DE19829618A1 - Zweiwellige Drehkolbenpumpe zur gleichzeitigen Erzeugung von Unterdruck und von Überdruck - Google Patents

Abstract

Eine zweiwellige Drehkolbenpumpe ist nur einstufig ausgebildet und dient dennoch gleichzeitig zur Erzeugung von Unterdruck und von Blasluft mittels Überdruck mit zwei auf parallelen Wellen angeordneten, berührungsfrei und auch ölfrei in im Querschnitt kreisförmigen Gehäuseabschnitten (2) eines Pumpenraumes (3) rotierenden Drehkolben (4). Dazu ist zusätzlich zu dem Einlaß (6) an der Saugseite wenigstens eine weitere Einlaßöffnung (9) als Verbindung von der Umgebung mit dem Pumpenraum (3) an einer Stelle vorgesehen, an welcher der herrschende Arbeitsdruck kleiner als der Umgebungsdruck ist. Diese weitere Einlaßöffnung (9) ist dabei während der Rotation der Drehkolben (4) vom saugseitigen Einlaß (6) oder vom druckseitigen Auslaß (7) abgeschirmt und abgedichtet, so daß kein unerwünschter Druckausgleich über diese weitere Einlaßöffnung (9), bevorzugt zwei derartige Einlaßöffnungen (9), erfolgen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine zweiwellige Drehkolbenpumpe zur gleichzeitigen Erzeugung von Unterdruck und von Überdruck mit wenigstens zwei auf parallelen Wellen angeordneten, berührungsfrei in im Querschnitt kreisförmigen Gehäuseabschnitten eines Pumpenraumes rotierenden Drehkolben und mit wenigstens einem Einlaß an der Saugseite und wenigstens einem Auslaß an der Druckseite.

Eine derartige Drehkolbenpumpe ist aus DE 40 38 704 C2 und aus DE 195 03 716 C1 bekannt. Dabei sind jeweils wenigstens zwei voneinander unabhängige Pumpenstufen vorgesehen, deren eine zur Erzeugung des Unterdruckes und deren andere zum Erzeugen von Blasluft mittels Überdruck dienen. Es gibt nämlich viele Anwendungsfälle, bei denen gleichzeitig Unterdruck und Überdruck benötigt wird, zum Beispiel zum Fixieren von Papierbögen, Folien oder dergleichen Werkstücken mittels des Unterdruckes und zum Lockern einzelner gestapelter Papierbögen, Folien oder dergleichen durch die mittels des Überdruckes erzeugte Blasluft.

Schon vorher waren zu diesem Zweck sogenannte Drehschieberpumpen, also Pumpen anderer Gattung, bekannt, die einen gegenüber dem Pumpengehäuse exzentrischen Rotor mit etwa radial in diesem hin- und herverschiebbaren Schiebern aufweisen. Im Bereich des größeren Abstandes des Rotors von der Gehäusewand ist dabei eine Saugöffnung angeordnet, an welcher der Unterdruck entsteht. In einem in Umlaufrichtung benachbarten, beim Rotieren des Rotors durch einen Schieber abgetrennten Bereich ist dann eine weitere Zufuhröffnung für atmosphärische Luft in das Pumpengehäuse vorgesehen, so daß im Bereich des geringsten Abstandes des Rotors von der Innenwand des Pumpengehäuses oder Pumpenraumes an einer Auslaßöffnung ein gewünschter Überdruck mit einem entsprechend großen Luftdurchsatz zum Erzeugen der gewünschten Menge an Blasluft entsteht, obwohl an der Saugöffnung ein Unterdruck nutzbar gemacht werden kann. Somit kann zwar der gewünschte Unterdruck einerseits und eine ausreichende Fördermenge an Blasluft andererseits mit einem einzigen Rotor erzeugt werden, jedoch müssen die Nachteile von Drehschieberpumpen, vor allem der Verschleiß und der Abrieb der Drehschieber bei ölfreiem Betrieb in Kauf genommen werden. Da die Drehschieber sowohl an der Innenwand des Pumpenraumes als auch in ihrer Lagerung in dem Rotor gleiten und reiben, entsteht nicht nur relativ viel Abrieb, sondern außerdem eine beachtliche Wärme und ein relativ großer Widerstand mit dem Bedarf einer entsprechend hohen Antriebsleistung.

Vor allem in der grafischen Industrie, in welcher Papierbögen einerseits durch Unterdruck festgelegt, andererseits durch Blasluft gelockert oder gar gefördert werden müssen, darf die Blasluft keine zu hohe Temperatur haben und keine Verunreinigungen durch Abrieb enthalten, so daß Drehschieberpumpen für solche Zwecke nur verwendet werden können, wenn entsprechende Fühler und Filter mit dem entsprechenden Zusatzaufwand vorgesehen werden. Ein weiteres Problem solcher Drehschieberpumpen liegt in dem hohen Wartungsaufwand und in der Tatsache, daß die in der Regel aus Graphit aufgebauten Drehschieber brechen können.

Es wurden deshalb die eingangs genannten Drehkolbenpumpen gemäß DE 40 38 704 C2 und DE 195 03 716 C1 geschaffen, obwohl dabei jeweils wenigstens zwei Wellen und insgesamt wenigstens vier zusammen­ wirkende Drehkolben erforderlich sind, um einerseits Unterdruck und andererseits Blasluft bei möglichst hoher Betriebssicherheit und möglichst geringen Lufttemperaturen zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher die gewünschte Halteleistung mittels Unterdruck einerseits und eine ausreichende Fördermenge an Blasluft andererseits mit den Vorteilen einer Drehkolbenpumpe erzeugt werden können, wobei aber der maschinelle Aufwand gegenüber den bisher bekannten Lösungen mittels Dreh­ kolbenpumpen vermindert sein soll.

Zur Lösung dieser scheinbar widersprüchlichen Aufgabe ist die erfindungsgemäße Drehkolbenpumpe einstufig ausgebildet und weist zusätzlich zu ihrem Einlaß an der Saugseite wenigstens eine weitere Einlaßöffnung als Verbindung von der Umgebung in den Pumpenraum an einer Stelle auf, an welcher der herrschende Arbeitsdruck kleiner als der Atmosphärendruck oder der Umgebungsdruck außerhalb der Drehkolbenpumpe ist und diese weitere Einlaßöffnung ist während der Rotation der Drehkolben sowohl vom saugseitigen Einlaß als auch vom druckseitigen Auslaß ständig abgeschirmt und abgedichtet.

Auf diese Weise ergibt sich eine zweiwellige Drehkolbenpumpe mit nur einer Stufe, also nur zwei zusammenwirkenden Drehkolben, deren Einlaß dennoch dazu verwendet werden kann, den Unterdruck zum Halten von folienartigen Werkstücken, insbesondere Papierblättern, zu erzeugen, während dennoch an der Druckseite eine genügend große Luftmenge zur Verfügung steht, um Blasluft mit einem ausreichenden Druck zu erhalten. Ohne die erfindungsgemäße weitere Einlaßöffnung könnte zwar genügend Unterdruck zum Halten von folienartigen Werkstücken, Platten oder Papierblättern erzeugt werden, jedoch würde dann durch diese Werkstücke der Luftstrom so weit gedrosselt, daß nicht mehr genügend Blasluft entstehen könnte. Durch die weitere Einlaßöffnung kann diese erforderliche Blasluft trotz einer Absperrung des Einlasses an der Saugseite durch Werkstücke zur Verfügung gestellt werden. Gleichzeitig wird durch diese weitere Einlaßöffnung der Luftdurchsatz trotz der Drosselung am saugseitigen Einlaß genügend erhöht, um wenigstens einen Teil der innerhalb der Drehkolbenpumpe entstehenden Wärme abführen zu können, so daß sich die Blasluft nicht über ein gewünschtes Maß hinaus erwärmt.

Insgesamt können also die Vorteile von öl- und berührungsfreien Rotoren einer Drehkolbenpumpe nutzbar gemacht werden, obwohl sie nur eine Stufe hat, also gegenüber den Lösungen nach DE 40 38 704 C2 oder DE 195 03 716 C1 der maschinelle Aufwand erheblich vermindert ist.

Besonders günstig ist es, wenn im Bereich eines jeden Drehkolbens der - einstufigen - Drehkolbenpumpe jeweils wenigstens eine zusätzliche Einlaßöffnung vorgesehen ist. Dadurch kann der Strom an Blasluft gleichmäßiger und auch in größerer Menge erzeugt werden, als wenn nur eine einzige derartige weitere Einlaßöffnung vorhanden wäre. Bei geschickter Anordnung ergibt sich dann praktisch immer wenigstens eine später als Blasluft dienende Luft einlassende offene Einlaßöffnung, selbst wenn einer der Drehkolben die in seinem Bereich befindliche weitere Einlaßöffnung bei seinem Umlauf gerade überdeckt, weil dann die andere zusätzliche Einlaßöffnung gerade frei sein kann.

Die zusätzliche(n) Einlaßöffnung(en) kann(können) an einer Stelle des Pumpengehäuses angeordnet sein, die von dem Profil der rotierenden Drehkolben und insbesondere der oder den innerhalb der Drehkolben befindlichen Aussparungen überstrichen werden. Somit bilden die Drehkolben selbst jeweils den Verschluß oder die Abtrennung des Bereiches der weiteren Einlaßöffnungen von der Saugseite und sorgen für die Förderung der Blasluft unmittelbar von der weiteren Einlaßöffnung zur Druckseite der Drehkolbenpumpe.

Dabei kann(können) die weitere(n) Einlaßöffnung(en) gegenüber dem/den Drehkolben radial und/oder axial angeordnet sein. Somit kann der Konstrukteur die Zuleitung oder den Zutritt zu den weiteren Einlaßöffnungen je nach Anforderungen, Aufstellungsort oder dergleichen beliebig wählen.

Eine besonders einfache konstruktive Lösung bei der Realisierung der erfindungsgemäßen Anordnung einer oder mehrerer weiterer Einlaßöffnungen an einer einstufigen zweiwelligen Drehkolbenpumpe läßt sich erzielen, wenn zwei jeweils dreiflügelige Drehkolben miteinander kämmen und die zusätzliche Einlaßöffnung in Umfangs­ richtung des von den jeweiligen Drehkolben ausgefüllten Pumpenraumes der Druckseite näher als der Saugseite angeordnet ist. Somit läßt sich mit entsprechend großer Sicherheit erreichen, daß durch die Flügel der Drehkolben selbst die jeweilige Trennung zwischen dem saugseitigen Einlaß und der weiteren Einlaßöffnung sichergestellt wird. Darüber hinaus hat der jeweilige Flügel dann von dem saugseitigen Einlaß aus bis zu der weiteren Einlaßöffnung einen entsprechend großen Weg und kann einen entsprechend großen Unterdruck am Einlaß erzeugen, wobei dies durch den zweiten Drehkolben und eine in dessen Bereich befindliche weitere Einlaßöffnung ebenfalls in entsprechender Entfernung von der Saugseite verstärkt wird.

Dieses Prinzip, eine weitere Einlaßöffnung für die Blasluft vorzusehen, kann jedoch auch mit beliebigen anderen Drehkolben, beispielsweise dreiflüglichen Roots-Gebläsen oder auch mit Drehkolbenpumpen mit klauenförmiger Verzahnung gemäß DE 40 38 704 C2 verwirklicht werden.

Insgesamt ergibt sich eine zweiwellige Drehkolbenpumpe, mit der gleichzeitig Unterdruck zum Halten eines Werkstückes und andererseits Blasluft erzeugt werden kann, ohne daß die Drehkolbenpumpe zwei­ stufig ausgebildet werden muß, so daß der maschinelle Aufwand gegenüber den bisher zu diesem Zweck bekannten Drehkolbenpumpen erheblich vermindert wird. Dennoch können die Vorteile einer Drehkolbenpumpe gegenüber einer Drehschieberpumpe in vollem Umfang erzielt werden.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt in schematisierter Darstellung:

Fig. 1 ein geöffnetes Pumpengehäuse einer erfindungsgemäßen zweiwelligen, aber einstufigen Drehkolbenpumpe mit Blick auf die beiden sich überschneidenden etwa kreisförmigen Rotorräume ohne die darin befindlichen Rotoren und deren Lagerung und ohne den Abschlußdeckel sowie

Fig. 2 den zu dem Gehäuse nach Fig. 1 gehörenden Abschlußdeckel mit dem Einlaß an der Saugseite, dem Auslaß an der Druckseite und in schematisierter Darstellung die Anordnung der weiteren Einlaßöffnungen, entsprechend der Anordnung in Fig. 1, wobei der Deckel in etwas größerem Maßstab dargestellt ist.

Von einer zweiwelligen Drehkolbenpumpe ist in Fig. 1 das offene Gehäuse 1 dargestellt, so daß man die beiden sich überlappenden kreisförmigen Gehäuseabschnitte 2 des Pumpenraumes 3 erkennen kann, in welchem die in Fig. 2 angedeuteten dreiflügligen Drehkolben 4 berührungsfrei aufparallelen Wellen rotieren können.

Fig. 2 zeigt dabei den Deckel 5 zu dem Gehäuse 1 und man erkennt, daß der Einlaß 6 an der Saugseite dieser Drehkolbenpumpe in dem Deckel 5 angeordnet ist, ebenso wie der Auslaß 7 an der Druckseite. Fig. 1 zeigt noch einen Zuführkanal 8 zu dem Einlaß 6.

Damit die Drehkolbenpumpe einstufig ausgebildet sein kann, trotzdem aber sowohl einen Unterdruck zum Halten beispielsweise eines Papierblattes als auch Blasluft zum Lockern oder Befördern von Papierbögen erzeugen kann, weist sie zusätzlich zu ihrem Einlaß 6 im Ausführungsbeispiel zwei weitere Einlaßöffnungen 9 und Verbindungskanäle 9a als Verbindung von der Umgebung in den Pumpenraum 3 auf und zwar jeweils an einer Stelle, an welcher der innerhalb des Pumpenraumes 3 herrschende Arbeitsdruck kleiner als der Atmosphärendruck oder der Umgebungsdruck außerhalb der Drehkolbenpumpe ist, damit auch an diesen weiteren Einlaßöffnungen 9 Luft angesaugt werden kann.

Dabei erkennt man in Fig. 2, daß diese weiteren Einlaßöffnungen 9 während der Rotation der Drehkolben 4 sowohl vom saugseitigen Einlaß 6 als auch vom druckseitigen Auslaß 7 abgeschirmt oder abgedichtet werden, so daß mit Sicherheit sowohl am Einlaß 6 als auch an den weiteren Einlaßöffnungen 9 Luft angesaugt werden kann.

Die Anordnung der weiteren Einlaßöffnungen 9 an einer Stelle, an welcher der Arbeitsdruck innerhalb der Pumpe kleiner als der Atmosphärendruck ist, sorgt dabei dafür, daß auch weitere Luft angesaugt und als Blasluft am Auslaß 7 nutzbar gemacht werden kann.

Man erkennt in Fig. 2, daß die beiden zusätzlichen Einlaßöffnungen 9 etwa symmetrisch angeordnet sind, so daß im Bereich eines jeden Drehkolbens 4 jeweils eine derartige zusätzliche Einlaßöffnung 9 vorgesehen ist. Ein entsprechend gleichmäßiger Strom an Blasluft kann trotz der jeweiligen Unterbrechung durch Flügel 10 der Drehkolben 4 erzeugt werden.

In Fig. 2 erkennt man deutlich, daß der in dieser Zeichnung obenliegende Drehflügel 4 gerade zwischen zwei Flügeln 10a und 10b einen Teilraum zwischen dem Einlaß 6 und einer weiteren Einlaßöffnung 9 abschließt, während der entgegen dem Uhrzeigersinn danebenliegende, zwischen zwei Drehflügeln befindliche Förderraum 11 kurz vor seiner Verbindung mit dem Auslaß 7 steht, so daß die in ihm enthaltene Luft komprimiert und als Blasluft abgegeben werden kann. Der untenliegende, im Uhrzeigersinn drehende Drehflügel 4 hingegen hat einen Förderraum 12, der in diesem dargestellten Zustand sowohl vom Einlaß 6 als auch von der zusätzlichen Einlaßöffnung 9 abgetrennt ist, während der im Uhrzeigersinn dazu benachbarte Förderraum 13 gerade kurz davorsteht, den Bereich der zusätzlichen Einlaßöffnung 9 zu verlassen, aber noch keine Verbindung zum Auslaß 7 hat.

Es ist leicht vorstellbar, daß bei der gegensinnigen Drehung der beiden Rotoren 4 also jeweils Luft sowohl am Einlaß 6 als auch an den weiteren Einlaßöffnungen 9 angesaugt wird, ohne daß zwischen diesen eine störende Verbindung besteht, weil diese Verbindung jeweils durch die Drehkolben 4 unterbunden ist. Somit kann sowohl am Einlaß 6 Luft angesaugt und damit ein zum Halten dienender Unterdruck erzeugt werden, als auch Luft an den weiteren Einlaßöff­ nungen 9 eintreten und zum Auslaß 7 befördert werden, um dort als Blasluft zur Verfügung zu stehen. Dabei wird anhand der Fig. 2 auch deutlich, daß die zusätzlichen Einlaßöffnungen 9 jeweils nicht gleichzeitig freigegeben oder verschlossen sind, sondern zumindest teilweise abwechselnd zum Ansaugen der Blasluft dienen oder aber abgeschlossen sind, bis die an ihnen angesaugte Blasluft an dem Auslaß 7 ausgestoßen ist. Da zwei weitere Einlaßöffnungen 9 vorhanden sind, ergibt sich trotz der abwechselnden Öffnung und Schließung dieser weiteren Einlaßöffnungen 9 ein weitgehend gleichmäßiger Luftstrom.

Diese zusätzlichen Einlaßöffnungen 9 sind dabei gemäß Fig. 2 an einer Stelle des Pumpengehäuses 1 bzw. seines Deckels 5 angeordnet, die von dem Profil der rotierenden Drehkolben 4 und insbesondere der oder den innerhalb der Drehkolben 4 befindlichen, die Arbeitsräume 11, 12, 13 bildenden Aussparungen überstrichen werden. Während dabei der Einlaß 6 und auch der Auslaß 7 im wesentlichen stirnseitig vorgesehen sind, sind die weiteren Einlaßöffnungen 9 in diesem Falle in radialer Richtung angeordnet. Es ist aber möglich, daß diese weiteren Einlaßöffnungen 9 ebenfalls axial angeordnet werden.

Im Ausführungsbeispiel kämmen jeweils dreiflügliche Drehkolben 4 miteinander, was eine besonders einfache Abschirmung des saugseitigen Einlasses 6 von den weiteren Einlaßöffnungen 9 und auch deren Abschirmung vom druckseitigen Auslaß 7 je nach Drehposition dieser Drehkolben und ihrer Flügel 10 ermöglicht. Die Drehrichtung der Drehkolben 4 ist dabei durch die Pfeile Pf1 und Pf2 in Fig. 2 angedeutet, wonach also der in Fig. 2 obere Drehkolben 4 sich entgegen dem und der in Fig. 2 untere Drehkolben 4 im Uhrzeigersinn drehen. Dabei befinden sich die weiteren oder zusätzlichen Einlaßöffnungen 9 in Umfangsrichtung der jeweiligen Drehkolben 4 der Druckseite und dem Auslaß 7 näher als der Saugseite und dem Einlaß 6. Dadurch wird der Geometrie der miteinander kämmenden Drehkolben 4 und ihrer Drehflügel 10 und dem sich daraus ergebenden Pumpenraum 3 in dem Sinne Rechnung getragen, daß die Erzeugung des Unterdruckes am saugseitigen Einlaß 6 und die Erzeugung der Blasluft am druckseitigen Auslaß 7 ungestört nebeneinander erfolgen können.

Die zweiwellige Drehkolbenpumpe ist nur einstufig ausgebildet und dient dennoch gleichzeitig zur Erzeugung von Unterdruck und von Blasluft mittels Überdruck mit zwei auf parallelen Wellen angeordneten, berührungsfrei und auch ölfrei in im Querschnitt kreisförmigen Gehäuseabschnitten 2 eines Pumpenraumes 3 rotierenden Drehkolben 4. Dazu ist zusätzlich zu dem Einlaß 6 an der Saugseite wenigstens eine weitere Einlaßöffnung 9 als Verbindung von der Umgebung mit dem Pumpenraum 3 an einer Stelle vorgesehen, an welcher der herrschende Arbeitsdruck kleiner als der Umgebungsdruck ist. Diese weitere Einlaßöffnung 9 ist dabei während der Rotation der Drehkolben 4 vom saugseitigen Einlaß 6 oder vom druckseitigen Auslaß 7 abgeschirmt und abgedichtet, so daß kein unerwünschter Druckaus­ gleich über diese weitere Einlaßöffnung 9, bevorzugt zwei derartige Einlaßöffnungen 9, erfolgen kann.

Claims (5)

1. Zweiwellige Drehkolbenpumpe zur gleichzeitigen Erzeugung von Unterdruck und von Überdruck mit wenigstens zwei auf parallelen Wellen angeordneten, berührungsfrei in im Querschnitt kreisförmigen Gehäuseabschnitten (2) eines Pumpenraumes (3) rotierenden Drehkolben (4) und mit wenigstens einem Einlaß an der Saugseite und wenigstens einem Auslaß an der Druckseite, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkolbenpumpe einstufig ausgebildet ist und zusätzlich zu ihrem Einlaß (6) an der Saugseite wenigstens eine weitere Einlaßöffnung (9) als Verbindung von der Umgebung in den Pumpenraum (3) an einer Stelle aufweist, an welcher der herrschende Arbeitsdruck kleiner als der Atmosphärendruck oder der Umgebungsdruck außerhalb der Drehkolbenpumpe ist, und daß diese weitere Einlaßöffnung (9) während der Rotation der Drehkolben (4) sowohl vom saugseitigen Einlaß (6) als auch vom druckseitigen Auslaß (7) abgeschirmt und abgedichtet ist.

2. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich eines jeden Drehkolbens (4) der Drehkolbenpumpe jeweils wenigstens eine zusätzliche Einlaßöffnung (9) vorgesehen ist.

3. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche(n) Einlaßöffnung(en) (9) an einer Stelle des Pumpengehäuses (1) angeordnet sind, die von dem Profil der rotierenden Drehkolben (4) und insbesondere der oder den innerhalb der Drehkolben (4) befindlichen Aussparungen überstrichen werden.

4. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere(n) Einlaßöffnung(en) gegenüber dem/den Drehkolben radial und/oder axial angeordnet ist (sind).

5. Drehkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei jeweils dreiflügelige Drehkolben miteinander kämmen und die zusätzliche Einlaßöffnung (9) in Umfangsrichtung des von den jeweiligen Drehkolben ausgefüllten Pumpenraumes der Druckseite näher als der Saugseite angeordnet ist.