EP1075601B1 - Vacuumpumpe - Google Patents

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EP1075601B1
EP1075601B1 EP99923485A EP99923485A EP1075601B1 EP 1075601 B1 EP1075601 B1 EP 1075601B1 EP 99923485 A EP99923485 A EP 99923485A EP 99923485 A EP99923485 A EP 99923485A EP 1075601 B1 EP1075601 B1 EP 1075601B1
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EP
European Patent Office
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rotors
pump
pump chamber
pump according
pressure
Prior art date
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Application number
EP99923485A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1075601A1 (de
Inventor
Reinhard Garczorz
Fritz-Martin Scholz
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Rietschle Werner GmbH and Co KG
Werner Rietschle GmbH and Co KG
Original Assignee
Rietschle Werner GmbH and Co KG
Werner Rietschle GmbH and Co KG
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Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/12—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/12—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • F04C29/122—Arrangements for supercharging the working space
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/123—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with radially or approximately radially from the rotor body extending tooth-like elements, co-operating with recesses in the other rotor, e.g. one tooth

Definitions

  • the invention relates to a pump for the simultaneous generation of Pressure and vacuum.
  • Such pumps are advantageous when an industrial process Requires compressed air and negative pressure at the same time, since the pump only needs a drive.
  • a separate charging port that communicates with the atmosphere is connected to ensure the volume flow for the compressed air. Accordingly, several must be separated from each other in the pump chamber Cells are formed. In the prior art, this is only with rotary slide systems successful which are known for example from GB-A-818 691. But rotary valves are subject to wear and can only be lubricated if special materials are used operate.
  • a pump for simultaneous Generation of compressed air and negative pressure provided that is almost wear-free and without the use of special materials can be manufactured.
  • rotate in the pump chamber has two at least three-bladed rotors around parallel, axes offset against each other and combing without contact, to separate from each other with the peripheral wall of the pump chamber To form cells.
  • the rotors can be in the pump chamber those for the simultaneous generation of compressed air and vacuum differentiate required cells. Because the rotors contactless with each other and also with the peripheral wall of the Pump chamber interact, occurs in the area of the pump chamber no wear and tear.
  • the sealing gap between the rotors can be kept very small by optimizing their geometry; he is only a fraction of a millimeter in practical versions, so that good pressure and vacuum values are guaranteed. These values become even better with increasing operating time, since the Time-forming deposits to reduce the size of the sealing gap to lead.
  • a pump with two three-bladed rotors that run in opposite directions around parallel axes rotate, is already known from DE-A-2 422 857. This However, the pump has no charging connection and is therefore not suitable for simultaneous generation of compressed air and negative pressure.
  • the pump according to the invention is particularly suitable for use in suitable for paper processing industries, mainly for applications, which do not provide or adjust compressed air separately and Require vacuum.
  • Compressed air is e.g. to blow on one side Stacks of paper needed to support sheet separation.
  • the pulsating compressed air generation by the pump according to the invention proves to be useful here, since the paper edges by intermittent occurring compressed air can be separated more easily. Is negative pressure in such applications for sucking the top sheet of paper required.
  • the rotors form with the pump chamber connected to the suction port through which Rotation of the rotors and their volume increasing suction cell Pressure cell that reduces its volume when the rotors rotate and is connected to the pressure connection.
  • This pressure cell is out two initially separated from each other in the course of the rotation of the rotors Charging cells formed, each with an associated charging port have and with the further rotation of the rotors with each other Pressure cell are combined.
  • the charging cells are before their union essentially isobar and isochoric in the pump chamber, i.e. the air in the charging cells experiences at the displacement of the charging cells essentially no pressure and no volume change.
  • the single-stage pump for the simultaneous generation of Pressure and vacuum has a housing that consists of a load-bearing Middle part 10, one on one side of the middle part 10 attached housing cover 12, one on the other side of the Middle part 10 attached housing ring 14 and one on the housing ring 14 adjoining cover plate 16 there. Between the middle part 10, the housing ring 14 and the cover plate 16 is a pump chamber 18 educated.
  • a pump chamber 18 educated in the opposite wall parts of the Housing cover 12 and the middle part 10 are two shafts 20, 22 Flying parallel to and offset from each other in ball bearings stored.
  • the pinion 24, 26 are in meshing engagement with one another so that the shafts 20, 22 rotate synchronously with each other in opposite directions.
  • For the rotary drive is the lower shaft 22 led out of the housing cover 12.
  • each rotor has 30, 32 three wings 30a and 32a.
  • the pump chamber 18 has the side view Form of two intersecting circles, joined together in the form of an "8" are.
  • the blades 30a of the rotor 30 have a shape that the shape of the blades 32a of the rotor 32 is different.
  • the geometry the wing 30a, 32a and the pump chamber 18 is determined so that at the rotation of the rotors 30, 32 a plurality of separate cells are formed, as with reference to Figures 4a to 4h further explained in more detail below by the wings 30a, 32a without contact a sealing gap of a fraction of 1 mm above and along slide the outer circumference of the pump chamber 18.
  • the cover plate 16 is provided with a series of cutouts, which is closed to the outside by an attached closure plate 36 become.
  • the closure plate 36 are two pipe sockets 42, 44th screwed.
  • the upper pipe socket 42 forms the suction connection and is connected to a recess 50 of the cover plate 16.
  • the lower Pipe socket 44 forms the pressure connection and is with a recess 52 connected in the cover plate 16.
  • Two further cutouts 54a, 54b in the cover plate 16 are open to the atmosphere and form charging connections.
  • Figure 4a shows the rotors 30, 32 in a rotational position in which their wings 30a, 32a with the wall of the pump chamber 18 a closed, only common to the recess 50 Form cell 60.
  • This cell 60 enlarges in the further Rotation of the rotors 30, 32 their volume, as can be seen in Figure 4b.
  • This cell 60 is therefore a suction cell.
  • FIG. 4c shows two cells 62a, 62b which are separate from one another arise immediately after the state shown in FIG cell 60 was separated into two sub-cells.
  • the rotor 30 assigned cell 62a already borders the recess 54a, and the Cell 62b associated with rotor 32 approaches recess 54b.
  • Figure 4d are the cells 62a, 62b with those leading to the atmosphere Recesses 54a and 54b in connection and are filled with air and charged to ambient pressure so that the air mass flow increases becomes.
  • the cells 62a, 62b are thus charging cells.
  • the pump chamber 18 is free of any lubricant because the Work rotors 30, 32 without contact. To the drive side is the Pump chamber 18 sealed by seals on the shafts 20, 22.
  • the housing can be equipped with cooling fins for cooling be arranged, and by one on the side of the GcHouseldeckels 12 Cooling fan is cooling air from the cover plate 16 over the Housing ring 14, the middle part 10 and the housing cover 12 out.
  • a resonance damper is used to dampen the operating noise is matched to the operating frequency of the pump. This frequency is due to the three-bladed design of the rotors triple speed of the shafts 20, 22. The increased operating frequency facilitates the accommodation of the resonance damper because of its length is reduced accordingly.
  • the described flying bearing arrangement of the rotors is advantageous up to a volume flow of approximately 300 m 3 / h.
  • Pumps with a larger volume flow are preferably designed with rotors mounted on both sides. In this case, connections are left in both side plates.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur gleichzeitigen Erzeugung von Druck und Unterdruck.
Derartige Pumpen sind vorteilhaft, wenn ein industrieller Prozeß gleichzeitig Druckluft und Unterdruck erfordert, da die Pumpe nur einen Antrieb benötigt. Außer dem Sauganschluß benötigt eine solche Pumpe einen gesonderten Aufladeanschluß, der mit der Atmosphäre verbunden ist, um den Volumenstrom für die Druckluft zu gewährleisten. Entsprechend müssen in der Pumpenkammer mehrere voneinander getrennte Zellen gebildet werden. Dies ist im Stand der Technik nur mit Drehschiebersystemen gelungen die beispielsweise aus des GB-A-818 691 bekannt sind. Drehschieber sind aber verschleißbehaftet und können nur bei Einsatz spezieller Werkstoffe schmiermittelfrei betrieben werden.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Pumpe zur gleichzeitigen Erzeugung von Druckluft und Unterdruck zur Verfügung gestellt, die nahezu verschleißfrei ist und ohne den Einsatz besonderer Werkstoffe hergestellt werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Pumpe rotieren in der Pumpenkammer zwei mindestens dreiflügelige Rotoren um parallele, gegeneinander versetzte Achsen gegenläufig und kämmen berührungslos, um mit der Umfangswandung der Pumpenkammer voneinander getrennte Zellen zu bilden. Mittels der Rotoren lassen sich in der Pumpenkammer die für die gleichzeitige Erzeugung von Druckluft und Vakuum erforderlichen Zellen voneinander abgrenzen. Da die Rotoren berührungslos miteinander und auch mit der Umfangswand der Pumpenkammer zusammenwirken, tritt im Bereich der Pumpenkammer keinerlei Verschleiß auf. Der Dichtspalt zwischen den Rotoren kann durch Optimierung ihrer Geometrie sehr klein gehalten werden; er beträgt bei praktischen Ausführungen nur Bruchteile eines Millimeters, so daß gute Druck- und Vakuumwerte gewährleistet sind. Diese Werte werden sogar mit zunehmender Betriebsdauer besser, da die sich mit der Zeit bildenden Ablagerungen zu einer Verkleinerung der Dichtspalte führen.
Eine Pumpe mit zwei dreiflügeligen Rotoren, die um parallele Achsen gegenläufig rotieren, ist an sich bereits aus der DE-A-2 422 857 bekannt. Diese Pumpe hat jedoch keinen Aufladeanschluß und eignet sich daher nicht zur gleichzeitigen Erzeugung von Druckluft und Unterdruck.
Die erfindungsgemäße Pumpe ist besonders für den Einsatz im papierverarbeitenden Gewerbe geeignet, vornehmlich bei Anwendungen, die keine getrennte Bereitstellung oder Einstellung von Druckluft und Vakuum erfordern. Druckluft wird z.B. zum seitlichen Anblasen eines Papierstapels für die Unterstützung der Bogentrennung benötigt. Die pulsierende Drucklufterzeugung durch die erfindungsgemäße Pumpe erweist sich hier als zweckmäßig, da die Papierkanten durch stoßweise auftretende Druckluft leichter getrennt werden können. Unterdruck ist bei derartigen Anwendungen zum Ansaugen des obersten Papierbogens erforderlich.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Pumpe bilden die Rotoren mit der Pumpenkammer eine mit dem Sauganschluß verbundene, durch die Drehung der Rotoren ihr Volumen vergrößernde Saugzelle sowie eine Druckzelle, die bei der Drehung der Rotoren ihr Volumen verkleinert und mit dem Druckanschluß verbunden ist. Diese Druckzelle wird aus zwei im Verlauf der Drehung der Rotoren zunächst voneinander getrennten Aufladezellen gebildet, die je einen zugeordneten Aufladeanschluß aufweisen und bei der weiteren Drehung der Rotoren miteinander zur Druckzelle vereinigt werden. Die Aufladezellen werden vor ihrer Vereinigung im wesentlichen isobar und isochor in der Pumpenkammer verschoben, d.h. die sich in den Aufladezellen befindliche Luft erfährt bei der Verschiebung der Aufladezellen im wesentlichen keine Druck- und keine Volumenänderung.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1
einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Pumpe;
Figur 2
eine Ansicht entlang Linie II-II in Figur 1;
Figur 3
eine Ansicht entlang Linie III-III in Figur 1; und
Figuren 4a bis 4h
schematische Ansichten verschiedener Rotorstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise.
Die einstufig ausgebildete Pumpe zur gleichzeitigen Erzeugung von Druck und Unterdruck hat ein Gehäuse, das aus einem tragenden Mittelteil 10, einem auf der einen Seite des Mittelteils 10 aufgesetzten Gehäusedeckel 12, einem an die andere Seite des Mittelteils 10 angefügten Gehäusering 14 und einer an den Gehäusering 14 anschließenden Deckelplatte 16 besteht. Zwischen dem Mittelteil 10, dem Gehäusering 14 und der Deckelplatte 16 ist eine Pumpenkammer 18 gebildet. In den einander gegenüberliegenden Wandungsteilen des Gehäusedeckels 12 und des Mittelteils 10 sind zwei Wellen 20, 22 parallel zueinander und gegeneinander versetzt in Kugellagern fliegend gelagert. Auf jeder Welle 20, 22 sitzt ein Ritzel 24, 26. Die Ritzel 24, 26 stehen miteinander in Kämmeingriff, so daß die Wellen 20, 22 miteinander synchron entgegengesetzt rotieren. Für den Drehantrieb ist die untere Welle 22 aus dem Gehäusedeckel 12 herausgeführt.
Auf den in die Pumpenkammer 14 hineinragenden freien Enden der Wellen 20, 22 sind zwei Rotoren 30, 32 angeordnet. Da der durch die Rotoren 30, 32 gebildete Lastangriff nicht zwischen, sondern außerhalb der Lager liegt, ergibt sich eine fliegende Wellenlagerung. Jeder der Rotoren 30, 32 ist justierbar an der zugehörigen Welle 20 bzw. 22 befestigt. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, hat jeder Rotor 30, 32 drei Flügel 30a bzw. 32a. Die Pumpenkammer 18 hat in Seitenansicht die Form von zwei sich schneidenden Kreisen, die in Form einer "8" zusammengefügt sind. Die Flügel 30a des Rotors 30 haben eine Form, die von der Form der Flügel 32a des Rotors 32 verschieden ist. Die Geometrie der Flügel 30a, 32a und der Pumpenkammer 18 ist so bestimmt, daß bei der Drehung der Rotoren 30, 32 mehrere voneinander getrennte Zellen gebildet werden, wie unter Bezugnahme auf die Figuren 4a bis 4h weiter unten näher erläutert, indem die Flügel 30a, 32a berührungsfrei mit einem Dichtspalt eines Bruchteils von 1 mm übereinander und entlang dem Außenumfang der Pumpenkammer 18 gleiten.
Die Deckelplatte 16 ist mit einer Reihe von Aussparungen versehen, die nach außen durch eine aufgesetzte Verschlußplatte 36 abgeschlossen werden. In die Verschlußplatte 36 sind zwei Rohrstutzen 42, 44 eingeschraubt. Der obere Rohrstutzen 42 bildet den Sauganschluß und ist mit einer Aussparung 50 der Deckelplatte 16 verbunden. Der untere Rohrstutzen 44 bildet den Druckanschluß und ist mit einer Aussparung 52 in der Deckelplatte 16 verbunden. Zwei weitere Aussparungen 54a, 54b in der Deckelplatte 16 sind nach außen zur Atmosphäre geöffnet und bilden Aufladeanschlüsse.
Figur 4a zeigt die Rotoren 30, 32 in einer Drehstellung, bei der ihre Flügel 30a, 32a mit der Wandung der Pumpenkammer 18 eine abgeschlossene, nur mit der Aussparung 50 in Verbindung stehende, gemeinsame Zelle 60 bilden. Diese Zelle 60 vergrößert bei der weiteren Drehung der Rotoren 30, 32 ihr Volumen, wie in Figur 4b ersichtlich. Es handelt sich bei dieser Zelle 60 also um eine Saugzelle.
Figur 4c zeigt zwei voneinander getrennte Zellen 62a, 62b, die unmittelbar nach dem in Figur 4b gezeigten Zustand entstehen, indem die Zelle 60 in zwei Teilzellen getrennt wurde. Die dem Rotor 30 zugeordnete Zelle 62a grenzt schon an die Aussparung 54a an, und die dem Rotor 32 zugeordnete Zelle 62b nähert sich der Aussparung 54b. In Figur 4d sind die Zellen 62a, 62b mit den zur Atmosphäre führenden Aussparungen 54a bzw. 54b in Verbindung und werden mit Luft aufgefüllt und auf Umgebungsdruck aufgeladen, so daß der Luftmassenstrom erhöht wird. Es handelt sich bei den Zellen 62a, 62b somit um Aufladezellen. Nachdem diese Aufladezellen 62a, 62b durch den nacheilenden Flügel 30a bzw. 32b von der zugehörigen Aussparung 54a bzw. 54b abgetrennt sind, wie in Figur 4e gezeigt, werden die Zellen 62a, 62b isobar und isochor verschoben, bis sie sich, wie in Figur 4f gezeigt, miteinander zu einer Druckzelle 64 vereinigen. Bei der weiteren Drehung der Rotoren 30, 32 verkleinert die Druckzelle 64 ihr Volumen. Die in der Druckzelle 64 verdichtete Luft wird über die Aussparung 52 zum Rohrstutzen 44 ausgeschoben, wie in den Figuren 4g und 4h veranschaulicht ist.
Die Pumpenkammer 18 ist frei von jeglichem Schmiermittel, da die Rotoren 30, 32 berührungsfrei arbeiten. Zur Antriebsseite hin ist die Pumpenkammer 18 durch Dichtungen an den Wellen 20, 22 abgedichtet.
Durch die fliegende Anordnung der Rotoren 30, 32 auf den Wellen 20, 22, die zu einer fliegenden Lagerung führt, wird der Zugang zur Pumpenkammer erleichtert, da für einen Zugang lediglich die Deckelplatte 16 abzunehmen ist. Auch die Kühlung wird durch diese Anordnung erleichtert. Zur Kühlung kann das Gehäuse mit Kühlrippen ausgestattet werden, und durch ein auf der Seite des Gchäusedeckels 12 angeordnetes Kühlgebläse wird kühlende Luft von der Deckelplatte 16 her über den Gehäusering 14, das Mittelteil 10 und den Gehäusedeckel 12 geführt.
Zur Dämpfung der Betriebsgeräusche dient ein Resonanz-Dämpfer, der auf die Betriebsfrequenz der Pumpe abgestimmt ist. Diese Frequenz beträgt aufgrund der dreiflügeligen Ausbildung der Rotoren die dreifache Drehzahl der Wellen 20, 22. Die erhöhte Betriebsfrequenz erleichtert die Unterbringung des Resonanz-Dämpfers, da dessen Länge entsprechend verkleinert wird.
Die beschriebene fliegende Lagerung der Rotoren ist bis zu einem Volumenstrom von etwa 300 m3/h vorteilhaft. Pumpen mit größerem Volumenstrom werden vorzugsweise mit beidseitig gelagerten Rotoren ausgebildet. In diesem Falle sind in beiden Seitenplatten Anschlüsse ausgespart.

Claims (10)

  1. Pumpe zur gleichzeitigen Erzeugung von Druck und Unterdruck, mit einer in einem Gehäuse gebildeten Pumpenkammer (18), die einen Sauganschluß, einen Druckanschluß und einen Aufladeanschluß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Pumpenkammer (18) zwei mindestens dreiflügelige Rotoren (30, 32) um parallele, gegeneinander versetzte Achsen gegenläufig rotieren und berührungslos kämmen sowie mit der Umfangswandung der Pumpenkammer (18) voneinander getrennte Zellen (60, 62a, 62b, 64) bilden.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (30, 32) mit der Pumpenkammer (18) eine mit dem Sauganschluß (50) verbundene, durch die Drehung der Rotoren (30, 32) ihr Volumen vergrößernde Saugzelle (60) bilden.
  3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (30, 32) mit der Pumpenkammer (18) eine mit dem Druckanschluß (52) verbundene, durch die Drehung der Rotoren (30, 32) ihr Volumen verkleinernde Druckzelle (64) bilden.
  4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (30, 32) mit der Pumpenkammer zwei im Verlauf der Drehung der Rotoren zunächst voneinander getrennte Aufladezellen (62a, 62b) bilden, die bei der weiteren Drehung der Rotoren miteinander zur Druckzelle (64) vereinigt werden.
  5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Aufladezelle (62a, 62b) einen zugeordneten Aufladeanschluß (54a, 54b) aufweist.
  6. Pumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladezellen (62a, 62b) vor ihrer Vereinigung im wesentlichen isobar und isochor in der Pumpenkammer (18) verschoben werden.
  7. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer (18) schmiermittelfrei ist.
  8. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer (18) zwischen zwei parallelen Seitenplatten (10, 16) begrenzt ist und in wenigstens einer der Seitenplatten (16) die Anschlüsse (50, 52, 54a, 54b) ausgespart sind.
  9. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (20, 22) fliegend gelagert und die Rotoren (30, 32) auf freien Enden der Wellen (20, 22) angeordnet sind.
  10. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (20, 22) durch zwei miteinander in Kämmeingriff stehende Ritzel (24, 26) synchronisiert sind und wenigstens einer der Rotoren (30, 32) justierbar auf der zugeordneten Welle (20, 22) befestigt ist.
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US (2) US6364642B1 (de)
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