DE9209641U1

DE9209641U1 - Wälzkolbenpumpe

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Publication number: DE9209641U1
Application number: DE9209641U
Authority: DE
Original assignee: Werner Rietschle Maschinen und Apparatebau GmbH
Current assignee: Werner Rietschle Maschinen und Apparatebau GmbH
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1992-07-17
Publication date: 1992-11-19
Anticipated expiration: 2002-07-18

Description

PRINZ, LEISER, BUNKE & PARTNER

Patentanwälte ■ European Patent Attornoys Manzingerweg 7 · 8000 München 60

17. Juli 1992

Werner Rietschle Maschinen- und
Apparatebau GmbH
Roggenbachstraße 58

7860 Schopfheim

Unser Zeichen: R 1320 DE
JW/Ma

Wälzkolbenpumpe

Die Erfindung betrifft eine Wälzkolbenpumpe mit zwei Wälzkolben, die in einer sich aus zwei einander schneidenden, kreiszylinderförmigen Gehäusebohrungen zusammensetzenden Pumpenkammer mit gleicher Winkelgeschwindigkeit um ihre, mit jeweils einer der Mittelachsen der Gehäusebohrungen zusammenfallenden Schwerpunktsachsen drehbar und ohne Berührung miteinander und mit der Gehäuseinnenwandung aufeinander abwälzbar sind.

Derartige Wälzkolbenpumpen können sowohl als Verdichter wie auch als Vakuumpumpe eingesetzt werden und weisen im allgemeinen zwei synchron angetriebene Wellen auf, die symmetrisch gestaltete Wälzkolben in ein- oder mehrflügliger Ausführung tragen. Die wesentliche Schwierigkeit beim Bau be-

triebsfähiger und wirtschaftlicher Wälzkolbenpumpen ist die Abdichtung der Arbeitszellen in der Pumpenkammer. Die Abdichtung der Arbeitszellen, die bei der Rotation der Wälzkolben periodisch ihr Volumen ändern, erfolgt durch dae Abwälzen der Wälzkolben aufeinander und auf der Gehäuseinnenwandung, wobei die Wälzkolben sich jedoch weder gegenseitig, noch die Gehäuseinnenwandung berühren dürfen. Die Abmessungen der sich zwischen den Wälzkolben bzw. den Wälzkolben und der Gehäuseinnenwandung ergebenden Dichtspalte beeinflussen also entscheidend die Abdichtung der Arbeitszelle und damit das mit der Wälzkolbenpumpe erreichbare Verdichtungsverhältnis und den erzielbaren Wirkungsgrad. Um kleine Dichtspaltabmessungen und so eine gute Abdichtung der Arbeitszellen zu erreichen, werden in der Praxis Wälzkolbenpumpen mit komplexen Wälzkolbenprofilen eingesetzt, wie z.B. Rootspumpen mit lemniskatenförmigen Läuferprofilen. Komplexe Wälzkolbenprofile stellen jedoch hohe Anforderungen an die Fertigung sowohl im Hinblick auf die Formgebung als auch auf die Konturengenauigkeit, um zuverlässig kleine Dichtspalte zwischen den Arbeitszellen zu erreichen und so Rückströmverluste und damit einen schlechten Wirkungsgrad und hohe Betriebstemperaturen zu verhindern.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Wälzkolbenpumpe der oben genannten Art mit einer guten Abdichtung der Arbeitszellen und geringen Rückströmverlusten zur Verfügung zu stellen, die sich einfach und damit kostengünstig herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Wälzkolbenpumpe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß: die beiden Wälzkolben einen kreiszylinderförmigen Grundkörper von gleichem Durchmesser aufweisen; die beiden Grundkörper längs ihrer Mantelfläche im gleichen Teilungsabstand in bezug auf ihren Umfang jeweils wenigstens zwei Ausnehmungen aufweisen; der erste der beiden Wälzkolben als Steuerkolben wirkt, und in der an den Durchmesser des Grundkörpers angepaßten, zugehörigen Gehäusebohrung nahezu spielfrei aufgenommen ist; der zweite der bei-

den Wälzkolben als Förderkolben wirkt, in den Ausnehmungen jeweils einen Einsatz aufweist, der radial über den Umfang des Körpers hinaussteht, und in der an den Durchmesser, bis zu dem sich die Einsätze erstrecken, angepaßten, zugehörigen Gehäusebohrung mit einem Zwischenraum zwischen der Gehäuseinnenwandung und der Außenoberfläche des Grundkörpers aufgenommen ist; und die Einsätze des Förderkolbens beim Abwälzen der Wälzkolben aufeinander in die Ausnehmungen des Steuerkolbens eindringen.

Diese Ausformung der Wälzkolbenpumpe, insbesondere der Wälzkolbenprofile, ermöglicht eine sehr einfache und konturengenaue Herstellung der einzelnen Bauteile und verringert damit die Fertigungskosten. So basieren die beiden Wälzkolben auf demselben kreiszylinderförmigen Grundkörper, der sich durch einfaches Drehen und Rundschleifen bzw. durch Fräsen mit einem Halbrund-Scheibenfräser konturengenau erzeugen läßt. Es sind also nur einfache Bearbeitungsmaschinen für die Wälzkolben notwendig, was eine exakte Fertigung der Wälzkolbenprofile und so eine genaue Kontrolle der Dichtspaltabmessungen in der Wälzkolbenpumpe ermöglicht. Die Vorteile des Wälzkolbenprofils sowohl in bezug auf die Fertigung als auch für einen guten Wirkungsgrad und ein hohes Verdichtungsverhältnis der Wälzkolbenpumpe werden noch dadurch gesteigert, daß neben der Grundform auch alle anderen Bauteile, aus denen die beiden Wälzkolben, d.h. der einteilige Steuerkolben und der zusammengesetzte Förderkolben, aufgebaut sind, Kreiszylinderform aufweisen.

Eine weitere Verbesserung der Abdichtung der Arbeitszellen in der Wälzkolbenpumpe läßt sich durch Gleitleisten erreichen, die sich jeweils in einer trapezförmigen, axialen Nut in den Förderkolbeneinsätzen auf deren der Gehäuseinnenwandung zugewandten Seite befinden. Diese Gleitleisten verlängern den Dichtspalt zwischen dem Förderkolben und der Gehäuseinnenwandung und verringern so die Leckströmung zwischen den Pumpenkammern. Dies ermöglicht wiederum geringere Betriebstemperaturen und ein verbessertes Verdichtungsverhältnis in der

Wälzkolbenpumpe. Beim Einsatz von Kohle/Graphit als Gleitleistenmaterial und Grauguß als Werkstoff für das Pumpenkammergehäuse ergibt sich darüber hinaus ein gutes Einlaufverhalten der Wälzkolbenpumpe, da sich Kohle/Graphit durch geringfügigen Abrieb sofort und einmalig anpaßt, falls sich Gleitleiste und Gehäuseinnenwandung berühren. Es stellt sich also automatisch für alle Betriebsbedingungen der Wälzkolbenpumpe, insbsondere für das Ausdehnungsverhalten von Kolben und Gehäuse bei der jeweiligen Betriebstemperatur, der gewünschte minimale Dichtungsspalt ein.

Um die Leckströmung zwischen den Pumpenkammern weiter zu verringern, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wälzkolbenpumpe zusätzliche Dichtplatten aus Kohle/Graphit-Material zwischen den seitlichen Gehäuseinnenwandungen und den Stirnflächen der Wälzkolben vor. Diese Dichtplatten liegen an der seitlichen Gehäuseinnenwandung an und bilden mit ihren planparallelen, den Wälzkolben zugewandten Oberflächen die axialen Dichtspalte. Die Verwendung von Kohle/ Graphit-Werkstoffen für die Dichtplatten ermöglicht wegen ihrer guten Abriebeigenschaften die Herstellung eines kleinsten axialen Dichtspalts für die jeweils anzutreffenden Pumpenbetriebsbedingungen. Wenn es in der Einlaufphase der Pumpe z.B. aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnung von Kolben und Gehäuse zu einer Berührung zwischen dem Wälzkolben und der Dichtplatte kommt, paßt sich die Dichtplatte durch geringfügigen Abrieb sofort an, bis der weitere Lauf berührungsfrei bei kleinstem Dichtspalt erfolgt. Die guten Abriebeigenschaften von Kohle/ Graphit verhindern ein Festfressen der Wälzkolbenpumpe bzw. ein Schmieren des Materials beim Einlauf der Pumpe. Eine besonders vorteilhafte Materialkombination mit Dichtplatten aus Kohle/Graphit stellen Wälzkolben aus Grauguß dar. Weiterhin ist eine einfache Montage der Dichtplatten möglich, wenn das Pumpenkammergehäuse aus einem Gehäusemantel und zwei Gehäusedeckeln besteht. Die Dichtplatten können dann zwischen den Gehäusemantel und den Gehäusedeckeln eingespannt werden, ohne daß ein weiterer zusätzlicher Montageschritt zur Anbringung der Dichtplatten auf der Gehäuseinnenwandung nötig wird.

Einen Schwachpunkt bei der radialen Abdichtung der Arbeitszellen stellen die Durchtritte der Wälzkolbenwellen durch die Pumpenkammern dar. Eine verbesserte Abdichtung dieser Wellendurchtritte bei einer Wälzkolbenpumpe mit seitlichen Dichtplatten in der Pumpenkammer kann durch Gleitringe, die die Wellen an den Durchtritten umgeben, erreicht werden. Diese Gleitringe sind in einem die Welle koaxial umgebenden Ringraum zwischen der Welle und den Umfangswänden axial verschiebbar um die Wellen angeordnet, wobei die Dicke der Gleitringe kleiner ist als die Dicke der Dichtplatten. Beim Betrieb der Wälzkolbenpumpe werden die drehfest mit dem Wälzkolben verbundenen Gleitringe von den Wälzkolben mitgenommen und durch Federdruck mit ihrer planparallel zur Gehäuseinnenwandung stehenden Gleitfläche axial an die Wandung angepreßt. Diese Anordnung der Gleitringe ist sehr platzsparend, da sie ohne zusätzlichen Stauraum im Gehäuse auskommt. Aufgrund seiner guten Gleiteigenschaften auf Grauguß eignet sich vor allem Kohle/Graphit als Gleitringmaterial, wodurch auf zusätzliche, an der Gehäuseinnenwandung angebrachte, feststehende Gegengleitflachen zu den Gleitringen verzichtet werden kann. Als vorteilhaft für eine platzsparende Unterbringung erweist es sich auch, die für den Anpreßdruck der Gleitringe sorgende Feder versenkt im Wälzkolben anzubringen.

Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades der Wälzkolbenpumpe, insbesondere der erzielbaren Druckdifferenz, läßt sich durch eine Ausführung der Wälzkolbenpumpe mit einem Einlaß und einem Auslaß symmetrisch zur Ebene durch die Mittelachse der beiden die Pumpenkammer bildenden Gehäusebohrungen erreichen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn der Auslaß von ungesteuerten Auslaßventilen betätigt wird. Die ungesteuerten Auslaßventile öffnen nämlich nur dann, wenn der Druck in der Druckzelle den auslaßseitig herrschenden Druck überschreitet, und verhindern so ein Rückströmen des Fördermittels.

Bei der Verwendung einer Wälzkolbenpumpe als Vakuumpumpe besteht allgemein die Gefahr einer Überhitzung, da bei niedri-

gen Ansaugdrücken wegen des fehlenden Stofftransports die bei der Verdichtung anfallende Kompressionswärme nicht mehr abtransportiert werden kann. Um diese überschüssige Wärme abzutransportieren, ist es deshalb vorteilhaft, Kühlmittel in die Pumpenkammer einzuleiten. Um dabei die Abdichtung der Arbeitszellen und damit das Verdichtungsverhältnis nicht zu verschlechtern, erfolgt die Einspeisung des Kühlmittels in die Ausnehmungen des Steuerkolbens, wobei die Öffnung des Kühlmittel-Zuführkanals im Pumpenkammergehäuse auf einer Ebene durch die Mittelachsen der beiden die Pumpenkammer bildenden Gehäusebohrungen, d.h. maximal entfernt von den Arbeitszellen, liegt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen radialen Schnitt durch eine Wälzkolbenpumpe gemäß der Erfindung;

Fig. la die gleiche Seitenansicht bei einer anderen Drehstellung der Wälzkolben;

Fig. 2 einen axialen Schnitt durch eine Wälzkolbenpumpe gemäß der Erfindung mit radialen Dichtplatten und Gleitringdichtungen an den Wellendurchtritten; und

Fig. 3 einen radialen Schnitt durch eine Wälzkolbenpumpe gemäß der Erfindung mit ungesteuerten Auslaßventilen und einer Spülkühlung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Wälzkolbenpumpe setzt sich ein Pumpenkammergehäuse 10 aus zwei einander schneidenden, kreiszylinderförmigen Gehäusebohrungen 12, 14 zusammen. In jeder der beiden Gehäusebohrungen 12 bzw. 14 ist ein Wälzkolben 16 bzw. 18 aufgenommen, dessen Schwerpunktachse mit der jeweils dazugehörigen Mittelachse der Gehäusebohrung zusammenfällt.

Beide Wälzkolben 16, 18 weisen einen kreiszylinderförmigen Grundkörper mit gleichem Durchmesser Dl auf. Die beiden Wälzkolbengrundkörper sind mit jeweils zwei einander diametral gegenüberliegenden Ausnehmungen 20 bzw. 22 versehen, die die Form von Kreiszylinderausschnitten haben. Während der Grundkörper des als Steuerkolben dienenden Wälzkolbens 18 nahezu spielfrei in seiner Gehäusebohrung 14 aufgenommen ist, ist der Durchmesser der den als Förderkolben dienenden Wälzkolben 16 aufnehmenden Gehäusebohrung 12 wesentlich größer als der Grundkörperdurchmesser Dl. Der Zwischenraum zwischen der Innenwandung der Gehäusebohrung 12 und der Außenoberfläche des Grundkörpers der Wälzkolben 16, 18 bildet jeweils die eigentliche Pumpenkammer. Die verschiedenen Arbeitszellen werden durch kreiszylinderförmige Einsätze 24 in den Ausnehmungen 20 des Förderkolbens 16 abgegrenzt. Die über den Umfang des Förderkolbengrundkörpers hinausstehenden Einsätze 24 reichen nahezu an die Innenwandung der zugehörigen Gehäusebohrung heran, so daß der Gesamtdurchmesser D2 des zusammengesetzten Förderkolbens 16 nur unwesentlich kleiner ist als der Durchmesser der dazugehörigen Gehäusebohrung 12. Der Aufbau der Wälzkolben 16 bzw. 18 aus Bauteilen mit ausschließlich kreiszylinderförmigen Grundkörpern ermöglicht deren relativ einfache Herstellung durch Drehen und Rundschleifen bzw. Fräsen mit einem Halbrund-Scheibenfräser. Diese fertigungstechnische Vereinfachung der Wälzkolbenpumpenherstellung wird noch dadurch gesteigert, daß die beiden Wälzkolben 16, 18 die gleiche Grundform aufweisen.

Die in Fig. 1 gezeigte Wälzkolbenpumpe arbeitet nach folgendem Prinzip: Die beiden Wälzkolben 16, 18 rotieren mit gleicher Winkelgeschwindigkeit um ihre Achse, wobei sie so aufeinander abrollen, daß sie weder in Berührung miteinander noch mit der Gehäuseinnenwandung kommen. Die Drehbewegung der beiden Wälzkolben 16, 18 ist dabei so synchronisiert, daß die Einsätze 24 des Förderkolbens 16 beim Abwälzen der Wälzkolben aufeinander in die Ausnehmungen 22 des Steuerkolbens 18 eindringen. Fig. la gibt diese Stellung von Förderkolben 16 und Steuerkolben 18 wieder. Die durch die Einsätze 24 des Förder-

kolbens 16 abgegrenzten Arbeitszellen ändern ihre Lage periodisch in der Pumpenkammer 10 und befördern so das Fördermedium vom Einlaß 26 zum Auslaß 28.

Bestimmend für den Wirkungsgrad der Wälzkolbenpumpe und das erzielbare Verdichtungsverhältnis ist - wie eingangs erläutert - die Abdichtung der Arbeitszellen. Die Dichtkonstruktion der Wälzkolbenpumpe nach Fig. 1 wird bestimmt durch einen Dichtspalt a zwischen dem Förderkolben 16 und dem Steuerkolben 18, einen Dichtspalt b zwischen dem Steuerkolben und der dazugehörigen Gehäusebohrung 14, einen Dichtspalt c zwischen den Einsätzen 24 des Förderkolbens 16 und der dazugehörigen Gehäuseinnenwandung sowie einen in Fig. la gezeigten Dichtspalt d zwischen den Einsätzen 24 des Förderkolbens 16 und den Ausnehmungen 22 des Steuerkolbens 18. Die Verwendung ausschließlich kreiszylindrischer Bauteile für die beiden Wälzkolben 16, 18 ermöglicht die Ausbildung sehr kleiner Dichtspalte, da sich aufgrund der einfachen Fertigung mit universellen Dreh- oder Schleifmaschinen eine sehr hohe Konturengenauigkeit der Bauteile erreichen läßt. Insbesondere der Dichtspalt a zwischen den beiden Wälzkolbengrundkörpern und der Dichtspalt d zwischen dem Steuerkolben 18 und der Gehäuseinnenwandung 14 können aufgrund der Paßgenauigkeit extrem klein ausgelegt werden. Darüber hinaus erreicht die Wälzkolbenbauform mit einem einteiligen Steuerkolben 18 und einem zusammengesetzten Förderkolben 16 eine gute Abdichtung mit dem Dichtspalt d, da die große Spaltlänge wegen des erhöhten Strömungswiderstandes Verluste stark vermindert. Um den Dichtspalt c zwischen den Förderkolbeneinsätzen 24 und der Gehäuseinnenwandung besonders klein bemessen zu können, ist jeder Einsatz auf seiner der Gehäuseinnenwandung zugewandten Seite mit einer trapezförmigen, axialen Nut 30 versehen, in der jeweils eine Gleitleiste 32 eingesetzt ist. Der Krümmungsradius der der Gehäuseinnenwandung zugewandten Gleitleistenseite entspricht dem der Gehäusebohrung 12, wodurch sich ein verlängerter Dichtspalt c zwischen Gleitleiste 32 und Gehäuseinnenwandung ergibt, der die Rückströmverluste in der Wälzkolbenpumpe reduziert. Als Material für die Gleitleisten

32 eignet sich besonders Kohle/Graphit wegen seiner guten Abriebeigenschaften. Der Dichtspalt c zwischen den Förderkolbeneinsätzen 24 und der Gehäuseinnenwandung kann sich dann selbständig auf die geforderte Betriebstemperatur in der Wälzkolbenpumpe und damit auf die Wärmeausdehnung der Wälzkolben 16, 18 und des Pumpenkammergehäuses 10 einstellen, da sich die Gleitleiste 32 bei einer Berührung mit der Gehäuseinnenwandung so abnutzt, daß sich ein automatisch berührungsfreier Wälzkolbenlauf mit minimalem Dichtspalt c ergibt. Der Werkstoff Kohle/Graphit verhindert darüber hinaus ein Festfressen der Gleitleisten in der Einlaufphase. Dieses gute Einlaufverhalten der Wälzkolbenpumpe wird noch unterstützt, wenn das Pumpenkammergehäuse 10 aus Grauguß gefertigt ist.

Einen weiteren wichtigen Bereich der Dichtkonstruktion stellt die axiale Abdichtung der Wälzkolben 16 bzw. 18 gegen die seitliche Gehäuseinnenwandung dar. Um einen axialen Dichtspalt e zwischen den Wälzkolben 16 bzw. 18 und der Gehäuseinnenwandung sehr klein bemessen zu können, sind, wie Fig. 2 zeigt, besondere Maßnahmen vorgesehen. Jede seitliche Gehäuseinnenwandung ist mit einer Dichtplatte 34 aus Kohle/ Graphit versehen, deren den Wälzkolben zugewandte Oberfläche planparallel und berührungsfrei zu den Stirnflächen der Wälzkolben 16 bzw. 18 liegt. Der axiale Dichtspalt e wird also zwischen der Dichtplatte 34 und der benachbarten Stirnfläche des Wälzkolbens gebildet. Durch den Einsatz von Kohle/Graphit als Dichtplatten-Werkstoff erfolgt eine selbsttätige Anpassung der Dichtplatten 34 durch Abrieb bei einer Berührung mit den Wälzkolben 16 bzw. 18, d.h., der Dichtspalt e stellt sich automatisch bei der kritischen Betriebstemperatur und damit Wärmedehnung der Wälzkolben 16 bzw. 18 und des Pumpenkammergehäuses 10 auf den kleinstmöglichen Wert ein. Auch diese Einlaufphase der Dichtplatten 34 ist besonders effektiv, wenn die Wälzkolben 16 bzw. 18 aus Grauguß gefertigt sind. Die Dichtplatten 34 sind zwischen den Gehäusedeckeln 36 und einem Gehäusemantel 38 eingespannt, was eine einfache Montage ermöglicht.

Um zusätzlich mögliche Fördermittelverluste und damit eine Verringerung des mit der Wälzkolbenpumpe erreichbaren Verdichtungsverhältnisses zu verhindern, sind die außen gelagerten Wälzkolbenwellen 40 an ihren Durchtritten durch das Pumpenkammergehäuse 10 mit Gleitringen 42 abgedichtet. Die Gleitringe 42 sind im Ringraum, der von den Dichtplatten 34 um die Wälzkolbenwellen 40 freigelassen wird, untergebracht und drehfest mit den Wälzkolben 16 bzw. 18 verbunden. Dies erfolgt vorzugsweise mit stiftförmigen, in den Wälzkolben eingelassenen Mitnehmern 44. Die Gleitringe 42 sind schmäler als die Dichtplatten 34 ausgelegt und axial auf den Wälzkolbenwellen 38 verschiebbar. Die Abdichtung der Wellendurchtritte erfolgt durch Anpressen der planparallel stehenden Gleitringfläche an die Gehäuseinnenwandung mittels Federdruck. Dieser Federdruck wird auf einfache Weise durch im Wälzkolben versenkt angebrachte Federn 46 erzeugt. Besonders gute Gleiteigenschaften der Gleitringe 42 auf der Gehäuseinnenwandung aus Grauguß ergeben sich, wenn die Gleitringe 42 aus Kohle/ Graphit gefertigt sind. Es kann deswegen auch im Vergleich zu herkömmlichen Gleitringdichtungen auf an der Gehäuseinnenwandung zusätzlich angebrachte, feststehende Gegengleitflachen zu den Gleitringen verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil der oben beschriebenen Gleitringdichtung liegt in seiner sehr platzsparenden Unterbringung, da kein zusätzlicher axialer Bauraum im Gehäuse benötigt wird.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Wälzkolbenpumpe, mit der sich eine erhöhte Druckdifferenz zwischen dem Einlaß 26 und dem Auslaß 28 und damit auch ein verbesserter Wirkungsgrad der Wälzkolbenpumpe erreichen läßt. Der Einlaß 26 und der Auslaß 28 liegen symmetrisch zur Mittelachse der beiden Gehäusebohrungen in der Förderkolben-Gehäusebohrung 12 nahe dem Übergangsbereich zur Steuerkolben-Gehäusebohrung 14. Der Auslaß 28 besteht aus zwei oder mehr parallel auf einem Kreis angeordneten Auslaßkanälen 48, die an ihrem äußeren Ende mit einem ungesteuerten Auslaßventil 50 versehen sind. Das Auslaßventil 50 ist durch eine leichtgängig auf einem Schaft gelagerte, flexible Ventilklappe 54 gebildet, die mit

den Mündungsöffnungen der Auslaßkanäle 48 zusammenwirkt und durch einen Stützteller 31 am Ende des Schaftes abgestützt ist. Beim Betrieb der Wälzkolbenpumpe bleibt das Auslaßventil 50 geschlossen, solange der auslaßseitige Druck größer ist als der Druck in der den betreffenden Auslaßventilen gegenüberliegenden Arbeitszelle. Dies verhindert ein Rückströmen des Fördermittels in die Arbeitszelle und ermöglicht so eine erhöhte Druckdifferenz zwischen Einlaß 26 und Auslaß 28.

Bei sehr hohem Verdichtungsverhältnis besteht jedoch die Gefahr einer Überhitzung der Wälzkolbenpumpe, da aufgrund des geringen Massentransports die bei der Verdichtung anfallende Kompressionswärme nicht mehr über die geförderte Masse abtransportiert werden kann. Es ist daher eine Spülkühlung vorgesehen, bei der ein Kühlmittel in das Pumpenkammergehäuse 10 eingeleitet wird, um die überschüssige Wärme abzutransportieren und so für eine gegebene maximale Betriebstemperatur der Wälzkolbenpumpe eine Steigerung des Verdichtungsverhältnisses zu ermöglichen. Die Einspeisung des Kühlmittels erfolgt durch einen Zuführkanal 56, der in die den Steuerkolben 18 aufnehmende Gehäusebohrung 14 mündet. Die Mündungsöffnung 58 des Zuführkanals 56 liegt so, daß sie bei einer Rotation des Steuerkolbens 18 von dessen Ausnehmungen 22 überstrichen wird. Immer dann, wenn eine Ausnehmung 22 des Steuerkolbens 18 die Mündungsöffnung überstreicht, fließt Kühlmittel in die Pumpenkammer ein und wird durch die weitere Drehung des Steuerkolbens 18 zum Auslaß 28 befördert. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, daß die Kühlmittelzufuhr selbsttätig ohne eine zusätzliche Steuerung geregelt wird und damit sowohl die Fertigung des Kühlsystems vereinfacht als auch dessen Zuverlässigkeit im Betrieb erhöht wird. Die Mündungsöffnung 58 des Zuführkanals 56 befindet sich vorzugsweise auf einer Ebene durch die Mittelachsen der beiden die Pumpenkammer bildenden Gehäusebohrungen 12, 14 und so in maximaler Entfernung von den Arbeitszellen. Dies verhindert weitgehend schädliche Einwirkungen auf die Druckverhältnisse in den Arbeitszellen und auf das Fördervolumen.

Neben der beschriebenen Ausführungsform der Wälzkolbenpumpe mit einem zweiflügligen Förderkolben sind auch Ausführungen mit einem drei- oder mehrflügligen Förderkolben zweckmäßig, wobei der Steuerkolben eine entsprechende Anzahl von Ausnehmungen aufweist.

Claims

PRINZ, LEISER, BUNKE & PARTNER Patentanwälte · European Patent Attorneys Manzingerweg 7 · 8000 München 60 17. Juli 1992 Werner Rietschle Maschinen- und Apparatebau GmbH Roggenbachstraße 58 7860 Schopfheim Unser Zeichen: R 1320 DE JW Schutzansprüche

1. Wälzkolbenpumpe mit zwei Wälzkolben, die in einer sich aus zwei einander schneidenden, kreiszylinderförmigen Gehäusebohrungen zusammensetzenden Pumpenkammer mit gleicher Winkelgeschwindigkeit um ihre, mit jeweils einer der Mittelachsen der Gehäusebohrungen zusammenfallenden Schwerpunktsachsen drehbar und ohne Berührung miteinander und mit der Gehäuseinnenwandung aufeinander abwälzbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß:

a) die beiden Wälzkolben (16, 18) einen kreiszylinderförmigen Grundkörper von gleichem Durchmesser (Dl) aufweisen;

b) die beiden Grundkörper längs ihrer Mantelfläche im gleichen Teilungsabstand in bezug auf ihren Umfang jeweils
wenigstens zwei Ausnehmungen (20, 22) aufweisen;

c) der erste der beiden Wälzkolben (18):
- als Steuerkolben wirkt, und

- in der an den Durchmesser (Dl) des Grundkörpers angepaßten, zugehörigen Gehäusebohrung nahezu spielfrei aufgenommen ist;

d) der zweite der beiden Wälzkolben (16):

- als Förderkolben wirkt,

- in den Ausnehmungen (20) jeweils einen Einsatz (24) aufweist, der radial über den Umfang des Grundkörpers hinaussteht, und

- in der an den Durchmesser (D2), bis zu dem sich die Einsätze erstrecken, angepaßten, zugehörigen Gehäusebohrung mit einem Zwischenraum zwischen der Gehäuseinnenwandung und der Außenoberfläche des Grundkörpers aufgenommen ist;

e) die Einsätze (24) des Förderkolbens (16) beim Abwälzen der Wälzkolben aufeinander in die Ausnehmungen (20) des Steuerkolbens eindringen.

2. Wälzkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ausnehmungen (20, 22) in den Mantelflächen der Wälzkolben (16, 18) zylinderische Kreisausschnitte sind und daß die Einsätze (24) im Förderkolben (16) Kreiszylinder sind.

3. Wälzkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Einsätze (24) im Förderkolben (16) auf ihrer der Gehäuseinnenwandung zugewandten Seite jeweils eine trapezförmige, axiale Nut (30) aufweisen und daß in dieser Nut eine Gleitleiste (32) aufgenommen ist, wobei die Krümmung der der Gehäuseinnenwandung zugewandte Gleitleistenfläche an die Krümmung der Gehäusebohrung (12) angepaßt ist.

4. Wälzkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Gleitleiste (32) aus einem Kohle/Graphit-Material besteht.

5. Wälzkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß das Pumpenkammergehäuse (10) aus einem Material wie Grauguß besteht.

6. Wälzkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen einer seitlichen Gehäuseinnenwandung und einer Stirnfläche der Wälzkolben eine Dichtplatte (34) aus Kohle/Graphit-Material angeordnet ist, die an der seitlichen Gehäuseinnenwandung anliegt und deren den Wälzkolben zugewandte Oberfläche planparallel zur Stirnfläche der Wälzkolben ist und mit dieser einen axialen Dichtspalt (e) bildet.

7. Wälzkolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkolben aus einem Material wie Grauguß bestehen.

8. Wälzkolbenpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß sich das Pumpenkammergehäuse (10) aus einem Gehäusemantel (38) und Gehäusedeckeln (36) zusammensetzt und daß die Dichtplatten (34) jeweils zwischen dem Gehäusemantel und den Gehäusedeckeln eingespannt sind.

9. Wälzkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei welcher jeder Wälzkolben mittels einer beidseitig axial aus dem Pumpenkammergehäuse herausgeführten Welle gelagert ist, da durch gekennzeichnet, daß zwischen der Welle (38) und der Umfangswandung der die Welle koaxial umgebenden Dichtplatte (34) ein Ringraum gebildet ist, in dem ein drehfest mit dem Wälzkolben (16, 18) verbundener, mit einer planparallel zur Gehäuseinnenwandung stehenden Gleitfläche versehener Gleitring (44) axial verschiebbar angeordnet ist, dessen Dicke kleiner ist als die Dicke der Dichtplatte und der durch Federdruck axial an die Gehauseinnenwandung angepreßt wird.

10. Wälzkolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß der Gleitring aus einem Kohle/Graphit-Material besteht.

11. Wälzkolbenpumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß an jedem Gleitring (42) wenigstens ein stiftförmiger, am Wälzkolben angebrachter Mitnehmer (44) angreift.

12. Wälzkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 9 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß jeder Gleitring (42) von wenigstens einer im Wälzkolben versenkt angebrachten Feder (46) gegen die Gehäuseinnenwandung gepreßt wird.

13. Wälzkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einlaß (26) und ein Auslaß (28) in die den Förderkolben aufnehmende Gehäusebohrung symmetrisch zur Ebene durch die Mittelachsen der beiden, die Pumpenkammer bildenden Gehäusebohrungen (12, 14) münden.

14. Wälzkolbenpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

daß der Auslaß (28) einen oder mehrere Auslaßkanäle (48) aufweist, die jeweils durch ein ungesteuertes Auslaßventil (50) verschließbar sind, das auf Druckdifferenz zwischen der Pumpenkammer und dem Auslaß (28) ansprechend öffnet und schließt sowie durch eine mit den Mündungsöffnungen der Auslaßkanäle (48) zusammenwirkenden, leichtgängig gelagerten Ventilklappe (54) aus flexiblem Material gebildet ist.

15. Wälzkolbenpumpe nach einem der Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in die den Steuerkolben (18) aufnehmende Gehäusebohrung (14) ein an eine Kühlmittelquelle angeschlossener Kühlmittel-Zufuhrkanal (56) mündet, dessen öffnung (58) im Pumpenkammergehäuse (10) bei einer Rotation von den Ausnehmungen des Steuerkolbens überstrichen wird.

16. Wälzkolbenpumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

daß die Öffnung (58) des Kühlmittel-Zufuhrkanals (56) im Pumpenkammergehäuse auf einer Ebene durch die Mittelachsen der beiden, die Pumpenkammer bildenden Gehäusebohrungen (12, 14) liegt.