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Verdrängerpumpe
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Die Erfindung richtet sich auf eine Verdrängerpumpe nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Derartige Verdrängerpumpen sind insbesondere als Gas-Kompressoren
und Gebläse in zahlreichen Modifikationen bekannt. Ein grundlegendes Problem bei
derartiger Pumpen besteht darin, das Volumenverhältnis der itblichrweise zwei in
sich schneidenden Gehäuseabschnitten umlaufenden Verdränger und des für das zu pumpencte
Medium zur Verfügung stehenden Gehäuse innenraums möglichst optimal zu gestalten.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verdränger-Pumpe
der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mit ihr bei kostengünstiger Herstellbarkeit
ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird, daß sie gleichermaßen zum Pumpen von Gasen
und Flüssigkeiten
geeignet ist, daß sie sowohl vorwärts als auch
rückwärts betreibbar ist, und daß sie sich in einer entsprechend robusten Ausführungsform
auch zum Pumpen von Feststoffe enthaltenden Flüssigkeiten eignet.
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Diese Aufgabe wird gelöst bei einer Verdrängerpumpe mit den Merkmalen
des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1. Durch die erfindungsgemäße Formgebung
der Läufer und die Verwendung der Läuferinnenräume als Auslaß- bzw. Einlaufkanäle
wird erreicht, daß ein außerordentlich hohes Fluid-Volumen bezogen auf die äußeren
Gehäuseabmessungen gefördert-werden kann, d.h. es wird ein sehr günstiger Wirkungsgrad
erzielt.
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Nit vertretbarem technischen Aufwand und dementsprechend kostengünstig
wird erreicht, daß sowohl ein dichter Ablauf der Läufer aneinander als auch der
Dichtansätze an der Gehäusewandung gewährleistet ist.
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Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird erreicht, daß der Strömungswiderstand
aufgrund von Wirbelbildungen am Vorderende der Dichtansätze vermindert wird.
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Die vorteilhafte Weiterbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht es, die
Pumpe besonders gut zur Förderung von Feststoffe enthaltenden Flüssigkeiten, also
für Anwendungsbereiche, wie sie-vornehmlich in der Landwirtschaft oder im Bauwesen
vorkommen, einzusetzen. Durch eine Ausgestaltung der Dichtansätze mit gehärteten,
schneidenartig geformten Vorderenden wird nämlich erreicht, daß feste Parikel, welche
zu eine Blockierung des Pumpenablaufs führen könnten, zerkleinert werden.
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Ein besonders homogener und kontinuierlicher Durchfluß wird durch
die Ausgestaltung als zweistufige Pumpe gemäß Anspruch 4 erreicht. Durch eine entsprechende
Verbindung des Läufers der ersten Stufe, dessen Innenraum als Auslaßkanal dient,
und des Läufers der zweiten Stufe, dessen Innenraum als Einlaßkanal dient, so, daß
diese Läufer um 1800 versetzt zueinander arbeiten, wird erreicht, daß im Förderminimum
der ersten Stufe die zweite Stufe ihr Fördermaximum aufweist und umg¢-kehrt, d.h.
der Durchfluß wird insgesamt vergleichmäßigt.
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Dies bedeutet, daß wenn die erste Stufe drückend, die zweite Stufe
saugend dreht, so daß die beim Durchdringen der Dichtansätze kurzfristig unterbrochene
Förderleistung der ersten Stufe die zweite, in voller Saugleistung befindliche Stufe
ausgleicht und so eine ein- oder mehrstufige Pumpe ohne Ventile mit großem Saug-
und Druckvermögen je nach Leistungsbedarf aufgebaut werden kann. Dabei ist es möglich,
die beiden Stufen so nebeneinander anzuordnen, daß Ein- und Auslaß miteinander fluchten,
was sich für manche konstruktive Anwendungsbereiche als vorteilhaft erweisen kann.
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Anspruch 5 betrifft eine auf dem grundsätzlich gleiche Konstruktionsprinzip
aufbauende, nebengeordnete Lösung, welche sich dadurch auszeichnet, daß die Läufer
und die Dichtansätze aufgrund von deren geometriochcn Gestaltung einfach und mit
großer Präzision herstellbar sind. Diese Ausführungsform gestattet es dementsprechend
für bestimmte Einsatzbereiche eine scher kostengünstige Ausführungsform vorzusehen.
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Die Ausgestaltung nach Anspruch 6 stellt sicher, daß die Dichtansätze
berührungsfrei gegenüber dem Gehäuse ablaufen können.
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Anspruch 8 betrifft eine weitere äußerst vorteilhafte Ausführungsform.
Durch die danach vorgesehene Ausgestaltung wird erreicht, daß auch im Zeitpunkt
des Aneinander-Vorbeilaufens der Dichtansätze sichergestellt ist, daß kein wesentlicher
Abfall in der Saug- bzw. Druckleistung auftritt. Dieser Pumpentyp ist damit sowohl
zum Pumpen gasförmiger Medien als Kompressor wie auch als Pumpe für flüssige Medien
hervorragend einsetzbar.
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Es ergeben sich dementsprechend ganz unterschiedliche Einsatzbereiche
für diese Konzeption. So ist es möglich, eine derartige Pumpe zum Pumpen von klaren
bis dickflüssigen Medien zu verwenden, sie als Beregnungspumpe einzusetzen und sie
zur Erzielung hoher Drucke im Bergwerksbereich heranzuziehen. Darüber hinaus ist
eine Verwendung als Dosierpumpe, als vor- und rückwärtslaufende Lagerpumpe, z.B.
für Raffinerien, und als Pohöl-Förderpumpe möglich. Der Einsatzbereich wird abgerundet
durch die Verwendung als Kompressor und als Ladepumpe für Turbo-Kraftfahrzeugmotoren.
Letztlich ermöglicht es die hohe Gleichmäßigkeit der Saug- bzw.
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Druckleistung, eine solche Pumpe zur Erzeugung eines gleichmäßigen
Flüssigkeits-Druckstromes in Schwimmbädern einzusetzen.
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Die Ausgestaltung nach Anspruch 9 ermöglicht ein dichtendes und gleichzeitig
doch berührungsloses wechselweises Passieren der Dichtansätze. Hierzu trägt auch
die Ausbildung gemäß Anspruch lo bei.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der
Zeichnung.
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Dabei zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Verdränger-Pumpe
längs der Linie I-I in Fig. 3, Fig. 2 einen Fig. 1 entsprechenden Schnitt einer
zweistufigen Verdränger-Pumpe, Fig. 3 bis 6 Schnitte längs der Linie II-II in Fig.
1, wobei die Läufer in verschiedenen Bewegungsstadien dargestellt sind, Fig. 7 bis
12 den Fig. 3 bis 6 entsprechende Schnittdarstellungen mit einer anderen Querschnittsform
der Läufer, welche ebenfalls in verschiedenen Bewegungsstadien dargestellt sind,
Fig.13 Eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform, und
Fig.l4 bis 19 den Fig. 7 bis 12 entsprechend verschiedtne Bewegungsstadien bei der
dritten Ausführungsforrl.
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Eine in der Zeichnung dargestellte Verdränger-Pumpe umfaßt ein Gehäuse
1, welches durch nur schematisch dargestellte Verbindungsmittel 2 und 3 aus drei
Teilen 4, 5 und 6 zusammengesetzt ist.
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In dem Gehäuse 1 sind Lager 7, 8, 9 für einen ersten Läufer lo und
Lager 11, 12, 13 für einen zweiten Läufer 14 vorgesehen.
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Die Läufer 10 bzw. 14 sind über Wellenansätze 15, 16 bzw. 17, 18 gelagert.
An den Wellenansätzen 15 und 17 sind miteinander kämmende Zahnräder 19, 20
ausgebildet,
welche ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 aufweisen. Der gemeinsame Antrieb erfolgt
über reicht im einzelnen dargestellte Antriebseinrichtungen am Wellenansatz 17 in
Richtung des Pfeils 21.
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tie Läufer lo, 14 weisen jeweils einen hohlen Innenraum 2 bzw. 23
auf. Der Innenraum 22 ist mit einer axialen Eohrung des Wellenansatzes 15 verbunden,
welcher als Einlaßkanal 25 wirkt. Im Bereich der Einlaßöffnung 26 ist durch die
Pfeile 27 die Strömungsrichtung des ;.u pumpenden Fluids angedeutet. Der Einlaßkanal
25 ist über im einzelnen nicht dargestellte Kupplungsmittel mit einer drehfesten
Einlaßleitung verbunden.
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Der Innenraum 23 ist mit einer axialen Bohrung in dem WeZlenansatz
18 verbunden, welche als Auslaßkanal 28 dient. Die Strömungsrichtung des zu pumpenden
Fluids im Bereich der Auslaßöffnung 29 ist durch Pfeile 3c angegeben.
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Aus den Fig. 3 bis 6 ist ersichtlich, daß der Mantel 31 bzw. 32 jedes
Läufers 10 bzw. 14 die Form eines Ganges einer Spirale aufweist. Die Mantelfläche
wird begrenzt durch axial verlaufende Endkanten 33, 34 bzw. 35, 36.
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Die Endkanten 33, 35 sind sich nach vorne außen verjüngend ausgebildet,
so daß sie die Form von Schneiden erhalten. In diesem Bereich kann auch die Anbringung
von gehärtetem Material vorgesehen sein.
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Aus den Fig. 3 bis 6 ist ebenfalls ersichtlich, daß die Läufer 10,
14 in zwei jeweils im Querschnitt kreisförmigen Gehäuseabschnitten 37, 38 gelagert
sind, welche sich teilweise durchdringen. Die Läufer 10, 14 sind dabei so gelagert
und relativ zu den Gehäuseabschnitten 7, 38 dimensioniert, daß die Endkanten 33,
35 dichtend
an der Innenwand der Gehäuseabschnitte 37 bzw. 38 entlanggeführt
werden, und daß die Summe der Abstände a bzw. b vom Drehmittelpunkt 39 bzw. 40 zur
Außenseite der Mäntel 31 bzw. 32 der Läufer 10 bzw. 14 längs der Verbindungslinie
der Punkte 39, 40 konstant ist, d.h. daß die Läufer lo bzw. 14 dichtend aneinander
abrollen.
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Zwischen den Endkanten 33, 34 bzw. 35, 36 der Läufer 10 bzw. 14 ist
jeweils eine sich axial erstreckende Einlaßausnehmung 41 bzw. Auslaßausnehmung 42
ausgebildet.
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Die Pfeile 43 und 44 geben jeweils die Strömungsrichtung des Fluids
bei einer Drehung der Läufer 10 bzw. 14 in Richtung der Pfeile 45 bzw. 46. Die Strömungsrichtung
des Fluids im Innenraum 22 bzw. 23 der Läufer 10 bzw. 14 liegt in den Figuren so,
daß sie aus der Zeichenebene herauszeigt, was durch die Punkte im Kreis 47 und 48
in den Zeichnungen angedeutet ist.
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Die Arbeitsweise und der Bewegungsablauf der Läufer lo und 14 wird
aus den Fig. 3 bis 6 deutlich.
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In dem in Fig. 3 dargestellten Bewegungsstadium bewegt sich der Läufer
10 im Uhrzeigersinn, so daß sich das Volumen in Drehrichtung gesehen hinter der
Endkante 33, welche zusammen mit dem anschließenden Teil des Läufer-Mantels 31 als
Dichtansatz wirkt, vergrößert, d.h. durch die Einlaßöffnung 26 und den Einlaßkanal
25 wird zu pumpendes Fluid in den Innenraum 22 des Läufers 10 gesaugt und tritt
aus diesem durch die Einlaßausnehmung 41 in Richtung des Pfeils 44 in den Innenraum
des Gehäuseabschnitts 37 aus.
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Gleichzeitig wird das Volumen im Gehäuseabschnitt 8, welches sich
in Drehrichtung des Läufers 14, welcher E ich i Richtung des Pfeils 45 gegen den
Uhrzeigersinn dreht, vor der Endkante 35 befindet, welche wiederum zusammen mit
dem anschließenden Teil des Läufer-Mantels 2 als Dichtansatz wirkt, verkleinert
und hierdurch zu pumpendes Fluid durch die Auslaßausnehmung 42 in Richtung des Pfeils
43 in den Innenraum 23 des Läufers 14 und von dort durch den Auslaßkanal 28 zur
Auslaßöffnung 29 gedrückt.
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n Fig. 4 bis 6 ist der Bewegungsablauf dargestellt, welcher veranschaulicht,
wie sich die Dichtansätze, ci.h. die entsprechenden Endabschnitte der Läufer-Mäntel
1 bzw. 32 aneinander vorbeibewegen. Dabei wird zu l,umpendes Fluid bei der in Fig.
5 dargestellten Bewegungsphase in Richtung des Pfeils 49 direkt von der Auslaßausnehmung
42 des Läufers 10 in die Einlaßausnehmung 41 des Läufers 14 gedrückt, wobei ausgehend
von der in Fig. 4 dargestellten einen Grenzstellung bis zu der n Fig. 6 dargestellten
anderen Grenzstellung zwar die Mäntel 31, 32 der Läufer lo, 14 dichtend aneinander
abrollen, nicht aber die Endkanten 33 bzw. 35 dichtend an der Innenseite der Gehäuseabschnitte
37, 38 anliegen.
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Aus Fig. 5 wird besonders deutlich, daß bei einem Anwendungsgebiet
der erfindungsgemäßen Pumpe, bei welchem Flüssigkeiten mit darin befindlichen Feststoffpartikeln
gefördert werden, durch die Endkanten 33, 35 eine Zerkleinerung dieser Partikel
erfolgen kann, so daß diese nicht zu einer Zerstörung der Pumpe führen.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist die Pumpe zweistufig
aufgebaut, wobei jede Stufe 50, 51 im Prinzip identisch aufgebaut ist wie die im
Zusammenhang mit Fig. 1 und den Fig. 3 bis 6 beschriebene Pumpe. Lediglich das Gehäuseteil
4 ist als Verbindungsgehäuse 52 ausgebildet. Darüber hinaus ist am Läufer 14 ein
verlängert ausgebildeter Wellenansatz 18' vorgesehen, welcher mit einem diesen hülsenartig
übergreifend ausgebildeten Wellenansatz 15' der zweiten Stufe 51 über Einrichtungen
53 drehfest verbunden ist. Dichtungen 54 sorgen dafür, daß kein zu pumpendes Fluid
zwischen den Wellenansätzen 18' und 15' austritt.
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Die zweite Pumpenstufe 51 ist ebenso aufgebaut wi die im Zusammenhang
mit Fig. 1 beschriebene Pumpe.
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Die Wellenansätze 18' und 15' sind derart miteinander verbunden, daß
der Läufer 10' der zweiten Stufe 51 um 1800 versetzt gegen den Läufer 14 der ersten
Pumpen Stufe 50 angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, daß die erste Pumpen-Stufe
im Laufe eines Förderzyklus dann ihr Fördermaximum aufweist, wenn die zweite Pumpe
Stufe 51 ihr Förderminimum aufweist und umgekehrt.
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Es wird auf diese Weise also eine Homogenisierung der Durchflußmenge
über die Zeit bei großer Saug-und Druckleistung erreicht.
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Bei der in den Fig. 7 bis 12 dargestellten Ausführungsform ist der
grundsätzliche Aufbau der Pumpe und die Arbeitsweise völlig entsprechend wie bei
den vorstehenc dargestellten Ausführungsformen. Lediglich die Läufer 14' und 10'
weisen eine andere Querschnittskonfig lratic n auf. Jeder Läufer 1o', 14' ist dabei
im Querschnitt kreisabschnittsförmig ausgebildet. Dies bedeutet,
daß
der Mantel 31' bzw. 32' der Läufer 10' bzw. 14' irn Querschnitt nicht die Form eines
geschlossenen Kreises aufweist, sondern die Mantelfläche durch Einlaßöffnungen 42'
bzw. Auslaßöffnungen 43' unterbrochen ist. Von der in Drehrichtung (Pfeil 45) gesehen
vorne liegenden Endkante 36' des Läufers 14' bzw. von der in Drehrichtung (Pfeil
46) des Läufers 10' gesehen hinten liegenden Kante 34' erstreckt sich jeweils radial
nach außen vorwärts ein Dichtansatz 55 bzw.
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56 an jedem Läufer 10' bzw. 14', dessen Endkante 33' bzw. 35' dichtend
an der Innenseite der Gehäuseabschnitte 37, 38 entlangläuft.
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Die Fig. 8 bis 12 zeigen diejenigen Bewegungsphasen, in welchen die
Dichtansätze 55, 56 aneinander vorbeibewegt werden, wobei die Läufer 10', 14' ebenso
zusammenwirken wie vorstehend für die Läufer 10 und 14 beschrieben.
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Fig. 13 zeigt eine Fig. 1 entsprechende Darstellung, wobei abgesehen
von der abweichenden Konstruktion der Läufer lo" und 14" die Lagerung und das Gehäuse
lediglich entsprechend anderes dimensioniert sind.
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Es kann deshalb auf die Beschreibung im Zusammenhang mit Fig. 1 verwiesen
werden, wobei die hierzu korrespondierencen Teile mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet und lediglich zur Unterscheidung mit einem hochgesetzten Doppel-Strich
versehen sind.
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Die Fig. 14 bis 19 zeigen die Ausbildung der Läufer und Dichtansätze
und verschiedene Bewegungsphasen derselben. Die Läufer 10" und 14" sind auch bei
dieser Ausführungsform im Querschnitt kreisabschnittsförmig
ausgebildet.
Im Bereich der axialen Endkanten 34" bzw. 36" sind Dichtansätze 55" bzw. 56" angeordnet.
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Die Dichtansätze 55", 56" erstrecken sich einerseits zwischen der
Innenwand der Gehäuseabschnitte 38" bzw.
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37" und zum anderen bei dieser Ausführungsform zum Innenraum 22",
23" der Läufer lo", 14". Die Dichtansätze 55" und 56" sind so geformt, daß deren
Innenfläche 61" bzw. 62" die Form eines Epitrochoiden-Abschni'ts aufweisen, und
daß die Außenflächen 63" und 64" ebenfalls annähernd die Form eines Epitrochoiden-Abschnitts
aufweisen.
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Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß in feder der in den Fig.
14 bis 19 dargestellten Bewegungs;)haser sichergestellt ist, daß ohne Verwendung
von Ventilen auch ein noch so kurzer Rückfluß entgegen der Pum})richtung unterbunden
wird.
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Dies wird insbesondere aus dem in Fig. 15 bis 19 dargestellten Bewegungsablauf
deutlich, wobei die eingzeichneten Pfeile veranschaulichen, daß eine kontinuieliche
Förderung stattfindet. Lediglich in der in Fig. 17 dargestellten Übergangssituation
ist die Förderun für eine praktisch vernachlässigbar kurze Zeitspanne unterbunden,
wobei jedoch auch in dieser Bewegung.;phase sichergestellt ist, daß ein Zurückströmen
des gef3rderten Mediums unterbunden ist.