DE3916869A1 - Rotationsschieberpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationsschieberpumpe mit einem Gehäuse, das einen zylindrischen Innenraum mit ebenen Stirnflächen umschließt, einem in dem Gehäuse exzentrisch gelagerten kreiszylindrischen Rotor und mit achsparallelen Schiebern, die in dem Rotor geführt sind und sich an die Mantelfläche des Gehäuseinnenraumes anlegen. Die Erfindung befaßt sich vorwiegend, wenn auch nicht ausschließlich, mit kleinen hochtourigen Luftpumpen dieser Art, beispielsweise für Drücke unter 1 Atü und Fördervolumina von bis zu 400 l/Min.

Bei den bekannten Rotationsschieberpumpen der einleitend bezeichneten Art ist das Gehäuse aus einem Ring und zwei Deckscheiben zusammengesetzt. Diese und die übrigen Teile sind hochgenau bearbeitet, beispielsweise durch Läppen. Hierdurch sowie durch die Verwendung teurer Werkstoffe ergeben sich beträchtliche Herstellungskosten, die eine Verwendung dieser Pumpen in vielen Fällen ausschließt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellungskosten nachhaltig zu senken, um diesen Pumpen einen weiteren Anwendungsbereich zu erschließen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß mehrere Maßnahmen vorgeschlagen, die einzeln oder in Kombination angewendet werden können und dazu beitragen, daß bei einwandfreier Arbeitsweise der Pumpen größere Abmessungstoleranzen zugelassen werden können, was wiederum den Einsatz von rationellen und für die Massenfertigung geeigneten Herstellungsverfahren ermöglicht.

Insbesondere wird die gestellte Aufgabe bei einer Rotationsschieberpumpe der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Maßnahme erreicht. Während bei den bekannten Pumpen der Rotor die exakt kreiszylindrische Mantelfläche des Gehäuseinnenraumes an der Stelle größter Annäherung linienförmig berührt oder nahezu berührt, greift nach dem neuen Vorschlag der Rotor in den koaxialen bogenförmigen Bereich ein und bildet hier eine bogenförmige Dichtfuge. Bekanntlich entfaltet eine Fuge infolge ihres erhöhten Strömungswiderstandes auch dann eine beträchtliche Dichtwirkung, auch wenn sie eine nennenswerte Dicke hat, wobei die Bogenlänge nach Zweckmäßigkeitsgesichtspunkten gewählt werden kann. Je größer die Exzentrizität, desto länger ist der Bogen. Diese stationäre Dichtstelle am Umfang ist von entscheidender Bedeutung für das erreichbare Fördervolumen und den erreichbaren Druck.

Es wird vorgeschlagen, daß die übrige Mantelfläche des Gehäuseinnenraumes außer einem für den ruhigen Lauf wichtigen Übergangsbereich kreiszylindrisch ist. Ferner wird vorgeschlagen, daß die übrige Mantelfläche aus mehreren, aneinander und an den bogenförmigen Bereich tangentengleich anschließenden kreiszylindrischen Bogenbereichen unterschiedlicher Durchmesser zusammengesetzt und insgesamt annähernd kreiszylindrisch ist.

Zur Verbesserung des Dichtverhaltens der Schieber gegenüber der zylindrischen Mantelfläche des Gehäuseinnenraumes wird ausgehend von einer Rotationsschieberpumpe der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß die im Anspruch 4 gekennzeichnete Maßnahme vorgeschlagen. Gegenüber der bekannten Anordnung der Schieber, bei der die Schiebermittelebene mit einer Axialebene des Rotors zusammenfällt, sind die Schieber um eine zur Rotorachse parallele Achse gedreht. Damit wird erreicht, daß einfache quadrische Schieber in der für den Druckaufbau maßgebenden Winkelstellung des Rotors vor dem Auslaßkanal eine zur Mantelfläche des Gehäuseinnenraumes tangentiale Dichtfläche aufweisen. Das bedeutet, daß eine der Dicke des Schiebers entsprechende, in Umfangsrichtung maximale Dichtfuge entsteht. Vorzugsweise hat die Schiebermittelebene einen etwa der Exzentrizität des Rotors entsprechenden Abstand von der Rotorachse, was etwa bedeutet, daß die Schiebermittelebene in der erwähnten Stellung zu Beginn der Ausstoßbewegung des betreffenden Schiebers die Formachse des Gehäuseinnenraumes aufnimmt.

Schließlich wird vorgeschlagen, eine Rotationsschieberpumpe der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß mit Schiebern nach dem Patentanspruch 6 auszustatten. Hierbei geht es um die bessere seitliche Abdichtung der Schieber, d. h. gegenüber den Stirnflächen des Gehäuseinnenraumes. Die Schieber sind geteilt und durch die Schräglage der gleitfähigen gegenseitigen Berührungsflächen wird eine zu den Stirnflächen senkrechte Fliehkraftkomponente erzeugt, welche die Schieberteile auseinanderdrückt und an den Stirnflächen zur Anlage bringt. Die Größe dieser Querkomponente der Fliehkraft im Verhältnis zur radialen Komponente hängt von dem gewählten Winkel der Gleitflächen ab. Dadurch kann die Breitentoleranz der Schieber erheblich vergrößert werden. Um die dabei noch verbleibenden Öffnungen, durch welche das zu komprimierende Medium in Umfangsrichtung durchtreten kann, weiter zu verringern, wird vorgeschlagen, daß die Schieber aus zwei gleichen, entgegengesetzt angeordneten Teilen bestehen, die durch einen Spreizkeil auseinandergetrieben werden. Eine andere diesbezügliche Verbesserung könnte darin bestehen, daß die Teile eines Schiebers sich partiell überlappen und eine in Drehrichtung mehrschichtige Anordnung bilden.

Mit diesen einzeln oder gemeinsam angewendeten Maßnahmen lassen sich Rotationsschieberpumpen aus Kunststoff herstellen, deren Einzelteile im Spritzgußverfahren ohne weitere Bearbeitung gefertigt wurden. Dabei kann das Gehäuse zweiteilig, nämlich aus einem topfförmigen Gehäuseteil und einem Deckel, ausgebildet sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 die Draufsicht einer ersten Kolbenschieberpumpe mit bogenförmigem Dichtbereich zwischen Rotor und Gehäuse,

Fig. 2 die Draufsicht einer Kolbenschieberpumpe mit schräg gelegten Schiebern,

Fig. 3 den Längsschnitt einer weiteren Kolbenschieberpumpe mit geteilten Schiebern,

Fig. 4 den Längsschnitt einer weiteren Kolbenschieberpumpe mit dreiteiligen Schiebern,

Fig. 5 den Längsschnitt einer weiteren Kolbenschieberpumpe mit dreiteiligen, in Umfangsrichtung aufeinander geschichteten Schiebern und

Fig. 6 eine räumliche Darstellung der drei Einzelteile eines Schiebers nach Fig. 5.

Die Pumpe nach Fig. 1 besteht aus einem Gehäuse 1, das beispielsweise in Fig. 3 im Längsschnitt dargestellt ist, und aus einem kreiszylindrischen Rotor 2. Eine Deckscheibe 3 (Fig. 3), welche das Gehäuse normalerweise abschließt, ist gemäß Fig. 1 abgenommen. Das topfförmige Gehäuse 1, das eine Bodenpartie 4 und eine Mantelpartie 5 aufweist, ist einstückig und als Spritzgußteil aus einem wärmebeständigen gleitfähigen Kunststoff gefertigt.

Der Gehäuseinnenraum ist an den Stirnflächen eben. Die Mantelfläche ist in Umfangsrichtung aus zwei Bogenbereichen unterschiedlichen Durchmessers zusammengesetzt. Der größere Bogen von der Stelle 6 rechts herum bis zur Stelle 7 ist kreiszylindrisch und hat eine Formachse 8, während der kürzere Bogen zwischen den Stellen 6 und 7 ebenfalls kreiszylindrisch ist, jedoch mit einem kleineren Krümmungsradius und der Formachse 9. Der Rotor 2, dessen Achszapfen nicht bezeichnet sind, ist ebenfalls um die Achse 9 drehbar gelagert. Somit ergibt sich zwischen dem Rotor 1 und dem dazu koaxialen Mantelbogen des Gehäuses ein Dichtspalt 10, der zwar möglichst schmal sein sollte, jedoch andererseits die Spaltbreite haben darf, die sich bei den in der Kunststoffertigung unumgänglichen Maßtoleranzen ergibt.

Der Rotor hat im Beispiel vier quadrisch-scheibenförmige Schieber 11, die in entsprechenden radialen Ausnehmungen 12 gleitfähig geführt sind.

Bei einer Drehrichtung des Rotors 2 entsprechend dem eingezeichneten Pfeil sind ferner eine Einlaßöffnung 13 und eine Auslaßöffnung 14 wie gezeichnet in der Gehäusemantelpartie 5 angebracht, wobei sich die Dichtfuge 10 bzw. der entsprechende Mantelbogen mit kleinerem Krümmungsradius in Drehrichtung an die Auslaßöffnung 14 anschließt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind im Gegensatz zu Fig. 1 die im übrigen gleichgestalteten Schieber 15 und ihre führenden Ausnehmungen 16 derart geneigt angeordnet, daß ihre gemeinsamen Längsmittelebenen 17 zwar achsparallel, aber in einem Abstand a zur Drehachse 9 des Rotors verlaufen und zwar so, daß die achsfernen Dichtränder voreilen. Der Abstand a ist in diesem Beispiel etwa gleich groß wie die Exzentrizität A des Rotors, wobei hier im Gegensatz zu Fig. 1 die Mantelfläche des Gehäuseinnenraumes einfach kreiszylindrisch ist.

Die Fig. 3 zeigt den Längsschnitt des Gehäuses nach Fig. 2 und einen Rotor 2 mit radialen Schiebern nach Fig. 1. Die Besonderheit bei diesem Ausführungsbeispiel liegt in der Ausbildung der Schieber, die hier aus je zwei getrennten Hälften 18 und 19 bestehen. Die Trennfläche oder Gleitfläche 20, mit der die Schieberhälften aneinander anliegen, verläuft senkrecht zur Schieberebene und in einem Winkel zur Richtung der Achsen 8 und 9. Unter der Wirkung der Fliehkraft drückt die innere Schieberhälfte 18 auf die äußere, die an der Mantelfläche des Innenraumes anliegt, so daß eine Querkraftkomponente in Achsrichtung entsteht, welche die beiden Schieberhälften an den Stirnflächen des Innenraumes satt zur Anlage bringt. Dadurch werden die Schieberseitenkanten einwandfrei abgedichtet, auch wenn die Schieberbreite im Rahmen der vergrößerten Fertigungstoleranzen geringer als die axiale Breite des Gehäuseinnenraumes ist. Im Beispiel ergibt sich lediglich ein in radialer Richtung kurzer Durchlaß 21 zwischen der Schieberhälfte 19 und dem Boden 4 des Gehäuses, auf den sich die Fertigungstoleranz auswirkt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die Schieber dreiteilig. Zwei einander spiegelbildlich gegenüberstehende keilförmige Verschlußteile 22 und 23 liegen einerseits an der Mantelfläche des Gehäuseinnenraumes an und werden von einem Spreizkeil 24 gegen die Gehäusestirnflächen gedrückt. Hierbei liegt ein vernachlässigbar kleiner toleranzabhängiger Durchlaß 25 in der Mitte.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 schließlich sind die Schieber ebenfalls dreiteilig, jedoch mit der Besonderheit, daß die hier verwendeten Verschlußteile 26 und 27 breiter und in Umfangsrichtung aufeinander gelegt sind, so daß ihre Gesamtdicke in Umfangsrichtung dem entsprechenden Maß der führenden Aussparung 12 entspricht. Der dritte Teil des Schiebers ist auch hier ein Spreizkeil 28, der mit beiden Verschlußkeilen 26 und 27 zusammenwirkt. Durch die Überlappung der Verschlußteile ergibt sich hier eine besonders gute Dichtwirkung.

Auch die Schieber bzw. ihre Einzelteile bestehen vorzugsweise aus geeigneten Kunststoffen. Bei Drehzahlen von 3 000 bis 7 000 U/Min. können mit trockenlaufenden kleinen Pumpen von wenigen Zentimetern Durchmesser Luftvolumina von größenordnungsmäßig 400 l/Min. befördert oder Drücke bis knapp ein Atü erzeugt werden.

Bezugszeichenliste

 1 Gehäuse
 2 Rotor
 3 Deckscheibe
 4 Bodenpartie
 5 Mantelpartie
 6 Umfangsstelle
 7 Umfangsstelle
 8 Formachse
 9 Formachse
10 Dichtspalt
11 Schieber
12 Ausnehmung
13 Einlaßöffnung
14 Auslaßöffnung
15 Schieber
16 Ausnehmung
17 Längsmittelebene
18 Schieberhälfte
19 Schieberhälfte
20 Gleitfläche
21 Durchlaß
22 Verschlußteil
23 Verschlußteil
24 Spreizkeil
25 Durchlaß
26 Verschlußteil
27 Verschlußteil
28 Spreizkeil
a Abstand
A Exzentrizität

Claims (8)

1. Rotationsschieberpumpe mit einem Gehäuse, das einen zylindrischen Innenraum mit ebenen Stirnflächen umschließt, einem in dem Gehäuse exzentrisch gelagerten kreiszylindrischen Rotor und mit achsparallelen Schiebern, die in dem Rotor geführt sind und sich an die Mantelfläche des Gehäuseinnenraumes anlegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche einen kreiszylindrischen, zur Rotorachse (9) koaxialen bogenförmigen Bereich (6 bis 7) aufweist, der mit der Rotormantelfläche einen Dichtspalt (10) bildet.

2. Rotationsschieberpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übrige Mantelfläche außer einem Übergangsbereich kreiszylindrisch ist.

3. Rotationsschieberpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übrige Mantelfläche aus mehreren, aneinander und an den bogenförmigen Bereich (6 bis 7) tangentengleich anschließenden kreiszylindrischen Bogenbereichen unterschiedlichen Durchmessers zusammengesetzt und annähernd kreiszylindrisch ist.

4. Rotationsschieberpumpe mit einem Gehäuse, das einen zylindrischen Innenraum mit ebenen Stirnflächen umschließt, einem in dem Gehäuse exzentrisch gelagerten kreiszylindrischen Rotor und mit achsparallelen Schiebern, die in dem Rotor geführt sind und sich an die Mantelfläche des Gehäuseinnenraumes anlegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (15) derart geneigt in den Rotor eingebaut sind, daß ihre achsfernen Ränder in Drehrichtung voreilen.

5. Rotationsschieberpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebermittelebenen (17) einen Abstand von der Rotorachse (9) haben.

6. Rotationsschieberpumpe mit einem Gehäuse, das einen zylindrischen Innenraum mit ebenen Stirnflächen umschließt, einem in dem Gehäuse exzentrisch gelagerten kreiszylindrischen Rotor und mit achsparallelen Schiebern, die in dem Rotor geführt sind und sich an die Mantelfläche des Gehäuseinnenraumes anlegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber aus wenigstens zwei keilförmigen, mit Gleitflächen (20) aneinanderliegenden Teilen (18, 19) bestehen, die sich unter der Wirkung einer mittels der Gleitflächen (20) erzeugten achsparallelen Komponente der Fliehkraft an den Stirnflächen des Gehäuseinnenraumes anlegen.

7. Rotationsschieberpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schieber aus zwei gleichen, entgegengesetzt angeordneten Teilen (22, 23; 26, 27) besteht, die durch einen Spreizkeil (24; 28) auseinander getrieben werden.

8. Rotationsschieberpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Teile (26, 27) eines Schiebers sich partiell überlappen und eine in Drehrichtung mehrschichtige Anordnung bilden.