-
Die Erfindung betrifft eine Schlauchpumpe, insbesondere in radialer Bauform.
-
Eine Schlauchpumpe, auch Schlauchquetschpumpe oder Peristaltikpumpe genannt, ist eine Verdrängerpumpe, bei der das zu fördernde Medium durch äußere mechanische Verformung eines Schlauches durch diesen hindurchgedrückt wird. Dabei stützt sich der Schlauch jeweils außen am Gehäuse des Pumpenkopfes ab und wird von innen durch Rollen oder Gleitschuhe abgeklemmt, die sich an einem Rotor (radiales Wirksystem) drehen. Beim linearen Wirksystem werden die Abklemmelemente über eine Nockenwelle bewegt. Bei jeder Bauart führt die Bewegung dazu, dass sich die Abklemmstelle entlang des Schlauches bewegt und dadurch das Fördermedium vorantreibt. Das Erzeugen des Ansaugunterdrucks wird bei Standardschlauchpumpen durch die Elastizität des Schlauchmaterials erzeugt.
-
Man unterscheidet zwischen Geräten mit einem maximalen Arbeitsdruck von ca. 2 bar und 16 bar. Bis 2 bar handelt es sich überwiegend um so genannte Trockenläufer, bei denen sich kein Schmiermittel im Pumpenkopf befindet. Bis 16 bar ist der Pumpenkopf mit einem Schmiermittel befüllt, das auch gleichzeitig eine Kühlfunktion erfüllt.
-
Nachteil der Schlauchpumpen ist deren relativ kurze Schlauchlebensdauer durch starkes Walken, die Gefahr von Schlauchschäden bei nichtpassender Auslegung der Pumpe und des Fördermediums (chemische Beständigkeit u. Feststoffbelastung), wobei mit zunehmendem Schlauchverschleiß Förderleistung und -druck reduziert werden.
-
Daher werden an den Pumpenschlauch hohe Anforderungen bezüglich Walkfähigkeit, Elastizität, Abriebfestigkeit und Maßhaltigkeit gestellt. Das Fördervolumen hängt von den Querschnittsabmessungen des Pumpenschlauchs ab und von dessen Rückstellfähigkeit. Üblicherweise werden Pumpenschläuche für peristaltische Pumpen aus hochelastischem Material, z. B. Silikon, mit hoher Maßhaltigkeit hergestellt und weisen einen runden Querschnitt auf. Um den erforderlichen Drücken standzuhalten, müssen die Pumpenschläuche eine relativ hohe Wanddicke aufweisen, wodurch die erforderlichen Kräfte relativ hoch sind, mit denen der Schlauch zusammengedrückt werden muss. Weiterhin wird es schwierig, den Schlauch wirklich komplett dicht abzuklemmen. Daher wurden Schläuche mit besonderen Querschnittgeometrien entwickelt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift
DE 39 09 657 A1 ein Pumpenschlauch für eine peristaltische Pumpe bekannt, der im unverformten Zustand aus zwei bogenförmigen Abschnitten besteht, die entlang von Knicklinien ineinander übergehen, so dass er die Querschnittsform einer konvexen Linse hat. An die Verbindungsstellen der bogenförmigen Abschnitte schließen sich nach außen weisende Stege an. Beim Zusammendrücken des Schlauches entstehen an den Verbindungsstellen nur mäßige Quetschungen und die Stege sollen eine Überquetschung verhindern.
-
Aus der Druckschrift
DE 101 31 563 A1 sind eine Schlauchpumpe und ein Schlauchelement bekannt, wobei das Schlauchelement einen Schlauch aufweist, der in eine Form vorgeformt ist, die der Innenumfangsfläche des Pumpengehäuses angepasst ist. Der Schlauch weist einen im Wesentlichen linsenförmigen Querschnitt auf und ist aus einem Kunstharzformwerkstoff mit hoher chemischer Beständigkeit gefertigt, beispielsweise aus Polypropylen, Polyethylen oder Fluorcarbonharz, welches jedoch eine geringe Flexibilität und Elastizität aufweist.
-
Ein Schlauch für Schlauchpumpen aus Gummi oder gummiähnlichen Kunststoffen, der in bogenförmiger Gestalt von einem rotierenden Pressorgan, insbesondere in Form einer Druckrolle, auf einer Stützbahn zusammendrückbar ist, in der Weise, dass zu beiden Seiten des Schlauches an diesem Knickstellen entstehen, ist auch aus
DE 295 01 633 U1 bekannt. Bei dieser Lösung weist der Schlauchkörper zumindest über den größten Teil seines Knickstellenbereichs (im Vergleich zu den übrigen Querschnittsbereichen) eine geringere Härte auf.
-
Die vorgenannten Lösungen sind aufwendig herstellbar und somit kostenintensiv.
-
Es ist weiterhin aus der Druckschrift
DE 10 2006 016 806 A1 eine Verdrängermaschine bekannt, bei welcher ein zuverlässiges und leckagefreies Abdichten dadurch erfolgt, dass ein gemeinsamer Wandabschnitt der volumenveränderlichen Arbeitskammern auf den Arbeitskammerinnenseiten profiliert wird. Dazu wird eine Art Sägezahnprofil vorgesehen, wobei sich die Zähne bevorzugt quer zur Bewegungsrichtung des bewegten Elements erstrecken und in Bewegungsrichtung zueinander beabstandet sind. Zwei sich gegenüberliegende Wandabschnitte werden dazu auf ihrer Innenseite mit einer Profilierung versehen. Die Ausbildung dieses Sägezahnprofiles in Richtung zur Arbeitskammer ist jedoch sehr aufwendig und bei Schläuchen nicht umsetzbar.
-
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schlauchpumpe, insbesondere in radialer Bauform zu entwickeln, die einen einfachen und kostengünstigen konstruktiven Aufbau aufweist und mit einem hohen Wirkungsgrad sowie umweltfreundlich arbeitet.
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Die Schlauchpumpe weist zumindest einen Schlauch und ein oder mehrere Abklemmmittel zum fortschreitenden Abklemmen des Schlauches auf, wobei unter einer fortschreitenden Abklemmbewegung das Fluid im Schlauch transportiert wird. Erfindungsgemäß weisen die im Gehäuse angeordnete Anlagefläche des Schlauches und /oder die Abklemmmittel in Richtung zum Schlauch Abklemmelemente auf, die in Form von Erhebungen ausgebildet sind und durch welche eine zuverlässige und vollständige oder nahezu vollständige Abklemmung des Schlauches gewährleistet wird. Dabei sind die Abklemmelemente bevorzugt in geringem Abstand zueinander angeordnet und können beispielsweise in der Art einer Verzahnung ausgebildet sein, die sich quer zur Förderrichtung erstreckt. Zusätzlich oder alternativ ist der Schlauch zumindest in dem Bereich, der abgeklemmt wird, mehrlagig ausgebildet und/oder besteht aus mehreren ineinandersteckenden Einzelschläuchen, um einerseits die erforderliche Flexibilität und andererseits die erforderliche Abriebfestigkeit und Druckfestigkeit zu gewährleisten. Dabei weist der Schlauch bei einem lagenförmigen Aufbau zumindest eine innere Lage aus einem elastischen Material auf, welches außerhalb der Abklemmstelle/n auf seinen Außendurchmesser zurückfedert und zumindest eine äußere Lage, die aus einem textilen, flexiblen, abriebfesten und druckfestem Material besteht und einem hohen Berstdruck standhält.
-
Alternativ kann der Schlauch aus z.B. zwei Einzelschläuchen zusammengesetzt sein, wobei ein innerer erster Einzelschlauch aus einem elastischen Material besteht, welches außerhalb der Abklemmstelle/n auf seinen Außendurchmesser zurückfedert. Dieser ist eingeschoben in einen äußeren zweiten Einzelschlauch aus einem textilen, flexiblen Material. Als elastisches Schlauchmaterial wird bevorzugt Silikon verwendet. Der äußere zweite Einzelschlauch ist bevorzugt ein Druckschlauch aus einem flexiblen Kunstfasergewebe, welches einem hohen Berstdruck standhält. Besonders vorteilhaft hat sich dafür ein Feuerwehrschlauch bzw. ein Abschnitt eines Feuerwehrschlauches erwiesen, da der Feuerwehrschlauch bis zu einem Druck von 50 bar belastbar ist. Alternativ können auch andere dünnwandige flexible Druckschläuche als Außenschlauch eingesetzt werden.
-
Bevorzugt werden zwei bis vier voneinander beabstandete Abklemmmittel zum Abklemmen des Schlauches vorgesehen, die an dem Rotor, der an einer rotierend gelagerten Welle drehfest angeordnet ist, in Form von drehbaren Rollen oder Gleitschuhen bzw. Gleitelementen ausgebildet sind. Sowohl an den Rollen als auch an den Gleitschuhen/Gleitelementen können dabei Abklemmelemente ausgebildet sein.
-
Der Schlauch stützt sich dabei außen an einem Gehäuse an einer Anlagefläche ab und innen werden die Abklemmmittel (Gleitelemente, Gleitschuhe, Rollen) mit der Antriebswelle rotierend gelagert.
-
Der Schlauch wird bevorzugt in einer kreissegmentartigen Biegung im Gehäuse aufgenommen oder alternativ linear zum Gehäuse mittels rotierend gelagerten Walzen geklemmt.
-
Wird am Ausgang der Schlauchpumpe ein Druckventil angeordnet, so arbeitet dieses als Kompressor.
-
Die Schlauchpumpe weist erfindungsgemäß mindestens einen sich längs oder gekrümmt erstreckenden Druckraum und ein oder mehrere Abklemmmittel zum entlang des Druckraumes fortschreitenden örtlichen Abklemmen des Druckraumes auf. Der Druckraum kann beispielsweise in einem fortschreitend partiell abklemmbaren Schlauch oder einem fortschreitend partiell abklemmbaren schlauchartigem Element ausgebildet sein. Alternativ kann der Druckraum zwischen einem Gehäuse mit einer Ausnehmung und einem oder mehreren in der Ausnehmung angeordneten zu dieser abgedichteten Elementen ausgebildet sein, wobei durch das/die Abklemmmittel das/die Elemente in die Ausnehmung, den Querschnitt des Druckraumes fortschreitend partiell abklemmend, eindrückbar sind. Der Schlauch stützt sich außen an einem Gehäuse an einer Anlagefläche ab und innen werden die Abklemmmittel mit der Welle drehfest verbunden und die Welle drehbar im Gehäuse gelagert.
-
Als Strömungsmedium kann ein flüssiges oder gasförmiges Fluid verwendet werden, z.B. als gasförmiges Fluid Luft oder als flüssiges Fluid Wasser. Es können jedoch auch andere flüssige oder gasförmige Medien mit der erfindungsgemäßen Pumpe transportiert werden.
-
Die Pumpe ist kostengünstig herstellbar, arbeitet äußerst energieeffizient, ist sehr leichtgängig und kann in Verbindung mit einem ausgangsseitigen Ventil erstmalig auch als Kompressor verwendet werden.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 den Prinzipaufbau einer Schlauchpumpe,
-
2 Schlauchpumpe mit ausgangsseitigem Druckventil,
-
3 eine Prinzipdarstellung eines sich linear erstreckenden Druckraums in einem schlauchartigen Element,
-
4 einen Querschnitt einer Ausführung, ähnlich 3, oben mit nicht zugestellter Walze, unten mit dem Druckraum abklemmender Walze,
-
5 Druckraum zwischen einem Gehäuse mit einer Ausnehmung und einem oder mehreren in der Ausnehmung angeordneten zu dieser abgedichteten U-förmigen Elementen im Querschnitt,
-
6 einen Querschnitt einer Variante, bei welcher der Druckraum zwischen zwei ineinandergreifenden U-Profilen gebildet wird, oben mit nicht zugestellter Walze, unten mit abgeklemmten Druckraum,
-
7 einem Querschnitt einer Variante, bei welcher ein umfangsseitig geschlossenes Kissen zwischen zwei Profilen angeordnet ist, die durch eine Walte gegeneinander bewegt werden, wobei der im Kissen befindliche Druckraum fortlaufend abgeklemmt wird.
-
Gemäß 1 weist die Schlauchpumpe 1 ein Gehäuse 2 auf, in welche ein Schlauch 3 hier um 180° gebogen eingelegt ist und mit seinem Außenbereich an einer entsprechend gekrümmten Anlagefläche (Rollbett) 2.1 des Gehäuses 2 anliegt. Innerhalb des Gehäuses 2 ist mittels einer Antriebswelle 4 ein Rotor 5 gelagert und hier im Uhrzeigersinn antreibbar. Der Rotor 5 weist zwei an diesem drehbar gelagerte Abklemmmittel 6 auf, die in Form von drehbaren Rollen ausgebildet sind und den Schlauch 3 zusammendrücken. Um zu gewährleisten, dass der Schlauch 3 komplett oder nahezu komplett abgeklemmt wird, weist das Gehäuse 2 sich an die Anlagefläche 2.1 anschließende bzw. in dieser ausgebildete erste Abklemmelemente in Form von ersten Erhöhungen 7.1 in Richtung zum Schlauch 3 auf, die in geringen Abständen zueinander angeordnet sind. Die ersten Erhöhungen können beispielsweise durch einen Zahnriemen gebildet werden (nicht dargestellt), der an der Anlagefläche 2.1 anliegt und dessen Verzahnung in Richtung zum Schlauch 3 weist.
-
Auch die Abklemmmittel 6 sind an ihrem Umfang mit Abklemmelementen in Form von zweiten Erhöhungen 7.1 versehen, die in der Art einer Verzahnung ausgebildet sind. Zwischen dem Schlauch 3 und den ersten und/oder zweiten Erhöhungen 7.1, 7.2 kann zusätzlich Folie angeordnet werden (nicht dargestellt), die den Schlauch 3 vor starkem Abrieb schützt. Der Schlauch 3 besteht hier aus zwei Einzelschläuchen in Form eines ersten inneren Einzelschlauches 3.1 aus Silikon und eines äußeren zweiten Einzelschlauches 3.2 in Form eines Feuerwehrschlauches bzw. eines Abschnitts eines Feuerwehrschlauches.
-
Für erforderliche Schlauchabmessungen, die als Feuerwehrschlauch nicht verfügbar sind, bzw. als Alternative zum Feuerwehrschlauch können auch andere Außenschläuche verwendet werden, die flexibel sind und sich bei fehlendem Druck flach zusammenfalten (wie der Feuerwehrschlauch) und einem hohen Berstdruck standhalten. Dadurch, dass sich der Silikonschlauch an dem Feuerwehrschlauch (oder einem anderen ähnlichen Außenschlauch) abstützt, kann der Silikonschlauch mit einer geringeren Wanddicke versehen werden, durch welche sich dieser leichter eindrücken lässt. Normalerweise würde die dünnere Wanddicke großen Drücken nicht standhalten, jedoch durch die Abstützung an dem Feuerwehrschlauch ist der Einsatz dünner Silikonschläuche problemlos möglich.
-
Selbstverständlich können auch andere ein- oder mehrlagige Schläuche eingesetzt werden, die flexibel (vorzugsweise hochflexibel) sind, hohen Drücken standhalten und für den entsprechenden Temperaturbereich geeignet sind.
-
Dem Schlauch 3 wird in Pfeilrichtung Fördermedium M zugeführt, wenn der Rotor 5 durch die Antriebswelle 4 in Rotation versetzt wird. Die Erhöhungen 7.1, 7.2 gewährleisten dabei ein zuverlässiges Abklemmen des Schlauches 3. Bei einer Umdrehung des Rotors 5 wird der Schlauch 3 durch die beiden im Winkel von 180° zueinander versetzten Abklemmmittel 6 insgesamt viermal fortschreitend zusammengedrückt.
-
2 zeigt eine Variante einer Schlauchpumpe 1, bei welcher nur an der Anlagefläche 2.1 des Gehäuses 2 Erhöhungen 7.1 vorgesehen sind und an der Antriebswelle 4 ein Rotor 5 mit in Richtung zum Schlauch abgerundeten Abklemmelementen 6 angeordnet ist. Das Fördermedium ist Luft und am Ausgang des Schlauches 3 ist ein Druckventil 9 angeordnet, durch welches die Luft komprimiert wird, wodurch die Schlauchpumpe als Kompressor arbeitet. Der Schlauch 3 besteht auch bei dieser Variante aus zwei Einzelschläuchen in Form eines ersten inneren Einzelschlauches 3.1 aus Silikon und eines äußeren zweiten Einzelschlauches 3.2 in Form eines Feuerwehrschlauches bzw. eines Abschnitts eines Feuerwehrschlauches.
-
In 3 ist eine sich linear erstreckende Schlauchpumpe dargestellt, bei welcher ein Schlauch 3 in einer fortschreitenden linearen Bewegung durch hier zwei rotierende Abklemmmittel 6 in Form von Walzen gegen ein Gehäuse 2 bzw. eine Anlagefläche abgeklemmt wird.
-
Gemäß 4 kann das schlauchartige Element 3b beispielsweise an einem Gehäuse 2 bzw. einer Anlagefläche anliegen und im Querschnitt faltenbalgartig ausgebildet bzw. zusammenklappbar sein. Die Darstellung in 4 oben zeigt dabei die Variante, bei welcher der Druckraum D geöffnet ist und die Darstellung unten die Variante, bei welcher der Druckraum D geschlossen/abgeklemmt ist. Die Walze 6 bewegt sich dazu wie in 3 dargestellt, entlang des Druckraumes D und drückt bzw. klappt das schlauchartige Element dabei zusammen. Durch den in Druckraum D wirkenden Druck geht das schlauchartige Element 3b dann wieder auseinander. Das schlauchartige Element weist zwei einander gegenüberliegende parallele Seiten auf, von denen eine am Gehäuse anliegt und auf die andere die Walze wirkt. Die beiden anderen Seiten sind in Richtung zum Druckraum jeweils geknickt ausgeführt, so dass diese aufeinander zu einknicken, wenn des Element 3b durch die Walze 6 zusammengedrückt wird. Insbesondere die Seite, an der die Walze anliegt, kann dabei aus einem verschleißfesten und abriebfesten Material bestehen. Es kann komplett oder auch nur an der Seite auf welche das Abklemmmittel 6 wirkt aus Stahl, Federstahl, Carbon, Aramidmaterial oder Kunststoff gefertigt sein.
-
Es besteht auch die Möglichkeit, die Seite, an der das Abklemmmittel 6 wirkt und die am Gehäuse 2 anliegende Seite aus diesen Materialien zu fertigen und den dazwischen liegenden faltenartigen Bereich aus einem anderen Werkstoff in der Art einer Membran, herzustellen, so dass sich dieser leicht beim Abklemmen zusammendrücken lässt.
-
Eine weitere Variante ist in 5 im Querschnitt dargestellt. Dabei ist in einer Ausnehmung eines Gehäuses 2 zumindest ein in Richtung zum Boden der Ausnehmung mittels wenigstens eines Abklemmmittels 6 (Walze) drückbares verschiebbares Element 3c angeordnet, welches zum Gehäuse abgedichtet ist. Der Druckraum D wird somit zwischen der Ausnehmung und dem Element 3c gebildet. Dieses ist in der Art eines U-Profils ausgebildet, dessen zueinander parallele Schenkel im Gehäuse 2 geführt werden und wobei zwischen die Schenkel die Walze eintaucht.
-
Gemäß 6 laufen zwei U-Profile 3c und 3c’ ineinander, wobei deren zueinander parallele Schenkel in Richtung zur Walze 6 weisen und die Walze 6 dazwischen eintaucht. Zwischen beiden U-Profilen 3c, 3c’ wird gemäß der oberen Darstellung der Druckraum D ausgebildet. Das äußere Profil 3c stützt sich mit seiner die parallelen Schenkel verbindenden Seite am Gehäuse 2 ab. Wenn die Walze in Richtung zum Gehäuse und axial fortschreitend bewegt wird, drückt sie das innere Profil 3c’ in Richtung zu dem am Gehäuse 2 anliegenden Profil, wodurch der Druckraum D partiell und axial fortschreitend gemäß der unteren Darstellung in 6 abgeklemmt wird. Mit einer entsprechenden Materialwahl sollte gewährleistet werden, dass sich außerhalb der Walze/n der die zueinander parallelen Seiten der Profile wieder zur Bildung des Druckraums voneinander weg bewegen.
-
Bei der Darstellung in 7 liegt wie bei 6 ein U-Profil mit am Gehäuse 2 an und dessen zueinander parallele Schenkel weisen von dem Gehäuse 6 weg. Zwischen den zueinander parallelen Seiten ist ein Kissen 8 mit einem hier rechteckigen Profil in Richtung zum Gehäuse 2 verschiebbar angeordnet. Zwischen dem Kissen 8 und dem U-Profil 3c ist der Druckraum D ausgebildet. Mittels der Walze 6 wird das Kissen 8 in das Profil geschoben und dadurch der Druckraum D partiell und axial fortschreitend abgeklemmt. Dies kann, wie dargestellt über ein weites U-Profil 3c’ erfolgen, welches das Kissen 8 umgreift und auf welches die Walze wirkt. Das U-Profil 3c’ weist zwei zueinander parallele Schenkel auf, die in Richtung zum Gehäuse 2 weisen und an den Schenkeln des U-Profiles 3c außen geführt werden.
-
Auch bei den Varianten gem. 3 bis 7 können zusätzlich Erhöhungen (bevorzugt am Gehäuse vorgesehen sein, die ein zuverlässiges Abklemmen gewährleisten.
-
Selbstverständlich sind die Profile in 6 bzw. die Profile und das Kissen 8 in 7 zum Druckraum D entsprechend abgedichtet.
-
Mit der erfindungsgemäßen Schlauchpumpe kann der Energieeinsatz erheblich reduziert werden. Dabei weist die Anlage einen äußerst einfachen und sehr kostengünstigen konstruktiven Aufbau auf.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schlauchpumpe
- 2
- Gehäuse
- 2.1
- Anlagefläche
- 3
- Schlauch
- 3.1
- erster Schlauch
- 3.2
- zweiter Schlauch
- 3a
- schlauchartiges Element
- 3b
- schlauchartiges Element
- 3c
- U-Profil
- 4
- Antriebswelle
- 5
- Rotor
- 6
- Abklemmmittel
- 7
- Erhöhung
- 7.1
- erste Erhöhung
- 7.2
- zweite Erhöhung
- 8
- Kissen
- 9
- Druckventil
- D
- Druckraum
- M
- Fluid
-
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 3909657 A1 [0005]
- DE 10131563 A1 [0006]
- DE 29501633 U1 [0007]
- DE 102006016806 A1 [0009]
- DE 102005052623 [0010]
- DE 3431189 A1 [0010]
- DE 102009059721 A1 [0010]
- CH 266467 [0010]
