DE2056661A1 - Drehkolbenpumpe für zähflüssige Medien - Google Patents

Description

DR. INQ. HANS LICHTI · DIPL.-INQ. HEINER LICHTI

PATENTANWÄLTE

KARLSRUHE-DURLACH · QRÖTZINQER STRASSE 61

TELEFON (0721) 411 24

17. Nov. 1970

1982/70

Eisenwerke Kaiserslautern GmbH, 6750 Kaiserslautern,

Barbarossastraße JO

Drehkolbenpumpe für zähflüssige Medien Zusatz zu P 1 807 392

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe zum Fördern zähflüssiger, gegebenenfalls inhomogener, korrosiv und/oder f abrasiv wirkender Medien, mit gegenläufig umlaufenden, parallel angeordneten Drehkolben.

Drehkolbenpumpendieses Aufbaus sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt, wobei die konstruktiven Details stets auf den Verwendungszweck abgestimmt sind. Bei allen Pumpen kommt dabei dem Problem der Abdichtung besondere Bedeutung zu, zu dessen Lösung bereits verschiedene Wege beschritten worden sind· So sind unter anderem Drehkolben— pumpen bekannt, die ganz oder teilweise mit einem Kunststoff

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od. dgl. elastischem Material bekleidet sind, um eine möglichst gute Abdichtung zu erzielen. Auch hierbei sind jedoch dem Einsatz solcher Pumpen Grenzen gesetzt, die vom Fördermedium bzw. vom verwendeten Werkstoff bestimmt sind.

Um ein weitestmögliches Anwendungsgebiet erfassen, insbesondere auch mechanisch und chemisch aggressive Medien, beispielsweise säurehaltige, dickflüssige und Feststoffteilchen, wie Kristalle od. dgl. enthaltende Medien fördern zu können sind Drehkolbenpumpen aus Gußeisen, Rotguß, Bronze oder Edelstahl bekannt geworden. Dennoch sind selbst bei Verwendung von sehr hochwertigen Werkstoffen die Anwendungsmöglichkeiten begrenzt. Hinzu kommt hierbei der beträchtliche Kostenaufwand in werkstoff- und fertigungstechnischer Hinsicht.

Dem Patent ( P 1 533 O31.I) liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Email als derjenige Werkstoff mit der besten Resistenz gegen jegliche chemischen Angriffe selbst bei höheren Temperaturen zu gelten hat, weshalb beispielsweise chemische Reaktionsgefäße vielfach emailliert werden. Email hat nun aber die unangenehme Eigenschaft einer geringen mechanischen Druckfestigkeit, d.h. es müssen größere Flächen-Pressungen unbedingt vermieden werden. Aus diesen Gründen ist Email bisher nie dort angewendet worden, wo solche Flächenpressungen auftreten können. Aus diesen Gründen würde sich die Verwendung von emaillierten Stahlteilen, die dichtend aneinander gleiten, an sich verbieten, da bei Eindringen von Feststoffteilchen unweigerlich ein Abplatzen des Emails zu befürchten ist. Bei dem Vorschlag nach genanntem Patent ist diese Schwierigkeit dadurch zu umgehen versucht worden, daß bei einer Drehkolbenpumpe nur das Gehäuse, das aus normalem, also billigem Stahl bestehen kann, innenseitig

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emailliert ist, während die Drehkolben aus einem korrosions- und abriebfestem Kunststoff, vorzugsweise Polytetrafluoräthylen bestehen und darüberhinaus eine bestimmte Formgebung aufweisen.

Die Werkstoffpaarung Email - Polytetrafluoräthylen hat sich hinsichtlich der Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten bewährt. Als Nachteil hat sich jedoch bei der speziellen Konstruktion die Tatsache erwiesen, daß Polytetrafluoräthylen insbesondere bei erhöhten Temperaturen wie fast jeder Kunststoff zum Kriechen neigt. Da die Kriechneigung sich umso j nachteiliger auswirkt, je größer das Werkstoffvolumen ist,

ist mit dem Patent (P 1 8O7 392) vorgeschlagen worden,

bei einer wie zuvor ausgebildeten Pumpe lediglich die mit der Gehäuseinnenwand und mit dem benachbarten Drehkolben zusammenwirkenden Kopfflanken der Drehkolben in Kunststoff auszubilden, während das Drehkolbenherz gleichfalls emailliert ist. Der Kunststoff-Volumenanteil wird dadurch beträchtlich vermindert, sonach der Kriechneigung entgegenwirkt. Durch die weitere Maßnahme, daß zwischen den Stirnseiten der Drehkolben und den Gehäusestirnseiten Scheiben aus dem gleichen Kunststoff angeordnet sind, ist sichergestellt, daß emaillierte Flächen stets nur mit Kunststoff in Berührung kommen mit der Folge, daß in die Dichtspalte ein- f dringende Feststoffpartikel in den Kunststoff eingelagert werden, ohne daß sie zu Beschädigungen des Emails führen können.

Die Praxis hat gezeigt, daß die dem Patent (P 1 807 392.2)

zugrundeliegenden Ausführungsformen zwar in normalen Temperaturbereichen zufriedenstellend arbeiten, bei erhöhten Temperaturen jedoch an den Verbindungsstellen zwischen Kunststoff-Kopfflanken und Kolbenherz Schwierigkeiten infolge des Kriechverhaltens des Kunststoffs auftreten.

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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenpumpe des eingangs geschilderten Aufbaus, bei der gemäß Patent . .«.. (P 1 807 392.2) das Gehäuse innenseitig und die Drehkolben außenseitig emailliert sind und letztere an ihren mit der Gehäuseinnenwand zusammenwirkenden Kopfflanken aus einem korrosions- und abriebfesten Kunststoff bestehen, so auszubilden, daß die Auswirkungen der Kriechneigung des verwendeten Kunststoffs, z. B. Polytetrafluorathylen, weiter vermindert werden, insbesondere keine nachteiligen Auswirkungen auf die Funktion der Pumpe bzw, auf die Funk- W tionssicherheit der Verbindung der Kunststoff—Kopfflanken mit dem Kolbenherz auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kopfflanken als am emaillierten Kolbenherz festzulegende Segmente ausgebildet sind, die aus einem Stahlkern und einer diesen zumindest umfangsseitig abdeckenden, in sich geschlossenen Ummantelung aus Kunststoff bestehen.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß die Kriechneigung des Kunststoffs, beispielsweise Polytetrafluorathylen oder Polyamid durch diese Ausbildung beträchtlich vermindert wer- ^ den kann. Die Ursache dürfte darin zu suchen sein, daß die Ummantelung vergleichsweise dünn ausgebildet sein kann, so daß größere Werkstoffanhäufungen nicht vorhanden sind. Es kommt deshalb weder zu Funktionsbeeinträchtigungen der Pumpe, noch der Verbindungsstellen zwischen Kopfflanken und Kolbenherz.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Stahlkern in eine vorgeforinte Kunsts tof fuminarit elung einschiebbai« Dabei ist diese Ummantelung so vorgeformt, daß sie den Kern unter einer gewissen Spannung umgibt, um ein Eindringen von

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Feststoffen zwischen Kern und Ummantelung zu verhindern· Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Ummantelung an mindestens einer Seite zum Einschieben des Stahlkerns offen. Der Stahlkern selbst ist deshalb wie das Kolbenherz emailliert .

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Stahlkern in eine allseits geschlossene Ummantelung eingesinerto Dieses in neuerer Zeit verwendete Aufsintern von Kunststoff auf Metallteile hat sich hier als besonders vorteilhaft erwiesen. Wenngleich bei dieser Ausführungsform eine Emaillierung " des Stahlkerns nicht zwingend notwendig ist, so ist sie doch auch hier zu empfehlen. Im übrigen kann jedoch der Stahlkern wie beim zuvor geschilderten Ausführungsbeispiel aus einem normalen billigen Stahl bestehen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Segmente mittels von der tfellenbohrung her durch das Drehkolbenherz greifender Schrauben, die in einem Sackloch des Stahlkerns der Kopfflanken enden, am Kolbenherz befestigt. Auf diese kVeise ergibt sich eine Ausbildung bei der die Ummantelung von außen praktisch geschlossen bleibt undnur im Bereich zwischen dem Stahlkern und dem Kolbenherz mit den |

Schrauben angepaßten Öffnungen versehen ist. Da die Anlagefläche zwischen Segment und Kolbenherz vergleichsweise groß ist, führt die beim Anziehen der Schrauben auftretende Flächenpressung zu keiner nennenswerten Fließverformung des Kunststoffs.

Um zu verhindern, daß das geförderte, gegebenenfalls chemisch und mechanisch aggressive Medium an die Schrauben bzw. die Gewindebohrungen im Stahlkern gelangt, ist mit Vorteil zwischen jedem Segment und dem Kolbenherz eine den Zutritt des

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Mediums hindernde Dichtung, beispielsweise"⁷O-Ring eingelegt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß der O-Ring den einander zugekehrten emaillierten Flächen des Stahlkerns bzw. des Drehkolben anliegt» Die bei emaillierten Flächen bekannten Ungleichmäßigkeiten werden durch diese Dichtung ausgeglichen.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie anhand der Zeichnung. Hierbei W zeigen:

Figur 1 einen abgebrochenen Querschnitt durch ein Pumpengehäuse unter Darstellung nur eines Drehkolbens;

Figur 2 einen Schnitt II/II gemäß Figur 1;

Figur 3 einen der Figur 2 ähnlichen Axialschnitt durch einen Drehkolben anderer Ausführung.

In dem oval ausgebildeten Gehäuse 1 laufen zwei parallel angeordnete Drehkolben um, von denen ein Drehkolben 2 in Fife gur 1 erkennbar ist. Das Gehäuse 1 ist innenseitig mit einer Emailschicht 3 versehen. Der Drehkolben 2 besteht aus einem Kolbenherz k und daran befestigten Kopfflanken 5· Das Kolbenherz k ist, wie das Gehäuse außenseitig^ mit einer Emailschicht 6 versehen.

Die Kopfflanken bestehen aus einem gleichfalls emaillierten Stahlkern 7» der umfangsseitig mit einer Ummantelung 8, zum Beispiel aus Polytetrafluoräthylen versehen ist.

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In Figur 2, die einen Axialschnitt darstellt, ist die Befestigung der aus Stahlkern 7 und Kunststoffummantelung 8 bestehenden Kopfflanken 5 am Kolbenherz 2 wiedergegeben. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Kunststoffummantelung 8 schlauchartig ausgebildet, in welche der Stahlkern 7 von der Stirnseite her eingeschoben wird. Der Stahlkern 7 selbst weist zwei Sacklöcher 9 mit Gewinde auf, die von der dem Drehkolbenherz anliegenden Fläche her gebohrt sind. Ferner weist das Drehkolbenherz 2 Durchgangslöcher auf, durch welche von der Wellenbohrung her Schrauben 11 in die Sacklöcher 9 eingeschraubt werden können, so daß die Kopf- j flanken 5 am Drehkolbenherz 2 mittels der Schrauben 11 festgelegt werden können.

In Figur 2 ist ferner erkennbar, daß das Gehäuse 1 aus einem Umfangsteil 12, einer vorderen Stirnplatte 13 und einer hinteren Stirnplatte ik besteht. Alle drei Gehäuseteile sind innenseitig emailliert. Zwischen dem Umfangsteil 12 und den beiden Stirnseitenteilen 13» I^ ist je eine Scheibe 15 aus dem gleichen Kunststoff wie die Ummantelung angeordnet, um einen unmittelbaren Kontakt zwischen den Emailflächen zu vermeiden.

Der Drehkolben 2 ist auf der Antriebswelle 16 so montiert, ( daß er sich axial verschieben kann. Aufgrund der größeren Fläche an der vorderen Stirnseite 13 wird sich der Kolben aufgrund des Druckunterschiedes bei Umlauf stets zur hinteren Stirnseite Ik hin verschieben. Das Spiel des Kolbens kann durch Justierschrauben an der Stirnseite der Antriebswelle begrenzt werden. Hierdurch wird einerseits eine gute Abdichtung erzielt, andererseits die Möglichkeit eröffnet, den Drehkolben 2 zusammen mit der wellenschutzhülse 17 von der vielle l6 ab zuziehen, ohne daß es hierzu umfangreicher Demontagearbeit bedarf. Die Kopfflanken, die einem erhöhten Ver—

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schleiß unterworfen sind, können nach einfachem Ausbau der Drehkolben leichterdings ausgewechselt werden. Beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist der Drehkolben 2 mittels einer Stirnplatte 19 mit Gewindeansatz 20 mit der Wellenschutzhülse 17 verspannt. Die Spannplatte 19 kann aus Edelstahl oder dergleichen bestehen. Um die Antriebs» welle 16 vor Zutritt des Fördermediums zu schützen, sie somit aus vergleichsweise billigem Stahl fertigen zu können, .ist zwischen der Spannplatte I9 und dem Drehkolbenherz sowie zwischen diesem und einem hinteren Absatz der ψ Wellenschutzhülse 17 je ein O-Ring 21 eingelegt.

Auf diese Weise kann bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Drehkolbenpumpe das Drehkolbenherz, die Kerne der Kopfflan-

ken, das Gehäuse und die Antriebswelle aus vergleichsweise billigem Stahl gefertigt sein. Der Schutz der einzelnen Teile gegen aggressive Medien erfolgt beim Gehäuse und Drehkolbenherz durch deren Emaillierung, bei den Kopfflanken bzw. ihrem Stahlkern durch Emaillierung und Kunststoffummantelung und bei der Antriebswelle durch die mit dem emaillierten Drehkolbenherz verspannte Wellenschutzhülse.

In Figur 3 ist ein Axialschnitt durch eine andere Ausführungs- ^ form wiedergegeben. Hierbei ist auf die Darstellung der in Figur 2 wiedergegebenen Details verzichtet worden. Es ist demzufolge außer dem Drehkolben lediglich die Wellenschutzhülse 17 und die Spannplatte 19 erkennbar. Zur Abdichtung der nicht wiedergegebenen Welle gegenüber dem Förderraum dienen die mit 21 bezeichneten O-Ringe.

Der Drehkolben 2 weist auch bei diesem Ausführungsbeispiel ein Kolbenherz 5 aus Stahl auf, welches mit einer Emailschicht 6 versehen ist. Mit dem Drehkolben 2 sind die Kopfflanken

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verbunden, die aus einem Stahlkern 7 und einer bei dieser Ausführungsform aufgesinterten Kunststoff ummantelung 8 bestehen« Durch das Aufsintern entsteht eine praktisch porenlose Verbindungsfläche zwischen dem Stahlkern 7 und der Kunststoff-Ummantelung 8· Die Ummantelung 8 ist lediglich an ihrer dem Drehkolbenherz 5 zugekehrten Seite mit zwei Ausnehmungen versehen, durch welche die Befestigungsschrauben 11 greifen. Zur Abdichtung der Schraubenbolzen bzw. des nicht enuaaillierten Innengewindes dienen auch hier wieder O-Ringe l8.

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Claims (2)

1. 205666

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   Patent ansprüche

   Drehkolbenpumpe zum Fördern zähflüssiger, gegebenenfalls inhomogener, korrosiv und/oder abrasiv wirkender Medien, mit gegenläufig umlaufenden, parallel angeordneten Drehkolben, wobei gemäß Patent (P 1 807 392) daa Gehäuse innenseitig und die Drehkolben außenseitig emailliert sind und letztere an ihren mit der Gehäuseinnenwand zusammenwirkenden Kopfflanken aus einem korroslons- und abriebfesten Kunststoff bestehen, dadurch gekenn— P zeichnet, daß die Kopfflanken als am emaillierten Kolbenherz (4, 6) festzulegende Segmente (5) ausgebildet sind, die aus einem Stahlkern (7) und einer diesen zumindest umfangsseitig abdeckenden, in sich geschlossenen Ummantelung (8) aus Kunststoff bestehen.
2. 2. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl der Stahlkern (7) in eine vorgeformte Kunststoff— Ummantelung (8) einschiebbar ist.

   3« Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Stahlkern (7) eine allseits ge- |k schlossen« Ummantelung (8) aufgesintert ist.

   k. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (5) mittels von der tfellenbohrung her durch da· Drehkolbenhers (k) greifender Schrauben (H) am Kolbenherz befestigt sind·

   3« Drehkolbenpumpe nach Anspruch %, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Segment (5) und Kolbenherz (4) eine den Zutritt des Mediums zur Schraube (11) hindernde Dichtung (18) eingelegt ist.

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