EP2475889A2 - Drehkolbenpumpe - Google Patents

Drehkolbenpumpe

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EP2475889A2
EP2475889A2 EP10750126A EP10750126A EP2475889A2 EP 2475889 A2 EP2475889 A2 EP 2475889A2 EP 10750126 A EP10750126 A EP 10750126A EP 10750126 A EP10750126 A EP 10750126A EP 2475889 A2 EP2475889 A2 EP 2475889A2
Authority
EP
European Patent Office
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rotary
outlet opening
housing
axes
rotation
Prior art date
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EP10750126A
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English (en)
French (fr)
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EP2475889B1 (de
Inventor
Paul Krampe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hugo Vogelsang Maschinenbau GmbH
Original Assignee
Hugo Vogelsang Maschinenbau GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Hugo Vogelsang Maschinenbau GmbH filed Critical Hugo Vogelsang Maschinenbau GmbH
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Priority to PL10750126T priority patent/PL2475889T3/pl
Publication of EP2475889A2 publication Critical patent/EP2475889A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2475889B1 publication Critical patent/EP2475889B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/12—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C2/126—Rotary-piston machines or pumps 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 from the rotor body extending elements, not necessarily co-operating with corresponding recesses in the other rotor, e.g. lobes, Roots 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
    • F04C13/00—Adaptations of machines or pumps for special use, e.g. for extremely high pressures
    • F04C13/001—Pumps for particular liquids
    • 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
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/086—Carter
    • 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
    • F04C2210/00—Fluid
    • F04C2210/24—Fluid mixed, e.g. two-phase fluid
    • 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
    • F04C2250/00—Geometry
    • F04C2250/10—Geometry of the inlet or outlet
    • F04C2250/102—Geometry of the inlet or outlet of the outlet

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston pump for promoting a fluid medium containing solids, with two rotary pistons with interlocking rotary piston and each with a rotation axis and an outer circumference, wherein the axes of rotation of the two rotary pistons spaced from each other and are arranged parallel to each other and the outer circumferences of the two rotary pistons partially overlap , and a housing having an inlet opening and an outlet opening and an inner and an outer wall, wherein the inner wall of the housing each encloses a portion of the outer peripheries of the rotary pistons and wherein the rotary piston pump is formed, the medium in a conveying direction from the inlet to the outlet opening to promote.
  • Rotary pumps belong to the positive displacement pumps and have two rotary pistons, each with two or more rotary piston flights.
  • the Drehkoiben are arranged in a housing, the inner wall facing the Drehkoiben and the outer wall of the rotary piston pump terminates to the outside.
  • the housing encloses with its inner wall in each case a portion of the outer peripheries of Drehkoiben.
  • the enclosed by the GeHouseau towandung section is also referred to as enclosing angle.
  • the tips of the rotary lobes may be provided with a coating, preferably a rubber sealing surface, to provide a seal between the lobe rotor and housing inner wall and between the intermeshing lobe vanes.
  • the Drehkoiben are each rotatably driven in opposite directions about a rotation axis, wherein through the circular paths on which rotate the rotary vane tips, each an outer periphery of the rotary piston is defined. In the area where the rotary lobes engage, the two outer circumferences of the lobes overlap.
  • Rotary pumps are generally symmetrical in order to allow a reversal of the conveying direction.
  • Rotary pumps of the type mentioned are known for example from DE 297 23 984 U1, DE 34 27 282 A1, US 2,848,952, NL 101 62 83, US 3,126,834 and US 15,221.
  • Rotary pumps of this type are also used to convey media containing solids.
  • a fluid medium usually a liquid in which solids of different types and amounts may be contained, fed into the overlap region of the rotary pistons and further pushed from the rotary vanes to the outlet opening. In this case, media of different viscosity can be promoted.
  • Rotary pump of the type mentioned have, for example, flow rates of about 3 to 1,000 cubic meters per hour, i. about 50 to 16,667 liters per minute, and pressures up to about 6 bar.
  • Solids contained in the medium are swept with the medium into the spaces between the rotary lobes and transported with the medium in the conveying direction of the rotary lobe pump from the inlet to the outlet, solids contained in the medium may be, for example, stones, metal parts or other foreign matter.
  • Rotary lobe pumps are often used in demanding environmental conditions. Typical applications for rotary lobe pumps are, for example, sewage treatment plants, wastewater and wastewater engineering, waste management and recycling technology, paper and pulp industry, rail and port industry, food industry or construction industry. Rotary pumps are u.a. used as a sludge pump, wastewater pump, dirty or hot water pump, sludge pump, feed pump, mobile pump, pump for contaminated media, slurry pump, sewage pump or pump for vinasse and pulp. These operating conditions require a robust, reliable and less sensitive design of rotary lobe pumps.
  • the object is achieved in that the outlet opening on the inner wall of the housing has a maximum ejection extent, which is greater than the distance between the axes of rotation in a direction which is parallel to the plane of the axes of rotation and perpendicular to the axes of rotation.
  • the outlet opening is an opening in the housing so that the outlet opening passes through both the inner wall and the outer wall of the housing.
  • the ejection extent is defined as the extent of the outlet opening that occurs on the inner wall of the housing, in a direction that is perpendicular to both axes of rotation and connects these axes of rotation.
  • rotary lobe pumps are used in an operating position in which the axes of rotation of the rotary pistons are aligned horizontally and arranged vertically one above the other.
  • the ejection extent is in the vertical direction, i. parallel to the plane of the axes of rotation and perpendicular to the axes of rotation.
  • other operating positions of rotary lobe pumps are also possible, for example with vertically aligned and horizontally juxtaposed axes of rotation, in which case the ejection extension would run in the horizontal direction.
  • the ejection extent is greater than the distance of the axes of rotation from each other and thus greater than in the solutions shown in the prior art.
  • the portion of the outer circumference, which is encompassed by the inner wall of the housing, is therefore smaller in the region of the outlet opening than in solutions shown in the prior art.
  • the invention is based on the recognition that on the outlet side of existing rotary lobe pumps an outlet flow or vortex formation of the medium prevails, which causes solids at the outlet opening frequently between the rotary lobe tips and the housing or between two interlocking rotary lobes advised and damage, Wear and shutdowns can lead.
  • the solids are released earlier by the rotary wafers. This has the consequence that the tangential direction in which the solids are flushed out of the rotary piston interspaces, leads away from the opposite Drehkoibenulateln.
  • the paths of movement of the solids with respect to existing solutions advantageously change in such a way that the solids are led away from the rotary pistons, in particular of rotary scoop vanes of the respectively opposite rotary piston.
  • This change in the trajectories of the solids results in a significant reduction in the amount of solids encountered at the outlet port between the rotary vane tips and the housing inner wall or between two intermeshing rotary vane vanes.
  • the life of the rotary piston pump can be extended by the inventive solution and the repair and maintenance costs of the rotary lobe pump can be reduced.
  • the cross section of the ejection extension can be arbitrarily shaped, for example circular or oval.
  • the ejection extent along the entire width of the outlet opening is greater than the distance between the axes of rotation, since even with an ejection strain, which is smaller in sections than the distance between the axes of rotation, the positive effect on the trajectories of the solids decreases ,
  • the outlet opening has a rectangular or square cross-section, in which the ejection extension over the entire width of the outlet opening is substantially constant.
  • the invention is preferably further developed in that the ejection extent is greater than an extent of the inlet opening on the inner wall of the housing in a direction which is parallel to the plane of the axes of rotation and perpendicular to the axes of rotation.
  • the flow conditions for example, also with respect to the vortex formation, on the inlet side of the rotary piston pump, on which the medium is sucked, differ from those on the outlet side of the rotary piston pump, on which the medium is forced out with pressure, is also a different
  • the Flow and pressure conditions adapted design of the inlet and Ausiassö réelle advantageous to prevent or reduce the trapping of solids at both the inlet and the outlet opening.
  • the invention is preferably developed by the fact that the cross-section of the outlet opening tapers from the inner wall of the housing to the outer wall of the housing.
  • the cross section of the outlet opening on the inner wall of the housing is greater than the cross section of the outlet opening on the outer wall of the housing.
  • a further development form in which, in the operating position of the rotary piston pump, the axes of rotation of the rotary pistons are aligned horizontally and arranged vertically one above the other.
  • the ejection extension runs in the vertical direction.
  • a rectangular or square cross section of the outlet opening is particularly preferred, in which the lower and the upper side surfaces or ejection ramps are inclined in the conveying direction to the central axis of the outlet opening.
  • the width of the outlet opening may be the same on the inner wall of the housing as on the outer wall of the housing, so that there is no inclination of the side surfaces.
  • the invention is preferably developed by the fact that the outlet opening on the outer wall of the housing has an extension which corresponds in a direction which is parallel to the plane of the axes of rotation and perpendicular to the axes of rotation, at most the distance between the axes of rotation. It is particularly preferred that the outlet opening on the outer wall of the housing has an extension in a direction parallel to the plane of the axes of rotation and perpendicular to the axes of rotation runs, is smaller than the distance between the axes of rotation.
  • a further preferred development of the invention is characterized by a pipe connection flange surrounding the outlet opening with a central axis which is arranged offset to a central axis of the outlet opening on the outer wall of the housing. It is particularly preferred that in an operating division of the rotary piston pump, the axes of rotation of the two Drehko ben are aligned horizontally and vertically stacked and the center axis of the Rohran gleichfiansches is offset from the central axis of the Ausiassö réelle on the outer wall of the housing in the vertical direction downwards.
  • the rotary piston pump preferably has a pipe connection flange.
  • the pipe connection flange preferably has connection means to which a pipe or hose to be connected or the like is connected. can be attached.
  • the pipe connection flange preferably surrounds the outlet opening, so that the complete cross section of the outlet opening is in fluid communication with the interior of a pipe to be connected.
  • the pipe connection panel is preferably not arranged concentrically with the outlet opening on the outer wall of the housing, but displaced. This creates an offset between the outlet opening and the pipe to be connected to the pipe connection flange.
  • This offset may advantageously serve as a barrier to solids and prevent them from being returned to the outlet port or between the poppet wings and the housing or between two intermeshing lobe flights after leaving the outlet port.
  • the foreign body sensitivity and the repair and maintenance costs of the rotary lobe pump are further reduced and the life of the rotary lobe pump further increased.
  • the offset between the outlet opening and the pipe to be connected forms an obstacle to solids that have left the outlet and are due to the effect of gravity or due to currents or vortices in the medium in the lower part of a pipe to be connected, so that the solids not or only difficult to get back into the outlet opening.
  • the invention is preferably developed in that the housing has a base frame with two receptacles and two flanges which can be mounted interchangeably in the receptacles, wherein one of the two flanges is designed as the outlet flange comprising the outlet opening and the other of the two flanges is formed as the inlet flange comprising the inlet opening.
  • the invention is preferably further developed by the fact that the two flanges and / or the two receptacles are formed such that each of the two flanges can be mounted both in one and in the other receptacle.
  • an optimal conveying direction of the rotary piston pump is determined from the inlet to the outlet opening.
  • a reverse conveying direction is possible in this embodiment of the inlet and outlet ports, but disadvantageous, since there is an increased risk of trapping solids between the rotary vane tips and the housing or between two interlocking rotary lobes.
  • it is advantageous and desirable to be able to change the delivery direction of a rotary lobe pump, for example, when media must be conveyed in different directions or to solve blockages in the training of the invention is therefore intended to modularly build the housing with a base frame , which has two recesses or receptacles, in each of which a flange can be used.
  • a flange preferably comprises the inlet opening or the outlet opening and possibly also the pipe flange surrounding the outlet opening.
  • the two flanges and / or the two receptacles have a geometry which makes it possible to mount each of the two flanges in each of the two receptacles. If both flanges in the Accommodations are releasably fastened, can be reversed by swapping the two flanges and the optimal direction of conveyance. In order to ensure easy handling and thus a quick and easy reversal of the conveying direction, it is particularly preferred if the attachment of the flanges in the exceptions by means of quick release closures.
  • the invention is preferably developed by the fact that the two receptacles are mirrored to one another at a symmetry surface extending through the base frame.
  • This further embodiment is particularly preferred since a mirror-image configuration of the receptacles and preferably also a mirror-image design of the outer geometry of the flanges enables a particularly simple replacement of the flanges.
  • the invention is preferably developed by virtue of the fact that the outlet opening has at least one movable adjusting element which is adjustable between a first and a second position in such a way that the conveying direction is in an arrangement of the adjusting element in the first position of the conveying direction in the case of an arrangement of the positioning element in the second Position is opposite.
  • the invention is further preferably further developed in that the Einiass ⁇ réelle has at least one movable actuator which is adjustable between a first and a second position such that the conveying direction in an arrangement of the actuating element in the first position of the conveying direction in an arrangement of the actuating element In second position is opposite.
  • the Einiass ⁇ réelle has at least one movable actuator which is adjustable between a first and a second position such that the conveying direction in an arrangement of the actuating element in the first position of the conveying direction in an arrangement of the actuating element In second position is opposite.
  • it is therefore preferable, alternatively or in addition to a further development form with interchangeable mountable flanges, to make the geometry of the outlet or inlet opening variable. It is particularly preferred to be able to change the outlet opening by the at least one movable adjusting element in such a way that it has the geometry of an inlet opening in the second position of the actuating element.
  • the invention is preferably further developed in that the actuating element of the outlet opening has a pressure application surface, which is configured such that the actuating element in the first position at a first pressure of the medium at the outlet opening and in the second at a second pressure of the medium at the outlet Position is arranged, wherein preferably the second pressure is a negative pressure.
  • a further preferred embodiment provides a pressure sensor which is designed to detect the pressure of the medium at the outlet opening and is coupled to the stem element of the outlet opening in such a way that the actuating element is in the first position at a first pressure of the medium at the outlet opening and is arranged at a second pressure of the medium at the outlet opening in the second Stefiung.
  • the invention is preferably further developed in that the actuator of the Efnlassö réelle has a pressure application surface which is formed such that the actuator at a first pressure of the medium at the inlet opening in the second position and at a second pressure of the medium at the inlet opening in the first position is arranged, wherein preferably the second pressure is a negative pressure.
  • a further preferred embodiment provides a pressure sensor, which is designed to detect the pressure of the medium at the inlet opening and is coupled to the actuator of the inlet opening, that the steep element at a first pressure of the medium at the inlet opening in the second position and at a second pressure of the medium at the inlet opening in the first position is arranged.
  • the pressure sensor for detecting the pressure of the medium at the inlet opening is identical to the pressure sensor for detecting the pressure of the medium at the outlet opening.
  • actuating element or the adjusting elements By activating the actuating element or the adjusting elements as a function of these pressure conditions, a geometry of the inlet and outlet opening adapted to the conveying direction can be ensured in a simple manner.
  • the coupling of the actuating element or the adjusting elements to the pressure of the medium can be done mechanically or via one or more sensors.
  • the invention is preferably developed by at least one of the adjusting elements being coupled to at least one of the rotary pistons in such a way that the actuating element or the pillar elements are arranged in the first position in a first direction of rotation of the rotary piston and in the second position in a second direction of rotation of the rotary piston is or are.
  • the invention is preferably further developed in that at least one of the
  • the Stelielement or the steep elements in a first conveying direction of the rotary piston pump in the first position and in a second conveying direction of the rotary piston pump in the second position is arranged or are.
  • Another possibility of activating the actuating element or the adjusting elements is the coupling provided in this embodiment with the switching device of the rotary piston pump with which the conveying direction can be switched.
  • the coupling provided in this embodiment with the switching device of the rotary piston pump with which the conveying direction can be switched.
  • FIG. 2 shows a cross section through a first embodiment of a rotary piston pump according to the invention
  • FIG. 3 shows a cross section through a second embodiment of a rotary piston pump according to the invention.
  • FIG. 1 shows the state of the art with a rotary pump 100 having two rotary pistons 110, 120 and a housing 130.
  • the two rotary pistons 110, 120 each have an axis of rotation 111, 121 and four rotary vanes 112, 122.
  • the housing 130 has an inner wall 131 surrounding the outer peripheries of the rotary pistons 110, 120 in sections, and an outer wall 132 and pedestals 133, 134 closing the rotary piston pump to the outside.
  • the housing 130 has an inlet opening 150 and an outlet opening 140.
  • the outlet opening 140 is surrounded by a Rohranschiussflansch 143, to which a pipe 160 having an upper wall 161, a lower wall 162 and a central axis 163 is connected.
  • the central axis 163 of the pipeline 160 corresponds to the central axis of the Rohranschfussflansches 143. Also, the inlet port 150 is surrounded by a further Rohran gleichflansch 153, to which a further pipe 170 having an upper wall 171, a lower wall 172 and a central axis 173 is connected.
  • the rotary pistons 10, 120 rotate in the directions of rotation 113, 123.
  • the inlet opening 150 and the outlet opening 140 each taper towards the inner wall 131 of the housing and are mirror-symmetrical to the mirror surface SF , Between the inner wall 131 and the outer wall 132, the inlet and outlet openings form side surfaces 141, 42, 151, 152.
  • the Umsch conductedungswinkef of the housing is both in the region of the inlet ais and in the region of the outlet opening alpha plus delta alpha, ie, the inner wall of the housing encloses each a portion of the outer periphery of a rotary piston of 2 x alpha plus 2 x delta alpha.
  • Such a mirror-symmetrical design of the inlet and the outlet opening are advantageous in terms of a possible switching the conveying direction of the rotary lobe pump.
  • this prior art solution is further to be improved in terms of foreign body sensitivity, cutoff frequency, pressure loss, wear, life, repair and maintenance costs.
  • FIGS. 2 and 3 show two embodiments of rotary lobe pumps according to the invention. Functionally identical or similar components are denoted by the same reference numerals plus 100 (FIG. 2) and plus 200 (FIG. 3) with respect to FIG. 1.
  • FIGS. 2 and 3 show two embodiments of rotary lobe pumps according to the invention. Functionally identical or similar components are denoted by the same reference numerals plus 100 (FIG. 2) and plus 200 (FIG. 3) with respect to FIG. 1.
  • FIGS. 2 and 3 differ from the solution shown in the prior art shown in FIG. 1 by the configuration of the outlet opening 240, 340.
  • the outlet openings 240, 340 are formed in the two variants according to FIGS. 2 and 3 the same.
  • FIGS. 2 and 3 differ in that the inlet opening 250 according to FIG. 2 corresponds to the inlet opening 150 according to the prior art according to FIG. 1, whereas FIG. 3 shows an inlet opening 350, which differs both from the state of the art according to FIG. 1 as well as the variant of FIG. 2 according to the invention differs.
  • the different configuration of the inlet openings 250, 350 in FIGS. 2 and 3 becomes clear in particular by the different inflow behavior of the medium, which is illustrated schematically with the arrows in the region of the enclosure openings 250, 350. Due to the tapering of the inlet opening 250 in the direction of the inner wall 231 of the housing 230 in FIG. 2, the medium is guided centrally between the two rotary pistons 210, 220. In the non-tapered Einiassö réelle 350 in Fig. 3, however, the medium flows over the entire cross section of the inlet opening 350 to a wider region of the two rotary pistons 310, 320 to.
  • the outlet openings 240, 340 of FIGS. 2 and 3 taper in the conveying direction, ie in the direction from the inner wall 231, 331 to the outer wall 232, 332 of the housing 230, 330.
  • the enclosure angle of the inner wall 231, 331 of the housing is on the outlet side of the rotary pump at the top and bottom of each beta minus delta beta.
  • the Expulsion extent of the outlet opening 240, 340 is thus in a direction which is parallel to the plane of the axes of rotation 211, 221, 311, 321 and perpendicular to the axes of rotation 211, 221, 311, 321, greater than the distance between the axes of rotation 211, 221,
  • the lower side surface or, ejection ramp 242, 342 is more inclined than the upper side surface 241, 241. This is realized in the embodiments shown in FIGS.
  • the dash-dotted arrows show the tangential direction in which the solids are flushed out of the interstices of the rotary wing. These tangential directions point away from the rotary lobes of the respective opposing Drehkoibens.
  • the trajectories of the conveyed by the lower rotary piston 220, 320 solids a In an arc from the Ausiassö réelle 240, 340 in the interior of the connected pipe 260, 360.
  • the trajectories of the upper rotary piston 210th , 310 conveyed solids b also extend in an arc from the Ausiassö réelle 240, 340 in the interior of the connected pipe 260, 360.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe zur Förderung eines Feststoffe enthaltenden fluiden Mediums, mit zwei Drehkolben mit ineinandergreifenden Drehkolbenflügeln und mit jeweils einer Drehachse und einem Außenumfang, wobei die Drehachsen der beiden Drehkolben beabstandet voneinander und parallel zueinander angeordnet sind und sich die Außenumfänge der beiden Drehkolben teilweise überschneiden, und einem Gehäuse mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung sowie einer innen- und einer Außenwandung, wobei die Innenwandung des Gehäuses jeweils einen Abschnitt der Außenumfänge der Drehkolben umschließt und wobei die Drehkolbenpumpe ausgebildet ist, das Medium in einer Förderrichtung von der Einlass- zur Auslassöffnung zu fördern. Erfindungsgemäß ist die Drehkolbenpumpe dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung an der Innenwandung des Gehäuses eine maximale Auswurfausdehnung aufweist, die in einer Richtung, die parallel zur Ebene der Drehachsen und senkrecht zu den Drehachsen verläuft, größer ist als der Abstand zwischen den Drehachsen.

Description

Drehkolbenpumpe
Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe zur Förderung eines Feststoffe enthaltenden fluiden Mediums, mit zwei Drehkolben mit ineinandergreifenden Drehkolbenftügeln und mit jeweils einer Drehachse und einem Außenumfang, wobei die Drehachsen der beiden Drehkolben beabstandet voneinander und parallel zueinander angeordnet sind und sich die Außenumfänge der beiden Drehkolben teilweise überschneiden, und einem Gehäuse mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung sowie einer Innen- und einer Außenwandung, wobei die Innenwandung des Gehäuses jeweils einen Abschnitt der Außenumfänge der Drehkolben umschließt und wobei die Drehkolbenpumpe ausgebildet ist, das Medium in einer Förderrichtung von der Einlass- zur Auslassöffnung zu fördern.
Drehkolbenpumpen gehören zu den Verdrängerpumpen und weisen zwei Drehkolben mit jeweils zwei oder mehreren Drehkolbenflügein auf. Die Drehkoiben sind in einem Gehäuse angeordnet, dessen Innenwandung den Drehkoiben zugewandt ist und dessen Außenwandung die Drehkolbenpumpe nach Außen abschließt. Das Gehäuse umschließt mit seiner Innenwandung jeweils einen Abschnitt der Außenumfänge der Drehkoiben. Der von der Gehäuseaußenwandung umschlossene Abschnitt wird auch als Umschließungswinkel bezeichnet. Die Spitzen der Drehkolbenflügel können mit einer Beschichtung, vorzugsweise einer Dichtfläche aus Gummi, versehen sein, um eine Abdichtung zwischen Drehkolbenflugei und Gehäuseinnenwandung und zwischen den ineinandergreifenden Drehkolbenflügeln zu erzielen. Die Drehkoiben sind jeweils in einander entgegengesetzter Richtung um eine Drehachse rotierbar angetrieben, wobei durch die Kreisbahnen, auf der die Drehkolbenflügelspitzen drehen, jeweils ein Außenumfang der Drehkolben definiert ist. In dem Bereich, in dem die Drehkolbenflügel ineinandergreifen, überschneiden sich die beiden Außenumfänge der Drehkolben. Drehkolbenpumpen sind in der Regel symmetrisch aufgebaut, um eine Umkehr der Förderrichtung zu ermöglichen.
Drehkolbenpumpen der eingangs genannten Bauart sind beispielsweise aus DE 297 23 984 U1, DE 34 27 282 A1 , US 2,848,952, NL 101 62 83, US 3,126,834 und US 15,221 bekannt. Drehkolbenpumpen dieser Art werden auch zur Förderung von Feststoffe enthaltenden Medien eingesetzt. Durch die Einlassöffnung wird ein fluides Medium, in der Regel eine Flüssigkeit, in dem Feststoffe unterschiedlicher Art und Menge enthalten sein können, in den Überschneidungsbereich der Drehkolben zugeführt und von den Drehkolbenflügeln weitergedrängt zur Auslassöffnung. Dabei können Medien von unterschiedlicher Viskosität gefördert werden. Drehkolbenpumpen der eingangs genannten Art weisen beispielsweise Förderleistungen von ca. 3 bis 1.000 Kubikmeter pro Stunde, d.h. ca. 50 bis 16.667 Liter pro Minute, und Drücke bis ca. 6 bar auf.
Im Medium enthaltene Feststoffe werden mit dem Medium in die Zwischenräume zwischen den Drehkolbenflügeln geschwemmt und mit dem Medium in der Förderrichtung der Drehkolbenpumpe von der Einlass- zur Auslassöffnung transportiert, im Medium enthaltene Feststoffe können beispielsweise Steine, Metallteile oder andere Fremdkörper sein.
Drehkolbenpumpen werden häufig in anspruchsvollen Umgebungsbedingungen eingesetzt. Typische Einsatzgebiete für Drehkolbenpumpen sind beispielsweise Kläranlagen, Schmutz- und Abwassertechnik, Entsorgungs- und Recyclingtechnik, Papier- und Zellstoffindustrie, Bahn- und Hafenwirtschaft, Lebensmittelindustrie oder Bauwirtschaft. Drehkolbenpumpen werden u.a. eingesetzt als Schlammpumpe, Abwasserpumpe, Schmutz- oder Brauchwasserpumpe, Dickstoffpumpe, Futtermittelpumpe, mobile Pumpe, Pumpe für fremdkörperbelastete Medien, Güllepumpe, Fäkalienpumpe oder Pumpe für Schlempe und Pülpe. Diese Einsatzbedingungen erfordern eine robuste, zuverlässige und wenig empfindliche Konstruktion von Drehkolbenpumpen.
Bei existierenden Drehkolbenpumpen kommt es jedoch immer wieder zu Beschädigungen von Pumpenbestandteilen, Abschaltungen und starkem Verschleiß, da Feststoffe nicht immer voiiständig in die Drehkolbenflügelzwischenräume gelangen und dort weitergedrängt werden, sondern zwischen Drehkolbenflügel und Gehäuse oder zwischen zwei ineinandergreifende Drehkolbenflügel geraten können. Dabei können sich Feststoffe zwischen Drehkolbenflügel und Gehäuse oder zwischen zwei ineinandergreifenden Drehkolbenfiügeln der beiden Drehkolben verklemmen, was zu einer Abschaltung der Pumpe, Beschädigungen bzw. Verschleiß des Gehäuses und/oder der Drehkolben, insbesondere der Drehkolbenflügel und einer eventuell vorhandenen (Dichtungs-)Beschichtung der Spitzen der Drehkolbenflügel, führen kann. Abschaltungen führen zu ungewollten Betriebsunterbrechungen und Beschädigungen bzw. Verschleiß an Drehkolben und/oder Gehäuse führen zu einem reduzierten Wirkungsgrad der Pumpe durch einen reduzierten Förderdruck sowie höheren Kosten durch erforderliche Reparaturen bzw. den Austausch von Ersatz- und Verschleißteilen.
Um diese Nachteile zu beseitigen wird in der DE 20 2005 010 467 U1 und der DE 20 2006 020 113 U1 der Anmelderin vorgeschlagen, dass das Gehäuse auf der Einlass- und auf der Ausiassseite die Außenumfänge der Drehkolben über einen Gehäusehalbwinkel alpha von 90° hinaus (Delta alpha) umgreift, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Während durch diese Verringerung des Querschnitts der Einlass- und Auslassöffnung an der Innenwandung des Gehäuses eine Verringerung der oben genannten Nachteile erzielt werden kann, besteht jedoch weiterhin Bedarf, Drehkolbenpumpen zur weiteren Vermeidung der oben genannten Nachteile weiter zu verbessern.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehkolbenpumpe zur Förderung eines Feststoffe enthaltenden fluiden Mediums bereitzustellen, die einen oder mehrere der genannten Nachteile reduziert oder beseitigt. Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehkolbenpumpe zur Förderung eines Feststoffe enthaltenden fluiden Mediums bereitzustellen, die die Anzahl der Abschaltungen und den Verschleiß der Drehkolbenpumpe bzw. ihrer Komponenten reduziert und/oder ein Absinken des Wirkungsgrades bzw. Förderdrucks der Drehkolbenpumpe auch über eine längere Betriebsdauer hinweg bzw. unter herausfordernden Einsatzbedingungen verringert. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Auslassöffnung an der Innenwandung des Gehäuses eine maximale Auswurfausdehnung aufweist, die in einer Richtung, die parallel zur Ebene der Drehachsen und senkrecht zu den Drehachsen verläuft, größer ist als der Abstand zwischen den Drehachsen. Die Auslassöffnung ist eine Öffnung im Gehäuse, so dass die Auslassöffnung sowohl die innenwandung als auch die Außenwandung des Gehäuses durchtritt. Als Auswurfausdehnung ist die Ausdehnung der Auslassöffnung definiert, die an der Innenwandung des Gehäuses auftritt und zwar in einer Richtung, die senkrecht zu beiden Drehachsen ist und diese Drehachsen verbindet.
Häufig werden Drehkolbenpumpen in einer Betriebsstellung eingesetzt, in der die Drehachsen der Drehkolben horizontal ausgerichtet und vertikal übereinander angeordnet sind. In diesem Fall verläuft die Auswurfausdehnung in vertikaler Richtung, d.h. parallel zur Ebene der Drehachsen und senkrecht zu den Drehachsen. Es sind jedoch auch andere Betriebsstellungen von Drehkolbenpumpen möglich, beispielsweise mit vertikal ausgerichteten und horizontal nebeneinander angeordneten Drehachsen, in diesem Fall würde die Auswurfausdehnung in horizontaler Richtung verlaufen.
Erfindungsgemäß ist die Auswurfausdehnung größer als der Abstand der Drehachsen voneinander und somit größer als in den im Stand der Technik gezeigten Lösungen. Der Abschnitt des Außenumfänge, der von der Innenwandung des Gehäuses umgriffen wird, ist demnach im Bereich der Auslassöffnung kleiner als gegenüber im Stand der Technik gezeigten Lösungen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass auf der Auslassseite von existierenden Drehkolbenpumpen eine Auslass-Strömung bzw. Wirbelbildung des Mediums herrscht, die bewirkt, dass Feststoffe an der Auslassöffnung häufig zwischen die Drehkolbenflügelspitzen und das Gehäuse oder zwischen zwei ineinandergreifende Drehkolbenflügel geraten und zu Beschädigungen, Verschleiß und Abschaltungen führen können. Durch die erfändungsgemäße Ausbildung der Auswurfausdehnung werden die Feststoffe früher von den Drehkoibenflügeln freigegeben. Dies hat zur Folge, dass die tangentiale Richtung, in der die Feststoffe aus den Drehkolbenzwischenräumen ausgeschwemmt werden, von den gegenüberliegenden Drehkoibenflügeln wegführt. Dadurch verändern sich die Bewegungsbahnen der Feststoffe gegenüber existierenden Lösungen vorteilhaft in der Weise, dass die Feststoffe von den Drehkolben wegführt werden, insbesondere von Drehkoibenflügeln des jeweils gegenüberliegenden Drehkolbens. Diese Veränderung der Bewegungsbahnen der Feststoffe führt zu einer deutlichen Reduktion der Menge an Feststoffen, die an der Auslassöffnung zwischen die Drehkolbenflügelspitzen und die Gehäuseinnenwandung oder zwischen zwei ineinandergreifende Drehkolbenflügel geraten. Diese Vorteile werden insbesondere bei Feststoffen deutlich, die ein spezifisches Gewicht aufweisen, das größer ist als dasjenige des Mediums.
Durch diese erfindungsgemäße Reduzierung der Fremdkörperempfindlichkeit der Drehkolbenpumpe können insbesondere die Anzahl der Abschaltungen der Drehkolbenpumpe und der Drehkolbenverschleiß reduziert sowie ein Absinken des Förderdrucks der Drehkolbenpumpe auch bei hohem Feststoffanteil im Medium verringert werden. Weiterhin können durch die erfindungsgemäße Lösung die Lebensdauer der Drehkolbenpumpe verlängert und die Reparatur- und Wartungskosten der Drehkolbenpumpe reduziert werden. Der Querschnitt der Auswurfausdehnung kann beliebig geformt sein, beispielsweise kreisförmig oder oval. Es ist bevorzugt, dass die Auswurfausdehnung entlang der gesamten Breite der Auslassöffnung größer ist als der Abstand zwischen den Drehachsen, da auch bei auch bei einer Auswurfdehnung, die abschnittsweise kleiner ist als der Abstand zwischen den Drehachsen, der positive Effekt auf die Bewegungsbahnen der Feststoffe abnimmt. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Auslassöffnung einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweist, bei dem die Auswurfausdehnung über die gesamte Breite der Auslassöffnung im Wesentlichen konstant ist.
Die Erfindung wird vorzugsweise dadurch fortgebildet, dass die Auswurfausdehnung größer ist als eine Ausdehnung der Einlassöffnung an der Innenwandung des Gehäuses in einer Richtung, die parallel zur Ebene der Drehachsen und senkrecht zu den Drehachsen verläuft. Diese Fortbildung gibt damit den symmetrischen Aufbau der Drehkolbenpumpe mit gleich ausgestalteter Einlass- und Auslassöffnung auf, da sowohl die Reduzierung des Umschließungswinkeis im Bereich der Auslassöffnung als auch ein größerer Umschließungswinke! im Bereich der Einlassöffnung das Einklemmen von Feststoffen zwischen den Drehkolbenffügelspitzen und der Gehäuseinnenwandung oder zwischen zwei ineinandergreifenden Drehkolbenflügeln reduzieren. Da sich die Strömungsverhältnisse, beispielsweise auch hinsichtlich der Wirbelbildung, auf der Einlassseite der Drehkolbenpumpe, auf der das Medium angesogen wird, von denen auf der Auslassseite der Drehkolbenpumpe, auf der das Medium mit Druck heraus gedrängt wird, unterscheiden, ist auch eine unterschiedliche, den Strömungs- und Druckverhältnissen angepasste Ausbildung der Einlass- und Ausiassöffnung von Vorteil, um das Einklemmen von Feststoffen sowohl an der Einlass- als auch an der Auslassöffnung zu verhindern oder zu verringern. Die Erfindung wird vorzugsweise dadurch fortgebildet, dass sich der Querschnitt der Auslassöffnung von der Innenwandung des Gehäuses zur Außenwandung des Gehäuses hin verjüngt. In dieser Fortbildungsform ist der Querschnitt der Auslassöffnung an der innenwandung des Gehäuses größer als der Querschnitt der Auslassöffnung an der Außenwandung des Gehäuses.
Bei der Ausbildung der Auslassöffnung im Gehäuse entstehen zwischen der Innen- und der Außenwandung des Gehäuses entlang des Umfangs der Auslassöffnung Seitenflächen der Auslassöffnung, die auch ais Auswurframpen bezeichnet werden können. In dieser Fortbildungsform ist mindestens eine der Auswurframpen derart geneigt, dass sich die Auslassöffnung in Richtung der Förderrichtung der Drehkolbenpumpe verjüngt. Durch eine solche Verjüngung der Auslassöffnung in Förderrichtung werden Abrissströmungen und Wirbeibildungen im Bereich der Auslassöffnung reduziert. Dadurch wird eine Lenkung der Feststoffe in Bewegungsbahnen, die ein Festklemmen der Feststoffe zwischen Drehkolbenflügelspitzen und Gehäuse oder zwischen zwei ineinandergreifenden Drehkolbenfiügeln verhindert bzw. verringert, in vorteilhafter Weise verstärkt. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Auswurframpen können daher auch die durch die Reduzierung des Umschließungswinkels erreichten Vorteile weiter verstärkt werden.
Besonders bevorzugt ist eine Fortbildungsform, bei der in der Betriebsstellung der Drehkolbenpumpe die Drehachsen der Drehkolben horizontal ausgerichtet und vertikal übereinander angeordnet sind. In diesem Fall verläuft die Auswurfausdehnung in vertikaler Richtung. Weiterhin ist in einer solchen Fortbildungsform ein rechteckiger oder quadratischer Querschnitt der Auslassöffnung besonders bevorzugt, bei dem die untere und die obere Seitenflächen bzw. Auswurframpen in Förderrichtung zur Mittelachse der Auslassöffnung hin geneigt sind. Die Breite der Auslassöffnung kann an der Innenwandung des Gehäuses genauso groß sein wie an der Außenwandung des Gehäuses, so dass sich keine Neigung der Seitenflächen ergibt.
Die Erfindung wird vorzugsweise dadurch fortgebildet, dass die Auslassöffnung an der Außenwandung des Gehäuses eine Ausdehnung aufweist, die in einer Richtung, die parallel zur Ebene der Drehachsen und senkrecht zu den Drehachsen verläuft, maximal dem Abstand zwischen den Drehachsen entspricht. Besonders bevorzugt ist es, dass die Auslassöffnung an der Außenwandung des Gehäuses eine Ausdehnung aufweist, die in einer Richtung, die parallel zur Ebene der Drehachsen und senkrecht zu den Drehachsen verläuft, kleiner ist als der Abstand zwischen den Drehachsen. Diese Ausgestaltungen der Auswurframpen sind besonders vorteilhaft in Bezug auf die Beeinflussung der Bewegungsbahnen der Feststoffe, so dass ein Festklemmen der Feststoffe zwischen den Drehkolbenflügelspitzen und dem Gehäuse oder zwischen zwei ineinandergreifenden Drehkolbenflügeln in noch zuverlässigerer Weise verhindert werden kann.
Eine weitere bevorzugte Fortbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen die Auslassöffnung umgebenden Rohranschlussflansch mit einer Mittelachse, die zur einer Mittelachse der Auslassöffnung an der Außenwandung des Gehäuses versetzt angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist es, dass in einer Betriebssteilung der Drehkolbenpumpe die Drehachsen der beiden Drehko!ben horizontal ausgerichtet und vertikal übereinander angeordnet sind und die Mittelachse des Rohranschlussfiansches gegenüber der Mittelachse der Ausiassöffnung an der Außenwandung des Gehäuses in vertikaler Richtung nach unten versetzt ist.
Zum Anschluss der Drehkolbenpumpe in ein Rohrleitungssystem, in dem das zu pumpende Medium verläuft, weist die Drehkolbenpumpe vorzugsweise einen Rohranschlussflansch auf. Der Rohranschlussflansch weist vorzugsweise Anschlussmittel auf, an denen eine anzuschließende Rohrleitung bzw. ein Schlauch o.ä. befestigt werden kann. Der Rohranschlussflansch umgibt vorzugsweise die Auslassöffnung, damit der vollständige Querschnitt der Auslassöffnung mit dem Inneren eines anzuschließenden Rohres in Fluldverbindung steht, Erfindungsgemäß ist der Rohranschlussfiansch vorzugsweise jedoch nicht konzentrisch zu der Auslassöffnung an der Außenwandung des Gehäuses angeordnet, sondern versetzt. Dadurch entsteht ein Versatz zwischen der Auslassöffnung und der an dem Rohranschlussfiansch anzuschließenden Rohrleitung. Dieser Versatz kann in vorteilhafter Weise als Barriere für Feststoffe dienen und diese daran hindern, nach dem Verlassen der Auslassöffnung wieder in die Auslassöffnung bzw. zwischen die Drehkolbenflügelspttzen und das Gehäuse oder zwischen zwei ineinandergreifende Drehkolbenflügel zurückgeschwemmt zu werden. Dadurch werden die Fremdkörperempfindlichkeit sowie die Reparatur- und Wartungskosten der Drehkolbenpumpe weiter reduziert und die Lebensdauer der Drehkolbenpumpe weiter erhöht.
Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn in einer Betriebsstellung der Drehkolbenpumpe, in der die Drehachsen der beiden Drehkolben horizontal ausgerichtet und vertikal übereinander angeordnet sind, die untere Auswurframpe der Auslassöffnung stärker geneigt ist als die obere Auswurframpe, so dass sich insbesondere an der unteren Auswurframpe der Auslassöffnung ein vertikaler Versatz zu einer anzuschließenden Rohrleitung ergibt, d.h. dass die untere Auswurframpe der Auslassöffnung an der Gehäuseaußenwandung oberhalb einer unteren Wandung einer anzuschließenden Rohrleitung angeordnet ist. Auf diese Weise bildet der Versatz zwischen Auslassöffnung und anzuschließender Rohrleitung ein Hindernis für Feststoffe, die die Auslassöffnung verlassen haben und sich aufgrund der Schwerkrafteinwirkung oder aufgrund von Strömungen bzw. Wirbeln im Medium im unteren Bereich einer anzuschließenden Rohrleitung befinden, so dass die Feststoffe nicht oder nur erschwert wieder in die Auslassöffnung gelangen können.
Die Erfindung wird vorzugsweise dadurch fortgebildet, dass das Gehäuse einen Grundrahmen mit zwei Aufnahmen sowie zwei in den Aufnahmen auswechselbar montierbare Flansche aufweist, wobei einer der beiden Flansche als die Auslassöffnung umfassender Auslassfiansch und der andere der beiden Flansche als die Einlassöffnung umfassender Einlassflansch ausgebildet ist. Die Erfindung wird vorzugsweise weiterhin dadurch fortgebildet, dass die beiden Flansche und/oder die beiden Aufnahmen derart ausgebildet sind, dass jeder der beiden Flansche sowohl in der einen als auch in der anderen Aufnahme montierbar sind.
Durch die unterschiedliche Ausgestaltung von Einlass- und Auslassöffnung wird eine optimale Förderrichtung der Drehkolbenpumpe von der Einlass- zur Auslassöffnung festgelegt. Eine umgekehrte Förderrichtung ist bei dieser Ausgestaltung von Einlass- und Auslassöffnung zwar möglich, jedoch unvorteilhaft, da dabei ein erhöhtes Risiko für das Einklemmen von Feststoffen zwischen den Drehkolbenflügelspitzen und dem Gehäuse oder zwischen zwei ineinandergreifenden Drehkolbenflügeln besteht. !n einigen Anwendungen ist es jedoch vorteilhaft und gewünscht, die Förder ichtung einer Drehkolbenpumpe wechseln zu können, beispielsweise wenn Medien in unterschiedliche Richtungen gefördert werden müssen oder um Verstopfungen zu lösen, in der erfindungsgemäßen Fortbildung ist daher vorgesehen, das Gehäuse modular aufzubauen mit einem Grundrahmen, der zwei Ausnehmungen bzw. Aufnahmen aufweist, in die jeweils ein Flansch eingesetzt werden kann. Ein Flansch umfasst vorzugsweise die Einlass- bzw. die Aus las soff nung und ggf. auch den die Auslassöffnung umgebenden Rohranschiussflansch. In besonders bevorzugter Weise weisen die beiden Flansche und/oder die beiden Aufnahmen eine Geometrie auf, die es ermöglicht, jeden der beiden Flansche in jede der beiden Aufnahmen zu montieren. Wenn beide Flansche in den Aufnahmen lösbar befestigbar sind, kann durch Vertauschen der beiden Flansche auch die optimale Förderrichtung umgekehrt werden. Um eine einfache Handhabung und damit eine schnelle und einfache Umkehr der Förderrichtung zu gewährleisten ist es besonders bevorzugt, wenn die Befestigung der Flansche in den Ausnahmen mittels Schnellspannverschlüssen erfolgt.
Auf diese Weise können die Vorteile einer asymmetrischen Ausgestaltung von Einlass- und Auslassöffnung mit den Vorteilen einer umkehrbaren Förderrichtung kombiniert werden.
Die Erfindung wird vorzugsweise dadurch fortgebildet, dass die beiden Aufnahmen zueinander an einer durch den Grundrahmen verlaufenden Symmetriefiäche gespiegelt ausgebildet sind. Diese Fortbildungsform ist besonders bevorzugt, da eine spiegelbildliche Ausgestaltung der Aufnahmen und vorzugsweise auch eine spiegelbildliche Ausgestaltung der Außengeometrie der Flansche ein besonders einfaches Austauschen der Flansche ermöglicht. Die Erfindung wird vorzugsweise dadurch fortgebildet, dass die Auslassöffnung mindestens ein bewegliches Stellelement aufweist, das zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung derart verstellbar ist, dass die Förderrichtung bei einer Anordnung des Stellelements in der ersten Stellung der Förderrichtung bei einer Anordnung des Stelielements in der zweiten Stellung entgegengesetzt ist. Die Erfindung wird weiterhin vorzugsweise dadurch fortgebildet, dass die EiniassÖffnung mindestens ein bewegliches Stellelement aufweist, das zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung derart verstellbar ist, dass die Förderrichtung bei einer Anordnung des Stellelements in der ersten Stellung der Förderrichtung bei einer Anordnung des Stellelements In der zweiten Stellung entgegengesetzt ist. In diesen Fortbildungsformen ist es demnach bevorzugt, alternativ oder in Ergänzung zu einer Fortbildungsform mit auswechselbar montierbaren Flanschen die Geometrie der Ausiass- bzw. Einlassöffnung variabel zu gestalten. Besonders bevorzugt ist es, die Auslassöffnung durch das mindestens eine bewegliche Stellelement derart verändern zu können, dass sie in der zweiten Stellung des Stelielements die Geometrie einer Einlassöffnung aufweist. Weiterhin bevorzugt ist es, die Einlassöffnung durch das mindestens eine bewegliche Stellelement derart verändern zu können, dass sie in der zweiten Stellung des Stellelements die Geometrie einer Auslassöffnung aufweist. Auf diese Weise kann die Förderrlchtung der Drehkoibenpumpe umgekehrt werden, indem das bzw. die Steilelemente von einer ersten Stellung in die zweite Stellung gebracht wird bzw. werden. Dies ermöglicht eine besonders einfache Umkehr der Förderrichtung, da kein Auswechseln von Bauteilen erforderlich ist. Gleichzeitig können die Vorteile einer asymmetrischen Ausgestaltung von Einlass- und Auslassöffnung mit den Vorteilen einer umkehrbaren Förderrichtung kombiniert werden.
Die Erfindung wird vorzugsweise dadurch fortgebildet, dass das Stellelement der Auslassöffnung eine Druckangriffsfläche aufweist, die derart ausgebildet ist, dass das Stellelement bei einem ersten Druck des Mediums an der Auslassöffnung in der ersten Stellung und bei einem zweiten Druck des Mediums an der Auslassöffnung in der zweiten Stellung angeordnet ist, wobei vorzugsweise der zweite Druck ein Unterdruck ist. Eine weitere bevorzugte Fortbildungsform sieht einen Drucksensor vor, der ausgebildet ist, den Druck des Mediums an der AusiassÖffnung zu detektieren und derart mit dem Ste!lelement der Auslassöffnung gekoppelt ist, dass das Stellelement bei einem ersten Druck des Mediums an der Auslassöffnung in der ersten Stellung und bei einem zweiten Druck des Mediums an der Auslassöffnung in der zweiten Stefiung angeordnet ist. Die Erfindung wird vorzugsweise weiterhin dadurch fortgebildet, dass das Stellelement der Efnlassöffnung eine Druckangriffsfläche aufweist, die derart ausgebildet ist, dass das Stellelement bei einem ersten Druck des Mediums an der Einlassöffnung in der zweiten Stellung und bei einem zweiten Druck des Mediums an der Einlassöffnung in der ersten Stellung angeordnet ist, wobei vorzugsweise der zweite Druck ein Unterdruck ist. Eine weitere bevorzugte Fortbildungsform sieht einen Drucksensor vor, der ausgebildet ist, den Druck des Mediums an der Einlassöffnung zu detektieren und derart mit dem Stellelement der Einlassöffnung gekoppelt ist, dass das Steilelement bei einem ersten Druck des Mediums an der Einlassöffnung in der zweiten Stellung und bei einem zweiten Druck des Mediums an der Einlassöffnung in der ersten Stellung angeordnet ist. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Drucksensor zur Detektion des Drucks des Mediums an der Einlassöffnung identisch ist mit dem Drucksensor zur Detektion des Drucks des Mediums an der Auslassöffnung. Diese erfindungsgemäßen Fortbildungen nutzen in vorteilhafter Weise die an einer Drehkolbenpumpe auf der Einlass- und auf der Auslassseite vorherrschenden unterschiedlichen Druckverhältnisse im Medium. Einfassseitig herrscht ein als zweiter Druck bezeichneter Unterdruck bzw. Sog im Medium, auslassseitig hingegen ein als erster Druck bezeichneter positiver Druck. Bei Umkehr der Förderrichtung ändern sich auch diese Druckverhältnisse entsprechend. Durch die Aktivierung des Stelleiements bzw. der Stellelemente in Abhängigkeit von diesen Druckverhältnissen kann auf einfache Weise eine der Förderrichtung angepasste Geometrie der Einlass- und Auslassöffnung gewährleistet werden. Die Kopplung des Stellelements bzw. der Stellelemente an den Druck des Mediums kann mechanisch oder über einen oder mehrere Sensoren erfolgen.
Die Erfindung wird vorzugsweise dadurch fortgebildet, dass mindestens eines der Stellelemente derart mit mindestens einem der Drehkolben gekoppelt ist, dass das Stellelement bzw. die Steiielemente bei einer ersten Drehrichtung des Drehkolbens in der ersten Stellung und bei einer zweiten Drehrichtung des Drehkolbens in der zweiten Stellung angeordnet ist bzw. sind.
Eine weitere Möglichkeit der Aktivierung des Stellelements bzw. der Stellelemente ist die in dieser Fortbildungsform vorgesehene Kopplung mit der Drehrichtung eines der oder beider Drehkolben. Bei Umkehr der Förderrichtung ändert sich auch die Drehrichtung der Drehkoiben, so dass bei einer, vorzugsweise mechanisch oder sensorisch ausgebildeten, Kopplung des Stellelements bzw. der Stellelemente an die Drehrichtung eine drehrichtungs- und damit förderrichtungsabhängige Geometrieveränderung von Einlassund Auslassöffnung ermöglicht wird.
Die Erfindung wird vorzugsweise dadurch fortgebildet, dass mindestens eines der Stelletemente derart mit einer Schallvorrichtung zur Einstellung der Förderrichtung der Drehkolbenpumpe gekoppelt ist, dass das Stelielement bzw. die Steilelemente bei einer ersten Förderrichtung der Drehkolbenpumpe in der ersten Stellung und bei einer zweiten Förderrichtung der Drehkolbenpumpe in der zweiten Stellung angeordnet ist bzw. sind.
Eine weitere Möglichkeit der Aktivierung des Stelleiements bzw. der Stellelemente ist die in dieser Fortbiidungsform vorgesehene Kopplung mit der Schaltvorrichtung der Drehkolbenpumpe, mit der die Förderrichtung umschaltbar ist. Über eine mechanische oder sensorische Kopplung des Stellelements bzw. der Stellelemente mit der Schalterstellung der Schaltvorrichtung kann eine direkte Abhängigkeit der Einlass- bzw. Auslassöffnungsgeometrie von der Förderrichtung erzielt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 : Einen Querschnitt durch eine Drehkolbenpumpe gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2: einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe und Fig. 3: einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen erfindungsgemäße Drehkolbenpumpe.
Fig. 1 zeigt den Stand der Technik mit einer Drehkoibenpumpe 100 mit zwei Drehkolben 110, 120 und einem Gehäuse 130. Die beiden Drehkolben 110, 120 weisen jeweils eine Drehachse 111, 121 und vier Drehkolbenflügel 112, 122 auf. Das Gehäuse 130 hat eine die Außenumfänge der Drehkolben 110, 120 abschnittsweise umschließende Innenwandung 131 und eine die Drehkolbenpumpe nach außen abschließende Außenwandung 132 sowie Standfüße 133, 134. Das Gehäuse 130 weist eine Einlassöffnung 150 und eine Ausiassöffnung 140 auf. Die Auslassöffnung 140 ist von einem Rohranschiussflansch 143 umgeben, an den eine Rohrleitung 160 mit einer oberen Wandung 161, einer unteren Wandung 162 und einer Mittelachse 163 angeschlossen ist. Die Mittelachse 163 der Rohrleitung 160 entspricht der Mittelachse des Rohranschfussflansches 143. Auch die Einlassöffnung 150 ist von einem weiteren Rohranschlussflansch 153 umgeben, an den eine weitere Rohrleitung 170 mit einer oberen Wandung 171 , einer unteren Wandung 172 und einer Mittelachse 173 angeschlossen ist.
Für die Förderung eines Mediums in Richtung von der Einlassöffnung 150 zur Auslassöffnung 140 drehen die Drehkolben 10, 120 in die Drehrichtungen 113, 123. Die Einlassöffnung 150 und die Austassöffnung 140 verjüngen sich jeweils zur Innenwandung 131 des Gehäuses hin und sind zur Spiegelfläche SF spiegelsymmetrisch ausgebildet. Zwischen der Innenwandung 131 und der Außenwandung 132 bilden die Einlass- und Austassöffnung Seitenflächen 141, 42, 151, 152.
Der Umschließungswinkef des Gehäuses beträgt sowohl im Bereich der Einlass- ais auch im Bereich der Auslassöffnung alpha plus Delta alpha, d.h. die Innenwandung des Gehäuses umschließt jeweils einen Abschnitt des Außenumfangs eines Drehkolbens von 2 x alpha plus 2 x Delta alpha. Eine solche spiegelsymmetrische Ausgestaltung der Einlass- und der Auslassöffnung sind vorteilhaft hinsichtlich einer möglichen Umschaltung der Förderrichtung der Drehkolbenpumpe. Diese Lösung gemäß dem Stand der Technik ist jedoch hinsichtlich Fremdkörperempfindlichkeit, Abschalthäufigkeit, Druckverlust, Verschleiß, Lebensdauer, Reparatur- und Wartungskosten weiter zu verbessern.
Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen erfindungsgemäßer Drehkolbenpumpen. Funktionsgleiche oder -ähnliche Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen plus 100 (Fig. 2) bzw. plus 200 (Fig. 3) gegenüber Fig. 1 bezeichnet. Im Folgenden wird vor allem auf die Unterschiede der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpen gemäß Fig. 2 und 3 gegenüber der Drehkolbenpumpe im Stand der Technik gemäß Fig. 1 sowie auf die Unterschiede zwischen den beiden erfindungsgemäßen Varianten in den Fig. 2 und 3 eingegangen.
Die Fig. 2 und 3 unterscheiden sich von der im Stand der Technik gemäß Fig. 1 gezeigten Lösung durch die Ausgestaltung der Auslassöffnung 240, 340. Die Auslassöffnungen 240, 340 sind in den beiden Varianten gemäß Fig. 2 und 3 gleich ausgebildet. Fig. 2 und 3 unterscheiden sich darin, dass die Einlassöffnung 250 gemäß Fig. 2 der Einlassöffnung 150 nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 entspricht, wohingegen Fig. 3 eine Einlassöffnung 350 zeigt, die sich sowohl vom Stand der Technik gemäß Fig. 1 als auch von der erfindungsgemäßen Variante von Fig. 2 unterscheidet.
Die unterschiedliche Ausgestaltung der Einlassöffnungen 250, 350 in den Fig. 2 und 3 wird insbesondere durch das unterschiedliche Einströmungsverhalten des Mediums deutlich, das schematisch mit den Pfeilen im Bereich der Einfassöffnungen 250, 350 dargestellt ist. Durch die Verjüngung der Einlassöffnung 250 in Richtung der innenwandung 231 des Gehäuses 230 in Fig. 2 wird das Medium mittig zwischen die beiden Drehkolben 210, 220 geführt. In der sich nicht verjüngenden Einiassöffnung 350 in Fig. 3 strömt das Medium hingegen über den gesamten Querschnitt der Einlassöffnung 350 auf einen breiteren Bereich der beiden Drehkolben 310, 320 zu.
Die Auslassöffnungen 240, 340 der Fig. 2 und 3 verjüngen sich erfindungsgemäß in Förderrichtung, d.h. in Richtung von der Innenwandung 231, 331 zur Außenwandung 232, 332 des Gehäuses 230, 330. Die Kreisbahnen, auf denen die Spitzen der Drehkolbenflügel 212, 222, 312, 322 drehen, definieren die Außenumfänge 214, 224, 314, 324 der Drehkolben, die sich teilweise überschneiden. Der Umschließungswinkel der Innenwandung 231, 331 des Gehäuses beträgt auf der Auslassseite der Drehkolbenpumpe oben und unten jeweils beta minus Delta beta. Die Auswurfausdehnung der Auslassöffnung 240, 340 ist somit in einer Richtung, die parallel zur Ebene der Drehachsen 211, 221, 311, 321 und senkrecht zu den Drehachsen 211, 221 , 311 , 321 verläuft, größer als der Abstand zwischen den Drehachsen 211 , 221 , 311, 321. Dabei ist die untere Seitenfläche bzw, Auswurframpe 242, 342 stärker geneigt als die obere Seitenfläche 241 , 241. Dies wird in den in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsvarianten dadurch realisiert, dass die obere Auswurframpe 241, 341 der Auslassöffnung 240, 340 an der Aufienwandung 232, 332 des Gehäuses 230, 330 auf Höhe der Drehachse 211, 311 des oberen Drehkolbens 210, 310 abschließt und die untere Auswurframpe 242, 342 der Auslassöffnung 240, 340 an der Außenwandung 232, 332 des Gehäuses 230, 330 erst bei einem Winkel von beta plus Delta rho endet. Dadurch entsteht ein vertikaler Versatz V zwischen der Ausiassöffnung 240, 340 und der unteren Wandung 262, 362 der angeschlossenen Rohrleitung 260, 360, der als Barriere für die Feststoffe a, b dient. Die strichpunktierten Pfeile zeigen die tangentiale Richtung, in der die Feststoffe aus den Zwischenräumen der Drehkolbenflügel ausgeschwemmt werden. Diese tangentialen Richtungen weisen von den Drehkolbenflügeln des jeweils gegenüberliegenden Drehkoibens weg. Wie durch die punktierten Pfeile zu erkennen ist, verlaufen die Bewegungsbahnen der von dem unteren Drehkolben 220, 320 geförderten Feststoffe a In einem Bogen aus der Ausiassöffnung 240, 340 in das Innere der angeschlossenen Rohrleitung 260, 360. Die Bewegungsbahnen der von dem oberen Drehkolben 210, 310 geförderten Feststoffe b verlaufen ebenfalls in einem Bogen aus der Ausiassöffnung 240, 340 in das Innere der angeschlossenen Rohrleitung 260, 360. Diese durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Auslassöffnungen erreichten Bewegungsbahnen der Feststoffe reduzieren das Einklemmen von Feststoffen in der Drehkolbenpumpe erheblich und verbessern damit Fremdkörperempfindlichkeit, Abschalthäufigkeit, Druckverlust, Verschleiß, Lebensdauer, Reparatur- und Wartungskosten der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe gegenüber dem Stand der Technik.

Claims

ANSPRÜCHE
Drehkolbenpumpe (200, 300) zur Förderung eines Feststoffe (a,b) enthaltenden fluiden Mediums,
mit zwei Drehkolben (210, 220) mit ineinandergreifenden Drehkoibenfiügein (222, 322) und mit jeweils einer Drehachse (221, 321) und einem Außenumfang (224, 324), wobei die Drehachsen der beiden Drehkolben beabstandet voneinander und parallel zueinander angeordnet sind und sich die Außenumfänge der beiden Drehkolben teilweise überschneiden, und einem Gehäuse (230, 330) mit einer Einlassöffnung (250, 350) und einer Ausiassöffnung (240, 340) sowie einer Innen- (231, 331) und einer Außenwandung (232, 332), wobei die innenwandung des Gehäuses jeweils einen Abschnitt der Außenumfänge der Drehkolben umschließt und wobei die Drehkolbenpumpe ausgebildet ist, das Medium in einer Förderrichtung von der Einlass- zur Auslassöffnung zu fördern,
dadurch gekennzeichnet, dass in einer Richtung, die parallel zur Ebene der Drehachsen (221, 321) und senkrecht zu den Drehachsen verläuft, die Auslassöffnung an der Innenwandung des Gehäuses eine maximale Auswurfausdehnung aufweist, die größer ist als eine maximale Ausdehnung der Einlassöffnung (250, 350) an der Innenwandung (231, 331) des Gehäuses (230, 330).
Drehkolbenpumpe (200, 300) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung an der innenwandung des Gehäuses eine maximale Auswurfausdehnung aufweist, die in einer Richtung, die parallel zur Ebene der Drehachsen und senkrecht zu den Drehachsen verläuft, größer ist als der Abstand zwischen den Drehachsen.
Drehkolbenpumpe (200, 300) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt der Auslassöffnung (240, 340) von der Innenwandung (231, 331) des Gehäuses (230, 330) zur Außenwandung (232, 332) des Gehäuses (230, 330) hin verjüngt.
Drehkolbenpumpe (200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (240, 340) an der Außenwandung (232, 332) des Gehäuses (230, 330) eine Ausdehnung aufweist, die in einer Richtung, die parallel zur Ebene der Drehachsen (221 , 321) und senkrecht zu den Drehachsen verläuft, maximal dem Abstand zwischen den Drehachsen entspricht.
Drehkolbenpumpe (200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen die Auslassöffnung (240, 340) umgebenden Rohranschlussflansch (243, 343) mit einer Mittelachse (263, 363), die zu einer Mittelachse der Auslassöffnung an der Außenwandung (232, 332) des Gehäuses (230, 330) versetzt angeordnet ist, wobei vorzugsweise in einer Betriebsstellung der Drehkolbenpumpe die Drehachsen (221, 321) der beiden Drehkolben horizontal ausgerichtet und vertikal übereinander angeordnet sind und die Mittelachse (263, 363) des Rohranschlussflansches (243, 343) gegenüber der Mittelachse der Auslassöffnung (240, 340) an der Außenwandung (232, 332) des Gehäuses (230, 330) in vertikaler Richtung nach unten versetzt ist.
Drehkolbenpumpe (200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen Grundrahmen mit zwei Aufnahmen sowie zwei in den Aufnahmen auswechselbar montierbare Flansche aufweist, wobei einer der beiden Flansche als die Auslassöffnung (240, 340) umfassender Auslassflansch und der andere der beiden Flansche als die Einlassöffnung (250, 350) umfassender Einlassflansch ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die beiden Flansche und/oder die beiden Aufnahmen derart ausgebildet sind, dass jeder der beiden Flansche sowohl in der einen als auch in der anderen Aufnahme montierbar sind.
Drehkolbenpumpe (200, 300) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Aufnahmen zueinander an einer durch den Grundrahmen verlaufenden Symmetriefiäche gespiegelt ausgebildet sind.
Drehkolbenpumpe (200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (240, 340) mindestens ein bewegliches Stellelement aufweist, das zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung derart verstellbar ist, dass die Förderrichtung bei einer Anordnung des Stellelements in der ersten Stellung der Förderrichtung bei einer Anordnung des Stellelements in der zweiten Stellung entgegengesetzt ist.
Drehkolbenpumpe (200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einiassöffnung (250, 350) mindestens ein bewegliches Stellelement aufweist, das zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung derart verstellbar ist, dass die Förderrichtung bei einer Anordnung des Stellelements in der ersten Stellung der Förderrichtung bei einer Anordnung des Stelielements in der zweiten Stellung entgegengesetzt ist.
10. Drehkolbenpumpe (200, 300) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement der Ausiassöffnung (240, 340) eine Druckangriffsfläche aufweist, die derart ausgebildet ist, dass das Stellelement bei einem ersten Druck des Mediums an der Ausiassöffnung in der ersten Stellung und bei einem zweiten Druck des Mediums an der Ausiassöffnung in der zweiten Stellung angeordnet ist, wobei vorzugsweise der zweite Druck ein Unterdruck ist.
11. Drehkolbenpumpe (200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement der Einlassöffnung (250, 350) eine Druckangriffsfläche aufweist, die derart ausgebildet ist, dass das Stelielement bei einem ersten Druck des Mediums an der Einiassöffnung in der zweiten Stellung und bei einem zweiten Druck des Mediums an der Einiassöffnung in der ersten Stellung angeordnet ist, wobei vorzugsweise der zweite Druck ein Unterdruck ist.
12. Drehkolbenpumpe (200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Stellelemente derart mit mindestens einem der Drehkolben gekoppelt ist, dass das Stellelement bzw. die
Stelleiemente bei einer ersten Drehrichtung (213, 313) des Drehkolbens (210, 310) in der ersten Stellung und bei einer zweiten Drehrichtung des Drehkolbens in der zweiten Stellung angeordnet ist bzw. sind. 13. Drehkoibenpumpe (200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Stellelemente derart mit einer Schaltvorrichtung zur Einstellung der Förderrichtung der Drehkolbenpumpe gekoppelt ist, dass das Stelielement bzw. die Stellelemente bei einer ersten Förderrichtung der Drehkolbenpumpe in der ersten Stellung und bei einer zweiten Förderrichtung der Drehkolbenpumpe in der zweiten Stellung angeordnet ist bzw. sind.
Drehkolbenpumpe (200, 300) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung an der Innenwandung des Gehäuses eine maximale Auswurfausdehnung aufweist, die in einer Richtung, die parallel zur Ebene der Drehachsen und senkrecht zu den Drehachsen verläuft, größer ist als der Abstand zwischen den Drehachsen. 15. Drehkolbenpumpe (200, 300) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass die Drehkolbenpumpe mit den Merkmalen nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 13 weitergebildet ist.
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