DE19948520C1 - Einrichtung zum Fördern und/oder Verdichten von Materialien - Google Patents

Abstract

Es ist eine Einrichtung zum Fördern und/oder Verdichten von Material in verschiedener Art, insbesondere eine Globoidpumpe, offenbart, welche aus einer in einem Gehäuse angeordneten Förderschnecke besteht, welche mit dem Gehäuse einen wendelförmigen Förderkanal bildet und aus durch Gehäuseöffnungen in den Förderkanal eingreifenden und dessen Querschnitt angepaßten Dichtelementen besteht, wobei die Dichtelemente als in einer Führung gehaltene Bauteile ausgebildet sind, welche über einen der Steigung der Förderschnecke entsprechenden Weg geführt werden. Erfindungsgemäß zeichnet sich die Einrichtung dadurch aus, daß die Dichtelemente im Gehäuse in wenigstens einem wendelförmigen Führungskanal geführt sind, welcher in einem Steigungswinkel zur Förderachse angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Fördern und/oder Verdichten von Materialien verschiedener Art, insbesondere eine Globoidpumpe, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Einrichtungen, insbesondere Globoidpumpen, sind aus der GB 824 798, der DE 34 08 967 A1 und aus der DE 43 19 408 A1 bekannt. Bei diesen bekannten Globoidpumpen werden Dichtelemente in Form von Scheiben oder Kugeln an einem Ende einer in einem Gehäuse angeordneten Förderschnecke durch eine den Einlaß für die Dichtelemente bildende Gehäuseöffnung in das Gehäuse eingeführt. Bei Rotation der Förderschnecke wer­ den die Dichtelemente entsprechend der Steigung der Förder­ schnecke parallel zur Achse der Förderschnecke entlang der Innenwandung des Gehäuses bis zu einer zweiten, den Auslaß für die Dichtelemente bildende Gehäuseöffnung transportiert. Die Dichtelemente verlassen das Gehäuse über diese Gehäuse­ öffnung und werden achsparallel durch die nachrückenden Dich­ telemente wieder bis zum Einlaß zurück bewegt.

Diese Dichtelemente dichten den Ringspalt zwischen der Innen­ wandung des Gehäuses und der Förderschnecke ab und bilden so­ mit Dichtkammern, durch welche ein Pumpen bzw. Ansaugen von Fördergut ermöglicht wird.

Derartige Globoidpumpen haben sich bewährt, insbesondere ist vorteilhaft bei derartigen Einrichtungen, daß sie relativ kompakt ausgeführt werden können, daß bei ihnen eine konstan­ te Kennlinie gewährleistet ist, daß sie pulsationsfrei arbei­ ten können, und daß bei ihnen eine SIP- und CIP-Reinigung (SIP = Sterilize in Place; CIP = Cleaning in Place) möglich ist. Letzterer Vorteil ist insbesondere bei Anwendungen der­ artiger Einrichtungen im Lebensmittelbereich vorteilhaft.

Zudem ist es mit derartigen Einrichtungen möglich, fließfähi­ ge Materialien jeglicher Form zu fördern, also gasförmige, flüssige, pastöse Stoffe, Flüssigkeiten mit stückigen Gütern und sonstige Materialien.

Allerdings hat sich gezeigt, daß die achsparallel geführten Dichtelemente zu einem einseitigen Druck auf die Förder­ schnecke führen, wozu es zum einen zu Ringspaltverlusten und zum anderen zu einem Durchbiegen der Förderschnecke kommen kann. Zudem wird nach einem größeren Fördervolumen gestrebt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der ein­ gangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Bela­ stung der Förderschnecke auf ein hinnehmbares Maß reduziert wird, die kompakt aufgebaut ist, und welche ein höheres För­ dervolumen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung der eingangs ge­ schilderten Art gelöst, welche die Merkmale des kennzeichnen­ den Teils des Patentanspruchs 1 aufweist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Dichtelemente im Ge­ häuse in wenigstens einem wendelförmigen Führungskanal ge­ führt sind, welcher in einem Steigungswinkel zur Förderachse angeordnet ist.

Durch diese Ausgestaltung wird auf überraschend einfache Art und Weise erreicht, daß eine Mehrzahl von Dichtelementen nicht axial in einer Ebene liegt und somit die Förderschraube dadurch nicht mehr einseitig belastet wird, wodurch es zum Anlauf auf der gegenüberliegenden Seite im Gehäuse führen könnte. Vorteilhafterweise sind beispielsweise drei Dichtele­ mente um beispielsweise 120° am Umfang verteilt angeordnet, wodurch die Dichtelemente eine stützende Wirkung auf die zen­ trisch im Gehäuse laufende Förderschnecke haben.

Bei nunmehr kürzerer Baulänge der Förderschnecke erhöht sich überraschenderweise das von den Dichtkammern eingeschlossene Volumen, woraus sich ein höheres Fördervolumen ergibt. Gegen­ über bislang bekannten Einrichtungen zum Fördern und/oder Verdichten von Materialien ergibt sich nämlich ein um ca. 1/3 größeres eingeschlossenes Kammervolumen.

Nicht nur, daß die Dichtelemente bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die Förderschnecke nicht mehr belasten, es ergibt sich durch die erfindungsgemäße wendelförmige Führung der Dichtelemente sogar eine wälzlagerähnliche Stützung der För­ derschnecke. Hierdurch läßt sich der Verschleiß der Förder­ schnecke erheblich vermindern.

Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist fer­ ner, daß auf einen Verstell- bzw. Andruckmechanismus, wie er in der DE 43 19 408 A1 beschrieben ist, verzichtet werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß eine erste Gehäuseöffnung und eine zweite Gehäuse­ öffnung durch eine radial verlaufende Rückführleitung verbun­ den sind, wobei die Gehäuseöffnungen je nach Drehrichtung der Förderschnecke als Einlaß oder als Auslaß für die Dichtele­ mente dienen, wobei in einer weiteren praktischen Ausgestal­ tung der Erfindung vorgesehen ist, daß die Rückführleitung ein außerhalb des Gehäuses verlaufendes Rohr ist.

Hierdurch läßt sich die Baulänge der erfindungsgemäßen Ein­ richtung noch weiter verkürzen, da durch eine radiale Zu- und Abführung der Dichtelemente eine kürzere Baulänge ermöglicht wird als bei bislang bekannten Einrichtungen mit axialer Ein- und Ableitung. Die radiale Zu- und Abführung der Dichtelemen­ te ist hierbei von den Steigungswinkeln der im Eingriff mit der Förderschnecke befindlichen Dichtelemente abhängig, um eine optimale Umlenkbahn zu erhalten. Da sich bei der erfin­ dungsgemäßen Einrichtung die Zu- und Abführungen der Dichte­ lemente im Bereich der Förderschnecke und nicht mehr im Saug- und Druckraum befinden, und dadurch, daß keine durchgehende axiale Nut mehr im Gehäuse vorhanden ist, lassen sich gerin­ gere Rückstromverluste ermöglichen als bisher.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Dichtkammern der Förderschnecke halb­ kugelförmig oder - was in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist - daß die Dichtkammern eine von der Halbkugelform abweichende Form aufweisen.

Weisen die Kammern der Förderschnecke beispielsweise eine Form auf, die in etwa der äußeren Form einer "8" entspricht, das heißt also, daß zwei Kugelquerschnitte versetzt zueinan­ der angeordnet sind, wird erreicht, daß ein als Kugel ausge­ bildetes Dichtelement eine weitere Kugel vor sich herschiebt. Hierdurch wird es ermöglicht, größere Fördermengen zu pumpen. Dabei kann auch eine Ausgestaltung vorgesehen sein, bei der drei oder mehr Kugelquerschnitte versetzt zueinander angeord­ net und eine entsprechende Anzahl von Kugeln vorgesehen sind.

An dieser Stelle sei betont, daß der Führungskanal, welcher sozusagen die eine Hälfte der jeweiligen Dichtkammer bildet, in den Stator oder in den Rotor eingebracht werden kann, wo­ bei dann die von der Halbkugelform abweichende Dichtkammer entsprechend am anderen Ort eingebracht ist, das heißt ent­ sprechend am Rotor oder Stator. Es ist also nicht erheblich, ob der Führungskanal in das Gehäuse oder in die Förderschnec­ ke eingearbeitet ist; wesentlich ist der wendelförmige Ver­ lauf des Führungskanals innerhalb der Pumpe.

In praktischen Ausgestaltungen der Erfindung ist ferner vor­ gesehen, daß die Dichtelemente Scheiben oder Kugeln sind, daß im Betrieb der Einrichtung wenigstens drei Kammern durch drei Dichtelemente abgedichtet sind, wobei vorteilhafterweise vor­ gesehen ist, daß die Dichtelemente um 120° versetzt sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Förderschnecke mehrgängig ist, wobei eine der Gangzahl der Förderschnecke entsprechende Anzahl von Führungskanälen in der Gehäusewandung eingebracht ist. Durch diese mehrgängige. Ausgestaltung der Förderschnecke im Zusam­ menspiel mit einer entsprechenden Anzahl von Führungskanälen mit den zugeordneten Dichtelementen läßt sich eine sehr hohe Fördergeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung im Betrieb ermöglichen.

In weiteren praktischen Ausgestaltungen der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Innenwandung des Gehäuses und die Förderschnecke eine konische Form aufweisen; daß der Stei­ gungswinkel der Förderschnecke bei konstanter Steigung des Führungskanals progressiv oder degressiv ausgeführt ist, bzw., daß der Steigungswinkel der Förderschnecke bei progres­ siver oder degressiver Steigung des Führungskanals progressiv oder degressiv ausgeführt ist.

Desweiteren kann es zweckmäßig sein, wenn Förderschnecke und Welle einstückig miteinander verbunden sind, und wenn die Förderschnecke zweiseitig gelagert ist.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfin­ dung kann vorgesehen sein, daß wenigstens ein Führungskanal mit wenigstens zwei linienartigen Auflageflächen versehen ist. Hierunter ist zu verstehen, daß ähnlich dem Innenprofil eines Gewehrlaufes der Führungskanal mit Feldern/Zügen verse­ hen ist, so daß die dann als Dichtelemente ausgestalteten Ku­ geln nur auf den Feldern laufen bzw. nur über die Felder ab­ rollen.

Diese Maßnahme dient einer verbesserten Laufeigenschaft der Dichtelemente, beispielsweise bei höheren Bahngeschwindigkei­ ten. Auch eine verringerte Reibung kann durch eine derartige Ausgestaltung ermöglicht werden, was insbesondere insofern vorteilhaft ist, als daß eine kleinere Reibung für die Pumpe eine kleinere Reibleistung und damit eine kleinere Verlust­ leistung bedeutet.

Zwar geht diese Maßnahme zu Lasten von höheren Rückstromver­ lusten. Bei hochviskosen Medien ist dieser Rückstromverlust jedoch kaum feststellbar, wohingegen die Verringerung der Reibleistung aber erheblich ist. Bei niedrigviskosen Medien wird man dagegen auf die Profilerhöhung verzichten, da dann der Rückstromverlust durchaus ins Gewicht fallen kann.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden an­ hand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung anhand von vorteilhaften Ausführungsbeispielen, sowie der Patentan­ sprüche näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer er­ findungsgemäßen Einrichtung im Längs­ schnitt durch ein Gehäuse,

Fig. 2 die Einrichtung aus Fig. 1 im Quer­ schnitt,

Fig. 3 ein Detail der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung aus Fig. 1 von der Seite,

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Ausführungs­ beispiel der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung in gegenüber Fig. 2 anderer Darstel­ lung,

Fig. 5 ein Gehäuse eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Einrichtung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 6 das Gehäuse aus Fig. 5 im Querschnitt,

Fig. 7 eine Prinzipdarstellung eines Details ei­ ner erfindungsgemäßen Einrichtung von oben, und

Fig. 8 ein Detail eines zweiten Ausführungsbei­ spiels einer erfindungsgemäßen Einrich­ tung im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Einrichtung 10 zum Fördern und/oder Verdichten von Materialien verschiedener Art dargestellt. Die Einrich­ tung 10 gemäß Fig. 1 ist eine Globoidpumpe 12 mit einem Ein­ laß 14 und einem Auslaß 16 für das zu pumpende Fördergut.

Einlaß 14 und Auslaß 16 sind in einem zylindrischen Gehäuse 18 eingebracht, welches Gehäuse 18 eine Förderschnecke 20 um­ schließt. Eine in Fig. 1 nur angedeutete Welle 22 der Förderschnecke 20 wird durch geeignete, nicht näher darge­ stellte Antriebsmittel in Rotation versetzt. Entsprechend der Drehrichtung der Förderschnecke 20 im Betrieb der Einrichtung 10 können Einlaß 14 und Auslaß 16 ihre Aufgaben vertauschen, da mit der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 ein reversibler Betrieb möglich ist.

Durch eine Innenwandung 24 des Gehäuses 18 und durch einen Schneckengang 26 der Förderschnecke 20 wird ein Förderkanal 28 für das zu fördernde Gut gebildet. Um eine pumpende Wir­ kung zu ermöglichen, werden mehrere Dichtelemente 30 über noch näher zu beschreibende Gehäuseöffnungen, welche in Fig. 1 nicht dargestellt sind, in den Förderkanal 28 eingeführt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel stellen sich die Dichtele­ mente 30 als Kugeln dar.

Die Dichtelemente 30 werden entsprechend der Steigung der Förderschnecke nicht parallel zur Förderachse 32, sondern in einem in Fig. 1 nur angedeuteten Führungskanal 34 geführt, welcher in einem Steigungswinkel zur Förderachse 32 angeord­ net ist. Der Führungskanal 34 ist eine in die Innenwandung 24 eingebrachte Nut 36. Innerhalb dieser den Führungskanal 34 bildende Nut 36 werden die Dichtelemente 30 wendelförmig um die Förderschnecke 20 herumgeführt, bis sie an einem Ende der Förderschnecke 20 durch eine noch näher zu beschreibende Öff­ nung im Gehäuse 18 dieses verlassen und über eine in Fig. 1 nur angedeutete Rückführleitung 40 zum Anfangspunkt zurückge­ führt werden.

In Fig. 2 ist die Einrichtung 10 aus Fig. 1 im Querschnitt dargestellt. In Fig. 2 ist insbesondere zu erkennen, daß die als Kugeln 42 ausgebildeten Dichtelemente 30 den Förderkanal 28 in drei Dichtkammern 38 unterteilen. Die in drei Ebenen hintereinanderliegenden Kugeln 42 sind um ca. 120° zueinander versetzt. Durch diesen Versatz wird eine gleichmäßige Bela­ stung bzw. ein Abstützen der Förderschnecke 20 erreicht.

Die Bewegungsrichtung bzw. -weise der Kugeln 42 ist in Fig. 3 angedeutet. Anhand mehrerer vor bzw. hinter der Förderschnec­ ke 20 liegender Kugeln 42 ist zu erkennen, daß sich die Ku­ geln 42 nicht achsparallel, sondern wendelförmig bewegen, und zwar entlang des wendelförmigen Führungskanals 34, welcher in Fig. 7 in Aufsicht auf das Gehäuse 18 angedeutet ist. Der Eintrittspunkt 52 und der Austrittspunkt 54 sind in Fig. 3 in Strichlinien angedeutet. Diese Ein- bzw. Austrittspunkte 52, 54 lassen erkennen, daß die Kugeln 42 nicht axial in den Saug- und Druckraum geführt werden.

Anhand der Fig. 4 bis 6 werden der Einlaß 44 und der Aus­ laß 46 für die Dichtelemente 30 näher beschrieben. Das Gehäu­ se 18 der Einrichtung 10 weist eine erste Gehäuseöffnung 48 auf, welche den Einlaß 44 für die Dichtelemente 30 in den Förderkanal 28 bildet, und das Gehäuse 18 weist eine zweite Gehäuseöffnung 50 auf, welche den Auslaß 46 für die Dichtele­ mente 30 bildet. Wie insbesondere in den Fig. 5 und 6 zu erkennen ist, sind Auslaß 46 und Einlaß 44 durch die Rück­ führleitung 40 miteinander verbunden. Die Rückführleitung 40 verbindet Einlaß 44 und Auslaß 46 radial miteinander.

Durch die Verbindung von Einlaß 44 mit Auslaß 46 durch die Rückführleitung 40 wird ein Kreislauf ermöglicht, bei dem ei­ ne Anzahl von Dichtelementen 30, beispielsweise drei oder mehr, innerhalb des Förderkanals 28, und eine Anzahl von Dichtelementen 30 innerhalb der Rückführleitung 40 auf dem Weg zurück zum Einlaß 44 befindlich sind.

In Fig. 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Einrichtung 10 dargestellt, welche weitgehend der in den Fig. 1 bis 7 beschriebenen ersten Ausführungs­ form der Einrichtung 10 entspricht. Im Unterschied zu der er­ sten Ausführungsform weist die in Fig. 8 gezeigte Ausfüh­ rungsform eine abweichende Form der Dichtkammer 38 und des Förderkanals 28 auf. Die in Fig. 8 gezeigte Dichtkammer 38a weist in etwa die Form einer "8" auf. Die größere Kammertiefe der Dichtkammer 38a ermöglicht die Förderung einer größeren Fördermenge von Fördergut. Hierbei sind zwei Kugelquerschnit­ te so versetzt zueinander angeordnet, daß die in Fig. 8 unten dargestellte Kugel 42 die in Fig. 8 oben dargestellte Kugel 42 in ihrer Bahn vor sich herschiebt. Hierbei weisen diese Kugeln getrennte Zu- und Abführungsrohrleitungen auf.

Claims (16)

1. Einrichtung (10) zum Fördern und/oder Verdichten von Ma­ terialien verschiedener Art, insbesondere Globoidpumpe (12), bestehend aus einer in einem Gehäuse (18) angeordneten För­ derschnecke (20), die mit dem Gehäuse (18) einen wendelförmi­ gen Förderkanal (28) bildet und aus durch Gehäuseöffnungen (48; 50) in den Förderkanal (28) eingreifenden und dessen Querschnitt angepaßten Dichtelementen (30), wobei die Dichte­ lemente (30) als in einer Führung gehaltene Bauteile ausge­ bildet sind, welche über einen der Steigung der Förderschnec­ ke (20) entsprechenden Weg geführt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtelemente (30) im Gehäuse (18) in we­ nigstens einem wendelförmigen Führungskanal (34) geführt sind, welcher in einem Steigungswinkel zur Förderachse (32) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Gehäuseöffnung (48) und eine zweite Gehäuseöffnung (50) durch eine radial verlaufende Rückführleitung (40) ver­ bunden sind, wobei die Gehäuseöffnungen (48, 50) je nach Drehrichtung der Förderschnecke (20) als Einlaß (44) oder als Auslaß (46) für die Dichtelemente (30) dienen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (40) ein außerhalb des Gehäuses (18) ver­ laufendes Rohr ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtkammern (38) der Einrichtung (10) halbkugelförmig ausgebildet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtkammern (38a) der Einrichtung (10) eine von der Halbkugel-Form abweichende Form aufweisen.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente (30) Scheiben sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente (30) Kugeln (42) sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb der Einrichtung (10) wenig­ stens drei Dichtkammern (38; 38a) durch drei Dichtelemente (30; 42) abgedichtet sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente (30) um 120° versetzt sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke (20) mehrgängig ist, wobei eine der Gangzahl der Förderschnecke (20) entsprechende Anzahl von Führungskanälen (34) in der Innenwandung (24) des Gehäuses (18) eingebracht ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung (24) des Gehäuses (18) und die Förderschnecke (20) eine konische Form aufweisen.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel der Förderschnecke (20) bei konstanter Steigung des Führungskanals (34) progres­ siv oder degressiv ausgeführt ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel der Förderschnecke (20) bei progressiver oder degressiver Steigung des Führungs­ kanals (34) progressiv oder degressiv ausgeführt ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Förderschnecke (20) und Welle (22) ein­ stückig miteinander verbunden sind.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke (20) zweiseitig gela­ gert ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Führungskanal (34) mit we­ nigstens zwei linienartigen Auflageflächen versehen ist.