Die Erfindung bezieht sich auf eine rotierende Flüssigkeitspumpe, wobei die zu pumpende Flüssigkeit mit dem eigentlichen Pumpmechanismus und insbesondere mit seinen beweglichen Teilen nicht in Berührung kommt. Diese Nichtberührung ist vorteilhaft, wenn die zu pumpende Flüssigkeit, z. B.
als Säure, korrodierende oder z. B. als flüssiger Beton, abnutzend bzw. abreibend ist.
Bisher wurden bei Pumpen und Pumpverfahren dieser Art ein biegsamer Schlauch verwendet, um die Flüssigkeit vom Pumpmechanismus zu isolieren. Die Flüssigkeit wird dabei durch den Schlauch hindurch durch Rollenmechanismen verschiedener Art unter Druck gefördert, die den Schlauch durch eine Rolle vollständig zusammendrücken und dann die Rolle entlang des Schlauches rollen, um die Kompression und folglich den Schlauchinhalt entlang des Schlauches zu bewegen.
Dieses Pumpverfahren sowie die nach diesem Verfahren arbeitenden Pumpen haben den Nachteil, dass infolge der Totalverschiebung der Flüssigkeit im Schlauch ein grosser Kraftaufwand erforderlich ist. Die vorliegende Erfindung offenbart vorteilhaftere Pumpenkonstruktionen.
Die erfindungsgemässe Rotations-Flüssigkeitspumpe ist gekennzeichnet durch einen Stator mit einer im wesentlichen zylindrischen Innenfläche, wobei ein elastischer Schlauch, durch welchen die Flüssigkeit zu pumpen ist, im Inneren des Stators geführt ist, dort an der zylindrischen Innenfläche anliegt und mit seinen beiden Enden aus dem Stator herausragt; durch mehrere Wellen, die im Inneren des Stators parallel zu seiner Längsachse angeordnet sind und um diese Achse umlaufen können; durch ein auf jeder Welle drehbar angeordnetes Druckorgan;
und durch einen Antrieb für eine Drehbewegung der Druckorgane auf ihren Wellen, wobei jedes Druckorgan auf seinem Umfang mehrere Vorsprünge aufweist, das Ganze derart, dass bei der Rotation des Druckorgans um seine Drehachse die genannten Vorsprünge nacheinander in Berührung mit dem Schlauch kommen und diesen gegen die Statorinnenfläche zusammendrücken, wobei durch die aufeinanderfolgende Berührung des Schlauches durch die Vorsprünge die Wellen der Druckorgane im Gegensinn zur Drehrichtung der Druckorgane um die Statorlängsachse umlaufen und die Druckorgane eine rückläufige Planetenbewegung um die Statorlängsachse ausführen.
Eine Ausführungsform einer rotierenden Flüssigkeitspumpe nach der Lehre der Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben werden.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt der bevorzugten Ausführungsform einer rotierenden Flüssigkeitspumpe nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;
Fig. 3 einen Längsschnitt des Schlauches der Pumpe nach Fig. 1, wobei der Schlauch nicht zusammengedrückt und von der Pumpe entfernt ist; und
Fig. 4 einen Teillängsschnitt des Ausgangsendes des Schlauches nach Fig. 3.
Bezugnehmend nun auf die Fig. 1 und 2 weist die rotierende Flüssigkeitspumpe der bevorzugten Ausführungsform einen Stator 1 mit einer im wesentlichen zylindrischen Innenoberfläche 2 auf. Innerhalb des Stators 1 und mit der Längsachse desselben zusammenfallend angeordnet ist eine Hauptwelle 3, die sich über den Stator 1 hinaus erstreckt und durch eine Einrichtung, z. B. durch einen (nicht gezeigten) Elektromotor, gedreht werden kann. Ein erstes Kettenzahnrad 4 ist an der Welle 3 an einem ihrer Enden befestigt. Ein Träger 5 ist an der Welle 3 drehbar gelagert und stützt zwei diametral gegen überliegende Druckorgan-Wellen 6 hydraulisch durch Zylinder 7, in welchem Kolben 8 gleitbar angeordnet sind. Die Kolben 8 bestehen aus einem Stück mit der entsprechenden Welle 6.
Innerhalb des Trägers 5 enthaltene hydraulische Flüssigkeit 9 stützt die Kolben 8. Die Radialverschiebung der Wellen 6 von der Hauptwelle 3 ist mittels eines mit einem Gewinde versehenen Plungerkolbens 10 verstellbar, dessen manuelle Drehung den Druck der hydraulischen Flüssigkeit 9 steuert.
Auf jeder Welle 6 drehbar angeordnet und mit dem ersten Kettenzahnrad 4 in einer Ebene liegend ist ein zweites Kettenzahnrad 11. An jedem Kettenzahnrad 11 ist ein Druckorgan
12 befestigt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind vier winkelmässig im gleichen Abstand voneinander angeordnete Stangen 13 am Druckorgan 12 befestigt, die von den entsprechenden Wellen 6 radial gleich nach aussen vorspringen.
Eine Treibkette 14 verbindet das erste und zweite Kettenzahnrad 4 bzw. 11 auf solche Weise, dass durch die Drehung der Hauptwelle 3 im Uhrzeigersinn (wie in Fig. 2 gesehen) die Druckorgane 12 um ihre entsprechende Welle 6 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden.
Ein elastischer Schlauch 15 hat ein Einlassende 16 und ein Auslassende 17 und liegt gegen die Innenoberfläche 2 des Stators 1 in halber Umschlingung zwischen zwei Ringen 18 aus elastisch zusammendrückbarem Werkstoff. Die Ringe 18 ergeben zusammen mit der Innenoberfläche 2 des Stators 1 eine Laufbahn, in welcher der Schlauch 15 angeordnet ist.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, hat die bevorzugte Ausführungsform des Schlauches 15 einen kreisförmigen Querschnitt, wenn der Schlauch 15 nicht zusammengedrückt ist, wobei der Durchmesser des Einlassendes 16 und des Auslassendes 17 im wesentlichen gleich ist. Der Querschnittsbereich des Schlauches 15 nimmt allmählich vom Einlassende 16 zu einem Mittelbereich 19 eines im wesentlichen konstanten Querschnitts hin ab und kann dann zwischen dem Mittelbereich 19 und dem Auslassende 17 rasch zunehmen. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, hat das Auslassende 18 des Schlauches 15 vorzugsweise einen kreisringförmigen Hohlraum 20, der zwischen der Innenoberfläche 21 und der Aussenoberfläche 22 des Schlauches 15 gebildet ist. Der Hohlraum 20 ist über ein Rohr 23 mit einer (nicht gezeigten Druckmesseinrichtung zum Messen des Drukkes innerhalb des Schlauchs 15 am Auslassende 17 verbunden.
Alternativ kann das Rohr 23 den Hohlraum 20 mit einer (nicht gezeigten) Pulsierungsdämpfungskammer verbinden, wobei dann ein Strömungsmittel (wie z. B. Luft, Wasser oder teil) innerhalb des Hohlraumes 20 und der Pulsierungsdämpfungskammer zum Abdämpfen von am Ausgangsende 17 stattfindenden Schwankungen des Innendruckes des Schlauches verwendet werden kann.
Im Arbeitszustand wird die Welle 3 im Uhrzeigersinn gedreht, wie aus Fig. 2 ersichtlich, wobei eine Kette 14 jedes der Druckorgane 12 um seine entsprechende Welle 6 gegen den Uhrzeigersinn dreht. Die Drehung der Druckorgane 12 bringt wiederum jede von dem Aussenumfang des Druckorgans 12 vorspringende Stange 13 mit dem Schlauch 15 in Berührung.
Wenn eine Stange 13 mit dem Schlauch 15 in Berührung kommt, beginnt diese Stange 13 den Schlauch 15 zusammenzudrücken, während sich die benachbarte vorhergehende Stange 13 aus der Berührung mit dem Schlauch 15 weg bewegt. Während sich das Druckorgan 12 weiterdreht, erhöht die eine Stange 13 die Kompression des Schlauches 15 auf maximalen Kompressionsdruck und setzt dann den Kompressionsdruck des Schlauches 15 herab, wenn sich die eine Stange 13 von der Berührung mit dem Schlauch 15 weg bewegt, während die nächstbenachbarte nachfolgende Stange 13 beginnt, den Schlauch 15 an einer Stelle näher am Auslassende 17 des Schlauches 15 zusammenzudrücken.
Infolge des Reibungseingriffes zwischen den Stangen 13 und dem Schlauch 15 wird der Träger 5 um die Welle 3 herum gedreht, wodurch die Druckorgane 12 um die Welle 3 herum im Uhrzeigersinn gedreht werden, wie in Fig. 2 gezeigt. Somit bewegt sich jedes Druckorgan 12 entlang des Schlauches 15 vom Einlassende 16 zum Auslassende 17 und setzt seine Drehung fort, bis er das Einlassende 16 wieder erreicht, um den Zyklus zu vervollständigen.
Die Stangen 13 drücken fortschreitend aufeinanderfolgend momentan benachbarte Teile des Schlauches 15 zusammen, beginnend nahe dem Einlassende 16 und sich auf das Ausgangsende 17 hin bewegend, um den Inhalt des Schlauches 15 vom Einlassende 16 zum Auslassende 17 durch aufeinanderfolgende teilweise Verdrängung fortschreitend zu pumpen.
Das Einlassende 16 ist zur Innenoberfläche 2 des Stators 1 tangential, während das Auslassende 17 vorzugsweise an einem sich spiralig nach aussen erstreckenden Bereich 24 dec Stators 1 anliegt. Somit drücken die Stangen 13 den Schlauch 15 in der Nachbarschaft des Auslassendes 17 nach und nach immer weniger zusammen. Der Abschnitt des abnehmenden Querschnittes des Schlauches 15 zwischen dem Einlassende 16 und dem Mittelbereich 19 verdrängt eine grössere Menge von Material, wenn durch die Stangen 13 zusammengedrückt als beim Zusammendrücken des Mittelbereiches 19. Diese grössere Verdrängung gleicht die Tendenz des gepumpten Strömungsmittels, am Auslassende 17 zum Schlauch zurückzukehren, wenn die Stangen 13 den Schlauch 15 neben dem Auslassende 17 verlassen, aus.
Zusätzlich gewährleistet die anfängliche grössere Verdrängung, dass der nicht zusammengedrückte Mittelbereich 19 rasch mit Strömungsmitteln gefüllt wird und daher wirksamer arbeitet.
Die Pumpwirkung der Pumpe der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform bietet viele Vorteile dadurch, dass schwere Aufschlämmungen wirksam vermischt werden, während sie durch die Pumpe hindurch kommen, wobei keine Tendenz besteht, dass sich die Bestandteile der Aufschlämmung trennen. Darüber hinaus kann zum Reinigen der Pumpe ein Schwamm durch den Schlauch hindurch gepumpt werden, so dass es nicht notwendig ist, Hochdruckströmungsmittel am Ausgang mittels eines Ventils zu entspannen.
Wenn z. B. viskose Flüssigkeiten gepumpt werden, kann es erwünscht sein, die wirksame Elastizität des Schlauches in der Nachbarschaft des Einlasses zu erhöhen. Dies kann durch die Vorsehung eines kreisringförmigen Hohlraumes im Schlauch, ähnlich dem Hohlraum 20, neben dem Einlass, geschehen. Ein solcher Hohlraum ist mit einer Quelle eines Druckströmungsmittels verbunden, so dass die Tendenz des Schlauches, nach dem Zusammendrücken zu seiner natürlichen Form zurückzukehren, erhöht ist.
Der Grad des Zusammendrückens des Schlauches 15 durch die Stangen 13 kann geändert werden, um der bestimmten Pumpenanwendung zu entsprechen, durch Verstellung der radialen Verschiebung der Wellen 6 von der Hauptwelle 3 durch Erhöhung des Druckes des hydraulischen Strömungsmittels 9. Dies wird durch manuelle Drehung des mit einem Gewinde versehenen Plungerkolbens 10 erzielt, um somit das dem hydraulischen Strömungsmittel 9 verfügbare Volumen zu reduzieren.
The invention relates to a rotating liquid pump, wherein the liquid to be pumped does not come into contact with the actual pump mechanism and in particular with its moving parts. This non-contact is advantageous when the liquid to be pumped, e.g. B.
as acid, corrosive or z. B. as liquid concrete that is wearing or abrasive.
Heretofore, pumps and pumping methods of this type have used flexible tubing to isolate the liquid from the pumping mechanism. The liquid is conveyed through the hose under pressure by roller mechanisms of various types which completely compress the hose by means of a roller and then roll the roller along the hose to move the compression and consequently the hose contents along the hose.
This pumping method and the pumps operating according to this method have the disadvantage that, due to the total displacement of the liquid in the hose, a great deal of force is required. The present invention discloses more advantageous pump designs.
The rotary liquid pump according to the invention is characterized by a stator with an essentially cylindrical inner surface, an elastic hose through which the liquid is to be pumped is guided inside the stator, rests against the cylindrical inner surface and with its two ends protruding from the Stator protrudes; by several shafts which are arranged inside the stator parallel to its longitudinal axis and can rotate around this axis; by a pressure member rotatably mounted on each shaft;
and by a drive for a rotary movement of the pressure elements on their shafts, each pressure element having a plurality of projections on its periphery, the whole in such a way that when the pressure element rotates about its axis of rotation, the said projections come into contact with the hose one after the other and this against the Press the inner surface of the stator together, the successive contact of the hose through the projections causing the waves of the pressure elements to rotate in the opposite direction to the direction of rotation of the pressure elements around the longitudinal axis of the stator and the pressure elements to perform a reverse planetary movement around the longitudinal axis of the stator.
An embodiment of a rotating liquid pump according to the teaching of the invention will now be described with reference to the drawing.
In the drawing show:
Fig. 1 is a longitudinal section of the preferred embodiment of a rotating liquid pump according to the present invention;
Figure 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of Figure 1;
Fig. 3 is a longitudinal section of the hose of the pump of Fig. 1, the hose not being compressed and removed from the pump; and
FIG. 4 shows a partial longitudinal section of the outlet end of the hose according to FIG. 3.
Referring now to FIGS. 1 and 2, the rotating liquid pump of the preferred embodiment includes a stator 1 having a substantially cylindrical inner surface 2. Arranged within the stator 1 and coinciding with the longitudinal axis of the same is a main shaft 3 which extends beyond the stator 1 and is supported by a device, e.g. B. by an (not shown) electric motor can be rotated. A first sprocket 4 is attached to the shaft 3 at one of its ends. A carrier 5 is rotatably mounted on the shaft 3 and supports two diametrically opposed pressure member shafts 6 hydraulically through cylinder 7 in which pistons 8 are slidably arranged. The pistons 8 consist of one piece with the corresponding shaft 6.
Hydraulic fluid 9 contained within the carrier 5 supports the pistons 8. The radial displacement of the shafts 6 from the main shaft 3 is adjustable by means of a threaded plunger 10, the manual rotation of which controls the pressure of the hydraulic fluid 9.
Arranged rotatably on each shaft 6 and lying in one plane with the first sprocket 4 is a second sprocket 11. On each sprocket 11 is a pressure element
12 attached. As can be seen from FIG. 2, four rods 13, which are arranged angularly at the same distance from one another, are fastened to the pressure member 12 and project radially outwards from the corresponding shafts 6.
A drive chain 14 connects the first and second sprocket wheels 4 and 11, respectively, in such a way that the clockwise rotation of the main shaft 3 (as seen in Fig. 2) rotates the pressure members 12 about their corresponding shaft 6 counterclockwise.
An elastic hose 15 has an inlet end 16 and an outlet end 17 and lies against the inner surface 2 of the stator 1 in a half-loop between two rings 18 made of elastically compressible material. The rings 18 together with the inner surface 2 of the stator 1 form a raceway in which the hose 15 is arranged.
As can be seen from Figure 3, the preferred embodiment of the hose 15 has a circular cross-section when the hose 15 is not compressed, the diameter of the inlet end 16 and outlet end 17 being substantially the same. The cross-sectional area of the hose 15 gradually decreases from the inlet end 16 to a central region 19 of a substantially constant cross-section and can then increase rapidly between the central region 19 and the outlet end 17. As can be seen from FIG. 4, the outlet end 18 of the hose 15 preferably has an annular cavity 20 which is formed between the inner surface 21 and the outer surface 22 of the hose 15. The cavity 20 is connected via a pipe 23 to a pressure measuring device (not shown) for measuring the pressure inside the hose 15 at the outlet end 17.
Alternatively, the tube 23 can connect the cavity 20 to a pulsation damping chamber (not shown), in which case a fluid (such as air, water or part) within the cavity 20 and the pulsation damping chamber to dampen fluctuations in the internal pressure occurring at the outlet end 17 of the hose can be used.
In the working condition, the shaft 3 is rotated clockwise, as can be seen from Fig. 2, a chain 14 rotating each of the pressure members 12 about its corresponding shaft 6 counterclockwise. The rotation of the pressure element 12 in turn brings each rod 13 projecting from the outer circumference of the pressure element 12 into contact with the hose 15.
When a rod 13 comes into contact with the hose 15, this rod 13 begins to compress the hose 15, while the adjacent preceding rod 13 moves away from contact with the hose 15. While the pressure member 12 continues to rotate, the one rod 13 increases the compression of the hose 15 to maximum compression pressure and then decreases the compression pressure of the hose 15 when the one rod 13 moves away from contact with the hose 15, while the next one follows Rod 13 begins to compress hose 15 at a point closer to the outlet end 17 of hose 15.
As a result of the frictional engagement between the rods 13 and the hose 15, the carrier 5 is rotated around the shaft 3, whereby the pressure members 12 are rotated around the shaft 3 in the clockwise direction, as shown in FIG. Thus, each pressure member 12 moves along the hose 15 from the inlet end 16 to the outlet end 17 and continues to rotate until it reaches the inlet end 16 again to complete the cycle.
The rods 13 successively compress momentarily adjacent parts of the hose 15, starting near the inlet end 16 and moving towards the outlet end 17, in order to progressively pump the contents of the hose 15 from the inlet end 16 to the outlet end 17 by successive partial displacement.
The inlet end 16 is tangential to the inner surface 2 of the stator 1, while the outlet end 17 preferably rests against a region 24 of the stator 1 that extends spirally outward. Thus, the rods 13 gradually compress the hose 15 in the vicinity of the outlet end 17 less and less. The portion of the decreasing cross-section of the hose 15 between the inlet end 16 and the central region 19 displaces a greater amount of material when compressed by the rods 13 than when the central region 19 is compressed. This greater displacement compensates for the tendency of the pumped fluid at the outlet end 17 to Return hose when the rods 13 exit the hose 15 adjacent to the outlet end 17.
In addition, the initial greater displacement ensures that the uncompressed central area 19 is quickly filled with fluid and therefore operates more efficiently.
The pumping action of the pump of the preferred embodiment described above offers many advantages in that heavy slurries are effectively mixed as they pass through the pump with no tendency for the components of the slurry to separate. In addition, a sponge can be pumped through the hose to clean the pump, so that it is not necessary to relieve high pressure fluid at the outlet by means of a valve.
If z. B. viscous liquids are pumped, it may be desirable to increase the effective elasticity of the hose in the vicinity of the inlet. This can be done by providing an annular cavity in the hose, similar to cavity 20, next to the inlet. Such a cavity is connected to a source of pressurized fluid so that the tendency of the hose to return to its natural shape after being compressed is increased.
The degree of compression of the hose 15 by the rods 13 can be changed to suit the particular pump application by adjusting the radial displacement of the shafts 6 from the main shaft 3 by increasing the pressure of the hydraulic fluid 9. This is achieved by manually rotating the with a threaded plunger 10 achieved so as to reduce the available volume of the hydraulic fluid 9.