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Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenpumpe mit zumindest zwei in einem Pumpengehäuse drehbaren Drehkolben mit jeweils einem Kern, der radial umfangsseitig zumindest bereichsweise von einer Ummantelung umgeben ist, wobei zwischen dem Kern und der Ummantelung ein die Ummantelung radial nach außen verstellendes Verstellelement in einer in der Außenfläche des Kerns axial verlaufenden Längsaussparung angeordnet ist.
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Bei Kolbenpumpen tritt insbesondere bei der Förderung abrasiver Medien nach einer gewissen Laufzeit ein Verschleiß auf. Da die Drehkolben nicht aneinander reiben, sondern walken, tritt der Verschleiß grundsätzlich nicht gleichmäßig umfangsseitig, sondern nur an den Stellen auf, an denen die Drehkolben mit dem Inneren des Pumpengehäuses in Berührung gelangen. Daher ist es erforderlich, dass Drehkolben ungeachtet des hierdurch bedingten schmalen Verschleißes ausgetauscht werden müssen.
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Eine gattungsgemäße Drehkolbenpumpe ist der
DE 43 13 457 C1 zu entnehmen. Um eine hohe Standzeit der Drehkolben zu erzielen, ohne dass Verschleißteile ausgetauscht werden müssen, ist vorgesehen, dass zwischen der Ummantelung und dem Kern eine Nachstellvorrichtung einstellbar verschiebbar ist. Hierbei handelt es sich insbesondere um ein Paar von entlang von Schrägen zueinander verschiebbaren Schiebeteilen, die in Nuten des Kerns angeordnet werden. Auch kann die Nachstellvorrichtung eine Exzenterwelle umfassen.
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Nach der
DE 20 2006 007 501 U1 kann eine Oberflächenlage eines Drehkolbens einer Drehkolbenpumpe mittels einer über eine Mutter verstellbaren Ausgleichsscheibe radial verstellt werden.
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Bei einer Rotationskolbenpumpe nach der
US 1,407,496 A sind an den Kolbenspitzen federvorgespannte und radial verstellbare Flügel vorgesehen.
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Bei einer Drehkolbenpumpe nach der
US 6 827 565 B1 weist der Kolben eine aus einem Polymer bestehende Oberflächenlage auf, die zumindest eine Bohrung aufweist, in die ein Stützkörper zur Ausdehnung der Polymerlage einbringbar ist.
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Um Spalte zwischen einem Rotor und einem Gehäuse eines Motors zu schließen, weist der Rotor oberflächenseitig Abdichtplatten auf, die federvorgespannt sind (
JP 2008-232129 A ).
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv einfachen Maßnahmen ein radiales Verstellen der Ummantelung des Drehkolbens zu ermöglichen, wobei insbesondere vorgesehen sein soll, dass eine Neukonstruktion der Drehkolben dem Grunde nach nicht erfolgen muss.
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Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass das Element ein Stabelement mit einem Querschnitt aus der Gruppe Kreis-, Oval-, Vieleckform ist und dass das Stabelement formschlüssig in der Längsaussparung fixiert ist.
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Erfindungsgemäß wird ein auch als Regelstange zu bezeichnendes Stabelement benutzt, das bei Auftreten eines Verschleißes entweder zwischen der Ummantelung und dem Kern in dem Bereich positioniert wird, in dem der Verschleiß auftritt, oder aber bereits bei der Erstbenutzung zwischen Ummantelung und Kern fixiert sein kann, um sodann durch Drehen des Stabelements in gewünschtem Umfang ein nach außen gerichtetes radiales Verstellen der Ummantelung und damit einen Ausgleich des Verschleißes zu ermöglichen.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Stabelement ein Rundstab ist, der dann zwischen der Ummantelung und dem Kern eingeschoben wird, wenn ein die Funktion der Drehkolbenpumpe beeinträchtigender Verschleiß aufgetreten ist.
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Wird ein Rundstab benutzt, so sollte die Längsaussparung einen V-förmigen Querschnitt mit einer Bodenfläche eines Radius aufweisen, der gleich dem Radius des Rundstabs ist. Somit erfolgt eine flächig abgestützte formschlüssige Fixierung des Rundstabs und somit ein definiertes radiales Verstellen der Ummantelung. Dabei ist insbesondere ergänzend vorgesehen, dass sich die an die Bodenfläche anschließenden Seitenflächen der Längsaussparung als tangentiale Verlängerungen der Bodenfläche darstellen.
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Um mit ein und demselben Stabelement sukzessiv und im gewünschten Umfang ein radiales Nach-Außen-Verstellen der Ummantelung zu erreichen, sieht die Erfindung in Weiterbildung vor, dass das Stabelement im Querschnitt eine ungleichschenklige Dreieckform aufweist. Hierdurch wird ermöglicht, dass durch Drehen des Stabelements die in radialer Richtung verlaufende wirksame Höhe des Stabelements in Abhängigkeit von der Stellung des Stabelements verändert wird.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die das Stabelement mit dem Querschnitt in Form des ungleichschenkligen Dreiecks aufnehmende Längsaussparung eine Rechteckform mit einer ebenen Bodenfläche aufweist, die senkrecht von einer von der Drehachse des Drehkolbens ausgehenden Geraden geschnitten ist, wobei die Bodenfläche der Aussparung flächige Abstützung für das Stabelement ist. Somit kann in gewünschtem Umfang in Abhängigkeit von der Orientierung des Stabelements eine der Seitenflächen auf der Bodenfläche aufliegen, so dass eine eindeutige Fixierung erfolgt.
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Eine besonders hervorzuhebende Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Stabelement im Querschnitt eine Viereckform aufweist, deren Diagonalen sich insbesondere unter einem rechten Winkel, insbesondere sich die Diagonalen außerhalb des Schwerpunkts der Viereckform schneiden. Somit ist in Abhängigkeit von der Abstützung des Stabelements eine voneinander abweichende wirksame radiale Erstreckung des Stabelements gegeben und somit im gewünschten Umfang ein radiales Verstellen der Ummantelung ermöglicht.
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Es besteht auch die Möglichkeit, dass eine der Diagonalen die andere Diagonale mittig schneidet.
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Die Viereckform kann die Gestalt eines Drachenvierecks, eines insbesondre gleichschenkligen Trapezes oder eines Rechtecks aufweisen, ohne dass die Erfindung verlassen wird.
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Unabhängig hiervon sollten jedoch die Ecken und somit die Längskanten des eine Mehrkantsäule darstellenden Stabelements abgerundet sein.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass bei einem im Schnitt viereckförmigen Stabelement, also einem Stabelement quaderförmiger Geometrie, die dieses aufnehmende Längsaussparung bodenseitig durch einen spitzen Winkel einschließende innere Seitenflächen begrenzt sein, die in parallel zueinander und parallel zur zwischen den inneren Seitenflächen verlaufenden Winkelhalbierenden verlaufende äußere Seitenflächen übergehen. Dabei sollte die Winkelhalbierende Abschnitt einer von der Achse des Drehkolbens ausgehenden Geraden sein. Durch die diesbezügliche Gestaltung der Längsaussparung, die sich folglich im Schnitt aus einem äußeren im Schnitt eine Rechteckgeometrie und einem innenliegenden im Schnitt eine gleichschenkelige Dreiecksgeometrie aufweisenden Abschnitten zusammensetzt, ist ein sicheres Fixieren des Stabelements gewährleistet.
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Insbesondere kann das Stabelement, das im Schnitt eine Vieleckgeometrie aufweist, derart dimensioniert sein, dass in einer in der axialen Aussparung angeordneten ersten Position ein radiales Verstellen der Ummantelung unterbleibt.
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Unabhängig hiervon sollte das Stabelement über seine gesamte Länge einen gleichen Querschnitt aufweisen.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer Drehkolbenpumpe nach dem Stand der Technik,
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2 eine Prinzipdarstellung einer Drehkolbenpumpe mit erfindungsgemäßen Verstellelement und
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3–6 verschiedene Ausführungsformen von Verstellelementen.
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Anhand der 2–6 werden erfindungsgemäße Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lehre prinzipiell verdeutlicht, wobei für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Dies gilt auch für die Prinzipdarstellungen der 1 und 2.
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In 1 ist rein prinzipielle eine Drehkolbenpumpe 10 nach dem Stand der Technik gezeichnet, die ein Pumpengehäuse 12 mit Einlassöffnung 14 und Auslassöffnung 16 aufweist, die ihrerseits von Einlass- und Auslassstutzen begrenzt sein können. Innerhalb des Pumpengehäuses 12 sind im Ausführungsbeispiel um Achsen 18, 20 gegensinnig zwei Kolben 22, 24 drehbar gelagert, die ein Rotorenpaar bilden. Durch Drehen der Kolben 22, 24 wird in der Einlassöffnung 14 ein Unterdruck erzeugt, um ein Medium anzusaugen. Die Kolben 22, 24 weisen einen aus Stahl bestehenden Kern 26, 28 und eine radial umlaufende Ummantelung 30, 32 auf, die aus einem geeigneten Material wie Polymer oder Gummi besteht. Allerdings ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Ummantelung umflaufend ausgebildet ist.
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Bei der Förderung von insbesondere abrasiven Medien entsteht nach einer gewissen Laufzeit am Drehkolben 22, 24 ein Verschleiß. Da die Drehkolben 22, 24 nicht aneinander reiben, sondern walken, tritt der Verschleiß nicht peripher gleichmäßig, sondern nur an den Stellen auf, wo die Ummantelung 30, 32 mit dem Inneren des Kolbengehäuses 12 in Berührung gelangt. Die diesbezüglichen Bereiche sind in der 1 mit „X” markiert. Es treten folglich schmale Verschleißstreifen auf.
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Um ungeachtet des Verschleißes die Standzeit der Drehkolben 22, 24 zu erhöhen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in den Bereich des streifenförmigen Verschleißes, also in den Bereichen X, zwischen dem Kern 26, 28 und der Ummantelung 30, 32 ein axial verlaufendes Verstellelement über die gesamte axiale Länge des Kolbens 22, 24 eingebracht wird, durch das die Ummantelung 30, 32 in den Bereichen X radial nach außen verstellt und somit die erforderliche Dichtheit gegenüber dem Pumpengehäuse 12 sichergestellt wird.
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Entsprechende auch als Regelstangen zu bezeichnende stabförmige Verstellelemente sind in der 2 eingezeichnet und mit dem Bezugszeichen 34, 36 bzw. 38, 40 gekennzeichnet.
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Die Verstellelemente 34, 36, 38, 40 können eine geeignete Querschnittsform aufweisen, insbesondere im Schnitt eine Kreis-, Oval- oder Ellipsen-, Dreieck-, oder Vieleckform besitzen. Beispiele entsprechender stabförmiger Verstellelemente ergeben sich aus den 3–6.
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Unabhängig hiervon ist anzumerken, dass durch das Einbringen von den Verstellelementen zwischen der Ummantelung 30, 32 und dem Kern 22, 24 des Drehkolbens 22, 24 der Verschleiß ausgeglichen und somit die Lebensdauer des Drehkolbens 22, 24 sogar mehrfach verlängert werden kann, indem Verstellelemente zum Einsatz gelangen, die eine voneinander abweichende radiale Verstellung der Ummantelung 30, 32 ermöglichen, wie dies sich aus den 4–6 ergibt. Die Verstell- oder Ausgleichselemente erstrecken sich über die gesamte axiale Länge der Drehkolben 22, 24 und können ohne Ausbau in entsprechende von der Umfangsfläche der Kerne 26, 28 ausgehende Längsaussparungen eingebracht werden, in denen die Verstellelemente formschlüssig fixiert werden.
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In der 3 ist ein Ausschnitt des Drehkolbens 22 der 2 zu entnehmen. Man erkennt den Kern 26 mit der aus einem Gummimaterial oder Polymer bestehenden Ummantelung 30. In dem Bereich, in dem ein Verschleiß durch einen Kontakt mit der Innenfläche des Pumpengehäuses 12 entsteht, verläuft in dem Kern 26 eine Längsaussparung 42, die im Schnitt eine V-Form aufweist, wobei deren Bodenfläche 44 einen Radius aufweist, der dem des im Schnitt eine Kreisform aufweisenden stabförmigen Verstellelements 34 entspricht. Somit liegt das Verstellelement 34, das erwähntermaßen auch als Regelstange bezeichnet werden kann, bereichsweise flächig in der Längsaussparung 42 an. Die von der Bodenfläche 44 ausgehenden Seitenbegrenzungen 46, 48 der Längsaussparung 42 erstrecken sich tangential von der Bodenfläche 44.
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Entsprechend sind die weiteren in den Kernen 26, 28 der Drehkolben 22, 24 vorhandenen Längsaussparungen ausgebildet.
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Besteht mit dem im Schnitt eine Kreisgeometrie aufweisende Verstellelement 34 nur ein einmaliges radiales Nach-Außen-Verstellen der Ummantelung 30, so bieten die Verstellelemente der 4–6 die Möglichkeit, im gewünschten Umfang die Ummantelung 30 sukzessiv weiter nach außen zu verstellen.
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Dem Ausführungsbeispiel der 4 ist ein stabförmiges Verstellelement 50 zu entnehmen, das eine im Schnitt Viereckgeometrie mit abgerundeten Ecken aufweist, wobei die Diagonalen des Vierecks sich im rechten Winkel schneiden, jedoch außerhalb des Schwerpunkts. Hierdurch bedingt wird durch Drehen des Elements 15 die Ummantelung 30 mehr oder weniger radial nach außen gedrückt, so dass eine Anpassung an den erfolgten Verschleiß möglich ist.
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Um ein sicheres Fixieren des Verstellelements 15 zu ermöglichen, weist die Längsaussparung 52 einen inneren Abschnitt 54 auf, der eine V-Geometrie aufweist. An diesen Innenabschnitt schließt sich ein äußerer Abschnitt 56 an, der von Seitenflächen 58, 60 begrenzt wird, die parallel zueinander verlaufen und parallel zur Winkelhalbierenden des im Schnitt V-förmigen inneren Abschnitts 54. Dabei verläuft die Winkelhalbierende auf einer Geraden, die von der Achse 18 des Drehkolbens 22 ausgeht.
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Die Zahlen 0, 1 und 2 sollen verdeutlichen, dass in Abhängigkeit von der Stellung des Verstellelements 50 die Ummantelung 30 unterschiedlich nach außen verstellt wird.
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Dabei kann das Verstellelement 50 geometrisch an die Längsaussparung 52 derart angepasst sein, dass in einer Grundstellung, die der Stellung 0 entsprechen kann, eine radiale Verstellung der Ummantelung 30 unterbleibt.
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Unabhängig hiervon erkennt man, dass der im Schnitt V-förmige innere Abschnitt 54 der Längsaussparung 52 derart geometrisch an die Außenform des Verstellelements 50 angepasst ist, dass dieses bereichsweise flächig an den Flächen des Innenabschnitts 54 anliegen kann.
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Das Ausführungsbeispiel der 5 zeigt eine Regelstange bzw. ein stabförmiges Verstellelement 62, das im Schnitt eine ungleichschenklige Dreiecksform mit abgerundeten Ecken aufweist. Auch durch diese Geometrie besteht die Möglichkeit, durch Drehen des Verstellelements 62 die Ummantelung 30 mehr oder weniger radial nach außen von dem Kern 26 weggerichtet zu verstellen.
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Das Verstellelement 62 ist in einer Längsaussparung 64 angeordnet, die im Schnitt eine Rechteckgeometrie mit einer Bodenfläche 76 aufweist, die senkrecht von einer von der Drehachse des Drehkolbens 22 ausgehenden Gerade geschnitten wird. Hierdurch besteht die Möglichkeit, dass das im Schnitt dreieckförmige Stabelement 62 stets mit einer Längsseite an der Bodenfläche 66 flächig abgestützt wird.
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Dem Ausführungsbeispiel der 6 ist ein Verstellelement 68 zu entnehmen, das ähnlich dem Verstellelement 50 der 4 ist, jedoch in Bezug auf die Diagonalen derart ausgelegt ist, dass diese sich außermittig schneiden, so dass insgesamt vier Verstellmöglichkeiten bestehen. Die Längsaussparung 70 weist eine Geometrie auf, die der Längsaussparung 52 der 4 entspricht. Die unterschiedlichen Verstellmöglichkeiten werden durch die Zahlen 0, 1, 2, 3 symbolisiert.
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Die Verstellelemente 34, 36, 38, 40, 50, 62, 68 bestehen insbesondere aus Stahl. Durch die abgerundeten Kanten ergibt sich der Vorteil, dass auf die Ummantelung 30 keine linienförmige Verstellkräfte über das jeweilige Stellelement einwirken, sondern streifenförmige, wodurch eine Kraftverteilung erfolgt.
