DE3915537C2 - Spindelpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spindelpumpe zum Befördern von Pulver, mit einem Stator in einem Pumpen­ gehäuse, der einen Hohlraum mit Innengewinde aufweist, mit einer Spindel als Rotor in dem Hohlraum, wobei der Rotor durch eine Antriebseinrichtung drehbar ist, mit einer Pulver-Ansaugöffnung an einem Ende des Stators, mit einer mit dem Rotor verbundenen Welle, die vom Rotor absteht und in die Pulver-Ansaugöffnung ragt, und mit einer Pulver-Ausstoßöffnung am anderen Ende des Stators.

Derartige Spindelpumpen (auch Mohno-Pumpen genannt) sind einachsig und mit einer exzentrisch rotierenden Spindel versehen. Sie können zum Pumpen von pulverartigen Materialien, wie Mehl, Zement oder Farbstoffen, verwendet werden.

Bisher sind einachsige exzentrische Spindelpumpen zum Fördern von Flüssigkeiten verwendet worden. Von diesen Spindelpumpen gibt es zwei Bauarten, Horizontal-Spindel­ pumpen in horizontaler Ausrichtung und Vertikal-Spindel­ pumpen in vertikaler Ausrichtung. Der grundsätzliche Aufbau beider Arten ist beispielsweise in den japani­ schen Patentanmeldungs-Offenlegungsschriften SHO-60-142078 und SHO-62-29781 sowie in der US-PS 4 591 322 beschrieben. So hat eine Spindelpumpe als Rotor eine Spindel mit kreisförmigem Querschnitt in einem Stator, dessen Hohlraum einen ovalen Querschnitt aufweist. Der Rotor rotiert um eine in Bezug auf die Mittelachse des Stators exzentrische Drehachse und wird durch eine Kupplungsstange angetrieben, die mit der Antriebswelle einer Antriebseinheit verbunden ist. Das zu pumpende oder zu fördernde Material wird durch die Pumpwirkung des Rotors, während sich dieser mit seinem kreisförmigen Querschnitt in dem Hohlraum mit dem ovalen Querschnitt dreht, in den Stator gesaugt. Das Material wird längs der Hauptachse des ovalen Querschnitts des Hohlraums befördert und am einen Ende des Stators ausge­ stoßen.

Einachsige exzentrische Spindelpumpen dieser Art werden hauptsächlich zum Fördern von Flüssigkeiten verwendet und gelten nicht als geeignet zum Pumpen eines Pulvers. Lediglich die in Fig. 3 dargestellte Pumpe, die in der Druckschrift "MOYNO powder pumps" der Moyno Pump Divi­ sion Robbins & Myers, Inc., Springfield, Ohio, 1964 beschrieben ist, stand bislang als einachsige exzentri­ sche Spindelpumpe zum Fördern von pulverartigem Material zur Verfügung. Hierbei handelt es sich um eine Horizon­ tal-Spindelpumpe. Sie hat eine trichterförmige Einlaß­ öffnung (e) in einem Pumpengehäuse (a) neben einer Saug­ kammer (k), die dicht bei der Kupplung zwischen einem Rotor (c) und einer Verbindungsstange (d) liegt. Das über die Einlaßöffnung (e) in die Saugkammer (k) geladene Pulver wird durch einen Hohlraum in einem Stator (b) befördert und durch eine Pulver-Ausstoßöffnung (f) und eine Ausstoßdüse (j) ausgestoßen. Im Boden der Saugkammer (k) und nahe der Ausstoßöffnung (f) sind jeweils Düsen­ öffnungen (g) und (h) für Druckluftströme vorgesehen, die das Fördern des Pulvers unterstützen. Hierbei wird das durch die Pulver-Einlaßöffnung (e) zugeführte Pulver durch die über die Düsenöffnung (g) zugeführte Druckluft fluidisiert und dann das aus der Ausstoßöffnung (f) austretende Pulver unter dem Einfluß des über die Düsen­ öffnung (h) zugeführten Druckluftstroms aus der Ausstoß­ düse (j) herausbefördert.

Ein herkömmliches Verfahren zum Fördern von Pulver ist das pneumatische Fördern, bei dem mittels eines Gebläses o. dgl. Druckluft in ein Pulver-Förderrohr geblasen und in einem Trichter o. dgl. enthaltenes Pulver mittels eines Förderers mit konstanter Geschwindigkeit in das Förderrohr befördert wird, um durch den Luftstrom zur gewünschten Stelle befördert zu werden.

Bei den bekannten Konstruktionen treten jedoch Schwierig­ keiten auf: Um mittels der eingangs erwähnten herkömm­ lichen einachsigen exzentrischen Spindelpumpe Pulver zu befördern, muß das Pulver vor Beginn der Beförderung des Pulvers in die Einlaßöffnung (e) eingefüllt werden. D.h. es ist nicht möglich, in einem Behälter, z. B. einer Trommel, enthaltenes Pulver unmittelbar durch die Pumpe anzusaugen, um es zur gewünschten Stelle zu pumpen. Ferner ist die Zuführung von Druckluft über die Düsenöffnung (g) der Saugkammer (k) unverzichtbar. Wenn keine Druckluft über die Düsenöffnung (g) zugeführt wird, kann in die Einlaßöffnung (e) geleitetes Pulver eine Brücke bilden und das Einsaugen des Pulvers in den Hohlraum des Stators (b) verhindern.

Bei der pneumatischen Förderung von Pulver muß dagegen die Luft mittels eines Sackfilters o. dgl. nach der Förde­ rung abgetrennt werden, da das Pulver mit einem Luft­ volumen befördert wird, das ein Vielfaches des Pulver­ volumens beträgt. Das Gebläse o. dgl. muß mithin eine sehr hohe Leistung haben, was insgesamt große Abmessun­ gen bedeutet. Ferner muß das Pulver, ebenso wie bei der herkömmlichen Spindelpumpe, zuvor in einen Trichter o. dgl. eingefüllt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spindel­ pumpe der gattungsgemäßen Art anzugeben, die ohne Zufüh­ rung von Druckluft über Düsen in die Pumpe auskommt und in einem Behälter enthaltenes Pulver unmittelbar anzusaugen vermag.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an der Welle Flügel zum Ansaugen des Pulvers angebracht sind.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß sich der Stator und der Rotor vertikal erstrecken und sich die Pulver-An­ saugöffnung am unteren Ende des Stators befindet.

Wenn durch diese Spindelpumpe beispielsweise in einem Behälter enthaltenes Pulver zu einer anderen Stelle befördert werden solle wird die Saugöffnung am unteren Ende der Pumpe auf dem Pulver im Behälter angeordnet. Wenn dann der Rotor durch die Antriebseinrichtung ge­ dreht wird, drehen sich die Saugflügel in der Saugöff­ nung zusammen mit dem Rotor, so daß das im Behälter enthaltene Pulver aufgewirbelt, fluidisiert und in den Stator gesaugt wird. Das in den Stator gesaugte Pulver wird durch die Pumpwirkung von Rotor und Stator zur Ausstoßöffnung befördert und durch eine Pulver-Auslaß­ öffnung im Pumpengehäuse in der Nähe der Ausstoßöffnung (über ein Förderrohr) herausbefördert, ohne daß die Geschwindigkeit des Pulverstroms abnimmt.

Sodann kann dafür gesorgt sein, daß am unteren Ende des Pumpengehäuses eine zylindrische Schutzvorrichtung vorgesehen ist, die die Flügel umgibt. Auf diese Weise werden die Saugflügel durch die Schutzvorrichtung ge­ schützt.

Um ferner die Saugleistung des Saugöffnungsteils zu steigern, kann darüber hinaus vorgesehen sein, daß die Flügel am unteren Ende der Welle angebrachte Saugflügel mit großen Abmessungen und an einem mittleren Teil der Welle angebrachte Saugflügel mit kleinen Abmessungen aufweisen. Hierbei kann am unteren Ende des Pumpengehäu­ ses ein die Saugflügel mit den kleinen Abmessungen umge­ bendes Pulver-Saugrohr angebracht sein. Bei dieser Aus­ bildung drehen sich die Saugflügel mit den kleinen und den großen Abmessungen gleichzeitig in dem Saugöffnungs­ teil, um das Pulver in den Stator zu saugen. Insbesondere haben die Saugflügel mit den kleinen Abmessungen eine größere Saugkraft, da sie sich innerhalb des Saugrohres drehen.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn Rührflügel an der An­ triebseinrichtung in der Nähe der Pulver-Auslaßöffnung angebracht sind, eine Abschirmplatte an der Antriebsein­ richtung in der Nähe der Rührflügel angebracht ist und eine Ringnut in dem Pumpengehäuse ausgebildet ist, in der der Umfang der Abschirmplatte drehbar aufgenommen ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß durch die Drehung der Rührflügel sich in der Nähe der Ausstoßöff­ nung befindendes Pulver aufgewirbelt und fluidisiert wird und eine Blockierung des Auslaßkanals aufgrund einer Verdichtung des Pulvers verhindert wird. Darüber hinaus verhindert die Abschirmplatte, daß das Pulver in den oberen Teil des Pumpengehäuses gelangt.

Wenn die Förderstrecke verhältnismäßig lang ist, ist es günstig, wenn eine Düsenöffnung zur Zuführung von Druckluft (mit einem Druck von etwa 0.98 bis 3 bar) in der Nähe wenigstens einer der Öffnungen vorgesehen ist, vorzugsweise in der Nähe der Ausstoßöffnung des Stators oder auch in der Nähe der Ansaugöffnung. Bei dieser Ausbildung wird die Förderung des Pulvers durch die in der Nähe der Ausstoßöffnung des Stators oder zusätzlich in der Nähe der Ansaugöffnung zugeführte Druckluft unterstützt, so daß das Pulver über eine lange Strecke befördert werden kann.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachste­ hend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Spindelpumpe,

Fig. 2 eine Ansicht der Spindelpumpe nach Fig. 1, von unten gesehen, und

Fig. 3 einen Vertikalschnitt einer herkömmlichen Spindel­ pumpe.

Nach Fig. 1 wird eine exzentrische Spindelpumpe 1 durch eine Antriebseinheit (Motor 3) angetrieben, die auf dem oberen Ende eines rohrförmigen Pumpengehäuses 2 angebracht ist. Eine Antriebswelle 3a des Motors 3 ragt in das Pumpengehäuse 2 und ist mittels eines Lagers 3b drehbar gelagert. Der Hauptteil der Pumpe 1 enthält eine schraubenförmig verwundene Spindel als Rotor 6 mit kreisförmigem Querschnitt und einen ebenfalls schrau­ benförmig verwundenen Stator 5, der einen Hohlraum mit ovalem Querschnitt und eine doppelt so große Ganghöhe wie der Rotor 6 aufweist. Der Rotor 6 ist drehbar im Stator 5 gelagert. Der Stator 5 ist in einem zylindri­ schen Gehäuse 5′ enthalten und in dem unteren Endteil des Pumpengehäuses 2 angeordnet, wobei ein Zwischenraum oder Ringraum 5c das Gehäuse 5′ umgibt. Der Rotor 6 ist mit der Antriebswelle 3a des Motors 3 über eine Verbindungsstange 4 verbunden. Hierbei ist die Drehach­ se M des Rotors 6 um einen Betrag (e) (siehe Fig. 2) exzentrisch zur Drehachse N der Antriebswelle 3a. Um die exzentrische Drehung des Rotors 6 zu ermöglichen, sind Kardangelenke 4a und 4b zwischen der Verbindungs­ stange 4 und der Antriebswelle 3a sowie der Verbindungs­ stange 4 und dem Rotor 6 vorgesehen. Auf Seiten einer Ansaugöffnung 5a am unteren Ende des Stators 5 ist eine Welle 10 vorgesehen, die mit der Mitte des unteren Endes des Rotors 6 verbunden ist und von dort nach unten ragt. Am unteren Ende der Welle 10 sind Saug- oder Ge­ bläseflügel 7 mit großen Abmessungen schräg angebracht, so daß sie bei einer Drehung der Welle 10 und der Flügel 7 entgegen dem Uhrzeigersinn (in der Ansicht nach Fig. 2) eine nach oben gerichtete Saugkraft erzeugen. Ein Paar Saugflügel 8 mit kleineren Abmessungen ist in ähnlicher Weise schräg an einem mittleren Teil der Welle 10 ange­ bracht, so daß sie ebenfalls eine nach oben gerichtete Saugkraft erzeugen. Am oberen Ende jedes Saugflügels 7 ist ein vertikaler Hilfsflügel 7a schräg angebracht, so daß er Pulver in Richtung auf die Mitte der Welle 10 leitet. Ferner ist eine zaunartige zylindrische Schutzvorrichtung 9 am unteren Ende des Pumpengehäuses 2 angebracht, die die Saugflügel 7 und 7a umgibt. Ferner ist in der Schutzvorrichtung 9 am unteren Ende des Pum­ pengehäuses 2 ein zylindrisches Saugrohr 11 angebracht, das die Saugflügel 8 umgibt.

Eine Pulver-Auslaßöffnung 2a ist in der Nähe des oberen Endes des Rotors 6 so dicht wie möglich bei einer Ausstoßöffnung 5b am oberen Ende des Stators 5 im Pumpengehäuse 2 angeordnet. Oberhalb der Ausstoßöffnung 5b und um die Verbindungsstange 4 herum ist einem kreisförmige Abschirmplatte 4c auf der Stange 4 angebracht. An der Unterseite der Abschirmplat­ te 4c ist ein Paar Rührflügel 4d angebracht, die eine solche Neigung haben, daß das Pulver in Richtung auf die Umfangswand des Pumpengehäuses 2 gewirbelt wird. Im Pumpengehäuse 2 ist um die Abschirmplatte 4c herum eine Ringnut 12 ausgebildet, in der der Umfangsteil der Abschirmplatte 4 drehbar aufgenommen ist. Zwischen der Abschirmplatte 4c und dem Stator 5 ist eine Auslaßkammer 4′ ausgebildet.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der Pumpe beschrieben. Wenn beispielsweise in einem (nicht dargestellten) Behäl­ ter enthaltenes Pulver an eine andere Stelle befördert werden soll, wird die Schutzvorrichtung 9 in der Nähe der Saugöffnung 5a am unteren Ende des Stators 5 auf dem Pulver in dem Behälter angeordnet. Dann wird der Rotor 6 durch den Motor 3 angetrieben. Hierbei werden der Rotor 6 und die Saugflügel 7 und 8, die auf der Welle 10 am unteren Ende des Rotors 6 angebracht sind, gemeinsam gedreht. Das Pulver in dem Behälter wird durch die von den Saugflügeln 7 und 8 erzeugten Luftbewegung aufgewirbelt und fluidisiert und dann in den Hohlraum des Stators 5 gesaugt. Das in den Stator 5 gesaugte Pulver wird zwangsweise durch die Pumpwirkung von Stator 5 und und Rotor 6 durch den Stator 5 in Richtung auf die Ausstoßöffnung 5b befördert, so daß es in die Auslaß­ kammer 4′ gelangt. Hierbei wird das Pulver ohne Vermin­ ierung seiner Geschwindigkeit über die im Pumpengehäuse 2 ausgebildete Auslaßöffnung 2a, die sich in unmittel­ barer Nähe der Ausstoßöffnung 5b befindet, in ein (nicht dargestelltes) Förderrohr, das an der Auslaßöffnung 2a angeschlossen ist, hinausbefördert. Im oberen Teil der Auslaßkammer 4′ vorhandenes Pulver wird durch die Rührflügel 4d aufgerührt und fluidisiert und in Richtung auf den Umfang der Auslaßkammer 4′ geschleudert und aus der Auslaßöffnung 2a hinausgetrieben. Das Pulver staut sich daher nicht in der Auslaßkammer 4′. Da ferner das obere Ende der Auslaßkammer 4′ durch die Abschirm­ platte 4c abgeschirmt ist, dringt das Pulver nicht in den oberen Teil des Pumpengehäuses 2 oberhalb der Ab­ schirmplatte 4c.

Wenn die Förderstrecke des Pulvers sehr lang ist, kann eine Druckluftzuführleitung (für Druckluft mit einem Druck von 0,98 bis 3 bar) an der mit einem Pfeil A in Fig. 1 markierten Stelle angeschlossen werden, so daß Druckluft in den Ringraum 5c zwischen dem Pumpengehäuse 2 und dem Gehäuse 5, des Stators 5 geleitet wird. Ferner können an den Ringraum 5c angeschlossene Düsen an Stellen münden, die durch die Pfeile B und C angedeutet sind, so daß in der Nähe der Saugöffnung 5a und der Ausstoß­ öffnung 5b des Stators 5 Druckluftströme ausgestoßen werden. Wenn nur eine Düsenöffnung vorgesehen ist, ist es wirksamer, wenn diese in der Nähe der Ausstoßöffnung 5b (Pfeil C) angeordnet ist.

Die Pumpe 1 kann nicht nur in vertikaler, sondern auch in geneigter Lage zum Abpumpen von Pulver aus einem Behälter o. dgl. verwendet werden.

Die beschriebene Pumpe hat folgende Vorteile:

• 1. Im Gegensatz zu herkömmlichen Pumpen für Pulver ist die vorliegende Pumpe in der Lage, Pulver zu fördern, ohne Druckluft über Düsen in die Pumpe zu leiten. Infolgedessen sind keine Druckluftquellen erforder­ lich, so daß sich ein einfacher Gesamtaufbau der Vorrichtung, einschließlich der Pumpe selbst, ergibt. Da ferner das zusammen mit dem Pulver beim Ansaugen des Pulvers angesaugte Luftvolumen sehr klein ist, ist hinter der Pumpe keine Luftabscheidung erforder­ lich, wie sie bei herkömmlicher pneumatischer Förde­ rung erforderlich ist, so daß auch keine Gebläse mit hoher Leistung erforderlich sind.
• 2. Die Pumpe kann in einem Behälter enthaltenes Pulver unmittelbar über die Ansaugöffnung im unteren Ende der Pumpe ansaugen und zu einer gewünschten Stelle befördern. Das Pulver braucht nicht in die Einfüll­ öffnung eingefüllt zu werden, wie es bei der herkömm­ lichen horizontalen einachsigen exzentrischen Spindel­ pumpe für Pulver erforderlich ist. Der Betrieb ist daher einfach.
• 3. Die Saugflügel werden durch die Schutzvorrichtung geschützt.
• 4. Die Pumpleistung hinsichtlich der Ansaugung von Pul­ ver in den Stator ist verbessert.
• 5. Eine Verstopfung des auslaßseitigen Strömungskanals aufgrund einer Verdichtung bzw. eines Zusammenbackens von Pulver wird durch die Rührwirkung der Rührflügel verhindert, und ein Eintritt des Pulvers in den obe­ ren Teil des Pumpengehäuses wird durch die Abschirm­ platte verhindert.
• 6. Das Pumpen von Pulver kann durch Druckluft erleich­ tert werden. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die Förderstrecke sehr lang ist.

Claims (8)

1. Spindelpumpe zum Befördern von Pulver, mit einem Stator (5) in einem Pumpengehäuse (2), der einen Hohlraum mit Innengewinde aufweist, mit einer Spindel als Rotor (6) in dem Hohlraum, wobei der Rotor (6) durch eine Antriebseinrichtung (3, 4) drehbar ist, mit einer Pulver-Ansaugöffnung (5a) an einem Ende des Stators (5), mit einer mit dem Rotor (6) verbunde­ nen Welle (10), die vom Rotor (6) absteht und in die Pulver-Ansaugöffnung (5a) ragt, und mit einer Pulver-Ausstoßöffnung (5b) am anderen Ende des Stators (5), dadurch gekennzeichnet, daß an der Welle (10) Flügel (7, 8) zum Ansaugen des Pulvers angebracht sind.

2. Spindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Stator (5) und der Rotor (6) vertikal erstrecken und sich die Pulver-Ansaugöffnung (5a) am unteren Ende des Stators (5) befindet.

3. Spindelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Pumpengehäuses (2) eine zy­ lindrische Schutzvorrichtung (9) vorgesehen ist, die die Flügel (7, 8) umgibt.

4. Spindelpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flügel (7, 8) am unteren Ende der Welle (10) angebrachte Saugflügel (7) mit großen Abmessungen und an einem mittleren Teil der Welle (10) angebrachte Saugflügel (8) mit kleinen Abmessun­ gen aufweisen.

5. Spindelpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Pumpengehäuses (2) ein die Saugflügel (8) mit den kleinen Abmessungen umgebendes Pulver-Saugrohr (11) angebracht ist.

6. Spindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Pulver-Aus­ stoßöffnung (5b) eine Pulver-Auslaßöffnung (2a) im Pumpengehäuse (2) ausgebildet ist.

7. Spindelpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Rührflügel (4d) an der Antriebseinrichtung (3, 4) in der Nähe der Pulver-Auslaßöffnung (2a) ange­ bracht sind, daß eine Abschirmplatte (4c) an der Antriebseinrichtung (3, 4) in der Nähe der Rührflügel (4d) angebracht ist und daß eine Ringnut (12) in dem Pumpengehäuse (2) ausgebildet ist, in der der Umfang der Abschirmplatte (4c) drehbar aufgenommen ist.

8. Spindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Düsenöffnung zur Zu­ führung von Druckluft in der Nähe wenigstens einer der Öffnungen (5a, 5b, 2a) vorgesehen ist.