DE9000662U1

DE9000662U1 - Rotationskolbenpumpe

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Publication number: DE9000662U1
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Priority date: 1990-01-22
Filing date: 1990-01-22
Publication date: 1990-03-29
Anticipated expiration: 2000-01-23

Description

Gottfried Ludwigs
5202 Hennef

Rotationskolbenpumpe

Bi?; Erfi?:'ung betrifft eine Rotationskolbenpumpe mit einem zylindrischen Gehäuse m: an der zylindrischen Wandung <?^irii>.nder gegenüberliegenden Saug .od Druckspitzen und einem in dem Gehäuse -ehbar gelagerten Rotor n?it zur W-,.;dung bzw. zu den Stutzen offenen Kanunern, deren Volumen se Rotr^drehung auf den Wegen vom Saugstutzen zum Druckstutzen abnehmen und vom Druckstutzen zum Saugstutzen wieder zunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verschleißarme Kolbenpumpe zu schaffen, die mit hoher Hubfrequenz betrieben werden kann. Insbesondere soll eine Rotationskolbenkuwpai geschaffen werden, die in ihrer Drehzahl nicht durch empfindliche mechanische Bauteile, wie z.B. Ventile begrenzt ist. Die Pumpe soll darüber hinaus zur Förderung gasförmiger und flüssiger Medien geeignet sein. Schließlich soll die Pumpe verhältnismäßig einfach konstruiert sein, so daß Wartung und Auswechselung einzelner Bauteile leicht möglich sind.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Rotationskolbenpumpe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kammern in dem ringförmigen Rotor durch radiale Bohrungen und die äußeren Stirnflächen von in den Bohrungen verschieblich geführten Kolben gebildet sind, innerhalb des Rotors exzentrisch zu diesem ein zylindrischer SteuernriRSkörper angebracht ist und ti Le radialen Positionen der Kolben in ihren Bohrungen bei der Rotordrohung durch die Breite cles Spalts zwischen dem Rotor und dem Struernngskörper bestimmt sind. Durch die exzentrische Anordnung des Stouerungskörpers in dem Ko-

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torring ist die Breite des Spaltes zwischen beiden längs des Umfangs veränderlich. Der Spalt ist am breitesten an der Umfangsstelle, wo sich der Saugstutzen befindet. Die Breite des Spaltes Ist am geringsten dort, wc ;■ .&eeacgr; der Druckstutzen am zylindrischen Gehäuse befindet. Durch mechanische oder elastische Verbindung der KoI* &eegr; mit dem Steuerungskörper werden während der Drehung des Rotors Verschiebungen der Kolben in ihren Bohrungen bewirkt, wodurch 3ich die Volumina der von den Kolben abgeschlossenen Zylinder bzw. Kammern ändern. Diese Zylinder sind am größten im Bereich des Saugstutzens (an der Stelle der größten Spaltbreite zwischen Rotor und Steuerungskörper), und sie werden von

f dort bei der Rotordrehung kleiner und erreichen ihre geringste

Größe im Bereich des Druckstutzens (an der Stelle der gering-

■.. sten Spaltbreite zwischen Rotor und Steuerungskörper). Von

|- dieser Stelle ab werden die durch die Kolben abgesperrten Zylinder

bei der Rotordrehung wieder größer, wobei im Bereich des Saugstutzens wieder das Maximalvolumen erreicht wird. Die Zylinder

J-. nehmen das zu fördernde Medium im Bereich des Saugstutzens auf.

Bei der Rotordrehung wird das Medium im Zylinder durch zuriehmeri-

; des Eintauchen des Kolbens i.n die Bohrung komprimiert. In der

Nähe des Punktes höchster Kompression (geringste Spaltbreite zwischen Rotor und Steuerungskörper) öffnet sich der Zylinder

i| zum Druckstutzen hin, so daß das Medium zur Druckseite abströmen

kann. Bei der weiteren Rotation wird der Kolben wieder nach innen geführt, so daß bei Erreichen des Saugstutzens der Zylinder wieder das Maximalvolumen hat und erneut Medium aufnehmen kann. Gasförmige Medien werden hierbei zwischen Saugstutzen und Druckstutzen komprimiert, und das Restvolumen wird zwischen dem Druckstutzen und dem Saugstutzen expandiert, so daß am Saugstutzen erneut gasförmiges Medium in den Zylinder einströmen kann. Bei den erfindungsgemäßen Pumpen zur Förderung von flüssigen Medien sind zweckmaßigerwiese in der zylindrischen Gehäusewandur.?, im Bereich der Kammern zwei in Umfangsrjchtung vorlaufende Kanäle ausgebildet, von denen der eine in Rot irdr^hrichtunp, hinter dem Sfinjistutzen beginnt und in den Druckstutzen mündet: und tier nnde-

r r> in Kotordr ohrichtiing Ii inter dem Druckstutzen beginnt und in den Saugstutzen mündet. Diese Entlastungskanäle ermöglichen es, daß die zu fördernde inkompressible Flüssigkeit bald nach Absperrung von der Smigseite im Zuge des Eintauchens der Kolben in die Zylinder zur Druckseite abfließen kann, während bei der Zurückziehung der Kolben aus den Zylindern auf dem Wege von der Druckseite zur Saugseite bereits die zu fördernde Flüssigkeit in die Zylinder einströmen kann.

Nach der bevorzugten AusfUhrungsform der erfindungsgemäßen Pumpe sind die Kolben durch Schraubendruckfedern mit ihren inneren Stirnflächen in Anlage an det' Zylinderfläche des Steuerungskörpers gehalten. Die Verschiebung der Kolben in ihren Zvlinderbohrungen während der Rotordrehung erfolgt somit durch direkten Kontakt der inneren Kolbenstirnflächen an der Oberfläche des Steuerungskörpers, wobei diese Berührung durch die auf die Kolben einwirkenden Schraubendruckfedern in jeder Drehlage gewährleistet wird. Bei einer Ausführungsform sind die Schraubendruckfedern in den Kammern angeordnet. In diesem Falle sind die Kolben von besonders einfacher Form, nämlich im wesentlichen z/lindrisch. Bei einer anderen Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Pumpe sind an den inneren Enden der Kolben Flansche ausgebildet und die Schraubendruckfedern zwischen den Flanschen der Kolben und der Innenseite des Rotors angeordnet. In diesem Falle tragen die Kolben zwar innenseitig einen Flansch. Der Vorteil gegenüber der zuerst genannten Ausführungsform liegt darin, daß die Feder nicht mehr an der stationären Gehäusewandung schleift und innerhalb des zur Förderung des Mediums dienenden Zylinders liegt.

Zweckmäßigerweise sind die inneren Stirnflächen und ggfs. die Flansche der Kolben konvex gewölbt. Auf diese Waise wird erreicht, daß zwischen den Kolben und der Oberfläche des Steuerungskörpers nur Punktberührung besteht und die Reibung gering ist.

Nach der bevorzugten Ausf iihi ungsf orm der Erfindung ist auf dem Steuei'ungs'xürpei ein zylindrischer Ring drehlnn gelagert. Dieser auf Kugeln oder Rollen drehbar gelagerte Ring wird bei der Drehung des Rotors durch den Andruck der Kolben wenigstens teilweise mitgenommen, so daß auch aus diesem Grunde Reibung und Verschleiß minimiert werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rotationskolbenpumpe ist jeder Kolben über eine Kolbenstange mit dem Steuerungskörper gelenkig verbunden. Dabei kann diese gelenkige Verbindung unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Kolbenstange an der inneren Stirnfläche des Kolbens fest und an dem genannten drehbar gelagerten Ring des Steuerungskörpers gelenkig angebracht sein. In diesem Falle hat der auf den Steuerungskörper aufgezogene äußere drehbare Ring eine ausreichende Dicke, so daß Nuten eingefräst werden können, in die ein am Ende der Kolbenstange angeformter Kugelkörper eingreift. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Kolbenstange am inneren Ende des Kolbens gelenkig und an dem drehbar gelagerten Ring des Steuerungskörpers fest angebracht sein. Diese Verbindung zwischen Kolben und Steuerungskörper hat somit nach Art einer Pleuelstange zwei Gelenkpunkte.

Im allgemeinen ist der zylindrische Steuerungskörper an der einen Gehäusestirnwand fest angebracht und der Rotor an der anderen Gehäusestirnwand drehbar gelagert.

Bei der einfachsten Ausführungsform liegen die Kammern mit ihren Kolben alle in der gleichen Ebene des Rotors. Bei Pumpen mit höheren Leistungen können die Bohrungen mit den Kolben in dem Rotor auf zwei oder mehr axial versetzte Arbeitsebenen verteilt angeordnet sein.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

F¹'¹'RU r 1 einen Querschnitt einer ersten Ausführung«!orm der orfindungsgemüßen Rotationskolbenpumpe;

Figur 2 einen Schnitt nach der Linie II—II der Figur 1, wobei die Bauteile der Pumpe zur besseren Übersichtlichkeit aun ■ einandergezogen dargestellt sind;

Figur 3A einen Sektor der Schnittdarstellung nach Figur 1;

Figur 3B einen Sektor des Querschnitts einer zweiten Ausfiihrungsform der erfindungsgemäßen Pumpe entsprechend Figur 3A;

Figur 3C einen Sektor des Querschnitts einer dritten Ausführungsform der erfindungsgnmäßen Pumpe entsprechend Figur 3A; und

Figur 3D einen Sektor des Querschnitts einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe entsprechend Figur 3A.

Nach Figur 1 umfaßt die erfindungSRemäße Rotationskolbenpumpe ein Gehäuse 1 mit im Querschnitt etwa zylindrischer Wandung. In dem Gehäuse 1 ist ein ringförmiger Rotor 2 mit ebenfalls zylindrischer Außenfläche 2 drehbar gelagert. Der Spalt zwischen der Außenfläche 2 des Rotors und der Innenfläche des

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Gehäuses 1 hat eine Breite von maximal 10 mm. In dem Rotorring 2 sind gegenseitig um 90° versetzte zylindrische Bohrungen 3 ausgebildet. In den Bohrungen 3 sind zylindrische Kolben h verschiebbar geführt. Das Gehäuse 1 hat einen Saugstutzen 5 und einen diagonal gegenüberliegenden Druckstutzen 6.

Im Innenraum des Rotors 2 ist zum Druckstutzen 6 hin exzentrisch versetzt ein Steuerkörper 7 mit zylindrischer Außenfläche 8 fest angebracht. In den Bohrungen 3 sind Kammern 9 gebildet, die nach innen von den äußeren Stirnflächen der Kolben 4 und nach außen von der Innenfläche des Gehäuses 1 begrenzt sind. In

den Kammern 9 sind zwischen den äußeren Stirnflächen der Kolben & und der Wandung 1 des Gehäuses Schraubendruckfedern 10 rmgeor<' net, die die Kolben 4 in den Bohrungen 3 nach innen auf die Außenfläche 8 des Steuerungskörpers 7 drücken. Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß auf Grund der Exzentrizität des Stouerungskotpers 7 in Bezug auf die Rotorachse 18 bei der Rotordrehung periodische Verschiebungen d**r Kolben 4 in ihren Bohrungen \ stattfinden. In Figur I ist der in der unteren vertikalen Bohrung 3 befindliche Kolben 4 am weitesten aus der Bohrung 3 ausgefahren, so daß die Kammer 9 dort ein maximales Volumen hat und sich aus dem Saugstut -en 5 mit dem zu pumpenden Medium füllen kann. Bei der Drehung des Rotors 2 im Uhrzeigersinn (Pfeilrichtung) wird der Kolben 4 wegen des enger werdenden Spalts zwischen der Außenfläche 8 und der Rotorinnenfläche 11 gegen die Kraft der Feder 10 in die Bohrung 3 gedruckt und dabei das in der Kammer 9 befindliche Medium komprimiert. Wenn bei weiterer Drehung des Rotors 2 diese Kammer 9 in Verbindung mir dem Druckstutzen 6 kommt, was etwa bei Erreichen der Position 12 der Fall ist, wird das komprimierte Medi 'im aus der Kammer 9 in den Druckstutzen 6 abgegeben. Bei der weiteren Drehung des Rotors 2 wird infolge des breiter werdenden Spaltes zwischen den Zylinderflächen 8 und 11 der Kolben 4 durch die Druckfeder 10 wieder aus der Bohrung 3 ausgefahren, wobei sich das Volumen der Kammer wiederum vergrößert. Ab der Position 12 besteht Verbindung zwischen der Kammer 9 und dem Saugstutzen 5, so daß sich die Kammer 9 wieder ipi«-. ^Aem zu pumpenden Medium füllen kann und der periodische Vorgang von neuem beginnt. Diese Funktionsweise gilt in erster Linie für gasförmige Medien. Sind Flüssigkeiten zu pumpen, muß die Verbindung zwischen den Kammern 9 und dem Druckstutzen 6 einerseits und dem Saugstutzen 5 andererseits wegen der Inkompressibilität schon früher hergestellt werden. Hierzu dienen Entlastungskanäle 0-icht dargestellt) in der Gehäusewandung 1 , die ein Abströmen des flüssigen Mediums aus den Kammern 9 zum Druckstutzen &oacgr; hin schon bald nach der Absperrung der Kammern ermöglichen. Andererseits ist auch ein Kanal (nicht dargestellt) vorgesehen, der nach Absperrung der Kam-

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mem 9 hinter dem Druckstutzen 6 mit dem Expandieren des Kamroervolumer.s bereits das Einströmen der zu pumpenden Flüssigkeit erlaubt.

Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß das Gehäuse 1 das Gehäuseteil 1 ,1 mit den Stutzen 5 und 6 sowie den Gehäusedeckel 14 umfaßt. In der Stirnwand 1 des Gehäuses ist eine axiale Bohrung 17 mit einem Kugellager 16 ausgebildet. An dem Rotor 2 ist eine axiale Welle 15 angeformt, die aus dem Gehäuse 1 durch die Bohrung 17 nach außen ragt und in denn Lager 16 drehbar gelagert ist. Die aus dem Gehäuse 1 nach außen ragende Welle 15 kann an einen Drehantrieb angeschlossen sein. An dem Gehäusedeckel 14 ist innenseitig exzentrisch zur Gehäuseachse 18 der Steuerungskörper 7 angebracht, über dessen zylindrische Außenfläche 8 die Kolben 4 ablaufen, wenn sich der Rotor 2 dreht. Zur Verringerung des Verschleißes der Kolben 4 und des Steuerungskörpers 7 ist ein Kugellager 13 vorgesehen, dessen Außenring die mit den Kolben 4 in Eingriff kommende Fläche 8 trägt.

Die Darstellung nach Figur 3A entspricht vollständig der Ausführungsform nach Figur 1 und bedarf keiner weiteren Erläuterung. Die Ausführungsform nach Figur 3B unterscheidet sich von der nach Figur 1 nur dadurch, daß an der inneren Stirnfläche der Kolben 4 Flansche 4 ausgebildet sind und die Schraubendruckfedern 10 zwischen den Flanschen U und der Innenfläche 11 des Rotors 2 angeordnet sind. Diese Ausführungsform bietet gegenüber der nach Figur 1 den Vorteil, daß die Feder 10 einem geringeren Verschleiß unterliegt, andererseits aber bei gleichem Gehäusedurchmesser durch die außenliegende Feder und den Fln'tsch der verfügbare Kolbenhub verkürzt wird.

F5e &iacgr; der Ausf iihrungsform &pgr;,&tgr;&Iacgr;&igr; Fi>>nr )C ist d'M" Kolben 4 ül;"t eino Sl nnjjp 10 mit dorn rxzont r i sr.hcn St rui''nmp,r;körprT / vi>rbimd''n Dip St'.fiMfjp. I'' ist nnc.h Art c i net &Igr;&Iacgr; &ggr;&mgr;&igr;&rgr;&Igr; nt.nngo mit f|r>m inneren I'IikIp (Iff; Kf)U)'¹!'"; 4 &kgr;^&rgr;1 ^p"k i H &ngr;&tgr; &Iacgr;&eegr;&igr;&igr;&eegr;&Igr;&rgr;&igr;&igr; . l);is &pgr;&pgr;&ggr;&Igr;&rgr;&ggr;&rgr;. &Kgr;&igr;&kgr;&Igr;&rgr; dor .&Igr;,&pgr;&psgr;/' &Igr;'&igr;

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ist an einen Ring 20 angeformt, der auf dem exzentrischen Körper 7 mittels Kugellager 13 drehbar gelagert ist. Durch diese mechanische Kopplung ergibt sich eine ZwangsführMikg dar &kgr;&ogr;-uen 4 in den Bohrungen 3 d.°s Rotors, wobei der Bewegungsablauf der Kolben i:i den Bohrungen der gleiche ist wie bei den Ausführungcformen nach den Figuren 3A und 3B unter Benutzung der Federn 10.

Bei der Ausführungsform nach Figur 3D ist abweichend von der Ausführungsforns nach F'^ur 3C die Stange 19 an der inneren Stirnwand •■'es Kolbens 4 fest angebracht. Das zur Rotorachse hinweisende Ende der Stange 19 trägt eine Kugel 21, die in eine in dem Ring 20 ausgebildete Nut gelenkig eingreift. Der Ring 20 ist ebenso wi^e bei der Ausführungsform nach Figur 3C als Kugelgelenk drehbar auf dem exzentrischen Körper 7 gelagert.

Claims

Schutzansprüche

1. Rotationskolbenpumpe mit einem zylindrischen Gehäuse mit an der zylindrischen Wandung (1 ) einander gegenüberliegend~m und Druckstats &igr; (5 bzw. 5) und einem in dem Gehäuse drehbar gelagerten Rotor (2> mit 2 Wandung (1 ) bzw. zu den Stuti^r. (5,6) offenen Kammern (9), der. , Volume« Y ·\ der Rotordrehung auf der • gen vom saugstutzen (5) zum DruCbtutzen (6) abnehmen und vom Druckstutzen (6) zum Saugstuti. - .3) zu shmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (9) in dem ringförmigen Rotor (2) durch radiale Bohrungen ^f3). die äußeren Stirnflächen von in den Bohrungen (3) verschiebbar geführten Kolben (4) und die Gehäusewandung (1 ) gebildet sind, innerhalb des Rotors (2) exzentrisch zu diesem ein zylindrischer Steuerungskörper (7) angebracht ist und die radialen Positionen der Kolben (4) in ihren Bohrungen (3) bei der kotordrehung durch die Breite des Spalts zwischen dem Rotor (2) und dem Steuerungskörper (7) bestimmt sind.

2. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4) durch Schraubendruckfedern (10) mit ihren inneren Stirnflächen in Anlage an der Zylinderfläche (8) des Steuerungskörpers (7) gehalten sind.

3. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubendruckfedern (10) in den Kammern (9) angeordnet sind.

4. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den inneren linden der Kolben (4) Flansche (4^C ) ausgebildet: sind und die Hrhraubendruckf f'dorn (10) zwischen den Flanschen (A ) der Kolben (4) und der Innenseite (11) des Rotors (2) angeordnet s i nd .

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&idigr; -10-

5. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Stirnflächen und ggfs. die Flansche (4^) der Kolben (4) irr-r^i , gewölbt sind.

6. Rotationskolbenpumpe nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Steuerungskörper (7) ein zylindrischer Ring (20) drehbar gelagert ist.

7. RotationsKolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (4) über eine Kolbenstange (19) mit dem Steuerungskörper (7) gelenkig verbunden ist.

8. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich-

net, daß die Kolbenstange (19) an der inneren Stirnfläche des KoI-

fl bens (4) fest und an dem Ring (20) des Steuerungskörpers (7) gelen-

■^r kig angebracht ist.

9. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (19) am inneren Ende des Kolbens (4) gelenkig und an dtfm Ring (20) des Steuerungskörpers (7) fest angebracht sind.

10. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Steuerungskörper (7) an der einen Gehäusestirnwand (14) fest angebracht ist und der

JJ; Rotor (2) an der anderen Gehäusestirnwand (I³) drehbar gelagert ist.

f. .

11. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß in der zylindrischen Gehäusewandung (1 ) im Bereich der Kammern (9) in Umfangsrichtung verlaufende Kanäle ausgebildet sind, von denen der eine in Rotordrehrichtung hinter dem Saugstutzen (5) beginnt: und in den Druckstutzen (6) mündet und

j der ;iMflere in Rotordrehrechtung hinter dem Druckstutzen (f>) beginnt

j und in den Saugstutzen (^r) mündet.

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1 &lgr; . Rot ;it i onsko 1 benpumpo iinrh c i nein der Ans|>nichp I b i s 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (3) mit den &Kgr;&eegr;&Pgr;&igr;&ogr;&eegr; (A) in dem Rotor (2) auf zwei oder mehr axial versetzte Arbeitsebenen verteilt sind.