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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse und
mit zwei zweiflügeligen
Drehkolben, wobei das Pumpengehäuse
einerseits einen Mediumeinlaß und
gegenüberliegend
einen Mediumauslaß sowie
einen Innenraum aufweist, der im Querschnitt im wesentlichen die
Kontur eines Ovals mit zwei einander gegenüberliegenden Halbkreisen mit
dem Radius R aufweist, deren Mittelpunkte den Abstand A haben, wobei
die Drehkolben auf zwei parallelen Achsen gegensinnig drehbar gelagert
sind, wobei die eine Achse durch den einen Halbkreismittelpunkt
und die andere Achse durch den anderen Halbkreismittelpunkt verläuft, wobei
jeder Drehkolben bei seiner Drehung zum einen im Bereich der Halbkreise
dichtend am Gehäuse entlang
läuft und
zum anderen gegen den jeweils anderen Kolben dichtend anliegt, wobei
jeder Drehkolben in zwei einander diametral gegenüberliegenden Umfangsbereichen
jeweils über
einen Umfangswinkelbereich α eine
Außenkontur
mit dem konstanten Radius R um seine Achse aufweist, wobei jeder Drehkolben
in seinen übrigen
Umfangsbereichen jeweils eine stetige, eingriffswinkelfreie und
volumeneinschlußfreie
Kontur mit von der Achse gemessenen Radien kleiner als der Radius
R aufweist und wobei in Richtung einer Verbindungslinie der beiden Achsen
gesehen sich in jeder Verdrehstellung der Drehkolben die Radien
der beiden Drehkolben unter Ausbildung einer zumindest linienförmigen Abdichtung
zwischen den beiden Drehkolben zu dem konstanten Abstand A addieren.
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Eine
Drehkolbenpumpe der eingangs genannten Art ist aus
US 1 361 423 A bekannt. Diese Drehkolbenpumpe,
die in erster Linie als Feuerlöschpumpe
gedacht ist, besitzt ein Gehäuse,
das unterhalb des Innenraums, in dem die Drehkolben rotieren, ein
Wasserreservoir aufweist. Dieses Wasserreservoir steht über einen
verhältnismäßig großen Einlaß mit dem
Innenraum in Strömungsverbindung.
Die Kanten des Einlasses sind in Drehrichtung der Drehkolben gesehen,
mit Rundungen und Übergangsschrägen ausgebildet,
um zu erreichen, daß ein
Wasservolumen innerhalb des Innenraums bei Drehung der Kolben nicht
schlagartig, sondern eher stetig und mit einer gewissen Übergangsphase
von dem im Reservoir befindlichen Wasservolumen getrennt wird. Hierdurch
sollen Vibrationen im Betrieb der Drehkolbenpumpe vermindert werden.
Da der Einlaß verhältnismäßig groß ist, muß der Auslaß entsprechend schmaler
ausgeführt
sein, um in jeder Stellung der Drehkolben noch eine Abdichtung zwischen
Einlaßseite
und Auslaßseite
zu gewährleisten.
Nachteilig kommt es durch den relativ schmalen Auslaß hier zu einem
hohen Strömungswiderstand
für das
von der Pumpe geförderte
Wasser, was den Pumpenwirkungsgrad reduziert. Die in dieser Drehkolbenpumpe eingesetzten
Drehkolben sind in ihrer Axialrichtung betrachtet gradlinig ausgebildet.
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Aus
EP 0 283 755 A1 ist
eine Vorrichtung zum Verteilen von inhomogenen Flüssigkeiten,
insbesondere Gülle,
bekannt. Diese Vorrichtung besitzt ein Verteilorgan, das einen Verteilerbehälter für zugeführte Flüssigkeit
mit einer Mehrzahl von Austrittsöffnungen
für anschließbare Austragleitungen
umfaßt. Dabei
umfaßt
der Verteilerbehäl ter
ein durch Zwischenwände
in mehrere voneinander getrennte, jeweils ein Drehkolbenpaar nach
Art von Roots-Rotoren
enthaltende Förderräume unterteiltes
Gehäuse. Sämtliche
Förderräume stehen
auf ihrer Flüssigkeitszuführseite
miteinander in offener Verbindung und sind auf ihrer Flüssigkeitsaustrittsseite
jeweils mit einem gesonderten Auslaß versehen. Wesentlich ist bei
dieser Vorrichtung, daß jeder
gesonderte Auslaß der
Förderräume in zwei
einzelne Auslaßkanäle unterteilt
ist, die jeweils einem der beiden zusammenwirkenden Drehkolben des
Drehkolbenpaares des zugehörigen
Förderraums
zugeordnet sind. Im Umlaufbetrieb des Drehkolbenpaares sind die
beiden Auslaßkanäle durch
ihre zugehörigen,
umlaufenden Drehkolben abwechselnd jeweils vom Förderraum abtrennbar und mit
diesem verbindbar. Mit dieser Ausgestaltung der Vorrichtung wird
erreicht, daß besonders
kräftige
Pulsationen bei der Rotation der Drehkolben entstehen, die hier
gewünscht
sind, um die inhomogenen Flüssigkeiten
durch die Mehrzahl der Austrittsöffnungen
und der daran anschließbaren Austragleitungen
zu fördern,
ohne daß dabei
durch in den Flüssigkeiten
mitgeführte
Feststoffe oder Fremdkörper
Verstopfungen auftreten. Auch hier sind die Drehkolben in ihrer
Axialrichtung gesehen gradlinig verlaufend ausgebildet.
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Eine
weitere Drehkolbenpumpe ist aus
EP 0 599 333 A1 bekannt. Bei dieser bekannten
Drehkolbenpumpe haben die Drehkolben an ihren radial äußeren Enden
jeweils einen Radius, der kleiner ist als der Radius der die Gehäusekontur
bildenden Halbkreise. Gleichzeitig liegt der Mittelpunkt des Radius der äußeren Enden
der Drehkolben hier im radialen Abstand von der Achse, um die der
betreffende Drehkolben drehbar ist, nach außen versetzt. Daraus resultiert,
daß jedes
radial äußere Ende
der Drehkolben nur entlang einer linieförmigen Dichtkontur am Gehäuse ent lang
streicht, wenn die Drehkolben in Drehung versetzt werden. Diese
nur linienförmige Abdichtung
hat den Nachteil eines hohen Verschleißes, was dazu führt, daß die Drehkolben
oder zumindest Teile davon relativ oft ausgetauscht werden müssen. Aus
diesem Grunde sind die Drehkolben mit austauschbaren Dichtleisten
ausgebildet, die jeweils den radial äußeren Teil der Drehkolben bilden
und einzeln austauschbar sind. Die austauschbare Gestaltung der
Dichtleisten erfordert einen relativ hohen konstruktiven Aufwand
für die
Drehkolben, was diese und damit die Pumpe insgesamt verteuert.
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Weiterhin
sind im Stand der Technik Kreiskolbenpumpen bekannt, zum Beispiel
aus
DE 100 22 097
C1 . Charakteristisch für
Kreiskolbenpumpen sind Kreiskolben, die über einen relativ großen Umfangsbereich
eine Außenkontur
aufweisen, deren Radius mit dem Halbkreisradius des Gehäuses übereinstimmt
und bei denen der Mittelpunkt des Radius mit der Achse, um die der
Kreiskolben drehbar ist, zusammenfällt. Weiterhin ist charakteristisch
für die Kreiskolben
einer Kreiskolbenpumpe, daß der
radial äußere Endbereich
jedes Kreiskolbens an seiner vorlaufenden und an seiner nachlaufenden
Seite jeweils über
eine spitzwinklige Kante in einen in Richtung zur zugehörigen Drehachse
verlaufenden, konkaven Konturbereich übergeht. Die spitzwinkligen
Kanten unterliegenden im Betrieb einer Kreiskolbenpumpe einem besonders
hohen Verschleiß.
Aus diesem Grunde sind hier austauschbare Kantenleisten vorgesehen,
um bei einem Verschleiß der
spitzwinkligen Kanten nur die Kantenleisten austauschen zu müssen. Durch
die austauschbare Gestaltung der Kantenleisten wird auch hier der
konstruktive Aufwand für die
Kreiskolben der Kreiskolbenpumpe relativ hoch, was die Pumpe verteuert.
Ein weiterer Nachteil bei einer Kreiskolbenpumpe besteht darin,
daß es
praktisch nicht möglich
ist, die spitzwinkligen Kanten mit einer ausreichend dauerhaft haltbaren
Beschichtung oder Auflage zu versehen. Ein dritter wesentlicher Nachteil,
der bei Kreiskolbenpumpen grundsätzlich auftritt,
ist eine sogenannte Kavitation zwischen den konkaven Bereichen der
beiden Kreiskolben. Diese Kavitation schließt ein Volumen des durch die
Kreiskolbenpumpe zu fördernden
Mediums ein, wobei das eingeschlossene Volumen nachteilig auch noch
variabel ist. Deshalb muß ein
ausreichend großer
Spaltraum zwischen den beiden Kreiskolben freigehalten werden, um
ein Abfließen
und Zufließen
des Mediums im Bereich der Kavitation zu gestatten, insbesondere
wenn es sich bei dem Medium um ein nicht kompressibles Medium, wie
eine Flüssigkeit,
handelt. Aus diesem Grunde werden üblicherweise die spitzwinkligen
Kanten der Kreiskolben angefast, so daß der Kolbenflügelumfang
verkleinert wird und ein Abströmen
des Mediums aus der Kavitation bzw. ein Einströmen des Mediums in die Kavitation
leichter möglich
wird. Hierbei muß allerdings
eine Minderung der Förderleistung
der Pumpe in Kauf genommen werden.
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Die
DE 198 02 264 C1 zeigt
eine Rotorpumpe mit einem Pumpengehäuse, mit einem Paar von im
Gehäuse
angeordneten, gegensinnig drehantreibbaren Rotoren, welche jeweils
in Form einer Schraubenlinie schräg zur zugehörigen Welle verlaufende Verdrängerflügel aufweisen,
die bei der Drehung der Rotoren dichtend an der Innenseite der Wandung des
Pumpengehäuses
und am jeweils anderen Rotor anliegend umlaufen. Die schräg verlaufenden
Verdrängerflügel sorgen
für eine
Verminderung von Pulsationen im geförderten Medium, liegen aber
am Pumpengehäuse
jeweils nur entlang einer dichten Linie an. Damit trotz des schrägen Verlaufs
der Verdrängerflügel und
damit auch des schrägen
Verlaufs der Dichtlinie zwischen diesen und dem Pumpengehäuse in jeder
Drehstellung der Rotoren eine Abdichtung zwischen dem Einlaß und dem
Auslaß der
Pumpe gewährleistet
ist, müssen
die Konturen des Einlasses und des Auslasses entsprechend angepaßt werden,
d. h. in ihrer Größe verkleinert
werden. Aufgrund der hier nur linienförmigen Abdichtung zwischen
den Verdrängerflügeln und
dem Pumpengehäuse
tritt hier ein großer
Verschleiß auf,
dem gemäß dieser
zitierten Schrift dadurch begegnet wird, daß jeder Verdrängerflügel eine
auswechselbare Dichtleiste aufweist. Die Ausgestaltung der Rotoren
mit den auswechselbaren Dichtleisten führt zu einem erhöhten Herstellungsaufwand
und damit zu erhöhten
Kosten für
die Pumpe insgesamt.
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Weiter
ist es, wie in der
EP
0 363 420 B2 beschrieben, bei einer Drehkolbenpumpe mit
Wendelkolben möglich,
zwei einander gegenüberliegende, quer
zur Drehrichtung der Rotoren weisende Kanten des Einlasses und des
Auslasses mit einem schrägen
Verlauf auszubilden, um sie in ihrer Richtung an den schrägen Verlauf
der Verdrängerflügel anzupassen,
die hier nur entlang einer Linie gegen das Pumpengehäuse abdichten.
Hierdurch ergibt sich dann ein Umriß von Einlaß und Auslaß in Form je eines Trapezes
oder Dreiecks. Damit werden zwar Einlaß und Auslaß in jeder Kolbenstellung voneinander
getrennt, jedoch tritt auch hier nachteilig eine Verkleinerung des
Querschnitts von Einlaß und
Auslaß auf, was
zu einer Erhöhung
des Strömungswiderstandes im
Einlaß und
Auslaß führt und
so den Wirkungsgrad der Rotorpumpe beeinträchtigt.
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Für die vorliegende
Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Drehkolbenpumpe
der eingangs genannten Art zu schaffen, die die dargelegten Nachteile
vermeidet und bei der eine gute Abdichtung der Drehkolben zum Pumpengehäuse und
eine pulsationsarme Förderung
erreicht werden und Kavitationen und damit verbundene Spaltströme vermieden
werden. Dabei soll die Drehkolbenpumpe einen guten Wirkungsgrad
und einen geringen Verschleiß aufweisen
und in der Herstellung und im Betrieb kostengünstig sein.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einer Drehkolbenpumpe
der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist,
- – daß die Drehkolben
in ihrer Axialrichtung gesehen einander entgegengesetzt gewendelt
verlaufend ausgeführt
sind und
- – daß sowohl
der Mediumeinlaß als
auch der Mediumauslaß des
Pumpengehäuses
einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit je zwei achsparallelen
und je zwei rechtwinklig dazu verlaufenden Kanten aufweisen.
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Vorteilhaft
vereinigt die erfindungsgemäße neue
Drehkolbenpumpe mehrere Vorteile in sich. Durch den Umfangsbereich
mit dem konstanten Radius R wird zwischen den Drehkolben und dem
Pumpengehäuse
eine flächige
Abdichtung erzielt, die in einem wesentlich geringeren Maß verschleißempfindlich
ist als eine linienförmige
Abdichtung und die gleichzeitig eine verbesserte Abdichtung bewirkt. Dies
sorgt für
einen längeren
wartungsfreien Betrieb bei erhöhtem
Wirkungsgrad. Verschleißanfällige spitzwinklige
Kanten werden bei erfindungsgemäßer Drehkolbenpumpe
völlig
vermieden. Gleichzeitig treten bei der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe keinerlei
Kavitationen auf, weil aufgrund des Fehlens von spitzwinkligen Kanten
keine Eingriffswinkel auftreten und damit auch kein Volumen des
durch die Drehkolbenpumpe zu förderndem
Mediums zwischen den beiden Drehkolben eingeschlossen werden kann.
Deshalb müssen
zwischen den beiden Drehkolben auch keine Strömungsspalte für ein Abströmen des
Mediums aus einer Kavitation oder für ein Einströmen des
Mediums in eine Kavitation freigehalten werden, was wieder dem Wirkungsgrad
der Pumpe zugute kommt und was ebenfalls zu einem gerin gen Verschleiß der Drehkolben
im Pumpenbetrieb beiträgt.
Die gewendelte Form der Drehkolben sorgt für einen pulsationsarmen Pumpbetrieb,
was für
viele Anwendungen vorteilhaft oder sogar unerläßlich ist und was ansonsten
oft erforderliche Pulsationsdämpfer
unnötig
macht. Gleichzeitig können
der Mediumeinlaß und
der Mediumauslaß große und damit
strömungswiderstandsarme
Querschnitte aufweisen, was ebenfalls einem guten Pumpenwirkungsgrad
zugute kommt. Dabei bleibt eine stetige Abdichtung zwischen Saugseite
und Druckseite der Pumpe in jeder Stellung der Drehkolben durch
deren flächig dichtende
Anlage am Pumpengehäuse
gewährleistet und
unerwünschte
Mediumrückströmungen zwischen
Drehkolben und Gehäuse
hindurch werden trotz der großen
Ein- und Auslaßquerschnitte
und trotz der Wendelung der Drehkolben vermieden. Die Abdichtung
zwischen den beiden Drehkolben ist mindestens linienförmig, so
daß hier
keine schlechteren Abdichteigenschaften vorliegen als bei an sich
bekannten Drehkolben- oder Kreiskolbenpumpen.
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Um
einen möglichst
großen
Einlaß-
und Auslaßquerschnitt
zu erzielen, ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, daß eine erste
achsparallele Kante des Mediumeinlasses und des Mediumauslasses
jeweils im wesentlichen in Höhe
der einen Achse und eine zweite achsparallele Kante des Mediumeinlasses und
des Mediumauslasses jeweils im wesentlichen in Höhe der anderen Achse liegt.
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Eine
weitere Maßnahme
zur Erzielung eines möglichst
großen
Einlaß-
und Auslaßquerschnittes besteht
darin, daß bevorzugt
in Axialrichtung der Drehkolben gesehen sich eine Breite des Mediumeinlasses
und des Mediumauslasses jeweils über 80
bis 100% der axialen Länge
jedes Drehkolbens erstreckt.
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Das
Maß der
Wendelung der Drehkolben kann bei verschiedenen Pumpen unterschiedlich sein,
wobei sich dies nach den jeweiligen Anforderungen im Einsatzfall
richtet. Bevorzugt ist aber vorgesehen, daß innerhalb jedes Drehkolbens
die eine Stirnseite des Drehkolbens in Drehrichtung gesehen relativ
zur anderen Stirnseite desselben Drehkolbens um einen Verdrehwinkel
bis zu 60° verdreht
ist.
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Um
eine möglichst
gute Abdichtung zwischen den drehenden Drehkolben und dem Pumpengehäuse zu erzielen,
ist ein möglichst
großer
Umfangsbereich mit dem konstanten Radius R wünschenswert. Gleichzeitig kann
aber der Umfangsbereich mit dem konstanten Radius R einen bestimmten Umfangswinkelbereich α von theoretisch
90° nicht überschreiten.
Bei einem Umfangsbereichwinkel α von
90° ergeben
sich zwangsläufig
die nicht erwünschten
spitzwinkligen Kanten, so daß ein
kleinerer Umfangswinkelbereich α sinnvoll
ist. Für
die erfindungsgemäße Drehkolbenpumpe
ist deshalb ein Umfangswinkelbereich α zwischen 10° und 60° bevorzugt. Mit dem angegebenen
Umfangswinkelbereich α zwischen
10° und
60° wird
einerseits die gewünschte
gute Abdichtung zwischen den Drehkolben und dem Pumpengehäuse gewährleistet
und andererseits ist dieser Umfangswinkelbereich α in jedem Falle
noch so klein, daß im
Verlauf der weiteren Kontur der Drehkolben spitzwinklige Kanten
nicht erforderlich werden. Die gewünschte stetige Abdichtung zwischen
der Einlaßseite
und der Auslaßseite
der Pumpe durch die Drehkolben kann durch geeignete Abstimmung des
Maßes
dieses Umfangswinkelbereichs α mit
dem zuvor erwähnten
Verdrehwinkel und der Größe und/oder
Lage von Mediumeinlaß und -auslaß problemlos
gewährleistet
werden.
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Weiter
ist bevorzugt vorgesehen, daß der Umfangswinkelbereich α des Umfangsbereichs
mit dem konstanten Radius R mindestens so groß ist wie der Verdrehwinkel
der gewendelten Drehkolben. Auf diese Weise ist gewährleistet,
daß man
eine gedachte achsparallele geradlinige Dichtlinie über die
gesamte axiale Länge
jedes Drehkolbens legen kann und daß dabei diese gedachte Dichtlinie über ihre
gesamte Länge
in dem Umfangsbereich mit dem konstanten Radius R verläuft. Bei
dieser Gestaltung können
vorteilhaft Einlaß und
Auslaß eine
Breite haben, die der vollen axialen Länge der Drehkolben entspricht,
ohne daß die
gewünschte
stetige Abdichtung zwischen Einlaßseite und Auslaßseite der
Pumpe verloren geht.
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Damit
zum einen die Drehkolbenpumpe einen guten Wirkungsgrad aufweist
und zum anderen deren Drehkolben eine "schlanke" Querschnittsform mit einer hohen mechanischen
Stabilität
erhalten, ist bevorzugt weiter vorgesehen, daß der Abstand A 1,3- bis 1,7-mal,
vorzugsweise 1,5-mal, so groß ist
wie der Radius R.
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Eine
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe
sieht vor, daß die
Drehkolben im Querschnitt gesehen jeweils in ihren zwei übrigen Umfangsbereichen,
die zwischen den zwei Umfangsbereichen mit dem konstanten Radius
R liegen, eine Folge von je drei konvexen Konturbereichen bilden, wobei
zwischen je zwei konvexen Konturbereichen je ein konkaver Konturbereich
liegt. Dieser Konturverlauf stellt eine geometrisch günstige Möglichkeit
zur Erzielung der gewünschten
stetigen Form der Drehkolben dar, womit die gewünschte gute Abdichtung zwischen
den beiden Drehkolben zuverlässig
erzielt wird, ohne daß es
zu einem Einschluß eines
Mediumvolumens zwischen den Drehkolben, also zu einer Kavitation,
kommen kann.
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Weiter
schlägt
die Erfindung vor, daß die Drehkolben
an ihren mit einem durch die Drehkolbenpumpe zu fördernden Medium
in Kontakt tretenden Oberflächen
mit einer gegen das Medium resistenten Beschichtung oder Auflage
versehen sind. Eine Beschichtung oder Auflage kann bei der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe
problemlos auf die Drehkolben aufgebracht werden, weil diese keine
für eine Beschichtung
oder Auflage hinderlichen spitzwinkligen Kanten aufweisen. Gleichzeitig
kann für
die Drehkolben an sich ein Material verwendet werden, das gegen
das zu fördernde
Medium nicht resistent ist, weil es durch die Beschichtung oder
Auflage gegen einen Angriff des Mediums geschützt ist. Damit ist die Verwendung
von preisgünstigerem
Material, z. B. von Gußstahl
oder Werkzeugstahl anstelle von rostfreiem Edelstahl, möglich. Außerdem wird
so die Möglichkeit
geschaffen, nach Verschleiß der
Beschichtung oder Auflage den Drehkolben durch Aufbringen einer
neuen Beschichtung oder Auflage zu regenerieren und dann wieder
in einer Drehkolbenpumpe einzusetzen. Dadurch wird ein wesentlicher Teil
des Drehkolbens mehrfach verwendbar.
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Die
Beschichtung oder Auflage ist vorzugsweise durch eine Gummierung
gebildet. Eine Gummierung bietet im Hinblick auf den Schutz des
Drehkolbens gegen Angriffe des zu fördernden Mediums gute Eigenschaften.
Außerdem
verbessert eine Gummierung die Abdichtung einerseits der Drehkolben
gegen das Pumpengehäuse
und andererseits der Drehkolben gegeneinander. Damit werden unerwünschte Rückströmungen entgegen
der gewünschten
Förderrichtung
der Drehkolbenpumpe weiter vermindert, was den Wirkungsgrad der
Pumpe verbessert.
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Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung
zeigen:
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1 eine
Drehkolbenpumpe im Querschnitt, teils in Stirnansicht, mit zwei
in ihrer Axialrichtung gewendelt verlaufenden Drehkolben,
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2 die
Stirnseite eines einzelnen Drehkolbens in einer vergrößerten Ansicht
und
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3 die
Drehkolbenpumpe in einer perspektivischen Ansicht mit einem offenen,
teilweise weggelassenen Pumpengehäuse.
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1 zeigt
eine Drehkolbenpumpe 1, die ein Gehäuse 10 und zwei darin
angeordnete, zweiflüglige
Drehkolben 2 aufweist. Das Pumpengehäuse 10 begrenzt einen
Innenraum 10',
der in dem in 1 gezeigten Beispiel im Querschnitt
eine ovalförmige Innenkontur 12 hat.
Oben und unten in 1 ist die Innenkontur 12 durch
je einen halbkreisförmigen Konturabschnitt 12.1 gebildet,
deren aufeinander zu weisende Enden durch zwei geradlinige Konturabschnitte 12.2 miteinander
verbunden sind.
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Im
Bereich des rechten geradlinigen Konturabschnitts 12.2 liegt
verdeckt ein Einlaß 11,
durch das ein zu förderndes
Medium in Fließrichtung 28 in das
Gehäuse 10 der
Drehkolbenpumpe 1 gelangt. An der gegenüberliegenden, in 1 linken
Seite ist in dem dortigen geradlinigen Konturabschnitt 12.2 ein Auslaß 11' vorgesehen,
durch den das von der Drehkolbenpumpe 1 geförderte Medium
das Pumpengehäuse 10 verläßt. Sowohl
der Einlaß 11 als
auch der Auslaß 11' besitzt einen
jeweils rechteckigen Querschnitt. Der Einlaß 11 ist dabei durch
je eine senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufende Oberkante 11.1 und
Unterkante 11.2 sowie durch zwei rechtwinklig dazu und
parallel zur Zeichnungsebene verlaufende Seitenkanten 11.3 begrenzt.
Der Auslaß 11' ist entsprechend
durch je eine senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufende Oberkante 11.1' und Unterkante 11.2' sowie durch zwei
rechtwinklig dazu und parallel zur Zeichnungsebene verlaufende Seitenkanten 11.3' begrenzt.
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In
Fließrichtung 28 des
Mediums gesehen vor und hinter der Drehkolbenpumpe 1 sind üblicherweise
Leitungen für
die Führung
des Mediums angeordnet, die hier nicht dargestellt sind.
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Die
beiden Drehkolben 2 im Innenraum 10' des Gehäuses 10 sind um zwei
parallel zueinander und senkrecht zur Zeichnungsebene der 1 verlaufende
Achsen 20 drehbar gelagert. Die beiden Achsen 20 haben
dabei einen Abstand A voneinander. Die beiden Achsen 20 fallen
hier jeweils mit dem Halbkreismittelpunkt der halbkreisförmigen Konturabschnitte 12.1 der
Innenkontur 12 zusammen. Außerdem liegen die Oberkanten 11.1 und 11.1' von Einlaß 11 und
Auslaß 11' im wesentlichen
in Höhe der
oberen Achse 20 und die Unterkanten 11.2 und 11.2' von Einlaß 11 und
Auslaß 11' im wesentlichen
in Höhe
der unteren Achse 20, wodurch sich große und widerstandsarme einström- und abströmseitige
Strömungsquerschnitte
der Pumpe 1 ergeben.
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Wie
die 1 weiter zeigt, besitzt jeder Drehkolben 2 zwei
einander diametral gegenüberliegende
Umfangsbereich 21, deren Radius R von der Achse 20 gemessen
mit dem Radius R der halbkreisförmigen
Abschnitte 12.1 der Innenkontur 12 übereinstimmt.
In Umfangsrichtung der Drehkolben 2 gesehen erstrecken
sich diese Umfangsbereiche 21 mit dem konstanten Radius
R über
jeweils einen Umfangswinkelbereich α des zugehörigen Drehkolbens 2,
wobei hier jeweils der Umfangswinkelbereich α etwa 40° beträgt. In diesem Umfangsbereich 21 liegt also
jeder Drehkolben 2 unter Ausbildung einer flächigen Abdichtung
an dem halb kreisförmigen
Abschnitt 12.1 der Innenkontur 12 des Gehäuses 10 an, wenn
sich im Betrieb der Pumpe 1 der Drehkolben 2 entlang
des Abschnitts 12.1 bewegt. Dadurch werden im Vergleich
zu einer nur linienförmigen
Abdichtung eine bessere Abdichtwirkung und ein verminderter Verschleiß der Bereiche 21 der
Drehkolben 2 erreicht.
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In
den übrigen
Umfangsbereichen 22, die zwischen den beiden Umfangsbereichen 21 mit
dem konstanten Radius R liegen, ist jeweils der Radius, gemessen
von der zugehörigen
Achse 20, kleiner als der Radius R. Dabei sind diese Radien
in Abhängigkeit
von ihrer Lage auf dem Umfang der Drehkolben 2 jeweils
so bemessen, daß sich
die Radien der beiden Drehkolben 2 entlang einer Verbindungslinie
zwischen den beiden Achsen 20 gesehen jeweils unter Ausbildung
einer zumindest linienförmigen
Abdichtung 27 zu dem Abstand A addieren.
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Die
Kontur der Drehkolben 2 ist dabei sowohl in den Umfangsbereichen 21 mit
dem konstanten Radius R als auch in den beiden dazwischen liegenden übrigen Umfangsbereichen 22 stetig
und insbesondere ohne spitzwinklige Kanten ausgebildet, wodurch Volumeneinschlüsse oder
Kavitationen zwischen den beiden Drehkolben 2 in jeder
Verdrehungsstellung relativ zueinander vermieden werden. Gleichzeitig wird
aber in jeder Verdrehungsstellung der beiden Drehkolben 2 relativ
zueinander die zumindest linienförmige
Abdichtung 27 zwischen den beiden Drehkolben 2 gewährleistet.
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In
der linken Hälfte
der 1, in der das Gehäuse 10 geschnitten
ist, sind im Hintergrund mehrere Bohrungen 13 sichtbar,
die zur Verbindung eines rückseitigen
Gehäusedeckels,
der hier nicht sichtbar ist, mit dem Gehäuse 10 dienen. Dieser
rückseitige Gehäusedeckel
kann gleichzei tig auch ein Teil einer Antriebeinheit sein, mit der
die Drehkolben 2 in gegensinnige Drehung versetzbar sind.
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Im
Vordergrund der 1 sind am Gehäuse 10 einige
weitere Bohrungen 13' erkennbar,
die zur lösbaren
Anbringung eines vorderseitigen Gehäusedeckels, der hier weggelassen
ist, dienen, um das Gehäuse 10 zu
verschließen.
Bei entsprechender, an sich bekannter Ausgestaltung der Drehkolben 2 können diese
bei geöffneter,
dem Betrachter zugewandter Seite des Gehäuses 10 aus dem Gehäuse 10 ausgebaut
und in das Gehäuse 10 eingebaut
werden, ohne daß eine
weitere Zerlegung erforderlich wird.
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Weiter
ist aus der 1 ersichtlich, daß die beiden
Drehkolben 2 als gewendelte Kolben ausgebildet sind. Dies
bedeutet, daß die
beiden Drehkolben 2 in ihrer Axialrichtung gesehen, also
senkrecht zur Zeichnungsebene der 2, einander
entgegengesetzt in sich verdreht sind. In dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
beträgt
der Winkel dieser Verdrehung der Drehkolben 2 in sich etwa
35° über die
gesamte axiale Länge
der Drehkolben 2 betrachtet, ist also geringfügig kleiner
als der Umfangswinkelbereich α von
hier etwa 40° der
Umfangsbereiche 21 mit dem konstanten Radius R. Nach oben
hin ist der Winkel der Verdrehung auf solche Werte begrenzt, bei
denen die erforderliche Abdichtung zwischen den relativ zueinander
bewegten Pumpenteilen sicher gewährleistet
bleibt. Mit den gewendelten Kolben 2 wird erreicht, daß Pulsationen
bei der Förderung
des Mediums in Fließrichtung 28 durch
die Drehkolbenpumpe 1 vermindert werden, was für viele
Einsatzbereiche der Pumpe 1 vorteilhaft oder wesentlich
ist.
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2 zeigt
in vergrößerter Darstellung
nur die Stirnseite eines einzelnen gewendelten Drehkolbens 2 für eine Drehkolbenpumpe
gemäß 1.
In der in 2 dargestellten Stellung des
Drehkolbens 2 besitzt dieser ganz oben und ganz unten je
einen Umfangsbereich 21 mit einem konstanten Radius R, gemessen
von der Achse 20, um die der Drehkolben 2 drehbar
ist. Dabei erstreckt sich bei diesem Beispiel jeder Umfangsbereich 21 mit
dem konstanten Radius R über
einen Umfangswinkelbereich α von
etwa 24°.
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In
Umfangsrichtung des Drehkolbens 2 gesehen zwischen den
beiden Umfangsbereichen 21 mit dem Radius R liegen zwei übrige Umfangsbereiche 22,
in denen der Radius kleiner wird und in jedem Falls kleiner ist
als der Radius R.
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Beiderseits
jedes Umfangsbereichs 21 folgt zunächst je ein konvexer Bereich 22.1,
in welchem in Umfangsrichtung gesehen vom Umfangsbereich 21 weg
der Radius des Drehkolbens 2, ausgehend vom Radius R, stetig
kleiner wird.
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In
Umfangsrichtung gesehen jeweils mittig zwischen den beiden Umfangsbereichen 21 mit
dem Radius R liegen zwei weitere konvexe Bereiche 22.1, in
denen der Radius des Drehkolbens 2 sein Minimum erreicht.
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Zwischen
je zwei einander benachbarten konvexen Bereichen 22.1 der
Umfangskontur des Drehkolbens 2 liegt je ein konkaver Bereich 22.2 als Übergangsbereich.
Auch hier ergibt sich ein stetiger Verlauf der äußeren Kontur des Drehkolbens 2 ohne spitzwinklige
Kanten und ohne Volumeneinschlüsse oder
Kavitationen bei Einsatz von zwei derartigen Drehkolben 2 gemäß 2 in
einer Drehkolbenpumpe gemäß 1.
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In
der 2 ist außerdem
eine technische Möglichkeit
dargestellt, den Drehkolben 2 auf einer Welle 23,
die um die Achse 20 drehbar ist, zu montieren. Hierzu ist
auf die Welle 23 ein Kolbentragkörper 24 mit einer
zylindrischen Grundform verdrehfest aufgesetzt. An seinen Außenumfang
trägt der
Kolbentragkörper 24 eine
nach außen
vorspringende Feder 24'.
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Im
Inneren des Drehkolbens 2 ist verdrehfest ein Kolbenkern 25 angeordnet,
der eine Bohrung aufweist, deren Innendurchmesser mit Spielpassung dem
Außendurchmesser
des Kolbentragkörpers 24 entspricht.
Außerdem
hat der Kolbenkern 25 eine nach außen vorspringende Nut 25', die im zusammengebauten
Zustand, wie ihn die 2 darstellt, die Feder 24' aufnimmt. Hierdurch
wird der Drehkolben 2 verdrehfest und positionsgenau auf
der Welle 23 gehaltert.
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3 zeigt
die Drehkolbenpumpe 1 aus 1 in einer
perspektivischen Ansicht, wobei ein Gehäusedeckel weggelassen ist und
wobei die dem Betrachter zugewandte rechte Hälfte des Gehäuses 10 der
Drehkolbenpumpe 1 in gestrichelten Linien nur angedeutet
ist, um die beiden im Gehäuse 10 angeordneten
Drehkolben 2 vollständig
sichtbar zu machen. In 3 wird die gewendelte Ausführung der Drehkolben 2 besonders
deutlich. Die Umfangsbereiche 21 der Drehkolben 2,
die mit den halbkreisförmigen
Abschnitten 12.1 der Innenkontur 12 des Gehäuses 10 dichtend
zusammenwirken, sind in 3 durch eine Schraffur hervorgehoben.
Zwischen den Umfangsbereichen 21 liegen die übrigen Umfangsbereiche 22,
deren Kontur schon anhand der 2 erläutert wurde.
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Die
beiden Drehkolben 2 sind um ihre parallel zueinander verlaufenden
Achsen 20 im Sinne der Drehpfeile 29 gegensinnig
drehbar.
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Das
Pumpengehäuse 10 hat
hier rechts im Vordergrund im gestrichelt dargestellten Bereich
seinen Einlaß 11,
der einen rechteckigen Umriß aufweist.
Nach oben hin ist der Einlaß 11 durch
eine Oberkante 11.1 und nach unten hin durch eine Unterkante 11.2 begrenzt.
Die Oberkante 11.1 verläuft
dabei im wesentlichen in Höhe
der oberen Achse 20 und die Unterkante 11.2 verläuft im wesentlichen
in Höhe
der unteren Achse 20. Außerdem wird der Einlaß 11 durch
zwei seitliche Kanten 11.3 begrenzt, die parallel zueinander
und senkrecht zu der Oberkante 11.1 und Unterkante 11.2 verlaufen.
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An
der gegenüberliegenden,
hier vom Betrachter abgewandten Seite besitzt das Pumpengehäuse 10 seinen
Auslaß 11', der ebenfalls
einen rechteckigen Umriß aufweist.
Eine den Auslaß 11' begrenzende
Oberkante ist hier durch den oberen Drehkolben 2 verdeckt;
nach unten wird der Auslaß 11' durch eine
Unterkante 11.2' begrenzt.
Weiterhin begrenzen zwei seitliche Kanten 11.3' den Auslaß 11'.
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Wie 3 anschaulich
zeigt, haben der Einlaß 11 und
der Auslaß 11' einen großen freien
Strömungsquerschnitt,
wodurch ein widerstandsarmes Einströmen und Ausströmen des
von der Drehkolbenpumpe 1 geförderten Mediums gewährleistet wird.
Zugleich sorgen die Drehkolben 2 mit ihren sich über einen
gewissen Umfangswinkelbereich erstreckenden Umfangsbereichen 21 dafür, daß stets
eine gute und zugleich verschleißarme Abdichtung zwischen der
Einlaßseite
und der Auslaßseite
der Pumpe 1 besteht, unabhängig von der jeweiligen Stellung der
beiden Drehkolben 2.
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Eine
unerwünschte
Rückströmung, wie
sie gemäß dem oben
in 3 eingezeichneten Strömungspfeil 28' bei mangelnder
Abdichtung auftreten könnte,
wird hier sicher vermieden. Dabei bleibt diese sichere Abdichtung
auch erhalten, wenn Einlaß 11 und
Auslaß 11' eine freie
Höhe aufweisen,
die dem Abstand der beiden Achsen 20 der Drehkolben 2 entspricht,
weil beide Drehkolben 2 nicht nur entlang einer Linie,
sondern über
einen sich in Umfangsrichtung der Drehkolben 2 erstreckenden
Umfangsbereich 21 dichtend mit der Innenkontur 12 des
Gehäuses 10 zusammenwirken.
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Die
Drehkolben 2 können,
wie in 3 dargestellt, an ihren äußeren, mit dem durch die Drehkolbenpumpe 1 zu
fördernden
Medium in Berührung kommenden
Oberflächen
mit einer Beschichtung oder Auflage 3, insbesondere einer
Gummierung, versehen sein, um einen unmittelbaren Angriff des geförderten
Mediums auf das tragende Material der Drehkolben 2 zu verhindern.
Eine Gummierung bietet zudem aufgrund ihrer Elastizität eine verbesserte
Abdichtung sowohl der Drehkolben 2 gegenüber dem Gehäuse 10 als
auch der beiden Drehkolben 2 gegeneinander. Bei Verschleiß oder Beschädigung kann
die Beschichtung oder Auflage 3 erneuert werden, wobei
der übrige
Drehkolben 2 weiter verwendbar ist.