DE102009047153A1

DE102009047153A1 - Pumpe mit oder aus einem C/SiC-Material und Verwendung von C/SiC-Materialien bei Pumpen

Info

Publication number: DE102009047153A1
Application number: DE102009047153A
Authority: DE
Inventors: Werner Hüllen; Stephan Beetz; Maik Baumblüth
Original assignee: SGL Carbon SE
Current assignee: SGL Carbon SE
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2011-05-26

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe (10) zur Förderung eines Fluids (100) sowie die Verwendung von C/SiC-Materialien bei einer Pumpe (10). Die Pumpe (10) ist oder wird mit einem eine Förderkammer (21) bildenden oder aufweisenden Pumpengehäusekörper (20) und mit einem in der Förderkammer (21) steuerbar bewegbaren Förderkörper (30) zur Förderung des Fluids (100) von einem Einlass (22) für die Förderkammer (21) zu einem Auslass (23) für die Förderkammer (21) ausgebildet. Mindestens ein zur Kontaktierung mit dem Fluid (100) vorgesehener Bereich des Pumpengehäusekörpers (20) und/oder des Förderkörpers (30) ist oder wird mit oder aus einem C/SiC-Material ausgebildet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe und insbesondere eine Pumpe mit oder aus einem C/SiC-Material. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung von C/SiC-Materialien für Pumpen aller Art, vorzugsweise für Pumpengehäuse und/oder für Drehschieberpumpen und deren Drehschieber.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei der Förderung von Fluiden – seien dies Flüssigkeiten, Gase, pastöse Medien, Schäume, Schlämme oder deren Kombinationen oder Gemische – werden zum Aufbau von Druckdifferenzen – z. B. zum Fördern-Pumpen und ähnlich arbeitende Einrichtungen, z. B. Verdichter oder dergleichen, eingesetzt. Aufgrund der großen Bandbreite der zu fördernden Medien, deren Eigenschaften und auch der Einsatzbedingungen werden insbesondere die mit dem zu fördernden Fluid in Kontakt tretenden Teile der Pumpe aufgrund chemischer, mechanischer und thermischer Beanspruchungen besonders belastet.
Zwar ist es möglich, Pumpenkörper oder deren Gehäuse, welche die Förderkammer bilden, oder auch die Förderkörper, welche in der Förderkammer bewegt werden, aus besonders strapazierfähigen Metallmaterialien zu fertigen. Jedoch kann nicht verhindert werden, dass es beim Einsatz derartiger Materialien regelmäßig zu Verschleißerscheinungen kommt, gerade wenn mechanische, chemische und thermische Beanspruchungen gleichzeitig auftreten. Folglich müssen herkömmliche Pumpen je nach Beanspruchung regelmäßig gewartet werden. Dies ist personal- und zeitintensiv und erfordert zumindest teilweise eine Unterbrechung des üblichen Betriebs.
ZUSAMMENFASSUNG UND OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Pumpe zu schaffen, welche gegen Beanspruchungen im Betrieb besonders widerstandsfähig ist, so dass Verschleißerscheinungen besonders gering ausfallen und somit Wartungsintervalle besonders großzügig bemessen werden können.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einer Pumpe erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Pumpe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Pumpe zur Förderung eines Fluids, welches auch als Medium oder Fördermedium bezeichnet werden kann. Die erfindungsgemäße Pumpe ist mit einem eine Förderkammer bildenden oder aufweisenden Pumpengehäusekörper und mit einem in der Förderkammer steuerbar bewegbaren Förderkörper zur Förderung des Fluids – insbesondere von einem Einlass der Förderkammer oder für die Förderkammer zu einem Auslass der Förderkammer oder für die Förderkammer – ausgebildet. Dabei ist mindestens ein zum Kontakt mit dem Fluid vorgesehener Bereich des Pumpengehäusekörpers und/oder des Förderkörpers erfindungsgemäß mit oder aus einem C/SiC-Material ausgebildet.
Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen werden bei der erfindungsgemäßen Pumpe die vorteilhaften Materialeigenschaften des C/SiC-Materials für den zur Kontaktierung mit dem Fluid vorgesehenen Bereich des Pumpengehäusekörpers oder alternativ oder zusätzlich des Förderkörpers genutzt. Das bedeutet, dass – je nach Zusammensetzung des C/SiC-Materials – einerseits die besonders hohe Inertheit gegenüber Bestandteilen des Fördermediums – z. B. gegenüber Fetten, Ölen, Säuren, Laugen oder dergleichen – andererseits jedoch zusätzlich oder alternativ die besonders hohe Widerstandsfähigkeit der C/SiC-Materialien gegenüber – gerade wechselnden – thermischen und/oder mechanischen Belastungen vorteilhaft zum Tragen kommen. Dies führt dazu, dass gerade beim Führen und Fördern aggressiver Medien, seien dies gasförmige, flüssige, pastöse, schlammartige, gelartige, suspensionsartige oder deren Kombinationen – ein chemischer Angriff und/oder ein Angriff über thermische und/oder mechanische Belastungen weit weniger gravierend ausfallen als bei herkömmlichen Pumpen und deren materielle Bestandteile. Gerade in der Kombination chemischer und thermisch/mechanischer Wechselwirkungen und Belastungen im Zusammenwirken mit chemischer Aktivierung können bei herkömmlichen Pumpengehäusekörpern und/oder Förderkörpern Verschleißaspekte nicht außer Acht gelassen werden, was herkömmlicherweise mit einem erhöhten Bedarf an Wartung und Pflege und folglich mit einem erhöhten Kostenaufwand für Personal, Maschinenstillstand, Reparatur, Pflege und Ersatz einhergeht. Erfindungsgemäß werden diese Probleme reduziert oder vermieden.
Unter einem C/SiC-Material wird hier im weitesten Sinne ein Werkstoff aus der Klasse der mit Kohlenstofffasern und/oder Graphitfasern verstärkten Werkstoffe mit einer Matrix aus oder mit einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe, die Siliziumcarbid (SiC), Silizium oder Kohlenstoff aufweist, verstanden. Es kann darunter im engeren Sinne auch ein mit Kohlenstofffasern verstärkter Verbundwerkstoff mit einer Matrix aus oder mit Siliziumcarbid oder SiC verstanden werden. Diese Materialien werden hier allgemein also als C/SiC-Materialien angesprochen, wobei es sich je nach ihrem Herstellungsursprung und den damit einhergehenden Materialeigenschaften um CVI-C/SiC-, LPI- oder PIP-C/SiC oder LSI-C/SiC-Materialien handeln kann.
Durch Wahl der Zusammensetzung und/oder Herstellung werden bei diesen C/SiC-Materialien für die Anwendung im Einsatzbereich von Fluid fördernden Pumpen geeignete Eigenschaften herausgearbeitet und eingestellt.
Dies betrifft die Wahl und Einstellung der Parameterbereiche der Porosität im Bereich von 2% bis 15%, vorzugsweise im Bereich von 3% bis 12%, der Dichte im Bereich von 1,5 g/cm³ bis 2,5 g/cm³, vorzugsweise im Bereich von 1,9 g/cm³ bis 2,1 g/cm³, der Zugfestigkeit im Bereich von 150 MPa bis 350 MPa, vorzugsweise im Bereich von 190 MPa bis 310 MPa, der Bruchdehnung im Bereich von 0,3% bis 0,8%, vorzugsweise im Bereich von 0,35% bis 0,75%, des Elastizitätsmoduls im Bereich von 50 GPa bis 100 Gpa, vorzugsweise im Bereich von 60 GPa bis 95 GPa, der Biegefestigkeit im Bereich von 280 MPa bis 480 MPa, vorzugsweise im Bereich von 300 MPa bis 475 MPa, ggf. der interlaminaren Scherfestigkeit im Bereich von 30 MPa bis 50 MPa, vorzugsweise im Bereich von 33 MPa bis 45 MPa, ggf. der Zugfestigkeit senkrecht zur Faserebene im Bereich von 4 MPa bis 6 MPa, ggf. der Druckfestigkeit senkrecht zur Faserebene im Bereich von 450 MPa bis 500 MPa, der p-Wärmeleitung im Bereich von 12 W/m K bis 22 W/M K, vorzugsweise im Bereich von 15 W/m K bis 21 W/m K, der s-Wärmeleitung im Bereich von 5 W/m K bis 17 W/M K, vorzugsweise im Bereich von 7 W/m K bis 15 W/m K, der p-Wärmedehnung im Bereich von 1,2·10^–6/K bis 1,3·10^–6/K und der s-Wärmedehnung im Bereich von 3,0·10^–6/K bis 4,0·10^–6/K.
Als besonders geeignete Materialien können Materialien, die in der Fachwelt unter den Namen SIGRASIC 1500 J, SIGRASIC 3001 J, SIGRASIC 3001 GJ, SIGRASIC 3001 GSJ und SIGRASIC 6010 GNJ bekannt sind, oder deren Kombinationen, insbesondere für Drehschieber, verwendet werden, weil diese eine besonders hohe chemische Resistenz und mechanische/thermische Widerstandsfähigkeit besitzen und – mit oder ohne gewebter Struktur – besonders niedrige Materialkörnungen und mithin geringe Reibungs- oder Ra-Werte besitzen.
Der Pumpengehäusekörper kann vollständig aus einem oder mehreren C/SiC-Materialien ausgebildet sein. Je nach Einsatzsituation für die Pumpe kann also in vorteilhafter Weise der Pumpengehäusekörper vollständig aus einem entsprechend gewählten C/SiC-Material oder einer Mehrzahl von C/SiC-Materialien abgestimmt ausgebildet werden.
Der Pumpengehäusekörper kann von einem die Förderkammer aufweisenden, umgebenden oder bildenden Innenwandbereich aus oder mit einem ersten Material und einem den Innenwandbereich aufweisenden oder umgebenden Außenwandbereich aus oder mit einem zweiten Material gebildet werden. Durch diese Maßnahme kann eine Abstimmung im Aufbau des Pumpengehäusekörpers erfolgen, um auch den sonstigen Umgebungs- und Einsatzbedingungen der Pumpe gerecht zu werden. Zum Beispiel kann zur Erreichung der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorteile hinsichtlich chemischer Inertheit und thermischer/mechanischer Stabilität der Innenwandbereich aus einem ersten Material ausgebildet werden, wogegen der Außenwandbereich mit oder aus einem zweiten Material ausgebildet werden kann, um, gegebenenfalls anderen – hier z. B. äußeren – Umgebungs- oder Betriebsbedingungen der Pumpe zu entsprechen.
Das erste Material und das zweite Material können unterschiedlich sein. Wenn die Materialien unterschiedlich gewählt werden, kann z. B. das erste, innere Material in Form einer Schicht oder Beschichtung auf der Innenseite des zweiten Materials für den Pumpengehäusekörper ausgebildet sein.
Das erste Material und das zweite Material können aber auch gleich sein, wobei sie dann insbesondere auch einstückig verbunden sein können. Wenn die Materialien gleich sind, können diese beiden Materialien also z. B. auch in einstückiger Form vorgesehen sein oder werden oder aber, wenn z. B. unterschiedliche Verarbeitungsparameter bei der Herstellung relevant sind, als separate Materialbereiche zusammengefügt sein oder werden, z. B. auch im Sinne einer Beschichtung des zweiten Materials auf der Innenseite durch das erste Material. Die Gleichheit der Materialien kann eine Materialidentität beinhalten oder auch nur eine Zugehörigkeit zu einer gemeinsamen Materialklasse.
Das erste Material kann ein C/SiC-Material sein. Es ist auch möglich, verschiedene C/SiC-Materialien miteinander zu kombinieren oder aber ein C/SiC-Material mit einem anderen Material, z. B. auch mit einem konventionellen Material, welches üblicherweise im Bereich des Aufbaus von Gehäusepumpenkörpern eingesetzt wird.
Die erfindungsgemäße Pumpe kann als Drehschieberpumpe ausgebildet sein, wobei ein um eine Drehachse X rotierbarer Trägerkörper mit einer Drehschieberanordnung als Förderkörper ausgebildet ist. Drehschieberpumpen eignen sich insbesondere zum Fördern von Flüssigkeiten, gerade aber auch zum Fördern von Gasen, z. B. zum Erreichen mittlerer Vakua.
Der Trägerkörper kann einen Trägerkörperkern aus oder mit einem dritten Material und einen den Trägerkörperkern umgebenden und der Förderkammer teilweise oder vollständig zugewandten Trägerkörpermantel aus oder mit einem vierten Material aufweisen. Wie beim Pumpengehäusekörper, so können also auch beim Trägerkörper ein oder mehrere Materialien zum Einsatz kommen, wobei insbesondere dem Umstand Rechnung getragen werden kann, ob ein jeweiliger Bereich des Trägerkörpers dem zu fördernden Medium ausgesetzt ist oder nicht.
Das dritte Material und das vierte Material können unterschiedlich sein. Durch die Wahl der dritten und vierten Materialien kann den oben im Zusammenhang mit dem Pumpengehäusekörper beschriebenen Materialaspekten hinsichtlich der Erreichung der erfindungsgemäßen Vorteile – nämlich der Inertheit gegenüber chemischen Angriffen einerseits und der thermischen/mechanischen Stabilität andererseits – Rechnung getragen werden.
Das dritte Material und das vierte Material können auch gleich sein. Auch hier besteht wieder die Möglichkeit, bei Materialgleichheit für die dritten und vierten Materialien Einstückigkeit des gesamten Trägerkörpers zu vorzusehen. Andererseits können trotz gleicher dritter und vierter Materialien diese auch zusammengefügt werden, z. B. im Sinne einer Beschichtung des dritten Materials des Trägerkörperkerns mit dem vierten Material des Trägerkörpermantels, z. B. um den Betriebs- und Umgebungsbedingungen aufgrund unterschiedlicher Fertigungstechniken trotz gleicher Materialien Rechnung zu tragen.
Das dritte Material kann ein C/SiC-Material sein. Es kann somit das dritte Material als C/SiC-Material entweder auch mit einem anderen C/SiC-Material kombiniert werden oder aber mit einem anderen, z. B. konventionellen Material, welches z. B. üblicherweise bei Trägerkörpern für Drehschieberpumpen eingesetzt wird.
Im Übrigen können die ersten bis vierten Materialien jeweils gleich sein. Es ist auch denkbar, dass es sich bei dem ersten und vierten Materialien – die z. B. dem Fluid ausgesetzt werden können – um C/SiC-Materialien handelt, wogegen das zweite und das dritte Material – die z. B. dem Fluid nicht ausgesetzt werden – andere Materialien sind, die entweder unter sich gleich sein oder sich auch unterscheiden können. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, für die ersten und vierten Materialien dasselbe C/SiC-Material zu verwenden.
Die Drehschieberanordnung kann eine Mehrzahl von Drehschiebern aufweisen, wobei jeder der Mehrzahl von Drehschiebern z. B. einen Drehschieberkern aus oder mit einem fünften Material und einen den Drehschieberkern umgebenden und der Förderkammer teilweise oder vollständig zugewandten Drehschiebermantel aus oder mit einem sechsten Material aufweisen kann. Für die einzelnen Drehschieber der Drehschieberanordnung gelten dieselben materialmäßigen Rahmenbedingungen, wie für den Trägerkörper der Drehschieber und wie für den Pumpengehäusekörper der Pumpe. Das bedeutet, dass die fünften und sechsten Materialien für den Drehschieberkern bzw. für den Drehschiebermantel so gewählt werden könnten, dass den Betriebs- und Umgebungsbedingungen Rechnung getragen wird, gerade auch im Zusammenwirken mit den anderen materiellen Bestandteilen der Pumpe, nämlich denen des Trägerkörpers und/oder denen des Pumpengehäusekörpers, wobei insbesondere der jeweilige mechanische Kontakt und Reibungseffekte Beachtung finden können.
Das fünfte Material und das sechste Material können unterschiedlich sein. Durch die Wahl der fünften und sechsten Materialien für Drehschieberkern bzw. Drehschiebermantel kann wieder den Besonderheiten des Betriebs und der Umgebung Rechnung getragen werden. Bei Ungleichheit der fünften und sechsten Materialien kann es wieder vorgesehen sein, dass der Drehschieberkern mit oder aus dem fünften Material beschichtet wird mit einer Beschichtung mit oder aus dem sechsten Material.
Das fünfte Material und das sechste Material können auch gleich sein. Denkbar ist auch hier wieder die Einstückigkeit, hier also aus Drehschieberkern und Drehschiebermantel.
Das fünfte Material kann ein C/SiC-Material sein. Auch hier wieder bietet sich der Einsatz des C/SiC-Materials im Außenbereich, also im Mantelbereich für den Drehschieber an. Es ist also hier auch wieder eine Kombination des C/SiC-Materials entweder mit einem anderen C/SiC-Material oder einem herkömmlichen Material im Bereich des Drehschieberkerns möglich.
Neben der vorgestellten Verwendung des C/SiC-Materials im Bereich der Drehschieberpumpen ist jedoch erfindungsgemäß auch die Verwendung von C/SiC-Materialien im Bereich anderer Pumpen möglich, um die hervorragenden Eigenschaften der C/SiC-Materialien im Hinblick auf die chemische Inertheit und/oder im Hinblick auf die Widerstandsfähigkeit gegen thermischen/mechanischen Wechselwirkungen und Belastungen vorteilhaft einzusetzen.
Die erfindungsgemäße Pumpe kann z. B. auch als Schneckenpumpe und insbesondere als Schneckenförderer oder als Exzenterschneckenpumpe mit einer Schnecke als Förderkörper ausgebildet sein, wobei die Schnecke aus oder mit einem C/SiC-Material ausgebildet ist.
Ferner kann die erfindungsgemäße Pumpe z. B. auch als Drehkolbenpumpe oder Kreiselkolbenpumpe mit einer Anordnung einer Mehrzahl von Drehkolben oder Kreiselkolben als Förderkörper ausgebildet sein, wobei ein oder mehrere der Dreh- oder Kreiselkolben aus oder mit einem C/SiC-Material ausgebildet sind.
Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Pumpe z. B. auch als Zahnradpumpe mit einer Anordnung mit einem oder mehreren Zahnrädern als Förderkörper ausgebildet sein, wobei ein oder mehrere der Zahnräder aus oder mit einem C/SiC-Material ausgebildet sind.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Pumpe z. B. auch als Kreiselpumpe oder als Schaufelradpumpe und insbesondere als Axialpumpe oder als Radialpumpe mit einer Anordnung mit einem oder mehreren Kreiselrädern oder Schaufelrädern als Förderkörper ausgebildet sein, wobei ein oder mehrere der Kreiselräder oder Schaufelräder aus oder mit einem C/SiC-Material ausgebildet sind.
Bei sämtlichen Ausführungsformen von Pumpen können sämtliche Kombinationen der Modifikationen von Pumpengehäusekörper und Förderkörper aus oder mit C/SiC-Materialien vorgesehen sein.
Es kann somit entweder nur der Pumpengehäusekörper modifiziert sein oder nur der Förderkörper. Es können natürlich auch Pumpengehäusekörper und Förderkörper mit C/SiC-Materialien modifiziert sein. Dabei können sämtliche gewählten C/SiC-Materialien teilweise, vollständig oder nicht übereinstimmen, um dadurch die Pumpeneigenschaften zu verbessern. Dabei können auch Aspekte berücksichtigt werden, die die thermische Belastung, die mechanische Belastung, z. B. in Form von Reibung, und/oder die chemische Belastung betreffen und die für unterschiedliche Bereiche der Pumpe durchaus auch unterschiedlich sein können.
Die Erfindung schlägt ferner die Verwendung von C/SiC-Materialien für Pumpen aller Art, vorzugsweise für Pumpengehäuse und/oder für Drehschieberpumpen und deren Drehschieber, vor, nämlich die Verwendung mindestens eines C/SiC-Materials bei einer Pumpe zur Förderung eines Fluids, wobei die Pumpe ausgebildet ist oder wird (a) mit einem eine Förderkammer bildenden oder aufweisenden Pumpengehäusekörper und (b) mit einem in der Förderkammer steuerbar bewegbaren Förderkörper zur Förderung des Fluids von einem Einlass für die Förderkammer zu einem Auslass für die Förderkammer, und wobei mindestens ein zum Kontakt mit dem Fluid vorgesehener Bereich des Pumpengehäusekörpers und/oder des Förderkörpers mit oder aus einem C/SiC-Material ausgebildet wird.
Diese und weitere Aspekte werden auf der Grundlage der beigefügten Zeichnungen erläutert.
KURZBERSCHREIBUNG DER FIGUREN
1A–B sind schematische Querschnittsansichten, welche eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe in Form einer Drehschieberpumpe zeigen, wobei in 1B zusätzlich die Symmetrieachse Y der Pumpenkammer und die Symmetrie und Drehachse X des Förderkörpers 30 dargestellt sind.
2A–D sind schematische Ansichten einer Ausführungsform eines Drehschiebers für eine erfindungsgemäße Pumpe, wie sie z. B. in 1 dargestellt ist.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine andre Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe als Drehschieberpumpe zeigt.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe in Form einer Schneckenpumpe zeigt.
5 ist eine schematisch Ansicht, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe als Drehkolbenpumpe oder Kreiselkolbenpumpe zeigt.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe in Form einer Zahnradpumpe zeigt.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe in Form einer Kreiselpumpe oder Schaufelradpumpe zeigt, hier als Radialpumpe.
DETAILBESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschreiben. Sämtliche Ausführungsformen der Erfindung und ihrer Komponenten und auch ihre technischen Merkmale und Eigenschaften können einzeln isoliert oder wahlfrei zusammengestellt miteinander beliebig und ohne Einschränkung kombiniert werden.
Strukturell und/oder funktionell gleiche, ähnliche oder gleich wirkende Merkmale oder Elemente werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall wird eine detaillierte Beschreibung dieser Merkmale oder Elemente und ihrer Eigenschaften wiederholt.
Nun wird im Detail auf die Zeichnungenn Bezug genommen.
1A zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe 10 in Form einer Drehschieberpumpe 11. Diese wird unter anderem gebildet von einem Pumpengehäusekörper 20, welcher bei diesem Beispiel einstückig und aus einem einzigen Material ausgebildet ist und eine Förderkammer 21 bildet und umgibt, in welcher ein Förderkörper 30, der hier in Form eines mit einer Drehschieberanordnung 32 versehenen Trägerkörpers 31 ausgebildet ist, steuerbar rotiert werden kann. Sowohl der Trägerkörper 31 als auch die einzelnen Drehschieber 32-1 und 32-2 der Drehschieberanordnung 32 sind jeweils einstückig aus einem einzelnen Material gebildet. Diese Materialien können ein C/SiC-Material sein oder aufweisen. Die Materialien können zueinander gleich sein oder sich unterscheiden.
Vorzugsweise können z. B. Drehschieber einer herkömmlichen Drehschieberpumpe durch erfindungsgemäße Drehschieber 32-1 und 32-2 ersetzt sein, die vollständig aus einem C/SiC-Material bestehen, wobei dann der Trägerkörper 31 und der Pumpengehäusekörper 20 aus anderen Materialien gefertigt sind, z. B. auch aus im Bereich des Pumpenbaus gewöhnlichen Materialien. Da jedoch bei einer Drehschieberpumpe die Drehschieber 32-1 und 32-2 aufgrund des Eingreifens thermischer, mechanischer und chemischer Beanspruchungen eine besondere Belastung trifft, ist das Ausgestalten gerade der Drehschieber 32-1 und 32-2 mit oder aus einem C/SiC-Material zunächst besonders vorteilhaft.
In der 1A sind in der Drehschieberanordnung 32 nur zwei Drehschieber 32-1 und 32-2 gezeigt. Grundsätzlich ist aber auch der Einsatz einer höheren Zahl von Drehschiebern 32-1, 32-2 möglich.
Die Funktionalität der Pumpe 10 ergibt sich aufgrund der durch die Pfeile angedeuteten Rotation des mit den Drehschiebern 32-1 und 32-2 versehenen Drehkörpers 31. Die Drehschieber 32-1 und 32-2 sind zwar im Drehkörper 31 oder Trägerkörper 31 axial – also senkrecht zur Zeichenebene – im Wesentlichen fest gelagert, werden jedoch radial über die Feder 33 oder eine andere Spannvorrichtung 33 vorgespannt und radial nach außen und gegen den Pumpengehäusekörper 20 und somit gegen die Innenseite oder Innenfläche der Förderkammer 21 gedrückt, wobei der Kante 32c oder Rakelkante 32c der Drehschieber 32-1 und 32-2 eine besondere Bedeutung und auch Belastung zukommt, weil hier ein direkter mechanischer und thermischer Kontakt zur Innenwand der Förderkammer 21 und somit mit dem Material des Pumpengehäusekörpers 20 auftritt.
In der Ausführungsform der 1A ist der Trägerkörper 31 zylindersymmetrisch ausgebildet und exzentrisch, also achsenparallel aber achsenversetzt innerhalb der ebenfalls im Schnitt kreiszylindrischen Förderkammer 21 angeordnet. Aufgrund dieser exzentrischen Anordnung des Förderkörpers 30 oder Trägerkörpers 31 und der durch die Pfeile angedeuteten Rotationsbewegung entsteht auf der linken Seite hinter dem ersten Drehschieber 32-1 immer ein Einlass-, Unterdruck- oder Ansaugkompartiment 21a der Förderkammer 21, die als Ansaugraum dient und über einen durch die Bewegung des ersten Drehschiebers 32-1 vergrößert wird und somit in Bezug auf den Einlass 22 oder Einlassbereich 22 einen Unterdruck ausbildet, so dass es zu einem Einstrom E des Fördermediums oder Fluids F durch den Einlass 22 in die Förderkammer 21 kommt. Auf der rechten Seite der 1A wird dagegen durch die Rotation des Förderkörpers 31 das in Bewegungsrichtung vor dem zweiten Drehschieber 32-2 befindliche Auslass-, Überdruck- oder Ausstoßkompartiment 21c ständig verkleinert, so dass dort über einen Überdruck durch den Auslass 23 ein Ausstrom A des zu fördernden Fördermediums F oder Fluids F erfolgt.
Zwischen dem Einlasskompartiment 21a, welches auch als Unterdruckkompartiment bezeichnet werden kann, und dem Auslasskompartiment 21c, welches auch als Überdruckkompartiment bezeichnet werden kann, befindet sich ein Zwischenkompartiment 21b, welches ebenfalls mit zu förderndem Medium F gefüllt ist und dessen Volumen während der Rotation des Förderkörpers 30 durch die in Bewegungsrichtung vordere Seite des ersten Drehschiebers 32-1 geschoben und durch die in Bewegungsrichtung rückwärtige Seite des zweiten Drehschiebers 32-2 gezogen wird, und zwar vom Einlass 22 zum Auslass 23 hin. In der Bewegungsfolge wird dann das zu fördernde Medium F über den Einstrom über die Einlassöffnung 22 zum Ausstrom A aus der Auslassöffnung 23 gebracht. Dabei geht das im Einlasskompartiment 21a befindliche Volumen durch die Drehung in das Volumen im Zwischenkompartiment 21b über und wird dann zum ausströmenden Volumen des Auslasskompartiments 21c.
1B zeigt dieselbe Pumpenanordnung 10 wie in 1A, wobei jedoch zusätzlich einerseits die Symmetrie- oder Zylinderachse Y der Förderkammer 20 und die parallel, aber exzentrisch dazu angeordnete Symmetrie-, Zylinder- und Drehachse X des Förderkörpers 30 dargestellt sind.
Die 2A bis 2D zeigen die Geometrie und Dimensionierung eines einstückig aus einem C/SiC-Material gefertigten Drehschiebers 32-1, 32-2. 2A ist dabei eine perspektivische Draufsicht auf den Drehschieber 32-1, 32-2.
Aus den teilweise geschnitten Vorder-, Seiten- und Draufsichten gemäß den 2B bis 2D wird einerseits ersichtlich, dass die Kante 32c oder Rakelkante 32c abgerundet ausgebildet ist, um den Kontakt und/oder die Abdichtung des Drehschiebers 32-1, 32-2 gegen die Innenwand des Pumpengehäusekörpers 20 zu begünstigen. Andererseits ist zu erkennen, dass auf der der Kante 32c gegenüberliegenden Seite des Drehschiebers 32-1, 32-2 Bohrungen 32b ausgebildet sind, um im Trägerkörper 31 und insbesondere an der Feder 33 oder einer anderen Vorspanneinrichtung 33 gehaltert zu werden.
Die Anordnung aus der 3 für eine erfindungsgemäße Pumpe 10 ist der Anordnung aus der 1 sehr ähnlich. Jedoch sind hier die Bauelemente in Materialbereiche unterteilt, die entweder zueinander gleich oder auch zueinander verschieden ausgebildet sein können, wie dies im Zusammenhang mit der allgemeinen Beschreibung der Erfindung oben erläutert wurde.
So besteht z. B. der Pumpengehäusekörper 20 bei der Ausführungsbeispiel der 3 aus einem Innenwandbereich 20i des Pumpengehäusekörpers 20 und einem Außenwandbereich 20a des Pumpengehäusekörpers 20. Vorzugsweise wird dabei der Innenwandbereich 20i des Pumpengehäusekörpers 20 aus einem C/SiC-Material gebildet.
Alternativ oder zusätzlich bestehen der Trägerkörper 31 oder die Trägerachse 31 für die Drehschieberanordnung 32 aus einem Trägerkörperkern 31k, welcher entsprechend im Inneren des Trägerkörpers 31 liegt, und einem außen gelegenen Trägerkörpermantel 31m. Vorzugsweise kann der Trägerkörpermantel 31m des Trägerkörpers 31 aus einem C/SiC-Material ausgebildet sein.
Darüber hinaus kann weiter zusätzlich oder alternativ jeder der Drehschieber 32-1, 32-2 ebenfalls aus einem innen gelegenen Drehschieberkern 32k und einem außen gelegenen Drehschiebermantel 32m gebildet sein. Dabei kann vorzugsweise der Drehschiebermantel aus einem C/SiC-Material gefertigt sein.
Bei der Ausführungsform der 3 sind sämtliche Materialkombinationen denkbar, d. h., der Innenwandbereich 20i des Pumpengehäusekörpers 20, der Drehkörpermantel 31m des Drehkörpers 31 und der Drehschiebermantel 32m der Drehschieber 32-1, 32-2 können alternativ, gemeinsam oder beliebig kombiniert aus oder mit einem oder mehreren gleichen oder unterschiedlichen C/SiC-Materialien gefertigt sein. Die materielle Abstimmung erfolgt entsprechend den Erfordernissen hinsichtlich chemischer Inertheit und mechanisch/thermischer Stabilität, wobei insbesondere Wechselwirkungen der direkt in Kontakt miteinander tretenden Materialien berücksichtigt werden können.
Die 4 zeigt in schematischer und teilweise geschnittener Ansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe 10 als Schneckenpumpe 12, bei welcher wiederum der Pumpengehäusekörper 20 und die als Förderkörper 30 fungierende Schnecke 30-1 alternativ oder gemeinsam mit oder aus einem oder mehreren C/SiC-Materialien ausgebildet sein können.
Die 5 zeigt in schematischer Ansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe 10, welche als Drehkolbenpumpe 13 oder Kreiselkolbenpumpe 13 ausgebildet sind und bei welchen wiederum der Pumpengehäusekörper 20 und die als Förderkörper 30 fungierenden Drehkolbenanordnungen 30-2 oder Kreiselkolbenanordnungen 30-2 alternativ oder gemeinsam mit oder aus einem oder mehreren C/SiC-Materialien ausgebildet sein können.
6 zeigt in schematischer Ansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe 10, welche als Zahnradpumpe 14 ausgebildet ist und bei welcher der Pumpengehäusekörper 20 und die als Förderkörper 30 fungierende Zahnradanordnung 30-3 alternativ oder gemeinsam mit oder aus einem oder mehreren C/SiC-Materialien ausgebildet sein können.
Die 7 zeigt in schematischer Ansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe 10, welche als Kreiselpumpe 15 oder Schaufelradpumpe 15, nämlich hier als Radialpumpe ausgebildet ist und bei welcher der jeweilige Pumpengehäusekörper 20 und die als jeweiliger Förderkörper 30 fungierende Schaufelradanordnung 30-3 alternativ oder gemeinsam mit oder aus einem oder mehreren C/SiC-Materialien ausgebildet sein können.
Ob und welche Bereiche und Komponenten der einzelnen Pumpen 10 und Pumpenanordnungen 10 mit oder aus einem oder mehreren C/SiC-Materialien gefertigt werden, ergibt sich aus den Betriebs- und Umgebungsbedingungen, aus dem zu fördernden Medium F und aus den Wechselwirkungsparametern der einzelnen Pumpenbestandteile. Grundsätzlich sind aber erfindungsgemäß sämtliche Materialkombinationen denkbar und nicht auf die in den Figuren oder den Ausführungsbeispielen beschriebenen beschränkt.
Diese und weitere Aspekte werden nun der Grundlage der nachfolgend Bemerkungen weiter erläutert:
Insbesondere zur Erhöhung der Lebensdauer von Pumpengehäusen und anderer Pumpenkomponenten, z. B. von Drehschiebern, für unterschiedliche Fördermittel im Fluid- oder Gasstrom schlägt die Erfindung den Einsatz von C/SiC-Materialien für Pumpen aller Art vor, insbesondere bei Drehschieberpumpen und z. B. auch im Bereich von Pumpengehäusen. Dabei können die Förderkammer und/oder der Förderkörper – z. B. Trennschieber, Förderschnecken usw. – ganz oder teilweise aus einem oder mehreren C/SiC-Materialien gestaltet sein, um somit z. B. Wartungsintervalle zu verlängern, indem z. B. aufgrund der Resistenz der C/SiC-Materialien gegen Fördermittel der Angriff auf das Material der Pumpe reduziert oder verhindert wird.
Bezugszeichenliste

10: Pumpe, Pumpenanordnung
11: Drehschieberpumpe
12: Schneckenpumpe, Schneckenförderer, Exzenterschneckenpumpe
13: Drehkolbenpumpe, Kreiselkolbenpumpe
14: Zahnradpumpe
15: Kreisel- oder Schaufelradpumpe, Axialpumpe, Radialpumpe
20: Pumpengehäusekörper
20i: Innenwandbereich des Pumpengehäusekörpers 20
20a: Außenwandbereich des Pumpengehäusekörpers 20
21: Förderkammer
21a: Einlasskompartiment, Unterdruckkompartiment, Ansaugkompartiment
21b: Zwischenkompartiment
21c: Auslasskompartiment, Überdruckkompartiment, Ausstoßkompartiment
22: Einlass, Einlassbereich
23: Auslass, Auslassbereich
30: Förderkörper
30-1: Schnecke
30-2: Drehkolben(-anordnung), Kreiselkolben(-anordnung)
30-3: Zahnrad(-anordnung)
30-4: Schaufelrad(-anordnung)
31: Trägerkörper, Trägerachse
31k: Kern, Trägerkörperkern, Trägerachsenkern
31m: Mantel, Trägerkörpermantel, Trägerachsenmantel
32: Drehschieberanordnung, Drehschieber
32-1: erstes Drehschieberelement
32-2: zweites Drehschieberelement
32b: Bohrung
32c: Kontaktkante, Rakelkante
32k: Kern, Drehschieberkern
32m: Mantel, Drehschiebermantel
33: Feder, Druckfeder, Vorspanneinrichtung
A: Ausstrom
E: Einsstrom
F: Fluid, Fördermedium, Medium
X: Drehachse des Trägerkörpers 31, Symmetrieachse des Förderkörpers 30
Y: Symmetrieachse der Förderkammer 21

Claims

Pumpe (10) zur Förderung eines Fluids (F), mit einem eine Förderkammer (21) bildenden oder aufweisenden Pumpengehäusekörper (20), mit einem in der Förderkammer (21) steuerbar bewegbaren Förderkörper (30) zur Förderung des Fluids (F) von einem Einlass (22) für die Förderkammer (21) zu einem Auslass (23) für die Förderkammer (21), wobei mindestens ein zum Kontakt mit dem Fluid (F) vorgesehener Bereich des Pumpengehäusekörpers (20) und/oder des Förderkörpers (30) mit oder aus einem C/SiC-Material ausgebildet ist.
Pumpe (10) nach Anspruch 1, bei welcher der Pumpengehäusekörper (20) vollständig aus einem oder mehreren C/SiC-Materialien ausgebildet ist.
Pumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher der Pumpengehäusekörper (20) gebildet wird von einem die Förderkammer (21) aufweisenden, umgebenden oder bildenden Innenwandbereich (20i) aus oder mit einem ersten Material und einem den Innenwandbereich (21i) aufweisenden, umgebenden oder bildenden Außenwandbereich (20a) aus oder mit einem zweiten Material.
Pumpe (10) nach Anspruch 3, bei welcher das erste Material und das zweite Material unterschiedlich sind.
Pumpe (10) nach Anspruch 3, bei welcher das erste Material und das zweite Material gleich und insbesondere einstückig verbunden sind.
Pumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 5, bei welcher das erste Material ein C/SiC-Material ist.
Pumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche als Drehschieberpumpe ausgebildet ist und bei welcher ein um eine Drehachse (X) rotierbarer Trägerkörper (31) mit einer Drehschieberanordnung (32) als Förderkörper (30) ausgebildet ist.
Pumpe (10) nach Anspruch 7, bei welcher der Trägerkörper (31) einen Trägerkörperkern (31k) aus oder mit einem dritten Material und einen den Trägerkörperkern (31k) umgebenden und der Förderkammer (21) teilweise oder vollständig zugewandten Trägerkörpermantel (31b) aus oder mit einem vierten Material aufweist.
Pumpe (10) nach Anspruch 8, bei welcher das dritte Material und das vierte Material unterschiedlich sind.
Pumpe (10) nach Anspruch 8, bei welcher das dritte Material und das vierte Material gleich sind.
Pumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 10, bei welcher das dritte Material ein C/SiC-Material ist.
Pumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 7 bis 11, bei welcher die Drehschieberanordnung (32) eine Mehrzahl von Drehschiebern (32-1, 32-2) aufweist und bei welcher jeder der Mehrzahl von Drehschiebern (32-1, 32-2b) einen Drehschieberkern (32k) aus oder mit einem fünften Material und einen den Drehschieberkern (32k) umgebenden und der Förderkammer (21) teilweise oder vollständig zugewandten Drehschiebermantel (32m) aus oder mit einem sechsten Material aufweist.
Pumpe (10) nach Anspruch 12, bei welcher das fünfte Material und das sechste Material unterschiedlich sind.
Pumpe (10) nach Anspruch 12, bei welcher das fünfte Material und das sechste Material gleich sind.
Pumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 14, bei welcher das fünfte Material ein C/SiC-Material ist.
Pumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, welche als Schneckenpumpe und insbesondere als Schneckenförderer oder als Exzenterschneckenpumpe mit einer Schnecke (30-1) als Förderkörper (30) ausgebildet ist, wobei die Schnecke (30-1) aus oder mit einem C/SiC-Material ausgebildet ist.
Pumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, welche als Drehkolbenpumpe oder Kreiselkolbenpumpe mit einer Anordnung einer Mehrzahl von Drehkolben (30-2) oder Kreiselkolben (30-2) als Förderkörper (30) ausgebildet ist, wobei ein oder mehrere der Dreh- oder Kreiselkolben (30-2) aus oder mit einem C/SiC-Material ausgebildet sind.
Pumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, welche als Zahnradpumpe mit einer Anordnung mit einem oder mehreren Zahnrädern (30-3) als Förderkörper (30) ausgebildet ist, wobei ein oder mehrere der Zahnräder (30-3) aus oder mit einem C/SiC-Material ausgebildet sind.
Pumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, welche als Schaufelradpumpe und insbesondere als Axialpumpe oder als Radialpumpe mit einer Anordnung mit einem oder mehreren Schaufelrädern (30-4) als Förderkörper (30) ausgebildet ist, wobei ein oder mehrere der Schaufelräder (30-4) aus oder mit einem C/SiC-Material ausgebildet sind.
Verwendung mindestens eines C/SiC-Materials bei einer Pumpe (10) zur Förderung eines Fluids (F), wobei die Pumpe (10) ausgebildet wird: – mit einem eine Förderkammer (21) bildenden oder aufweisenden Pumpengehäusekörper (20) und – mit einem in der Förderkammer (21) steuerbar bewegbaren Förderkörper (30) zur Förderung des Fluids (F) von einem Einlass (22) für die Förderkammer (21) zu einem Auslass (23) für die Förderkammer (21), und wobei mindestens ein zum Kontakt mit dem Fluid (F) vorgesehener Bereich des Pumpengehäusekörpers (20) und/oder des Förderkörpers (30) mit oder aus einem C/SiC-Material ausgebildet wird.