WO2019105578A1 - ROTIERENDE VERDRÄNGERPUMPE ZUM FÖRDERN VON FLIEßFÄHIGEN STOFFEN, LAUFRAD FÜR EINE SOLCHE UND VERFAHREN ZUM FÖRDERN MIT EINER SOLCHEN VERDRÄNGERPUMPE - Google Patents

ROTIERENDE VERDRÄNGERPUMPE ZUM FÖRDERN VON FLIEßFÄHIGEN STOFFEN, LAUFRAD FÜR EINE SOLCHE UND VERFAHREN ZUM FÖRDERN MIT EINER SOLCHEN VERDRÄNGERPUMPE Download PDF

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Definitions

  • Rotary positive displacement pump for conveying flowable materials, impeller for such and method of conveying with such
  • the invention relates to a rotary positive displacement pump for conveying flowable materials, an impeller for such and a method for conveying with such a positive displacement pump.
  • the flowable substances may also be those with low to high viscosity and in each case lumpy proportions.
  • the fields of application of such displacement pumps are the chemical, pharmaceutical and food-producing and. -processing industry.
  • To classify and delineate the rotating positive displacement pump according to the invention which has no model in terms of its basic principle of conveying, it can serve to indicate that in a housing a single rotary impeller and a single, separating the suction side from the pressure side, movable separating element having.
  • Positive displacement pumps for conveying flowable substances without lumpy portions or with such admixtures can be divided into those in which a conveying member carries out a reciprocating or a rotating movement.
  • Well-known membrane pumps or piston pumps belong to the first group; They require, among other check valves in the suction and pressure side and they have a pulsating promotion.
  • the second group, the rotating positive displacement pumps also includes well-known eccentric shaft pumps, rotary lobe pumps, screw pumps, gear pumps and peristaltic pumps.
  • Eccentric shaft pumps are susceptible to wear at high temperatures and complex in construction.
  • Rotary pumps are characterized by a slight pulsation of the flow; they require two mechanical seal assemblies. Screw pumps are complex in construction and also require two mechanical seal assemblies.
  • Gear pumps are only suitable for homogeneous substances without lumpy and / or abrasive admixtures; they require two mechanical seal assemblies.
  • Peristaltic pumps are structurally rather complex, they produce a slightly pulsating flow and are characterized by a more or less large hose wear.
  • MasoSine pump a rotary displacement pump which is known in the prior art as the so-called MasoSine pump (see the following link: http://www.watson-marlow.com/Documents/knowledqe-hub / Brochures / DE% 20-% 20German / MasoSine% 20EN / b- masosine-certa-DE-03.pdf). It is characterized inter alia by the fact that it has a single rotatable impeller in a housing and a single, the suction from the pressure side separating, movable separating element.
  • a circumferentially closed, wave-shaped cam he stretches.
  • the wave-shaped deflections of the cam plate are oriented axially to the Ro torachse, wherein the wave crests of one side of the cam slide on one end side of the cylindrical housing and those on the other side of the cam on the other end sealingly.
  • the schie berartige, plate-shaped separating element which is axially displaceably mounted in the lateral surface of the housing and engages on both sides in the respective end face of the housing, the cam comprises on both sides except for the lateral surface of the rotor.
  • the separating element Due to the rotational movement of the rotor and thus of the cam disc, the separating element experiences an axial reciprocating movement, which ensures a separation of the suction from the pressure side of the positive displacement pump.
  • This positive displacement pump works almost without pulsation.
  • the separator is subject to high wear due to its continuing relative movements relative to the housing, the lateral surface of the rotor and all edge surfaces of the curves encompassed by it.
  • a rotary positive displacement pump of the aforementioned type is also disclosed in DE 10 2015 116 769 A1.
  • the displacement pump described therein has a rotor rotatable about an axis of rotation, which rotor comprises a rotor hub and a shaft-shaped rotor collar extending from the rotor hub in the radial direction.
  • a pump housing forms with the rotor a pump channel, which depends on an optionally adjustable operating direction of the Pump connects a first inlet / outlet space with a second inlet / outlet space.
  • a blocking device which is arranged between the first inlet / outlet space and the second inlet / outlet space, has a blocking element which blocks the pump channel in the axial direction on both sides of the rotor collar and ensures a return flow of fluid to be pumped from the respective outlet channel. prevented to the respective inlet space.
  • the locking device has a first seat for the blocking element on the side of the first inlet / outlet space, on which the blocking element in a first operating direction for pumping from the first inlet / outlet space to the second inlet / Auslraumraum with a first contact surface ,
  • the locking device further has a second seat for the locking element on the side of the second inlet / outlet space at which the locking element abuts in a second operating direction for pumping from the second inlet / outlet space to the first inlet / outlet space with a second contact surface.
  • the distance between the first and the second seat is greater than the distance between the first and the second contact surface, each measured in the circumferential direction.
  • the publication WO 2005/066 498 A1 is based on a rotary positive displacement pump, as above in its basic structure with a view of a pump housing, a rotor, a rotor hub with a wavy umlau fenden rotor collar and the rotor collar embracing locking element with reference to the DE 10 2015 116 769 A1 was sketched.
  • the rotor collar sits at least in the circumferential direction sections planar outer surfaces on at least one of its two opposite outer sides.
  • the invention is based on a consisting of a housing and a lid body cylindrical pump housing in which rotatably and motor driven drivable an impeller with a cylindrical outer contour sealing on measure takes place.
  • the inventive idea and its concrete implementation consist in that a circumferential, groove-shaped impeller passage is provided, which engages axially at least in one of the end faces of the impeller and concentric with the axis of rotation.
  • the impeller channel may, based on ge by the axis of rotation rising levels, have a variety of cross-sectional shapes. All that is necessary is that the groove flanks of the impeller channel in the form of a uniformly wave-shaped, continuously curved radially outer channel boundary and just such uniformly wave-shaped, continuously curved radially inner channel boundary formed and, seen in the radial direction and in each plane perpendicular to the axis of rotation, are equidistant to each other and each end in a channel base.
  • annular guide ring which is fixedly connected to the lid or the housing body, engages in the impeller and extends to the channel base.
  • the so by the Guide ring divided in its radial extent range impeller channel forms in the two-sided interaction with the guide ring between adjacent outer wave crests an outer chamber volume and between adjacent held ren wave crests an inner chamber volume.
  • outer and inner chamber volumes are in the direction of rotation or circumferential Rich tion of the impeller migrating suction and pressure chambers and a total Ar beitsraum the impeller.
  • the working space is provided with a suction and a pressure opening, the channel base surface opposite housing in the pump are arranged. Their distance from one another is determined in an angle division defined by adjacent outer or inner wave crests, which is related to the axis of rotation.
  • the annular guide ring is not completely self-contained, but it is formed on the one hand in the area between the suction and the pressure opening and up to the channel base out.
  • Another essential feature of the invention is a separating element which is arranged between the suction and the pressure opening in the recessed there guide ring and in the impeller and the lid or on the housing body on all sides sealingly guided and in the direction of rotation of the impeller supported the guide ring.
  • This separator causes the necessary blockage between the suction and pressure side of the positive displacement pump by being adapted to the passage cross section of the impeller channel in cooperation with the front side of the cover or housing body and there throttle-sealed the wavy movements of the outer and inner channel boundary during rotation of the impeller responding to excursions.
  • An advantageous embodiment of the positive displacement pump provides that at least three inner and three outer or maximum so much inner and corresponding outer outer crests, the number of which is defined by a minimum angular pitch between suction and pressure opening, are provided.
  • a wave crest which forms a geometrically shaped line, is formed at the summit of the outer and the inner wavy channel boundary, the convex bulge.
  • the minimum angular pitch results from a foundedab stood between suction and pressure opening in the working space, ie in the peripheral region of the impeller, wherein the suction and pressure port and thus from this ausmündenden suction and discharge nozzles are not allowed to effetdrin gene each other, but a practicable Minimum distance from each other must have. It has proved to be useful and advantageous when five to seven outer and corresponding to five to seven inner wave crests, preferably, six outer and six inner, are provided.
  • the construction of the positive displacement pump is simplified significantly when the outer and inner channel boundaries are parallel to each other and parallel to the axis of rotation of the impeller.
  • a related rectangular impeller channel which engages perpendicularly in the end face of the cylindrical impeller, can be conceivably simple, e.g. machining, manufacture.
  • this embodiment with a cylindrical milling tool which follows the defini th wavy course of the impeller channel, are herge in the simplest way.
  • the complementary to the impeller passage guide ring with its inevitably rectangular cross-section is an equally simple ago deliverable rotary member; It is also extremely easy to insert into the impeller channel and position it there.
  • Another embodiment of the impeller channel provides that the outer and the inner channel boundary to the channel base surface taper towards each other, the former being inclined at a first angle and the other at a second angle in each case with respect to the axis of rotation of the impeller.
  • the guide ring is formed in its respective engagement region with the impeller passage complementary to the outer and the inner channel boundary.
  • the storage and sealing of the pump shaft designed according to another embodiment is very simple, because the impeller requires only a flying storage. It is provided that a pump shaft connected to the impeller on the side of the housing body led out of this and sealed with respect to the housing body or a terminal housing formed thereon with a first mechanical seal arrangement.
  • the positive displacement pump can be mounted on any commercially available geared motor with hollow shaft or with a separate bearing block.
  • the impeller in the region between the pump shaft and the working chamber with at least two of the impeller the one to the other end face penetrating, over the circumference of the impeller uniformly arranged flushing holes is provided.
  • These flushing bores are fluidly connected to a flushing chamber which radially surrounds the first mechanical seal arrangement on the outside and which is formed in the housing body or the connection housing formed thereon.
  • the access to the rinsing chamber is improved when the flushing holes in a recess in the impeller, which is concentric in the first Gleitringdingungsanowski angle facing end face of the impeller, open, wherein an annular recess or a radially inwardly continuous recess is executed.
  • the respective recess is fluidly connected to the washing chamber.
  • the invention proposes two different embodiments of the separating element. Thereafter, a first separating element, which is designed as a pivotable about its one end lever-shaped body, on the one hand at this end in one of Mouth opening adjacent supporting Leitringende the guide ring mounted radially and stationary in the direction of rotation. On the other hand, the separating element, with its radially movable end portion following the moving in the direction of rotation of the impeller wave-shaped impeller passage, guided by a pressure opening adjacent the guide ring end of the guide ring radially movable.
  • a second embodiment provides in this regard, a second separating element, which is in the form of the impeller channel and its boundary by the housing or the lid body circumferentially sealing pig, on the one hand experiences its support at one of the infant opening adjacent supporting Leitringende the guide ring and on the other hand, a degree of freedom of movement has to one of the pressure opening adjacent Leitringende the guide ring, whereby the second separating element is thus loosely or quasi free-floating positioned.
  • a third embodiment provides for a third separating element, which is likewise designed in the form of a scraper which circumferentially seals the impeller channel and the casing body or cover body.
  • This third separating element undergoes its support, in contrast to the second separating element, on the one hand at one end of a supporting joint part, which in turn is supported at its other end adjacent to one of the infant opening supporting Leitringende the guide ring, and on the other hand, it has a BEWE freedom of movement to one of the pressure port adjacent guide ring end of the guide ring.
  • the positive displacement pump according to the invention can be performed doubly in a very simple manner, in addition to an end face in the other end of the impeller, which thus becomes a second impeller, another working space is formed, all the necessary features of the already formed on one end face Working space has. It is manufacturing technically and hydraulically useful if the two working spaces are dimensioned to each other and identical in position. The degree of uniformity of the promotion and in particular the concentricity of the positive displacement pump are improved when the outer and the inner Kanalbegren tion ge in both end faces of the second impeller by half the angular pitch ge offset from each other.
  • the double-flow design of the positive displacement pump allows by a simple variation of the outside piping of the suction and discharge nozzles both a doubling of the delivery volume (parallel connection) and an increase of the final pressure by a two-stage flow control (series connection). This is achieved in that the two working spaces of the second impeller via its associated suction and pressure port connected to the one end face with egg nem associated suction nozzle and an associated discharge nozzle and on the other end face with an associated second suction nozzle and an associated second discharge nozzle are connected in parallel or in series with each other.
  • the invention further relates to an impeller for a rotary positive displacement pump for conveying flowable materials, the rotatably and motor driven drivable in a pump housing received in the region of at least ei nen working space against the pump housing sealingly receiving and the positive displacement pump, as described above, formed is.
  • the inventive basic idea and its concrete implementation consist in that the impeller has a cylindrical basic shape and that a circumferential, groove-shaped impeller passage is provided, which engages axially at least in one of the end faces of the impeller and concentric with the axis of rotation.
  • the impeller passage can, based on passing through the rotation axis levels, un ferent different cross-sectional shapes. All that is necessary is that the groove flanks of the impeller channel are shaped in the form of a uniform wave-shaped, continuously curved, radially outer channel boundary and a uniform, uniform, wave-shaped, continuously curved radially inner channel boundary and perpendicular to the axis of rotation in the radial direction and in each plane.
  • Such typical lateral surfaces may be the lateral surface of a cylinder, a conical shell or a rotationally symmetrical body whose peripheral contour is generated by rotation of a concave or convex curved line to the axis of rotation, wherein the respective peripheral contour terminates in the channel base.
  • the invention also proposes that the outer and the inner channel boundary each to the open NEN side of the impeller out point in the form of a streamlined, preferably convex rounding or an inlet / Ausströmfase expand.
  • a stall of the material to be conveyed between the guide ring and the impeller passage in the region of the respective outer and inner wave comb is favored and it is also avoided pinching small lumpy portions of the substance to be conveyed at these locations when, as the invention provides, Oriented in the direction of rotation of the impeller, immediately before the respective outer wave crest an outer stall groove and immediacy bar in front of the respective inner wave crest, an inner stall groove are provided.
  • the invention proposes that, as an alternative to penetrating openings and depending on the material to be conveyed, more than one freewheel recess in a lateral surface of the impeller are provided. These are trough-shaped, distributed over the order catch the lateral surface and arranged spaced from one another and each of the impeller channel receiving end face of the impeller. By this configuration, the leadership of each com menden for separating element is not affected.
  • the invention proposes that the at least one impeller, based on the Rotati onsachse, so positioned radially is that the outer channel boundary with their respective radially outermost extent the lateral surface of the first or the second impeller to form a respective penetration opening penetrates and thereby opens the respective impeller passage at these locations to the outside of the outer surface of the impeller in a narrow range.
  • flushing grooves of different designs and / or undercuts can be provided on the impeller.
  • the invention further proposes a method for conveying flowable substances with a positive displacement pump and with an impeller for this positive displacement pump of the type described above.
  • This method is inventively characterized in that the substance in space-fixed radially outer and radially inner chamber volumes within an impeller, i. formed in the impeller, spatially invariable cavities, in the direction of rotation of the impeller and in each case regular sequence, is separated paragraph by paragraph.
  • the outer chamber volumes are radially inwardly of one, based on the Rotationsach se of the impeller, rotationally symmetrical outer surface of a fixed guide ring and the inner chamber volumes are radially outside of a be attracted to the axis of rotation, rotationally symmetrical inner surface of the guide ring bounded.
  • the supply of the substance into the outer and inner chamber volumes takes place from a stationary, common mammalian opening and the removal from the corresponding chamber volumes takes place via a stationary, common pressure opening.
  • the demarcated in the outer and inner chamber volumes substance is moved by the impeller in the direction of rotation opposite and on the outer and the inner ren surface area of the suction to the pressure opening.
  • the outer and inner chamber volumes thus represent traveling in the direction of rotation cavities, which act as suction and pressure chambers.
  • the outer chamber volumes are offset from the inner chamber volumes offset by half an angular pitch, wherein the angular separation results from the uniform distribution over the circumference of the impeller arrangement of the outer or inner chamber volumes.
  • the staggered arrangement results in a pulsation-free flow.
  • Figure 1 is an inside view of a single-flow rotary positive displacement oh ne her cover part in the direction of its axis of rotation of the Deckelkör perseite seen from;
  • FIG. 1 a shows a meridian section through the positive displacement pump according to FIG. 1
  • FIG. 1b shows a meridian section through the positive displacement pump according to FIG. 1 in FIG.
  • FIG. 1c shows a meridian section according to FIG. 1a in the region of an impeller channel which has a geometry which is opposite to the embodiment according to FIG. 1a;
  • FIG. 2a-2c show an interior view of the positive displacement pump according to FIG. 1 in the region of a quadrant of the pump housing having a mammalian opening in three different positions of the rotor wheel;
  • FIG. 3a-3c an interior view of the positive displacement pump according to Figure 1 in the region of a pressure port having a quadrant of the Pumpenge housing in three the positions of the impeller according to the
  • Figure 4 is a view of the rotary positive displacement pump according to Figure 1 on ih ren lid body in the direction of its axis of rotation with the representation of significant hidden inner contours;
  • FIG. 4 a shows a meridian section through the positive displacement pump according to FIG. 1
  • FIG. 5 is a perspective view of an interior of the Verdrängerpum PE according to Figure 1 seen from the removed lid body, wherein the respective flange of the lid body arranged suction and discharge nozzle has remained in the illustration;
  • Figure 6a in view of a section of the positive displacement pump according to
  • FIG. 1 in the region of a first separating element
  • Figure 6b in view of a section of the positive displacement pump according to
  • FIG. 1 in the region of a second separating element
  • FIG. 7 shows the impeller corresponding to one marked "Z" in FIG. 7b
  • FIG. 7a shows a meridian section through the impeller corresponding to a in FIG
  • FIG. 7b in perspective view of the impeller according to Figure 7;
  • Figure 8 is a view of a double-flow rotary positive displacement pump on her
  • Figure 8a shows a meridian section through the double-flow positive displacement pump according to a marked in Figure 8 with "D-D" cutting path;
  • Figure 9 in cross-section an inside view of a single-flow rotary Ver pump without their cover part in the direction of its axis of rotation seen from the lid body side, with three modifications to the embodiment of Figure 1 are provided;
  • FIG. 9b shows an enlarged view of a marked "G" in FIG.
  • Figure 9c in an enlarged view a section of a meridian section through the positive displacement pump according to Figure 9 according to egg nem in Figure 9 with "E-E" marked cutting path;
  • FIG. 10 is a perspective view of the positive displacement pump according to FIG. 9; Figure 10a in an enlarged view one in Figure 10 marked "H"
  • FIG. 10b shows an enlarged illustration of an "I" marked in FIG
  • a rotary positive displacement pump 100 for conveying flowable substances P (FIG. 5) has a cylindrical pump housing 2 consisting of a housing body 4 and a cover body 6, in which it can be driven to rotate and motor driven an impeller 30 with a cylindrical outer contour sealingly receiving.
  • the groove flanks of the impeller channel 32 are in the form of a uniform wave-shaped, continuously curved radially outer channel boundary 34 and a sanctionl Chen uniformly wavy, continuously curved radially inner Kanalbegren tion 36 formed and they are perpendicular to the axis of rotation in the radial direction and in each plane R, equidistant to each other and each end in a channel base 38 ( Figures 1b, 4a).
  • An annular guide ring 50 which is fixedly connected to the lid body 6 or the housing body 4, engages the impeller passage 32 and extends to the channel base 38, wherein, seen in the radial direction, all outer wave crests WKa the outer channel boundary 34 and all inner waves combs WKi the inner channel boundary 36 ( Figures 1, 5) are each brought on their ge entire extension length to the guide ring 50.
  • the impeller channel 32 forms in mutual cooperation with the guide ring 50 between adjacent outer wave crests WKa an outer chamber volume KVa and between adjacent inner wave crests WKi an inner chamber volume KVi from, wherein the provided outer and inner chamber volumes KVa, KVi in the direction of rotation n of Impeller 30 migratory suction and pressure chambers and in total a working space AR of the impeller 30 represent.
  • FIG. 1 one of these chamber volumes KVa, KVi is shown hatched.
  • Under the outer wave crest WKa is the respective radially highest elevation of the wave-shaped, radially outer channel boundary 34, formed on a respective radially inwardly to the outside of the guide ring 50 extending outer displacer 34a to understand.
  • Under the inner wave crest WKi is the respective radial highest elevation of the wave-shaped, radially inner channel boundary 36, formed on a respective radially outwardly to the inside of the guide ring 50 extending inner displacer 36a to understand (outer displacer 34a is hatched in Figure 2a and shown in perspective in FIG. 5).
  • the outer and inner wave crests WKa, WKi are in each case over their entire axial extension length in the form of a line contact on the guide ring 50.
  • the working space AR has a suction 20 and a pressure port 22, which are arranged opposite the channel base 38 in the pump housing 2 and in an angle defined by adjacent outer or inner wave crests WKa, WKi angle division w3, which is based on the axis of rotation R, from each other beab - are standing (Fig. 1).
  • the mammal opening 20 opens into a suction port 20a and the pressure port 22 opens into a discharge port 22a.
  • the guide ring 50 is formed on the one hand in the region between the suction and the pressure opening 20, 22 and to the channel base 38 and the other in the crossing region with the outlet region of the suction 20 and with the inlet region of the pressure port 22 interrupted ( Figures 1, 4 , 5).
  • a first or a second separating element 60, 70 (FIGS. 6a, 6b, 1a and 1, 4, 4a, 5) is provided which is arranged between the suction and the pressure openings 20, 22 and in the impeller channel 32 and on the cover 6 or on the housing body 4 is guided sealingly on all sides (Figure 8a) and is supported in the direction of rotation n of the impeller 30 on the guide ring 50.
  • a second preferred embodiment of the impeller channel 32 which in addition to the advantages of the first embodiment described above allows a SET ment of the sliding and throttle gaps, characterized by ( Figure 1c in conjunction with Figure 1), that the outer and the inner channel boundary 34, 36 taper towards the channel base 38 towards each other, the former being inclined by a first angle w1 and the others by a second angle w2 each with respect to the axis of rotation R of the impeller 30, and that the guide ring 50 in its respective engagement region with the impeller passage 32 complementary to the outer and inner channel boundary 34, 36 is formed.
  • the relevant construction is simplified when the first and second angles w1, w2 are the same.
  • the impeller 30 is in the area between the pump shaft 16 and the working space AR with at least two impeller 30 from the one to the other end face penetrating, preferably evenly distributed over the circumference of the impeller 30 arranged flushing holes 42 provided ( Figures 7, 7a, 7b, 1, 5).
  • the Spellerboh stanchions 42 are fluidly connected to a first outer seal ring 12 radially outward annular sealing rinse chamber 46 which is formed in the housing body 4 or formed on this terminal housing 4a, fluidly connected (Figure 4a).
  • the flushing holes 42 open into a recess 44, 44 * in the impeller 30, which is concentric in the first Gleitringdingungsan angel 12 facing end face of the impeller 30.
  • the recess 44, 44 * is either an annular recess 44 ( Figure 4a) or a radially inwardly continuous recess 44 * ( Figure 8a).
  • the respective recess 44, 44 * is fluidly connected to the washing chamber 46.
  • the drive side is followed by a lantern 8 with a lantern housing 8c.
  • the lamp housing 8c can on the one hand be connected to a drive-side connection flange 8a with a commercially available geared motor with a hollow shaft or a bearing block, and on the other hand via a pump-housing-side connection flange 8b to the housing body 4 or the connection housing 4a connected ver ( Figure 4a).
  • At least two lantern housing bores 8d distributed over the circumference of the lantern housing 8c provide for the removal of leaking or rinsing liquid and access to the flushing connections to the flushing housing 10.
  • the housing body 4 or its connection housing 4a is followed by a flushing housing 10 within the lantern housing 8c on, which receives a second mechanical seal assembly 14 and which is equipped to flush the latter with rinsing connections, not shown.
  • a first separator 60 is provided ( Figures 6a, 1, 1a, 4, 4a, 5), on the one hand in one of the infant opening 20 adjacent supporting guide end 50a of the guide ring 50 radially and in Directed direction of rotation n and on the other hand by a pressure opening 22 adjacent the guide ring end 50b of the guide ring 50 is guided radially movable.
  • a second separating element 70 is provided in the working space AR of the positive displacement pump 100 (FIG.
  • the single-flow positive displacement pump 100 according to the invention can be expanded in a very simple way to the double-flow positive displacement pump 200 (FIGS. 8, 8a) by forming, in addition to one end face in the other end face of a then second impeller 30 *, a further working space AR which contains all the features required for this purpose of the already formed on one end side working space AR and the impeller channel 32 has.
  • the design of the double-flow displacement pump 200 is simplified significantly if the two working spaces AR are designed to be identical in terms of dimension and position.
  • the uniformity of the rotational movement and the flow rate are optimized when the outer and inner channel boundary 34, 36 in both end sides of the second impeller 30 * are arranged offset by half the angular pitch w3 against each other.
  • a double flow 2P (not blackened arrows in FIG. 8) or an approaching doubling of the final pressure of the delivery flow P (blackened arrows in FIG. 8) are easily achieved with the double-flow positive displacement pump 200 by virtue of the two working spaces AR of the second impeller 30 * via their associated suction and pressure port 20, 22, which are connected on the one end face with the associated suction port 20a and the associated discharge port 22a and on the other end side with an associated second suction port 20a * and an associated second discharge port 22a *, in parallel or are connected in series with each other ( Figures 8, 8a).
  • An impeller 30 for the above-described rotary single-flow positive displacement pump 100 (FIGS. 7, 7a, 7b) or also after modification in the form of the second impeller 30 * for the double-flow positive displacement pump 200 (FIGS. 8, 8a), in each case for conveying flowable materials, has one cylindrical basic shape.
  • the impeller 30 of the circumferential, groove-shaped impeller passage 32 is provided which engages in one of the end faces of the impeller 30 and concentric with the axis of rotation R axially.
  • the groove flanks of the impeller channel 32 are in the form of uniformly wel lenförmigen, continuously curved, radially outer channel boundary 34 and the same uniformly wave-shaped, continuously curved radially inner channel boundary 36 is formed.
  • Under the outer wave crest WKa is the respective radial highest elevation of the wave-shaped, radially outer channel boundary 34 formed on the respective respective radially inwardly to the outer surface Ma extending outer displacer 34a to understand.
  • Under the inner wave crest WKi is the respective radially highest elevation of the wave-shaped, radially inner channel boundary 36, formed on the respective radially outwardly to the inner envelope surface Mi extending inner displacer 36a to understand.
  • the outer and inner wave crests WKa, WKi each form a line contact with the outer and inner circumferential surfaces Ma, Mi over their entire axial extension length.
  • the at least one impeller channel 32 is, with respect to the axis of rotation R, the radially positioned manner that the outer channel boundary 34 with their respective radial outermost extent the lateral surface of the impeller 30, 30 * penetrates to form a respective penetration opening 34b and thereby the running wheel channel 32) at these points to the outside of the lateral surface of the impeller 30, 30 * in a narrow range opens (Figure 7b).
  • This embodiment serves to avoid deposits between the impeller 30, 30 * and the cover or the housing body 6, 4th
  • FIGS 9 and 9a show a third separator 80, which is formed in the form of a wheel channel 32 and its boundary by the housing 4 or the lid body 6 circumferentially sealing pig.
  • the third Trennele element 80 learns on the one hand on the side of the unillustrated infant opening 20 (see, eg, Figure 1) its support at one end of a supporting joint part 90, the ten at its other end to one of the infant opening 20 supporting end of the guide 50a of the guide ring 50th supported.
  • the third separating member 80 has a degree of freedom of movement to one of the pressure port 22, not shown, (see, for example, Fig. 1) adjacent the nozzle 50b of the nozzle 50.
  • Figures 9, 9a, 10, 10a, 10b show outer and inner stall grooves 30a, 30b.
  • the outer stall groove 30a is oriented in the direction of rotation n of the Laufra 30, immediately before the respective outer wave crest WKa before seen.
  • the inner stall groove 30 b is provided immediately before the respective inner Wel comb WKi.
  • the outer and inner channel boundary 34, 36 each extend to the fenen side of the impeller channel 32 out in the form of a streamlined, before preferably convex rounding or an inlet / Ausströmfase 30d, 30e (Figure 9c according to the sectional shape "EE" in Figure 9th Figures 10, 10a, 10b).
  • a lateral surface 31 of the impeller 30 ( Figure 10) more than one freewheel recess 30 c are provided. These are trough-shaped or trough-shaped and preferably formed with self-contained boundary contour, distributed over the circumference of the lateral surface 31 and in each case from each other and each of the the impeller passage 32 receiving end face of the impeller 30 is arranged at a distance, whereby a closed over the circumference of the lateral surface 31, tra ing sliding surface structure is present.
  • a method for conveying flowable substances with the positive displacement pump 100, 200 and with the impeller 30, 30 * for this positive displacement pump of the type described above is characterized by the following steps (a) to (c), which are also described below with reference to FIGS to 2c and 3a to 3c, which show a cut from the positive displacement pump 100 with six outer and six inner Wel renhimmmen (60 degree division), will be further clarified:
  • outer chamber volumes KVa radially inwardly of, be attracted to the axis of rotation R of the impeller 30, 30 *, rotationally symmetric metric outer surface Ma of the stationary guide ring 50 and the inner chamber volumes KVi radially outside of the, relative to the axis of rotation R, rotationally symmetrical inner lateral surface Mi of the guide ring 50 are bounded.
  • the respective outer chamber volume KVa is formed between the adjacent externa ßeren displacer 34a of the outer channel boundary 34 on the one hand and the externa ßeren lateral surface Ma of the guide ring 50 on the other.
  • the respective inner chamber volume KVi is formed between the adjacent inner displacers 36a of the inner channel boundary 36 on the one hand and the inner circumferential surface Mi of the guide ring 50 on the other hand (FIGS. 2a to 3c).
  • FIGS. 3a, 3b and 3c angular positions -45, -30 and -15 degrees. It is obvious that the respective passage cross-section of the pressure opening 22 in relation to the chamber volumes VKa, VKi located in their catchment area is identical to the assigned passageway. cross section of the mammal opening 22 also in relation to the chamber volumes located in their catchment area VKa, VKi.
  • the flowable substance P is in the outer and inner chamber volumes KVa, KVi by the impeller 30, 30 * in the direction of rotation n opposite and on the outer and inner circumferential surface Ma, Mi voltage from the suction to Drucköff 20, 22 moved .

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Abstract

Rotierende Verdrängerpumpe (100, 200) zum Fördern von fließfähigen Stoffen (P), mit •einem umlaufenden, nutförmigen Laufradkanal (32), der wenigstens in eine der Stirnseiten des zylinderförmigen Laufrades (30) und konzentrisch zu dessen Rotationsachse (R) axial eingreift, •dem Laufradkanal (32), dessen Nutflanken in Gestalt einer gleichförmig wellenförmigen, stetig gekrümmten radial äußeren Kanalbegrenzung (34) und einer ebensolchen radial inneren Kanalbegrenzung (36) ausgeformt und, in radialer Richtung und in jeder Ebene senkrecht zur Rotationsachse (R) gesehen, äquidistant zueinander sind und in einer Kanalgrundfläche (38) enden und •einem kreisringförmigen Leitring (50), der mit dem Deckelkörper (6) oder dem Gehäusekörper (4) fest verbunden ist, in den Laufradkanal (32) eingreift und sich bis zur Kanalgrundfläche (38) erstreckt, wobei, in radialer Richtung gesehen, alle äußeren Wellenkämme (WKa) der äußeren Kanalbegrenzung (34) und alle inneren Wellenkämme (WKi) der inneren Kanalbegrenzung (36) jeweils auf ihrer gesamten Erstreckungslänge bis an den Leitring (50) herangeführt sind. Laufrad (30, 30*) für eine solche Verdrängerpumpe und Verfahren zum Fördern mit einer solchen Verdrängerpumpe.

Description

Rotierende Verdrängerpumpe zum Fördern von fließfähigen Stoffen, Laufrad für eine solche und Verfahren zum Fördern mit einer solchen
Verdrängerpumpe
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine rotierende Verdrängerpumpe zum Fördern von fließfähigen Stoffen, ein Laufrad für eine solche und ein Verfahren zum Fördern mit einer solchen Verdrängerpumpe. Bei den fließfähigen Stoffen kann es sich auch um solche mit niedriger bis hoher Viskosität und jeweils stückigen Anteilen handeln. Die Einsatzgebiete derartiger Verdrängerpumpen sind die Chemie, die Pharmazie und die lebensmittelerzeugende und. -verarbeitende Industrie. Zur Einordnung und Abgrenzung der erfindungsgemäßen rotierenden Verdrängerpumpe, die hinsichtlich ihres grundlegenden Förderprinzips im Stand der Technik kein Vorbild hat, kann der Hinweis dienen, dass sie in einem Gehäuse ein einziges drehbewegliches Laufrad und ein einziges, die Saug- von der Druckseite trennendes, bewegliches Trennelement aufweist.
STAND DER TECHNIK
Verdrängerpumpen zur Förderung fließfähiger Stoffe ohne stückige Anteile oder mit derartigen Beimengungen lassen sich einteilen in solche, bei denen ein Förderorgan eine hin- und hergehende oder eine drehende Bewegung ausführt. Hinlänglich bekannte Membranpupen oder Kolbenpumpen gehören zur ersten Gruppe; sie erfordern unter anderem Rückschlagventile in der Saug- und Druckseite und sie weisen eine pulsierende Förderung auf. Zur zweiten Gruppe, den rotierenden Verdrängerpumpen, gehören ebenfalls hinlänglich bekannte Exzenterwellenpumpen, Drehkolbenpumpen, Schraubenspindelpumpen, Zahnradpumpen und Schlauchpumpen. Exzenterwellenpumpen sind bei höheren Temperaturen verschleißanfällig und komplex im Aufbau. Drehkolbenpumpen sind durch eine leichte Pulsation des Förderstromes gekennzeichnet; sie erfordern zwei Gleitringdichtungsanordnungen. Schraubenspindelpumpen sind komplex im Aufbau und sie erfordern gleichfalls zwei Gleitringdichtungsanordnungen. Zahnradpumpen sind nur für homogene Stoffe ohne stückige und/oder abrasive Beimengungen geeignet; sie erfordern zwei Gleitringdichtungsanordnungen. Schlauchpumpen sind kon- struktiv eher aufwändig, sie erzeugen einen leicht pulsierenden Förderstrom und sind durch einen mehr oder weniger großen Schlauchverschleiß gekennzeichnet.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird auf eine rotierende Ver drängerpumpe verwiesen, die im Stand der Technik als sog. MasoSine-Pumpe bekannt ist (siehe hierzu folgenden Link: http://www.watson-marlow.com/ Documents/knowledqe-hub/Brochures/de%20-%20German/MasoSine%20DE/b- masosine-certa-DE-03.pdf). Sie zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass sie in einem Gehäuse ein einziges drehbewegliches Laufrad und ein einziges, die Saug- von der Druckseite trennendes, bewegliches Trennelement aufweist. In einem zylinderförmigen Gehäuse befindet sich konzentrisch zur Zylinderachse ein zentrisch gelagerter zylindrischer Rotor, auf und über dessen Mantelfläche sich in radialer Richtung eine umfänglich geschlossene, wellenförmige Kurvenscheibe er streckt. Die wellenförmigen Auslenkungen der Kurvenscheibe sind axial zur Ro torachse orientiert, wobei die Wellenkämme der einen Seite der Kurvenscheibe auf der einen Stirnseite des zylinderförmigen Gehäuses und jene auf der anderen Seite der Kurvenscheibe auf der anderen Stirnseite dichtend gleiten. Das schie berartige, plattenförmige Trennelement, das in der Mantelfläche des Gehäuses axial verschieblich gelagert ist und beiderseits in die jeweilige Stirnseite des Gehäuses eingreift, umfasst die Kurvenscheibe beiderseits bis auf die Mantelfläche des Rotors. Durch die Drehbewegung des Rotors und damit der Kurvenscheibe erfährt das Trennelement eine axiale hin- und hergehende Bewegung, die eine Trennung der Saug- von der Druckseite der Verdrängerpumpe sicherstellt. Diese Verdrängerpumpe arbeitet nahezu pulsationsfrei. Allerdings ist das Trennelement durch seine fortdauernden Relativbewegungen gegenüber dem Gehäuse, der Mantelfläche des Rotors und allen von ihm umfassten Randflächen der Kurven scheibe einem hohen Verschleiß unterworfen.
Eine rotierende Verdrängerpumpe der vorgenannten Art ist auch in der DE 10 2015 116 769 A1 offenbart. Die dort beschriebene Verdrängerpumpe weist einen um eine Drehachse drehbaren Rotor auf, welcher eine Rotornabe und einen sich von der Rotornabe in radialer Richtung erstreckenden wellenförmig umlaufenden Rotorkragen umfasst. Ein Pumpengehäuse bildet mit dem Rotor einen Pumpen kanal, der in Abhängigkeit von einer wahlweise einstellbaren Betriebsrichtung der Pumpe einen ersten Einlass-/Auslassraum mit einem zweiten Einlass- /Auslassraum verbindet. Eine Sperrvorrichtung, welche zwischen dem ersten Ein- Iass-/Auslassraum und dem zweiten Einlass-/Auslassraum angeordnet ist, weist ein Sperrelement auf, welches den Pumpenkanal in axialer Richtung beidseitig des Rotorkragens sperrt und einen Rückfluss von zu pumpendem Fluid von dem jeweiligen Auslass- zu dem jeweiligen Einlassraum verhindert. Die Sperrvorrichtung verfügt über einen ersten Sitz für das Sperrelement auf der Seite des ersten Einlass-/Auslassraumes, an dem das Sperrelement in einer ersten Betriebsrich tung zum Pumpen vom ersten Einlass-/Auslassraum zum zweiten Einlass-/Aus- lassraum mit einer ersten Anlagefläche anliegt. Die Sperrvorrichtung besitzt weiterhin einen zweiten Sitz für das Sperrelement auf der Seite des zweiten Einlass- /Auslassraumes, an dem das Sperrelement in einer zweiten Betriebsrichtung zum Pumpen vom zweiten Einlass-/Auslassraum zum ersten Einlass-/Auslassraum mit einer zweiten Anlagefläche anliegt. Der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Sitz ist dabei größer als der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Anlagefläche, jeweils in Umfangrichtung gemessen.
Die Druckschrift WO 2005 / 066 498 A1 geht aus von einer rotierenden Verdrängerpumpe, wie sie vorstehend in ihrem grundsätzlichen Aufbau mit Blick auf ein Pumpengehäuse, einen Rotor, eine Rotornabe mit einem wellenförmig umlau fenden Rotorkragen und ein den Rotorkragen umgreifendes Sperrelement unter Bezug auf die DE 10 2015 116 769 A1 skizziert wurde. Im Unterschied hierzu be sitzt der Rotorkragen zumindest in Umfangsrichtung abschnittsweise ebene Außenflächen auf zumindest einer seiner beiden einander gegenüberliegenden Außenseiten.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rotierende Verdrängerpumpe zum Fördern fließfähiger Stoffe zu schaffen, die insgesamt und insbesondere mit Blick auf ihr Laufrad konstruktiv sehr einfach aufgebaut und entsprechend einfach her zustellen ist, die verschleißarm arbeitet und pulsationsfrei fördert. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird durch eine rotierende Verdrängerpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der zugeordneten Unteransprüche. Ein Laufrad für eine rotierende Verdrängerpumpe der in den Ansprüchen beanspruchten Ausführung ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs 17. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Laufrades sind Gegenstand der zugeordneten Unteransprüche. Ein Verfahren zum Fördern von fließfähigen Stof fen mit einer Verdrängerpumpe und mit einem Laufrad der in den zugeordneten Ansprüchen beanspruchten Ausführung ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs 30.
Rotierende Verdrängerpumpe
Die Erfindung geht aus von einem aus einem Gehäuse- und einem Deckelkörper bestehenden zylinderförmigen Pumpengehäuse, in dem drehbeweglich und motorisch antreibbar ein Laufrad mit einer zylindrischen Außenkontur dichtend Auf nahme findet.
Der erfinderische Grundgedanke und seine konkrete Umsetzung bestehen darin, dass ein umlaufender, nutförmiger Laufradkanal vorgesehen ist, der wenigstens in eine der Stirnseiten des Laufrades und konzentrisch zu dessen Rotationsachse axial eingreift. Der Laufradkanal kann, bezogen auf durch die Rotationsachse ge hende Ebenen, unterschiedlichste Querschnittsformen aufweisen. Notwendig ist lediglich, dass die Nutflanken des Laufradkanals in Gestalt einer gleichförmig wellenförmigen, stetig gekrümmten radial äußeren Kanalbegrenzung und einer ebensolchen gleichförmig wellenförmigen, stetig gekrümmten radial inneren Kanalbegrenzung ausgeformt und, in radialer Richtung und in jeder Ebene senkrecht zur Rotationsachse gesehen, äquidistant zueinander sind und jeweils in einer Kanalgrundfläche enden. Weiterhin ist ein kreisringförmiger Leitring vorgesehen, der mit dem Deckel- oder dem Gehäusekörper fest verbunden ist, in den Laufradkanal eingreift und sich bis zur Kanalgrundfläche hin erstreckt. Dabei sind, in radialer Richtung gesehen, alle äußeren Wellenkämme der äußeren Kanalbegrenzung und alle inneren Wellenkämme der inneren Kanalbegrenzung jeweils auf ihrer gesam ten Erstreckungslänge bis an den Leitring herangeführt. Der derart durch den Leitring in seinem radialen Erstreckungsbereich geteilte Laufradkanal bildet im beidseitigen Zusammenwirken mit dem Leitring zwischen benachbarten äußeren Wellenkämmen ein äußeres Kammervolumen und zwischen benachbarten inne ren Wellenkämmen ein inneres Kammervolumen aus. Die derart ausgebildeten äußeren und inneren Kammervolumina stellen in Drehrichtung bzw. Umfangsrich tung des Laufrades wandernde Saug- und Druckräume und in Summe einen Ar beitsraum des Laufrades dar. Der Arbeitsraum ist mit einer Saug- und einer Drucköffnung versehen, die der Kanalgrundfläche gegenüberliegend im Pumpen gehäuse angeordnet sind. Ihr Abstand voneinander ist in einer durch benachbarte äußere oder innere Wellenkämme definierten Winkelteilung, die auf die Rotationsachse bezogen ist, bestimmt. Der kreisringförmige Leitring ist nicht vollständig in sich geschlossen ausgeführt, sondern er ist zum einen im Bereich zwischen der Saug- und der Drucköffnung und bis zur Kanalgrundfläche hin unterbrochen aus gebildet. Zum anderen ist er im Kreuzungsbereich jeweils mit der Saug- und Drucköffnung ebenfalls unterbrochen ausgebildet, damit die inneren und äußeren Kammervolumina einerseits ungestört und vollständig über die Säugöffnung befüllt und andererseits ebenfalls ungestört und restlos in die Drucköffnung entleert wer den.
Ein weiteres erfindungswesentliches Merkmal, dem ein eigenständiger Erfindungsgedanke zukommt, ist ein Trennelement, das zwischen der Saug- und der Drucköffnung im dort ausgesparten Leitring angeordnet und im Laufradkanal und am Deckel- oder am Gehäusekörper allseits dichtend geführt ist und sich in Dreh richtung des Laufrades an dem Leitring abstützt. Dieses Trennelement bewirkt die notwendige Sperrung zwischen der Saug- und Druckseite der Verdrängerpumpe, indem er dem Durchtrittsquerschnitt des Laufradkanals im Zusammenwirken mit der Stirnseite des Deckel- oder Gehäusekörpers allseits angepasst ist und dort drosselspaltgedichtet die wellenförmigen Bewegungen der äußeren und inneren Kanalbegrenzung während der Drehung des Laufrades mitvollzieht. Er verliert da bei in keiner Drehlage des Laufrades seine abdichtende Wirkung zwischen zwei benachbarten äußeren Kammervolumina einerseits, die einen Saug- und einen Druckraum darstellen, weil sie mit der zugeordneten Saug- oder Drucköffnung in Verbindung stehen, und zwei benachbarten inneren Kammervolumina anderer seits, die ebenfalls diesen Druckverhältnissen unterliegen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Verdrängerpumpe sieht vor, dass wenigstens drei innere und drei äußere oder bis maximal so viel innere und entsprechend äußere Wellenkämme, deren Anzahl durch eine minimale Winkelteilung zwischen Saug- und Drucköffnung definiert ist, vorgesehen sind. Ein Wellenkamm, der geometrisch eine wie auch immer geformte Linie bildet, wird jeweils im Gipfel der äußeren und der inneren wellenförmigen Kanalbegrenzung, der konvexen Aus wölbung, gebildet. Die minimale Winkelteilung ergibt sich aus einem Mindestab stand zwischen Saug- und Drucköffnung im Bereich des Arbeitsraumes, d.h. im Umfangsbereich des Laufradkanals, wobei die Saug- und Drucköffnung und damit die aus diesen ausmündenden Saug- und Druckstutzen nicht einander durchdrin gen dürfen, sondern einen praxistauglichen Mindestabstand voneinander besitzen müssen. Es hat sich als zweckmäßig und vorteilhaft herausgestellt, wenn fünf bis sieben äußere und entsprechend fünf bis sieben innere Wellenkämme, vorzugs weise sechs äußere und sechs innere, vorgesehen sind.
Die Konstruktion der Verdrängerpumpe vereinfacht sich signifikant, wenn die äu ßere und die innere Kanalbegrenzung parallel zueinander und parallel zur Rotati onsachse des Laufrades verlaufen. Ein diesbezüglicher rechteckförmiger Laufrad kanal, der senkrecht in die Stirnfläche des zylinderförmigen Laufrades eingreift, lässt sich denkbar einfach, z.B. zerspanend, herstellen. So kann beispielsweise diese Ausführungsform mit einem zylindrischen Fräswerkzeug, das dem definier ten wellenförmigen Verlauf des Laufrad kanals folgt, auf einfachste Weise herge stellt werden. Weiterhin ist der zum Laufradkanal komplementäre Leitring mit seinem zwangsläufig rechteckförmigen Querschnitt ein gleichermaßen einfach her zustellendes Drehteil; er ist zudem extrem einfach in den Laufradkanal einzuführen und dort zu positionieren.
Eine andere Ausführungsform des Laufradkanals sieht vor, dass sich die äußere und die innere Kanalbegrenzung zur Kanalgrundfläche hin zueinander verjüngen, wobei erstere um einen ersten Winkel und die andere um einen zweiten Winkel jeweils gegenüber der Rotationsachse des Laufrades geneigt sind. Der Leitring ist dabei in seinem jeweiligen Eingriffsbereich mit dem Laufradkanal komplementär zu der äußeren und der inneren Kanalbegrenzung ausgebildet. Mit dieser Ausführungsform, die die gleichen Vorteile hinsichtlich Herstellung und Montage wie jene mit rechteckförmigem Querschnitt aufweist, ist zudem eine Einstellmöglichkeit für die Drosselspalte zwischen der inneren und der äußeren Kanalbegrenzung einschließlich der Kanalgrundfläche und dem Leitring gegeben. Es ist herstellungstechnisch und hydraulisch gesehen zweckmäßig, wenn der erste und der zweite Winkel gleich sind.
Die Lagerung und Abdichtung der Pumpenwelle gestaltet sich nach einer weiteren Ausführungsform sehr einfach, weil das Laufrad lediglich einer fliegenden Lagerung bedarf. Es ist vorgesehen, dass eine mit dem Laufrad verbundene Pumpenwelle auf der Seite des Gehäusekörpers aus diesem herausgeführt und gegenüber dem Gehäusekörper oder einem an diesem ausgebildeten Anschlussgehäuse mit einer ersten Gleitringdichtungsanordnung abgedichtet ist. Die Verdrängerpumpe kann auf jedem handelsüblichen Getriebemotor mit Hohlwelle oder mit einem separaten Lagerbock montiert werden.
Um die Verdrängerpumpe während der Förderung des Stoffes irh Bereich der ersten Gleitringdichtungsanordnung in der notwendigen Weise spülen und in bestimmten Zeitabständen außerhalb des Förderbetriebs wirksam reinigen zu können, ist vorgesehen, dass das Laufrad im Bereich zwischen der Pumpenwelle und dem Arbeitsraum mit wenigstens zwei das Laufrad von der einen zur anderen Stirnseite durchdringende, über den Umfang des Laufrades gleichverteilt angeordnete Spülbohrungen versehen ist. Diese Spülbohrungen sind mit einer die erste Gleitringdichtungsanordnung radial außenseits ringförmig umschließende Spülkammer, die in dem Gehäusekörper oder dem an diesem ausgebildeten Anschlussgehäuse ausgebildet ist, fluidgängig verbunden. Der Zugang zur Spülkammer wird verbessert, wenn die Spülbohrungen in einer Ausnehmung im Laufrad, die in der der ersten Gleitringdingungsanordnung zugewandten Stirnseite des Laufrades konzentrisch ausgebildet ist, ausmünden, wobei eine ringförmige Ausnehmung oder eine radial nach innen durchgehende Ausnehmung ausgeführt ist. Die jeweilige Ausnehmung ist mit der Spülkammer fluidgängig verbunden.
Die Erfindung schlägt zwei unterschiedliche Ausführungen des Trennelements vor. Danach ist ein erstes Trennelement, das als ein um sein eines Ende schwenkbarer hebelförmiger Körper ausgebildet ist, einerseits an diesem Ende in einem der Säugöffnung benachbarten stützenden Leitringende des Leitringes radial und in Drehrichtung stationär gelagert. Andererseits wird das Trennelement, mit seinem radial beweglichen Endabschnitt dem in Drehrichtung des Laufrades bewegten wellenförmigen Laufradkanal folgend, von einem der Drucköffnung benachbarten Leitringende des Leitringes radial beweglich geführt.
Eine zweite Ausführungsform sieht diesbezüglich ein zweites Trennelement vor, das in Form eines den Laufradkanal und dessen Berandung durch den Gehäuse oder den Deckelkörper umfänglich abdichtenden Molches ausgebildet ist, der einerseits seine Abstützung an einem der Säugöffnung benachbarten stützenden Leitringende des Leitringes erfährt und andererseits einen Bewegungsfreiheits grad zu einem der Drucköffnung benachbarten Leitringende des Leitringes besitzt, wodurch das zweite Trennelement somit lose bzw. quasi freifliegend positioniert wird.
Um Druckreibung an dem stützenden Leitringende zu mindern oder zu vermeiden, sieht eine dritte Ausführungsform ein drittes Trennelement vor, das gleichfalls in Form eines den Laufradkanal und dessen Berandung durch den Gehäuse- oder den Deckelkörper umfänglich abdichtenden Molches ausgebildet ist. Dieses dritte Trennelement erfährt seine Abstützung, im Unterschied zum zweiten Trennelement, einerseits an einem Ende eines stützenden Gelenkteils, das sich wiederum an seinem anderen Ende an einem der Säugöffnung benachbarten stützenden Leitringende des Leitringes abstützt, und andererseits besitzt es einen Bewe gungsfreiheitsgrad zu einem der Drucköffnung benachbarten Leitringende des Leitringes.
Die erfindungsgemäße Verdrängerpumpe kann auf denkbar einfache Weise zweiflutig ausgeführt werden, indem zusätzlich zur einen Stirnseite in der anderen Stirnseite des Laufrades, das damit zu einem zweiten Laufrad wird, ein weiterer Arbeitsraum ausgebildet ist, der alle hierzu notwendigen Merkmale des bereits auf der einen Stirnseite ausgebildeten Arbeitsraumes aufweist. Es ist herstellungs technisch und hydraulisch gesehen zweckmäßig, wenn die beiden Arbeitsräume zueinander abmessungs- und lageidentisch ausgebildet sind. Der Gleichförmigkeitsgrad der Förderung und insbesondere der Rundlauf der Verdrängerpumpe werden verbessert, wenn die äußere und die innere Kanalbegren zung in beiden Stirnseiten des zweiten Laufrades um die halbe Winkelteilung ge geneinander versetzt angeordnet sind.
Die zweiflutige Ausgestaltung der Verdrängerpumpe erlaubt durch eine einfache Variation der außenseitigen Verrohrung der Saug- und Druckstutzen sowohl eine Verdoppelung des Fördervolumens (Parallelschaltung) als auch eine Erhöhung des Enddruckes durch eine zweistufige Strömungsführung (Reihenschaltung). Dies wird dadurch erreicht, dass die beiden Arbeitsräume des zweiten Laufrades über ihre zugeordnete Saug- und Drucköffnung, die auf der einen Stirnseite mit ei nem zugeordneten Saugstutzen und einem zugeordneten Druckstutzen und auf der anderen Stirnseite mit einem zugeordneten zweiten Saugstutzen und einem zugeordneten zweiten Druckstutzen verbunden sind, parallel oder in Reihe zueinander geschaltet sind.
Laufrad
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Laufrad für eine rotierende Verdrängerpumpe zum Fördern von fließfähigen Stoffen, das drehbeweglich und motorisch antreib- bar in einem Pumpengehäuses aufgenommen, im Bereich seines wenigstens ei nen Arbeitsraumes gegenüber dem Pumpengehäuse dichtend Aufnahme findet und die Verdrängerpumpe, wie vorstehend beschrieben, ausgebildet ist.
Der erfinderisch Grundgedanke und seine konkrete Umsetzung bestehen darin, dass das Laufrad eine zylindrische Grundform aufweist und dass ein umlaufender, nutförmiger Laufradkanal vorgesehen ist, der wenigstens in eine der Stirnseiten des Laufrades und konzentrisch zu dessen Rotationsachse axial eingreift. Der Laufradkanal kann, bezogen auf durch die Rotationsachse gehende Ebenen, un terschiedlichste Querschnittsformen aufweisen. Notwendig ist lediglich, dass die Nutflanken des Laufradkanals in Gestalt einer gleichförmig wellenförmigen, stetig gekrümmten radial äußeren Kanalbegrenzung und einer ebensolchen gleichförmig wellenförmigen, stetig gekrümmten radial inneren Kanalbegrenzung ausgeformt und, in radialer Richtung und in jeder Ebene senkrecht zur Rotationsachse gese- hen, äquidistant zueinander sind und jeweils in einer Kanaigrundfläche enden. Ein derartiger Laufradkanal, der nicht notwendigerweise einer weiteren geometrischen Spezifizierung bedarf, ist mit standardisierten Zerspanungsverfahren nach dem Stand der Technik sehr einfach herzustellen. Die Funktionsfähigkeit des erfin dungsgemäßen Laufrades, insbesondere mit Blick auf die Bildung wirksamer äu ßerer und innerer Kammervolumina, erfordert es, dass, in radialer Richtung gesehen, alle äußeren Wellenkämme der äußeren Kanalbegrenzung jeweils auf ihrer gesamten Erstreckungslänge an einer fiktiven, zur Rotationsachse rotationssym metrischen äußeren Mantelfläche und alle inneren Wellenkämme der inneren Ka nalbegrenzung jeweils auf ihrer gesamten Erstreckungslänge an einer fiktiven, zur Rotationsachse rotationssymmetrischen inneren Mantelfläche enden und dass die äußere und die innere Mantelfläche definiert radial voneinander beabstandet sind. Derartige typische Mantelflächen können die Mantelfläche eines Zylinders, eines Kegelmantels oder eines rotationssymmetrischen Körpers sein, dessen Umfangskontur durch Rotation einer zur Rotationsachse konkav oder konvex gekrümmten Linie erzeugt wird, wobei die jeweilige Umfangskontur in der Kanalgrundfläche ausmündet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Laufrades ergeben sich aus den vorbeschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die entsprechenden Beschreibungsteile verwiesen. Dies betrifft die Ausführungsform eines zweiten Laufrades mit einem zweiten Arbeitsraum, die Ausbildung der beiden Laufradka näle und die Winkelteilung der äußeren und inneren Kanalbegrenzung in Relation zueinander, die Angabe eines praxisrelevanten Bereichs für die Anzahl der äuße ren und inneren Wellenkämme und eine bevorzugte Auswahl aus diesem Bereich sowie spezielle Querschnitte des Laufradkanals, wie rechteck- oder symmetrisch oder asymmetrisch trapezförmig.
Um verlustbehaftete Strömungseinschnürungen der zu fördernden Stoffe zu mini mieren und ggf. eine vorhandene Neigung zur Kavitation der zu fördernden Stoffe im Saugstutzen bzw. in der Säugöffnung zu vermindern, schlägt die Erfindung weiterhin vor, dass sich die äußere und die innere Kanalbegrenzung jeweils zur offe- nen Seite des Laufradkanals hin in Form einer strömungsgünstigen, vorzugsweise konvexen Abrundung oder einer Ein-/Ausströmfase erweitern.
Ein Strömungsabriss des zu fördernden Stoffes zwischen dem Leitring und dem Laufradkanal im Bereich des jeweiligen äußeren und inneren Wellenkammes wird begünstigt und es wird darüber hinaus ein Einklemmen von kleinen stückigen Anteilen des zu fördernden Stoffes an diesen Stellen vermieden, wenn, wie dies die Erfindung vorsieht, in Drehrichtung des Laufrades orientiert, unmittelbar vor dem jeweiligen äußeren Wellenkamm eine äußere Strömungsabriss-Nut und unmittel bar vor dem jeweiligen inneren Wellenkamm eine innere Strömungsabriss-Nut vorgesehen sind.
Um anfallende Druck- bzw. Leckageverluste zu minimieren und gleichzeitig ein Festlaufen des Laufrades durch den zu fördernden Stoff zu verhindern, schlägt die Erfindung vor, dass, alternativ zu Durchdringungsöffnungen und abhängig vom zu fördernden Stoff, in einer Mantelfläche des Laufrades mehr als eine Freilaufaus nehmung vorgesehen sind. Diese sind muldenförmig ausgebildet, über den Um fang der Mantelfläche verteilt und jeweils voneinander und jeweils von der den Laufradkanal aufnehmenden Stirnseite des Laufrades beabstandet angeordnet. Durch diese Ausgestaltung wird die Führung des jeweils zur Anwendung kom menden Trennelements nicht beeinträchtigt.
Zur Verminderung des Verschleißes und zur Verbesserung der Laufeigenschaften des Laufrades im Förderbetrieb sowie zur Verbesserung der Reinigungsfähigkeit des Laufrades bei der Reinigung im Durchfluss (CIP-Reinigungsverfahren) schlägt die Erfindung vor, dass der wenigstens eine Laufradkanal, bezogen auf die Rotati onsachse, derart radial positioniert ist, dass die äußere Kanalbegrenzung mit ihrer jeweils radial außenseitigsten Erstreckung die Mantelfläche des ersten oder des zweiten Laufrades unter Bildung einer jeweiligen Durchdringungsöffnung durch dringt und dadurch den jeweiligen Laufradkanal an diesen Stellen zur Außenseite der Mantelfläche des Laufrades in einem eng begrenzten Bereich öffnet. Alternativ können auch Spülnuten unterschiedlichster Ausführung und/oder Hinterdrehungen am Laufrad vorgesehen sein. Verfahren
Die Erfindung schlägt weiterhin ein Verfahren zum Fördern von fließfähigen Stoffen mit einer Verdrängerpumpe und mit einem Laufrad für diese Verdrängerpumpe der vorbeschriebenen Art vor. Dieses Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Stoff in raumfesten radial äußeren und radial inneren Kammervolumina innerhalb eines Laufrades, d.h. in im Laufrad ausgebildeten, räumlich unveränderlichen Hohlräumen, und zwar in Drehrichtung des Laufrades und in jeweils regelmäßiger Abfolge, absatzweise abgegrenzt wird. Die äußeren Kammervolumina sind radial innenseits von einer, bezogen auf die Rotationsach se des Laufrades, rotationssymmetrischen äußeren Mantelfläche eines ortsfesten Leitringes und die inneren Kammervolumina sind radial außenseits von einer, be zogen auf die Rotationsachse, rotationssymmetrischen inneren Mantelfläche des Leitringes berandet. Auf die Ausbildung typischer Mantelflächen der in Rede ste henden Art wurde vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Laufrad hingewiesen.
Die Zufuhr des Stoffes in die äußeren und inneren Kammervolumina erfolgt aus einer ortsfesten, gemeinsamen Säugöffnung und die Abfuhr aus den entsprechenden Kammervolumina erfolgt über eine ortsfeste, gemeinsame Drucköffnung.
Der in den äußeren und inneren Kammervolumina abgegrenzte Stoff wird durch das Laufrad in dessen Drehrichtung gegenüber und auf der äußeren und der inne ren Mantelfläche von der Saug- zur Drucköffnung verschoben. Die äußeren und inneren Kammervolumina stellen somit in Drehrichtung wandernde Hohlräume dar, die als Saug- und Druckräume fungieren. Die äußeren Kammervolumina sind gegenüber den inneren Kammervolumina um eine halbe Winkelteilung versetzt angeordnet, wobei die Winkelteilung aus der über den Umfang des Laufrades gleichverteilten Anordnung der äußeren oder inneren Kammervolumina resultiert. Die diesbezüglich versetzte Anordnung ergibt einen pulsationsfreien Förderstrom.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine eingehendere Darstellung der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren der Zeichnung sowie aus den Ansprü- chen. Während die Erfindung in den verschiedensten Ausführungsformen realisiert ist, werden nachfolgend anhand der Zeichnung zwei bevorzugte Ausführungsbei spiele einer erfindungsgemäßen rotierenden Verdrängerpumpe, die in ihrem Pum pengehäuse ein erfindungsgemäßes Laufrad aufnimmt, das erfindungsgemäße Laufrad für eine solche Verdrängerpumpe sowie ein Verfahren zum Fördern mit einer solchen rotierenden Verdrängerpumpe und einem solchen Laufrad beschrie ben. Es zeigen
Figur 1 eine Innenansicht einer einflutigen rotierenden Verdrängerpumpe oh ne ihr Deckelteil in Richtung ihrer Rotationsachse von der Deckelkör perseite aus gesehen;
Figur 1a einen Meridianschnitt durch die Verdrängerpumpe gemäß Figur 1
entsprechend einem in Figur 1 mit„A-A“ gekennzeichneten Schnitt- verlauf;
Figur 1b einen Meridianschnitt durch die Verdrängerpumpe gemäß Figur 1 im
Bereich eines Laufradkanals entsprechen einem in Figur 1 mit
„A*-A*“ gekennzeichneten Schnittverlauf;
Figur 1c einen Meridianschnitt gemäß Figur 1a im Bereich eines Laufradka- nals, der eine gegenüber der Ausführung gemäß Figur 1a abgewan- delte Geometrie aufweist;
Figuren
2a-2c eine Innenansicht der Verdrängerpumpe gemäß Figur 1 im Bereich eines eine Säugöffnung aufweisenden Quadranten des Pumpenge häuses in drei unterschiedlichen Stellungen des Laufrades;
Figuren
3a-3c eine Innenansicht der Verdrängerpumpe gemäß Figur 1 im Bereich eines eine Drucköffnung aufweisenden Quadranten des Pumpenge häuses in drei den Stellungen des Laufrades gemäß den
Figuren 2a-2c jeweils zugeordneten Stellungen;
Figur 4 eine Ansicht der rotierenden Verdrängerpumpe gemäß Figur 1 auf ih ren Deckelkörper in Richtung ihrer Rotationsachse mit der Darstellung wesentlicher verdeckter Innenkonturen;
Figur 4a einen Meridianschnitt durch die Verdrängerpumpe gemäß Figur 1
entsprechend einem in Figur 1 mit„B-B“ gekennzeichneten Schnittverlauf; Figur 5 in perspektivischer Darstellung eine Innenansicht der Verdrängerpum pe gemäß Figur 1 von dem entfernten Deckelkörper aus gesehen, wobei der jeweilige Flansch eines am Deckelkörper angeordneten Saug- und Druckstutzens in der Darstellung verblieben ist;
Figur 6a in Ansicht einen Ausschnitt aus der Verdrängerpumpe gemäß
Figur 1 im Bereich eines ersten Trennelements;
Figur 6b in Ansicht einen Ausschnitt aus der Verdrängerpumpe gemäß
Figur 1 im Bereich eines zweiten Trennelements;
Figur 7 das Laufrad entsprechend einer in Figur 7b mit„Z“ gekennzeichneten
Ansicht in Richtung seiner Rotationsachse und von der Seite des Lauf radkanals aus gesehen;
Figur 7a einen Meridianschnitt durch das Laufrad entsprechend einem in
Figur 7 mit„C-C“ gekennzeichneten Schnittverlauf;
Figur 7b in perspektivischer Darstellung das Laufrad gemäß Figur 7;
Figur 8 eine Ansicht einer zweiflutigen rotierenden Verdrängerpumpe auf ihren
Deckelkörper in Richtung ihrer Rotationsachse mit der Darstellung wesentlicher verdeckter Innenkonturen;
Figur 8a einen Meridianschnitt durch die zweiflutige Verdrängerpumpe entspre chend einem in Figur 8 mit„D-D“ gekennzeichneten Schnittverlauf; Figur 9 im Querschnitt eine Innenansicht einer einflutigen rotierenden Ver drängerpumpe ohne ihr Deckelteil in Richtung ihrer Rotationsachse von der Deckelkörperseite aus gesehen, wobei drei Modifizierungen gegenüber der Ausführung gemäß Figur 1 vorgesehen sind;
Figur 9a in vergrößerter Darstellung eine in Figur 9 mit„F“ gekennzeichnete
Einzelheit;
Figur 9b in vergrößerter Darstellung eine in Figur 9 mit„G“ gekennzeichnete
Einzelheit;
Figur 9c in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus einem Meridian schnitt durch die Verdrängerpumpe gemäß Figur 9 entsprechend ei nem in Figur 9 mit„E-E“ gekennzeichneten Schnittverlauf;
Figur 10 in perspektivischer Darstellung die Verdrängerpumpe gemäß Figur 9; Figur 10a in vergrößerter Darstellung eine in Figur 10 mit„H“ gekennzeichnete
Einzelheit und Figur 10b in vergrößerter Darstellung eine in Figur 10 mit„I“ gekennzeichnete
Einzelheit.
Rotierende Verdrängerpumpe
Eine rotierende Verdrängerpumpe 100 (Figuren 1 , 1a, 4, 4a, 5) zum Fördern von fließfähigen Stoffen P (Fig. 5) weist ein aus einem Gehäusekörper 4 und einem Deckelkörper 6 bestehendes zylinderförmige Pumpengehäuse 2 auf, in dem dreh beweglich und motorisch antreibbar ein Laufrad 30 mit einer zylindrischen Außenkontur dichtend Aufnahme findet.
Wenigstens in eine der Stirnseiten des Laufrades 30 und konzentrisch zu dessen Rotationsachse R greift ein umlaufender, nutförmiger Laufradkanal 32 ein. Die Nutflanken des Laufradkanals 32 sind in Gestalt einer gleichförmig wellenförmi- gen, stetig gekrümmten radial äußeren Kanalbegrenzung 34 und einer ebensol chen gleichförmig wellenförmigen, stetig gekrümmten radial inneren Kanalbegren zung 36 ausgeformt und sie sind, in radialer Richtung und in jeder Ebene senk recht zur Rotationsachse R gesehen, äquidistant zueinander und enden jeweils in einer Kanalgrundfläche 38 (Figuren 1b, 4a).
Ein kreisringförmiger Leitring 50, der mit dem Deckelkörper 6 oder dem Gehäuse körper 4 fest verbunden ist, greift in den Laufradkanal 32 ein und erstreckt sich bis zur Kanalgrundfläche 38 hin, wobei, in radialer Richtung gesehen, alle äußeren Wellenkämme WKa der äußeren Kanalbegrenzung 34 und alle inneren Wellen kämme WKi der inneren Kanalbegrenzung 36 (Figuren 1, 5) jeweils auf ihrer ge samten Erstreckungslänge bis an den Leitring 50 herangeführt sind. Der Laufrad kanal 32 bildet im beidseitigen Zusammenwirken mit dem Leitring 50 zwischen benachbarten äußeren Wellenkämmen WKa ein äußeres Kammervolumen KVa und zwischen benachbarten inneren Wellenkämmen WKi ein inneres Kammervo-- lumen KVi aus, wobei die vorgesehenen äußeren und inneren Kammervolumina KVa, KVi in Drehrichtung n des Laufrades 30 wandernde Saug- und Druckräume und in Summe einen Arbeitsraum AR des Laufrades 30 darstellen. In Figur 1 ist jeweils eines dieser Kammervolumen KVa, KVi schraffiert dargestellt. Unter dem äußeren Wellenkamm WKa ist die jeweilige radial höchste Erhebung der wellenförmigen, radial äußeren Kanalbegrenzung 34, ausgebildet an einem jeweiligen sich radial nach innen bis zu der Außenseite des Leitrings 50 erstreckenden äußeren Verdränger 34a, zu verstehen. Unter dem inneren Wellenkamm WKi ist die jeweilige radial höchste Erhebung der wellenförmigen, radial inneren Kanalbegrenzung 36, ausgebildet an einem jeweiligen sich radial nach außen bis zu der Innenseite des Leitrings 50 erstreckenden inneren Verdränger 36a, zu verstehen (äußerer Verdränger 34a ist in Figur 2a schraffiert und in Figur 5 perspektivisch dargestellt). Die äußeren und inneren Wellenkämme WKa, WKi liegen jeweils auf ihrer gesamten axialen Erstreckungslänge in Form einer Linienberührung am Leitring 50 an.
Der Arbeitsraum AR verfügt über eine Saug- 20 und eine Drucköffnung 22, die gegenüber der Kanalgrundfläche 38 im Pumpengehäuse 2 angeordnet und die in einer durch benachbarte äußere oder innere Wellenkämme WKa, WKi definierten Winkelteilung w3, die auf die Rotationsachse R bezogen ist, voneinander beab- standet sind (Fig. 1). Die Säugöffnung 20 mündet in einen Saugstutzen 20a und die Drucköffnung 22 mündet in einen Druckstutzen 22a aus.
Der Leitring 50 ist zum einen im Bereich zwischen der Saug- und der Drucköffnung 20, 22 und bis zur Kanalgrundfläche 38 hin und zum anderen im Kreuzungsbereich mit dem Austrittsbereich der Saug- 20 und mit dem Eintrittsbereich der Drucköffnung 22 unterbrochen ausgebildet (Figuren 1, 4, 5). Es ist ein erstes oder ein zweites Trennelement 60, 70 (Figuren 6a, 6b, 1a und 1, 4, 4a, 5) vorgesehen, das zwischen der Saug- und der Drucköffnung 20, 22 angeordnet und im Laufradkanal 32 und am Deckel- 6 oder am Gehäusekörper 4 allseits dichtend geführt ist (Figur 8a) und sich in Drehrichtung n des Laufrades 30 an dem Leitring 50 abstützt.
Es sind wenigstens drei innere und drei äußere oder bis maximal so viel innere und entsprechend äußere Wellenkämme WKa, WKi vorgesehen, deren Anzahl durch eine minimale Winkelteilung w3min zwischen Saug- und Drucköffnung 20, 22 definiert ist, wobei sich die minimale Winkelteilung w3min aus einem Mindest- abstand zwischen Saug- und Drucköffnung 20, 22 im Bereich des Arbeitsraumes AR ergibt. Es hat sich als hydraulisch zweckmäßig herausgestellt, wenn in der einflutigen Verdrängerpumpe 100, aber auch in einer noch zu beschreibenden zweiflutigen Verdrängerpumpe 200 (Figuren 8, 8a), jeweils fünf bis sieben äußere und entsprechend fünf bis sieben innere Wellenkämme WKa, WKi, vorzugsweise sechs äußere und sechs innere, ausgebildet sind.
Die Konstruktion der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe 100, 200 vereinfacht sich signifikant, wenn die äußere und die innere Kanalbegrenzung 34, 36 des Laufradkanals 32 parallel zueinander und parallel zur Rotationsachse R des Lauf rades 30 verlaufen, wie dies die Figuren 1a, 1b, jeweils in Verbindung mit den Figuren 1 und 4a, verdeutlichen.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Laufradkanals 32, die zusätzlich zu den Vorteilen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform eine Einstel lung der Gleit- und Drosselspalte ermöglicht, zeichnet sich dadurch aus (Figur 1c in Verbindung mit Figur 1 ), dass sich die äußere und die innere Kanalbegrenzung 34, 36 zur Kanalgrundfläche 38 hin zueinander verjüngen, wobei erstere um einen ersten Winkel w1 und die anderen um einen zweiten Winkel w2 jeweils gegenüber der Rotationsachse R des Laufrades 30 geneigt sind, und dass der Leitring 50 in seinem jeweiligen Eingriffsbereich mit dem Laufradkanal 32 komplementär zu der äußeren und der inneren Kanalbegrenzung 34, 36 ausgebildet ist. Die diesbezüg liche Konstruktion vereinfacht sich, wenn der erste und der zweite Winkel w1 , w2 gleich sind.
Eine mit dem Laufrad 30 mittels einer Befestigungsmutter 18 verbundene Pum penwelle 16, die durch eine Laufradnabe 40 vorzugsweise hindurchgreift, ist auf der Seite des Gehäusekörpers 4 aus diesem herausgeführt und gegenüber die sem oder einem an diesem ausgebildeten Anschlussgehäuse 4a mit einer ersten Gleitringdichtungsanordnung 12 abgedichtet (Figuren 4a, 1a).
Das Laufrad 30 ist im Bereich zwischen der Pumpenwelle 16 und dem Arbeits raum AR mit wenigstens zwei das Laufrad 30 von der einen zur anderen Stirnseite durchdringende, über den Umfang des Laufrades 30 vorzugsweise gleichverteilt angeordnete Spülbohrungen 42 versehen (Figuren 7, 7a, 7b, 1, 5). Die Spülboh rungen 42 sind mit einer die erste Gleitringdichtungsanordnung 12 radial außen- seits ringförmig umschließende Spülkammer 46, die in dem Gehäusekörper 4 oder dem an diesem ausgebildeten Anschlussgehäuse 4a ausgebildet ist, fluidgängig verbunden (Figur 4a). Die Spülbohrungen 42 münden in einer Ausnehmung 44, 44* im Laufrad 30 aus, die in der der ersten Gleitringdingungsanordnung 12 zugewandten Stirnseite des Laufrades 30 konzentrisch ausgebildet ist. Bei der Ausnehmung 44, 44* handelt es sich dabei entweder um eine ringförmige Ausnehmung 44 (Figur 4a) oder um eine radial nach innen durchgehende Ausnehmung 44* (Figur 8a). Die jeweilige Ausnehmung 44, 44* ist mit der Spülkammer 46 fluidgängig verbunden.
An den Gehäusekörper 4 oder dessen Anschlussgehäuse 4a schließt sich antriebsseitig eine Laterne 8 mit einem Laternengehäuse 8c an. Das Laternenge häuse 8c kann einerseits mit einem antriebsseitigen Anschlussflansch 8a mit einem handelsüblichen Getriebemotor mit Hohlwelle oder einem Lagerbock verbunden werden, und es ist andererseits über einen pumpengehäuseseitigen An schlussflansch 8b mit dem Gehäusekörper 4 oder dem Anschlussgehäuse 4a ver bunden (Figur 4a). Mindestens zwei über den Umfang des Laternengehäuses 8c verteilt angeordnete Laternengehäusebohrungen 8d sorgen für die Abfuhr von Le ckage- oder Spülflüssigkeit und dem Zugang zu den Spülanschlüssen an das Spülgehäuse 10. An den Gehäusekörper 4 oder dessen Anschlussgehäuse 4a schließt sich innerhalb des Laternengehäuses 8c ein Spülgehäuse 10 an, das eine zweite Gleitringdichtungsanordnung 14 aufnimmt und das zur Spülung letzterer mit nicht dargestellten Spülanschlüssen ausgestattet ist.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist Im Arbeitsraum AR der einflutigen Ver drängerpumpe 100 ein erstes Trennelement 60 vorgesehen (Figuren 6a, 1 , 1a, 4, 4a, 5), das einerseits in einem der Säugöffnung 20 benachbarten stützenden Leitringende 50a des Leitringes 50 radial und in Drehrichtung n gelagert und ande rerseits von einem der Drucköffnung 22 benachbarten Leitringende 50b des Leitringes 50 radial beweglich geführt ist. Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist im Arbeitsraum AR der Verdrängerpumpe 100 ein zweites Trennelement 70 vorgesehen (Figur 6b), das in Form eines den Laufradkanal 32 und dessen Berandung durch den Gehäuse- 4 oder den Deckelkörper 6 umfänglich abdichtenden Molches ausgebildet ist, der einerseits seine Abstützung an dem der Säugöffnung 20 benachbarten stützenden Leit ringende 50a des Leitringes 50 erfährt und andererseits einen Bewegungsfrei heitsgrad zu dem der Drucköffnung 22 benachbarten Leitringende 50b des Leitrin ges 50 besitzt.
Die erfindungsgemäße einflutige Verdrängerpumpe 100 ist auf denkbar einfache Weise zu der zweiflutigen Verdrängerpumpe 200 (Figuren 8, 8a) erweiterbar, indem zusätzlich zur einen Stirnseite in der anderen Stirnseite eines dann zweiten Laufrades 30* ein weiterer Arbeitsraum AR ausgebildet ist, der alle hierzu notwendigen Merkmale des bereits auf der einen Stirnseite ausgebildeten Arbeitsraumes AR bzw. des Laufradkanals 32 aufweist. Die Konstruktion der zweiflutigen Ver- drängerpumpe 200 vereinfacht sich signifikant, wenn die beiden Arbeitsräume AR zueinander abmessungs- und lageidentisch ausgebildet sind.
Die Gleichförmigkeit der Drehbewegung und des Förderstromes werden optimiert, wenn die äußere und die innere Kanalbegrenzung 34, 36 in beiden Stirnseiten des zweiten Laufrades 30* um die halbe Winkelteilung w3 gegeneinander versetzt an geordnet sind.
Ein doppelter Förderstrom 2P (nicht geschwärzte Pfeile in Figur 8) oder eine an nähernd Verdoppelung des Enddruckes des Förderstromes P (geschwärzte Pfeile in Figur 8) werden mit der zweiflutigen Verdrängerpumpe 200 auf einfache Weise dadurch erreicht, dass die beiden Arbeitsräume AR des zweiten Laufrades 30* über ihre zugeordnete Saug- und Drucköffnung 20, 22, die auf der einen Stirnseite mit dem zugeordneten Saugstutzen 20a und dem zugeordneten Druckstutzen 22a und auf der anderen Stirnseite mit einem zugeordneten zweiten Saugstutzen 20a* und einem zugeordneten zweiten Druckstutzen 22a* verbunden sind, parallel oder in Reihe zueinander geschaltet sind (Figuren 8, 8a). Einflutiges Laufrad
Ein Laufrad 30 für die vorbeschriebene rotierende einflutige Verdrängerpumpe 100 (Figuren 7, 7a, 7b) oder auch nach Modifikation in Form des zweiten Laufrades 30* für die zweiflutige Verdrängerpumpe 200 (Figuren 8, 8a), jeweils zum Fördern von fließfähigen Stoffen, weist eine zylindrische Grundform auf. Im Laufrad 30 ist der umlaufender, nutförmiger Laufradkanal 32 vorgesehen, der in eine der Stirn seiten des Laufrades 30 und konzentrisch zu dessen Rotationsachse R axial ein greift. Die Nutflanken des Laufradkanals 32 sind in Gestalt der gleichförmig wel lenförmigen, stetig gekrümmten, radial äußeren Kanalbegrenzung 34 und der ebensolchen gleichförmig wellenförmigen, stetig gekrümmten radial inneren Kanalbegrenzung 36 ausgeformt. Sie sind, in radialer Richtung und in jeder Ebene senkrecht zur Rotationsachse R gesehen, äquidistant zueinander und münden je weils in die Kanalgrundfläche 38 aus. In radialer Richtung gesehen enden alle äu ßeren Wellenkämme WKa der äußeren Kanalbegrenzung 34 jeweils auf ihrer ge samten Erstreckungslänge an einer fiktiven, zur Rotationsachse R rotationssym metrischen äußeren Mantelfläche Ma und alle inneren Wellenkämme WKi der inneren Kanalbegrenzung 36 enden jeweils auf ihrer gesamten Erstreckungslänge an einer fiktiven, zur Rotationsachse R rotationssymmetrischen inneren Mantelflä che Mi (Figur 7). Die äußere und die innere Mantelfläche Ma, Mi sind definiert radial voneinander beabstandet.
Unter dem äußeren Wellenkamm WKa ist die jeweilige radial höchste Erhebung der wellenförmigen, radial äußeren Kanalbegrenzung 34, ausgebildet an dem je weiligen sich radial nach innen bis zu der äußeren Mantelfläche Ma erstreckenden äußeren Verdränger 34a, zu verstehen. Unter dem inneren Wellenkamm WKi ist die jeweilige radial höchste Erhebung der wellenförmigen, radial inneren Kanalbegrenzung 36, ausgebildet an dem jeweiligen sich radial nach außen bis zu der in neren Mantelfläche Mi erstreckenden inneren Verdränger 36a, zu verstehen. Die äußeren und inneren Wellenkämme WKa, WKi bilden jeweils auf ihrer gesamten axialen Erstreckungslänge eine Linienberührung mit der äußeren bzw. inneren Mantelfläche Ma, Mi.
Der wenigstens eine Laufradkanal 32 ist, bezogen auf die Rotationsachse R, der art radial positioniert, dass die äußere Kanalbegrenzung 34 mit ihrer jeweils radial außenseitigsten Erstreckung die Mantelfläche des Laufrades 30, 30* unter Bildung einer jeweiligen Durchdringungsöffnung 34b durchdringt und dadurch den Lauf radkanal 32) an diesen Stellen zur Außenseite der Mantelfläche des Laufrades 30, 30* in einem eng begrenzten Bereich öffnet (Figur 7b). Diese Ausführungsform dient der Vermeidung von Ablagerungen zwischen dem Laufrad 30, 30* und dem Deckel- oder dem Gehäusekörper 6, 4.
Die Figuren 9 und 9a zeigen ein drittes Trennelement 80, das in Form eines den Laufradkanal 32 und dessen Berandung durch den Gehäuse- 4 oder den Deckel körper 6 umfänglich abdichtenden Molches ausgebildet ist. Das dritte Trennele ment 80 erfährt einerseits auf der Seite der nicht dargestellten Säugöffnung 20 (siehe z.B. Figur 1 ) seine Abstützung an einem Ende eines stützenden Gelenkteils 90, das sich an seinem anderen Ende an einem der Säugöffnung 20 benachbar ten stützenden Leitringende 50a des Leitringes 50 abstützt. Das dritte Trennele ment 80 besitzt andererseits einen Bewegungsfreiheitsgrad zu einem der nicht dargestellten Drucköffnung 22 (siehe z.B. Figur 1 ) benachbarten Leitringende 50b des Leitringes 50.
Die Figuren 9, 9a, 10, 10a, 10b zeigen äußere und innere Strömungsabriss-Nuten 30a, 30b. Die äußere Strömungsabriss-Nut 30a ist, in Drehrichtung n des Laufra des 30 orientiert, unmittelbar vor dem jeweiligen äußeren Wellenkamm WKa vor gesehen. In adäquater Anordnung ist unmittelbar vor dem jeweiligen inneren Wel lenkamm WKi die innere Strömungsabriss-Nut 30b vorgesehen.
Die äußere und die innere Kanalbegrenzung 34, 36 erweitern sich jeweils zur of fenen Seite des Laufradkanals 32 hin in Form einer strömungsgünstigen, vor zugsweise konvexen Abrundung oder einer Ein-/Ausströmfase 30d, 30e (Figur 9c entsprechend dem Schnittverlauf „E-E“ in Figur 9; Figuren 10, 10a, 10b).
In einer Mantelfläche 31 des Laufrades 30 (Figur 10) sind mehr als eine Freilauf ausnehmung 30c vorgesehen. Diese sind muldenförmig bzw. wannenförmig und vorzugsweise mit in sich geschlossener Begrenzungskontur ausgebildet, über den Umfang der Mantelfläche 31 verteilt und jeweils voneinander und jeweils von der den Laufradkanal 32 aufnehmenden Stirnseite des Laufrades 30 beabstandet angeordnet, wodurch eine über den Umfang der Mantelfläche 31 geschlossene, tra gende Gleitflächenstruktur vorliegt.
Zweiflutiges Laufrad
Zur Realisierung der zweiflutigen Verdrängerpumpe 200 ist lediglich erforderlich, dass zusätzlich zur einen Stirnseite in der anderen Stirnseite des dann zweiten Laufrades 30* ein weiterer Laufradkanal 32 ausgebildet ist, der alle hierzu not wendigen Merkmale des bereits auf der einen Stirnseite ausgebildeten Laufradka- nals 32 aufweist (Figur 8a).
Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen des Laufrades 30 oder des zweiten Laufrades 30* wird, um Wiederholungen zu vermeiden, auf die vorstehende Beschreibung im Zusammenhang mit der Verdrängerpumpe 100, 200 verwiesen, da das Laufrad 30, 30* wesentlicher Bestandteil dieser Verdrängerpumpe ist und dort hinsichtlich seiner notwendigen Merkmale bereits abgehandelt wurde. Dieser Hin- weis schließt auch die Ausführung der Laufradnabe 40, der wenigstens zwei Spülbohrungen 42 und der Ausnehmungen 44, 44* mit ein.
Verfahren
Ein Verfahren zum Fördern von fließfähigen Stoffen mit der Verdrängerpumpe 100, 200 und mit dem Laufrad 30, 30* für diese Verdrängerpumpe der vorbe schriebenen Art zeichnet sich durch die folgenden Schritte (a) bis (c) aus, die nachfolgend auch anhand der Figuren 2a bis 2c und 3a bis 3c, die einen Aus schnitt aus der Verdrängerpumpe 100 mit sechs äußeren und sechs inneren Wel lenkämmen (60 Grad Teilung) zeigen, noch weiter verdeutlicht werden:
(a) Der fließfähige Stoff P wird in raumfesten radial äußeren und radial inneren Kammervolumina KVa, KVi innerhalb des Laufrades 30, 30* in dessen Drehrichtung n und in jeweils regelmäßiger Abfolge absatzweise abgegrenzt,
wobei die äußeren Kammervolumina KVa radial innenseits von der, be zogen auf die Rotationsachse R des Laufrades 30, 30*, rotationssym metrischen äußeren Mantelfläche Ma des ortsfesten Leitringes 50 und die inneren Kammervolumina KVi radial außenseits von der, bezogen auf die Rotationsachse R, rotationssymmetrischen inneren Mantelfläche Mi des Leitringes 50 berandet sind.
Das jeweilige äußere Kammervolumen KVa wird zwischen den benachbarten äu ßeren Verdrängern 34a der äußeren Kanalbegrenzung 34 einerseits und der äu ßeren Mantelfläche Ma des Leitringes 50 andererseits gebildet. Das jeweilige innere Kammervolumen KVi wird zwischen den benachbarten inneren Verdrängern 36a der inneren Kanalbegrenzung 36 einerseits und der inneren Mantelfläche Mi des Leitringes 50 andererseits gebildet (Figuren 2a bis 3c).
(b) Die Zufuhr des fließfähigen Stoffes P in die äußeren und inneren Kammervo lumina KVA, KVi erfolgt aus der ortsfesten, gemeinsamen Säugöffnung 20 und die Abfuhr aus den Kammervolumina KVA, KVi erfolgt in die ortsfeste, gemeinsame Drucköffnung 22.
Die Befüllung zweier unmittelbar benachbarter und um 15 Grad gegeneinander versetzter äußerer und innerer Kammervolumina KVa und KVi (Winkelstellungen 15, 30 und 45 Grad) in Bezug zu den zugeordneten äußeren und inneren Ver drängern 34a, 36a ist in den Figuren 2a 2b und 2c dargestellt. Die Zufuhr des fließfähigen Stoffes P erfolgt über die Säugöffnung 20 in die mit dieser während der Drehbewegung zeitweise verbundenen Kammervolumina KVa und KVi. Der zur Verdeutlichung radial schraffiert dargestellte äußere Verdränger 34a und die jeweils zugeordneten, benachbarten inneren Verdränger 36a wandern in Drehrichtung n an der Säugöffnung 20 vorbei und verändern deren Durchtrittsquerschnitt (jeweils unter 45 Grad linkssteigend schraffiert dargestellt).
Die den Winkelstellungen der Kammervolumina VKa, VKi gemäß den Figuren 2a, 2b und 2c jeweils zugeordneten Winkelstellungen der Kammervolumina VKa, VKi im Bereich der Drucköffnung 22 zeigen die Figuren 3a, 3b und 3c (Winkelstellung -45, -30 und -15 Grad). Es ist offensichtlich, dass der jeweilige Durchtrittsquer schnitt der Drucköffnung 22 in Relation zu den in deren Einzugsbereich befindli chen Kammervolumina VKa, VKi identisch ist mit dem zugeordneten Durchtritts- querschnitt der Säugöffnung 22 ebenfalls in Relation zu den in deren Einzugsbereich befindlichen Kammervolumina VKa, VKi.
(c) Der fließfähige Stoff P wird in den äußeren und inneren Kammervolumina KVa, KVi durch das Laufrad 30, 30* in Drehrichtung n gegenüber und auf der äußeren und der inneren Mantelfläche Ma, Mi von der Saug- zur Drucköff nung 20, 22 verschoben,
wobei die äußeren Kammervolumina KVa gegenüber den inneren Kammervolumina KVi um eine halbe Winkelteilung w3 versetzt ange- ordnet sind und wobei die Winkelteilung w3 aus der über den Umfang des Laufrades 30, 30* gleichverteilten Anordnung der äußeren oder in- neren Kammervolumina KVa, KVi resultiert.
Aufgrund der gleichliegenden Verhältnisse in Bezug auf die an der Abgrenzung des fließfähigen Stoffes P beteiligten Kammervolumina VKa, VKi und die zugeord neten jeweils wirksamen Durchtrittsquerschnitte der Saug- und Drucköffnung 20, 22 ergibt sich ein konstanter und pulsationsfreier Förderstrom der erfindungsge mäßen Verdrängerpumpe 100, 200. Die Figuren 2a bis 3c zeigen außerdem, dass das erste Trennelement 60 bei der Drehung in Drehrichtung n die radial ori- entierte wellenförmige Bewegung des Laufradkanals 32 abdichtend mitvollzieht. Dadurch werden die mit der Säugöffnung 22 temporär in unmittelbarer Verbindung stehenden Kammervolumina KVa, KVi der Figuren 2a bis 2c von den Kammervo lumina KVa, KVi der Figuren 3a bis 3c, die in der jeweils zugeordneten Lage des Laufrades 30, 30* mit der Drucköffnung 22 in unmittelbarer Verbindung stehen, wirksam voneinander getrennt. Die Saug- und Druckseite der Verdrängerpumpe 100, 200 erfährt dadurch eine notwendige und wirksame Trennung. BEZUGSZEICHENLISTE DER VERWENDETEN ABKÜRZUNGEN
100 einflutige Verdrängerpumpe
200 zweiflutige Verdrängerpumpe
2 Pumpengehäuse
4 Gehäusekörper
4a Anschlussgehäuse
6 Deckelkörper
8 Laterne
8a antriebsseitiger Anschlussflansch
8b pumpengehäuseseitiger Anschlussflansch
8c Laternengehäuse
8d Laternengehäusebohrung
10 Spülgehäuse
12 erste Gleitringdichtungsanordnung
14 zweite Gleitringdichtungsanordnung
16 Pumpenwelle
18 Befestigungsmutter
20 Säugöffnung
20a Saugstutzen
20a* zweiter Saugstutzen
22 Drucköffnung
22a Druckstutzen
22a* zweiter Druckstutzen
30 Laufrad
30* zweites Laufrad
30a äußere Strömungsabriss-Nut 30b innere Strömungsabriss-Nut
30c Freilaufausnehmung
30d äußere Ein-/Ausströmfase
30e innere Ein-/Ausströmfase
31 Mantelfläche
32 Laufradkanal
34 äußere Kanalbegrenzung
34a äußerer Verdränger
34b Durchdringungsöffnung
36 innere Kanalbegrenzung
36a innerer Verdränger
38 Kanalgrundfläche
40 Laufrad nabe
42 Spülbohrung
44 ringförmige Ausnehmung
44* zweite ringförmige Ausnehmung
46 Spülkammer
50 Leitring
50a stützendes Leitringende
50b Leitringende
60 erstes Trennelement
70 zweites Trennelement
80 drittes Trennelement
90 Gelenkteil AR Arbeitsraum
KVa äußeres Kammervolumen
KVi inneres Kammervolumen
Ma äußerer Mantelfläche
Mi innerer Mantelfläche
P fließfähiger Stoff
R Rotationsachse
WKa äußerer Wellenkamm
WKi innerer Wellenkamm n Drehrichtung
w1 erster Winkel
w2 zweiter Winkel
w3 Winkelteilung
w3min minimale Winkelteilung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Rotierende Verdrängerpumpe (100, 200) zum Fördern von fließfähigen
Stoffen (P)
• mit einem aus einem Gehäuse- (4) und einem Deckelkörper (6) beste henden zylinderförmigen Pumpengehäuse (2), in dem drehbeweglich und motorisch antreibbar ein Laufrad (30) mit einer zylindrischen Außenkontur dichtend Aufnahme findet,
• mit einem umlaufenden, nutförmigen Laufradkanal (32), der wenigstens in eine der Stirnseiten des Laufrades (30) und konzentrisch zu dessen Rota tionsachse (R) axial eingreift,
• mit dem Laufradkanal (32), dessen Nutflanken in Gestalt einer gleichför mig wellenförmigen, stetig gekrümmten radial äußeren Kanalbegrenzung (34) und einer ebensolchen radial inneren Kanalbegrenzung (36) ausge formt und, in radialer Richtung und in jeder Ebene senkrecht zur Rotati onsachse (R) gesehen, äquidistant zueinander sind und jeweils in einer Kanalgrundfläche (38) enden,
• mit einem kreisringförmigen Leitring (50), der mit dem Deckelkörper (6) oder dem Gehäusekörper (4) fest verbunden ist, in den Laufradkanal (32) eingreift und sich bis zur Kanalgrundfläche (38) hin erstreckt, wobei, in radialer Richtung gesehen, alle äußeren Wellenkämme (WKa) der äuße ren Kanalbegrenzung (34) und alle inneren Wellenkämme (WKi) der inne ren Kanalbegrenzung (36) jeweils auf ihrer gesamten Erstreckungslänge bis an den Leitring (50) herangeführt sind,
• mit dem Laufradkanal (32), der im beidseitigen Zusammenwirken mit dem Leitring (50) zwischen benachbarten äußeren Wellenkämmen (WKa) ein äußeres Kammervolumen (KVa) und zwischen benachbarten inneren Wellenkämmen (WKi) ein inneres Kammervolumen (KVi) ausbildet, wobei die vorgesehenen äußeren und inneren Kammervolumina (KVa, KVi) in Drehrichtung (n) des Laufrades (30) wandernde Saug- und Druckräume und in Summe einen Arbeitsraum (AR) des Laufrades (30) darstellen,
• mit einer Saug- (20) und einer Drucköffnung (22) im Arbeitsraum (AR), die gegenüber der Kanalgrundfläche (38) im Pumpengehäuse (2) angeordnet und die in einer durch benachbarte äußere oder innere Wellen- kämme (WKa; WKi) definierten Winkelteilung (w3), die auf die Rotations achse (R) bezogen ist, voneinander beabstandet sind,
• mit dem Leitring (50), der zum einen im Bereich zwischen der Saug- und der Drucköffnung (20, 22) und bis zur Kanalgrundfläche (38) hin und zum anderen im Kreuzungsbereich jeweils mit der Saug- und Drucköffnung (20, 22) unterbrochen ausgebildet ist und
• mit einem Trennelement (60, 70), das zwischen der Saug- und der Drucköffnung (20, 22) angeordnet und im Laufradkanal (32) und am Deckel- (6) oder am Gehäusekörper (4) allseits dichtend geführt ist und sich in Drehrichtung (n) des Laufrades (30) an dem Leitring (50) abstützt.
2. Rotierende Verdrängerpumpe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens drei innere und drei äußere oder bis maximal so viel innere und entsprechend äußere Wellenkämme (WKa; WKi) vorgesehen sind, de ren Anzahl durch eine minimale Winkelteilung (w3min) zwischen Saug- und Drucköffnung (20, 22) definiert ist, wobei sich die minimale Winkelteilung (w3min) aus einem Mindestabstand zwischen Saug- und Drucköffnung (20, 22) im Bereich des Arbeitsraumes (AR) ergibt.
3. Rotierende Verdrängerpumpe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass fünf bis sieben äußere und entsprechend fünf bis sieben innere Wellen kämme (WKa; WKi), vorzugsweise sechs äußere und sechs innere, vorge sehen sind.
4. Rotierende Verdrängerpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die äußere und die innere Kanalbegrenzung (34, 36) parallel zueinander und parallel zur Rotationsachse (R) des Laufrades (30) verlaufen.
5. Rotierende Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die äußere und die innere Kanalbegrenzung (34, 36) zur Kanalgrundfläche (38) hin zueinander verjüngen, wobei erstere um einen ersten Winkel (w1 ) und die anderen um einen zweiten Winkel (w2) jeweils gegen über der Rotationsachse (R) des Laufrades (30) geneigt sind, und dass der Leitring (50) in seinem jeweiligen Eingriffsbereich mit dem Laufradkanal (32) komplementär zu der äußeren und der inneren Kanalbegrenzung (34, 36) ausgebildet ist.
6. Rotierende Verdrängerpumpe nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste und der zweite Winkel (w1 , w2) gleich sind.
7. Rotierende Verdrängerpumpe nach einem vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine mit dem Laufrad (30) verbundene Pumpenwelle (16) auf der Seite des Gehäusekörpers (4) aus diesem herausgeführt und gegenüber dem Ge häusekörper (4) oder einem an diesem ausgebildeten Anschlussgehäuse (4a) mit einer ersten Gleitringdichtungsanordnung (12) abgedichtet ist.
8. Rotierende Verdrängerpumpe nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Laufrad (30) im Bereich zwischen der Pumpenwelle (16) und dem Arbeitsraum (AR) mit wenigstens zwei das Laufrad (30) von der einen zur anderen Stirnseite durchdringende, über den Umfang des Laufrades (30) gleichverteilt angeordnete Spülbohrungen (42) versehen ist und dass die Spülbohrungen (42) mit einer die erste Gleitringdichtungsanordnung (12) ra dial außenseits ringförmig umschließende Spülkammer (46), die in dem Ge häusekörper (4) oder dem an diesem ausgebildeten Anschlussgehäuse (4a) ausgebildet ist, fluidgängig verbunden sind.
9. Rotierende Verdrängerpumpe nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spülbohrungen (42) in einer Ausnehmung (44, 44*) im Laufrad (30), die in der der ersten Gleitringdingungsanordnung (12) zugewandten Stirnsei te des Laufrades (30) konzentrisch ausgebildet ist, ausmünden, wobei eine ringförmige Ausnehmung (44) oder eine radial nach innen durchgehende Ausnehmung (44*) ausgeführt ist, und dass die jeweilige Ausnehmung (44, 44*) mit der Spülkammer (46) fluidgängig verbunden ist.
10. Rotierende Verdrängerpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass ein erstes Trennelement (60) vorgesehen ist, das einerseits in einem der Säugöffnung (20) benachbarten stützenden Leitringende (50a) des Leitringes (50) radial und in Drehrichtung (n) gelagert und andererseits von einem der Drucköffnung (22) benachbarten Leitringende (50b) des Leitringes (50) radial beweglich geführt ist.
11. Rotierende Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein zweites Trennelement (70) vorgesehen ist, das in Form eines den Laufradkanal (32) und dessen Berandung durch den Gehäuse- (4) oder den Deckelkörper (6) umfänglich abdichtenden Molches ausgebildet ist,
und dass das zweite Trennelement (70) einerseits seine Abstützung an einem der Säugöffnung (20) benachbarten stützenden Leitringende (50a) des Leitringes (50) erfährt und andererseits einen Bewegungsfreiheitsgrad zu einem der Drucköffnung (22) benachbarten Leitringende (50b) des Leitringes (50) besitzt.
12. Rotierende Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein drittes Trennelement (80) vorgesehen ist, das in Form eines den Laufradkanal (32) und dessen Berandung durch den Gehäuse- (4) oder den Deckelkörper (6) umfänglich abdichtenden Molches ausgebildet ist, dass das drite Trennelement (80) einerseits auf der Seite der Säugöffnung (20) seine Abstützung an einem Ende eines stützenden Gelenkteils (90) er fährt, das sich an seinem anderen Ende an einem der Säugöffnung (20) be nachbarten stützenden Leitringende (50a) des Leitringes (50) abstützt, und dass das drite Trennelement (80) andererseits einen Bewegungsfrei heitsgrad zu einem der Drucköffnung (22) benachbarten Leitringende (50b) des Leitringes (50) besitzt.
13. Rotierende Verdrängerpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich zur einen Stirnseite in der anderen Stirnseite eines dann zweiten Laufrades (30*) ein weiterer Arbeitsraum (AR) ausgebildet ist, der al le hierzu notwendigen Merkmale des bereits auf der einen Stirnseite ausge bildeten Arbeitsraumes (AR) aufweist.
14. Rotierende Verdrängerpumpe nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Arbeitsräume (AR) zueinander abmessungs- und lageiden tisch ausgebildet sind.
15. Rotierende Verdrängerpumpe nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die äußere und die innere Kanalbegrenzung (34, 36) in beiden Stirnsei ten des zweiten Laufrades (30*) um die halbe Winkelteilung (w3) gegenei nander versetzt angeordnet sind.
16. Rotierende Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Arbeitsräume (AR) des zweiten Laufrades (30*) über ihre zugeordnete Saug- und Drucköffnung (20, 22), die auf der einen Stirnseite mit einem zugeordneten Saugstutzen (20a) und einem zugeordneten Druck stutzen (22a) und auf der anderen Stirnseite mit einem zugeordneten zweiten Saugstutzen (20a*) und einem zugeordneten zweiten Druckstutzen (22a*) verbunden sind, parallel oder in Reihe zueinander geschaltet sind.
17. Laufrad (30, 30*) für eine rotierende Verdrängerpumpe (100, 200) zum Fördern von fließfähigen Stoffen (P), das drehbeweglich und motorisch antreib- bar in einem Pumpengehäuse (2) aufgenommen, im Bereich seines wenigs tens einen Arbeitsraumes (AR) gegenüber dem Pumpengehäuse (2) dich tend Aufnahme findet und die Verdrängerpumpe (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
• dass das Laufrad (30, 30*) eine zylindrische Grundform aufweist,
• dass ein umlaufender, nutförmiger Laufradkanal (32) vorgesehen ist, der wenigstens in eine der Stirnseiten des Laufrades (30, 30*) und konzent risch zu dessen Rotationsachse (R) axial eingreift,
• dass die Nutflanken des Laufradkanals (32) in Gestalt einer gleichförmig wellenförmigen, stetig gekrümmten, radial äußeren Kanalbegrenzung (34) und einer ebensolchen radial inneren Kanalbegrenzung (36) ausgeformt und, in radialer Richtung und in jeder Ebene senkrecht zur Rotationsach se (R) gesehen, äquidistant zueinander sind und jeweils in einer Kanal grundfläche (38) ausmünden,
• dass, in radialer Richtung gesehen, alle äußeren Wellenkämme (WKa) der äußeren Kanalbegrenzung (34) jeweils auf ihrer gesamten Erstre ckungslänge an einer fiktiven, zur Rotationsachse (R) rotationssymmetri schen äußeren Mantelfläche (Ma) und alle inneren Wellenkämme (WKi) der inneren Kanalbegrenzung (36) jeweils auf ihrer gesamten Erstreckungslänge an einer fiktiven, zur Rotationsachse (R) rotationssymmetrischen inneren Mantelfläche (Mi) enden und
• dass die äußere und die innere Mantelfläche (Ma, Mi) definiert radial von einander beabstandet sind.
18. Laufrad nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
• dass zusätzlich zur einen Stirnseite in die andere Stirnseite eines dann zweiten Laufrades (30*) und konzentrisch zu dessen Rotationsachse (R) ein weiterer umlaufender, nutförmiger Laufradkanal (32) eingreift,
• dass die Nutflanken des Laufradkanals (32) in Gestalt einer gleichförmig wellenförmigen, stetig gekrümmten, radial äußeren Kanalbegrenzung (34) und einer ebensolchen radial inneren Kanalbegrenzung (36) ausgeformt und, in radialer Richtung und in jeder Ebene senkrecht zur Rotationsachse (R) gesehen, äquidistant zueinander sind und jeweils in einer Kanalgrundfläche (38) ausmünden,
• dass, in radialer Richtung gesehen, alle äußeren Wellenkämme (WKa) der äußeren Kanalbegrenzung (34) jeweils auf ihrer gesamten Erstreckungslänge an einer fiktiven, zur Rotationsachse (R) rotationssymmetrischen äußeren Mantelfläche (Ma) und alle inneren Wellenkämme (WKi) der inneren Kanalbegrenzung (36) jeweils auf ihrer gesamten Erstre ckungslänge an einer fiktiven, zur Rotationsachse (R) rotationssymmetrischen inneren Mantelfläche (Mi) enden und
• dass die äußere und die innere Mantelfläche (Ma, Mi) definiert radial von einander beabstandet sind.
19. Laufrad nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Laufradkanäle (32) zueinander abmessungs- und lageiden- tisch ausgebildet sind.
20. Laufrad nach Anspruch 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass die äußere und die innere Kanalbegrenzung (34, 36) in beiden Stirnseiten des zweiten Laufrades (30*) um eine halbe Winkelteilung (w3) gegeneinander versetzt angeordnet sind, wobei die Winkelteilung (w3) durch be nachbarte äußere oder innere Wellenkämme (WKa; WKi), bezogen auf die Rotationsachse (R), definiert ist.
21. Laufrad nach einem der Ansprüche 17 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens drei innere und drei äußere oder bis maximal so viel innere und entsprechend äußere Wellenkämme (WKa; WKi), deren Anzahl durch eine minimale Winkelteilung (w3min) zwischen einer Saug- und Drucköffnung (20, 22) der Verdrängerpumpe (100, 200), bezogen auf die Rotationsachse (R), definiert ist, vorgesehen sind, wobei sich die minimale Winkelteilung (w3min) aus einem Mindestabstand zwischen Saug- und Drucköffnung (20, 22) ergibt, die jeweils gegenüber der Kanalgrundfläche (38) im Pumpenge häuse (2) angeordnet sind.
22. Laufrad nach einem der Ansprüche 17 bis 21 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass fünf bis sieben äußere und entsprechend fünf bis sieben innere Wellenkämme (WKa; WKi), vorzugsweise sechs äußere und sechs innere, vorge sehen sind.
23. Laufrad nach einem der Ansprüche 17 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass die äußere und die innere Kanalbegrenzung (34, 36) parallel zueinander und parallel zur Rotationsachse (R) des Laufrades (30, 30*) verlaufen.
24. Laufrad nach einem der Ansprüche 17 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die äußere und die innere Kanalbegrenzung (34, 36) zur Kanal grundfläche (38) hin zueinander verjüngen, wobei erstere um einen ersten Winkel (w1 ) und die andere um einen zweiten Winkel (w2) jeweils gegenüber der Rotationsachse (R) des Laufrades (30) geneigt sind.
25. Laufrad nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste und der zweite Winkel (w1 , w2) gleich sind.
26. Laufrad nach einem der Ansprüche 17 bis 25,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die äußere und die innere Kanalbegrenzung (34, 36) jeweils zur of fenen Seite des Laufradkanals (32) hin in Form einer strömungsgünstigen Abrundung oder einer Ein-/Ausströmfase (30d, 30e) erweitern.
27. Laufrad nach einem der Ansprüche 17 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
dass, in Drehrichtung (n) des Laufrades (30) orientiert, unmittelbar vor dem jeweiligen äußeren Wellenkamm (WKa) eine äußere Strömungsabriss-Nut (30a) und unmittelbar vor dem jeweiligen inneren Wellenkamm (WKi) eine innere Strömungsabriss-Nut (30b) vorgesehen sind.
28. Laufrad nach einem der Ansprüche 17 bis 27,
dadurch gekennzeichnet,
dass in einer Mantelfläche (31 ) des Laufrades (30) mehr als eine Freilauf- ausnehmung (30c) vorgesehen sind, die muldenförmig ausgebildet, über den Umfang der Mantelfläche (31 ) verteilt und jeweils voneinander und jeweils von der den Laufradkanal (32) aufnehmenden Stirnseite des Laufrades (30) beabstandet angeordnet sind.
29. Laufrad nach einem der Ansprüche 17 bis 28,
dadurch gekennzeichnet,
dass der wenigstens eine Laufradkanal (32), bezogen auf die Rotationsachse (R), derart radial positioniert ist, dass die äußere Kanalbegrenzung (34) mit ihrer jeweils radial außenseitigsten Erstreckung die Mantelfläche des Laufra des (30, 30*) unter Bildung einer jeweiligen Durchdringungsöffnung (34b) durchdringt und dadurch den Laufradkanal (32) an diesen Stellen zur Außenseite der Mantelfläche des Laufrades (30, 30*) öffnet.
30. Verfahren zum Fördern von fließfähigen Stoffen (P) mit einer Verdränger pumpe (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
(a) dass der Stoff (P) in raumfesten radial äußeren und radial inneren Kammervolumina (KVa, KVi) innerhalb eines Laufrades (30, 30*) in dessen Drehrichtung (n) und in jeweils regelmäßiger Abfolge absatz weise abgegrenzt wird,
wobei die äußeren Kammervolumina (KVa) radial innenseits von einer, bezogen auf die Rotationsachse (R) des Laufrades (30, 30*), rotationssymmetrischen äußeren Mantelfläche (Ma) eines ortsfesten Leitringes (50) und die inneren Kammervolumina (KVi) radial außenseits von einer, bezogen auf die Rotationsachse (R), rotationssymmetrischen inneren Mantelfläche (Mi) des Leitringes (50) berandet sind,
(b) dass die Zufuhr des Stoffes (P) in die äußeren und inneren Kammervolumina (KVA, KVi) aus einer ortsfesten, gemeinsamen Säugöffnung (20) erfolgt und die Abfuhr aus den Kammervolumina (KVA, KVi) in eine ortsfeste, gemeinsame Drucköffnung (22) erfolgt und
(c) dass der Stoff (P) in den äußeren und inneren Kammervolumina (KVa, KVi) durch das Laufrad (30, 30*) in Drehrichtung (n) gegenüber und auf der äußeren und der inneren Mantelfläche (Ma, Mi) von der Saug- zur Drucköffnung (20, 22) verschoben wird,
wobei die äußeren Kammervolumina (KVa) gegenüber den inne ren Kammervolumina (KVi) um eine halbe Winkelteilung (w3) versetzt angeordnet sind und wobei die Winkelteilung (w3) aus der über den Umfang des Laufrades (30, 30*) gleichverteilten Anord nung der äußeren oder inneren Kammervolumina (KVa, KVi) re sultiert.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3406543A1 (de) * 1984-02-23 1985-09-05 Rudolf 8000 München Braren Verdraengermaschine, insbes. zykloiden-planetengetriebe mit integriertem, hydraulischem motor
US4561833A (en) * 1982-04-07 1985-12-31 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Fluid pressure device
WO2005066498A1 (de) 2004-01-09 2005-07-21 Manfred Sommer Drehkolbenpumpe mit axial beweglichem flügel
DE102015116769A1 (de) 2015-10-02 2017-04-06 Watson-Marlow Gmbh Pumpe und Sperrelement

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