DE2806143A1

DE2806143A1 - Volumetrische pumpe

Info

Publication number: DE2806143A1
Application number: DE19782806143
Authority: DE
Inventors: Jozef Sivak
Original assignee: SIVAK
Current assignee: SIVAK
Priority date: 1977-02-15
Filing date: 1978-02-14
Publication date: 1978-08-17
Also published as: FR2380444A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing.H.Liska

PLRT

8 MÜNCHEN 86, DEN j Λ

POSTFACH 860 820

MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

1. Jozef SIVAK

l440, Route de Ganges
Montpellier (Herault), Frankreich

2. Jean Michel PILLOLS
La Charaberte
Montpellier (Herault), Prankreich

Volumetrische Pumpe

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Die Erfindung betrifft eine volumetrische Pumpe zum Pumpen von Flüssigkeiten.

Man kennt mehrere Arten von Pumpen für Flüssigkeiten:

1. Pumpen, in denen der Druck durch Dezentrierung eines ziemlich komplexen Teiles erhalten wirdj sie haben einen geringen Ausstoß und sind schwierig herzustellen.

2. Turbinenpumpen mit mehreren Stufen, in denen der Druck durch eine sehr hohe Drehgeschwindigkeit erhalten wird; wegen des Phänomens der Kavitation können sie nicht alle Flüssigkeiten pumpen.

3. Mit einem beweglichen gelagerten Exzenterteilj sie eignen sich nicht für großen Ausstoß unter Druck und erfordern bei der Herstellung eine große Sorgfalt.

4. Hubkolbenpumpe^ sie liefern einen sehr hohen Druck jedoch mit einem geringen und nicht kontinuierlichen Ausstoß. Sie sind anfällig für Druckstöße und benötigen eine hohe Antriebsleistung relativ zur Geschwindigkeit und dem Ausstoß. Darüber hinaus sind sie schwer und platzraubend. Als Beispiel mögen die folgenden Zahlen für eine Hubkolbenpumpe gegeben werden. Bei einer Geschwindigkeit von 120 U/min, einem Ausstoß von 30 mvh und einem Druck von 100 Bar beträgt die benötigte Antriebsleistung 220,8 kW, das Gewicht der Pumpe beträgt 144O kg bei einem Volumen von 3m χ 1,2 m χ 1,7 m.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die vorstehend genannten Nachteile nicht auftreten und die es ermöglicht,

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sowohl sehr dünnflüssige als auch sehr dickflüssige Flüssigkeiten kontinuierlich zu pumpen, ohne daß dabei Druckstöße auftreten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Pumpe vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch einen Stator, in dem eine torusförmige Kammer ausgebildet ist und einen Rotor, umfassend einerseits ein Laufrad mit einem Umlaufkolben, der in der torusförmigen Kammer geführt ist und an der Wand dieser Kammer dicht abschließend anliegt, und andererseits eine Kurvenscheibe mit einer kreisförmigen Nockenbahn, welche einen beweglichen Verschluß steuert, mit dem die torusförmige Kammer verschließbar ist und der zurückziehbar ist, um den Umlaufkolben durchlaufen zu lassen, wobei das Laufrad und die Kurvenscheibe auf einer gemeinsamen, koaxial zur torusförmigen Kammer verlaufenden Welle angeordnet sind und wobei die torusförmige Kammer mit einem Ansaugstutzen und einem Druckleitungsstutzen in Verbindung steht, die beiderseits des Verschlusses einmünden.

Auf diese Weise bewirkt der in der torusförmigen Kammer urn-r laufende Kolben einerseits den Ausstoß und das Unterdrucksetzen der Flüssigkeit und andererseits das Ansaugen der Flüssigkeit. Die Pumpe ist daher von ihrem Arbeitsprinzip her eine volumetrische Pumpe und es tritt keine Kavitation auf. Ferner können keine Druckstöße auftreten, da der Durchfluß kontinuierlich ist. Die Geschwindigkeit kann auch bei einem hohen und kontinuierlichen Ausstoß niedrig gehalten werden, wodurch sich der Verschleiß verringern läßt. Eine derartige Pumpe kann bei einer Geschwindigkeit von nur 50 U/min einen Ausstoß von 88 m^/h bei einem Druck von 100 Bar liefern, wobei sie etwa eine Leistung von 294,4 kW aufnimmt. Wenn man diese Zahlen mit den vorher für eine

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Hubkolbenpumpe gegebenen Zahlen vergleicht, stellt man fest, daß man den gleichen Druck mit einer viermal geringeren Drehgeschwindigkeit und einem beinahe dreimal so hohen Ausstoß erreicht, was die etwas höhere Leistungsaufnahme reichlich ausgleicht. Darüber hinaus ist das Gewicht einer derartigen volumetrischen Pumpe mit torusförmiger Kammer etwa 1100 kg bei Außenabmessungen von 1,2 m χ 1,2 m χ 1 m, d.h., daß das Gewicht und der Raumbedarf viermal geringer ist als Gewicht und Raumbedarf bei der weiter oben betrachteten Hubkolbenpumpe. Im Ergebnis bedeutet das, daß die erfindungsgemäße Pumpe mit einem in einer torusförmigen Kammer umlaufenden Kolben alle Vorteile der bekannten Hubkolbenpumpen und rotierenden Pumpen besitzt, jedoch ohne deren Nachteile aufzuweisen.

Die volumetrische Pumpe mit torusförmiger Kammer ist auf einfache Weise herstellbar. So kann ihr Stator einfach aus zwei je eine Torushalbschale aufweisenden Teilen zusammengesetzt sein, welche die torusförmige Kammer begrenzen, wobei eines dieser Teile durch ein zylindrisches Gehäuse verlängert ist, in dem die Kurvenscheibe untergebracht ist. In diesem Fall ist das Laufrad des Rotors vorzugsweise in einer zylindrischen Kammer untergebracht, die von den beiden die Torushalbschalen aufweisenden Teilen des Stators begrenzt ist, wobei die zylindrische Kammer mit der torusförmigen Kammer in Verbindung steht, jedoch gegenüber dieser durch an der Umfangsfläche des Laufrades angeordnete Dichtungsringe abgeschlossen ist.

Gemäß einer speziellen Ausfuhrungsform ist der Verschluß in einem vorspringenden Teil des Gehäuses parallel zur Pumpenachse gleitend angeordnet und trägt einen zur Pumpenachse hinweisenden Zapfen, der in eine an der Steuerscheibe ausgebildete Nut eingreift. Die Form dieser Nut ist so berechnet,

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daß die Kurvenscheibe den Verschluß in der W_eise steuert, daß das Zurückziehen des Verschlusses in jedem Zyklus nur während eines kurzen Augenblicks erfolgt, der gerade zum Durchlaufen des Kolbens ausreicht.

Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels. Es stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemaßen Pumpe, wobei Teile der Pumpe im Schnitt dargestellt sind,

Fig. 2 eine sehr schematische perspektivische Ansicht zur Darstellung der Arbeitsweise der Pumpe, und

Fig. 3, 4 und 5 schematische Darstellungen, welche einen Verglich der Arbeitsweise zweier bekannter Pumpentypen und der erfindungsgemaßen Pumpe ermöglichen.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße volumetrische Pumpe umfaßt im wesentlichen zwei Teile: einen Stator und einen Rotor.·

Der Stator besteht aus zwei je eine Torushalbschale aufweisenden und aneinander anliegenden Scheiben 1 und 2, die mit Hilfe nicht dargestellter Schrauben verbunden sind, welche an den beiden Scheiben 1 und 2 ausgebildete Ringflansche 3 bzw. h durchsetzen. Diese beiden Scheiben 1 und 2 begrenzen mit ihren Torushalbschalen eine torusförmige Kammer 5. Die an einem Ende der Pumpe angeordnete Scheibe 1 trägt im Bereich des Durchtritts der Rotorwelle 13 eine Dichtungsanordnung 6. Die Scheibe 2 weist einen Bund 7 auf, auf dem ein zylindrisches Gehäuse 8 sitzt und befestigt ist, das an seinem den Scheiben 1 und 2 entgegengesetzten Ende durch

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einen kreisförmigen Deckel 9 verschlossen ist. Dieser Deckel trägt im Bereich des Durehtritts der Rotorwelle 13 eine Dichtungsanordnung 10. Das Gehäuse 8 weist auf seinem Umfang einen vorspringenden Abschnitt 11 auf, der zur Führung eines Verschlusses 12 dient, der weiter unten noch beschrieben wird.

Der Rotor oder der bewegliche Teil umfaßt eine Rotorwelle 13, die in Lagern 14, 15, 16 drehbar gelagert ist, die ihrerseits von der Scheibe 1, der Scheibe 2 bzw. dem Deckel 9 getragen werden. Die Abdichtung an den Enden der Pumpe wird durch die bereits erwähnten Dichtungsanordnungen 6 und 10 gewährleistet. Die Rotorwelle 13 trägt ein Laufrad 17, das in einer zylindrischen Kammer 38 untergebracht ist, die von den beiden Scheiben 1 und 2 begrenzt wird. Am Umfang des Laufrades' 17 ist ein Kolben 19 mit kreisförmigem Querschnitt befestigt, der in der mit der zylindrischen Kammer 18 in Verbindung stehenden torusförmigen Kammer 5 geführt ist. Die Abdichtung wird erreicht durch:

Vier am Umfang des Laufrades YJ angeordnete Dichtungsringe 20, die an der zylindrischen Wand der Kammer 18 anliegen,

Ein den Kolben 19 umgebender Dichtungsring 21, der an der Wand der torusförmigen Kammer 5 anliegt, und

Ein an dem Fuß des Kolbens 19 angeordnetes Dichtungselement 22.

Der Rotor umfaßt ferner eine, eine Nockenführungsbahn aufweisende Steuer- oder Kurvenscheibe 23, die in dem Gehäuse 8 angeordnet ist und eine Nut 24 aufweist, welche die eigentliche Steuerkurve der Kurvenscheibe darstellt.

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Der Verschluß 12 1st von einer rechteckigen Platte gebildet, die in einer die Achse der Pumpe enthaltenden Ebene liegt und parallel zu dieser Achse in dem vorspringenden Abschnitt

11 des Gehäuses 8 gleitend gelagert ist. Dieser vorspringende Abschnitt 11 weist eine parallel zur Pumpenachse verlaufende Aussparung 25 auf, in welche ein Zapfen 26 des Verschlusses

12 eingreift, wodurch die Schiebeführung des Verschlusses 12 gewährleistet wird. Auf dem' Verschluß 12 befinden sich einerseits ein ringförmiges Segment 27 mit einem dem Querschnitt der torusförmigen Kammer 5 entsprechenden Durchmesser und andererseits ein geradliniges Segment 28, das längs des der Pumpenachse zugewandten Randes des Verschlusses 12 angeordnet ist. Schließlich trägt der Verschluß 12 einen zur Pumpenachse hin weisenden Zapfen 29, der in die Nut 24 der Kurvenscheibe 23 eingreift.

Wie man aus der Fig. 2 ersieht, umfaßt die betrachtete Pumpe noch einen Ansaugstutzen 30 und einen Druckleitungsstutzen 31, die beiderseits des Verschlusses 12 in die torusförmige Kammer 5 einmünden.

Im Betrieb ist die Motorwelle 13 an einen Antriebsmotor gekoppelt und wird in Drehung versetzt. Sie dreht ihrerseits gleichzeitig das Laufrad YJ mit seinem Kolben 19 und die Kurvenscheibe 23. Wie in Fig. 2 durch die Pfeile angedeutet ist, beschreibt der Kolben 19 dabei eine Kreisbahn innerhalb der torusförmigen Kammer 5, während der Verschluß 12 durch die Kurvenscheibe 23 dank des in die Nut 24 eingreifenden Zapfens 29 gesteuert, eine Hin- und Herbewegung parallel zur Pumpenachse ausführt.

Die Form der Nut 24 ist so gewählt, daß der Verschluß 12 während des größten Teiles des Umlaufs des Kolbens 19 die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Stellung einnimmt und somit die torusförmige Kammer 5 verschließt. Der Verschluß 12 wird

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nur während eines kurzen Abschnittes des Kolbenumlaufs zurückgezogen, um auszuweichen und den Kolben passieren zu lassen.

Wenn der Verschluß 12 die torusförmige Kammer 5 verscnließt, wird diese Kammer durch den Verschluß 12 und den Kolben 19 in zwei Abschnitte unterteilt. In dem ersten Abschnitt 5a, in den der Ansaugstutzen 30 mündet, wird die Flüssigkeit hinter dem Kolben 19 angesaugt. In dem zweiten Abschnitt 5b, in welchen der Druckleitungsstutzen 31 mündet, wird die Flüssigkeit vor dem Kolben 19 ausgestoßen. So wird die Flüssigkeit durch den Ansaugstutzen 30 angesaugt und durch den Druckleitungsstutzen 31 abgegeben, wobei die Flüssigkeit mit einer linearen Geschwindigkeit angesaugt una ausgestoßen wird, die praktisch gleich der Geschwindigkeit des Kolbens 19 ist. Der kurze Augenblick, während dessen der Verschluß 12 zurückgezogen ist, bewirkt tatsächlich praktisch nur eine vernachlässigbare Verminderung des Ausstoßes der Pumpe.

Die Fig. 3, 4 und 5 ermöglichen einen Vergleich der Arbeitsweise der erfindungsgemaßen Pumpe mit der Arbeitsweise zweier bekannter Pumpentypen.

Die Fig. 3 stellt sehr schematisch eine Hubkolbenpumpe dar, deren Kolben durch eine Kurbel-Pleuel-Anordnung angetrieben wird. Die Antriebskraft wird nur in der Position I vollständig übertragen, in welcher das Pleuel tangential an der Kreisbahn des Endes der Kurbel anliegt. Selbst in dieser Stellung muß man noch den Reibungswiderstand aufgrund des Winkels zwischen dem Pleuel und der Kolbenachse in die Rechnung mit einbeziehen. In den anderen Stellungen, so in den mit II und III bezeichneten Stellungen, in denen das Pleuel nicht tangential an der Kreisbahn des Kurbelendes anliegt, kann das Pleuel nicht die gesamte Antriebskraft tragen.

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Die Pig. 4 zeigt auf sehr schematische Weise eine klassische Turbinenpumpe, die durch ihre Geschwindigkeit eine Flüssigkeit in Rotation versetzt und auf die Flüssigkeit die notwendige Zentrifugalkraft überträgt, so daß diese durch den Ausgangsstutzen auströmen kann. Jede Form der Turbine verlangt eins wohldefinierte Drehgeschwindigkeit.

Schließlich ist in Fig. 5 der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Pumpe mit einer torusförmigen Kammer dargestellt mit ihrem Verschluß 12, ihrem Umlaufkolben 19 und dem Ansaugstutzen 30 sowie dem Druckleitungsstutzen 31. Die gesamte Antriebskraft wird kontinuierlich auf die von dem Kolben 19 geschobene Flüssigkeit übertragen, der direkt an dem auf der Antriebswelle gelagerten Laufrad befestigt ist und immer in der gleichen Richtung tangential wirkt. Der Verschleiß beschränkt sich auf den Verschluß 12, der das einzige hin- und herbewegte Teil darstellt. Die korrekte Arbeitsweise ist bei jeder beliebigen Drehgeschwindigkeit gewährleistet.

Die erfindungsgemäße volumetrische Pumpe mit torusförmiger Kammer kann auf allen üblichen Anwendungsgebieten von Pumpen verwendet werden, d.h. in allen Fällen, wo eine Flüssigkeit in einer Leitung mit oder ohne Druck bewegt werden muß (Ölleitungen, Wasserleitungen).

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Claims

Patentansprüche

( Iy Volumetrische Pumpe, gekennzeichnet durch einen Stator, in dem eine torusförmige Kammer (5) ausgebildet ist und einen Rotor umfassend einerseits ein Laufrad (17) mit einem Umlaufkolben (19) der in der torusförmigen Kammer (5) geführt ist und an der Wand dieser Kammer dicht abschließend anliegt, und andererseits eine Kurvenscheibe (23, 24) mit einer kreisförmigen Nockenbahn, welche einen beweglichen Verschluß (12)steuert, mit dem die torusförmige Kammer (5) verschließbar ist und der zurückziehbar ist, um den Umlaufkolben (19) durchlaufen zu lassen, wobei das Laufrad (17) und die Kurvenscheibe (23, 24) auf einer gemeinsamen, koaxial zur torusförmigen Kammer (5) verlaufenden Welle (8) angeordnet sind und wobei die torusförmige Kammer (5) mit einem Ansaugstutzen (30) und einem Druckleitungsstutzen (31) in Verbindung steht, die beiderseits des Verschlusses (12) einmünden.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Stator aus zwei jeweils eine Halbschale eines Torus aufweisenden, miteinander verbundenen Teilen (1, 2) besteht, welche die torusförmige Kammer (5) begrenzen, wobei eines der Teile (2) durch ein zylindrisches Gehäuse verlängert ist, in dem die Kurvenscheibe (23, 24) angeordnet ist.
3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (17) des Rotors in einer zylindrischen Kammer (18) angeordnet ist, die von den beiden je eine Torushalbschale aufweisenden Teilen (1, 2) des Stators begrenzt wird, wobei die zylindrische Kammer (18) mit der torusförmigen Kammer (5) in Verbindung steht, gegenüber dieser

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jedoch durch am Umfang des Laufrades (17) angeordnete Dichtungsringe (2O) abgeschlossen ist.
4. Pumpe nach Anspruch 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (12) in einem vorspringenden Abschnitt (11) des Gehäuses (8) parallel zur Pumpenachse gLeitend gelagert ist und einen zur Pumpenachse hinweisenden Zapfen (29) trägt, der in eine Nut (24) der Kurvenscheibe (2j5) eingreift.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (12) als rechteckige Platte ausgebildet ist, die in einer die Pumpenachse enthaltenden Ebene liegt und die einerseits ein mit seinem Durchmesser dem Durchmesser der torusförmigen Kammer (5) entsprechendes kreisförmiges Segment (27) und andererseits ein geradliniges Segment (28) trägt, das längs der der Pumpenachse zugewandten Kante des Verschlusses (12) angeordnet ist.

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