JP2742727B2

JP2742727B2 - 斜板式ポンプ

Info

Publication number: JP2742727B2
Application number: JP5505738A
Authority: JP
Inventors: ヘンク，トーマス
Original assignee: KSB SE and Co KGaA
Current assignee: KSB SE and Co KGaA
Priority date: 1991-09-23
Filing date: 1992-09-08
Publication date: 1998-04-22
Anticipated expiration: 2013-04-22
Also published as: EP0605471B1; WO1993006371A1; EP0605471A1; DE59202979D1; ATE125334T1; JPH06506750A; KR100236027B1; CA2117201C; US5454699A; CA2117201A1; KR940702589A; DK0605471T3; DE4131628A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明の基礎となる斜板式ポンプは次の原理で動作す
る。駆動軸が回ると、駆動軸の中心を中心とする円錐を
描くように、斜板軸が運動する。この円錐の中心軸線に
対して斜板の軸が傾斜位置にあるので、斜板軸に対して
垂直に位置する斜板は、斜板を収容するポンプ室の中
で、この中心軸線上に位置する揺動中心点を中心として
揺動運動を行う。斜板を貫通しこの軸方向で延在する中
間壁が、ポンプ室を吸込側部分と吐出側部分とに分割し
ている。斜板が運動するとポンプ室の中に、斜板と中間
壁で分けられ、回転し容積が変化する２つの搬送室が形
成される。

ドイツ特許出願公告第DE−Ｂ−1090966号公報から、
斜板がポンプ室の中に配置され、ポンプ室の斜板に対向
して位置するケーシング壁面が円錐形に形成されている
この形式の斜板式ポンプが公知である。ポンプ室の平面
は、駆動軸の平面に垂直に延在する。ポンプ室の中に斜
めに配置されている斜板により斜板の両側に、容積が可
変の搬送室が形成される。ポンプ室の中を運動する斜板
は円形リングとして形成されている。これの一番内側部
分は斜板の球面上に配置されている。この球面は、ポン
プ室を包囲するポンプケーシングに整合して形成されて
いる対向面の中に支承されている。これらの支承面の間
に搬送媒体がポンプ室から流出し、斜板軸を包囲する室
の中に流入し、そこから外部へ流出するので、これを防
止するため斜板ハブと斜板軸軸受との間に弾性のベロー
ズ密封部材が設けられている。このベローズの一端は、
定置のポンプケーシングに接続され、他端は、斜板軸の
回りにはめ込まれているスリーブに固定され、両端は静
的に密封されている。

これらの斜板式ポンプにおいては、搬送媒体が供給さ
れる室の周囲に対する気密密封は実現されているが、し
かしこの構造に起因して、ポンプ室と、ポンプの中に設
けられ斜板軸を包囲する室との間の液体交換が僅かしか
行われない空間が形成される。従ってこの空間はデッド
スペースであり、搬送媒体が集積してほぼ不動に滞留す
る。例えば食料品及び衛生管理の要求が厳しいその他の
物質等の劣化しやすい製品を搬送するためにはこの構造
は不適切である。デッドスペースは、ポンプが停止する
都度にケーシングを開放して洗浄しなければならない。
そうしないと、デッドスペースの中に残った媒体が腐敗
して細菌が発生し、搬送媒体が損なわれる。

第１項に記載の本発明は、例えば食料品又は生物学的
溶液等の短時間での処理を必要とし経時変化する媒体の
搬送のための自浄能力の高い斜板式ポンプを提供すると
の問題が基礎となっている。

この問題は、請求項１に記載の手段により解決され
る。

本発明により得られる利点によりこのポンプをバイオ
テクノロジー、食料品技術又は劣化しやすい媒体を搬送
するために使用することが可能となる。側方空間が貫流
されるので、ポンプは組込み状態で殺菌可能である。さ
らに本発明では、ポンプ室からの搬送媒体が漏洩して流
入できる空間、例えば側方空間の全てが、導管、チャネ
ル等によりポンプ又は搬送媒体の導管系の中に組込ま
れ、そこを搬送媒体が連続的又は規則的に貫流する。こ
れによりポンプから漏洩した流体も搬送され、搬送媒体
の粒子の沈澱を阻止または少なくとも制限することがで
きる。この結果、搬送媒体に接触するすべての構成部分
を解体せずに完全に自動的に洗浄することが保証され
る。

洗浄のためには、ポンプにより洗浄液を搬送し、これ
によりケーシングからすべての製品残留物を排出するだ
けでよい。

第２項〜第４項の実施例は、ポンプ室及び側方空間の
貫流の異なる順序を示す。貫流のために側方空間は、少
なくともそれぞれ１つの搬送媒体流入及び流出管接続部
を有する。搬送媒体とその性質と処理条件に依存して、
その都度に適切な貫流順序を選択できる。従って簡単に
沈澱の発生を阻止して連続的洗浄を実現できる。この場
合、ポンプの作業中に搬送流全体がこれらの側方空間を
貫流するか、あるいは部分流のみかは重要でない。通常
の作動状態で側方空間の貫流を一時的に行わないこと
も、搬送媒体によっては可能である。

第５項の実施例は、ポンプの製作を大幅に簡単化し、
ポンプの密封性を高め、ひいてはポンプの効率を高め
る。ポンプ室は、２つの側方部分と、それらの間に位置
し球面状内面を有するリングと、斜板より短い直径の球
面とにより囲まれる。リングの球面状内面と、斜板の円
形リングとは共働して、搬送室相互間の動的密封を形成
する。すなわち静圧に対する密封ではなく、ポンプとし
て動作しているときにはその部分からの流出・流入が少
ない。ポンプ室壁を構造的に４分割することによりただ
１つの構成部品のみが、斜板外径を外部に対して密封す
るための球面状内面を備えるだけでよい。ポンプ室の構
成部品の間の継ぎ目は、球面上に延在するのではなく、
２つの継ぎ目が側面との間に配置される。継ぎ目には、
使用条件を満足する密封が行われている。リングの球面
状内面は、搬送室を互いに密封するための密封面であ
り、斜板の外径はこの面の上を動く。継ぎ目を側面との
間に移動したことにより、密封性を実現するために可及
的最良の斜板の外部輪郭とリングの球面状内面の間の摺
り合わせが実現される。分離している側面及びリングを
有するポンプ室のこの構造は、リングの中に凹部を設け
ることにより可能となる。斜板は、凹部の部分に垂直方
向にリングの中に入れられ、中心を少し動かして同心に
配置し、旋回させてリングと斜板を同一平面内にして作
動可能な状態にする。次いで中間壁は凹部の個所で係留
され、リングに対して密封される。凹部の最小幅は、斜
板の幅から定まる。その後に側方部分が取付けられる。

第６項に記載の実施例は、側方壁に対する密封のため
に弾性の密封素子が中間壁と側方壁との間に設けられて
いる中間壁の利用を教示する。これは、中間壁を弾性を
有する加硫層とすることにより実現できるが、しかし独
立の密封素子の使用も可能である。中間壁は、斜板をリ
ングの中に取付けた後に、凹部に取付けられる。中間壁
は、斜板を担持する球面とほぼ同一の半径の球面を有
し、密封間隙を保持して球面の上に係合している。中間
壁とリングとの間に中間空間が形成されるように寸法決
めされている。この中間空間の中に、リングに対して中
間壁を弾性密封するために弾性密封素子が挿入される。
この弾性密封素子により側壁において間隙のない静的密
封が実現される。

第７項の実施例は、大気に対するポンプ室の２重の静
的密封を形成する。これにより、侵食性及び毒性の媒体
を搬送するためにポンプを使用する用途が広がる。搬送
媒体が接触する第２の静的密封素子が故障したときに
は、第１の静的密封素子が付加的保護部材として機能す
る。

第８項の実施例では第２の静的密封素子の可動性が、
弾性ダイヤフラムの使用により高まる。付加的に第９項
では、第１の静的密封素子と第２の静的密封素子との間
に包囲されている空間に液体を充填させることが可能で
ある。液体は非圧縮性と見なされ、ダイヤフラムにより
分割されている室の容積は一定であるので、ダイヤフラ
ムには圧力が印加されない。ダイヤフラムの両側には同
一の圧力が印加され、ダイヤフラムには、斜板運動によ
る力のみが印加される。

これは、第１の密封素子と第２の密封素子との間の空
間の中の監視媒体のある特性を監視することにより作動
安全性を高める利点を有する。監視媒体の中に侵入する
搬送媒体による、監視されている特性の変化はセンサに
よりただちに検出される。これにより、搬送媒体を周囲
に排出することなしに損傷を早期に検出できる。

次の本発明を実施例に基づき図を用いて詳細に説明す
る。

第１図は第２図のＩ−Ｉ切断線に沿って切断して示す
斜板式ポンプの縦断面図、第２図は第１図のII−II切断
線に沿って切断して示す部分横断面図である。

第１図には斜板式ポンプが示されている。斜板軸１
は、図示されていない駆動装置により円錐形面を描きつ
つ揺動中心点２の回りを揺動運動する。駆動装置として
は例えば特許出願平成６−171825号に記載されているも
のを使用することができる。なお、この明細書および請
求の範囲において、揺動運動とは、空間の一点を中心と
して軸が円錐面を描くように周回するがその軸自体は自
転しないような運動をいう。例えば独楽を自転させず
に、軸の下端を固定して上端を円運動させたときの運動
はこの意味の揺動運動である。

斜板軸１は球面３を有する斜板４を備え、斜板４は円
形リング12を有し、全体としてつば付きの帽子状の形状
を有する。円形リング12の外周面は、それをとりまくリ
ング６の内部球面５に接している。

揺動中心点２は、斜板４の球面３の中心及びリング６
の球形内面５の中心と一致する。

リング６は、駆動側に位置し中央開口を有する第１の
側方部分９と第２の側方部分10の間に配置されている。
そして斜板４の球面３と、リング６の球面内面５と、第
１の側方部分９の側面と、第２の側方部分10の側面が、
共働して環状のポンプ室11の境界をなす。第１と第２の
側方部分9,10のポンプ室11に面した側面は、斜板４の球
面３およびリング６の球形内面５の中心２を頂点とする
円錐面の一部で形成されている。そして図１に示すよう
に、円形リング12はこの円錐面に直線で接しており、斜
板４が揺動運動をすると、この接触直線が回転する。

ポンプ室11の中は円形リング12によって円形リング12
より上の部分と下の部分に２分されている。円形リング
12は、斜板４の球面３の上に固定されているので、円形
リング12は斜板軸１を介してポンプ室11の中で揺動運動
をする。

第１の側方部分９の中には中央開口が設けられ、斜板
軸１を貫通させ、図示しない駆動装置で駆動するために
用いられる。

斜板軸１は、例えば溶接、ねじ止め等の異なる方法で
斜板４に接続できる。斜板４は、可及的最大の精度を得
るために単一部品として製造できる。しかし、複数の部
品から成る構造も可能である。斜板４の円形リング12の
外側端縁は、動的密封を実現するために有利には、球形
内面５に対応する球面状の輪郭に形成されている。同様
に、ポンプ室11の内部空間は、球面３とこれに対応する
球面13,14との間の動的密封により密封されている。斜
板４はこれらの個所において支承されていることも可能
である。

球面3,13,14における動的密封の間隙を介してポンプ
の側方空間15,16に搬送媒体が供給される。すなわち動
的密封により大部分の流体は流路に沿って流れるが、一
部はその間隙からもれて側方空間15,16に流出する。

第１の側方部分９と第２の側方部10はそれぞれ搬送媒
体が流れる側方空間15,16を有する。側方空間15はダイ
ヤフラム17により静的に密封されている。ダイヤフラム
17は球面３と側方部分９に固定されている。

ダイヤフラム17は、大気に対する圧力差を受止めるよ
うに形成される必要はない。この実施例では圧力差は、
例えば図示のベローズ18の形式の別の密封素子により受
止められる。すなち第１の弾性の静的密封素子18は第２
の弾性の静的密封素子17が前置接続されている。第１の
弾性の静的密封素子18としてのベローズ18と第２の弾性
の静的密封素子17としてのダイヤフラム17との間には、
非貫流空間19が形成されている。この非貫流空間19には
監視媒体を満たすことができる。非貫流空間19は弾性的
であり変形可能であるので、非貫流空間19の中には側方
空間15の中と同一の液圧が印加され、ダイヤフラム17は
変形のためにのみ利用される。

ベローズ18が圧力差を受止める。ベローズ18は、斜板
４の揺動運動に追従し、その際にその折畳み形状が弾性
的に変形する。ベローズ18は非貫流空間19を大気に対し
て及び斜板軸１の支承空間20に対して静的に密封する。
それを実現するためにベローズ18の一端は揺動する斜板
４の部分に取付けられ、他端は例えばこの実施例では斜
板軸１の貫通穴のための中央開口を有する蓋21の形のケ
ーシングの定置部分に接続されている。付加的作用とし
てベローズ18は斜板４が、ベローズ18の中央軸の回りを
自転しないことを保証する。しかし、この保証は、別の
公知の方法で行うこともできる。

本実施例では蓋21が側方部分９に接続され、大気圧が
ダイヤフラム17に印加されないようになっている。

側方部分９には管接続部C,Dが設けられている。管接
続部C,Dを介して側方空間15は完全に搬送流の中に入れ
られている。他方、側方空間16を搬送流が貫流するため
に側方部分10に管接続部A,Bが設けられている。これら
の管接続部A,Bにより側方空間15,16は斜板式ポンプの導
管系の中に入れられている。後述するようにこれにより
本発明の利点が実現される。

側方空間15,16及びポンプ室11の貫流順序は、その都
度の使用条件に応じて選択できる。例えば、側方空間1
5,16は、ポンプ室11へ搬送媒体が流入する前に貫流する
こともできる。例えば、外部からの搬送媒体をＢから取
り込み、Ａから搬出し、それをポンプ室11の流入開口27
に接続し、ポンプ室の流出開口28をＣに接続し、Ｄから
外部に送る。

このような配管のとき、前述したように球3,13,14に
おける動的密封の間隙を介してポンプ室11から搬送流体
が漏洩流出しても、側方空間15,16は流路の中に組込ま
れているので、再び流路に沿って搬送される。すなわち
流体は流路以外の部分には漏洩することがない。

一方の側方空間の貫流はポンプ室11へ搬送媒体が流入
する前に行い他方の側方空間の貫流はポンプ室11からの
流出の後に行うことばかりでなく、他の配管も可能であ
る。例えば、全搬送流ではなくその一部を側方空間へ分
離流入させる装置を設けることもできる。側方空間を常
時貫流するのではなく、ある時間間隔をおいて貫流する
ことも可能である。

貫流をどのように定めるかは、搬送媒体とその状態条
件とに依存する。ケーシングにおける管接続部Ａ〜Ｄの
位置も、側方空間の態様に依存して変えることができ
る。図示のように流入開口又は流出開口Ａ〜Ｄを対向し
て配置する以外の配置も可能である。

斜板式ポンプのケーシングは、公知の手段により一体
的に組立てられて保持される。

この斜板式ポンプの１つの特徴は、ポンプ室11の吸込
側と吐出側が、ポンプ室11の中に配置されている中間壁
22により分離されていることにある。

中間壁22は、第２図に示すように、斜板４の面に対し
てほぼ垂直に斜板４に交差している。そのために斜板４
の円形リング12は、少なくとも中間壁22の壁厚の幅を有
する凹部を有する。

第１と第２の側方部分9,10とリング６の球面５と斜板
４の外部球面で囲まれる空間は斜板４の円形リング12に
よって２分割されているが、さらにこの中間壁22によっ
てこの中間壁22の近傍では各空間は２つの部分に遮断さ
れている。しかしポンプ室11は環状であるので、全体で
は２分割のままである。

ポンプ室11の中の斜板４が揺動運動をすると、すなわ
ち斜板軸１が自転することなく揺動中心点２を頂点とす
る円錐を描くように回動すると、中間壁22に面する凹部
は回転することなく、定置の中間壁22に対して相対運動
を行う。

斜板軸１が円錐運動すると円形リング12が第１と第２
の側方部分の円錐面に接する直線が回転し、円形リング
12によって分割される空間は回転する。しかし円形リン
グ12の各側の中間壁22によって分割された２つの空間の
各部分の体積は一定である。しかし、各部分は第２図に
示すように中間壁によって仕切られているので流体をそ
こを越えて流すことはできない。流入開口27と流出開口
28が中間壁22の両側に設けられているので、斜板軸が円
錐運動をし斜板が揺動運動をすると、流入開口27から流
体が吸い込まれ、流出開口28から吐出される。

凹部の最小幅は、その面の形状に依存する。なお凹部
の面は中間壁22と係合するが、これを静的に密封する機
能を有する必要はない。凹部の面と中間壁22との間によ
り大きい遊びを許容することも可能である。遊びがあっ
ても斜板が揺動運動をしていると、流路に沿って流れる
量の方がそのすきまを漏洩する量より充分大きいので問
題はない。中間壁22は遊びをもって球面３の上に設けら
れ、この状態に対応する密封面23が形成されている。

中間壁22は側方部分9,10の中に例えばピン24等により
係留されて接続されている。中間壁22の側縁の弾性コー
ティング24は、静的密封を保証する。これは、弾性コー
ティング25が側面7,9に当接することにより実現され
る。しかし、別の形の静的密封も可能である。

側方空間15,16及び空間19及び支承空間20には、図示
されていない監視装置を設けることができる。監視装置
は、密封の漏洩の早期発見を可能にする。その実現のた
めに空間19には監視媒体が充填される。監視媒体の例え
ば電気抵抗等の特性の変化はセンサにより監視される。
監視媒体は、搬送媒体と適合する媒体が選択される。

洗浄動作は、洗浄液を側方空間15,16及びポンプ室11
に導入することにより行われる。洗浄液は洗浄動作中
に、搬送媒体と接触したすべての面及び室に接触する。
すなわち、従来技術と異なり、装置を分解することな
く、装置を清潔に保つことができる。これは、この装置
においては、搬送流体がポンプ室が漏洩しても、流路の
中にあり、流路の外には流出しないことにより達成され
た性質である。

斜板式ポンプの搬送動作中、側方空間15,16を貫流す
る際にも連続的に自浄が行われ、これにより搬送媒体の
粒子がポンプ内に滞在する時間が制限される。これによ
り、劣化しやすく短時間処理を要する媒体の搬送が可能
となる。

第２図は、第１図のII−II切断線に沿って切断した部
分断面図を示す。第２図から、側方部分９と10との間に
位置するリング６が例えば溝26等の凹部を有し、その中
に中間壁22が嵌められていることが分かる。溝26は、装
置の組立のために使われる。すなわち、リング６は球面
状であるので、リング６の中への円形リング12の挿入を
容易にするために、まず、円形リング12の面をリング６
の中心軸線と平行にして、この溝26を利用して円形リン
グ12をリング６の球内に挿入する。その後に、円形リン
グ12の面を約90゜回転させる。そして球面状の斜板
（４）に固定する。従って、この溝26の幅は少なくとも
円形リング12の幅以上でなければならない。溝26は、ポ
ンプ室11への流入開口27と流出開口28との間に位置す
る。溝26と中間壁22とは一直線上に並んで位置する。斜
板４の取付け終了後、中間壁22が取付けられる。溝26は
第１図の密封部材29により閉成される。密封部材29は中
間壁22を静的密封によりケーシングに対して密封する。
密封部材29はリング６に比して僅かに幅が広い。密封部
材29は、側方部分9,10の取付けの際に側方部分9,10によ
り圧縮されるが、密封部材29は非圧縮性なので中間壁22
へ向かってずれ、これにより中間壁22は、揺動中心点２
へ向く力が印加される。この力により中間壁22は第１と
第２の側方部分9,10のポンプ室11に面した側面7,8に押
圧される。これにより中間壁22又はその一部が弾性変形
され、これにより静的密封が実現される。

食料品技術で使用することを可能にするために、複数
の構成部品の間のすべての静的密封は、そのための公知
の実施例に従って形成する。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１と第２側面（7,8）と、上記両側面
（7,8）の間に位置し異なる直径を有する同心の球面状
内面（５）と球面状外面（３）によって形成される環状
のポンプ室（11）と、上記球面状外面（３）を形成する略球面状の形状を有
し、上記ポンプ室（11）の中で上記球面の中心を中心と
して揺動運動をする斜板（４）と、上記ポンプ室（11）に設けられた流入開口（27）と流出
開口（28）と、円環状の上記ポンプ室（11）の上記流入開口（27）と流
出開口（28）を結ぶ２つの経路の一方を遮断するよう
に、上記流入開口（27）と上記流出開口（28）の間に配
設されている中間壁（22）と、略円環板状の形状を有し、その円環板の内側端面が揺動
する上記斜板（４）の上記球面状外面（３）に取付けら
れ、円環板の外側端縁が上記ポンプ室（11）の球面状内
面（５）に揺動可能に接触し、上記ポンプ室（11）を第
１の側面（７）の側と第２の側面（８）の側に分割して
いる円形リング（12）を備える斜板式ポンプにおいて、上記両側面（7,8）と球面状内面（５）を形成するケー
シングが、上記ポンプ室（11）から分離されてそれぞれ
上記両側面（7,8）の裏側に形成されている第１と第２
の側方空間（15,16）と、上記ポンプ室（11）と上記第１の側方空間（15）を連通
するように上記第１の側面（７）に設けられた第１の開
口と、上記ポンプ室（11）と上記第２の側方空間（16）を連通
するように上記第２の側面（８）に設けられた第２の開
口と、上記斜板（４）を揺動運動させるための斜板軸（１）を
通すために、上記第１の側方空間（15）に設けられた中
央開口を備え、略球面状の上記斜板（４）が上記第１と第２の開口に嵌
め込まれて、上記第１と第２の開口が上記斜板（４）の
上記球面状外面（３）によって動的に密封され、上記斜板（４）の上記第１の側方空間（15）側に斜板軸
（１）が取り付けられ、上記斜板軸（１）が上記中央開口を通って、揺動運動の
ための駆動装置に接続され、上記中央開口が、上記駆動軸（１）と上記ケーシングの
間に設けられた弾性を有する第１の静的密封素子（18）
によって封止され、上記第１と第２の側方空間（15,16）を、上記流入開口
（27）と流出開口（28）と接続することにより、搬送媒
体が上記ポンプ室（11）と上記第１と第２の側方空間
（15,16）とを流れる流路が形成され、上記第１と第２
の開口の上記球面状外面（３）による動的密封の両側を
上記搬送媒体が流れることを特徴とする、斜板ポンプ。
【請求項２】搬送媒体が、ポンプ室（11）への流入前に
一方の側方空間を貫流し、ポンプ室（11）からの流出後
に他方の側方空間を貫流することを特徴とする第１項に
記載の斜板式ポンプ。
【請求項３】搬送媒体が、ポンプ室（11）への流入前に
両側方空間を貫流することを特徴とする第１項に記載の
斜板式ポンプ。
【請求項４】搬送媒体がポンプ室（11）からの流出後に
両側方空間を貫流することを特徴とする第１項に記載の
斜板式ポンプ。
【請求項５】側面（7,8）を形成する第１と第２の側方
部材（9,10）が、それらの間に位置し球面状内面（５）
を形成するリング（６）に当接し、前記リング（６）の
前記内面（５）の中に凹部（26）が設けられ、前記凹部
（26）は、前記リング（６）に設けられた流入開口及び
流出開口（27,28）の間に位置し、前記凹部（26）の幅
が、少なくとも斜板（４）の円形リング（12）の幅を有
することを特徴とする請求の範囲第１項から第４項のう
ちのいずれか１つの項に記載の斜板式ポンプ。
【請求項６】中間壁（22）の斜板（４）の球面（３）に
面している側が、前記球面（３）に係合する球面（23）
を有し、前記中間壁（22）がポンプ室（11）の側面（7,
8）に接続され、前記中間壁（22）が、弾性密封素子（2
5,29）により側面（7,8）及びリング（６）に対して静
的に密封されていることを特徴とする第１項に記載の斜
板式ポンプ。
【請求項７】第１の弾性の静的密封素子（18）と第２の
側方空間の間に第２の弾性の静的密封素子（17）が設け
られ、搬送媒体が供給される第１の側方空間（15）が、
斜板（４）による動的密封部分から第２の弾性の静的密
封素子（17）までの空間であることを特徴とする請求の
範囲第１項から第６項のうちのいずれか１つの項に記載
の斜板式ポンプ。
【請求項８】第２の静的密封素子（17）が弾性ダイヤフ
ラムであることを特徴とする第７項に記載の斜板ポン
プ。
【請求項９】第１の静的密封素子（17）と第２の静的密
封素子（18）との間に形成されている空間（19）に、監
視媒体が充填され、監視媒体の特性変化を監視する監視
装置に接続されていることを特徴とする第７項又は第８
項に記載の斜板式ポンプ。