Drehkolbenpumpe zum Fördern zähflüssiger Medien Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe zum Fördern zähflüssiger Medien.
Drehkolbenpumpen dieses Aufbaus sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt, wobei die konstruktiven Details stets auf den Verwendungszweck abgestimmt sind. Bei allen Pumpen kommt dabei dem Problem der Abdichtung besondere Bedeutung zu, zu dessen Lösung bereits verschie dene Wege beschritten worden sind. So sind unter anderem Drehkolbenpumpen bekannt, die ganz oder teilweise mit einem Kunststoff od. dgl. elastischem Material bekleidet sind, um eine möglichst gute Abdichtung zu erzielen. Auch hierbei sind jedoch dem Einsatz solcher Pumpen Grenzen gesetzt, die vom Fördermedium bzw. vom verwendeten Werkstoff bestimmt sind.
Um ein weitestmögliches Anwendungsgebiet zu erfassen, insbesondere auch mechanisch und chemisch aggressive Medien, beispielsweise säurehaltige, dickflüssige und Feststoff teilchen, wie Kristalle od. dgl. enthaltende Medien fördern zu können, sind Drehkolbenpumpen aus Gusseisen, Rotguss, Bronze oder Edelstahl bekannt geworden. Dennoch sind selbst bei Verwendung von sehr hochwertigen Werkstoffen die Anwendungsmöglichkeiten begrenzt. Hinzu kommt hierbei der beträchtliche Kostenaufwand in werkstoff- und fertigungstech nischer Hinsicht.
Einem älteren Patent 463 964 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Email als derjenige Werkstoff mit der besten Resistenz gegen jegliche chemischen Angriffe, selbst bei höhe ren Temperaturen zu gelten hat, weshalb beispielsweise chemi sche Reaktionsgefässe vielfach emailliert werden. Email hat nun aber die unangenehme Eigenschaft einer geringen mecha nischen Druckfestigkeit, d. h. es müssen grössere Flächenpres sungen unbedingt vermieden werden, so dass Email bisher dort nie angewendet worden ist, wo solche Flächenpressungen auftreten können. Aus diesen Gründen würde sich die Ver wendung von emaillierten Stahlteilen, die dichtend aneinander gleiten, an sich verbieten, da bei Eindringen von Feststoffteil chen unweigerlich ein Abplatzen des Emails zu befürchten ist.
Bei dem Vorschlag nach genanntem Patent ist diese Schwierig keit dadurch zu umgehen versucht worden, dass bei einer Drehkolbenpumpe nur das Gehäuse, das aus normalem, also billigem Stahl bestehen kann, innenseitig emailliert ist, wäh rend die Drehkolben aus einem korrosions- und abriebfesten Kunststoff, vorzugsweise Polytetrafluoräthylen bestehen und darüberhinaus eine bestimmte Formgebung aufweisen.
Die Werkstoffpaarung Email-Polytetrafluoräthylen hat sich hinsichtlich der Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten bewährt. Als Nachteil hat sich die Tatsache erwiesen, dass Polytetrafluoräthylen, insbesondere bei erhöhten Temperatu ren, wie fast jeder Kunststoff zum Kriechen neigt. Da die Kriechneigung sich umso nachteiliger auswirkt, je grösser das Werkstoffvolumen ist, ist mit dem Hauptpatent 502 522 eine Drehkolbenpumpe zum Fördern zähflüssiger Medien mit zwei in einem ovalen Gehäuse mit Ansaug- und Druckstutzen ange ordneten, von zwei parallel und im Abstand voneinander ange ordneten Antriebswellen zwangsläufig in entgegengesetztem Drehsinn angetriebenen Drehkolben, deren die Innenwand des Gehäuses unter Flächenberührung bestreichende Verdränger flügel so zueinander angeordnet sind,
dass jeweils der Verdrän gerflügel des einen Drehkolbens als Dichtflügel für den ande ren Drehkolben wirksam wird, wobei das Gehäuse auf seiner Innenseite mit einer Emailschicht versehen ist und auf den Antriebswellen der Drehkolben je ein Verdrängerflügel gela gert ist, vorgeschlagen worden, bei welcher die Drehkolben zumindest an ihrem mit der Gehäuseinnenwand zusammenwir kenden Kopfflanken aus einem korrosions- und abriebfesten Kunststoff bestehen.
Die Praxis hat gezeigt, dass die dem Hauptpatent zugrunde liegenden Ausführungsformen zwar in normalen Temperatur bereichen zufriedenstellend arbeiten, bei erhöhten Temperatu ren jedoch an den Verbindungsstellen zwischen Kunststoff- Kopfflanken und Kolbenherz Schwierigkeiten infolge des Kriechverhaltens des Kunststoffes auftreten.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenpumpe des eingangs geschilderten Aufbaus so auszubilden, dass die Auswirkungen der Kriechneigung des verwendeten Kunststoffes, z. B. Polytetrafluoräthylen, weiter vermindert werden, insbesondere keine nachteiligen Auswir kungen auf die Funktion der Pumpe bzw. auf die Funktionssi cherheit der Verbindung der Kunststoff -Kopfflanken mit dem Kolbenherz auftreten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Kopfflanken aus korrosions- und abriebfestem Kunststoff eine Ummantelung bildend als Segmente ausgebildet sind und einen Stahlkern aufweisen.
Praktische Versuche haben gezeigt, dass die Kriechneigung des Kunststoffs, beispielsweise Polytetrafluoräthylen oder Polyamid durch diese Ausbildung beträchtlich vermindert werden kann. Die Ursache dürfte darin zu suchen sein, dass die Ummantelung vergleichsweise dünn ausgebildet sein kann, so dass grössere Werkstoffanhäufungen nicht vorhanden sind. Es kommt deshalb weder zu Funktionsbeeinträchtigungen der Pumpe, noch der Verbindungsstellen zwischen Kopfflanken und Kolbenherz.
Gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Stahlkern in eine vorgeformte Kunststoffummantelung einge schoben. Dabei ist diese Ummantelung so vorgeformt, dass sie den Kern unter einer gewissen Spannung umgibt, um ein Ein dringen von Feststoffen zwischen Kern und Ummantelung zu verhindern. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Ummante lung an mindestens einer Seite zum Einschieben des Stahlkerns offen. Der Stahlkern selbst ist deshalb wie das Kolbenherz emailliert.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Stahlkern in eine allseits geschlossene Ummantelung eingesintert. Dieses in neuerer Zeit verwendete Aufsintern von Kunststoff auf Metall teile hat sich hier als besonders vorteilhaft erwiesen. Wenn gleich bei dieser Ausführungsform eine Emaillierung des Stahl kerns nicht zwingend notwendig ist, so ist sie doch auch hier zu empfehlen. Im übrigen kann jedoch der Stahlkern wie beim zuvor geschilderten Ausführungsbeispiel aus einem normalen billigen Stahl bestehen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Segmente mittels von der Wellenbohrung her durch das Drehkolbenherz greifender Schrauben, die in einem Sackloch des Stahlkerns der Kopfflanken enden, am Kolbenherz befe stigt. Auf diese Weise ergibt sich eine Ausbildung, bei der die Ummantelung von aussen praktisch geschlossen bleibt und nur im Bereich zwischen dem Stahlkern und dem Kolbenherz mit den Schrauben angepassten Öffnungen versehen ist. Da die Anlagefläche zwischen Segment und Kolbenherz vergleichs weise gross ist, führt die beim Anziehen der Schrauben auftre tende Flächenpressung zu keiner nennenswerten Fliessverfor- mung des Kunststoffes.
Um zu verhindern, dass das geförderte, gegebenenfalls chemisch und mechanisch aggressive Medium an die Schrauben bzw. die Gewindebohrungen im Stahlkern gelangt, ist mit Vor teil zwischen jedem Segment und dem Kolbenherz eine den Zutritt des Mediums hindernde Dichtung, beispielsweise ein O-Ring eingelegt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass der O-Ring den einander zugekehrten emaillierten Flächen des Stahlkerns bzw. des Drehkolbens anliegt. Die bei emaillierten Flächen bekannten Ungleichmässigkeiten werden durch diese Dichtung ausgeglichen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Aus führungsform sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen: Figur 1 einen abgebrochenen Querschnitt durch ein Pum pengehäuse unter Darstellung nur eines Drehkolbens; Figur 2 einen Schnitt II/II gemäss Fig. 1; Figur 3 einen der Figur 2 ähnlichen Axialschnitt durch einen Drehkolben anderer Ausführung.
In dem oval ausgebildeten Gehäuse 1 laufen zwei parallel angeordnete Drehkolben um, von denen ein Drehkolben 2 in Figur 1 erkennbar ist. Das Gehäuse 1 ist innenseitig mit einer Emailschicht 3 versehen. Der Drehkolben 2 besteht aus einem Kolbenherz 4 und daran befestigten Kopfflanken 5. Das Kol benherz 4 ist, wie das Gehäuse aussenseitig mit einer Email schicht 6 versehen. Die Kopfflanken bestehen aus einem gleichfalls emaillierten Stahlkern 7, der umfangsseitig mit einer Ummantelung 8, zum Beispiel aus Polytetrafluoräthylen versehen ist.
In Figur 2, die einen Axialschnitt darstellt, ist die Befesti gung der aus Stahlkern 7 und Kunststoffummantelung 8 beste henden Kopfflanken 5 am Kolbenherz 2 wiedergegeben. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Kunststoffummante lung 8 schlauchartig ausgebildet, in welche der Stahlkern 7 von der Stirnseite her eingeschoben wird. Der Stahlkern 7 selbst weist zwei Sacklöcher 9 mit Gewinde auf, die von der dem Drehkolbenherz anliegenden Fläche her gebohrt sind. Ferner weist das Drehkolbenherz 2 Durchgangslöcher 10 auf, durch welche von der Wellenbohrung her Schrauben 11 in die Sack löcher 9 eingeschraubt werden können, so dass die Kopfflan-, ken 5 am Drehkolbenherz 2 mittels der Schrauben 11 festge legt werden können.
In Figur 2 ist ferner erkennbar, dass das Gehäuse 1 aus einem Umfangsteil 12, einer vorderen Stirnplatte 13 und einer hinteren Stirnplatte 14 besteht. Alle drei Gehäuseteile sind innenseitig emailliert. Zwischen dem Umfangsteil 12 und den beiden Stirnseitenteilen 13, 14 ist je eine Scheibe 15 aus dem gleichen Kunststoff wie die Ummantelung angeordnet, um einen unmittelbaren Kontakt zwischen den Emailflächen zu vermeiden.
Der Drehkolben 2 ist auf der Antriebswelle 16 so montiert, dass er sich axial verschieben kann. Aufgrund der grösseren Fläche an der vorderen Stirnseite 13 wird sich der Kolben aufgrund des Druckunterschiedes bei Umlauf stets zur hinteren Stirnseite 14 hin verschieben. Das Spiel des Kolbens kann durch Justierschrauben an der Stirnseite der Antriebswelle begrenzt werden. Hierdurch wird einerseits eine gute Abdich tung erzielt, andererseits die Möglichkeit eröffnet, den Dreh kolben 2 zusammen mit der Wellenschutzhülse 17 von der Welle 16 abzuziehen, ohne dass es hierzu umfangreicher Demontagearbeit bedarf.
Die Kopfflanken, die einem erhöhten Verschleiss unterworfen sind, können nach einfachem Ausbau der Drehkolben leichterdings ausgewechselt werden. Beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist der Drehkolben 2 mittels einer Stirnplatte 19 mit Gewindeansatz 20 mit der Wellenschutzhülse 17 verspannt. Die Spannplatte 19 kann aus Edelstahl oder dergleichen bestehen. Um die Antriebswelle 16 vor Zutritt des Fördermediums zu schützen, sie somit aus vergleichsweise billigem Stahl fertigen zu können, ist zwischen der Spannplatte 19 und dem Drehkolbenherz sowie zwischen diesem und einem hinteren Absatz der Wellenschutzhülse 17 je ein O-Ring 21 eingelegt.
Auf diese Weise kann bei der erfindungsgemäss ausgebilde ten Drehkolbenpumpe das Drehkolbenherz, die Kerne der Kopfflanken, das Gehäuse und die Antriebswelle aus ver gleichsweise billigem Stahl gefertigt sein. Der Schutz der ein zelnen Teile gegen aggressive Medien erfolgt beim Gehäuse und Drehkolbenherz durch deren Emaillierung, bei den Kopf flanken bzw. ihrem Stahlkern durch Emaillierung und Kunst stoffummantelung und bei der Antriebswelle durch die mit dem emaillierten Drehkolbenherz verspannte Wellenschutz hülse.
In Figur 3 ist ein Axialschnitt durch eine andere Ausfüh- rungsform wiedergegeben. Hierbei ist auf die Darstellung der in Figur 2 wiedergegebenen Details verzichtet worden. Es ist demzufolge ausser dem Drehkolben lediglich die Wellen schutzhülse 17 und die Spannplatte 19 erkennbar. Zur Abdich tung der nicht wiedergegebenen Welle gegenüber dem Förder- raum dienen die mit 21 bezeichneten O-Ringe.
Der Drehkolben 2 weist auch bei diesem Ausführungsbei spiel ein Kolbenherz 5 aus Stahl auf, welches mit einer Email schicht 6 versehen ist. Mit dem Drehkolben 2 sind die Kopf flanken 5 verbunden, die aus einem Stahlkern 7 und einer bei dieser Ausführungsform aufgesinterten Kunststoffummante- Jung 8 bestehen. Durch das Aufsintern entsteht eine praktisch porenlose Verbindungsfläche zwischen dem Stahlkern 7 und der Kunststoff-Ummantelung B. Die Ummantelung 8 ist ledig lich an ihrer dem Drehkolbenherz 5 zugekehrten Seite mit zwei Ausnehmungen versehen, durch welche die Befestigungs schrauben 11 greifen. Zur Abdichtung der Schraubenbolzen bzw. des nicht emaillierten Innengewindes dienen auch hier wieder O-Ringe 18.
Rotary lobe pump for pumping viscous media The present invention relates to a rotary lobe pump for pumping viscous media.
Rotary lobe pumps of this design are known in a large number of embodiments, the design details always being matched to the intended use. In all pumps, the problem of sealing is of particular importance, and various paths have already been taken to solve it. For example, rotary lobe pumps are known which are completely or partially covered with a plastic or similar elastic material in order to achieve the best possible seal. Here too, however, there are limits to the use of such pumps, which are determined by the delivery medium or the material used.
Rotary lobe pumps made of cast iron, gunmetal, bronze or stainless steel have become known in order to cover the widest possible area of application, in particular mechanically and chemically aggressive media, for example acidic, viscous and solid particles such as crystals or the like. However, even when using very high quality materials, the possible applications are limited. In addition, there are considerable costs in terms of materials and manufacturing technology.
An older patent 463 964 is based on the knowledge that enamel is the material with the best resistance to any chemical attack, even at higher temperatures, which is why chemical reaction vessels, for example, are often enamelled. However, enamel now has the unpleasant property of a low mechanical compressive strength, i. H. larger surface pressures must be avoided at all costs, so that enamel has never been used where such surface pressures can occur. For these reasons, the use of enamelled steel parts, which slide tightly against each other, would be forbidden, as the enamel would inevitably flake off if solid particles penetrate.
In the proposal according to the patent mentioned, this difficulty has been attempted to bypass the fact that in a rotary lobe pump only the housing, which can consist of normal, i.e. cheap steel, is enamelled on the inside, while the rotary lobes are made of a corrosion and abrasion-resistant plastic, are preferably made of polytetrafluoroethylene and also have a certain shape.
The material pairing enamel-polytetrafluoroethylene has proven itself in terms of the variety of possible applications. The fact that polytetrafluoroethylene, especially at elevated temperatures, has a tendency to creep, like almost every plastic, has proven to be a disadvantage. Since the tendency to creep is the more disadvantageous, the larger the volume of material, the main patent 502 522 is a rotary lobe pump for pumping viscous media with two drive shafts arranged in an oval housing with suction and pressure ports, two parallel and spaced drive shafts Inevitably driven in opposite directions of rotation rotary pistons, the displacement vanes of which the inner wall of the housing is in contact with one another are arranged in relation to one another,
that in each case the displacement gerflügel of one rotary piston is effective as a sealing wing for the other rotary piston, the housing is provided on its inside with an enamel layer and on the drive shafts of the rotary lobes each displacement vane has been proposed, in which the rotary piston at least consist of a corrosion- and abrasion-resistant plastic on their head flanks together with the inner wall of the housing.
Practice has shown that the embodiments on which the main patent is based work satisfactorily in normal temperature ranges, but difficulties arise at the junctions between the plastic head flanks and the piston heart at elevated temperatures due to the creep behavior of the plastic.
The invention is therefore based on the object of designing a rotary lobe pump of the structure described above so that the effects of the tendency of the plastic used, eg. B. polytetrafluoroethylene, are further reduced, in particular no adverse effects on the function of the pump or on the functional safety of the connection of the plastic head flanks with the piston heart. According to the invention, this object is achieved in that the head flanks made of corrosion-resistant and abrasion-resistant plastic are designed as segments forming a casing and have a steel core.
Practical tests have shown that the tendency of plastics, for example polytetrafluoroethylene or polyamide, to creep can be considerably reduced by this design. The reason is likely to be found in the fact that the sheathing can be made comparatively thin so that there are no larger accumulations of material. This means that neither the pump nor the connection points between the head flanks and the piston heart are impaired.
According to one embodiment of the invention, the steel core is pushed into a pre-formed plastic casing. This sheathing is preformed in such a way that it surrounds the core under a certain tension in order to prevent solids from penetrating between the core and the sheathing. In this embodiment, the sheathing is open on at least one side for inserting the steel core. The steel core itself is therefore enamelled like the piston heart.
In another exemplary embodiment, the steel core is sintered into a casing that is closed on all sides. This recently used sintering of plastic on metal parts has proven to be particularly advantageous here. Even if enameling of the steel core is not absolutely necessary in this embodiment, it is also recommended here. Otherwise, however, the steel core can consist of a normal cheap steel, as in the embodiment described above.
In the preferred embodiment of the invention, the segments are fastened to the piston heart by means of the shaft bore through the rotary piston heart reaching screws that end in a blind hole in the steel core of the head flanks. This results in a design in which the casing remains practically closed from the outside and is only provided with openings adapted to the screws in the area between the steel core and the piston heart. Since the contact surface between the segment and the piston heart is comparatively large, the surface pressure that occurs when the screws are tightened does not result in any significant flow deformation of the plastic.
To prevent the conveyed, possibly chemically and mechanically aggressive medium from reaching the screws or the threaded holes in the steel core, a seal preventing the medium from entering, for example an O-ring, is inserted between each segment and the piston heart. The arrangement is such that the O-ring rests against the facing enamelled surfaces of the steel core or the rotary piston. The irregularities known from enamelled surfaces are compensated for by this seal.
Further details and advantages of the invention emerge from the following description of a preferred embodiment and with reference to the drawing. The figures show: FIG. 1 a broken cross section through a pump housing showing only one rotary piston; FIG. 2 shows a section II / II according to FIG. 1; FIG. 3 shows an axial section similar to FIG. 2 through a rotary piston of a different design.
In the oval-shaped housing 1, two rotary lobes arranged in parallel run around, of which one rotary lobe 2 can be seen in FIG. The housing 1 is provided with an enamel layer 3 on the inside. The rotary piston 2 consists of a piston heart 4 and head flanks 5 attached thereto. The piston heart 4 is provided with an enamel layer 6 on the outside, like the housing. The head flanks consist of a likewise enamelled steel core 7, which is provided on the circumference with a casing 8, for example made of polytetrafluoroethylene.
In Figure 2, which is an axial section, the fastening of the steel core 7 and plastic casing 8 best existing head flanks 5 on the piston heart 2 is shown. In the illustrated embodiment, the plastic casing treatment 8 is formed like a hose, into which the steel core 7 is inserted from the end face. The steel core 7 itself has two threaded blind holes 9 which are drilled from the surface adjacent to the rotary piston heart. Furthermore, the rotary piston heart 2 through holes 10 through which screws 11 can be screwed into the blind holes 9 from the shaft bore, so that the head flanges 5 on the rotary piston heart 2 can be fixed by means of the screws 11.
In FIG. 2 it can also be seen that the housing 1 consists of a peripheral part 12, a front end plate 13 and a rear end plate 14. All three housing parts are enamelled on the inside. Between the peripheral part 12 and the two end face parts 13, 14 a disk 15 made of the same plastic as the casing is arranged in order to avoid direct contact between the enamel surfaces.
The rotary piston 2 is mounted on the drive shaft 16 so that it can move axially. Due to the larger area on the front end face 13, the piston will always move towards the rear end face 14 due to the pressure difference during rotation. The piston play can be limited by adjusting screws on the face of the drive shaft. As a result, a good sealing is achieved on the one hand, on the other hand opens up the possibility of pulling the rotary piston 2 together with the shaft sleeve 17 from the shaft 16 without extensive disassembly work being required.
The head flanks, which are subject to increased wear, can easily be exchanged after simply removing the rotary lobes. In the exemplary embodiment shown, the rotary piston 2 is braced to the shaft protecting sleeve 17 by means of an end plate 19 with a threaded attachment 20. The clamping plate 19 can be made of stainless steel or the like. In order to protect the drive shaft 16 from ingress of the pumped medium, so that it can be manufactured from comparatively cheap steel, an O-ring 21 is inserted between the clamping plate 19 and the rotary piston heart and between this and a rear shoulder of the shaft protection sleeve 17.
In this way, the rotary piston heart, the cores of the head flanks, the housing and the drive shaft can be made of comparatively cheap steel in the rotary lobe pump designed according to the invention. The individual parts are protected against aggressive media in the case of the housing and rotary piston heart by enamelling them, in the case of the head flanks or their steel core by enameling and plastic coating and in the case of the drive shaft by the shaft protection sleeve braced with the enamelled rotary piston heart.
FIG. 3 shows an axial section through another embodiment. The details reproduced in FIG. 2 are not shown here. It is therefore only the shafts protective sleeve 17 and the clamping plate 19 can be seen except for the rotary piston. The O-rings labeled 21 serve to seal the shaft (not shown) from the conveying chamber.
The rotary piston 2 has a piston heart 5 made of steel, which is provided with an enamel layer 6 in this Ausführungsbei play. With the rotary piston 2, the head flanks 5 are connected, which consist of a steel core 7 and a plastic material Jung 8 sintered on in this embodiment. The sintering creates a practically non-porous connection surface between the steel core 7 and the plastic casing B. The casing 8 is provided with two recesses on its side facing the rotary piston heart 5, through which the fastening screws 11 engage. O-rings 18 are again used here to seal the screw bolts or the non-enamelled internal thread.