Drehkolbenpumpe zum Fördern zähflüssiger Medien Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe zum Fördern zähflüssiger Medien.
Drehkolbenpumpen dieses Aufbaus sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt, wobei die konstruktiven Details stets auf den Verwendungszweck abgestimmt sind. Bei allen Pumpen kommt dabei dem Problem der Abdichtung besondere Bedeutung zu, zu dessen Lösung bereits verschie dene Wege beschritten worden sind. So sind unter anderem Drehkolbenpumpen bekannt, die ganz oder teilweise mit einem Kunststoff od. dgl. elastischem Material bekleidet sind, um eine möglichst gute Abdichtung zu erzielen. Auch hierbei sind jedoch dem Einsatz solcher Pumpen Grenzen gesetzt, die vom Fördermedium bzw. vom verwendeten Werkstoff bestimmt sind.
Um ein weitestmögliches Anwendungsgebiet zu erfassen, insbesondere auch mechanisch und chemisch aggressive Medien, beispielsweise säurehaltige, dickflüssige und Feststoff teilchen, wie Kristalle od. dgl. enthaltende Medien fördern zu können, sind Drehkolbenpumpen aus Gusseisen, Rotguss, Bronze oder Edelstahl bekannt geworden. Dennoch sind selbst bei Verwendung von sehr hochwertigen Werkstoffen die Anwendungsmöglichkeiten begrenzt. Hinzu kommt hierbei der beträchtliche Kostenaufwand in werkstoff- und fertigungstech nischer Hinsicht.
Einem älteren Patent 463 964 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Email als derjenige Werkstoff mit der besten Resistenz gegen jegliche chemischen Angriffe, selbst bei höhe ren Temperaturen zu gelten hat, weshalb beispielsweise chemi sche Reaktionsgefässe vielfach emailliert werden. Email hat nun aber die unangenehme Eigenschaft einer geringen mecha nischen Druckfestigkeit, d. h. es müssen grössere Flächenpres sungen unbedingt vermieden werden, so dass Email bisher dort nie angewendet worden ist, wo solche Flächenpressungen auftreten können. Aus diesen Gründen würde sich die Ver wendung von emaillierten Stahlteilen, die dichtend aneinander gleiten, an sich verbieten, da bei Eindringen von Feststoffteil chen unweigerlich ein Abplatzen des Emails zu befürchten ist.
Bei dem Vorschlag nach genanntem Patent ist diese Schwierig keit dadurch zu umgehen versucht worden, dass bei einer Drehkolbenpumpe nur das Gehäuse, das aus normalem, also billigem Stahl bestehen kann, innenseitig emailliert ist, wäh rend die Drehkolben aus einem korrosions- und abriebfesten Kunststoff, vorzugsweise Polytetrafluoräthylen bestehen und darüberhinaus eine bestimmte Formgebung aufweisen.
Die Werkstoffpaarung Email-Polytetrafluoräthylen hat sich hinsichtlich der Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten bewährt. Als Nachteil hat sich die Tatsache erwiesen, dass Polytetrafluoräthylen, insbesondere bei erhöhten Temperatu ren, wie fast jeder Kunststoff zum Kriechen neigt. Da die Kriechneigung sich umso nachteiliger auswirkt, je grösser das Werkstoffvolumen ist, ist mit dem Hauptpatent 502 522 eine Drehkolbenpumpe zum Fördern zähflüssiger Medien mit zwei in einem ovalen Gehäuse mit Ansaug- und Druckstutzen ange ordneten, von zwei parallel und im Abstand voneinander ange ordneten Antriebswellen zwangsläufig in entgegengesetztem Drehsinn angetriebenen Drehkolben, deren die Innenwand des Gehäuses unter Flächenberührung bestreichende Verdränger flügel so zueinander angeordnet sind,
dass jeweils der Verdrän gerflügel des einen Drehkolbens als Dichtflügel für den ande ren Drehkolben wirksam wird, wobei das Gehäuse auf seiner Innenseite mit einer Emailschicht versehen ist und auf den Antriebswellen der Drehkolben je ein Verdrängerflügel gela gert ist, vorgeschlagen worden, bei welcher die Drehkolben zumindest an ihrem mit der Gehäuseinnenwand zusammenwir kenden Kopfflanken aus einem korrosions- und abriebfesten Kunststoff bestehen.
Die Praxis hat gezeigt, dass die dem Hauptpatent zugrunde liegenden Ausführungsformen zwar in normalen Temperatur bereichen zufriedenstellend arbeiten, bei erhöhten Temperatu ren jedoch an den Verbindungsstellen zwischen Kunststoff- Kopfflanken und Kolbenherz Schwierigkeiten infolge des Kriechverhaltens des Kunststoffes auftreten.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenpumpe des eingangs geschilderten Aufbaus so auszubilden, dass die Auswirkungen der Kriechneigung des verwendeten Kunststoffes, z. B. Polytetrafluoräthylen, weiter vermindert werden, insbesondere keine nachteiligen Auswir kungen auf die Funktion der Pumpe bzw. auf die Funktionssi cherheit der Verbindung der Kunststoff -Kopfflanken mit dem Kolbenherz auftreten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Kopfflanken aus korrosions- und abriebfestem Kunststoff eine Ummantelung bildend als Segmente ausgebildet sind und einen Stahlkern aufweisen.
Praktische Versuche haben gezeigt, dass die Kriechneigung des Kunststoffs, beispielsweise Polytetrafluoräthylen oder Polyamid durch diese Ausbildung beträchtlich vermindert werden kann. Die Ursache dürfte darin zu suchen sein, dass die Ummantelung vergleichsweise dünn ausgebildet sein kann, so dass grössere Werkstoffanhäufungen nicht vorhanden sind. Es kommt deshalb weder zu Funktionsbeeinträchtigungen der Pumpe, noch der Verbindungsstellen zwischen Kopfflanken und Kolbenherz.
Gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Stahlkern in eine vorgeformte Kunststoffummantelung einge schoben. Dabei ist diese Ummantelung so vorgeformt, dass sie den Kern unter einer gewissen Spannung umgibt, um ein Ein dringen von Feststoffen zwischen Kern und Ummantelung zu verhindern. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Ummante lung an mindestens einer Seite zum Einschieben des Stahlkerns offen. Der Stahlkern selbst ist deshalb wie das Kolbenherz emailliert.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Stahlkern in eine allseits geschlossene Ummantelung eingesintert. Dieses in neuerer Zeit verwendete Aufsintern von Kunststoff auf Metall teile hat sich hier als besonders vorteilhaft erwiesen. Wenn gleich bei dieser Ausführungsform eine Emaillierung des Stahl kerns nicht zwingend notwendig ist, so ist sie doch auch hier zu empfehlen. Im übrigen kann jedoch der Stahlkern wie beim zuvor geschilderten Ausführungsbeispiel aus einem normalen billigen Stahl bestehen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Segmente mittels von der Wellenbohrung her durch das Drehkolbenherz greifender Schrauben, die in einem Sackloch des Stahlkerns der Kopfflanken enden, am Kolbenherz befe stigt. Auf diese Weise ergibt sich eine Ausbildung, bei der die Ummantelung von aussen praktisch geschlossen bleibt und nur im Bereich zwischen dem Stahlkern und dem Kolbenherz mit den Schrauben angepassten Öffnungen versehen ist. Da die Anlagefläche zwischen Segment und Kolbenherz vergleichs weise gross ist, führt die beim Anziehen der Schrauben auftre tende Flächenpressung zu keiner nennenswerten Fliessverfor- mung des Kunststoffes.
Um zu verhindern, dass das geförderte, gegebenenfalls chemisch und mechanisch aggressive Medium an die Schrauben bzw. die Gewindebohrungen im Stahlkern gelangt, ist mit Vor teil zwischen jedem Segment und dem Kolbenherz eine den Zutritt des Mediums hindernde Dichtung, beispielsweise ein O-Ring eingelegt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass der O-Ring den einander zugekehrten emaillierten Flächen des Stahlkerns bzw. des Drehkolbens anliegt. Die bei emaillierten Flächen bekannten Ungleichmässigkeiten werden durch diese Dichtung ausgeglichen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Aus führungsform sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen: Figur 1 einen abgebrochenen Querschnitt durch ein Pum pengehäuse unter Darstellung nur eines Drehkolbens; Figur 2 einen Schnitt II/II gemäss Fig. 1; Figur 3 einen der Figur 2 ähnlichen Axialschnitt durch einen Drehkolben anderer Ausführung.
In dem oval ausgebildeten Gehäuse 1 laufen zwei parallel angeordnete Drehkolben um, von denen ein Drehkolben 2 in Figur 1 erkennbar ist. Das Gehäuse 1 ist innenseitig mit einer Emailschicht 3 versehen. Der Drehkolben 2 besteht aus einem Kolbenherz 4 und daran befestigten Kopfflanken 5. Das Kol benherz 4 ist, wie das Gehäuse aussenseitig mit einer Email schicht 6 versehen. Die Kopfflanken bestehen aus einem gleichfalls emaillierten Stahlkern 7, der umfangsseitig mit einer Ummantelung 8, zum Beispiel aus Polytetrafluoräthylen versehen ist.
In Figur 2, die einen Axialschnitt darstellt, ist die Befesti gung der aus Stahlkern 7 und Kunststoffummantelung 8 beste henden Kopfflanken 5 am Kolbenherz 2 wiedergegeben. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Kunststoffummante lung 8 schlauchartig ausgebildet, in welche der Stahlkern 7 von der Stirnseite her eingeschoben wird. Der Stahlkern 7 selbst weist zwei Sacklöcher 9 mit Gewinde auf, die von der dem Drehkolbenherz anliegenden Fläche her gebohrt sind. Ferner weist das Drehkolbenherz 2 Durchgangslöcher 10 auf, durch welche von der Wellenbohrung her Schrauben 11 in die Sack löcher 9 eingeschraubt werden können, so dass die Kopfflan-, ken 5 am Drehkolbenherz 2 mittels der Schrauben 11 festge legt werden können.
In Figur 2 ist ferner erkennbar, dass das Gehäuse 1 aus einem Umfangsteil 12, einer vorderen Stirnplatte 13 und einer hinteren Stirnplatte 14 besteht. Alle drei Gehäuseteile sind innenseitig emailliert. Zwischen dem Umfangsteil 12 und den beiden Stirnseitenteilen 13, 14 ist je eine Scheibe 15 aus dem gleichen Kunststoff wie die Ummantelung angeordnet, um einen unmittelbaren Kontakt zwischen den Emailflächen zu vermeiden.
Der Drehkolben 2 ist auf der Antriebswelle 16 so montiert, dass er sich axial verschieben kann. Aufgrund der grösseren Fläche an der vorderen Stirnseite 13 wird sich der Kolben aufgrund des Druckunterschiedes bei Umlauf stets zur hinteren Stirnseite 14 hin verschieben. Das Spiel des Kolbens kann durch Justierschrauben an der Stirnseite der Antriebswelle begrenzt werden. Hierdurch wird einerseits eine gute Abdich tung erzielt, andererseits die Möglichkeit eröffnet, den Dreh kolben 2 zusammen mit der Wellenschutzhülse 17 von der Welle 16 abzuziehen, ohne dass es hierzu umfangreicher Demontagearbeit bedarf.
Die Kopfflanken, die einem erhöhten Verschleiss unterworfen sind, können nach einfachem Ausbau der Drehkolben leichterdings ausgewechselt werden. Beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist der Drehkolben 2 mittels einer Stirnplatte 19 mit Gewindeansatz 20 mit der Wellenschutzhülse 17 verspannt. Die Spannplatte 19 kann aus Edelstahl oder dergleichen bestehen. Um die Antriebswelle 16 vor Zutritt des Fördermediums zu schützen, sie somit aus vergleichsweise billigem Stahl fertigen zu können, ist zwischen der Spannplatte 19 und dem Drehkolbenherz sowie zwischen diesem und einem hinteren Absatz der Wellenschutzhülse 17 je ein O-Ring 21 eingelegt.
Auf diese Weise kann bei der erfindungsgemäss ausgebilde ten Drehkolbenpumpe das Drehkolbenherz, die Kerne der Kopfflanken, das Gehäuse und die Antriebswelle aus ver gleichsweise billigem Stahl gefertigt sein. Der Schutz der ein zelnen Teile gegen aggressive Medien erfolgt beim Gehäuse und Drehkolbenherz durch deren Emaillierung, bei den Kopf flanken bzw. ihrem Stahlkern durch Emaillierung und Kunst stoffummantelung und bei der Antriebswelle durch die mit dem emaillierten Drehkolbenherz verspannte Wellenschutz hülse.
In Figur 3 ist ein Axialschnitt durch eine andere Ausfüh- rungsform wiedergegeben. Hierbei ist auf die Darstellung der in Figur 2 wiedergegebenen Details verzichtet worden. Es ist demzufolge ausser dem Drehkolben lediglich die Wellen schutzhülse 17 und die Spannplatte 19 erkennbar. Zur Abdich tung der nicht wiedergegebenen Welle gegenüber dem Förder- raum dienen die mit 21 bezeichneten O-Ringe.
Der Drehkolben 2 weist auch bei diesem Ausführungsbei spiel ein Kolbenherz 5 aus Stahl auf, welches mit einer Email schicht 6 versehen ist. Mit dem Drehkolben 2 sind die Kopf flanken 5 verbunden, die aus einem Stahlkern 7 und einer bei dieser Ausführungsform aufgesinterten Kunststoffummante- Jung 8 bestehen. Durch das Aufsintern entsteht eine praktisch porenlose Verbindungsfläche zwischen dem Stahlkern 7 und der Kunststoff-Ummantelung B. Die Ummantelung 8 ist ledig lich an ihrer dem Drehkolbenherz 5 zugekehrten Seite mit zwei Ausnehmungen versehen, durch welche die Befestigungs schrauben 11 greifen. Zur Abdichtung der Schraubenbolzen bzw. des nicht emaillierten Innengewindes dienen auch hier wieder O-Ringe 18.