DE1653900A1

DE1653900A1 - Drehkolbenpumpe

Info

Publication number: DE1653900A1
Application number: DE19671653900
Authority: DE
Inventors: Josef Rathousky
Original assignee: Sigma Hranice N P
Current assignee: Sigma Hranice N P
Priority date: 1967-10-13
Filing date: 1967-10-13
Publication date: 1970-09-17

Description

SIGMA Hraniee, närodni podnik, Hranice

"Drehkolbenpumpe"

Die Erfindung betrifft Drehkolbenpumpen mit zylindrischen Dichtungsflächen und mit einem od.er mehreren Zähnen. Diese Pumpen werden insbesondere für die Förderung von viskosen flüssigkeiten, Flüsigkeiten mit Gasgehalt u.a. eingesetzt.

Bisher waren diese Pumpen mit zwangsläufig mittels Zahnrädern umlaufenden Drehkolben versehen. Die Drehkolben besitzen tibergangsflächen, die die zylindrischen Fußdiehtungsfläche mit der Kopfdichtungsflache verbinden und im Querschnitt die Form eines Ösenteiles der verlängerten Epizykloide darstellen, gebildet durch die Kanten der gegenüb±erliegenden Kolben bei gegenseitigem Abrollen. Während der Rotation der Kolben entstehen zwischen ihnen abgeschlossene Räume· mit der geschöpf-■ ten Flüssigkeit, die aus den letzteren an der Druckseite herausgedrückt und an der Saugseite eingesaugt werden muß. Um dies zu ermöglichen, werden die Übergangsfläehen konstruktionsgemäß um einen bestimmten Zentralwinkel versetzt, so daß sich die Zahnbreite verringert und zwischen den Zähnen ein Zwischenraum entsteht, über den die Flüssigkeit aus dem abgeschlossenen Raum entweichen kann.

Für das Auftragsverhältnis gllf die GebOhrenordnungMdeT WeaßcflirWafenHnPblfckSllimer. - Gerichtsstand für leistung und Zahlung:

Außerdem werden in den Stirnwänden kleine Aussparungen vorgenommen, in die ein Teil der Flüssigkeit aus den abgeschlossen» Räumen entweichen kann. Diese Ausnehmungen sind jedoch für eine richtige hydraulische Steuerung nicht genügend bemessen. Deshalb kann bei diesen Pumpen keine höhere Betriebsdrehzahl verwendet werden, da sonst in den Zahnzwischenräumen Druckstöße und an der Saugseite Hohlraumbildungen auftreten, was die Geräuschintensität der Pumpe steigert, seine Lebensdauer einschränkt usw. So entstand das Problem, eine neue Form der Drehkolben so zu wählen, daß eine höhere Betriebsdrehzahl und gleichzeitig eine höhere Betriebsleistung bei gleicher Größe der Pumpe erzielt werden kann.

Die Erfindung löst dieses Problem und beseitigt die angeführten Nachteile und Mangel der bekannten Ausführungen.

Der Gegenstand der Erfindung einer Drehkolbenpumpe mit zylindrischen Dichtungsflächen und mindestens einem Zahn, bei denen der Zentralwinkel der zylindrischen Kopf di chtungsf lache der Zähne entgegen dem theoretischen Zentralwinkel bei gegenseitigem Abwälzen der Drehkolben verkleinert ist, und wobei weiterhin in den Stirnwänden des Pumpenkörpers Hohlräume zur hydraulischen Steuerung vorhanden sind, besteht vor allem darin, daß zwischen den zylindrischen Fuß- und Kopfdichtungsflächen der Drehkolben Übergan^sflächen vorhanden sind, die im allgemeinen in den Zahnflanken eine tiefere Aussparung . von der Zahnflanke bis zur zylindrischen Fußdichtungsflache

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bilden, sLa dies bei einer durch die Schleife der verlängerten Epizykloide gebildeten theoretischen Übergangsfläche der Fall ist, wobei die angeführte tiefere Aussparung sich weiterhin in Richtung der Stirnwände bis zu einer Umrijsßlinie erweitert, deren Abdände von der die Zentren beider Drehkolben verbindenden Achse von der erforderlichen max. Betriebsdrehzahl der Pumpe abhängt.

WeiteÄLn besteht das Wesen der Erfindung darin, daß die angeführte Übergangsfläche aus einer äußeren, von der Kante der zylindrischen Kopfdichtungsfläche unter einem Winkel, der
minimal dem Winkel der Tangente der verlängerten, die erwähnte Kante schneidenden theoretischen Epizykloide gleidat,
ausgehenden Übergangsfläche und zum anderen aus einer inneren Übergangsfläche, die in der zylindrischen Fußdichtungsfläche eine Senkung bildet, die den Zentralwinkel der zylindirischen Pufldichtungsflache dahingehend verringert, daß dieser dem
Zentralwinkel der zylindrischen Kopfdichtungsflache entspricht, und zum dritten aus einer mitlleren Übergangsfläche welche die äußere Übergangsfläche mit der inneren Übergangsfläche verbindet, wobei die aufgezeichneten Übergangsflächen als schräge Seitenflächen in dieUmrißlinie übergehen, bestehen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, daß der in den anliegenden Stirnwänden des Pumpenkörpers angebrachte Saughohlraum und der Druckhohlraum der hydraulischen Steuerung einerseits durch die Steuerungskante, deren Abstände von der

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Achse gleich groß "bzw. größer als die Abstände zwischen der Umrißlinie des Hohlraumes an den Stirnwänden der Drehkolben und der Achse sind, des weiteren durch die gesamte, durch die Stellung der Umrißlinie im Augenblick des Verschlusses der Zahnzwischenräume der Drehkolben gegebene Breite, durch die Außenkanten, deren Abstand von der·Achse der Radiuslänge des Drehkolben-Kopfkreises entspricht, und schließlich durch die an die Steuerungskanten angeschlossenen und mit den Kreislinine parallelen Begrenzungskanten, die durch die zylindrische Pußdichtungsflache gegeben sind, begrenzt ist.

Weiterhin besteht das Wesen der Erfindung darin, daß die an die Steuerungskanten der Hohlräume der hydrauliecäe η Steuerung anknüpfenden Begrenzungskanten als Kreisbögen bebildet sind, deren Radius dem Abstand der Aussparung der inneren Üteergangsflache von dem Zentrum des Drehkolbens entspricht, wobei die Radien von dem Rotationsζentrum der Kolben ausgehen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht gleichfalls : darin, daß die Tiefe der Hohlräume der hydraul is da en Steuerung von der geforderten max. Betriebsdrehzahl der Pumpe abhängt.

Der Gegenstand der Erfindung besteht darin, daß der Saughohlraum Ausläute ha^^^ als Fortsetzung der Begrenzungskanten gestaltet.aindyi im:;wesentlichen 3edoch%i Randrichtung immer_; flacher vexMM&^ ^vbv^/ - " - - -· -

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Und schließlich besteht das Wesen der als Umkehrpumpe gestalteten Drehkolbenpumpe darin» daß Ausläufe sowohl bei dem Druckhohlraum als auch bei dem Saughollraum vorhanden sind.

Auf den beigefügten Zeichnungen ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Drehkolben und der hydraulischen Steuerung gemäß der Erfindung veranschaulisht, wo in Abb. 1 die iOrderansicht der Drehkolben mit zwei Zähnen, in Abbl. 2 der Teilschnitt A-A gemäß Abb. 1 in Seitenansicht des Kolbens, in Abb. 3 die Ansicht auf die Hohlräume der hydraulischen Steuerung, die in beiden Stirnwänden des Pumpenkörpers ausgeführt sind, in Abb. 4 der Schnitt durch die Ebene B-B, in Abb. 5 der Scnitt durch die Ebene O-C gemäß Abb. 3, in Abb.6 eine Alternativausführung der Zahnhohlräume des Drehkolbens und in Abb. 7 eine alternative Anordnung des Hohlraums der hydraulischen Steuerung dargestelltJst.

Beim Ausführungsbeispiel der -Erfindung gemäß Abb. 1 und 2 besitzt der Drehkolben zwei Zähne 11. Dieser Kolben besteht aus einer JTabe 12, die gegebenenfalls mit einer Öffnung 13 für die Antriebswelle versehen ist. Die Habe 12 weist auf ihrem Umfang zylindrische JPußdichtungsflachen 14 auf, deren Anzahl der Anzahl der Zähne 11 gleicht. Die Zähne 11 sind. am äußeren Umfang mit zylindrischen Kopfdichtungsflachen versehen, die während des Betriebs die zylindrischen Fußdichtungsflächen 14 des mit im Eingriff stehenden Kolbens berühren. Die Händer der zylindrischen Kopfdichtungsflächen

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15 bilden Kanten 16. Diese Kanten 16 sind entgegen der theoretischen Stellung um einen bestimmten Zentralwinkel -*- versetzt, der im Bereich* von 1° bis 3° liegen kann, wodurch der Zentralwinkel \ der zylindrischen Koipfdichtungsfache 15 eines jeden Zahns 11 entgegen dem theoretischen Ausmaß verkleinert ist, das einem durch den doppelten Betrag der Anzahl der Zähne 11 geteilten vollen Winkel gleicht. Zwischen den Fußdichtungsflächen 14 und den Ktopfdichtungsflachen 15 befinden sich Übergangsflächen 17, 18, 19, die im allgemeinen ein tiefere Aussparung aufweisen, als dies bei einer theoretischen, mittels der Schleife der verlängerten Epizykloide von der Kante 16 gebildeten Übergangsfläche 20 der Fall wäre. Die Übergangsflächen 17, 18, 19 sind aso gebildet, daß die äußere Übergangsfläche 17 von der Kante 16 unter dem Winkel /'verläuft, der wenigstens dem Winkel der Tangente zur Schleife der verlängerten Epizykloide von der Kante 16 gleicht. Die. Kanten 16 können auch abgerundet oder unter einem Winkel abgeschrägt sein, der sich von dem Winkel f unterscheidet. Die inaere Übergangsfläche 19 bildet in der zylindrischen Bußdichtungsflache 14 eine Senkung, die den Zentralwinkel 6 der Fußdichtungsfläche 14- entgegen dem theoretischen Wert etwa so senkt, wie dies bei der zylindrischen Kopfdichtungsfläche 15 der Fall ist. Die mittlere Übergangsfläche 18 verbindet, die Übergangslächen 17 und 19 so, daß die Aussparung größer ist, als bei der theoretischen Übergangslläche 20, wie bereits erwähnt wurde. Die aufgezeichneten Übergangsflächen 17, 18 und 19 verbreitern

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sich dann noch bis zur Umrißlinie 21 an den Stirnwänden der Zähne 11, wodurch der Aussparungsq_uerschnitt der Flanken der Zähne 11 noch vergrößert wird. Die Ümrißlinie 21 und die schrägen Seitenflächen 22 verlaufen so, daß zwischei ihnen und der zylindrischen Kopfdichtungsfläche 15 an den Stirnwänden der Zähne 11 eine ausreichende Dichtungsfläche entsteht. In der auf Abb, I oben aufgezeichneten Stellung ist der Abstand 23 der Umrißlinie 21 von der Achse 24» die die Zentren beider Drehkolben verbindet, durch Berechnung der meistgeeigneten Aussparungstiefe der Zahnflanken bestimmt, um eine max. Steigerung der Betriebsditozahl der Pumpe zu

und erreichen. Die Umrißlinie 2l/die Übergangsfläche 19 können bei^iner anderen Ausführung auch anders verlaufen, beispielsweise so, wie auf Abb» 6 veranschaulicht ist.

In den Abb. 3, 4 und 5 ist eine Anordnung der hydraulischen Steuerung in den Stirnwänden 25 des Pumpenkörpers veranschaulicht, die der Anordnung der Drehkolben gemäß Abb. 1 und 2+ entspricht. Die hydraulische Steuerung bildet der Saughohlraum

26 und der Druckhohlratim 27. Den Umriß beider Hohlräume 26,

27 bilden dabei d*ieSteuerkaÄen 28, 29, deren Abstände 30,31 zu der die Zentren beiäer Kolben verbindenden Achse 24 dem Abstand 23 zwischen der Umrißlinie"21 und ,der Achse 24 gleiefe* gleichen, bzw. größer als diese sind. Außerdem ist der Umriß beider Hohlräume 26, 27 durch die. gesamte Breite 32 bestimmt, die durch die. Stellung der Umrißkante 21 im Verschlußmoment des Sahnzwischenraumes der Drehkolben gegeben ist,: wie auf

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Abb. 3 gestrichelt angedeutet ist. Und schließlich ist der Umriß beider Hohlräume 26, 27 durch die Außenkanten 33, 34 begrenzt, deren Abstand von der Achse 24 etwa dem Radius der Kopfkreislinie der Drehkolben gMcht. Den Umriß beider Hohlräume 26, 27 schließen die Begrenzungskanten 35> 36, die als Kreisbögen mit dem Radius 37 ausgeführt sein können, der etwa dem Abstand 40 des Vertiefungsbodens der Übergangsfläche 19 in die zylindrischen Fußdichtungsflachen 14 von der Mitte des Drehkolbens gleicht. Die Tiefe 38 der auf Abb. 4 und 5 ersichtlichen ateuerhohlräume 26, 27 ist ähnlich wie der Abstand 23 der Umrißlinie 21 von der Achse 24 des Drehkolbens durch Berechnung bestimmt, d.h. durch Berechnung aus dem Verhältnis zwischen den Dimensionen und der Betrie bsdrehzahl der Maschine, wodurch die größtmögliche Drehzahlerhöhung gewährleistet ist.

Zur Erhöhung der Saugfähigkeit der Pumpe kann die hydrauliiehe Steuerung ausserdem an der Saugseite mit Ausläufen 39 des Saughohlraums 26 zur besseren Anfüllung des Zahnzwischenraums zwischen dem Drehkolben und dem Pumpenkörper versehen werden. Wird die Pumpe als Umkehrpumpe gestaltet, so können ähnliche Auslaufe 39 auch an der Druckseite an dem Druckhohlraum 27 vorhanden sein. Die konstruktionsmäßig an die Hohlräume 26, 27 anknüpfenden Ausläufe t 39 stellen eine Fortsetzung der Beschränkungskanten 35 dar und werden in Richtung der Außenränder immer flacher. Zur Ausführung der Umrißkante 19 und der Übergangsfläche 21 gemäß Abb. 6 werden die Steuerkanten 28, 29 so gebrochen, wie auf Abb. 7 veranschaulidt ist. · ,

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Die gemäß der Erfindung ausgebildete Pumpe kann auch, mit einer anderen Anzahl von Zähnen 11 angeführt werden, als in der Beschreibung und auf den Zeichnungen verzeichnet ist, .wenigstens jedoch mit einem Zahn 11.,. wobei sämtliche aufgezeichneten Konstruktionsbedingungen der Pumpe bestehen iac bleiben. Die (xesamtausführung der Drehkolben kann gleichfalls eine andere sein« So können diese Kolben beispielsweise zusammen mit den Wellen, die dann die Kolbenanaben bilden, als Ganzes hergestellt sein. Die Wellen können in einer anderen Ausführung anstatt festgekeilt auch in den Kolben festgeschraubt sein. Die Zähne 11 können auch direkt auf der Welle befestigt bzw. in den Körper der Drehkolben eingesetzt sein.

Der Gegenstand der Erfindung kann bei sämtlichen Ausführungen von Drehkolbenpumpen Verwendung finden, bei denen diese Kreiskolben in gegenseitiger Abhängigkeit, beispielsweise über ein Zahngebtriebe , betätigt werden. Der größte Vorzug der Erfindung besteht darin, daß sie die Aufprallgeschwindigkeit der Flüssigkeit in den Zahnzwisehenräumen während deren Verschluß bzw. Öffnung verringert, was auch die DruckpuMerungen in diesen Zwischenräumen einschränkt und eine Steigerung der Pumpdrehzahl ermöglicht. Die Erfindung ist auch vom Standpunkt der Produktion vorteilhaft, da die Übergangsflächen keine zusätzliche Bearbeitung benötigen, denn sie'haben nicht die Aufgabe, den Druckraum von dem S auf raum abzudichten und brauchen demzufolge lediglich gegossen werden.

* Ansprüche;

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Claims

Patentansprüche

1. Drehkolbenpumpe mit mindestens einem Zahn und zylindrischen Dichtungsflächen, bei denen der Zentralwinkel der zylindrischen Kopf dichtungsf lache der Zähne entgegen dem theoretischen Zentralwinkel beim gegenseitigen Abwälzen der Drehkolben verkleinert ist und wobei weiterhin die Stirnwände des Pumpenkörpers mit Hohlräumen zur hydraulischen Steuerung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zylindrischen Fußdichtungsflachen (14) und den zylindrischen Kopf dichtungsf lachen (15) der Drehkolben Übergangsflächen (17,18,19) vorhanden sind, die im allgemienen in Hen Zahnflanken eine tiefere Aussparung von der Zahnkante (16) bis zur zylindrischen Fußdichtungsflache (14) bilden, als dies bei einer durch die Schleife der verlängerten Epizykloide gebildeten theoretischen Übergangsfläche (20) der Fall ist, wobei sich die ausgeführte tiefere Aussparung weiterhin in Richtung der Stirnwände bis zur Umrißlinie (21) erweitert, deren Abstände (23) von der die Zentren beider Drehkolben verbindenden Achse (24) von der erforderlichen maximalen Betriebsdreh-Zahl der Pumpe abhängen.

2. Drehkolbenpumpe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Übergangsfläche (17) von der Kante (16) der zylindrischen Kopf dichtungsf lache (15) unter dem ¥in_T

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kel (8) ausgeht, der minimal dem Winkel der Tangente zur verlängerten, die erwähnte Kante (16? durchquerenden Epizykloide gleicht, daß weiterhin die innere Übergangsfläche (19) in der. zylindrischen Fußdichtungsfläche (14) Senkungen bildet, die den Zentralwinkel (Xi) der zylindrischen Fußdichtungsfläche (14) dahingehend verkleinern, daß dieser dem Zentralwinkel (Pi) der zylindrischen Kopfdichtungsfläche (15) entspricht,und daß weiterhin die mittlere Übergangsfläche (18) die äußere Übergangsfläche (17) mit der inneren Übergangsfläche (19) verbindet, wobei die erwähnten Übergangsflachen (17/18,19) als schräge Seitenflächen (22) in die Umrißlinie (.21) an den Stirnwänden der Drehkolben Übergehen,

3· Drehkolbenpumpe gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der In den anliegenden Stirnwänden (25) des Pumpenkörpers angeordnete Saughohlraum (26) und Druckhohlraum (27) der hydraulischen Steuerung durch die Steuerkanten (28,29), deren Abstände (30,31) von der'Afcse (24) gleich groß, bzw. größer als die entsprechenden Abstände (23) zwischen der Ümrißlinie (21) des Drehkolbenhohlraumes und der Achse (24) ist, weiterhin durch die Gesamtbreite (32)» die durch die Stellung der ümrißlinie (21) im Terschlußmoment der Zahnzwischenräume des Drehkörpers gegeben ist, durch die äußeren Kanten (33,34), deren Abstand von der Achse (24) der Radiuslänge des Drehkolbenkopfkreises entspricht, und schließlich durch die an die Steuerkaiken

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(28,29) angeschlossenen und parallel mit den -durch die zylindrischen Fußdichtungsflächen (14) gegebenen Kreislinien verlaufenden Begrenzungskanten (35»36) begrenzt ist.

4. Drehkolbenpumpe gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Steuerkanten (28,29) der Hohlräume (26,27) der hydraulischen Steuerung anknüpfendes Begrenzungskanten (35»36) als Kreisbögen mit einem dem Abstand (40) der Senkung der inneren Übergangsfläche (19) ™ vom Zentrum des Drehkolbens entsprechenden Radius (37) gebildet sind, wobei die Radien (37) aus dem Rotationszentrum der Kolben ausgehen.

5* Drehkolbenpumpe gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (38) der Hohlräume (26,27) der hydraulischen Steuerung von der erforderlichen maximalen Betriebsdrehzahl der Pumpe abhängt.

^ 6. Drehkolbenpumpe gemäß Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Saughohlraum (26) Aueläufe (59) aufweist, die als Fortsetzung der Begrenzungekanten (35)» jedoch mit allmähliche abnehmender Tiefe in Randrichtung gestaltet sind. ^:

7. Drehkolbenpumpe gemäß Anspruch 1 bis 6, die als Umkehrpumpe gestaJdtet eis* ist, cbdurch gekennzeichnet, daß die Ausläufe (39) sowohl an dem Druckhohlraum (27), als auch ■ an dem Saughohlraum (26) angebracht sind.

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