DE19819538C2 - Druck-Saug-Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Pumpen mit dreiflügeligen Rotoren, die in einer Kammer um paral­ lele, gegeneinander versetzte Achsen gegenläufig rotieren, sind als Roots-Pumpen bekannt, beispielsweise aus der EP 0 458 134 A1. Diese Pumpen werden überwiegend als Lader eingesetzt. Aus der EP 0 426 078 A1 ist aber ferner ein Roots-Gebläse mit zweiflügeligen Rotoren bekannt, das zur Verwendung als Vakuumpumpe geeignet ist.

Aus der DE-PS 564 152 ist ferner ein Flügelzellenverdichter bekannt, der zur gleichzeitigen Erzeugung von Druck und Unterdruck geeignet ist und zusätzlich zu Sauganschluß und Druckanschluß einen Aufladeanschluß aufweist, über den Luft eingespeist wird, um den Volumenstrom am Druckausgang zu erhöhen. Derartige Pumpen sind vor­ teilhaft, wenn ein industrieller Prozeß gleichzeitig Druckluft und Unterdruck erfordert, da die Pumpe nur einen Antrieb benötigt. Die Drehschieber von Flügelzellenverdichtern sind verschleißbehaftet und können nur bei Einsatz spezieller Werkstoffe schmiermittelfrei betrieben werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe zur gleichzeitigen Erzeugung von Druckluft und Unterdruck zur Ver­ fügung zu stellen, die nahezu verschleißfrei ist und ohne den Einsatz besonderer Werkstoffe hergestellt werden kann. Bei der erfindungs­ gemäßen Pumpe, die im Patentanspruch 1 angegeben ist, rotieren in der Pumpenkammer zwei mindestens dreiflügelige Rotoren um parallele, gegeneinander versetzte Achsen gegenläufig und kämmen berührungslos, um mit der Umfangswandung der Pumpenkammer voneinander getrennte Zellen zu bilden. Mittels der Rotoren lassen sich in der Pumpenkammer die für die gleichzeitige Erzeugung von Druckluft und Vakuum erforder­ lichen Zellen voneinander abgrenzen. Da die Rotoren berührungslos miteinander und auch mit der Umfangswand der Pumpenkammer zusammen­ wirken, tritt im Bereich der Pumpenkammer keinerlei Verschleiß auf. Der Dichtspalt zwischen den Rotoren kann durch Optimierung ihrer Geometrie sehr klein gehalten werden; er beträgt bei praktischen Ausführungen nur Bruchteile eines Millimeters, so daß gute Druck- und Vakuumwerte gewährleistet sind. Diese Werte werden sogar mit zunehmen­ der Betriebsdauer besser, da die sich mit der Zeit bildenden Ablage­ rungen zu einer Verkleinerung der Dichtspalte führen.

Die erfindungsgemäße Pumpe ist besonders für den Einsatz im papierverarbeitenden Gewerbe geeignet, vornehmlich bei Anwendungen, die keine getrennte Bereitstellung oder Einstellung von Druckluft und Vakuum erfordern. Druckluft wird z. B. zum seitlichen Anblasen eines Papierstapels für die Unterstützung der Bogentrennung benötigt. Die pulsierende Drucklufterzeugung durch die erfindungsgemäße Pumpe erweist sich hier als zweckmäßig, da die Papierkanten durch stoßweise auftretende Druckluft leichter getrennt werden können. Unterdruck ist bei derartigen Anwendungen zum Ansaugen des obersten Papierbogens erforderlich.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Pumpe bilden die Rotoren mit der Pumpenkammer eine mit dem Sauganschluß verbundene, durch die Drehung der Rotoren ihr Volumen vergrößernde Saugzelle sowie eine Druckzelle, die bei der Drehung der Rotoren ihr Volumen verkleinert und mit dem Druckanschluß verbunden ist. Diese Druckzelle wird aus zwei im Verlauf der Drehung der Rotoren zunächst voneinander getrenn­ ten Aufladezellen gebildet, die je einen zugeordneten Aufladeanschluß aufweisen und bei der weiteren Drehung der Rotoren miteinander zur Druckzelle vereinigt werden. Die Aufladezellen werden vor ihrer Vereinigung im wesentlichen isobar und isochor in der Pumpenkammer verschoben, d. h. die sich in den Aufladezellen befindliche Luft erfährt bei der Verschiebung der Aufladezellen im wesentlichen keine Druck- und keine Volumenänderung.

Einzelheiten einer Ausführungsform der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genom­ men wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Pumpe;

Fig. 2 eine Ansicht entlang Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht entlang Linie III-III in Fig. 1; und

Fig. 4a bis 4h schematische Ansichten verschiedener Rotorstel­ lungen zur Erläuterung der Wirkungsweise.

Die einstufig ausgebildete Pumpe zur gleichzeitigen Erzeugung von Druck und Unterdruck hat ein Gehäuse, das aus einem tragenden Mittel­ teil 10, einem auf der einen Seite des Mittelteils 10 aufgesetzten Gehäusedeckel 12, einem an die andere Seite des Mittelteils 10 ange­ fügten Gehäusering 14 und einer an den Gehäusering 14 anschließenden Deckelplatte 16 besteht. Zwischen dem Mittelteil 10, dem Gehäusering 14 und der Deckelplatte 16 ist eine Pumpenkammer 18 gebildet. In den einander gegenüberliegenden Wandungsteilen des Gehäusedeckels 12 und des Mittelteils 10 sind zwei Wellen 20, 22 parallel zueinander und gegeneinander versetzt in Kugellagern fliegend gelagert. Auf jeder Welle 20, 22 sitzt ein Ritzel 24, 26. Die Ritzel 24, 26 stehen mitein­ ander in Kämmeingriff, so daß die Wellen 20, 22 miteinander synchron entgegengesetzt rotieren. Für den Drehantrieb ist die untere Welle 22 aus dem Gehäusedeckel 12 herausgeführt.

Auf den in die Pumpenkammer 14 hineinragenden freien Enden der Wellen 20, 22 sind zwei Rotoren 30, 32 angeordnet. Da der durch die Rotoren 30, 32 gebildete Lastangriff nicht zwischen, sondern außerhalb der Lager liegt, ergibt sich eine fliegende Wellenlagerung. Jeder der Rotoren 30, 32 ist justierbar an der zugehörigen Welle 20 bzw. 22 befestigt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, hat jeder Rotor 30, 32 drei Flügel 30a bzw. 32a. Die Pumpenkammer 18 hat in Seitenansicht die Form von zwei sich schneidenden Kreisen, die in Form einer "8" zusam­ mengefügt sind. Die Flügel 30a des Rotors 30 haben eine Form, die von der Form der Flügel 32a des Rotors 32 verschieden ist. Die Geometrie der Flügel 30a, 32a und der Pumpenkammer 18 ist so bestimmt, daß bei der Drehung der Rotoren 30, 32 mehrere voneinander getrennte Zellen gebildet werden, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 4a bis 4h weiter unten näher erläutert, indem die Flügel 30a, 32a berührungsfrei mit einem Dichtspalt eines Bruchteils von 1 mm übereinander und entlang dem Außenumfang der Pumpenkammer 18 gleiten.

Die Deckelplatte 16 ist mit einer Reihe von Aussparungen versehen, die nach außen durch eine aufgesetzte Verschlußplatte 36 abgeschlossen werden. In die Verschlußplatte 36 sind zwei Rohrstutzen 42, 44 eingeschraubt. Der obere Rohrstutzen 42 bildet den Sauganschluß und ist mit einer Aussparung 50 der Deckelplatte 16 verbunden. Der untere Rohrstutzen 44 bildet den Druckanschluß und ist mit einer Aussparung 52 in der Deckelplatte 16 verbunden. Zwei weitere Aussparungen 54a, 54b in der Deckelplatte 16 sind nach außen zur Atmosphäre geöffnet und bilden Aufladeanschlüsse.

Fig. 4a zeigt die Rotoren 30, 32 in einer Drehstellung, bei der ihre Flügel 30a, 32a mit der Wandung der Pumpenkammer 18 eine abge­ schlossene, nur mit der Aussparung 50 in Verbindung stehende, gemein­ same Zelle 60 bilden. Diese Zelle 60 vergrößert bei der weiteren Drehung der Rotoren 30, 32 ihr Volumen, wie in Fig. 4b ersichtlich. Es handelt sich bei dieser Zelle 60 also um eine Saugzelle.

Fig. 4c zeigt zwei voneinander getrennte Zellen 62a, 62b, die unmittelbar nach dem in Fig. 4b gezeigten Zustand entstehen, indem die Zelle 60 in zwei Teilzellen getrennt wurde. Die dem Rotor 30 zugeordnete Zelle 62a grenzt schon an die Aussparung 54a an, und die dem Rotor 32 zugeordnete Zelle 62b nähert sich der Aussparung 54b. In Fig. 4d sind die Zellen 62a, 62b mit den zur Atmosphäre führenden Aussparungen 54a bzw. 54b in Verbindung und werden mit Luft aufgefüllt und auf Umgebungsdruck aufgeladen, so daß der Luftmassenstrom erhöht wird. Es handelt sich bei den Zellen 62a, 62b somit um Aufladezellen. Nachdem diese Aufladezellen 62a, 62b durch den nacheilenden Flügel 30a bzw. 32b von der zugehörigen Aussparung 54a bzw. 54b abgetrennt sind, wie in Fig. 4e gezeigt, werden die Zellen 62a, 62b isobar und isochor verschoben, bis sie sich, wie in Fig. 4f gezeigt, miteinander zu einer Druckzelle 64 vereinigen. Bei der weiteren Drehung der Rotoren 30, 32 verkleinert die Druckzelle 64 ihr Volumen. Die in der Druck­ zelle 64 verdichtete Luft wird über die Aussparung 52 zum Rohrstutzen 44 ausgeschoben, wie in den Fig. 4g und 4h veranschaulicht ist.

Die Pumpenkammer 18 ist frei von jeglichem Schmiermittel, da die Rotoren 30, 32 berührungsfrei arbeiten. Zur Antriebsseite hin ist die Pumpenkammer 18 durch Dichtungen an den Wellen 20, 22 abgedichtet.

Durch die fliegende Anordnung der Rotoren 30, 32 auf den Wellen 20, 22, die zu einer fliegenden Lagerung führt, wird der Zugang zur Pumpenkammer erleichtert, da für einen Zugang lediglich die Deckel­ platte 16 abzunehmen ist. Auch die Kühlung wird durch diese Anordnung erleichtert. Zur Kühlung kann das Gehäuse mit Kühlrippen ausgestattet werden, und durch ein auf der Seite des Gehäusedeckels 12 angeordnetes Kühlgebläse wird kühlende Luft von der Deckelplatte 16 her über den Gehäusering 14, das Mittelteil 10 und den Gehäusedeckel 12 geführt.

Zur Dämpfung der Betriebsgeräusche dient ein Resonanz-Dämpfer, der auf die Betriebsfrequenz der Pumpe abgestimmt ist. Diese Frequenz beträgt aufgrund der dreiflügeligen Ausbildung der Rotoren die dreifache Drehzahl der Wellen 20, 22. Die erhöhte Betriebsfrequenz erleichtert die Unterbringung des Resonanz-Dämpfers, da dessen Länge entsprechend verkleinert wird.

Die beschriebene fliegende Lagerung der Rotoren ist bis zu einem Volumenstrom von etwa 300 m³/h vorteilhaft. Pumpen mit größerem Volumenstrom werden vorzugsweise mit beidseitig gelagerten Rotoren ausgebildet. In diesem Falle sind in beiden Seitenplatten Anschlüsse ausgespart.

Claims (10)

1. Pumpe mit einer in einem Gehäuse gebildeten Pumpenkammer (18), die einen Sauganschluß und einen Druckanschluß aufweist, und mit zwei dreiflügeligen Rotoren (30, 32), die um parallele, gegeneinander versetzte Achsen in der Pumpenkammer (18) gegenläufig rotieren und berührungslos kämmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (30, 32) zur gleichzeitigen Erzeugung von Druck und Unterdruck bei ihrer Drehung mit der Umfangswandung der Pumpenkammer (18) und miteinander getrennte Zeilen (60, 62a, 62b, 64) variablen Volumens bilden und die Pumpenkammer (18) einen Aufladeanschluß (54a, 54b) aufweist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (30, 32) mit der Pumpenkammer (18) eine mit dem Sauganschluß (50) verbundene, durch die Drehung der Rotoren (30, 32) ihr Volumen ver­ größernde Saugzelle (60) bilden.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (30, 32) mit der Pumpenkammer (18) eine mit dem Druckanschluß (52) verbundene, durch die Drehung der Rotoren (30, 32) ihr Volumen verkleinernde Druckzelle (64) bilden.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (30, 32) mit der Pumpenkammer zwei im Verlauf der Drehung der Rotoren zunächst voneinander getrennte Aufladezellen (62a, 62b) bilden, die bei der weiteren Drehung der Rotoren miteinander zur Druckzelle (64) vereinigt werden.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Aufladezelle (62a, 62b) einen zugeordneten Aufladeanschluß (54a, 54b) aufweist.

6. Pumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladezellen (62a, 62b) vor ihrer Vereinigung im wesentlichen isobar und isochor in der Pumpenkammer (18) verschoben werden.

7. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pumpenkammer (18) schmiermittelfrei ist.

8. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer (18) durch zwei parallele Seitenplatten (10, 16) begrenzt ist und in wenigstens einer der Seitenplatten (16) Aussparungen (50, 52) zur Verbindung mit dem Druckanschluß (44) und dem Sauganschluß (42) und Aussparungen (54a, 54b) als Aufladeanschlüsse angeordnet sind.

9. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wellen (20, 22) fliegend gelagert und die Rotoren (30, 32) auf freien Enden der Wellen (20, 22) angeordnet sind.

10. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wellen (20, 22) durch zwei miteinander in Kämmein­ griff stehende Ritzel (24, 26) synchronisiert sind und wenigstens einer der Rotoren (30, 32) justierbar auf der zugeordneten Welle (20, 22) befestigt ist.