DE1553031A1

DE1553031A1 - Drehkolbenpumpe fuer zaehfluessige Medien

Info

Publication number: DE1553031A1
Application number: DE19651553031
Authority: DE
Inventors: Armin Schmitt
Original assignee: Eisenwerke Kaiserslautern GmbH
Current assignee: Eisenwerke Kaiserslautern GmbH
Priority date: 1965-10-29
Filing date: 1965-10-29
Publication date: 1969-12-18
Also published as: DE1553031B2; DE1553031C3; US3396667A; GB1157797A; CH463964A

Description

DR. ING. HANS LICHTI · PATENTANWALT

KARLSRUHE-DURLACH · GRÖTZIN GER STRASSE 61

TELEFON 4 1124 1553031

27. Oktober 1965 1422/65

Eisenwerke Kaiserslautern GmbH., Kaiserslautern, Barbarossastraße 30

Drehkolbenpumpe für zähflüssige Medien

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe zum Fördern zähflüssiger Medien, wie hochviskoser Flüssigkeiten und Suspensionen mit zwei zwangsläufig in entgegengesetztem Drehsinn in einem ovalen Gehäuse mit Ansaug- und Druckstutzen von zwei parallel und im Abstand voneinander angeordneten Antriebswellen angetriebenen Drehkolben, deren die Innenwand des Gehäuses unter Flächenberührung bestreichende Verdrängerflügel so zu einander angeordnet sind, daß jeweils der Verdränger-

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flügel dea einen Drehkolbens als Trennflügel für den anderen Drehkolben wirksam wird.

Zum Fördern hochviskoser Flüssigkeiten und Suspensionen werden in der Regel nach dem Verdrängerprinzip arbeitende Drehkolbenpumpen mit Doppelläufern verwendet. Alle bekannten Drehkolbenpumpen arbeiten nach dem gleichen Prinzip, wonach in einem Gehäuse zwei mit parallelen Achsen angeordnete Drehkolben über ein außen liegendes Zahnradpaar zwangsläufig zueinander mit gleicher Drehzahl angetrieben werden. Die beiden Drehkolben sind mit Bezug aufeinander und auf die Form des Gehäuses so ausgebildet und mit Bezug auf die Lage ihrer Antriebswellen so angeordnet, daß ihre Verdrängerflügel die Gehäuseinnenwand in Flächenberührung dicht bestreichen und der Verdrängerflügel eines Drehkolbens dabei jeweils als Trennflügel für den anderen Drehkolben wirkt. Die Arbeitsflanken der Verdrängerflügel stellen im Querschnitt Wälzkurven dar, die je nach Konetruktio_n_sart der Drehkolben verschieden sind. Bei allen bekannten Drehkolbenpumpen mit Doppelläufern laufen die Arbeitsflanken der Verdrängerflügel aber gegen ihre äußere Mantelfläche unter einem spitzen Winkel aus.

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Als Werkstoff für die bekannten Drehkolbenpumpen werden Gußeisen, Rotguß, zinkfreie Bronze oder Edelstahl verwendet. Bei der Auswahl der Materialpaarung für das Material von Pumpengehäuse und Verdrängerflügeln der Drehkolben ist natürlich darauf zu achten, daß die Berührungsflächen ausreichendes Gleitvermögen aufweisen, üb das Festfressen der Drehkolben zu vermeiden. Aus diesea Grunde hat sich bei den bekannten Drehkolbenpustpen im allgemeinen und insbesondere auch solchen zur Forderung hochviskoser Medien und Suspensionen die Ausbildung des Gehäuses und der seitlichen Lagerdeckel aus hartverchromtem Gußeisen und der Verdrängerflügel sowie der Antriebswellen aus gehärtetem Edelstahl bewährt.

Die vorstehend beschriebenen, bekannten Drehkolbenpuapen «it Doppelläufern haben mehrere Nachteile:

Da zwischen dem Pumpengehäuse und den Verdrängerflügeln der Drehkolben einerseits sowie zwischen den Verdrängerflügeln und den Kolbenherzen andererseits ein zur Funktion notwendiges Spiel eingehalten werden muß, bildet sich ist Betriebszustand ein gewisser Schlupf,

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d.h. ein Rückfluß des Fördergutes von der Druckseite zur Saugseite aus. Insbesondere beim Fördern hochviskoser Medien und Suspensionen, die korrosive Eigenschaften besitzen, vergrößert sich schon nach relativ kurzer Betriebsdauer das Spiel zwischen dem Pumpengehäuse und den VerdrängerflugeIn bzw. zwischen den Verdrängerflügeln und den Kolbenherzen. Infolgedessen vergrößert sich auch der Schlupf des geförderten Mediums und der Wirkungsgrad der Pumpe läßt erheblich nach. Außerdem kann es, besonders bei hohen Druckunterschieden zwischen der Saug- und Druckseite, zwischen aufeinander sich abwälzenden Arbeitsflanken der Verdrängerflügel zu Kavitationserscheinungen kommen, durch die der normale Verschleiß zwischen den sich bewegenden Teilen in der Drehkolbenpumpe zusätzlich stark beschleunigt wird. Der Ersatz der durch normalen Verschleiß, durch Korrosion und durch Kavitation unbrauchbar gewordenen Teile ist bei den genannten Materialien mit hohen Kosten verbunden .

Der Erfindung ist die Aufgabe gestellt, «ine Drehkolbenpumpe für zähflüssige Medien mit korrosiven Eigenschaften zu schaffen, die unter Verwendung billigerer

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Materialien mit geringerem Kostenaufwand herzustellen ist, und deren dem Verschleiß besonders ausgesetzten Teile leicht und mit geringerem Kostenaufwand ersetzt werden können. Ausgehend von den bekannten Drehkolbenpumpen mit nach dem Verdrängerprinzip arbeitenden Drehkolben der eingangs erwähnten Gattung, jedoch in Abkehr von den bisher in Betracht gezogenen Materialpaarungen wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das aus beliebigem mechanisch widerstandsfähigem Material bestehende Gehäuse auf seiner Innenseite mit einer Emailschicht versehen ist und auf den als Kolbenherzen dienenden Antriebswellen je ein Verdrängerflügel aus korrosionsfestem und abriebfestem Kunststoff drehfest gelagert ist, und daß die Arbeitsflanken der im Querschnitt teilkreisförmigen Verdrängerflügel als im Querschnitt S-förmige Abwälzkurven ausgebildet sind, die mit einer stetigen Kurve in die äußere Mantelfläche übergehen und tangential in die Umfangekurve des Kolbenherzens einmünden.

Die erfindungsgemäße Kombination von Maßnahmen vermittelt eine Reihe beachtlicher technischer Vorteil·· Di· gewählte H»t«rialpaarusig erlaubt den Bin»

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satz eines innen emaillierten Pumpengehäuses auch für Drehkolhenpumpen, die bisher wegen des Fehlens eines geeigneten Paarungswerkstoffs nicht in Betracht gezogen werden konnten. Da bekanntlich technisches Email sich in vielen Zweigen der chemischen Industrie als bester außerordentlich widerstandsfähiger Oberflächenschutz für Metalle erwiesen hat, ermöglicht seine Verwendung am Gehäuse der Drehkolbenpumpe dessen Her-. stellung aus wenig korrosionsfestem Werkstoff, z.B. unlegiertem Stahl bzw. Grauguß. Durch die Paarung mit Kunststoff wird weiterhin bewirkt, daß die Emailauskleidung des Gehäuses praktisch auch keinen mechanischen Verschleiß durch Abtrieb etc. erleidet, da die aus Kunststoff bestehenden Verdrängerflügel ausreichende Nachgiebigkeit beim Fördern von Festteilchen besitzen. Die im Lauf« der Zeit auftretende mechanische Abnutzung bleibt daher auf die Verdrängerflügel beschränkt, so daß allenfalls diese gelegentlich zu erneuern sind. Die gewählte Materialpaarung erfordert allerdings konstruktive Maßnahmen xur Anpassung der Gestaltung der Drehkolben an die Materialeigenschaften. Di« Erfindung trägt diesem !Anstand durch eine möglichst einfache Konstruktion der Verdrängerfltigel unter Vermeidung rechtwinkliger oder spitzwinkliger Kanten Rechnung, wodurch.

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vermieden wird, daß die im Betrieb auftretenden Scherkräfte durch Abseherung solcher Kanten die Verdrängerflügel nach kurzer Laufzeit unbrauchbar machen könnten.

Die Drehkolbenpumpe gemäß der Erfindung mit innenseitig emailliertem Gehäuse und nur je einem Verdrängerflügel aus Kunststoff an jedem Drehkolben ermöglicht somit, daß infolge der gewählten Materialpaarung nunmehr auch hochkorrosive zähflüssige Medien, wie Flüssigkeiten und Suspensionen, bei wirtschaftlich vertretbarer Lebensdauer mit Drehkolbenpumpen gefördert werden können* Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Drehkolbenpumpe gegenüber anderen Pumpentypen dieser Gattung wird ferner durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung nur je eines Verdrängerflügels an jedem Drehkolben erzielt. Dadurch entstehen nämlich besonders große Arbeitsräume, so daß die Förderleistung schon bei niedrigen Drehzahlen sehr hoch ist, was sich auf die Dauerstandfestigkeit der Pumpe günstig auswirkt. Die erfindungsgemäße geometrische Ausbildung der Arbeitsflanken der Verdrängerflügel ermöglicht mLterhin

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fast quetachungsfreiee Fördern des Fördergutes.

Vorzugsweise bestehen die Verdrängerflügel aus Polytetrafluorethylen. Die ausgezeichnete chemische Beständigkeit und die allgemeinen technologischen Eigenschaften dieses Werkstoffes ermöglichen es, den Verschleiß an den Verdrängerflügeln gering und den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Pumpe auch über eine längere Betriebsdauer hinweg nahezu konstant zu halten.

Zur Vermeidung der gefürchteten Kavitationserscheinungen im Betrieb bei höherer Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite sind in einer bevorzug- ' ten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe in die Arbeitsflanken der Verdrängerflügel flache Ausnehmungen eingearbeitet, die so ausgebildet sind, daß sie sich bei Berührung je einer Arbeiteflanke beider Verdrängerflügel gegenseitig etwas überlappen; wenn sich die Arbeitßflanken der Verdrängerflügel im Raum zwischen den beiden Kolbenherzen aufeinander abwälzen, entsteht dadurch ein enger Spalt, durch den die Quelöschflüssigkeit nach einer Seite hin abfließen kann.

Xn besondere vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die im Querschnitt teilkreisförmigen

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Verdrängerflügel derart ausgebildet, daß der Umfangswinkel des einen Verdrängerflügels wenig kleiner als i8O und der des anderen Verdrängerflügels wenig größer ale l8O° ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorzüge des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung» in denen eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe in Ansichten und Schnitten

) schematisch dargestellt ist. In den Zeichnungen sei g.en:

Fig. 1 einen Drehkolben in Längsansicht mit

Blickrichtung auf seine Arbeitsflankens

Fig. 2 denselben im Querschnitt entlang der Linie XI-II in Figur Ij

Figuren 3 bis 6

die Drehkolbenpumpe mit abgenommener Stirn«

wand ia -w$.®y verschiedenem Arbeitspensen der

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Die dargestellte Drehkolbenpumpe besteht im wesentlichen aus eine» ovalen Gehäuse 1 und zwei nicht deckungsgleichen Drehkolben 2.

Das Gehäuse 1 ist beispielsweise als Gußkörper aus Grauguß od. dgl. hergestellt und auf seiner Innenseite Hd.t einer Emailschicht 11 versehen. Mit seinen halbkreisförmigen Ausbuchtungen bildet das Gehäuse 1 zwei Arbeitsräume A,B für die Drehkolben 2. Am unteren Ende münden die Arbeitsräume des Gehäuses 1 in einen Saugstutzen 12, am oberen Ende in einen Druckstutzen 13.

Jeder der beiden Drehkolben 2 wird von einem Verdrängerflügel 21 und einem Kolbenherz 22a, dem im Gehäuse 1 endenden Stumpf einer Antriebswelle 22, gebildet . Die beiden Antriebswellen 22 stehen auf der Außenseite des Gehäuses über ein - nidit dargestelltes -Stirnradgetriebe in zwangsläufigen mit entgegengesetztem Drehsinn wirkender Antriebsverbindung. Die beiden aus mäßig hartem Kunststoff, vorzugsweise Tetrafluoräthylen, hergestellten Verdrängerflügel 21 besitzen in der Argestellten Querschnittsebene parallel zur Strömungsrichtung teilkreisföraigen Querschnitt_γwobei der Umfangewinkel des

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einen Verdrängerflügels wenig kleiner al« l8O° und der de* anderen Verdrängerflügels «renig größer al« t8O ° ist. In Längsrichtung besitzen die Verdrängerflügel abgerundet rechteckigen Querschnitt, dessen Kanten-Rundungen denen der Stnailauflage des Gehäuse» wenigstens annäherungsweise entsprechen, Die Verdrängerflügel 21 sind mittÄs versenkter Schrauben 23 und einer Paßfeder Zk drehfest auf den zugehörigen Kolbenherzen 22a befestigt.

In ihren Arbeitsflenken 25 besitzen die Verdrängerflügel 21 flache, rechteckige taschenförmige Aussparungen 26, die sich in entsprechenden. Arbeitsposi« tionen (vgl. Figuren 3 und J>) gegenseitig zum Teil überlappen und dadurch den freien Abfluß der Quetschflüssigkeit in den Saugstutzen 12 ermöglichen. Die Arbeiteflanken 25 stellen in der dargestellten Schnittebene parallel *ur Ströwungsrichtung annähernd S-förmige Abwälzkurvea dar, die nach »ttfien mit stetiger Krümmung in die äußere Mantelfläche übergehen,, beipeielsweise tangential in das Kolbenhers· einmünden«

Die Wirkungsweise der erflndungsgeayäßen Drehkolbenpumpe ergibt *ieh aus den in den Figuren 3 big 6 dargestellten Arbeit»phasent

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Die mit gleicher Winkelgeschwindigkeit zwangsweise gegenläufig eich drehenden Drehkolben 2,2^f teilen den freien Innenraum d&s Gehäuses 1 in die beiden Arbeitsräume A und B. In Figur 3 führt der Drehkolben 2 einenbruckhub, der Drehkolben 2 * einen Saughub aus. Der freie Raum zwischen den beiden Kolbenherzen wird von den sich aufeinander abwälzenden Arbeitsflanken der Verdrängerflügel 21 abgedichtet. In Figur k hat sich der Drehkolben 2 üb etwa 120 im Uhrzeigersinn^der Drehkolben 2? um den gleichen Betrag im Gegenuhrzeigereinn gedreht. In dieser Phase hat der Drehkolben 2" einen Druckhub;der Drehkolben 2 den Saughub begonnen. In Figur 5 befinden sich die beiden Drehkolben 2,2* in einer gegenüber der Figur .3 etwa' um l80° gedrehten Stellung, in der der Saughub des Drehkolbens 2 und der Druckhub des Drehlolbens 2* etwa ihre Mittellage erreicht haben. In Figur 6 haben die Drehkolben 2,2' eine gegenüber Figur 5 um etwa 90 verdrehte Position erreicht, in der sie gerade zu einem Saughub (2^f) bzw. Druckhub (2) ansetzen. Aus dieser Figur ist auch ersichtlich, daß der zwischen dem Verdrängerflügel 21 des Drehkolbens 2 und dem Gehäuse 1 sich ausbildende Arbeitsraum A etwa dem von dem Drehkolben 2 während einer vollen Umdrehung maximal zu fördernden Volumen entspricht· ijnt-

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sprechend gilt dies selbstverständlich auch für den Drehkolben 2* und den Arbeitsraum B.

Bei weiterer Drehung der Drehkolben 2,2' etwa ^5 gegenüber der Position von Figur 6 ist die Arbeite« phase gemäß Figur 3 wieder erreicht.

Während der in den Figuren k bis 6 dargestellten Arbeitsphasen wird der freie Innenraum zwischen den beiden Kolbenherssen 22a von den Verdrängerflügeln 21 selbst abgedichtet, wobei zwischen der äußeren Mantelfläche des' jeweiligen Vordränger f lügpi s 21 und der freien Umfang a « fläche des benachbarten Kolbonherzens 22a eine linienhafte Abdichtung entsteht.

Sebstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebene und in der Zeichnung wiederg&gebene Ausflihrungsform beschränkt, sondern es s±nd demgegenüber saiilreich© Abwandlungen möglicis, ohne <äaß dadurch der Rahman der !Erfindung verlassen wird« Beäspialßwäise kann statt der Paß£®«t®r!i®£®sti3pa&g der Vorörängerfliigtl an de» Kolbeaheraseib «ia$ ■ V&el&eHversafesssig v©sr'£©seh©a ©der

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Claims

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Patentansprüche

l.j Drehkolbenpumpe zum Fördern zähflüssiger Medien, nämlich hochviskoser Flüssigkeiten und Suspensionen mit korrosiven Iigenechaften, mit zwei zwangsläufig in entgegengesetztes Drehsinn in einem ovalen Gehäuse mit Ansaug- und Druckstutzen von zwei parallel und im Abstand voneinander angeordneten Antriebswellen angetriebenen Drehkolben, deren die Innenwand des Gehäuses unter Flächenberührung bestreichende Verdrängerflügel so zueinander angeordnet sind, daß jeweils der Verdrängerflügel des einon Drehkolbens als Trennflügel für den anderen Drehkolben wirksam wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (l) auf seiner Innenseite mit einer «»ailschicht (ll) versehen ist, und auf den als Kolbenherzen (22a) der Drehkolben (2) dienenden Antriebswellen (22) je ein Verdrängerflügel C21) aus korrosionsfestem und abriebfestem Kunststoff drehfest gelagert ist, und daa die Arbeiteflanken (25) der i» Querschnitt annähernd halbkreisförmigen Verdrängerflügei al« i» Qu®rscimi,tt S-förmige Abwälzkurven ausgebildet sind, die mit einer stetigen

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Kurve in die äußere Mantelfläche übergehen, beispielsweise tangential in das Kolbenherz (22a) einmünden.
2. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängerflügel (21) aus Polytetrafluorethylen bestehen.
3» Drehkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Arbeiteflanken (25) der Verdrängerflügel (21) flache in Längsrichtung recht«- eckige Ausnehmungen (26) eingearbeitet sind, die so ausgebildet sind, daß sie sich bei Berührung Je einer Arbeitsflanke beider Verdränger flügel gegenseitig überlappen.
4. Drehkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, daß die im Querschnitt teilkreisföriaigesx Verdränger (21) derart ausgebildet sind, daß der Umfangewinkel wenig kleiner als l8O° und der des anderen Verdrängerflügels wenig größer als l80° ist.

5· Drehkolbenpumpe nach den Anspxtibhen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängerflügel (21) mittels vm einen Zentriwinkel gegeneinander versetzter, radial angeordneter Schrauben (23) und einer zwischen diesen (83) axial verlaufenden Paßfeder (24) auf den zugehörigen Kolbenherzen (22a) befestigt sind. 909851/1022 _BAD