DE4228498A1 - Ventillose, oszillierende Rotationskolbenpumpe - Google Patents
Ventillose, oszillierende RotationskolbenpumpeInfo
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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- F04B7/00—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving
- F04B7/04—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving in which the valving is performed by pistons and cylinders coacting to open and close intake or outlet ports
- F04B7/06—Piston machines or pumps characterised by having positively-driven valving in which the valving is performed by pistons and cylinders coacting to open and close intake or outlet ports the pistons and cylinders being relatively reciprocated and rotated
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine ventillose, oszillie
rende Rotationskolbenpumpe.
Derartige Pumpen bestehen aus einem zylindrischen Kolben, der
sich in einem Pumpraum auf- und abbewegt und dabei rotiert,
wobei einer vollständigen Umdrehung eine vollständige Auf- und
Abwärtsbewegung entspricht. Der Kolben weist eine nach unten
offenen Ausnehmung auf und saugt beim Anheben ein fließfähiges
Medium aus dem Zulauf, wobei der Ablauf so lange durch den Kol
ben gesperrt ist, wie der Ansaugvorgang dauert. Durch weiteres
Drehen des Kolbens wird der Zulauf gesperrt und danach der
Ablauf geöffnet. Der Kolben bewegt sich nunmehr abwärts und
drückt das fließfähige Medium in den Ablauf.
Derartige Rotationskolbenpumpen weisen komplizierte Antriebe
auf und sind auf niedere Drehzahlen beschränkt.
Die vorliegende Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
eine ventillose, oszillierende Rotationskolbenpumpe zu
schaffen, die einen Antrieb aufweist, mit dessen Hilfe die
Fordereingenschaften wesentlich verbessert werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt ausgehend von mit einer
Vorrichtung mit einem in einem Kolbengehäuse angeordneten
Pumpraum mit kreisrundem Querschnitt in dem der Pumpenkolben
rotiert und sich gleichzeitig auf- und abbewegt sowie sowie
einem Zu- und einem Ablauf und wobei der Kolben eine bis zum
Kolbenboden reichende Ausnehmung aufweist, bei welcher
erfindungsgemäß der Kolben oberhalb des Pumpenraumes mit einer
Führung versehen ist, wobei oberhalb der Führung ein rotier
barer Exzenter gegen den Kolben anliegt. Am Kolben ist dabei
eine Rückstellfeder, z. B. als Spiralfeder zwischen Führung und
Pumpraum, angeordnet, die gegen die Abwärtsbewegung des Kolbens
spannt, oder der Exzenter ist über eine Kulissenführung nach
Art eines Schubkurbeltriebes mit dem Kolben verbunden, wobei
dieser mit der Schubkurbel drehbar verbunden ist. Über ein
Getriebe sind der Exzenter und der Kolben von einer gemeinsamen
Antriebswelle antreibbar, wobei Koben und Exzenter mit gleicher
Umdrehungszahl rotieren.
Mit einer derartigen Rotationskolbenpumpe werden überraschende
Vorteile erzielt. Es können Gase und Flüssigkeiten, insbeson
dere auch hochviskose Flüssigkeiten gefördert werden. Es können
bei Umdrehungszahlen von bis zu 3000/min Flüssigkeitsmengen bis
zu 2 l/min gefördert werden, es entsteht eine sehr geringe
Pulsation. Die Krafteinleitung auf den Kolben beim Austreiben
geschieht koaxial, d. h. ohne Verkanten des Kolbens und ohne
Flattern, es können wegen des problemlosen robusten Antriebes
große Kolben verwendet werden, die Durchmesser von über 20 mm
aufweisen.
Der Antrieb des Kolbens besteht daher in besonders vorteil
hafter Weise aus einer motorgetriebenen Antriebswelle, die
senkrecht zu dem Kolben oder zu dem durch eine Kolbenstange
angeordnet ist, wobei auf dem freien Wellenende ein Exzenter
befestigt ist, der koaxial auf den Kolben einwirkt und diesen
abwärts bewegt. Die zum Aufwärtsbewegen erforderliche Kraft wird
entweder durch eine Feder erzeugt, die über eine Abstützung auf
den Kolben einwirkt oder sie wird durch die am Exzenterrad
befestigte Schubkurbel (ähnlich einem Dampfmaschinenantrieb)
angebracht. Gleichzeitig ist auf der Antriebswelle ein Kegelrad
befestigt, das ein zweites Kegelrad treibt, wobei dieses wieder
über ein Stirnzahnrad den Kolben in Rotation versetzt. Dieses
Stirnzahnrad gleitet in den Flanken des treibenden
Stirnzahnrades oder alternativ auf dem Kolben bzw. der
Kolbenstange bei entsprechender Anbringung.
Der Hub des Kolbens kann verändert werden, wozu andere Exzenter
oder auch stufenlose Mechaniken verwendet werden können.
Zur Förderung aggressiver oder besonders empfindlicher Medien
können die Materialien von Kolben, Kolbengehäuse und Anschlüs
sen entsprechend ausgewählt werden. So besteht z. B. der Kolben
für spezielle Anforderungen wie hohe Temperaturen oder Flüssig
keiten wie Flußsäure aus Zirkonoxid und die Hülse aus Fluor
kunststoff, Saphir oder Keramik. Gase können z. B. mit einem
Kolben aus Edelstahl und einem Kolbengehäuse aus Graphit geför
dert werden. Insbesondere kann die gesamte Flüssigkeitsför
derung metallfrei sein, wozu der Pumpenraumboden mit einer
Kunststoff-Dichtscheibe belegt wird, auf welchem dann ein
entsprechender Einsatz ruht. Ebenso sind die Schraubanschlüsse
mit Kunststoffscheiben abdichtbar.
Die Anbringung eines Einsatzes im Kolbengehäuse erlaubt weiter
hin, dieses zu hinterspülen, um z. B. auskristallisierende Sub
stanzen abzufördern oder den Einsatz zu kühlen. Insbesondere
kann auf den Einsatz eine eigene Spülbuchse aufgesetzt werden,
die über eigene Anschlüsse mit einer Spülflüssigkeitsförderung
verbunden ist.
Als Feder für die Aufwärtsbewegung dient vorzugsweise eine
Spiraldruckfeder, die auf einer im Kolbengehäuse angebrachten
Zentrierbuchse ruht, den Kolben umgreift und sich gegen einen
mit dem Kolben verbundenen oder an diesen angeformten Flansch
abstützt. Ein höhenverstellbarer Flansch kann dazu dienen, die
Federspannung an die Betriebsbedingungen anzupassen.
In einfachen Ausführungsformen gleitet die stillstehende Feder
gegen den rotierenden Flansch. Für höhere Drehzahlen kann ein
Drehteller zwischengelegt werden.
Die Kolbenführung geschieht einmal durch das Kolbengehäuse
selbst, da dieses beliebig lang ausgelegt werden kann.
Vorteilhafterweise ist jedoch das obere Ende des Kolbens bzw.
die Kolbenstange oberhalb des Flansches in einer eigenen
Lagerung nahe dem Angriffspunkt des Exzenters geführt, um so
sicher ein unerwünschtes Kolbenkippen zu verhindern. Besonders
bevorzugt dient hierzu ein Linearkugellager. Der Exzenter kann
in einfacher Weise reibend auf dem Kolbengehäuse umlaufen. Die
Reibung kann jedoch vorteilhaft durch eine Zwischenrolle
gemindert werden, wobei letztere auf dem Kolben (der
Kolbenstange) gelagert ist und sich mit dem Exzenter abwälzt.
Eine einfache Möglichkeit für eine Hubverstellung wird letztlich
vorgeschlagen, die darin besteht, daß ein ellipsoides Rad
mittig und achsverschieblich auf einem an der Antriebswelle
befindlichen Gleitstein gelagert ist und gegen einen verstell
baren Anschlag anlegbar ist, der die Aufwärtsbewegung des Kol
bens auf das gewünschte Maß begrenzt.
Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfindung
näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Pumpe im Schnitt.
Fig. 2, 3 und 4 erläutern die Arbeitsweise.
Fig. 5 zeigt das Pumpengehäuse mit Hinterspülung.
Fig. 6, 7 zeigen eine Hubverstellung.
Fig. 1 zeigt einen Antriebsmotor 1 mit einer auf Kugellagern
29 gelagerten Antriebswelle 2. Letztere treibt ein erstes
Kegelrad 3 und dieses ein zweites, rechtwinklig zu dem ersten
stehendes zweites Kegelrad 4. Vom zweiten Kegelrad 4 wird eine
ebenfalls mit Kugellagern 29 versehene Zwischenwelle 6 ange
trieben, auf der ein Stirnzahnrad 5 angeordnet ist.
Senkrecht zur Antriebswelle 2 steht eine Kolbenstange 9, die
oben gegen einen auf der Antriebswelle 2 angeordneten Exzenter
15, ggf. über ein Zwischenrad (nicht dargestellt) anliegt. Auf
der Kolbenstange 9 befindet sich ein mit dem Stirnzahnrad 5
kämmendes zweites Stirnzahnrad 7 und versetzt die Kolbenstange
9 in Drehung. Das Getriebe 3, 4, 5, 7 ist so ausgelegt, daß bei
einer Umdrehung der Antriebswelle die Kolbenstange eine voll
ständige Auf- und Abwärtsbewegung und eine Drehung um 360° aus
führt. Da sich die Kolbenstange um die Auslenkung des Exzenters
längs ihrer Achse bewegt, ist das erste Stirnzahnrad 5 entspre
chend breiter als das zweite Stirnzahnrad 7. Äquivalent kann
hierbei auch ein Zahnriementrieb eingesetzt werden. Oberhalb,
oder, wie dargestellt, unterhalb des zweiten Stirnzahnrades 7
ist die Kolbenstange 9 in einem Linearkugellager 8 auslenkungs
frei geführt. Die Kolbenstange reicht in ein zweiteiliges Kol
bengehäuse 10 und weist einen Flansch 14 auf, gegen den von
unten eine Spiralfeder 12 anliegt. Der Flansch 14 kann höhen
verstellbar sein.
Im Kolbengehäuse befindet sich weiterhin eine Zentrierbuchse
16, auf der die Feder 12 aufliegt. Zwischen Flansch 14 und
Feder 12 kann ein reibungsvermindernder Drehteller, im einfach
sten Falle eine Lochscheibe aus z. B. Polytetrafluorethylen
gelegt sein. Die Feder 12 bewirkt die Aufwärtsbewegung der Kol
benstange 9.
Alternativ kann an den Exzenter ein Schubkurbelantrieb mit
Kulissenführung angeschlossen sein, dessen Schubstange mit der
Kolbenstange 9 drehbar, z. B. mit Hilfe einer Kugelbüchse ver
bunden ist. Im unteren Teil des Kolbengehäuses 10 läuft gegen
dessen Wandung und über die Dichtung 13 gegen die Zentrier
buchse 16 abgedichtet der Kolben 11 mit der unteren Ausnehmung
30. Seitlich und gegenüberliegend angeordnet befinden sich die
Anschlüsse für Zulauf 26 und Ablauf 27, sowie unterhalb dieser
eine Platte 20.
In den Fig. 2, 3, 4 sind die Bewegungsabläufe der Pumpe
fortgesetzt dargestellt. In Fig. 2 ist der Zulauf 26 zur
Ausnehmung 30 offen, der Ablauf 27 hingegen gesperrt. Der
Kolben 11 wird unter Drehung bis zum oberen Nullpunkt gehoben,
wobei kurz vor dessen Erreichen Zu- und Ablauf durch die Wan
dung des Kolbens gesperrt werden. In Fig. 3 hat sich der Kol
ben 11 nach unten bewegt und dabei dessen Auslauf 27 freige
geben, wobei dieser bis unmittelbar vor Erreichen des unteren
Nullpunktes Flüssigkeit verdrängt um dann den Auslauf 27 zu
sperren und den Zulauf 26 wieder freizugeben für den nächsten
Kolbenhub.
Weiterhin sind die unterschiedlichen Stellungen des Exzenters
15 auf der Welle 2 und ebenso die unterschiedlichen Stellungen
des zweiten Stirnzahnrades 7 gegenüber dem ersten Stirnzahnrad
5 angezeigt.
Fig. 5 zeigt eine Variante mit einem im Kolbengehäuse 10
untergebrachten Einsatz 17 aus für aggressive oder empfindliche
Medien geeignetem Material mit einem oberen Dichtring 13 sowie
die Bodenplatte 20 und die Anschlüsse 26, 27 abdeckenden Dicht
scheiben 18, 19, die ebenso zusätzlich Anschlußverschraubungen
31 zugeordnet sind. Letztere ragen in eine Spülbuchse 21 und
ermöglichen eine Spülung des Ringspaltes zwischen der Spül
buchse 21 und dem Kolben 11.
Fig. 6 und 7 zeigen eine Möglichkeit zur Hubverstellung des
Kolbens 11 (der Kolbenstange 9). Dabei ist auf einem mit der
Antriebswelle 2 verbundenen (exzentrischen) Gleitstein 28 ein
Ellipsoidkörper 22 gleitend gelagert, der sich gegen ein
verstellbares Stützrad 23 als Widerlager in der in Fig. 6
gezeigten Längslage (unterer Nullpunkt) abstützt. Über den im
Ellipsoidrad 22 befindlichen Schlitz 32 kann dieses mit Hilfe
eines Verstellmechanismus 24 in Achsrichtung des Kolbens 11
verschoben werden. Bei Drehung der Welle 2 um 90° liegt die
Kolbenstange 9 in der in Fig. 7 gezeigten Stellung, d. h. diese
befindet sich hier in der Stellung des oberen Nullpunktes.
Bezugszeichenliste
1 Antriebsmotor
2 Antriebswelle
3 Kegelrad
4 Kegelrad
5 Stirnzahnrad
6 Zwischenwelle
7 Stirnzahnrad
8 Linearkugellager
9 Kolbenstange
10 Kolbengehäuse
11 Kolben
12 Feder
13 Dichtring
14 Flansch
15 Exzenter
16 Zentrierbuchse
17 Einsatz
18, 19 Dichtscheiben
20 Bodenplatte
21 Spülbuchse
22 Ellipsoidrad
23 Stützrad
24 Stellschraube
25 Pumpraum
26 Zulauf
27 Ablauf
28 Gleitstein
29 Kugellager
30 Ausnehmung
31 Anschlußverschraubung
32 Schlitz
2 Antriebswelle
3 Kegelrad
4 Kegelrad
5 Stirnzahnrad
6 Zwischenwelle
7 Stirnzahnrad
8 Linearkugellager
9 Kolbenstange
10 Kolbengehäuse
11 Kolben
12 Feder
13 Dichtring
14 Flansch
15 Exzenter
16 Zentrierbuchse
17 Einsatz
18, 19 Dichtscheiben
20 Bodenplatte
21 Spülbuchse
22 Ellipsoidrad
23 Stützrad
24 Stellschraube
25 Pumpraum
26 Zulauf
27 Ablauf
28 Gleitstein
29 Kugellager
30 Ausnehmung
31 Anschlußverschraubung
32 Schlitz
Claims (12)
1. Vorrichtung mit einem in einem Kolbengehäuse angeordneten
Pumpraum mit kreisrundem Querschnitt in dem der Pumpenkol
ben rotiert und sich gleichzeitig auf- und abbewegt sowie
sowie einem Zu- und einem Ablauf und wobei der Kolben eine
bis zum Kolbenboden reichende Ausnehmung aufweist gekenn
zeichnet durch die folgenden Merkmale
- a) der Kolben (11) ist oberhalb des Pumpenraumes (25) mit einer Führung (8) versehen;
- b) oberhalb der Führung (8) liegt ein rotierbarer Exzenter (15) gegen den Kolben (11) an;
- c) am Kolben ist eine Rückstellfeder (12) angeordnet,oder der Exzenter (15) ist über eine Kulissenführung nach Art eines Schubkurbeltriebes mit dem Kolben verbunden, wobei dieser an der Schubkurbel drehbar befestigt ist;
- d) über ein Getriebe (3, 4, 5, 7) sind der Exzenter (15) und der Kolben (11) von einer gemeinsamen Antriebswelle (2) antreibbar, wobei Koben (11) und Exzenter (15) mit gleicher Umdrehungszahl rotieren.
2. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeich
net, daß mit Antriebswelle (2) und Kolben (11) ein Motor
verbunden ist, Antriebswelle (2) und Kolben (11) senkrecht
zueinander stehen und das Getriebe (2, 4) ein
Kegelradgetriebe ist, wobei das zweite Kegelrad auf einer
Zwischenwelle (6) angeordnet ist, auf welcher ein Stirnrad
(5) befestigt ist, das ein auf dem Kolben (11) bzw. auf
eine mit diesem verbundenen Kolbenstange (9) befestigtes
zweites Stirnzahnrad (7) treibt, wobei die Stirnzahnräder
(4, 7) gegeneinander verschieblich sind, oder wobei das
zweite Stirnzahnrad (7) ortsfest ist und auf dem Kolben
(11) bzw. der Kolbenstange (9) gleitet.
3. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekenn
zeichnet, daß der Exzenter (15) zur Veränderung des Hubes
des Kolbens (11) verstellbar ist.
4. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-3, da
durch gekennzeichnet, daß im Kolbengehäuse (10) ein Einsatz
(17) angeordnet ist, in dem der Kolben (11) läuft.
5. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-4 dadurch
gekennzeichnet, daß der Pumpraumboden 20 mit einer Dicht
scheibe (18) belegt ist.
6. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-5 dadurch
gekennzeichnet, daß Zu- und Ablauf Schraubanschlüsse (26,
27) aufweisen, die mit Dichtscheiben (18, 19) gegen das
Kolbengehäuse (10) oder den Einsatz (17) anliegen.
7. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 4-6 dadurch
gekennzeichnet, daß der Kolben (11) im Einsatz (17) ober
halb des Pumpraumes (25) hinterspült ist.
8. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 7 dadurch gekennzei
chnet, daß oberhalb des Einsatzes (17) eine Spülbuchse
angeordnet ist.
9. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-8 dadurch
gekennzeichnet, daß im Kolbengehäuse (10) eine Zentrier
buchse (16) angeordnet ist, gegen die die Feder (12)
anliegt.
10. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-9 dadurch
gekennzeichnet, daß der Kolben (11) bzw. die Kolbenstange
(9) oberhalb des Kolbengehäuses (10) in einem Linearkugel
lager (8) geführt ist.
11. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-10
dadurch gekennzeichnet, daß auf dem oberen Ende des Kolbens
(11) bzw. der Kolbenstange (9) eine Zwischenrolle angeord
net ist.
12. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1-11
dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (22) unrund ist
und über einen Gleitstein (28) beweglich mit der
Antriebswelle (2) verbunden ist, und daß diesem ein
verstellbarer Anschlag (23, 24, 25) zugeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924228498 DE4228498C2 (de) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | Ventillose, oszillierende Rotationskolbenpumpe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924228498 DE4228498C2 (de) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | Ventillose, oszillierende Rotationskolbenpumpe |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4228498A1 true DE4228498A1 (de) | 1994-03-03 |
DE4228498C2 DE4228498C2 (de) | 1994-09-01 |
Family
ID=6466556
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924228498 Expired - Fee Related DE4228498C2 (de) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | Ventillose, oszillierende Rotationskolbenpumpe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4228498C2 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1992
- 1992-09-01 DE DE19924228498 patent/DE4228498C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4228498C2 (de) | 1994-09-01 |
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