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Die Erfindung betrifft eine Pumpe
der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.
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Gattungsgemäße Pumpen sind aus
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bekannt. Diese Art von Kolbenmaschine
mit parallel rotierend umlaufendem Kolben, der mit am Umfang vorgesehenen
konvex-konkaven-Kammerflächen
in kammerbildenden Eingriff gelangt, ist insbesondere auch als Pumpe
bzw. Kompressor hervorragend geeignet. Der Kolben gelangt in kammerbildenden
Eingriff und fördert
das zu transportierende Medium durch die Auslaßöffnung. Bei weiterem Umlauf öffnet sich
die Kammer und aus dem umgebenden, vom Gehäuse umschlossenen Raum wird
durch die Ansaugöffnung
Medium in den Kammerbe reich eingelassen, um dort beim nächsten Umlauf
wieder nach außen
transportiert zu werden.
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Zur Aufrechterhaltung der zu dieser
bekannten Art der Kammerbildung erforderlichen Parallelrotation
des Kolbens ist dieser auf wenigstens zwei winkelsynchron laufenden
Kurbelzapfen gelagert oder kann auch im Falle der Konstruktionsweise
der
DE 101 31 819
C1 auf nur einer Kurbelwelle laufen und mit einer Stange
an einem Dreh/Hubgelenk gelagert sein. Dies erfordert Lager innerhalb
des Kolbens. Auch die zugehörigen
Kurbelwellen müssen
in unmittelbarer Nachbarschaft im Gehäuse, gelagert sein. Lager erfordern
Schmiermittel und geben dieses auch bei guter Kapselung ab. Daher
kann der Raum im Gehäuse,
der das zu transportierende Medium aufnimmt, durch Schmiermittel
verunreinigt werden.
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Für
viele Anwendungszwecke in der chemischen Industrie und insbesondere
in der Lebensmittelindustrie, zum Pumpen z.B. hochreiner Gase, oder insbesondere
zum Pumpen von Lebensmitteln, wie z.B. Getränken, Suppen oder dergleichen,
sind die bekannten Pumpen daher nicht geeignet. Hier werden daher
zumeist die bekanntlich schmiermittelfreien Membranpumpen eingesetzt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, eine gattungsgemäße Pumpe
frei von Schmiermittelverunreinigungen auszubilden.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist auf der Seite des Kolbens,
an der die Kröpfung
der Kurbelwelle sitzt, ein die Kurbelwelle umfassender Balg vorgesehen,
der mit seinen beiden Endrändern
am Kolben einerseits und am Gehäuse
andererseits abgedichtet befestigt ist. Der Raum um die Kurbelwelle
ist somit zu den mediumführenden
Bereichen der Pumpe hin abgedichtet, so dass das zu transportierende
Medi um nicht mehr von Schmiermittel verunreinigt werden kann. Der
elastische Balg folgt den Bewegungen des Kurbelzapfens. Von besonderem
Vorteil ist hier die parallel rotierende Bauweise, die eine nicht
rotierende – also
drehfeste – Befestigung
der Enden des Balges erlaubt. Ist der Kolben nur auf einem von einer Seite
her eingreifenden Kurbelzapfen gelagert, so ist nur ein solcher
Balg pro Kurbelwelle erforderlich. Ist die Kurbelwelle auch auf
der anderen Seite des Kolbens gelagert, so sind auf beiden Seiten
des Kolbens entsprechende Bälge
vorzusehen. Die erfindungsgemäße Pumpe
kann flüssige
und pastöse
Medien sowie auch gasförmige
Medien pumpen. Gasförmige Medien
können
im Kompressorbetrieb auch mit hoher Kompression gefördert werden.
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Es kann ein Balg pro Kurbelwelle
vorgesehen sein. Wird der Kolben zur Parallelrotation mit mehreren
Kurbelwellen gelagert, so können
diese einzeln mit entsprechenden Bälgen abgedichtet werden. Vorteilhaft
sind jedoch die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Z.B. kann
bei zwei Kurbelwellen ein im Querschnitt oval ausgebildeter Balg beide
Kurbelwellen umfassen, wodurch die Konstruktion gegenüber der
Verwendung zweier Bälge
vereinfacht wird.
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Ist die erfindungsgemäße Pumpe
mit den Konstruktionsmerkmalen der
DE
101 31 819 C1 ausgebildet, so sind vorteilhaft die Merkmale
des Anspruches 3 vorgesehen, um auch das Dreh/Schwenklager der Haltestange
schmiermitteldicht abzudichten.
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In den Zeichnungen ist eine erfindungsgemäße Pumpe
beispielsweise und schematisch dargestellt, es zeigen:
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1 einen
Schnitt nach Linie 1–1
in 2,
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2 einen
Schnitt nach Linie 2–2
in 1 und
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3 einen
Schnitt gemäß 1 einer anderen Ausführungsform.
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Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Pumpe 1 weist
ein Gehäuse 2 auf,
das einen Raum 3 umschließt, und zwar zwischen zwei
parallelen Innenseitenflächen 4, 4', von denen
die Fläche 4' an einem als
flacher Platte ausgebildeten, am Rest des Gehäuses 2 mit Schrauben 5 abgedichtet
befestigten Deckel 6 ausgebildet ist.
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In dem dem Deckel 6 gegenüberliegenden Teil
des Gehäuses 2 ist
in einer senkrecht zu den Innenseitenflächen 4, 4' angeordneten
Bohrung 7 des Gehäuses 2 eine
Kurbelwelle 8 mit Lagern 9 gelagert. Über eine
Kröpfung 10 trägt die Kurbelwelle 8 einen
Kurbelzapfen 11, der in den Raum 3 hineinragt.
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Im Raum 3 ist ein Kolben 12 angeordnet,
der mit parallelen Außenseitenflächen 13, 13" abdichtend
auf den Innenseitenflächen 4, 4' des Gehäuses 2 gleitet.
Der Kolben 12 ist mit einer Sackbohrung 14 und
Lagern 15 auf dem Kurbelzapfen 11 gelagert.
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Wie 1 zeigt,
ist eine weitere Kurbelwelle 8' mit Kurbelzapfen 11' parallel zur
Kurbelwelle 8 vorgesehen, auf der der Kolben 12 in
gleicher Weise gelagert ist. Eine der Kurbelwellen 8, 8' ist angetrieben und
versetzt den Kolben 12 in eine Parallelrotation, wie sie
in den eingangs genannten Schriften erläutert ist. Es können auch
mehr als zwei Kurbelwellen vorgesehen sein.
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In einem Bereich seines Umfanges
weist der Kolben 12 eine Kammerfläche 16 auf, die in
Richtung der Wellenachse parallel zu dieser verläuft, wie 2 zeigt, und in der Ebene senkrecht zur
Wellenachse, wie dies 1 zeigt,
einen konkaven Bereich aufweist, der in einen konvexen Bereich übergeht.
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Das Gehäuse 2 weist im Bereich
der Kammerfläche 16 des
Kolbens 12 ebenfalls eine Kammerfläche 17 auf, die ebenfalls
achsparallel und in Richtung senkrecht zur Achse konvex und anschließend konkav
ausgebildet ist. Wenn gemäß 1 die Kurbelzapfen 11, 11" im oberen Bereich
laufen, befinden sich die Kammerflächen 16 und 17 an
den achsparallelen Linien 18 und 19 in engem Spaltabstand
und bilden zwischen sich eine Kammer 20 aus. Bei der in 1 mit Pfeilen angedeuteten
Umlaufrichtung der Kurbelwellen verkleinert sich bei weiterem Umlauf
des Kolbens 12 die Kammer 20 aus der dargestellten
Stellung heraus. Danach heben die Kammerflächen 16, 17 ab,
so dass der Bereich zwischen ihnen nach außen zur Kammer 3 geöffnet wird. Bei
weiterem Umlauf gelangen die Kammerflächen 16, 17 wieder
in den Linieneingriff 18, 19, schließen und
verkleinern die Kammer 20. Der Linieneingriff 18, 19 kann
insbesondere mit engem Spaltabstand, also berührungsfrei, erfolgen, um hier
keine Schmiermittel zu benötigen.
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Der Raum 3, der innerhalb
des Gehäuses 2 den
Kolben 12 umgibt, ist mit einer Ansaugöffnung 21 nach außen verbunden
und kann durch diese ansaugen. Die zwischen den Kammerflächen 16 und 17 sich
bei Eingriff bildende Kammer verkeinert sich gegen einen Endbereich,
in dem ein Auslaßkanal 22 im Gehäuse 2 mit
einem Einwegventil 23 beginnt.
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Die insoweit dargestellte Pumpe kann
gasförmige
oder flüssige,
bis hin zu hoch pastösen
Medien pumpen oder, im Falle von Gasen, auch als Kompressor arbeiten,
je nach Ausbildung des Einwegventiles 23. Zu den Einzelheiten
der Konstruktion und ihrer Wirkungsweise wird auf die eingangs genannten Schriften
verwiesen.
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Die in 2 dargestellten
Lager 9 für
die Kurbelwelle 8 und 15 für den Kurbelzapfen 11 sind schmierbedürftig und
müssen
mit Öl
oder einer Fettfüllung
ge schmiert werden. Das Schmiermittel kann zwischen den Seitenflächen 4 und 13 des
Gehäuses 2,
beziehungsweise des Kolbens 12 hindurch in den Bereich
des Raumes 3, beziehungsweise der Kammer 20 gelangen,
und dort das transportierte Medium verunreinigen. Um dies zu verhindern,
ist, wie 2 zeigt, ein
Balg 24 vorgesehen. Dieser besteht aus elastischem Material,
das für
diese Zwecke geeignet ist, z.B. aus einem Kunststoff, oder aus einem
speziellen Gummimaterial. Der Balg ist in üblicher Balgenform gewellt
ausgebildet und mit seinen Endrändern am
Kolben 12 einerseits und am Gehäuse 2 andererseits
um die dortigen Bohrungen 14 und 7 herum abgedichtet
befestigt. An Stelle eines gewellten Balges kann auch ein glatter,
schlauchförmiger
Balg verwendet werden.
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Um Platz für den Balg 24 zu schaffen,
ist im Gehäuse 2 um
die Kurbelwellenkröpfung 10 herum von
der Innenseitenfläche 4 her
eine Vertiefung 25 vorgesehen. Am Grunde dieser Vertiefung 25 ist
ein die Kurbelwelle 8 umlaufender Ring 26 angeordnet, der
mit Schrauben 27 am Gehäuse 2 verschraubt
ist. Der diesseitige Rand des Balges 24 ist am Ring 26 anvulkanisiert,
und somit über
diesen abgedichtet am Gehäuse 2 befestigt.
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Das andere Ende des Balges 24 ist
entsprechend mit einem Ring 28 gegen die Außenseitenfläche 13 des
Kolbens 12 abgedichtet befestigt. Dieser Ring 28 ist
am Kolben 12 mit Schrauben 29 befestigt, die von
der anderen Seite des Kolbens 12 her durchgeschraubt sind.
In 1 sind die Schrauben 29 und die
sie aufnehmenden Löcher
zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen.
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Zum Auswechseln des Balges 24 wird
zunächst
der Deckel 6 des Gehäuses 2 abgeschraubt. Sodann
können
von dieser offenen Seite her die Schrauben 29 für den Ring 28 herausgeschraubt werden,
und es kann der Kolben 12 von dem Kurbelzapfen 11 abgezogen
werden. Dann sind auch die Schrauben 27 für den Ring 26 zugänglich.
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Zwischen den Seitenflächen 13, 4 des
Kolbens 12, beziehungsweise des Gehäuses 2, kann zu transportierendes
Medium, insbesondere von der unter Druck stehenden Kammer 20 her,
in die Vertiefung 25 eindringen. Um diesen Bereich ohne
Demontage der Pumpe säubern
zu können,
sind im Gehäuse 2 Spülkanäle 30 vorgesehen,
durch die dieser Bereich von Zeit zu Zeit gespült und gereinigt werden kann.
Außerdem
wird damit an dieser Stelle eventuell entstehender, den Balg belastender Überdruck
vermieden.
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1 zeigt,
dass die Vertiefung 25 zur Aufnahme des Balges 24 von
der Innenseitenfläche 4 des
Gehäuses 2 eingesenkt
ist. Eine entsprechende Vertiefung kann auch von der Außenseitenfläche 13 des
Kolbens 12 aus in diesen eingesenkt sein, oder es können entsprechende
Vertiefungen sowohl im Gehäuse 2 als
auch im Kolben 12 vorgesehen sein. Die Vertiefungen müssen insgesamt
ausreichen, um dem Balg 24 bei bauartbedingt erforderlicher
axialer Länge
aufnehmen zu können.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist, wie 2 zeigt, der
Kolben 12 einseitig gelagert. Seine Lagerstelle auf dem
Kurbelzapfen 11 kann daher als Sackbohrung 14 ausgebildet
sein. Wenn aus bestimmten Gründen
eine beidseitige Lagerung erforderlich ist, also der Kurbelzapfen 11 auch
zur anderen Seite hin mit einer Kröpfung in einen weiterführenden
Bereich der Kurbelwelle 8 übergeht und dort gelagert ist,
dann kann auch auf dieser Seite ein Balg 24 in entsprechender
Weise vorgesehen sein.
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Wie bisher beschrieben kann ein eine
Welle 8 umlaufender Balg 24 mit die Welle 8 umlaufenden Ringen 26 und 28 angeordnet
sein.
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Alternativ kann jedoch auch, wie
in 1 angedeutet, ein
einziger Balg beide Kurbelwellen umlaufend angeordnet sein. Dieser
Balg wäre
dann am Gehäuse 2 mit
einem ovalen Ring 26',
wie in 1 angedeutet,
zu befestigen.
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Gegenüber der dargestellten Ausführungsform
sind weitere Abwandlungen möglich,
so können beispielsweise
in der Pumpe mehrere Kolben in mehreren Kammern hintereinander angeordnet
sein, wie dies in WO 93/25801 A1, 1 beschrieben
ist. Auch weitere Merkmale aus den eingangs genannten Schriften
können übernommen
werden.
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Bei der in den
1 und
2 dargestellten Konstruktion
der Pumpe wird die Parallelrotation des Kolbens
12 durch
seine Lagerung auf zwei winkelsynchron laufenden Kurbelwellen
8,
8' erzwungen. Für die erfindungsgemäßen Zwecke
kann jedoch auch die Grundkonstruktion verwendet werden, die in der
DE 101 31 819 C1 beschrieben
ist.
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In 3 ist
eine solche Konstruktionsvariante dargestellt, und zwar im Schnitt
der 1, wobei die oberhalb
der Abbruchlinien in 3 liegenden Konstruktionseinzelheiten
vollständig
der 1 entsprechen.
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Der in der 1 unten liegende Teil der Konstruktion
ist in der Ausführungsform
der 3 geändert.
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Am Kolben 12 ist eine Haltestange 40 befestigt,
die an ihrem freien Ende um eine Achse 41 schwenkbar in
einem Hubkolben 42 gelagert ist. Der Hubkolben 42 ist
in einer sich von der unteren Wand des nach unten etwas verlängerten
Gehäuses 2 erstreckenden
Lagerhülse 43 hubgelagert.
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Der Kolben 12 ist auf dem
Kurbelzapfen 11 nur einer Kurbelwelle 8 gelagert.
Bei Umlauf des Kolbens um die Kurbelwelle 8 ergeben sich
leichte Schwenkbewegungen der Haltestange 40 um die Achse 41,
sowie eine hin- und hergehende Bewegung des Hubkolbens 42.
Dabei hält
die Haltestange 40 den Kolben, so dass er mit geringen
Abweichungen, die wesentlich von der Länge der Haltestange 40 abhängen, annähernd dieselbe
Parallelrotation ausführt
wie bei der Ausführungsform
der 1. Die sich bei
der Konstruktion ergebenden geringen Abweichungen von der idealen
Parallelrotation können durch
leichte Kurvenänderung
bei den Kammerflächen 16 und 17 berücksichtigt
werden.
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Bei der Ausführungsform der 3 sind auch der Hubkolben 42 und
die Achse 41 schmierungsbedürftig. Um die hier verwendeten
Schmiermittel vom zu pumpenden Medium im Raum 3 fernzuhalten,
ist ein weiterer Balg 44 vorgesehen, der mit Befestigungsringen 45 und 46 am
Gehäuse 2 sowie an
der Haltestange 40 abgedichtet befestigt ist.
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Auch die Verwendung der in der WO 03/023191
A1 beschriebenen Grundkonstruktion ist für die vorliegende Erfindung
möglich,
insbesondere auch bei der Ausführungsform
nach 3. Diese Grundkonstruktion
zeichnet sich dadurch aus, daß der
Kolben nicht wie gemäß den vorstehend
beschriebenen 1 und 2, unmittelbar zwischen feststehenden
Innenseitenflächen 4, 4' des Gehäuses 2 läuft, sondern
nur im Bereich der Kammerbildung, also zwischen den Kammerflächen, mit
Seitenwänden
gegenüber
einem Kammerteil abgedichtet ist, wobei diese Seitenwände entweder
am Kammerteil oder am Kolben befestigt sind und auf dem jeweils anderen
Teil seitlich dichtend gleiten. Gegenüber der in der WO 03/023191
A1 dargestellten offenen Bauweise, die nur geeignet ist, aus der
Umgebung Luft anzusaugen, müßte der
Bereich um den Kolben mit einem Raum abgedichtet umschlossen sein, ähnlich dem
Raum 3 der vorstehend beschriebenen 1 – 3. Damit wird erreicht, daß beliebige
Medien angesaugt und gepumpt werden können. Die in der genannten
Schrift vorgesehenen zwei Kurbelwellen können auf dieselbe Weise mit
einem oder mehreren Bälgen
abgedichtet werden, wie vorstehend zu den 1 und 2 beschrieben.