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Die Erfindung bezieht sich auf zahnradähnliche, berührungsfrei ineinandergreifende
Förderrotoren einer Drehkolbenpumpe, die vorzugsweise zum Fördern von Papierfasermasse
oder ähnlichen Faserstoffgemischen bzw. dicken Suspensionen dient und einen Förderraum
enthält, der den Außenumfangskreisen der gegenläufig angetriebenen Förderrotoren
angepaßt ist, die jeweils mehrere, vorzugsweise vier, zahnartige Flügel aufweisen,
deren gegenseitige Abdichtung ausschließlich durch im Bereich der Eingriffskreise
angeordnete konkave Flächen bzw. leistenartig beidseitig in Umfangsrichtung vorspringende
Teile der Zahnflanken erfolgt, während, in einem mittleren Querschnitt durch die
Pumpe gesehen, die Zahnköpfe außerhalb dieser vorspringenden Flankenteile jeweils
eine dazu relativ schmale, ungefähr keilförmige Gestalt haben und nur gegenüber
Wandteilen des Förderraumes radial abdichten, aber sich nicht dichtend den Zahnlückenflanken
nähern, die durch unterschnittartig weit ausgerundete Zahnlücken mit konkaven übergangskurven
zwischen den einzelnen zahnartigen Flügeln radial innerhalb der vorspringenden Flankenteile
gebildet werden.
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Es sind in dieser Form ausgebildete zahnradähnliche Förderrotoren
einer Drehkolbenpumpe bekannt, bei denen die gegenseitige Abdichtung durch den Eingriff
von abgerundeten vorspringenden Zahnflankenteilen in entsprechend geformte hohlkehlenartige
Vertiefungen zwischen diesen vorspringenden Teilen und den Zahnköpfen erfolgt. Die
abdichtenden Flächen wälzen sich beim Eingriff aufeinander ab. Bei einem solchen
Abwälzen, wie es auch bei anderen ähnlichen Förderrotoren stattfindet, besteht aber
die Gefahr, daß sich Feststoffteilchen auf den sich aufeinander abwälzenden Flächen
festsetzen, was schließlich zu einem Verklemmen oder zumindest einer unerwünscht
starken Radialbeanspruchung der Förderrotoren führen kann.
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Bei anderen bekannten zahnradähnlichen, berührungsfrei ineinandergreifenden
Förderrotoren einer Drehkolbenpumpe für Flüssigkeiten mit hohem Feststoffgehalt
greifen die Zahnköpfe dichtend in die Zahnlücken ein und wirken somit bei der gegenseitigen
Abdichtung der Förderrotoren mit. Bei diesen Förderrotoren wird zwar die Gefahr
des Festsetzens von Feststoffteilchen auf den abdichtenden Flächen der Förderrotoren
vermieden, die Tatsache, daß die Zahnköpfe jedoch sowohl zur radialen Abdichtung
gegenüber Wandteilen des Förderraumes als auch zur gegenseitigen Abdichtung der
Förderrotoren herangezogen werden, ruft einen schnellen Verschleiß an den Zahnköpfen
bzw. deren Spitzen hervor. Wenn sich, was im allgemeinen der Fall sein wird, die
Abstände zwischen den Spitzen der Zahnköpfe einerseits und den mit diesen dichtend
zusammenwirkenden Wandteilen des Förderraumes bzw. den konkaven Flächen der Zahnflanken
durch den Verschleiß ungleichmäßig vergrößern, kann der Verschleiß nicht durch einfache
Auftragsschweißung der Zahnköpfe ausgeglichen werden, sondern es muß außer den Zahnköpfen
auch mindestens eine der mit diesen dichtend zusammenwirkenden Flächen nachgearbeitet
werden. Bei dieser bekannten Drehkolbenpumpe hat der bei der Drehung von den Zahnköpfen
jedes Rotors beschriebene Raum eines sich von der Mitte nach außen verjüngenden
Doppelkegelstumpfes-Erwähnt sei noch, daß bei einem bekannten Gebläse vom Roots-Typ
die Abdichtflächen an den Rotorf(ügelflanken bei der Rotordrehung durch die Kanten
dieser Flanken mit dem betreffenden Umfangsflächenstück des Gegenrotors erzeugt
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Gewährleistung einer
ständigen Abdichtung zwischen den Rotoren an den vorspringenden Flankenteilen im
Bereich der Teilkreise ein Festsetzen von Feststoffen und sonstigen Beimengungen
in der geförderten Flüssigkeit zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird bei Förderrotoren der eingangs genannten Art gemäß
der Erfindung dadurch gelöst, daß die leistenartig vorspringenden Abdichtflankenteile
jedes zahnähnlichen Flügels mit in Umfangsrichtung weisenden konkaven Dichtflächen
versehen sind, deren Querschnittssehnen ungefähr radial gerichtet sind und die durch
zwei innerhalb und außerhalb des jeweiligen Eingriffskreises der Rotoren gelegene
Ränder begrenzt sind, von denen der radial äußere eine Kante bildet, die gleichzeitig
die Erzeugende der entsprechenden konkaven Abdichtfläche des anderen Rotors darstellt
und bei der Drehung der Rotoren dichtend und gleichsam schabend über diese Abdichtfläche
wandert.
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Es hat sich als günstig erwiesen, wenn der in etwa radialer Richtung
gemessene Abstand der die konkaven Dichtflächen begrenzenden Ränder so bemessen
ist, daß bei der Rotordrehung eine überdeckung von etwa 5° zwischen dem Eingriff
aufeinanderfolgender Flügelpaare eintritt.
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Um den Verschleiß auszugleichen, können die Zahnköpfe der zahnradartigen
Flügel radial einjustierbare Leisten aufweisen.
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Bei einer Ausführung der Erfindung nehmen die Zahnköpfe außerhalb
der leistenartig vorspringenden Abdichtflankenteile von ihrer größten radialen Höhe
im mittleren Querschnitt durch den Rotor nach den beiden Stirnenden des Rotors hin
so in ihrer Höhe ab, daß der bei der Drehung von jedem Rotor beschriebene Raum die
Form eines Doppelkegelstumpfes hat, wobei sich die Zahnköpfe und die Zahnlücken
den vorspringenden Abdichtflankenteilen annähern.
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Gemäß einer besonderen Ausführung der Erfindung behalten die Zahnköpfe
außerhalb der leistenartig vorspringenden Abdichtflankenteile in einem über eine
bestimmte Länge sich erstreckenden Mittelteil, in dem der Rotorquerschnitt konstant
ist, ihre größte radiale Ausdehnung bzw. Höhe bei, und die radiale Höhe der Zahnköpfe
nimmt von diesem Mittelteil aus nach den beiden Stirnenden des Rotors hin so ab,
daß der von jedem Rotor bei der Drehung beschriebene Raum aus einem Zylinder mit
an dessen beiden Enden sich anschließenden Kegelstümpfen besteht, wobei sich die
Zahnköpfe und die Zahnlücken in diesen kegelstumpfförmigen Bereichen den vorspringenden
Abdichtflankenteilen nähern.
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Gemäß einer dritten Ausführung der Erfindung ist der Querschnitt der
Förderrotoren über die gesamte Rotorlänge konstant.
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Jeder Rotorkörper besteht vorzugsweise aus einem Gußstück, das nur
an den in Umfangsrichtung weisenden konkaven Dichtflächen sowie deren äußerer Kante
und den Spitzen der Zahnköpfe bearbeitet ist.
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D@e Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, es zeigt F i g. 1 einen bezüglich
des Förderraums mittleren Querschnitt durch eine Drehkolbenpumpe mit Förderrotoren
gemäß der Erfindung,
F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Drehkolbenpumpe
gemäß F i g. 1, F i g. 3 bis 7 Querschnitte durch Teile der Förderrotoren bei verschiedenen
Winkelstellungen der Förderrotoren zueinander, F i g. 8 eine perspektivische Ansicht
der Hälfte eines Förderrotors nach den F i g. 1 und 2, wobei die andere Hälfte weggeschnitten
ist, F i g. 9 bis 11 Querschnitte durch Teile eines Förderrotors gemäß den Linien
9-9, 10-10 bzw. 11-1l. in F i g. 2, F i g. 12 eine Stirnansicht des Förderrotors
gemäß Fig.8, F i g. 13 einen Schnitt durch den Zahnkopf eines Flügels eines Förderrotors
mit einstellbarer Abdichtleiste, F i g. 14 eine Seitenansicht von Förderrotoren,
deren Querschnitt über die gesamte Rotorlänge konstant ist und F i g. 15 eine Seitenansicht
eines Förderrotors mit in einem mittleren Teil der Rotorlänge konstantem Querschnitt.
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Die in F i g. 1 und 2 dargestellte Drehkolbenpumpe hat ein Gehäuse
1 mit einer Einlaßöffnung 2
und einer Auslaßöffnung 3. Der Förderraum
der Pumpe wird oben und unten jeweils durch eine Fläche 4 bzw.
5 begrenzt, die die Form von Teilen eines sich von der Mitte nach außen verjüngenden
Doppelkegelstumpfmantels hat. Im Förderraum sind ein oberer Förderrotor 6 mit einer
Welle 7 und ein unterer Förderrotor 8 mit einer Welle 9 drehbar angeordnet. Auf
einer Seite der Rotoren sind auf den Wellen 7 und 9 Getriebezahnräder 10 und 11
befestigt, durch die die beiden Rotoren für einen gegensinnigen synchronen Umlauf
gekoppelt sind.
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Der Aufbau der Förderrotoren ist am deutlichsten aus den F i g. 8
bis 12 und ihr Zusammenwirken aus den F i g. 3 bis 7 ersichtlich, welche einen 45'-Sektor
einer Umdrehung des Rotorpaars zeigen. Bei Förderrotoren mit vier Flügeln wird ein
solcher 45"-Sektor bei einer vollen Umdrehung der Rotoren achtmal durchlaufen. Da
die beiden Förderrotoren 6 und 8 gleich sind, gelten die Bezugszeichen für die betreffenden
Teile beider Rotoren.
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Wie insbesondere aus den F i g. 8 bis 12 ersichtlich ist, enthält
jeder Rotor vier Flügel 20, zwischen denen konkave Zahnlücken 30 liegen, die unbearbeitet,
wie sie aus der Gußform kommen, bleiben können, da sie nicht zur Abdichtung herangezogen
werden. Die Flügel weisen verhältnismäßig dünne radial nach außen gerichtete Zahnköpfe
22 auf, die keilförmig zum Außenkreis auslaufen. Die Höhe der Spitzen der Zahnköpfe
nimmt vom mittleren Querschnitt durch den Rotor, wo sie ihren größten Wert hat,
nach den beiden Stirnenden des Rotors hin in ihrer Höhe so ab, daß der bei der Drehung
von jedem Rotor beschriebene Raum die Form eines Doppelkcgelstumpfes hat.
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Die Seiten 24 der Zahnköpfe 22 können ebenfalls im wesentlichen unbearbeitet
bleiben.
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Am Fuß der Zahnköpfe 22 der Flügel 20 sind jeweils leistenartig in
Umfangsrichtung vorspringende Abdichtflankenteile A mit in Umfangsrichtung weisenden
konkaven Dichtflächen 27 vorgesehen, deren Querschnittssehnen ungefähr radial gerichtet
sind und die durch zwei außerhalb und innerhalb des jeweiligen Eingriffskreises
P (F i g. 3) der Förderrotoren gelegene Ränder 26 bzw. 28 begrenzt
sind, von denen der radial äußere Rand (26) eine Kante bildet, die gleichzeitig
die Erzeugende der entsprechenden konkaven Abdichtfläche des anderen Rotors darstellt.
Bei einer vierflügeligen Pumpe beträgt der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten
Kanten 26 vorzugsweise 45'. Dieser Winkel hängt von der Anzahl der Flügel des Förderrotors
ab und ist im allgemeinen gleich 180' geteilt durch die Anzahl der Flügel. An den
äußeren Rand der Abdichtfläche grenzt auf der der Abdichtfläche abgewandten Seite
eine andere genau bearbeitete Fläche 25 an. Der Winkel, den diese Fläche 25 an der
durch den Rand 26 gebildeten Kante mit der konkaven Abdichtfläche 27 bildet, beträgt
vorzugsweise etwa 70', er ist auf alle Fälle so klein, daß eine berührungsfreie
Drehung der beiden Rotoren gewährleistet ist.
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Der in etwa radialer Richtung gemessene Abstand der die konkaven Abdichtflächen
27 begrenzenden Ränder 26, 28 entspricht mindestens 180' der Rotordrehung geteilt
durch die Anzahl der Flügel eines Rotors, also bei einem vierflügeligen Rotor mindestens
45', vorzugsweise jedoch etwas mehr, so daß bei der Rotordrehung eine überdeckung
von etwa 5' zwischen dem Eingriff aufeinanderfolgender Flügelpaare eintritt. Der
Eingriffskreis P geht theoretisch durch die Mitte der Abdichtflächen 27,
so daß der Abstand der Ränder 26 und 28 vom Eingriffskreis P jeweils mindestens
22,5' der Rotordrehung beträgt. Die überdeckung wird vorzugsweise dadurch erreicht,
daß die Abdichtfläche radial nach außen verlängert ist, so daß also der äußere Rand
26, bezogen auf die Rotordrehung, 27,5' vom Eingriffskreis P entfernt ist.
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Die gegenseitige Abdichtung der Förderrotoren erfolgt also durch die
beidseits in Umfangsrichtung leistenartig vorspringenden Teile der Zahnflanken.
Die Zahnlücken 30 sind so groß, daß die gepumpte Flüssigkeit frei um die Spitze
eines in eine Zahnlücke eingreifenden Zahnkopfes 22 fließen kann.
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Die Flügel 20 sind symmetrisch zu einer radialen, die Drehachse
enthaltenden Ebene, so daß die Förderrichtung der Pumpe umkehrbar ist. Die Spitzen
der Zahnköpfe 22 können keilförmig zulaufen und eine 2' des Umfangs entsprechende
Breite aufweisen, so daß sie scharfe Kanten und trotzdem eine genügende Festigkeit
haben. Ein Verschleiß der Zahnköpfe kann durch Auftragsschweißung ausgeglichen werden.
Um den Verschleiß auszugleichen, können die Zahnköpfe der zahnartigen Flügel auswechselbare
und in Radialrichtung einjustierbare Leisten 40 enthalten, wie es in F i
g. 13 dargestellt ist. Die Leiste 40
wird durch Beilagestreifen 42 justiert
und mittels einer Schraube 43 befestigt, die ein Langloch 41 in der Leiste 40 durchsetzt.
Ein Verschleiß der konkaven Abdichtflächen bzw. deren Kanten kann ebenfalls durch
Auftragsschweißung und Nachbearbeitung ausgeglichen werden.
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Bei der Ausführung nach F i g. 2 nehmen die Zahnköpfe 22 außerhalb
der leistenartig vorspringenden Abdichtflankenteile von ihrer größten radialen Höhe
im mittleren Querschnitt durch den Rotor nach den beiden Stirnenden des Rotors hin
so in ihrer Höhe ab, daß der bei der Drehung von jedem Rotor beschriebene Raum die
Form eines Doppelkegelstumpfes hat, wobei sich die Zahnköpfe 22 und die Zahnlücken
30 den vorspringenden Abdichtflankenteilen annähern. Die konkaven Abdichtflächen
27 und ihre Ränder 26 und 28 verlaufen dabei in Achsrichtung, so daß
die Breite der Abdichtflächen konstant
ist und die Ränder über
die ganze Länge des Rotors geradlinig verlaufen. Die Breite der Abdichtflächen bestimmt
im allgemeinen den inneren radialen Abstand der Zahnlücken 30 vom Rand 28; in der
Praxis kann sich der Boden der Zahnlücken sogar geringfügig über diesen Rand nach
außen erstrecken, wie beispielsweise F i g. 12 zeigt, da der Spielraum für die Zahnköpfe
kein Problem darstellt.
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Bei einer Pumpe mit etwa 380 mm langen Rotoren der oben beschriebenen
Art, bei denen der Abstand der Zahnspitzen zweier entgegengesetzter Flügel am äußeren
Ende etwa 250 mm und in der Mitte etwa 380 mm beträgt, kann der Abstand zwischen
den Spitzen der Zahnköpfe 22 und den Flächen 4 bzw. 5 des Gehäuses 1 etwa 0,4 bis
0,8 mm betragen. Eine solche Pumpe ermöglicht es, Faserstoffgemische mit bis zu
20 % Feststoffgehalt mit ausgezeichnetem Wirkungsgrad und hohem Druck zu fördern.
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Das Zusammenwirken der beschriebenen Förderrotoren wird nun an Hand
der F i g. 3 bis 7 erläutert, die einen 45°-Sektor der Rotordrehung in fünf Schritten
zu je 9° zeigen.
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Bei der in F i g. 3 dargestellten gegenseitigen Stellung der beiden
Förderrotoren 6 und 8 hat der die Abdichtkante bildende äußere Rand 26 des Rotors
8 gerade die Abdichtfläche 27 des Rotors 6 erreicht, so daß eine gegenseitige Abdichtung
der beiden Rotoren gewährleistet ist. Wie die F i g. 4 und 5 zeigen, läuft der Zahnkopf
22 frei an der Abdichtfläche 27 des Rotors 8 vorbei, während der Rand 26 des Rotors
6 sich dem inneren Rand der Abdichtfläche 27 des unteren Rotors 8 nähert. Gleichzeitig
bewegt sich der Rand 26 des Rotors 8 von der Abdichtfläche 27 des Rotors 6 weg,
so daß zwischen den gegenüberliegenden Abdichtflächen der beiden Rotoren kein geschlossener
Raum gebildet wird.
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Wie F i g. 6 zeigt, wandert der Rand 26 des oberen Rotors 6 annähernd
in radialer Richtung über die Abdichtfläche 27 des unteren Rotors 8, bis die in
F i g. 7 dargestellte Stellung erreicht ist, bei der sich der Zahnkopf 22 in der
Mitte der Zahnlücke 30 befindet, von der er jedoch einen ausreichenden Abstand hat.
Bei der Drehung der Rotoren aus der Stellung gemäß F i g. 6 in die Stellung gemäß
F i g. 7 gelangen auch die leistenartig vorspringenden Teile der Zahnflanken auf
der anderen (in F i g. 7 linken) Seite der Zahnlücke 30 in Eingriff. F i g. 7 zeigt
ferner, daß eine geringfügige Überdeckung von etwa 5° der Rotordrehung vorgesehen
ist, bei der sich die leistenartig vorspringenden Teile der Zahnflanken auf den
beiden Seiten des dargestellten Flügels des Rotors 6 im Eingriff mit den entsprechenden
Teilen der Flügel des Rotors 8 befinden. Durch diese hinsichtlich der Abdichtung
vorteilhafte Überdeckung des Eingriffs können keine Nachteile entstehen, da die
Volumenänderung des während der Überdeckung in der Zahnlücke 30 eingeschlossenen
Raums maximal nur etwa 1,5 % beträgt und der Zahnkopf 22 einen ausreichenden Abstand
von der Zahnlücke 30 hat. Der Abstand der die Abdichtkanten bildenden Ränder 26
von den konkaven Abdichtflächen 27 beträgt bei Förderrotoren der oben angegebenen
Abmessungen etwa 0,4 bis 0,8 mm.
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Bei der in F i g. 14 dargestellten Ausführungsform ist der Querschnitt
der Rotoren 6' und 8' über die gesamte Rotorlänge konstant. Diese Rotoren haben
eine ausgezeichnete Förderleistung pro Längeneinheit. Bei stark faserhaltigen Flüssigkeiten,
wie Papierfasermasse, besteht bei solchen Rotoren jedoch die Neigung, daß sich Fasern
an den im wesentlichen radial verlaufenden Seitenwänden der Zahnlücken 30' festsetzen.
Dieser Mangel wird bei der in F i g. 15 dargestellten Ausführungsform vermieden,
während gleichzeitig die hohe Förderleistung erhalten bleibt. Die Rotoren 6", 8"
dieser Ausführungsform haben in einem mittleren Teil konstanten Querschnitt, und
die radiale Höhe der Zahnköpfe nimmt von diesem Mittelteil nach den beiden Stirnenden
des Rotors hin so ab, daß der von jedem Rotor bei der Drehung beschriebene Raum
aus einem Zylinder mit an dessen beiden Seiten sich anschließenden Kegelstümpfen
besteht, wobei sich die Zahnköpfe 22" und die Zahnlücken 30" in diesen kegelstumpfförmigen
Bereichen zu den Rotorenden hin den vorspringenden Abdichtflankenteilen
A nähern. Die Abdichtflankenteile A
verlaufen dabei parallel zur Rotorachse
unabhängig von der äußeren Form des Rotors. Die Rotoren können dadurch leicht hergestellt
werden, auch Rotoren, bei denen der von den Zahnspitzen umschriebene Raum gekrümmt
ist, falls dies aus irgendeinem Grunde wünschenswert sein sollte.