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Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe, insbesondere zur Förderung von mit Feststoffen durchsetzten Fördermedien, mit einem Pumpengehäuse mit einem Paar gleichartiger, einteiliger und durch einen Synchronantrieb gegensinnig auf zwei parallelen Drehachsen berührungsfrei aufeinander abwälzenden Rotoren, welches Pumpengehäuse mehrere auswechselbare stationäre Verschleißelemente aufweist, und mit gegenüberliegend und orthogonal zu den Rotordrehachsen angeordnetem Einlass und Auslass.
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Eine Drehkolbenpumpe dieser Art ist beispielsweise aus der
DE 34 27 282 A1 bekannt. Diese Drehkolbenpumpe ist speziell zur Förderung von Gülle oder dergleichen entwickelt. Zur Förderung von mit Feststoffen durchsetzten Flüssigkeiten, wie Gülle, sind die Drehkolben mit einem elastisch nachgiebigen Außenmantel versehen. Ein bekanntes Problem dieser Pumpe ist jedoch die Abnutzung dieser Gummierung und die dadurch bedingte Vergrößerung der Spalte zwischen Rotoren und der Außenwand des Pumpengehäuses. Um diese Spaltvergrößerung auszugleichen, wird eine Verschleißschale, justierbar mittels einer zentrischen von außen zugänglichen Stellschraube, als Zwischenelement zwischen Rotor und Pumpengehäuse vorgeschlagen. Allerdings verhindert das Nachstellen der Verschleißschale nicht das weitere Abnutzen des Rotors, sodass sich zwar die Standzeit der Drehkolbenpumpe erhöht, jedoch nicht die eigentliche Verschleißrate verringert wird.
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Eine weitere Drehkolbenpumpe für den benannten Einsatz ist aus
DE 15 53 031 C bekannt. Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit einer solchen Pumpe sind die Innenseiten des Pumpengehäuses mit einer Emailschicht versehen und die Drehkolben mit einem abriebfesten Kunststoff ummantelt werden. Prallen jedoch Feststoffkörner stoßartig auf die emailbeschichteten Bauteile, kann es bei einer plastischen Verformung der Bauteile zu Beschädigung der spröden Emailschicht kommen.
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Durch die
GB 24 29 751 A wiederum ist eine Drehkolbenpumpe mit einem massiven Rotorpaar und massiven Verschleißplatten beschrieben, welche aus gebogenen Verschleißschalen und axialen Verschleißplatten bestehen. In diesem Dokument ist ein Verfahren zum erleichterten Wechsel der Verschleißplatten offenbart. Maßnahmen zur Verhinderung von Verschleißauftreten in der Drehkolbenpumpe sind darin nicht beschrieben.
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Eine weitere Art des Verschleißschutzes für Drehkolbenpumpen ist durch die
DE 10 2010 014 248 B4 bekannt. In dieser Drehkolbenpumpe wird die Förderwirkung durch mehrere Wirk- beziehungsweise Reibpaarungen aufgebaut. Um das Pumpengehäuse und die Rotoren zu schützen, werden an den Paarungsstellen Kontaktelemente aufgebracht, welche sich in der Härte vom Pumpengehäuse und den Rotoren unterscheiden und aus einem plastisch verformbaren und gleitfähigen Werkstoff bestehen. Die vorgesehenen Kontaktelemente schützen dabei zwar die Rotoren und das Pumpengehäuse vor Verschleiß, jedoch wird der Verschleiß weiterhin durch die bestehenden Reibpaarungen erzeugt. Bedingt durch den steten Reibungskontakt ist sie sehr viel anfälliger für Verschleiß, und durch den Einsatz von ungleichharten Werkstoffen der Kontaktelemente in einer Reibpaarung erhöht sich die Verschleißrate der Drehkolbenpumpe. Rotor und Pumpengehäuse sind somit nur temporär geschützt und benötigen viele Bauteilwechsel, um den Verschleißschutz aufrecht zu erhalten. Anderenfalls fällt die Drehkolbenpumpe durch den erhöhten Verschleiß häufiger aus. Auch ist durch die Wirk- bzw. Reibpaarungen steter Kontakt im Förderraum gegeben, sodass die Drehkolbenpumpe nicht trockenlaufen kann.
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Drehkolbenpumpen der eingangs beschriebenen Art sind in der Praxis seit vielen Jahren im Einsatz, insbesondere für Flüssigkeiten mit Feststoffanteilen wie Gülle, Klärschlamm o.ä. Jedoch auch bekannt ist die mit der Förderung der Feststoffanteile im Fördermedium verbundene erhöhte Verschleißrate im Pumpengehäuse, namentlich den Rotoren und der Innenwand des Pumpengehäuses bzw. - sofern im Einsatz - der Verschleißelemente zum Schutz des eigentlichen Pumpengehäuses. Zum einen erweist sich das Entstehen größerer Spalte im Bereich der Dichtleisten als Problem der Wirkungsgradabnahme; andererseits wird durch den konstanten Abrieb und lokale Schädigungen der Bauteile durch Feststoffe, wie zum Beispiel Steine, die Kontur der Drehkolbenpumpen durch Abrasion und plastische Verformungen verändert, sodass ein präziser Abrollvorgang des Rotorpaares nicht mehr möglich ist. Dadurch kann es zu einer erhöhten Kavitationsgefahr kommen.
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Aus Einsätzen in der Praxis, zum Beispiel bei Einsätzen in Biogasanlagen, ist ebenfalls bekannt, dass Rotoren aus Stahl erheblich höhere Standzeiten beim Fördern von Flüssigkeiten mit Feststoffanteilen aufweisen als herkömmlich gummierte Rotoren. Häufig werden diese metallischen Rotoren - nicht zuletzt wegen der im Vergleich höheren Herstellkosten - erst nachträglich in Pumpen nachgerüstet. Da keine elastischen Elemente mehr im System vorhanden sind, muss die nun ausgebildete beidseitig metallische Paarung von Rotoren und Verschleißelementen berührungsfrei ausgeführt werden. Durch diese berührungsfreie Ausführung verlängert sich zwar der Lebenszyklus der Drehkolbenpumpe, jedoch ist diese beidseitig metallische Oberflächengestaltung problematisch beim Fördern von Flüssigkeiten mit Feststoffanteilen. Dabei werden die Feststoffkörner zwischen Rotor und Verschleißelement durch hydroabrasiven Verschleiß gebrochen. Sollte das Feststoffkorn nicht gebrochen werden, findet eine plastische Deformation der betroffenen metallischen Oberflächen statt. Im schlimmsten Fall blockiert die Pumpe, was aufgrund der kurzen Abbremszeit zu Wellenbrüchen oder Schäden am Getriebe der Drehkolbenpumpe führen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des vorstehend diskutierten Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, die Verschleißrate an Bauteilen im Förderraum - dem Rotorpaar und den Verschleißelementen - einer zum Fördern von mit Feststoffen durchsetzten Flüssigkeiten vorgesehenen Drehkolbenpumpe zu verringern und somit den Lebenszyklus einer solchen Pumpe zu verlängern.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Drehkolbenpumpe der eingangs genannten Art, bei der die Verschleißelemente auf der den Rotoren zugewandten Seite eine Elastomerbeschichtung aufweisen, während die Rotoren keine Verschleißschutzbeschichtung tragen.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Drehkolbenpumpe hat den Vorteil eines deutlich verlängerten Lebenszyklus durch die Verringerung der Verschleißrate. Durch Vorsehen von mit einem elastischen Material beschichteten stationären Verschleißelementen kann der Verschleiß interessanter Weise gering gehalten werden, wenn die Rotoren keine Verschleißschutzbeschichtung tragen beziehungsweise mit einer solchen ausgerüstet sind, wie in [0012] ausgeführt und begründet werden wird. Es reduziert sich der Verschleiß insbesondere dadurch, dass sich im Dichtspalt zwischen Rotor und Verschleißelement befindliche Feststoffkörper in der Regel ohne Schaden ins Elastomer eindrücken können. Dies ist zu bevorzugen gegenüber einem unkontrollierten Brechen der Feststoffkörper, was zu einem verlängertem Verschleißvorgang führen würde: Das schrittweise gebrochene Korn wird immer weiter im Spalt transportiert und beschädigt eine längere Strecke als bei einem einmaligen Eindrücken. Wäre es vorgesehen, dass sich das Feststoffkorn anstelle von den stationären Verschleißelementen in einen beschichteten Rotor eindrückt, würde dessen Außenkontur Schaden nehmen und das Feststoffkorn durch die Bewegung des Rotors mit Feststoffkörnern in einem größeren Bereich Schaden im Förderraum entstehen. Schaden an einer Rotorkontur ist unbedingt zu verhindern, da dadurch die Funktion der Drehkolbenpumpe gefährdet wird. Folglich wird durch das Eindrücken der Feststoffkörper in das Elastomer der stationären Verschleißelemente insbesondere der Lebenszyklus der Rotoren verlängert und die Rotorkontur erhalten, jedoch auch der Lebenszyklus der elastomerbeschichteten Verschleißelemente.
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Der Einsatz einer Elastomerbeschichtung der stationären Verschleißelemente hat über die bereits beschriebenen Merkmale hinaus den Vorteil, dass durch die zweiphasige Ausführung der Verschleißelemente diese ungleich massiver in der Bauteildicke sind als Verschleißelemente nach dem bekannten Stand der Technik. Selbst bei einem Verschleiß der Elastomerbeschichtung sind die eigentlichen Bauteile der Drehkolbenpumpe, wie das Pumpengehäuse, weiterhin gegen Verschleiß geschützt. Die Drehkolbenpumpe erreicht somit höhere Standzeiten mit einem verlängerten Lebenszyklus.
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Darüber hinaus hat die vorgeschlagene Ausgestaltung den Vorteil, dass durch den Einsatz von metallischen Rotoren eine berührungsfreie Förderung konstruktiv vorgesehen werden kann, was den Verschleiß der Bauteile senkt. Des Weiteren ist aus der Forschung bekannt, dass die Wirkungsgrade einer Drehkolbenpumpe stark mit der gewählten Kontur des Rotors und der Erhalt dieser Kontur in Zusammenhang stehen. Nutzt sich die Kontur des Rotors ab, entstehen größere Dichtspalte im Förderraum, sodass die Leckage ansteigt und der Wirkungsgrad der Pumpe stark sinkt. Ist die Effektivität der Pumpe nicht mehr gegeben, kann dies zu einem verfrühten Tauschen der Verschleißteile und einem kurzen Lebenszyklus der Bauteile führen. Die ursprüngliche Kontur des Rotors muss für die Funktionalität der Drehkolbenpumpe erhalten bleiben. Wie in [0006] bereits ausgeführt, kann ein Verändern dieser Kontur - neben einer bereits erwähnten Wirkungsgradabnahme - zum Totalausfall der Pumpe durch Kavitationsgefahr kommen. Interessanterweise ist aus der Praxis auch bekannt, dass rotierende Elastomerbeschichtungen schneller verschleißen als stationäre Ausführungen. Somit ist eine Ausgestaltung des Förderraums von Vorteil, bei der stationäre Verschleißelemente mit einer Elastomerbeschichtung Steine in sich einbetten können und ein metallischer Rotor ohne Verschleißschutzbeschichtung mit dadurch erhöhten Standzeiten die ursprüngliche Kontur, und somit auch den Wirkungsgrad, der Drehkolbenpumpe erhält und Kavitationsauftreten verhindert.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung besonders beim Auftreten von unvermeidbarer schlagartiger Beanspruchung, wie z.B. Überkörnern im Förderfluid, wird in den Ansprüchen 2 und 3 vorgeschlagen. Als Überkorn wird allgemein eine Korngröße bezeichnet, die größer ist als der freie Raum zwischen den Rotorflügeln und der Gehäuseinnenwand des Pumpengehäuses, also größer als die maximal mögliche Förderbreite der Förderkammer einer Drehkolbenpumpe. Das vorgeschlagene Verschleißelement übernimmt als Schlagkante stoßartige Beanspruchungen, die zu einer plastischen Deformation von Rotoren und anderen benannten Verschleißelementen führen könnten. Das Schlagkantenelement fängt somit auftretenden Verschleiß an den funktionswichtigen Bauteilen ab und schützt insbesondere die stationären Verschleißelemente. Es kann bei Bedarf unabhängig von den übrigen Verschleißelementen getauscht werden. Durch die Übernahme eines Großteils des anfallenden Verschleißes wird der Lebenszyklus der fertigungsaufwändigeren Verschleißelemente, namentlich der radialen Verschleißschalen und der seitlichen Verschleißplatten, signifikant verlängert und somit die Verschleißrate der Drehkolbenpumpe gesenkt. Auch werden durch den Einsatz eines Schlagkantenelementes die Kosten für den Betreiber der Drehkolbenpumpe gesenkt und niedrig gehalten. Durch die in Anspruch 3 beschriebene Ausgestaltung ist die Drehkolbenpumpe auch reversibel betreibbar, sodass durch eine Umkehr der Förderrichtung Saug- und Druckseite getauscht werden können.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung beim Fördern von relativ weicheren Feststoffanteilen im Fördermedium, z.B. Überkörnern wie Rübenstücken, wird in den Ansprüchen 4 und 5 vorgeschlagen. Durch das Beschichten des Schlagkantenelements mit einem Elastomer können weichere Überkörner zerschlagen werden, wie bereits in [0013] beschrieben. Befindet sich ein härteres Überkorn im Fördermedium, zum Beispiel ein Stein, wird das Überkorn zwar nicht gebrochen, aber der Schlag eines wie in [0007] beschriebenen Blockadefalls fällt weicher aus. Die durch das gummierte Schlagkantenelement verlängerte Bremszeit vor Eintritt der Blockade der Drehkolbenpumpe dämpft den Schlag, sodass Getriebeschäden im Blockadefall vermieden werden können. Um die Möglichkeit des Zerschlagens von Überkörnern des Schlagkantenelementes zu erhöhen, soll die Gummierungshärte des Schlagkantenelementes höher sein als die der übrigen Verschleißelemente.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung beim Fördern von härteren Feststoffanteilen im Fördermedium, wie z.B. einem harten Überkorn, wird in den Ansprüchen 6 bis 8 vorgeschlagen. Eine Ausführung des Schlagkantenelement in vollmetallisch und gehärtet sorgt für das Brechen auch von härteren Überkörnern wie Steinen. Die gebrochenen Feststoffe werden danach weiter transportiert. Eine spezielle erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht der Anspruch 8 vor: Durch die beschriebene Ausgestaltung in Manganhartstahl wird der Lebenszyklus des Schlagkantenelements signifikant verlängert. Beim Auftreten einer plastischen Deformation verhärtet das Schlagkantenelement in dieser Ausführung durch Kaltverfestigung weiter, sodass eine plastische Deformation zwar bei einer Erstbelastung stattfindet, alle weiteren Male jedoch vermieden werden kann. Dadurch kann die Ursprungskontur lange erhalten bleiben.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung durch gewählte Materialien wird in den Ansprüchen 9 bis 13 beschrieben. Die beschriebenen Materialien weisen alle Eigenschaften auf, die den Lebenszyklus aller Bauteile verlängern, namentlich des Rotors und der Verschleißelemente, insbesondere des Schlagkantenelements. Alle benannten Elemente werden durch die benannte Materialauswahl unempfindlicher gegen stoßartige Belastungen und abrasiven Abrieb. Eine Ausgestaltung in Manganhartstahl ist besonders für wiederholte schlagartige Beanspruchung geeignet, da das Material unter dem Auftreten plastischer Verformung weiter verhärtet und die Deformation der Oberflächenkontur nur einmal auftritt. Ähnlich gilt dies für eine Ausführung des Rotors in Siliziumcarbid nach Anspruch 13, da dieser Werkstoff als extrem abriebfest bei einer gleichzeitig hohen Materialhärte gilt. Diese Ausführung ist beispielsweise besonders gut für Fördermedien mit Sandpartikeln geeignet. Eine Elastomerbeschichtung aller Elemente in Polyurethan wirkt eventuell auftretendem abrasivem Verschleiß entgegen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung durch den Einsatz einer spezialisierten Rotorkontur in Kombination mit Verschleißelementen wird in den Ansprüchen 14 bis 17 vorgeschlagen. Die vorgeschlagene Rotorkontur ist besonders verschleißresistent, da einem Abtragen der Ursprungskontur vorgebeugt wird und somit die in [0012] beschriebenen Folgen des Verschleißes einer Rotorkontur vermieden werden können. Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit werden im äußeren und inneren Bereich der Rotorkontur radiale Kontursegmente vorgesehen. Zwischen den stationären Verschleißelementen und den äußeren radialen Kontursegmenten der Rotoren bildet sich ein paralleler Förderspalt aus, welcher eine geringere Verschleißneigung aufweist als andere Konturen im Eingriffsbereich. Auch verbreitern sich bisher punktuelle Eingriffslinien um die Länge des Kontursegmentwinkels a, sodass eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Drehkolbenpumpe erreicht wird. Die Flanken eines jeden Rotorflügels, namentlich den Abschnitten zwischen den radialen Kontursegmenten, sind jeweils durch eine dem Verzahnungsgesetz folgende Kontur gezeichnet. Zudem ist die Rotorkontur in seiner Tiefe räumlich verwunden, wodurch die Pulsationsrate des Pumpsystems vermindert wird und ein besonders schonender Transport des Fördermediums realisiert werden kann. Dadurch können durch Feststofffanteile des Fördermediums verursachte Schläge an den Verschleißelementen oder dem Rotorpaar gedämpft oder vermieden werden. Die beschriebene Rotorkontur zeichnet sich insgesamt durch eine besonders hohe Verschleißfestigkeit und zudem durch eine besonders große Pulsationsarmut, einen hohen Wirkungsgrad und insbesondere durch eine niedrige Kavitationsgefahr aus.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Die Größenverhältnisse und Ausgestaltung der dargestellten Elemente entsprechen nicht immer den realen Verhältnissen, da einige Formen zur Veranschaulichung schematisch und vergrößert dargestellt sind.
- 1: 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Drehkolbenpumpe und die eingesetzten Verschleißelemente nach dem Stand der Technik in einer Explosionszeichnung.
- 2: 2 zeigt den schematischen Aufbau einer Drehkolbenpumpe und die eingesetzten Verschleißelemente gemäß der Erfindung, ebenfalls in einer Explosionszeichnung.
- 3a: 3a zeigt die Anordnung der erfindungsgemäßen Verschleißelemente im Förderraum einer Drehkolbenpumpe in einer Schnittansicht.
- 3b: 3b zeigt die erfindungsgemäßen Verschleißelemente in einer zweiten Ausführung in gleicher Darstellungsweise wie in 3a.
- 3c: 3c zeigt die erfindungsgemäßen Verschleißelemente mit erfindungsgemäßer Rotorkontur in einer Schnittansicht.
- 4: 4 zeigt die erfindungsgemäße Rotorkontur in einer dreidimensionalen Ansicht.
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Die schematische Darstellung in 1 zeigt den wesentlichen Aufbau einer Drehkolbenpumpe 1 nach dem Stand der Technik. Die Pumpe besteht im Wesentlichen aus einem Synchrongetriebe 4, welches auf einer Antriebswelle 8 und einer Synchronwelle 9 angeordnet ist. An die Antriebswelle 8 wird mittels einer Kupplung ein Motor zum Antrieb der Drehkolbenpumpe 1 verbunden, was hier jedoch nicht dargestellt ist. Um den Getrieberaum mit dem Synchrongetriebe 4 vor schädigenden Feststoffen des Fördermediums zu schützen, werden Dichtungen in einem Dichtungsraum 10 zwischen dem Förderraum mit dem Rotorpaar 2 und dem Getrieberaum mit dem Synchrongetriebe 4 im Pumpengehäuse 3 angeordnet. Weiterhin werden im Bereich des Förderraums die Rotoren 2 auf der Antriebs- 8 und der Synchronwelle 9 positioniert, sodass sie mittels des Synchrongetriebes 4 berührungsfrei aufeinander abwälzen können. Durch das Drehen der Rotoren 2 in dem Pumpengehäuse 3 bilden sich die Förderkammern aus. Auch dargestellt sind der Einlass 6 und der Auslass 7 des Förderraums.
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Weiterhin sind in 1 einsatzübliche Verschleißelemente zum Schutz des Pumpengehäuses 3 schematisch gezeigt. Um alle Seiten des Pumpengehäuses 3 zu schützen, werden ebene Verschleißplatten 5b zwischen dem Dichtungsraum 10 und den Rotoren 2 beziehungsweise zwischen den Rotoren 2 und dem Deckel des Pumpengehäuses 11 angeordnet. Durch die meist ovale Form des Pumpengehäuses 3 werden für die bogenförmige Außenkontur des Förderraums jeweils im oberen und unteren Bereich kreissegmentförmige Verschleißschalen 5a eingesetzt. Alle Verschleißelemente 5a, 5b werden in der Praxis aus metallischen Materialien angeboten.
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2 zeigt schematisch eine Drehkolbenpumpe gemäß der Erfindung. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie zu der Drehkolbenpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik gekennzeichnet. 2 zeigt die Ausgestaltung der Verschleißelemente 5a, 5b gemäß der Erfindung. Auch ist ein ergänzendes Schlagkantenelement 5c als vorgelagerter Verschleißschutz jeweils im Ein- 6 und Auslassbereich 7 gezeigt. Man erkennt - bei einer vergleichenden Betrachtung mit der 1 - die Beschichtung der bisher metallischen Verschleißelemente 5a, 5b mit einer elastomeren Schutzschicht, sodass der metallische Rotor 2 komplett von elastomerbeschichteten Elementen 5a, 5b, 5c umgeben ist: zwei gleichartigen Verschleißschalen 5a, zwei Verschleißplatten 5b und vier gleichartigen Schlagkantenelemente 5c. Die Beschichtung ist durch eine Kreuzschraffur gekennzeichnet. Durch die Anordnung von vier Schlagkantenelemente 5c im Einlass- 6 und Auslassbereich 7 ist die Drehkolbenpumpe 1 reversibel betreibbar, sodass durch eine Umkehr der Förderrichtung Einlass 6 und Auslass 7 des Förderraums getauscht werden können. Die Beschichtung der Elemente 5a, 5b, 5c kann auf verschiedene Arten und Weisen erfolgen, wie zum Beispiel dem Vulkanisieren oder anderen Fertigungsverfahren.
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Die Anordnung dieser erfindungsgemäßen Verschleißelemente 5a, 5b und der Schlagkantenelemente 5c im Förderraum der Drehkolbenpumpe 1 zueinander wird in 3a in einer Schnittansicht gezeigt. Dargestellt wird im rechten Teil der Figur ein Schnitt aus der Frontperspektive, der die Anordnung der erfindungsgemäßen Verschleißschalen 5a und der Schlagkantenelemente 5c zu den übrigen Elementen der Drehkolbenpumpe 1 zeigt; im linken Teil findet sich ein Schnitt aus der Seitenperspektive, der die Anordnung der erfindungsgemäßen Verschleißschalen 5a und der Verschleißplatten 5b zueinander zeigt. Man erkennt, dass die metallischen Rotoren 2 an allen auftretenden Dichtspalten, also zwischen den Rotoren 2 und den Verschleißplatten 5b, und zwischen den Rotorflügeln der Rotoren 2 und den Verschleißschalen 5a, nun mit einer Elastomerschicht 12 gepaart sind anstelle einer rein metallischen Paarung, wie dieses beim Stand der Technik der Fall ist. Wenn nun beim Fördern des Fluids Feststoffe in diesen Bereich gelangen, können sich diese in die Elastomerschicht 12 eindrücken. Bei einer Paarung mit rein metallischen Verschleißschalen 5a werden diese Feststoffe gebrochen und beschädigen bei diesem Vorgang die Kontur der Rotoren 2 und der Verschleißschalen 5a. Gleiches gilt für die seitlichen Paarungen zwischen den Rotoren 2 und den Verschleißplatten 5b. Die Seitenperspektive zeigt insbesondere, dass durch die Gummierung der kompletten Seite der Verschleißplatten 5b auch kritische Bereiche wie die Eckbereiche zwischen Verschleißschale 5a und Verschleißplatten 5b komplett von einer Elastomerschicht 12 geschützt sind. Bei einer verschleißbedingten Veränderung der Kontur der Rotoren 2 sind insbesondere diese Bereiche kritisch für die Ansammlung von Feststoffen und somit steigenden Verschleißraten durch eine Ausrundung dieser Eckbereiche. Dies wird durch das Eindrücken der Feststoffe in die Elastomerschicht 12 verhindert.
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Weiterhin zeigt die 3a die Anordnung der erfindungsgemäßen Schlagkantenelemente 5c zu den übrigen Elementen der Drehkolbenpumpe 1. Wie bereits in [0027] bzw. 2 aufgegriffen, sind nach Anspruch 3 vier gleichartige Schlagkantenelemente 5c im Förderraum vorgesehen, jeweils gepaart angeordnet im Einlass 6 und Auslass 7 des Förderraums. Dadurch kann die Pumpe 1 auch reversibel betrieben werden. Soll diese nicht reversibel betrieben werden, sind nur zwei Schlagkantenelemente 5c im Einlassbereich 6 vorzusehen entsprechend dem Anspruch 2. Die Schlagkantenelemente 5c werden durch eine form- und bzw. oder kraftschlüssige Verbindung, zum Beispiel eine Schraubverbindung, im Pumpengehäuse 3 stationiert.
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Auch dargestellt ist die Elastomerbeschichtung 12 der Schlagkantenelemente 5c in der Frontperspektive der 3a. Die Gummierung 12 des Schlagkantenelementes 5c ist etwas härter als die Gummierung 12 der übrigen Verschleißelemente 5a, 5b, um ein Zerschlagen von Überkörnern zu ermöglichen und die Standzeit des Schlagkantenelementes 5c zu erhöhen. Elastomerbeschichtet sind zwei Bereiche des Schlagkantenelements 5c: Die mit dem Rotor 2 in Kontakt stehende Kontur 13, welche als Kreisbogensegment ausgebildet wird, und die sich im Ein- bzw. Auslassbereich 6, 7 des Förderraums befindliche Kontur 14, die achsparallel zu diesem ausgeformt ist. Als Schnittpunkt dieser beiden Konturen 13, 14 des Schlagkantenelements 5c ergibt sich die Schlagkante als Eckbereich zwischen Ein- bzw. Auslass 6, 7 und dem eigentlichen Förderraum der Drehkolbenpumpe 1. Dieser Eckbereich des Schlagkantenelementes 5c kann je nach Anforderung durch das Fördermedium scharfkantig oder minimal abgerundet ausgeführt werden. Die Schlagkante wird in dieser erfindungsgemäßen Ausführung mit einer Elastomerschicht 12 ausgestaltet, um weiche Überkörner, wie Rübenstücke, vor Eintritt in den Förderraum zerschlagen zu können.
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Die 3b zeigt eine zweite gestalterische Ausführung der in bereits 3a vorgeschlagenen Erfindungsausgestaltung. Dabei werden die Schlagkantenelemente 5c metallisch ausgeführt ohne eine elastomere Beschichtung 12. Somit ist auch die in [0030] beschriebene Schlagkante in metallischem Material gehalten. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung soll insbesondere zum Fördern von härteren Feststoffen, wie Steinen, eingesetzt werden und dient zum Abfangen eines Schlages oder zum Zerschlagen der Steine von Überkorngröße, wie in [0013] und [0015] beschrieben. Die Schlagkantenelemente 5c können aus verschiedenen metallischen Materialien gefertigt werden. Eine besonders hohe Standzeit weisen die Schlagkantenelemente 5c aus Manganhartstahl aus, da dieser unter einer plastischen Verformung weiter verhärtet.
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Die beiden Figuren 3a und 3b zeigen beide jeweils in der frontperspektivischen Schnittansicht das Paar von metallischen Rotoren 2 im Förderraum des Pumpengehäuses 3 und die Anordnung zu den Verschleißelementen 5a, 5b, 5c. Diese Rotoren 2 können aus verschiedenen metallischen Materialien ausgeführt werden. Insbesondere für den Einsatz der Rotoren 2 bei Fördermedien mit Feststoffanteilen härteren Grades wird eine Ausführung in Manganhartstahl oder Siliziumcarbid vorgesehen, um die Ursprungskontur der Rotoren 2 lange zu erhalten.
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3c zeigt die erfindungsgemäße, besonders verschleißfeste Rotorkontur 2 mit erfindungsgemäßen Verschleißelementen 5a, 5b, 5c in einer Schnittansicht ähnlich der 3a und 3b. Mittig ist eine Seitenansicht des Förderraums im Schnitt dargestellt, mit weiteren gekennzeichneten Schnittansichten. Diese sind je zu beiden Seiten der Seitenansicht angeordnet und zeigen die erfindungsgemäße Rotorkontur 2 aus der Frontperspektive in zwei verschiedenen Schnitttiefen beziehungsweise ihre Anordnung zu den Verschleißelementen 5a, 5b im Förderraum. Bei der erfindungsgemäßen Rotorkontur 2 handelt sich um eine wechselnde Abfolge von radialen Kontursegmenten und von Konturen, die dem Verzahnungsgesetz genügen. Die Häufigkeit der Abfolge und Dimensionierung der einzelnen Konturabschnitte ist dabei abhängig von der gewählten Flügelanzahl und bildet auf Grundlage dieser Angabe eine über 360° gleichförmige Gesamtkontur aus. Es werden für die äußeren und inneren Kontursegmente radiale Konturen vorgesehen, um einen parallelen Dichtspalt zwischen den Rotoren 2 und den Verschleißschalen 5a auszubilden. Aus der Praxis ist bekannt, dass parallele Spaltformen zu geringem Verschleiß neigen und somit vorteilhaft für den Erhalt einer ursprünglichen Rotorkontur 2 sind. Die Länge der radialen Kontursegmente wird über den Kontursegmentwinkel a definiert und beträgt mindestens 5° und höchstens 20°. Die dazwischen befindlichen Flankenkonturen werden durch eine dem Verzahnungsgesetz entsprechende Kontur ausgebildet. Dadurch ergibt sich ein gleichmäßiger Abwälzvorgang zwischen den Rotoren 2 und somit ein gleichmäßiger paralleler Spalt zwischen dem Rotorpaar 2 selbst bei kontaktloser Ausführung.
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Durch die beiden frontperspektivischen Schnittansichten der 3c, ebenso wie durch die dreidimensionale Darstellung der erfindungsgemäßen Rotorkontur in 4, ist die räumliche Verwindung der Rotoren 2 zu erkennen, im Folgenden als Verwendelung bezeichnet. Der Grad der Verwendelung wird über den Verwendelungswinkel β definiert und beträgt mindestens 35° und höchstens 70°. Die bevorzugte Wahl des Verwendelungswinkels ist abhängig von der gewählten Flügelanzahl des Rotors 2. Um einen Förderprozess mit verwendelten Rotoren 2 herzustellen, müssen immer zwei in der Kontur gleichartige, jedoch gegenläufig verwendelte Rotoren 2 miteinander kombiniert werden. Durch eine verwendelte Ausführung der Rotoren 2 kann eine pulsationsfreiere Mediumförderung realisiert werden, wodurch Schläge durch beispielsweise Feststoffanteile im Fördermedium und das Beschädigen der Rotor- 2 bzw. Verschleißelemeentkonturen 5a, 5b, 5c verringert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehkolbenpumpe
- 2
- Rotoren bzw. Rotorkontur
- 3
- Pumpengehäuse
- 4
- Synchrongetriebe
- 5a
- Verschleißschalen
- 5b
- Verschleißplatten
- 5c
- Schlagkantenelement
- 6
- Einlass des Förderraums
- 7
- Auslass des Förderraums
- 8
- Antriebswelle
- 9
- Synchronwelle
- 10
- Dichtungsraum
- 11
- Deckel des Pumpengehäuses
- 12
- Elastomerbeschichtung
- 13
- Kontur des Schlagkantenelements im Förderraumbereich
- 14
- Kontur des Schlagkantenelements im Ein- bzw. Auslassbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3427282 A1 [0002]
- DE 1553031 C [0003]
- GB 2429751 A [0004]
- DE 102010014248 B4 [0005]
