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Umlaufkolbenpumpe (Zusatz zu Patent 1183 515) Das Hauptpatent betrifft
u.a. eine Umlaufkolbenpumpe, bestehend aus einem Gehäuse mit einem Innenraum, der
von einer Welle mit einem vorzugsweise kugelförmigen Exzenter durchsetzt ist, und
mit Widerstens einem zum Innenraum hin offnen Zylinderraum, in welchem ein ringförmiges
Dichteelement angeordnet ist, das eine kugelige, mit der Zylinderwand zusammenwirkende
Außenfläche aufweist und mit einer seiner ringförmigen Stirnflächen dichtend mit
der Umfangsfläche des Exzenters zusammenwirkt und das bei der Drehung des Exzenters
eine Hub- und eine Schwenkbewegung im Zylinderraum ausführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Umlaufkolbenpumpe
auch für die Förderung von heißen und/oder aggressiven Medien unter hohem Druck
geeignet zu machen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zylinderraum
nach außen zu von einer Membran abgeschlossen ist, die zusammen mit einem Zylinderkopf
eine Arbeitskammer begrenzt, welche mit windestens einem Anschluß für das zu fördernde
Medium versehen ist, und daß der Innenraum und der Zylinderraum ein inkompressibles,
fließfähiges Medium enthalten und während des Druckhubes voneinander getrennt sind,
jedoch vor Erreichen des unteren Totpunktes des Dichteelements bis zum unteren Totpunkt
miteinander in Verbindung stehen.
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Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag kommt das zu fördernde Medien,
das zum beispiel aus heißen Gasen oder Flüssigkeiten, wie geschmolzenem Metall bestehen
kann, mit keinen Gleit- oder Lagerflächen in Berührung, so daß lediglich die Membran
und gegebenenfalls
die Innenfläche des Zylinderkopfes aus einem
gegen das Fördermedium inertem Material zu bestehen braucht. Auch sind alle Dichtungsprobleme
beseitigt, die sonst zwischen relativ zueinander bewegten Teilen auftreten. Dadurch,
daß die Membran nicht mechanisch, sondern von dem unter Druck gesetzten inkompressiblen
Medium im Zylinderraum bewegt wird, kann der schädliche Raum theoretisch auf Null
vexrbl;ert werden, da die Form der Innenfläche des Zylinderkopfes ohne weiteres
der gewölbten Form der Membran, die diese beim Druckhub einnimmt, angepaßt werden
kann. Dadurch, daß auf beiden Seiten der Membran stets der gleiche Druck herrscht,
bildet die Membran praktisch eine unbelastete Trennwand zwischen dem den Druck übertragenden
inkompressiblen Medium und dem zu fördernden Medium. Wenn als inkompressibles Medium
Öl verwendet wird, so ergibt sich der Vorteil, daß alle mechanisch bewegten Teile
der Pumpe ständig in Öl laufen.
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Die zeitweilige Verbindung des Innenraumes mit de Zylinderraum, die
nötig ist, um ein gleichbleibendes Volumen an inkompressiblen Medium im Zylinderraum
bei Beginn des Druckhubes zu gewärleisten, kann mit Hilfe mindestens eines Steuerschlitzes
erfolgen, der in der Umfangsfläche des Exzenters angeordnet ist und von der ringförmigen
Stirnfläche des Dichtelements übersteuert wird. Alternativ kann der Steuerschlitz
auch in der Zylinderwand vorgesehen werden, der dann von der Außenfläche des Dichtelements
übersteuert wird, Im Betrieb entstehen im Innenraum Pulsationen, die durch die Volumenänderungen
beim Saug- und Druckhub hervorgerufen werden.
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Diese Pulsationen können in vorteilhafter Weise zur Kühlung und zur
Erneuerung des inkompressiblen Mediums verwendet werden, indem an den Innenraum
eine Pulsationskammer angeschlossen wird, in die das Medium ständig hineingepumpt
und daß aus der das Medium ständig herausgepumpt wird. Die Pulsationskammer ist
vorzugsweise oberhalb des Zylinderraumes angeordnet, um die Abscheidung von Luftbläschen
zu begünstigen.
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Um daß jeweils in dem Zylinderraum enthaltene Medium möglichst frei
von Lufteinschlüssen zu halten, ist es zweckmäßig, den Zylinderraum unterhalb des
Innenraumes anzuordnen, so daß sich die Luftbläschen im oberen Bereich des Innenraumes
sammeln können.
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Um zu vers@@id@@, das sich in dem Zylinderraum ein übermäßiger Druck
aufbaut, kann an den Zylinderraum ein Überdruckventil angeschlossen werden. Wenn
das Dichtelement durch eine Feder an den @@zenter gedrückt wird, kann dieses Überdruckventil
von den ringförmingen dichtelement gebildet werden, indem der Innendurchmesser der
auf dem Exzenter gleitenden ringförmigen Dichtfläche größer ausgeführt wird als
der Außendurchmesser des kugeligen, mit der Zylinderwand zusammenwirkenden Abschnittes
des Dichtungsringes. Durch diese Ausbildung wird bei entsprechender Gemessung der
gesamten Durchmesser erreicht, daß sich der Dichtring bei einer bestimmten Druck
gegen die auf ihn wirkende Anprefke@@@t, die sie aus der Federkraft ergibt, von
der @@@@ s@@@@els des @msentors abhebt, bis der Druck im Zylinderraum zum dem @@@lwert,
den von der Größe den Federkraft bestimmt ist, angespruch ist.
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Der @erghu@ dem Membran erhelgt vorzugsweise unter der Wirkung einer
@e@e@, @@dee kann die Membran auch selbstfedernd ausgebild et ein.
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@@ Austreter @oler Temperaturen im zu fördernden Medium ist es@@omteil@@@t,
@e @e@@@an wärmedä @end auszubilden, wodurch die @@@ @@@@@@ @@@ von dem zu fördermden
Medium auf das in-Kompressible Medium vorringert wird. Die Membran kann auch beispielsweise
von @ü@lkanälen durchzogen sein, wodurch gleichzeitig eine Kühlung des zu fördernden
Mediums eintritt. Außerdem ka@@@ der Zylinderkopf in üblicher Weise luft- oder flüssigkeitsgek@hlt
sein.
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Die Membran @@@@ je noch der zu förder@@@@ diu@ aus @etell, aus eine
@lassto@er oder auch aus mehreren S@o@en bes@@@en.
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Auch ist, beispielsweise für die Förderung von flüssigem Metall, ein
mehrschichtiger Aufbau möglich, inde@ die Außenschlichten z.B. aus Berylliumbronze
bestehen und eine wärme@@@@ende Schicht aus Asbest einschließen.
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Weitere erfindungsvesentliche Merkmale und Einzelheiten ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen zwei
Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
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Es zeigt: Fig. 1 einem Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Umlaufkolbenpumpe,
und Fig. 2 einem Längsschnitt durch eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen
Umlaufkolbenpumpe.
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Es sei zunächst auf Fig. 1 bezuggenommen, in der eine Umlaufkolbenpumpe
dargestellt ist, die ein Gehäuse 1 mit einem Innenraum 2 aufweist, der von einer
Welle 3 durchsetzt ist, die einen kugelförmigen Exzenter 4 trägt. In dem Gehäuse
1 ist ein zum Innenraum 2 hin offener Zylinderraum 5 vorgesehen, der ein ringförmiges
Dichtelement 6 aufnimmt, das eine kugelige Außenfläche 7 aufweist, die mit der Zylinderwand
8 dichtend zusammenwirkt. Mit seiner ringförmigen Stirnfläche 9 gleitet das Richtelenent
6 dichtend auf der Umfangsfläche 10 des Exzenters 4 und führt bei Drehung des Exzenters
4 eine Hub- und eine Schrenkbewegung im Zylinderraum 5 aus.
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Der Zylinderraum 5 ist nach außen zu von einer Membran 11 abgeschlossen,
die zusammen mit einem Zylinderkopf 12 eine Arbeitskammer 13 begrenzt, die durch
einen Anschluß 14 über gegensinnig wirkende Rückschlagventile 15 und 16 mit einer
Saugleitung 17 und mit einer Förderleitung 18 verbunden ist. Der Gehäuseinnenraum
2 und der Zylinderraum 5 enthalten ein inkompressibles, fließfähiges Medium, vorzugsweise
Hydrauliköl. Während des D@@@@@@es, d.h. während der Bewegung des Exzenters 4 aus
seiner dargestelten unteren Totpunktstellung in seine obere Totpunktstellung,
wird
das im Zylinderraum 5 eingeschlossene inkompressible Medium unter Druck gesetzt,
der durch die Membran ii auf das in der Arbeitskammer 13 befindliche, zu fördernde
Medium übertragen wird. Dabei wölbt sich die Membran 13, die aus einem selbstfedernden
Material, wie z.B. Berylliumbronze besteht, in der Zeichnung nach unten, bis sie
an der Wand 19 der Arbeitskammer 13 anliegt. Wie ersichtlich, kann bei dieser Ausführung
der schädliche Raum außerordentlich klein gehalten werden. ei der Bewegung des Exzenters
4 von seiner oberen Totpunktstellung in seine untere Totpunktstellung kehrt die
Membran 11 durch ihre Eigenspannung in die dargestellte Lage zurück, wobei die Arbeitskammer
13 eine Volumenvergrößerung erfährt, die bewirkt, daß das zu fördernde Medium durch
die Saugleitung 17 und das Rüchschlagventil 16 in die Arbeitskammer 13 eingesaugt
wird. Vor Erreichen des unteren i'1otpunktes des Dichtelements 6 wird eine Verbindung
zwischen dem Gehäuseinnenraum 2 und dem Zylinderraum 5 hergestellt, um ein gleichbleibendes
Volumen an inkompressiblem Medium im Zylinderraum 5 bei Beginn des Druckhubes zu
gewährleisten und die unvermeidlichen Leckverluste über das Dichtelement 6 während
des Druckhubes zu kompensieren. Diese Verbindung wird beispielsweise durch einen
Steuerschlitz 20 in der Zylinderwand 8 hergestellt, der von der Außenfläche 7 des
Dichtelements 6 übersteuert wird, und zwar derart, da er den Innenraum 2 und den
Zylinderraum 5 vor Brreichen des unteren Totpunktes des Dichtelements 6 bis zum
unteren Totpunkt oder auch bis kurz nach dem unteren Totpunkt miteinander verbindet.
Nach dem unteren Totpunkt wird der Schlitz 20 abgesteuert, so daß nun der Druckhub
mit einem vorbestimmten Volumen beginnen kann. Anstelle des Steuerschlitzes 20 kann
auch ein Steuerschlitz 21 in der Umfangsfläche 10 des Exzenters 4 angeordnet sein,
der von der ringförmigen Stirnfläche 9 des Dichtelements 6 zu den vorher angegebenen
Zeiten übersteuert wird. Die Drehrichtung des Exzenters 4 ist dabei durch den Pfeil
D veranschaulicht.
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Da sich das Volumen des Gehäuseinnenraumes 2 bei der Drehung des Exzenters
4 periodisch verändert, ist der Innenraum 2 zur Vermeidung eines Druckaufbaues durch
einen Amschluß 22 mit einer nicht dargestellten Pulsationskammer verbunden, die
oberhalb des Zylinderraumes 5 liegt und aus der während des Druckhubes inkompressibles
Medium entnommen und der beim Saughub inkompressibles Medium aus dem Innenraum 2
zugeführt wird. Dadurch entsteht ein ständiger Ölwechsel und gleichzeitig ist eine
Kühlung des Öls mit einfachen Mitteln möglich.
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Der Zylinderraum 5 liegt bei dem Ausführungsbeispiel unterhalb des
Innenraumes 2, um zu ver@elden, daß sich Luftblasen im Zylinderraum 5 ansa@@eln
können.
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Das ringförmige Dichtelement 6 wird in diesem Ausführung beispiel
von einer Feder 23 gegen die Umfangsfläche 10 des Exzenters 4 gedrückt, um an dieser
stelle eine zuverlässige Abwichtung während des Druckhubes zu gewährleißten. Um
eine Andrüc@ung durch das inkompressible Medium zu vermeiden und g@sie@zeitig eine
Begrenzung des Druckes im Zylinderraum 5 während das Druck uber zu erreichen, ist
der Innendurchmesser der auf den Exzenter gleitenden ringförmigen Dichtfläche 9a
des Dichtelements 6 größer ausgeführt als der Außendurchmesser des kugeligen, mit
der Zylinder wand 8 zusammenwirkenden Abschmittes 7 des Dichtelements 6. Dadurch
wird die im Sinne eines Abhebens des Dichtelements 6 vom Exzenter 4 beaufschlagte
Fläche größer als die in Sinne eines Andrückens beaufschlagte Fläche, so daß bei
einem bestimmten Druck im Zylinderraum 5 das Dichtelement 6 gegen die Wirkung der
Feder 23 vom Exzenter abgehoben wird. Das Dichtelement wirkt somit als Überdruckventil.
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Bei der Ausführung gemäß Fig. 2 sind gleiche Teile mit den gleichen
Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Unterschiedlich gegenüber der Ausführung
von Fig. 1 ist im wesentlichen die Art der Führung des Dichtelements 6; und zwar
sind zu diesem Zweck zwei Niederhaltescheiben 30 vorgesehen, die lose auf je einer
Schulter
31 a Exzenter 4 gelagert sind und deren umgebogene @arter 32 über den auf dem Exzenter
4 gleitenden Abschmitt des Dichtelements 6 greifer. Die Schultern 31 sind konzentrisch
zum Mittelpunkt des Exzenters 4. Bei dieser Ausführung muß ein eigenen Überdruckventil
33 an den Zylinderraum 5 angeschlossen werden.
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Die Aberegung@eratiger @iederhaltescheiben empfielt sich insbesondere
bei Ausfuhrungen, die mit mehreren, vorzugsweise stern-König angeordneten Zylinderräumen
versehen sind, da hierdurch die zonst für jedes Dichtelement benötigten Federn 23
entfallen.
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Hierbei ist es alleruings erforderlich, das Dichtelement so auszu@@len,
da es beim Druchub von dem im Zylinderraum herrschen-@@@ @rauch@dichter@ an der
Exzenter gedruckt wird.
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Selbstvers@@@@@lic@ sind viele Ab andiungen der dargestellten beispiele
Möglich. ohne den Kahmen der Erfindung zu verlassen. So Können, wie bereits erwührt,
mehrere Zylinderräume vorgesehen werden. Auch kann in die Arbeitskammer jeweils
eine Saug- und eine @ruckleitung ein ünden. Die Membran kann auf verschiedenste
Weise ausgebildet sein und das den unterschiedlichsten Werkstoffen und zwar sowohl
aus Metall als auch aus einem Elastomer, bestehen.
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In den Ausführungsbeispielen kehrt die Membran durch ihre Eigenspannung
in die untere Totpunktlage zurück. Selbstverständlich könnte stattdessen auch eine
Feder vorgesehen werden, die den Sauglub der Membran verhorruft. Wenn in dem zu
fördernden Medium hohe Temperaturen auftreten, so ist es zweckmäßig, die Arbeitskanter
durch bekannte @a@nammen, z.B. Flüssigkeits- oder Luftkühlung des Zylinderkopfes,
zu kühlen. Um eine Wärmeübertragung auf des inkompressible Medium im Zylinderraum
zu vermeiden, kann die Membran wärmedänhend ausgebildet sein, beispielsweise indem
ein mehrschichtiger Aufbau vorgesehen ist mit einer Zwischenlage aus wärmedährendem
Material. Auch kann die Membran von Kühlkanälen durchzogen sein, durch die Kühlflüssigkeit
hindurchgepumpt wird.
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-Patentansprüche