DE19646469C2 - Drehkolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse, in dem zwei gegenläufig rotierende, aufeinander abwälzende Drehkolben auf zwei parallelen, beab­ standeten Wellen gehalten sind, wobei die Wellen aus dem Pumpengehäuse herausge­ führt und mit ihren Endabschnitten in zwei Hohlwellen aufgenommen sind, die in einem Getriebegehäuse gelagert sind.

Derartige Drehkolbenpumpen, die in zweiflügeliger Ausführung auch als Roots-Gebläse bzw. Roots-Pumpen bezeichnet werden, sind in unterschiedlichen Bauarten für eine Vielfalt von Medien im Gebrauch. Die Erfindung richtet sich hauptsächlich auf Einsatz­ fälle im agrartechnischen Bereich sowie in angrenzenden Gebieten, kann indes selbst­ verständlich auch in anderen Bereichen wie etwa in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden.

Bei bisher überwiegend eingesetzten Bauarten von Drehkol­ benpumpen sind auf beiden Seiten des Pumpengehäuses je­ weils zwei Lagerungen zur Aufnahme der die Drehkolben tra­ genden Wellen vorgesehen, wobei die Wellen auf einer Seite aus dem Pumpengehäuse herausgeführt sind. Der Antrieb der Kolben erfolgt über eine an der betreffenden Seite des Pumpengehäuses anzubringende Getriebeeinheit, die im we­ sentlichen aus einem miteinander kämmenden Zahnradpaar auf den aus dem Pumpengehäuse ausgeführten Wellenabschnitten sowie aus einer jeweiligen Lagerung für die Wellen be­ stand.

Aufgrund der erforderlichen Abdichtung einerseits der Ge­ triebeeinheit gegen Schmiermittelverlust und andererseits des Pumpengehäuses gegen Verlust des Pumpmediums sind mit dieser bekannten Anordnung jedoch gravierende Nachteile verbunden. Da die Abdichtung der beiden genannten Bereiche üblicherweise mittels auf den Wellen laufender Wellen­ dichtringe (Simmerringe) erfolgt und die Wellen im wesent­ lichen überall den gleichen Durchmesser aufweisen, liegen die einander benachbarten Wellendichtringe bzw. sonstige Dichtungsanordnungen von Getriebe einerseits und Pumpe andererseits näherungsweise auf gleicher radialer Posi­ tion. Im Falle einer Undichtigkeit der pumpenseitigen Wel­ lendichtung kann es bei entsprechendem Überdruck innerhalb des Pumpengehäuses dazu kommen, daß ein scharfer Strahl des Pumpmediums unter hohem Druck auf die getriebeseitige Wellendichtung trifft, wodurch Pumpmedium in das Getriebe­ gehäuse eindringen und dort zu einem Schaden an Lagern, Zahnrädern etc. führen kann. Bei entsprechenden Druckver­ hältnissen ist auch die umgekehrte Situation denkbar, wo­ bei Schmiermedium in die Pumpe gelangen kann und bspw. die Anwendungen im Le­ bensmittelbereich großen Schaden verursachen kann.

Im Falle der häufig bevorzugten, wartungsarmen, fliegend gelagerten Bauweise tritt ein weiterer Nachteil dahingehend auf, daß die freitragende Länge der Welle aufgrund der zwangsläufig zwischen dem getriebeseitigen Lager und dem Drehkolben vorzusehenden, doppelten Dichtungsanordnung relativ groß wird. Damit sind entsprechende Durchbie­ gungen der Wellen an deren freien Endabschnitten verbunden, die mitunter zu einer zu­ sätzlichen, abstützenden Lagerung mit einem entsprechenden Dichtungsaufwand zwin­ gen.

Als weiterer Nachteil der genannten Pumpenbauart ist die relativ aufwendige Montage bzw. Demontage einzelner Teile wie Drehkolben, Dichtungsanordnungen, Lagerungen etc. zu sehen. Um beispielsweise im Falle eines Dichtungsversagens einer der beiden einander benachbarten Dichtungen zwischen Pumpengehäuse und Getriebeeinheit her­ anzukommen, mußte bisher die Getriebeeinheit zusammen mit den Lagern und Zahnrä­ dern Teil für Teil von den Endabschnitten der Wellen abgebaut werden, was einen er­ heblichen Zeit- und Kostenaufwand bedeutete.

Aus der EP 0 450 690 A1 ist eine Drehkolbenpumpe mit den Merkmalen des Oberbe­ griffs des Anspruchs 1 bekannt. Bei diesem Stand der Technik sind allerdings keine ge­ trennten Abdichtungen der Pumpen- und Getriebeeinheit vorhanden.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Drehkolbenpumpe bereitzustellen, bei der die genannten Nachteile nicht mehr auftreten, bei der die Getriebeeinheit dichtungs­ technisch weitestgehend vom Pumpengehäuse entkoppelt ist und diese Einheiten somit leicht voneinander getrennt werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezug­ nahme auf eine Zeichnung weiter erläutert, wobei

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Drehkolbenpumpe in einer seitlichen Ansicht, teilweise im Querschnitt, zeigt, und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 zeigt.

Zunächst sei auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine erfindungsgemäße Drehkolbenpumpe in einer seitlichen Darstellung zeigt, die teilweise als Schnittansicht ausgeführt ist, wobei die Schnittebene die Längsachsen der beiden Wellen der Pumpe enthält, wie aus der nachfolgenden Beschreibung noch deutlich wird.

Die Drehkolbenpumpe besteht aus dem eigentlichen Pumpengehäuse 1 und dem daran mit einer Flanschverbindung 2 angeflanschten Getriebegehäuse 3. Das im wesentlichen zylindrische Pumpengehäuse 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform einteilig ausge­ führt und endseitig mit einer Stirnwand 1a und einem Deckel 1b verschlossen, während das Getriebegehäuse 3 aus zwei halbschalenartigen Hälften zusammengesetzt ist, deren Teilungsebene mit der Schnittebene der Darstellung nach Fig. 1 übereinstimmt und die mit Schrauben 4 aneinander gehalten sind.

Das Getriebegehäuse hat den Zweck, die beiden Wellen 5, 6 der Drehkolbenpumpe zu lagern und die über den Zapfen 7 eingeleitete Antriebskraft von der Welle 6 zum Teil auf die Welle 5 zu übertragen, wobei die Wellen mit einem Paar Zahnräder, von denen eines mit 8 bezeichnet ist, mitein­ ander gekoppelt und gegenläufig antreibbar sind.

Aus Übersichtlichkeitsgründen sind Lager, Dichtungselemen­ te usw. nur für die Welle 5 im einzelnen dargestellt, wo­ bei selbstverständlich entsprechende Elemente für die Wel­ le 6 vorhanden sind.

Erfindungsgemäß sind die Wellen nicht unmittelbar in ent­ sprechenden Lagern im Getriebegehäuse gelagert, sondern es ist jeweils eine Hohlwelle 9 zur Aufnahme einer Welle vor­ gesehen, die ihrerseits mit Wälzlagern 10 im Getriebege­ häuse drehbar gelagert ist. Zwei Axiallager 11 nehmen Kräfte auf, die durch die schräg verzahnte Zahnräder 8 eingeleitet werden. Zwischen Hohlwelle und Getriebegehäuse sind Dichtungseinheiten in Form von Wellendichtringen 12 und 13 vorgesehen, die aus Verschleißgründen nicht unmit­ telbar auf der Hohlwelle, sondern auf auswechselbaren Laufbuchsen 14 und 15 laufen. Die Zahnräder 8 sind jeweils mit Paßfedern drehfest auf den Hohlwellen 9 gehalten. Mit Sicherungsringen 16 und 17 wird eine definierte axiale Position der Anordnung gewährleistet.

Wie Fig. 1 weiter zeigt, sind die Wellen 5 und 6 mit Paß­ federn 18 und entsprechenden, in den Hohlwellen 9 ausge­ bildeten Längsnuten drehfest und axial verschieblich in den Hohlwellen 9 gehalten. Die Wellen 5, 6 tragen auf ih­ rem dem Getriebegehäuse gegenüberliegenden Teil jeweils ein oder mehrere Drehkolbensegmente 19, die mit einer Paß­ federverbindung 20 drehfest und axial verschieblich auf den Wellen gehalten sind. Die einzelnen Pumpensegmente können zur Verringerung des Pulsierens des Drucks bzw. Durchsatzes einen gegenseitigen Winkelversatz aufweisen. Die Pumpensegmente weisen in diesem Ausführungsbeispiel einen Gußkern 19a und eine Gummiummantelung 19b auf, wobei die Segmente in bestimmten Anwendungsbereichen, beispiels­ weise in der Lebensmittelindustrie, auch vollständig aus Edelstahl gefertigt sein können. Auswechselbare Ver­ schleißscheiben 31 sitzen jeweils endseitig am Pumpenge­ häuse zwischen Drehkolben und Stirnwand 1a bzw. Deckel 1b.

Die Wellen 5 und 6 sind im Bereich der Stirnwand 1a des Pumpengehäuses mit einer Dichtungseinheit abgedichtet, deren Aufbau im einzelnen deutlicher aus Fig. 2 hervorgeht und die nachfolgend im ganzen auch als Dichtungskassette 26 bezeichnet wird. Die Abdichtung der drehenden Wellen gegen den Überdruck im Inneren des Pumpengehäuses erfolgt über eine Dichtfläche zwischen einem auf der Welle fest gespannten, im Querschnitt L-förmigen Dichtungsring 22 und einem über einen O-Ring 23 elastisch angepreßten Ver­ schleißring 21. Der O-Ring 23 stützt sich seinerseits nicht unmittelbar am Pumpengehäuse 1 ab, sondern befindet sich innerhalb eines weiteren, gehäuseartigen Rings 25.

Benachbart zu dieser Gleitring-Dichtungsanordnung ist in­ nerhalb der Dichtungskassette 26 zusätzlich ein Wellen­ dichtring 27 vorgesehen, der seinerseits auf einem Verschleißring 24 läuft. Zwischen der durch die Teile 21 und 22 gebildeten Dichtung und dem Wellendichtring 27 befindet sich ein als Sperr­ kammer bezeichneter Zwischenraum 28, der mit einem geeigneten Schmiermedium ge­ füllt ist und zur Feststellung von Undichtigkeiten der Abdichtung 21, 22 dient. Hierzu ist die Sperrkammer 28 über radiale Bohrungen 37 an einen Drucksensor angeschlossen. Bei einer Undichtigkeit im Bereich der Teile 21, 22 steigt aufgrund der Dichtwirkung des Wellendichtrings 27 der Druck in der Sperrkammer an, was vom Sensor registriert wird und ein entsprechendes Signal auslöst.

Wie Fig. 2 weiter zeigt, weist die Dichtungskassette 26 außen eine zylindrische Form auf und ist getriebeseitig mit einem Befestigungsring 29 und Schrauben 30 an der Stirn­ seite des Pumpengehäuses gehalten. Pumpenseitig liegt die Dichtungskassette gegen die Verschleißscheibe 31 an. Aufgrund der zylindrischen Form der Dichtungskassette kann diese je nach Art einer vorzunehmenden Wartungsarbeit entweder nach Abnehmen des Befestigungsrings 29 zum Getriebegehäuse hin oder aber nach Abnehmen der Ver­ schleißscheibe 31 zum Pumpengehäuse hin herausgezogen werden. Weiterhin ist unab­ ängig vom Verschleißzustand der Dichtungskassette ein Austausch im Hinblick auf un­ terschiedliche zu fördernde Medien denkbar, beispielsweise bei einem Wechsel von in­ dustriell genutzten Medien zu Lebensmitteln. Alternativ könnte die Dichtungskassette selbstverständlich auch mit Preßsitz in der Stirnwand gehalten sein, so daß z. B. bei ei­ nem Ausbau der Kassette von der Pumpenseite her die Verschleißscheibe 31, die dann mit einer entsprechenden axialen Ausnehmung versehen sein muß, an Ort und Stelle verbleiben könnte.

Die gesamte, aus Hohlwelle 9, Verschleißring 24, Dich­ tungsring 22 und Drehkolbenmodulen 29 bestehende Einheit ist mit einem flanschartigen Befestigungsteil 33 und einer Mutter 34 unter Zwischenschaltung einer Scheibe 35 axial fest auf der Welle verspannt, wobei die Axialposition der Welle durch das Axiallager 11 festgelegt ist.

Zwischen den Dichtungskassetten 26 und den benachbarten Wellendichtringen 13 der Hohlwellen 9 befindet sich ein Zwischenraum 32, der mit der Umgebung in Verbindung steht und dessen Zweck darin besteht, zu verhindern, daß einer­ seits eventuell aus dem Getriebegehäuse austretendes Schmiermittel in das Pumpengehäuse oder andererseits even­ tuell aus dem Pumpengehäuse austretendes Pumpfluid in das Getriebegehäuse gedrückt werden kann.

Die erfindungsgemäße Halterung der Wellen in Hohlwellen in der vorstehend beschriebenen Weise hat vielfältige Vortei­ le. Zunächst einmal wird die Wartung der Pumpe erheblich vereinfacht, da wahlweise Getriebe- oder Pumpengehäuse leicht von der jeweils verbleibenden Einheit abgenommen werden können, ohne daß Lager, Dichtungsringe usw. von Wellen abgezogen werden müssen. Beispielsweise kann das Getriebegehäuse nach Lösen der Mutter 34 und der das Ge­ triebegehäuse am Pumpengehäuse haltenden Schrauben 36 ab­ genommen werden, wonach Wartungsarbeiten am Getriebe, an dessen Dichtungen oder auch an der Dichtungskassette 26 vorgenommen werden können. Andererseits können nach Abneh­ men des hinteren Deckels des Pumpengehäuses und Lösen des Befestigungsteils 33 einzelne Drehkolbensegmente ausge­ tauscht oder überprüft werden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Hohlwellen besteht bei fliegend gelagerten Wellen, wie dies bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel der Fall ist, darin, daß eine zusätzliche Abstützwirkung gegen unerwünschte Durchbiegung der freitragenden Wel­ lenabschnitte aufgrund der über das Radiallager 10 hinausreichenden Länge der Hohl­ wellen erreicht wird. Ohne die Anordnung einer Hohlwelle würde die freitragende Län­ ge der Wellen bereits unmittelbar nach dem Radiallager 10 beginnen, was eine größere Durchbiegung zur Folge hätte.

Schließlich ist es in hohem Maße erwünscht, daß sich die Dichtungselemente der pum­ penseitigen Dichtungskassette 24 und der getriebeseitigen Abdichtung 13 nicht auf glei­ cher radialer Position befinden, damit z. B. bei einem Undichtwerden der pumpenseitigen Dichtung ein unter hohem Druck austretender, scharfer Strahl des zu pumpenden Medi­ ums nicht unmittelbar auf die getriebeseitige Abdichtung treffen und diese unter Um­ ständen durchdringen kann. Entsprechendes gilt für ein Undichtwerden der getriebesei­ tigen Abdichtung.

Bezugszeichenliste

1

Pumpengehäuse

1

aStirnwand

1

bDeckel

2

Flanschverbindung

3

Getriebegehäuse

4

Schraube

5

Welle

6

Welle

7

Zapfen

8

Zahnrad

9

Hohlwelle

10

Radiallager

11

Axiallager

12

Wellendichtring

13

Wellendichtring

14

Verschleißring

15

Verschleißring

16

Sicherungsring

17

Sicherungsring

18

Paßfederverbindung

19

Drehkolbensegment

19

aGußkern

19

bGummiummantelung

20

Paßfederverbindung

21

Dichtungsring

22

Verschleißring

23

O-Ring

24

Verschleißring

26

Dichtungskassette

27

Wellendichtring

28

Sperrkammer

29

Befestigungsring

30

Schraube

31

Verschleißscheibe

32

Zwischenraum

33

Befestigungsteil

34

Mutter

35

Scheibe

36

Schraube

37

radiale Bohrung

Claims (9)

1. Drehkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), in dem zwei gegenläufig rotierende, aufeinander abwälzende Drehkolben (19) auf zwei parallelen, beabstandeten Pumpenwel­ len (5, 6) gehalten sind, wobei die Pumpenwellen aus dem Pumpengehäuse herausgeführt und mit ihren Endabschnitten in zwei Hohlwellen (9) aufgenommen sind, die in einem Getriebegehäuse (3) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Hohlwellen (9) gegenüber dem Getriebegehäuse (3) als auch die Pumpenwellen (5, 6) gegenüber dem Pumpengehäuse (1) abgedichtet sind, wobei sich die Dichtung (12, 13) der Hohlwellen (9) an einer anderen radialen Position befindet als die Dichtung (26) der Pumpenwellen (5, 6).

2. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebegehäuse mit einer flanschartigen Verbindung (2) lösbar am Pumpengehäuse gehalten ist.

3. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen­ wellen jeweils mit einer Dichtungseinheit (26) gegenüber dem Pumpengehäuse abgedich­ tet sind, wobei die Dichtungseinheiten (26) im wesentlichen zylindrische Außenflächen aufweisen, so daß sie in der einen oder anderen axialen Richtung in das Pumpengehäuse ein- oder ausgebaut werden können.

4. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinheiten als austauschbare Dichtungskassetten (26) ausgebildet sind.

5. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungs­ einheiten (26) eine mit einem Schmiermedium gefüllte Sperrkammer (28) aufweisen.

6. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrkammer (28) mit einem auf Überdruck ansprechenden Sensor zum Erkennen von Undichtigkeiten ver­ bunden ist.

7. Drehkolbenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwellen jeweils mit zwei Dichtungseinheiten (12, 13) gegenüber dem Getrie­ begehäuse abgedichtet sind.

8. Drehkolbenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen der Dichtungseinheit (26) im Pumpengehäuse und der dazu benachbarten Dichtungseinheit (13) im Getriebegehäuse mit der Umgebung in Ver­ bindung steht.

9. Drehkolbenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Pumpenwelle (5, 6) jeweils Hohlwelle (9), Dichtungselemente (25) und Drehkolben (19) axial miteinander verspannt sind.