DE102009031634A1 - Pump e.g. displacement pump, for use as power or work machine for delivering gaseous, liquid fluid or particle stream, has housing with inlet and outlet for fluid, and sealing surfaces formed with roller bodies of roller bearings - Google Patents

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Abstract

The pump has a housing (103) with inlet and outlet for circulating fluid. Radial sealing surfaces are formed with roller bodies (102) such as rollers, of cylindrical roller bearings. Rotors (101) run on a housing inner wall and in a central area. The roller bodies are guided in a cage in the cylindrical roller bearings. The housing, the rotors and the roller bodies are conically implemented in an axial direction. An axial position of the rotors is adjusted to produce a gap and/or pressing force of the roller bodies relative to the rotors and the housing.

Description

Pumpen arbeiten als Verdichter oder Verdränger und können in den meisten Ausführungen sowohl als Kraft- als auch als Arbeitsmaschine eingesetzt werden. Unabhängig davon, ob eine lineare Bewegung eines Hubkolbens oder eine rotatorische Bewegung in einem Drehkolben, einer Verzahnung oder einem Wälzkolben abläuft, entstehen immer zumindest an den Kontaktflächen Gleitbewegungen, die zu Verlusten durch Reibung oder durch Überströmungen aus dem Kompressions- oder Förderraum und zu Verschleiß führen, wobei dieser umso größer wird, je mehr Strömungsmedien Verwendung finden, die keine Zusätze von Schmiermitteln zulassen.pump work as compressors or displacers and can be used in most designs both be used as a power as well as a working machine. Independently of, whether a linear movement of a reciprocating piston or a rotary Movement in a rotary piston, a gearing or a Wälzkolben expires arise always at least at the contact surfaces sliding, resulting in losses by friction or by overflows the compression or pumping room and lead to wear, with this one gets bigger, ever more flow media Use find that no additives of lubricants.

Außerdem sind solche Pumpen sehr empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen, da sich die einzelnen Bauteile ausdehnen und die so geänderten Relativtoleranzen zu Dichtungsverlusten durch Spalte oder zum Fressen der Bauteile durch erhöhte Pressungen führen.Besides, they are such pumps are very sensitive to temperature fluctuations, because the individual components expand and so changed Relative tolerances to seal losses by column or for eating of the components increased by Pressings lead.

Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem, in dem die Kontakte an den Gehäusewänden und/oder die Kontakte an den Rotorteilen untereinander nicht als Gleit- sondern als Wälzbewegung ablaufen. Diese Wirkung wird dadurch erreicht, dass die Spalttoleranzen auf den Umfangsflächen Null werden können und die Rotorelemente ähnlich umlaufen wie Wälzkörper in einem Rollenlager.The present invention solves this problem, in which the contacts on the housing walls and / or the contacts on the rotor parts with each other not as sliding but as a rolling motion expire. This effect is achieved by the gap tolerances on the peripheral surfaces Can become zero and the rotor elements are similar revolve like rolling elements in a roller bearing.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Pumpe umfasst zwei Rotornaben, die einzeln oder beide (synchron und gegenläufig) angetrieben werden und die Innenringe je eines Wälzkörperlager bilden. Auf diesen Rotornaben laufen nun die Wälzkörper (= axiale Rollen) die durch einen Käfig geführt sind und mit halber Rotornabendrehzahl umlaufen. Sie wälzen dabei einerseits auf den Rotornaben (= Innenring) und der Gehäuseumfangswand (= Außenring) ab. In der Mitte kämmen die Wälzkörper ähnlich wie die Zähne einer Verzahnung, da der Abstand zwischen den Mittelpunkten der beiden Rotornaben kleiner ist als 2mal Nabenradius plus 2mal Wälzkörperdurchmesser und geringfügig größer als 2mal Nabenradius plus 1mal Wälzkörperdurchmesser. Dadurch ist sichergestellt, dass einerseits das Fluid nicht in der Mitte wieder zurückgepumpt wird, andererseits aber auch, dass die Wälzkörper in der Mitte nicht auf zwei Seiten je einen der Rotornaben berühren und so die Abrollbedingung nicht mehr erfüllt wäre.Of the Structure of the pump according to the invention comprises two rotor hubs driven individually or both (synchronous and counter-rotating) and the inner rings each form a rolling element bearing. On this Rotor hubs now run the rolling elements (= axial rollers) passing through a cage guided and circulating at half the speed of the rotary engine. They roll around on the one hand on the rotor hub (= inner ring) and the housing peripheral wall (= Outer ring) from. Comb in the middle the rolling elements similar to the teeth a gearing, since the distance between the centers of the both rotor hubs are smaller than 2 times the hub radius plus 2 times the rolling element diameter and slightly greater than 2 times hub radius plus 1 time roller diameter. This ensures that on the one hand the fluid is not in the Pumped back in the middle on the other hand, but also that the rolling elements in the middle not on two sides touch each one of the rotor hubs and so the rolling condition not fulfilled anymore would.

Die Wälzkörper rollen über einen Teil der Gehäuseumfangswand ab und verlassen zur Mitte hin den Wandkontakt, je nach Ausführung des Gehäuseprofils achtförmig mit stark ausgeprägter Mitteleinschnürung später oder oval ausgeführt mit gerader Verbindungskontur früher, um dann zur Mitte hin aufeinander zu treffen und dabei weiter aufeinander abzurollen.The Rolling elements roll over one Part of the housing peripheral wall off and leave the wall contact to the middle, depending on the design of the housing profile eight shaped with pronounced Mitteleinschnürung later or oval with straight connection contour earlier, then to meet each other towards the middle and continue on each other unroll.

Damit Spalte und Toleranzen eingestellt werden können, sind die Rotornaben, das Gehäuse und die Wälzkörper in einer bevorzugten Ausführung konisch ausgeführt, so dass einerseits durch axiale Verschiebung oder durch druckproportionale axiale Kräfte, die auf die Rotornaben wirken, eine einstellbare oder druckgeregelte Kontaktkraft an den Wälzkörpern entsteht. Die Geometrie aller Teile ist dabei so gewählt, dass die schlupffreie Abrollbedingung ähnlich wie bei Zylinderrollenlagern erfüllt wird, indem sich die Kegelachsen der Wälzkörper, der Gehäusekontur und der Rollennaben in einem Punkt auf der Drehachse treffen.In order to Column and tolerances can be set are the rotor hubs, the housing and the rolling elements in a preferred embodiment tapered, so that on the one hand by axial displacement or by pressure-proportional axial forces, which act on the rotor hubs, an adjustable or pressure-controlled Contact force on the rolling elements arises. The geometry of all parts is chosen so that the slip-free Rolling condition similar as fulfilled with cylindrical roller bearings is, by the cone axes of the rolling elements, the housing contour and hit the roller hubs at a point on the axis of rotation.

Um eine axiale Abichtung sicherzustellen, sind in einer bevorzugten Ausführung die Käfige als axiale Dichtung ausgeführt bzw. tragen axiale Dichtungen, die vorzugsweise den größtmöglichen Laufradius so einnehmen, dass beide Dichtungen gerade nicht im Mittelbereich kollidieren.Around To ensure axial relief are in a preferred execution the cages designed as an axial seal or wear axial seals, preferably the largest possible Run radius so that both seals just not in the middle area collide.

In einer weiteren Variante sind die Wälzkörper aus einem Material, mit guten tribologischen Eigenschaften mit selbstschmierender Wirkung wie Polyamid, PTFE, PEEK o. Ä. um damit auch Fluide pumpen zu können, die keine Schmierstoffe enthalten.In a further variant, the rolling elements of a material, with good tribological properties with self-lubricating effect such as polyamide, PTFE, PEEK o. Ä. to be able to pump fluids, which contain no lubricants.

In einer besonders kostengünstigen Ausführung weist die Pumpe nur einen Rotor auf und die Gehäusegeometrie ist ähnlich wie bei einer Zahnradpumpe oder einer Flügelzellenpumpe mit nur einem Rotor, jedoch werden erfindungsgemäß die Kontakt- bzw. Dichtflächen zwischen Gehäuse und Rotor in radialer Richtung über Wälzkörper gebildet, die auf der Gehäuseinnenkontur abrollen.In a particularly cost-effective execution the pump has only one rotor and the case geometry is similar to in a gear pump or a vane pump with only one rotor, However, according to the invention, the contact or sealing surfaces between housing and rotor in the radial direction over Rolling elements formed, the on the housing inner contour roll.

In einer besonders kompakt bauenden Pumpe gibt es einen Rotor mit umlaufenden Wälzkörpern wie beschrieben und einem rotierenden Sichelelement, das z. B. mit doppelter Drehzahl läuft, wenn 2 Wälzkörper im Rotor umlaufen und bei dem jeweils vor bzw. hinter dem Sichelelement der Zulauf und Ablauf angeordnet sind, und bei dem die Abdichtung zwischen der Zu- und Ablauf durch das Sichelelement und die Wälzkörper erfolgt.In a particularly compact pump, there is a rotor with rotating Rolling elements like described and a rotating sickle element z. With double Speed is running, if 2 rolling elements in the Rotor revolve and in each case in front of or behind the sickle element the inlet and outlet are arranged, and in which the seal between the inlet and outlet through the sickle element and the rolling elements takes place.

Claims (13)

Eine Pumpe zur Förderung eines gasförmigen, flüssigen Fluids oder auch eines Partikelstroms und zur Verwendung als Kraft- oder Arbeitsmaschine, mit mindestens einem Rotor, mindestens einem Gehäuse mit Zu- und Abfluss des umlaufenden Fluides, dadurch gekennzeichnet, dass, die radialen Dichtflächen mit Wälzköpern gebildet werden, ähnlich wie Rollen eines Zylinderrollenlagers.A pump for conveying a gaseous, liquid fluid or else a particle stream and for use as a power or working machine, with at least one rotor, at least one housing with inflow and outflow of the circulating fluid, characterized in that, the radial sealing surfaces formed with Wälzköpern be similar to roles of a cylindrical roller bearing. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Rotoren nicht nur auf der Gehäuseinnenwand sondern im mittleren Bereiche auch auf einander ablaufen.Pump according to claim 1, characterized in that two rotors not only on the inside of the housing but in the middle Areas also run on each other. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper in einem Käfig ähnlich wie bei Zylinderrollenlagern geführt sind.Pump according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the rolling elements in a cage similar to guided in cylindrical roller bearings are. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfige eine Kontur bilden ähnliche wie Zahnräder, so dass sie im mittleren Bereich die Wälzkörper führen aber nicht gegenseitig kollidieren.Pump according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the cages form a contour similar like gears, so that they lead the rolling elements in the central area but not each other collide. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Gehäuse, als auch die Rotoren und die Wälzkörper in axialer Richtung konisch ausgeführt sind.Pump according to one or more of the preceding Claims, characterized in that both the housing, and the rotors and the Rolling elements in axial direction conical are. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die (virtuellen) Achsen der konischen Elemente Wälzkörper, Gehäuse und Rotor sich im montierten Zustand in einem Punkt auf der Drehachse treffen, so dass die Abrollbedingung in jedem Punkt der axialen Länge erfüllt ist, ähnliche wie bei Zylinderrollenlagern.Pump according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the (virtual) axes of the conical Elements rolling elements, housing and Rotor in the assembled state at a point on the axis of rotation meet so that the rolling condition is met at each point of the axial length, similar as with cylindrical roller bearings. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Position des bzw. der Rotoren verschiebbar bzw. justierbar ist, um so den Spalt bzw. die Anpresskraft der Wälzkörper relativ zu den Rotoren und dem Gehäuse einstellbar zu machen.Pump according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the axial position of the rotor (s) is displaceable or adjustable, so as to the gap or the contact force the rolling elements relative to the rotors and the housing to make adjustable. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Dichtungen so gewählt werden, dass eine axiale Kraft durch den Druck des Fluids entsteht, die zu einer optimalen Anpresskraft der Rollen führt.Pump according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the axial seals are chosen such that an axial force is created by the pressure of the fluid leading to a optimal contact pressure of the rollers leads. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ausführung mit zwei Rollen der Abstand der Rollenachsen größer ist als die Summe aus dem Rollendurchmesser und dem Wälzkörperdurchmesser.Pump according to one or more of the preceding Claims, characterized in that in an embodiment with two rollers, the distance of the Roller axes is larger as the sum of the roll diameter and the rolling element diameter. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung das Gehäuse unterschiedliche Querschnitte aufweist, so dass in bestimmten Bereichen eine möglichst günstige Strömungskontur für das Fluid entsteht, in anderen eine optimale Führung der Wälzkörper.Pump according to one or more of the preceding Claims, characterized in that in the axial direction of the housing different Has cross-sections, so that in certain areas as possible favorable Flow contour for the fluid arises in other an optimal guidance of the rolling elements. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfige die axialen Dichtungen tragen.Pump according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the cages the axial seals wear. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper aus einem selbstschmierenden Material gefertigt sind.Pump according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the rolling elements of a self-lubricating material are made. Pumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Rotor mit Wälzkörpern umläuft und dabei mit einem Sichelelement kämmt, das zwischen Zu- und Abstrom abdichtet und in dem die Wälzkörper abdichtend abrollen können.Pump according to one or more of the preceding Claims, characterized in that only one rotor rotates with rolling elements and thereby with a sickle element combs, which seals between inflow and outflow and in which the rolling elements sealing can roll off.
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