen zusammengestellt. Es ergibt sich hiebei, dass das Fördervolumen praktisch bei sämtli- chen Konstruktionsgrössen das gleiche, nämlich etwa 325 m/3h beträgt.
Tabelle Konstruktionsgrössen der Pumpe 300//400 bei verschiedenen Drehzahlen.
Konstante Werte :
EMI4.2
Kolbenlänge 1 = 400 mm Geschwindigkeit am Gleitdichtelement w = l, 8 m/sec
Unabhängig veränderlicher Wert : Drehzahl n = 700+3000 Umdr/min
Abhängig veränderlicher Wert (Kolbendurchmesser)
EMI4.3
h = Hub oder 2xExzentrizität
EMI4.4
EMI4.5
EMI4.6
<tb>
<tb> n <SEP> d2 <SEP> h <SEP> Veff.
<SEP> th <SEP> n <SEP> d2 <SEP> h <SEP> Veff <SEP> th
<tb> l/min <SEP> mm <SEP> mm <SEP> m3/h <SEP> l/min <SEP> mm <SEP> mm <SEP> m3/h
<tb> 700 <SEP> 250 <SEP> 50 <SEP> 325 <SEP> 1 <SEP> 500 <SEP> 276,5 <SEP> 23,5 <SEP> 325
<tb> 800 <SEP> 256 <SEP> 44 <SEP> " <SEP> 1 <SEP> 600 <SEP> 278 <SEP> 22 <SEP> "
<tb> 900 <SEP> 261 <SEP> 39 <SEP> " <SEP> 1 <SEP> 700 <SEP> 279, <SEP> 5 <SEP> 20, <SEP> 5 <SEP> tt <SEP>
<tb> 1 <SEP> 000 <SEP> 265 <SEP> 35 <SEP> n <SEP> 1 <SEP> 800 <SEP> 280, <SEP> 5 <SEP> 19, <SEP> 5" <SEP>
<tb> 1 <SEP> 100 <SEP> 268 <SEP> 32 <SEP> " <SEP> 1 <SEP> 900 <SEP> 281, <SEP> 5 <SEP> 18,5 <SEP> "
<tb> 1 <SEP> 200 <SEP> 271 <SEP> 29 <SEP> " <SEP> 2 <SEP> 000 <SEP> 282,5 <SEP> 17,5 <SEP> "
<tb> 1 <SEP> 300 <SEP> 273 <SEP> 27 <SEP> 2 <SEP> 500 <SEP> 286, <SEP> 25 <SEP> 13, <SEP> 75 <SEP> le <SEP>
<tb> 1 <SEP> 400 <SEP> 275 <SEP> 25 <SEP> 3 <SEP> 000 <SEP> 288,
5 <SEP> 11, <SEP> 5 <SEP> Ir <SEP>
<tb>