DE102007034051A1

DE102007034051A1 - Drehzylinderdrehschieberverdrängerpumpe

Info

Publication number: DE102007034051A1
Application number: DE102007034051A
Authority: DE
Inventors: Werner E Friedrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-01-22
Also published as: EP2179182A1; EP2179182B1; DE202008017328U1; WO2009012877A1

Abstract

Durch die zunehmende Energieverknappung und die damit einhergehenden ständig steigenden Energiepreise liegt die Reduzierung des Energieverbrauchs der in einer Produktion eingesetzten Pumpentechniken im Interesse aller Anwender. Die hier beschriebene verbesserte Drehzylinderverdrängerpumpe lässt während eines Pumpvorgangs drei von vier Kammerwänden mitrotieren. Diese Kammerwände bewegen sich also zusammen mit dem Pumpfluid durch die Arbeitskammer. Das Ergebnis sind deutlich reduzierte Reibverluste und eine daraus resultierende Verbesserung des Wirkungsgrades. Die Pumpe ist als selbstsaugende Trockenpumpe einsetzbar. Sie bietet in einem Produktionsprozess weitere günstige Voraussetzungen für technische Ausgestaltungen.

Description

Stand der Technik
Die zunehmende Energieverkappung und damit verbunden die ständig steigenden Energiepreise zwingen insbesondere die Industrie zu immer strengeren Überprüfungen der Energiebilanz aller Bereiche ihres Unternehmens. Die Pumpentechnik und die dort eingesetzten Pumpenaggregate repräsentieren bei vielen Unternehmen einen erheblichen Anteil am Ernergieverbrauch und an den damit einhergehenden Kosten. Die Reduzierung des Energieverbrauchs der eingesetzten Pumpenaggregate liegt im Interesse aller Anwender. Technische Lösungen zur Verbesserung dieser Situation sind gefragt.
Die Technik einer Drehzylinderdrehschieberverdrängerpumpe
In den deutschen Patentschriften DE 101 02 852 C2 und DE 101 03 580 B4 sind die wesentlichen Merkmale beschrieben, die unter anderem als Voraussetzungen einer bei Verdrängerpumpen verbesserten Energieeffizienz anzusehen sind, nämlich zwei rotierende Zylinder, zwischen denen das Pumpfluid gefördert wird. Die in den obigen Patentschriften gezeigten Abbildungen verdeutlichen den Weg, den das Pumpmedium mit und zwischen den beiden Drehzylindern durchfließt. Relevante Reibungsverluste müssen durch das Überstreichen der Drehschieberverdränger über die beiden Seitenwände des Pumpengehäuses dabei noch immer in Kauf genommen werden.
Ziel der Erfindung
Ziel der Neuentwicklung war in erster Linie die weitere Reduzierung der Reibungsverluste im Hinblick auf die bei Verdrängerpumpen zu bewältigenden hohen Drücke. Gleichzeitig sollte eine schonende Förderung des Pumpfluids gewährleistet bleiben. Die Bauart der Pumpe sollte darüber hinaus den Einsatz als Prozesspumpe in der Industrie auch ermöglichen dadurch, dass den Verfahrensbedingungen in einer Produktion weitestmöglich Rechnung getragen werden kann z. B. durch die Möglichkeit von Wärmeab- und/oder -zufuhr und anderen Erfordernissen sensibler Stoffe oder Produktionsverfahren.
Das konkrete technische Verbesserungsziel gegenüber anderen Drehzylinderpumpen sieht eine weitere Optimierung des Wirkungsgrades dadurch vor, dass auch eine der beiden Seitenwände der Pumpe mitrotieren soll. Den Wirkungsgrad mindernde relevante Reibverluste müssen dann nur noch an der Seitenrückwand (06) des Gehäuses in Kauf genommen werden.
Ein Bauartbeispiel der erfindungsgemäßen Drehzylinderverdrängerpumpe
Die technische Lösung des neuen Erfindungszieles wird durch die in den Patentansprüchen formulierten Merkmale erreicht.
Im zylindertopfförmigen Pumpengehäuse (03) sind zwei rotierende Zylinder (01 + 02) gelagert. Der äußere Drehzylinder (01) mit geringfügig kleinerem Durchmesser als das zylindrische Pumpengehäuse (03) findet sein Lager in der innerseitigen Rundung (04) dieses Pumpengehäuses (03). Der innere Drehzylinder (02) ist mit seinem Rundflansch (05) in einem in der Rückwand (06) des Pumpengehäuses (03) angelegten Zylindertopf (07) so gelagert, dass dieser zweite innere Drehzylinder (02) in jeder Drehposition eine Dichtlinie (08) mit der inneren Mantelfläche (15) des äußeren Drehzylinders (01) bildet. Ein Drehschieber (09) ist an einem Drehgelenk (10) fest aber beweglich an der Innenseite (15) des äußeren Drehzylinders (01) angelenkt und ist gleichzeitig in dem inneren Drehzylinder (02), diesen dabei mittig durchgreifend, verschieblich gelagert. Dieses Lager (11) mittig durch den inneren Drehzylinder (02) teilt diesen Drehzylinder (02) in zwei symmetrische Teile (02a + 02b), mit einer Aufsicht ähnlich der von zwei sich spiegelnden Halbmonden.
Die mit der weiteren Optimierung dieser Pumpentechnik angestrebten vorteilhaften Eigenschaften erforderten einige relevante Änderungen. So wurde der an dem Drehgelenk (10) des äußeren Drehzylinders (01) befestigte Drehschieberverdränger (09) zweigeteilt derart, dass der eine Teil (09a) am Drehgelenk (10) des Drehschiebers (09) beweglich aber fest mit dem äußeren Drehzylinder (01) verbunden ist wie bisher. Auch durchgreifen die beiden Teile des Drehschiebers (09a + 09b) mittig den inneren Drehzylinder (02). Wird eine solche Pumpe angetrieben über den äußeren Drehzylinder (01), dann nimmt dieser Drehzylinder (01) den Drehschieber (09) und gleichzeitig den inneren Drehzylinder (02) zwangsgeführt mit.
Die beiden Drehschieberteile (09a + 09b) können durch die Anlenkung (10) an den äußeren Drehzylinder (01) und durch ihre verschiebliche Lagerung durch den inneren Drehzylinder (02) einerseits ihre während einer Umdrehung sich ständig verändernden Winkelstellungen zu dem äußeren Drehzylinder (01) fließend ausgleichen und gleichzeitig auch die notwendigen sich laufend ändernden Durchmesserlängen des Drehschiebers (09) in jeder Drehposition sicherstellen. Denn der wiederum zum angelenkten Drehschieberteil (09a) verschieblich gelagerte andere Drehschieberteil (09b) reicht nun immer durch das nach beiden Seiten hin offene Drehschieberlager (11) des inneren Drehzylinders (02) hindurch bis zur gegenüber liegenden inneren Mantelfläche (15) des äußeren Drehzylinders (01).
Es ist offensichtlich, dass dieser verschieblich gelagerte zweite Drehschieberteil (09b) eine Zwangsführung erhalten muss, wenn seine Dichtfunktion an der inneren Zylinderwand (15) des äußeren Drehzylinders (01) in jeder Drehposition gewährleistet sein soll. Dafür wurde eine technische Lösung gefunden, die gleich zwei Vorteile zur Wirkungsgradverbesserung der Pumpe beitragen kann.
So schließt eine in einer Randnut (13) des äußeren Drehzylinders (01) koaxial drehverschieblich gelagerte Zylinderdecke (16) die zwischen den beiden Drehzylindern (01 + 02) liegende Arbeitskammer (12) nach dieser Seite hin ab. Diese drehverschiebliche Zylinderdecke (16) hat auf der inneren Seite hin zur Arbeitskammer (12) einen Führungszapfen (17). Dieser Führungszapfen (17) greift in eine Bohrung (18) im verschieblichen Teil (09b) des Drehschiebers (09) und wird so von diesem Drehschieberteil (09b) mitgenommen. Die drehverschiebliche Zylinderdecke (16) wiederum hält den verschieblichen Drehschieberteil (09b) auf diese Weise in jeder Drehposition in einem definierten Abstand zur inneren Zylinderwand (15) (= Arbeitskammerwand) des äußeren Drehzylinders (01).
Durch diese technische Lösung ist die zwangsgeführte Dichtung zwischen verschieblichem Drehschieberteil (09b) und äußerem Drehzylinder (01) in jeder Drehposition gewährleistet. Auch dreht die auf dem äußeren Drehzylinder (01) gelagerte Zylinderdecke (16) mit diesem Drehzylinder (01) drehverschieblich mit, wodurch eine Reibung der Zylinderwand (16) mit dem Drehschieber (09b) weitgehend auf eine begrenzte Teilfläche dieser mitrotierenden Zylinderwand (16) derart reduziert wird, wie der innere Drehzylinder (02) während einer Umdrehung dem äußeren Drehzylinder (01) vor- und dann wieder nachläuft. Das Ergebnis ist die weitere Verminderung der Reibarbeit.
Erzielbare Vorteile
Aus der obigen Beschreibung werden die mit der optimierten Drehzylinderdrehschieberverdrängerpumpe erreichbaren Vorteile nachvollziehbar:
Die hier beschriebene Technik macht es möglich, von den vier Arbeitskammerseitenwänden jeweils drei (14, 15, 16) zusammen mit dem Pumpfluid durch diese Arbeitskammer zu befördern. Die dabei an den mitrotierenden Seitenwänden noch zu leistende Reibarbeit des verschieblichen Drehschieberverdrängerteils (09b) der Pumpe wird auf ein Minimum reduziert.
Diese drei von vier Wänden der Pumpenkammer (12), das heißt jeweils ein Teil der äußeren Mantelfläche (14) des inneren Drehzylinders (02), der inneren Mantelfläche (15) des äußeren Drehzylinders (01) und der drehverschieblichen Drehzylinderseitendecke (16) des Drehzylinders (01), umschließen ständig funktionsdicht, das ist während einer gesamten Umdrehung der Pumpe, die Arbeitskammer (12). Der Drehschieberverdränger (09) muss dabei Wirkungsgrad mindernde Reibverluste jeweils nur an der Rückwand (06) des Pumpengehäuses (03) und einem Teilbereich der drehverschieblichen Zylinderdecke (16) (= Arbeitskammerwand) des äußeren Drehzylinders (01) in Kauf nehmen.
Diese weitere vorteilhafte Reduzierung der Reibverluste bedeutet eine entsprechende Verbesserung des Wirkungsgrades.
Die jeweiligen Lagerungen der Einzelteile dieser Pumpe ermöglichen eine berührungsfreie Rotation dieser Einzelteile untereinander und mit den flachen (06 + 16) und zylindrischen (14 + 15) Seitenwänden der Arbeitskammer (12) der Pumpe.
Die Pumpe ist als selbstansaugende Trockenpumpe einsetzbar.
Die allseits glatten Innenwände (06, 14, 15, 09b, 16) der Arbeitskammer (12) tragen zu einer schonenden Förderung des Pumpfluids bei.
Die leichten Zugänge von allen Seiten in/an das Innere und Äußere der Pumpe erlauben ergänzende technische Ausgestaltungen, wie Wärmezu- und -abführung, Abkoppeln der Pumpe vom Produktionskreislauf bei weiter laufender Produktion, Austausch von Ersatzteilen der Pumpe ohne Unterbrechung der Produktion.
Eine magnetische Kupplung lässt sich in Verbindung mit einer fixierten Zylinderdecke (16a) auf dem äußeren Drehzylinder (01) einrichten. Sofern manche Pumpfluids empfindlich auf ein nahes Magnetfeld reagieren, lässt sich mit dieser Technik auch eine magnetische Kupplung in einem notwendigen Abstand zur Pumpenkammer (12) technisch lösen.
Bildbeschreibung
Drehzylinderdrehschieberverdrängerpumpe
Bild A – zeigt zwei Ansichten (1 und 3) und eine Schnittzeichnung (2) des leeren Pumpengehäuses.
Die Schnittzeichnung gemäß 2 entspricht jeweils den Schnittlinien SL der 1 und 2. Dabei verdeutlicht 1 die Sicht eines Betrachters in das leere Pumpengehäuse, wie in der Schnittzeichnung 2 dargestellt, gesehen vom Bildrand rechts aus in das Gehäuse.
Der Blick vom Bildrand links auf die Schnittzeichnung gem. 2 entspricht der rückwärtigen Außenansicht des Gehäuses, wie gezeigt in 3.
Bild B – In 4 sind die Bewegungen der Funktionsteile der Pumpe in der Rotation nachvollziehbar.
Die in der Randnut (13) des äußeren Drehzylinders (01) geführte verschiebliche Zylinderdecke (16) fehlt, um den Blick in das Innere frei zu machen.
Bild C – 5 und 6 sowie deren Schnitte 5a und 6a sind Ausführungsbeispiele der mitrotierenden Arbeitskammerseitenwand, der Zylinderdecke (16) und (16a).
Bild D – 7 verdeutlicht die rundum glatten Arbeitskammerwände für eine schonende Förderung des Pumpfluids.
In dieser Drehposition sind Eingang und Ausgang geschlossen. Das größtmögliche Pumpvolumen ist erreicht.
Beim Weiterdrehen öffnet der Ausgang und der Pumpvorgang beginnt neu.

01: Äußerer Drehzylinder
02: Innerer Drehzylinder
03: Pumpengehäuse
04: Lager des äußeren Drehzylinders 01
05: Rundflansch des inneren Drehzylinders 02
06: Rückwand des Pumpengehäuses
07: Zylindertopf (Lager des Drehzylinders 02)
08: Dichtlinie
09: Drehschieberverdränger 09a – Drehschieberteil angelenkt 09b – Drehschieberteil verschieblich
10: Drehgelenk/Gelenkbolzen
11: Lager im Drehzylinder 02 für Drehschieber 09
12: Arbeitskammer
13: Randnut in äußerem Drehzylinder 01
14: Äußere Mantelfläche des inneren Drehzylinders 02
15: Innere Mantelfläche des äußeren Drehzylinders 01
16: Verschiebliche Zylinderdecke 16a – Zylinderdecke fixiert auf Drehzylinder 01
17: Führungszapfen auf Zylinderdecke 16
18: Bohrung in Drehschieberteil 09b
19: Rohrleitungsflansch
20: Kupplungsteil
21: Eingangskanal
22: Ausgangskanal
SL: Schnittlinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10102852 C2 [0002]
- DE 10103580 B4 [0002]

Claims

Drehzylinderdrehschieberverdrängerpumpe mit einem in einem zylindertopfförmigen Pumpengehäuse (03) gelagerten ersten äußeren Drehzylinder (01) mit einem ersten Durchmesser und einem in und zu diesem äußeren Drehzylinder (01) parallelachsig gelagerten zweiten inneren Drehzylinder (02) mit einem zweiten kleineren Durchmesser, mit einer Arbeitskammer (12) zwischen dem äußeren (01) und dem inneren (02) Drehzylinder, mit Eingangs-(21) und Ausgangskanälen (22) in diese Arbeitskammer (12), mit einem inneren Drehzylinder (02), welcher mit der inneren Zylinderwand (15) des äußeren Drehzylinders (01) zwischen Eingangs- und Ausgangskanal eine Dichtlinie (08) bildet, mit einem an einem Drehgelenk (10) an der inneren Zylinderwand (15) des äußeren Drehzylinders (01) angelenkten Drehschieberverdränger (09), welcher Drehschieberverdränger (09) mittig in dem inneren Drehzylinder (02) verschieblich gelagert ist, gekennzeichnet durch einen inneren Drehzylinder (02) mit einer diagonal durchgängigen nach zwei Seiten hin offenen Lagerung (11) für den Drehschieberverdränger (09).
Drehzylinderdrehschieberverdrängerpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mindestens zweigeteilten Drehschieberverdränger (09) bestehend vorzugsweise aus einem ersten angelenkten Drehschieberteil (09a) sowie einem zu diesem ersten angelenkten Drehschieberteil (09a) wiederum verschieblich gelagerten zweiten Drehschieberteil (09b).
Drehzylinderdrehschieberverdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet durch eine auf dem äußeren Drehzylinder (01) koaxial zu diesem geführte und mit diesem mitrotierende Zylinderdecke (16).
Drehzylinderdrehschieberverdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zu dem äußeren Drehzylinder (01) koaxial geführte drehverschiebliche Zylinderdecke (16).
Drehzylinderdrehschieberverdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine drehverschiebliche Zylinderdecke (16), vorzugsweise geführt in einer Randnut (13) und/oder in einer koaxialen Bohrung des äußeren Drehzylinders (01), welche drehverschiebliche Zylinderdecke (16) mit einer Führungstechnik den verschieblichen Drehschieberteil (09b) zwangsführen kann.
Drehzylinderdrehschieberverdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen verschieblichen Drehschieberteil (09b), welcher mit einer Führungstechnik die drehverschiebliche Zylinderdecke (16) zwangsführen kann.
Drehzylinderdrehschieberverdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine drehverschiebliche Zylinderdecke (16) vorzugsweise mit einem Führungszapfen (17), welcher in eine Bohrung (18) des verschieblichen Drehschieberteils (09b) greift.
Drehzylinderdrehschieberverdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine mit dem äußeren Drehzylinder (01) mitrotierende Zylinderdecke (16a) in der Funktion eines korrespondierenden Teils eines magnetisch gekuppelten oder durch andere Technik gekuppelten Antriebs.