DE4103848C2 - Rotationskolbenpumpe - Google Patents
RotationskolbenpumpeInfo
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- DE4103848C2 DE4103848C2 DE19914103848 DE4103848A DE4103848C2 DE 4103848 C2 DE4103848 C2 DE 4103848C2 DE 19914103848 DE19914103848 DE 19914103848 DE 4103848 A DE4103848 A DE 4103848A DE 4103848 C2 DE4103848 C2 DE 4103848C2
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
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- F04C2/107—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth
- F04C2/1071—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolben
pumpe zum Fördern von insbesondere zähflüssigen Fördermedien
mit wenigstens einer etwa um ihre Längsachse antreibbaren Förderschnecke, die in
einem Innenraum eines Pumpengehäuses drehbar lagert, dessen
Kontur den jeweils radial äußeren Ausbuchtungen der Förder
schnecke angepaßt ist, wobei eine sich wenigstens etwa über die axiale
Schneckenlänge erstreckende Außenkontur der Förderschnecke
mit der Innenwand des Pumpengehäuse-Innenraumes (Gehäuse-In
nenwand) einen Förderraum bildet und die Förderschnecke zu
mindest einen Einlaß und einen Auslaß für das Fördermedium
hat.
Rotationskolbenpumpen stellen eine Sonderbauart von
bereits bekannten Schraubenspindelpumpen dar. Gegenüber
Schraubenspindelpumpen weisen Rotationskolbenpumpen jedoch nur
eine hier auch als "Förderschnecke" bezeichnete Spindel auf.
Bei den bekannten Schraubenspindelpumpen (vgl. DE-PS 8 47 690 sind die schrauben
förmig gewundenen, stirnseitig geschlossenen Förderschnecken
in einem Pumpengehäuse drehbar gelagert. Dabei bildet der
die Förderschnecke umschließende, in diesem Bereich zylin
drische Pumpen-Innenraum mit der gegenüberliegenden, schrau
benförmig gewundenen Oberfläche der Förderschnecke den För
derraum. In diesem wird das im Pumpen-Innenraum befindliche
Fördermedium durch eine relative Drehung der Förderschnecke
gegenüber dem Pumpengehäuse von einem Einlaß zu einem Auslaß
bewegt. Diese Fördermedium-Bewegung wird somit praktisch
durch eine "Schraubbewegung" der Förderschnecke erreicht. Es sind auch
bereits Sonderbauformen bekannt, bei denen die Pumpe als Extruder ausgebildet ist (vgl.
DE 26 48 948 A1).
Diese vorbekannten Rotationskolbenpumpen eignen sich besonders
zum Fördern zähflüssiger Fördermedien. Nachteilig ist je
doch das Verhältnis des Volumens der vergleichsweise großen
Pumpe zu dem dazu eher kleinen Fördervolumen.
Auch kennt man bereits eine Rotationskolbenpumpe, die
einen aus Metall bestehenden, eingängig schraubenförmig ge
wundenen Rotor und einen aus einem elastischen Werkstoff
hergestellten Stator hat. Zwischen dem Rotor und den ihn
aufnehmenden, zweigängig schraubenförmig gewundenen Stator
bildet sich die sogenannte "Dichtende Linie". Zwar ist bei
dieser rotierenden Verdrängerpumpe die Drehachse des Rotors
geringfügig versetzt zur Mittelachse des Stators angeordnet,
jedoch paßt sich dieser wegen seines elastischen Werkstoffes
gut an die sich durch eine Drehbewegung des Rotors ergeben
den Anpreß- und Walkkräfte an. Solche Pumpen sind in Fach
kreisen auch als "Mohno-Pumpen" bekannt. Bei diesen läßt
sich durch das Anpressen des Rotors an den Stator und die
dadurch bewirkten Walkvorgänge die Entwicklung von uner
wünschter Reibungswärme kaum vermeiden. Eine schonende För
derung des Fördermediums im Pumpengehäuse und die Vermeidung
unnötiger Reibungswärme kann jedoch für die Qualität und die
Haltbarkeit des Fördergutes wesentlich sein.
Auch kennt man bereits seit langem Förderpumpen, deren
Pumpengehäuse einen schraubenförmig gewundenen Pumpen-Innen
raum hat (vgl. DE-PS 21 31 305, DE-OS 22 11 786). In diesem Pumpen-Innenraum
ist ein Rotor drehbar gelagert, der in einem Längsschlitz
querverschiebbare, einander unmittelbar benachbarte und die
innere Umfangswandung des Innenraumes jeweils beidseits be
aufschlagende Dichtelemente hat. Diese vorbekannten Pumpen haben
sich zwar seit langem bewährt, jedoch sind sie wegen der die
Umfangswand beaufschlagenden Dichtelemente verschleißem
pfindlich und können nur mit vergleichsweise geringeren Dreh
zahlen des Rotors betrieben werden.
Bisher bekannte Schraubenspindelpumpen haben in der Regel
Maximal-Drehzahlen in der Größenordnung von etwa 200 bis 800
U/min, in günstigen Fällen bei verhältnismäßig dünnem För
dermedium auch bis etwa 1400 U/min. Das zieht den Nachteil
nach sich, daß man solche Schraubenspindelpumpen nicht mit
einem Normmotor mit 3000 U/min unmittelbar antreiben kann,
sondern beispielsweise ein Untersetzungsgetriebe oder der
gleichen zusätzlichen Aufwand benötigt. Außerdem bedeutet
eine nach oben begrenzte Drehzahl auch eine Begrenzung der
zu erreichenden Drücke bei sonst gleichen Umständen.
Es besteht daher die Aufgabe, eine
Rotationskolbenpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die
unter weitgehender Vermeidung der Nachteile von vorbekannten
Pumpen dieser Art eine hohe Förderleistung hat, gegebenen
falls auch vergleichsweise höhere Förderdrücke erzeugen
kann, und bei der dennoch das Fördermedium möglichst
schonend und praktisch ohne von in ihrem Gehäuseinneren er
zeugter Reibungswärme transportieren kann.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer
Rotationskolbenpumpe der eingangs erwähnten Art da
rin, daß die Förderschnecke durch ein schraubenförmig ge
wundenes und an seinen Stirnseiten jeweils zumindest teil
weise offenes Rohr gebildet ist, in dessen Inneres ein dem
jeweiligen Innenhüllmantel des Förderschneckenrohres bezüg
lich seines Außendurchmessers angepaßtes Verdrängerteil ragt,
daß zwischen dem jeweiligen Außendurchmesser des Ver
drängerteiles im Bereich der Förderschnecke und der Förder
schnecken-Innenseite ein weiterer Förderraum gebildet ist und daß das Verdrängerteil
relativ zur Drehbewegung der Förderschnecke feststehend ausgebildet sowie mit dem
Pumpengehäuse verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Rotationskolbenpumpe weist somit nicht nur
einen zwischen der schraubenförmig gewundenen äußeren
Oberfläche der Förderschnecke und der benachbarten inneren
Mantelfläche des Pumpen-Innenraumes gebildeten Förderraum
auf, sondern hat einen weiteren Förderraum auf der im
Inneren der stirnseitig offenen Förderschnecke zwischen
deren ebenfalls schraubenförmig gewundenen Innenseite und
der Außenseite des Verdränger-Teiles. Die erfindungsgemäße
Rotationskolbenpumpe hat somit einen etwa koaxialen, zweiflutigen
Förderstrom, was praktisch etwa einer Verdoppelung des
Fördervolumens entspricht. Da das Fördermedium von beiden
Seiten her mit etwa gleichem Druck auf die Förderschnecke
einwirkt, werden auch noch ein Druckausgleich geschaffen und
auf die Förderschnecke wirkende Radialkräfte weitgehend
vermieden. Dies bedeutet aber gleichzeitig auch eine
Verminderung unerwünschter Reibungsdrücke, die ansonsten
durch druckbedingte Anlage der Förderschnecke an das
Verdrängerteil entstehen könnten. Die im Pumpen-Innenraum
rotierende Förderschnecke "schwimmt" praktisch im För
dergut. Da somit auch der Entwicklung von Reibungswärme
vorgebeugt und ein Walkvorgang beim Fördern des
Fördermediums vermieden wird, vermag die erfindungsgemäße
Verdrängerpumpe das Fördergut sehr schonend im Pumpengehäuse
zu transportieren. Sie kann auch bei hohen Drehzahlen von
beispielsweise 5000 U/min betrieben werden und vermag das
Fördergut weitestgehend ohne ein schädliches Zerdrücken zu
transportieren, da dieses im Pumpen-Innenraum weniger
verdrängt als vielmehr durch eine mit Hilfe der besonders
ausgestalteten Förderschnecke bewirkten Schleppwirkung
bewegt wird.
Da das Verdrängerteil relativ zur Drehbewegung der Förder
schnecke feststehend ausgebildet und vorzugsweise an seinem
aus der Förderschnecke überstehenden Endbereich mit der
Gehäuse-Innenwandung verbunden ist, ergibt sich ein besonders einfacher und
vorteilhafter Aufbau der Pumpe.
Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung
besteht insbesondere
darin, daß die Rotationskolbenpumpe zwei vorzugsweise koaxial und
drehfest miteinander verbundene Förderschnecken hat, die
gegenläufig schraubenförmig gewunden sind. Die beiden Förderschnecken können
dann über einem gemeinsamen Förderschnecken-Antrieb angetrieben
sein, wobei die Förderschnecken in ihrem Verbin
dungsbereich zumindest eine Durchflußöffnung aufweisen und
das Rohrinnere beider Förderschnecken
von einem hohlen, zum Eintritt bei der pumpeneinlaßfernen Einströmöffnung
der zweiten Förderschnecke führenden Verdrängerteil durchsetzt ist, wobei am Pum
pengehäuse im Verbindungsbereich der Förderschnecken zumin
dest ein Einlaß oder ein Auslaß vorgesehen ist.
Durch die gegenläufig gewundene Schraubenform der als Rohr ausgestalteten und drehfest miteinander verbundenen Förder schnecken wird nicht nur ein Reibungsdruck vermindert, son dern auch ein auf die Förderschnecken wirkender Axialschub weitgehend ausgeglichen. Dabei zeichnet sich auch diese Aus führungsform durch ein hohes Fördervolumen, einen besonders schonenden Transport des Fördergutes sowie eine gedrängte Bauart aus.
Man erhält gewissermaßen eine doppelflutige Verdrängerpumpe.
Durch die gegenläufig gewundene Schraubenform der als Rohr ausgestalteten und drehfest miteinander verbundenen Förder schnecken wird nicht nur ein Reibungsdruck vermindert, son dern auch ein auf die Förderschnecken wirkender Axialschub weitgehend ausgeglichen. Dabei zeichnet sich auch diese Aus führungsform durch ein hohes Fördervolumen, einen besonders schonenden Transport des Fördergutes sowie eine gedrängte Bauart aus.
Man erhält gewissermaßen eine doppelflutige Verdrängerpumpe.
Der Ein- oder Auslaß ist bei dieser Ausführungform im Ver
bindungsbereich der Förderschnecken am Pumpengehäuse vorge
sehen. Zumindest eine beim Rohrmantel der Förderschnecke
vorgesehene und in deren Verbindungsbereich angeordnete
Durchflußöffnung erlaubt ein Ein- oder Ausfließen des För
derstroms in den zwischen dem Verdrängerteil und der
ebenfalls schraubenförmig gewundenen inneren Mantelfläche
der Förderschnecken gelegenen Förderraum. Während also der
Ein- oder Auslaß zentral angeordnet ist, können zwei ent
sprechende, als Auslaß oder Einlaß dienende Gegenöffnungen
beispielsweise an zwei entgegengesetzten Enden des Pum
pengehäuses vorgesehen sein.
Um einen guten Ein- oder Austritt der Förderströme in die
inneren Förderräume der Förderschnecken zu ermöglichen, ist
es zweckmäßig, wenn dabei beide Förderschnecken jeweils zu
mindest eine Durchflußöffnung aufweisen, die beidseits des
Verbindungsbereiches der Förderschnecken angeordnet sind.
Vorteilhaft ist es, wenn das Verdrängerteil als ein an sei
nen beiden Stirnseiten offenes und während des Pumpvorganges
vom Fördermedium durchströmtes Fördermedium-Zuflußrohr aus
gebildet ist. Somit kann beispielsweise der Einlaß und der
Auslaß der einer Förderschnecke zuzuordnenen Förderräume in
Längserstreckung auf ein und derselben Seite der Förder
schnecke angeordnet werden.
Eine vorteilhafte einfache sowie kompakte Ausführungsform
gemäß der Erfindung sieht vor, daß die beiden Förder
schnecken in einem gemeinsamen Pumpengehäuse drehbar gela
gert sind, daß der Gehäuse-Innenraum an dem einen Endbereich
der beiden Förderschnecken flüssigkeitsdicht verschlossen
ist und an dem anderen Endbereich der beiden Förderschnecken
in den Pumpen-Einlaß oder -Auslaß für das Fördermedium übergeht und
daß im Verbindungsbereich beider Förderschnecken der andere,
als Pumpen-Auslaß oder -Einlaß dienende Pumpenanschluß vorgesehen
ist.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 eine Rotationskolbenpumpe in einer seitlichen Schnittdar
stellung mit einer antreibbaren, im Pumpengehäuse
drehbar gelagerten Förderschnecke, die als etwa
schraubenförmig gewundenes und an seinen Stirnseiten
offenes Rohr ausgebildet ist,
Fig. 2 eine Rotationskolbenpumpe ähnlich der nach Fig. 1, eben
falls in einer Schnittdarstellung, wobei die im Pum
pengehäuse dieser Rotationskolbenpumpe vorgesehene För
derschnecke über eine Spaltrohrkupplung mit einem
hier nicht weiter dargestellten Pumpenantrieb ver
bunden ist,
Fig. 3 eine Rotationskolbenpumpe die im Innenraum ihres Pumpen
gehäuses zwei koaxiale und drehfest miteinander ver
bundene Förderschnecken aufweist, die ein gemeinsa
mes und an seinen Stirnseiten offenes Verdränger-
Teil durchsetzt,
Fig. 4 die Rotationskolbenpumpe aus Fig. 1 in einer Teil-
Schnittdarstellung in dem einer Antriebswelle abge
wandten Bereich ihrer Förderschnecke,
Fig. 5 die ebenfalls aufgeschnitten dargestellte Rotationskolbenpumpe
aus Fig. 1 und 4 in dem antriebsseitigen
Bereich ihrer Förderschnecke,
Fig. 6 die mit der Förderschnecke drehfest verbundene An
triebswelle der Rotationskolbenpumpe aus den Fig. 1, 4
und 5 in einem Querschnitt in Schnittebene VI-VI
aus Fig. 5 und
Fig. 7 einen stark schematisierten Teil-Längsschnitt im Be
reich des vorderen Endes des Verdrängerkörpers 6a.
Fig. 1 zeigt eine teilweise im Schnitt dargestellte Seiten
ansicht einer Rotationskolbenpumpe 1, die eine Förderspindel oder
Förderschnecke 2 hat. Diese befindet sich in einem im Aus
führungsbeispiel zylindrischen Innenraum 3 eines Pumpenge
häuses 4. Die Förderschnecke 2 ist dort um die Pum
pen-Längsachse 40 drehbar gelagert. Die Förderschnecke 2 ist
an ihrem antriebsseitigen Ende über etwa radial orientierte
Verbindungsstege 28 mit einer Antriebswelle 5 verbunden
(Fig. 1 und 6). Dabei ist die Förderschnecke 2 durch ein an
seinen Stirnseiten jeweils zumindest teilweise offenes Rohr
gebildet, dessen innere und äußere Mantelfläche etwa
schraubenförmig gewunden ist. Von dem der Antriebswelle 5
abgewandten Endbereich der Förderschnecke 2 aus ragt ein
Verdrängerteil 6 in dessen Rohrinneres, das gemäß den Aus
führungsbeispielen im Bereich der Förderschnecke 2 etwa
zylindrisch ausgebildet ist und an seinem über die Förder
schnecke 2 überstehenden Endbereich über zumindest zwei,
ebenfalls etwa radial orientierte Verbindungsstege 7 mit der
Gehäuse-Innenwandung 8 verbunden ist.
Der Außendurchmesser D1 des Außen-Hüllkreises 41 der Förder
schnecke entspricht etwa dem lichten Durchmesser D2 des Ge
häuse-Innenraumes 3. Dabei wird unter dem Außen-Hüllkreis 41
eine mantelartig radial außen um die Förderschnecke 2
gedachte Kurvenschar verstanden, die im Ausführungsbeispiel
bei zylindrischem Durchmesser D2 von geraden, zur Pumpen
längsachse 40 parallelen Linien 41 gebildet ist, von denen
in Fig. 2 zwei Linien 41 strichpunktiert eingezeichnet sind.
Analoges gilt von einem inneren Hüllkreis 43 mit dem Durch
messer D3, der ebenfalls von einer Schar von gedachten Li
nien 44 (Fig. 2) gebildet wird, die parallel zur Pumpen-
Längsachse 40 durch die Förderschnecke 2 in deren Rohrin
neren verläuft. Bei zylinderförmig ausgebildetem Verdränger
teil 6 hat auch dieser innere Hüllkreis 43 eine zylindrische
Form und er fällt - in axialer Richtung gesehen - weitgehend
mit dem Außenmantel des zylindrischen Verdrängerteiles 6
zusammen, wenn in vorteilhafter Weise der Durchmesser D3 des
inneren Hüllkreises 43 entsprechend an dem Außendurchmesser
D4 des zylindrischen Verdrängerteiles 6 angepaßt ist. Der
Außen-Hüllkreis 41 und der Innen-Hüllkreis 43 werden nach
stehend beim Ausführungsbeispiel mit zylindrischem Verdrän
gerteil 6 und zylindrischer Gehäuse-Innenwandung 8 in Anleh
nung an die bei Gewinden übliche Bezeichnungen auch mit
Außendurchmesser D1 und Kerndurchmesser D3 bezeichnet.
Bei dieser Ausbildung weist die Rotationskolbenpumpe 1 zwei För
derräume 9, 10 auf, die einen praktisch koaxialen, parallel
zweiflutigen Förderstrom bilden. Der eine Förderraum 9 be
findet sich zwischen der Innenwandung 8 des Pumpengehäuses 4
und der benachbarten äußeren Mantelfläche 35 der För
derschnecke 2 und der andere Förderraum 10 zwischen der in
neren Mantelfläche 36 und der Außenseite 37 des Verdränger
teiles 6. Durch eine relative Drehbewegung der im Pumpenge
häuse 4 rotierenden Förderschnecke 2 gegenüber dem Pumpen
gehäuse 4 wird eine Förderbewegung des im Gehäuse-Innenraum
3 befindlichen Fördermediums von einem Einlaß 11 zu einem
Auslaß 12 bewirkt. Dabei erfolgt der Transport des Förder
mediums praktisch durch eine "Schraubbewegung" oder eine
"Schleppwirkung" der Förderschnecke 2 (vgl. auch Fig. 2).
Einlaß 11 und Auslaß 12 sind jeweils an den gegenüberliegen
den Endbereichen der Förderschnecke 2 angeordnet.
In Fig. 1 ist erkennbar, daß die Stirnseiten 29 des Verdrän
gerteiles 6 geschlossen ausgebildet sind. Dabei ist die der
Antriebswelle 5 abgewandte Stirnseite 29a, die den über die
Verbindungsstege 7 mit der Gehäuse-Innenwandung 8 verbun
denen Endbereich des Verdrängerteiles 6 bildet, etwa strom
linienförmig zugespitzt, während der der Antriebswelle 5 zu
gewandte Endbereich, der als etwa im rechten Winkel zur
Längserstreckung abgeflachte Stirnseite 29b ausgebildet ist,
von der benachbarten Antriebswelle 5 beabstandet ist.
Das durch Punkte und Wellenlinien 31 (z. B. Fig. 2) angedeu
tete Fördermedium kann an den Verbindungsstegen 7 des Ver
drängerteiles 6 vorbei gut in die Förderräume 9 und 10 ein
fließen (vgl. Pfeile 30). Da auch die Antriebswelle 5 über
vergleichbare und ebenfalls etwa radial orientierte
Verbindungsstege 28 sowie eine Antriebs-Ringwand 21 (Kurz:
"Ringwand 21") mit dem antriebsseitigen Endbereich der För
derschnecke 2 verbunden ist, wird dort auch wieder ein guter
Abfluß des im Pumpengehäuse 4 transportierten Fördermediums
ermöglicht. Durch eine Drehrichtungsänderung der im Pumpen
gehäuse 4 rotierenden Förderschnecke 2 kann auch die Förder
richtung gewechselt und die Ein- und Auslaßseiten der
Rotationskolbenpumpe 1 vertauscht werden.
Durch ihren praktisch koaxialen, zweiflutigen Förderstrom
zeichnen sich die Rotationskolbenpumpe 1 und auch die in den Fig.
2 und 3 dargestellten Förderpumpen 1a und 1b durch ein hohes
Fördervolumen aus. Da das Fördermedium von radial beiden
Seiten her mit etwa gleichem Druck auf die Förderschnecke 2
einwirkt, wird zumindest etwa ein radialer Druckausgleich
geschaffen. Auf die Förderschnecke 2 wirkende radiale Aus
lenkkräfte werden weitgehend vermieden. Somit wird das
Fördermedium schonend und unter weitgehender Vermeidung un
nötiger Reibungswärme im Gehäuseinneren der hier dargestel
lten Verdrängerpumpen 1 transportiert.
In Fig. 2 ist eine Rotationskolbenpumpe 1a in einer
seitlichen Schnittdarstellung gezeigt, bei der die Förder
schnecke 2 über eine Spaltrohrkupplung 16 mit einem nicht
weiter dargestellten Pumpenmotor verbunden ist. Diese Spalt
rohrkupplung 16 besteht in bekannter Weise im wesentlichen
aus zwei etwa koaxialen Magnetkupplungselementen 17 und 18,
von denen sich das eine außerhalb und das andere innerhalb
des die Rotationskolbenpumpe antriebsseitig abkapselnden Spalt
rohrtopfes 19 befindet. Dabei ist das äußere, den Spalt
rohrtopf umgreifende Magnetkupplungselement 17 als Außenmag
net-Träger ausgebildet und über eine Kupplungswelle 20 mit
dem Pumpenmotor drehfest verbunden. In diesen glockenartig
ausgestalteten Außenmagnet-Träger taucht das den Innen
magnet-Träger bildende Magnetkupplungselement 18 ein, das
drehfest auf der im Pumpengehäuse 4 gelagerten Antriebswelle 5
sitzt. Äußeres und inneres Magnetkupplungselement 17, 18
sind durch einen Ringspalt voneinander getrennt, in dem auch
der Spaltrohrtopf 19 angeordnet ist.
Die ineinander verschachtelte Anordnung der Kupplungselemen
te dieser Spaltrohrkupplung 16 begünstigt die kompakte Bau
weise der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe 1a bei gleich
zeitig hermetischem Abschluß der Förderräume 9, 10 gegenüber
dem Pumpenantriebsbereich. Auf Stopfbüchsen-, Gleitring-
oder dergleichen Dichtungen kann dann im Bereich der An
triebswelle verzichtet. Dabei kann anstelle einer Spalt
rohrkupplung auch ein Spaltrohrmotor als Spaltrohrantrieb
vorgesehen sein.
In Fig. 3 ist eine Rotationskolbenpumpe 1b ebenfalls in einer
Schnittdarstellung abgebildet, die zwei koaxial und drehfest
miteinander verbundene Förderschnecken 2a und 2b hat. Diese
sind aus gegensinnig schraubenförmig gewundenen Rohren ge
bildet, in deren Rohrinneres ein entsprechendes Verdrän
gerteil 6 ragt. Auch die Förderschnecken 2a, 2b bilden mit
dem Verdrängerteil 6a jeweils zwei Förderräume 9, 10, wobei
für den jeweils inneren Förderraum 10 am Rohrumfang beider
Förderschnecken 2a, 2b jeweils zumindest eine Durchfluß
öffnung 26 vorgesehen ist, die beidseits des Ver
bindungsbereiches 27 der Förderschnecken 2a, 2b angeordnet
sind. Hier ist die Pumpe 1b gewissermaßen vierflutig ausge
bildet.
Im Verbindungsbereich 27 beider Förderschnecken 2a, 2b ist
ein gemeinsamer Auslaß 12 am Pumpengehäuse 4 vorgesehen. Im
Gegensatz zu den in Fig. 1 und 2 dargestellten Förderpumpen
1, 1a ist bei der Rotationskolbenpumpe 1b das Verdrängerteil 6a
als ein an seinen beiden Stirnseiten offenes und während des
Pumpvorganges vom Fördermedium durchströmtes Durchflußrohr
ausgebildet, über das die antriebsseitige Förderschnecke 2b
das Fördermedium von derselben Seite her ansaugt wie die
Förderschnecke 2a. Somit kann der gemeinsame Gehäuse-
Innenraum 3 der Rotationskolbenpumpe 1b an dem zur Förderschnecke
2b gelegenen Endbereich flüssigkeitsdicht verschlossen
werden, während an dem gegenüberliegenden Endbereich beider
Förderschnecken die hier als Einlaß 11 dienende
Gegenöffnung zu dem zentral im Verbindungsbereich angeor
dneten Auslaß 12 vorgesehen ist.
Auch bei der Rotationskolbenpumpe 1b erfolgt ein Druckausgleich
auf beiden Seiten der Förderschnecken 2a, 2b, so daß uner
wünschte Radialdrücke vermieden werden können. Darüber hin
aus wird durch die Verwendung von zwei gegenläufig gewun
denen Förderschnecken 2a, 2b auch ein Axialschub weitest
gehend ausgeglichen. Auch die Rotationskolbenpumpe 1b fördert das
in ihrem Pumpengehäuse 4 enthaltene Fördermedium schonend
bei einem hohen Fördervolumen.
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Rotationskolbenpumpen eig
nen sich gut zum schonenden Transport von zähen, zähflüssi
gen und auch von tixotropen Flüssigkeiten, z. B. für
Joghurt, auch beispielsweise für Honig, Sirup, Kunststoff
oder Teer. Dabei kann der Transport dieser Fördermedien,
soweit es deren Konsistenz zuläßt, auch mit hohen Drehzahlen
von beispielsweise 5000 U/min erfolgen.
In Fig. 4 ist nochmals ein vergrößerter Ausschnitt der Rotationskolbenpumpe
1 aus Fig. 1 zu sehen, der die Rotationskolbenpumpe
1 in dem der Antriebswelle 5 abgewandten Bereich der Förder
schnecke 2 zeigt. Von diesem der Antriebswelle 5 abgewandten
Endbereich der Förderschnecke 2 aus ragt das Verdrängerteil 6
in das Rohrinnere. Deutlich zu erkennen ist, daß dieser
Endbereich des Verdrängerteiles 6 stromlinienförmig zuge
spitzt ist und daß der benachbarte Bereich 8a der Gehäuse-
Innenwandung 8 an diese Form des Verdrängerteiles 6 etwa
formangepaßt ist. Somit erfolgt auch in diesem Aus- oder
Einlaufbereich der Förderräume 9, 10 keine strömungsungün
stige plötzliche Querschnittserweiterung oder -verengung.
In Fig. 5 ist die Rotationskolbenpumpe aus Fig. 1 und 4 ebenfalls
in einer Teil-Schnittdarstellung im antriebsseitigen Bereich
ihrer Förderschnecke 2 gezeigt. Deutlich zu erkennen ist der
der Antriebswelle 5 zugewandte Endbereich des Verdränger
teiles 6, der eine geschlossene, etwa im rechten Winkel zu
dessen Längserstreckung abgeflachte und von der Antriebs
welle 5 beabstandete Stirnseite 29b bildet. Das Verdränger
teil 6 begrenzt mit seiner äußeren Mantelfläche 35 nicht nur
den inneren Förderraum 10; vielmehr wirken die Förder
schnecke 2 bzw. 2a, 2b einerseits und das Verdrängerteil 6
bzw. 6a im Sinne einer lagerartigen Führung zusammen. In
ihren jeweiligen Berührungsbereichen, also an den Ausbuch
tungen der Förderschnecke 2 einerseits und der Gehäuse-In
nenwandung 8 andererseits bzw. an den Einbuchtungen der För
derschnecke 2 bzw. 2a, 2b einerseits und der äußeren Mantel
fläche 35 des Verdrängerteiles 6 bzw. 6a andererseits ergibt
sich eine lagerartige Dichtzone, wobei das Fördermedium ge
wissermaßen die Lagerstellenschmierung besorgen kann,
gleichzeitig aber dort eine ausreichende Abdichtung erfolgt.
Der Außen-Hüllkreis 41 der Förderschnecke 2 bzw. 2a u. 2b
einerseits und der lichte Durchmesser 8 der Gehäuse-Innen
wand sind entsprechend aufeinander abgestimmt. Analoges gilt
für den Außendurchmesser D4 des Verdrängerteiles 6, 6a
einerseits im Verhältnis zum Innen-Hüllkreis 43 der Förder
schnecke 2 bzw. 2a u. 2b. Dieses Zusammenwirken begünstigt,
daß die Rotationskolbenpumpe 1, 1a bzw. 1b auch mit vergleichs
weise hohen Drehzahlen wie z. B. 5000 U/min rotieren
kann.
An ihrem der Förderschnecke 2 zugewandten Ende ist die An
triebswelle 5 über drei über den Umfang gleichmäßig ver
teilte Verbindungsstege 28 mit einer äußeren Ringwand 21
vorzugsweise einstückig verbunden. Zwischen der äußeren
Ringwand 21 und der Antriebswelle 5 ist ein von den Verbin
dungsstegen 28 unterbrochener Ringspalt 22 vorgesehen, der
einen guten Ein- oder Auslauf des Fördermediums ermöglicht.
Aus Fig. 6, in der die quergeschnittene Antriebswelle 5 ohne
das sie umgebende Pumpengehäuse 4 dargestellt ist, wird
deutlich, daß an zwei dieser Verbindungsstege 28 auch die
Förderschnecke 2 mit-befestigt ist, deren durch den lichten
Kerndurchmesser verlaufende Mittellinie koaxial zur An
triebswelle 5 angeordnet ist.
Bei der Rotationskolbenpumpe 1, 1a oder 1b müssen die Gehäuse-In
nenwandung 8 und das Verdrängerteil 6 nicht zwingend zylind
risch ausgebildet sein, wie dies in den Ausführungsbeispie
len dargestellt ist. Beispielsweise kann auch die Gehäuse-
Innenwandung 8 und z. B. das Verdrängerteil 6 in Förderrich
tung eine zumindest etwa konische Verjüngung aufweisen. Der
Außen-Hüllkreis 41 und der Innen-Hüllkreis 43 der Förder
schnecke 2 bzw. 2a u. 2b ist dann daran anzupassen. Die Ver
jüngung braucht nicht linear zu erfolgen. Eine solche Aus
bildung kann in Sonderfällen vorteilhaft, beispielsweise,
wenn das Fördermedium sich bei erhöhtem Druck in erwünschter
Weise etwas komprimiert. Die in den Zeichnungen dargestell
ten Ausführungsformen mit den im wesentlichen zylindrischen
Verdrängerteilen 6 bzw. 6a, der zylindrischen Gehäuse-Innen
wandung 8 und der darauf in der vorbeschriebenen Weise ange
paßten Förderschnecke stellt jedoch u. a. wegen der besseren
Herstellbarkeit eine bevorzugte Ausführungsform dar. Bei ihr
ergibt sich außerdem - was oft erwünscht ist - über die För
derschnecke keine ins Gewicht fallende Volumenveränderung
für das Fördermedium.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist noch gut
aus Fig. 4 in Verbindung mit Anspruch 15 zu erkennen. Demge
mäß sind die Verbindungsstege 7a, von denen in Fig. 4 einer
im Querschnitt und strichpunktiert eingezeichnet ist, leit
schaufelartig mit einem Anstellwinkel W angeordnet, welcher
beim einströmenden Fördermedium einen Strömungsverlauf gibt,
der auf den weiteren, am Anfang der Förderschnecke 2, 2a
bzw. 2b sich einstellenden Förderstrom abgestimmt ist. Die
bereits früher erwähnten, gegebenenfalls axial orientierten
Verbindungsstege 7 verhindern bereits, daß sich im Bereich
vor dem Einlauf der Förderschnecke 2 bei entsprechenden För
dermedien eine unerwünschte Dreh-Strömung aufbaut. Durch die
auf das Fördermedium, die Pumpendrehzahl und die Einström
verhältnisse abgestimmte Anordnung solcher Verbindungsstege
7a mit geeignetem Anstellwinkel W verbessert man noch die
Strömungs-Einlaufverhältnisse bei der Förderschnecke 2, 2a
bzw. 2b. Man erreicht entsprechend günstige Verhältnisse an
den Eintrittsöffnungen der Kanäle 9 und 10. Dies begünstigt
auch, daß wegen günstiger Strömungs-Eintrittsverhältnisse
eine möglichst große Saughöhe bei der Pumpe 1, 1a bzw. 1b
erhalten bleibt. Günstige Strömungs-Eintrittsverhältnisse
begünstigen auch ein möglichst großes, sekündlich durchzu
setzendes Fördervolumen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist
noch gut aus Fig. 5 in Verbindung mit Anspruch 14 zu erken
nen. Dort ist als besondere Ausbildung der dortigen Verbin
dungsstege zwischen der Förderschnecke(n) 2, 2a oder 2b zum
einen mit der Antriebswelle 5 bzw. der zugehörigen Ringwand
21 zum anderen ein als Förderschaufel ausgebildeter Verbin
dungssteg 52 strichpunktiert eingezeichnet. Wenn man die
Verbindungsstege zwischen der Ringwand 21 und der Förder
schnecke 2 entsprechend ausbildet, ergibt sich am Ende der
Förderschnecke eine Art Propeller-Laufrad, welches von den
Teilen 21 und 55 gebildet wird. Auch dieses kann sowohl das
Fördervolumen als auch den Förderdruck mit erhöhen.
Aus Fig. 7 erkennt man noch zusätzliche Weiterbildungen der
Rotationskolbenpumpe 1. Wie dort stark schematisiert angedeutet,
ist die Gehäuseinnenwand 8a leicht konisch ausgebildet und
der in Fig. 7 nur strichlinierte angedeutete äußere
Hüllmantel 41 der Förderschnecke 2 ist an die konische
Form der Gehäuseinnenwandung 8a angepaßt, während die
Förderschnecke 2 sowie die Gehäuseinnenwandung 8a relativ
zueinander axial verschiebbar sind. Dadurch kann man die
Spaltweite Spa zwischen der Gehäuseinnenwand 8a und dem
Hüllmantel 41 der Förderschnecke 2, 2a, 2b verändern. Dies
kann je nach der Viskosität und/oder der Konsistenz des
Fördermediums wünschenswert sein. In Fig. 7 ist auch noch,
stark schematisiert, ein konischer Abschnitt des Ver
drängerteiles 6a angedeutet. Er kann gemäß dem Doppelpfeil
44 in Fig. 7 ebenfalls relativ zum inneren Hüllmantel 43 der
Förderschnecke 2 verstellt werden. In Fig. 7 sind der innere
und der äußere Hüllkreis 43 und 41 lediglich durch eine
strichlinierte Linie schematisch angedeutet. Durch
Relativverschiebung von dem konischen Verdrängerteil 6a nach
Fig. 7 gegenüber dem inneren Hüllkreis 43 der Förderschnecke
läßt sich die Spaltweite Spi zwischen diesen Teilen
verändern, und zwar aus den gleichen Gründen und mit den
gleichen Vorteilen, wie vorstehend in Verbindung mit der
Gehäuseinnenwand 8a bereits erläutert.
Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Rotationskolbenpumpe ist
also - auch bei konischer Ausbildung der Teile 8a, 2 und
6a -, daß die Förderschnecke durch ein schraubenförmig ge
wundenes und an seinen Stirnseiten jeweils zumindest teil
weise offenes Rohr gebildet ist, in dessen Inneres ein dem
jeweils engsten Querschnitt des Förderschneckenrohres bezüg
lich seines Außendurchmessers angepaßtes Verdrängerteil
ragt, und daß der jeweilige Außendurchmesser im Bereich der
Förderschnecke unter Bildung eines weiteren Förderraumes et
wa dem lichten Kerndurchmesser im Rohrinneren der Förder
schnecke entspricht.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Rotationskolbenpumpe 1
ist, daß - je nach der Viskosität des Fördermediums - die
Förderschnecke 2, 2a bzw. 2b sich bis zu 5000 U/min drehen
kann. Daraus ergibt sich zunächst ohne weiteres der Vorteil,
daß man Normmotoren mit den üblichen Drehzahlen von 3000
U/min ohne Zwischenschaltung eines Getriebes oder zusätz
licher Maßnahmen als Antrieb einsetzen kann. Im Bedarfsfall
kann man aber auch mit solchen Motoren oder anderen Hilfs
maßnahmen durch entsprechende Vergrößerung der Drehzahl auch
entsprechend höhere Drücke mit der Pumpe 1 erzeugen.
Claims (19)
1. Rotationskolbenpumpe zum Fördern von insbesondere
zähflüssigen Fördermedien mit wenigstens einer etwa um
ihre Längsachse antreibbaren Förderschnecke, die in einem
Innenraum eines Pumpengehäuses drehbar lagert, dessen
Kontur den jeweils radial äußeren Ausbuchtungen der
Förderschnecke angepaßt ist, wobei eine sich wenigstens
etwa über die axiale Schneckenlänge erstreckende
Außenkontur der Förderschnecke mit der Innenwand des
Pumpengehäuse-Innenraumes (Gehäuse-Innenwand) einen
Förderraum bildet und die Förderschnecke zumindest einen
Einlaß- und einen Auslaß für das Fördermedium hat, dadurch
gekennzeichnet, daß die Förderschnecke (2, 2a, 2b) durch
ein schraubenförmig gewundenes und an seinen Stirnseiten
jeweils zumindest teilweise offenes Rohr gebildet ist, in
dessen Inneres ein dem jeweiligen Innenhüllmantel des
Förderschneckenrohres bezüglich seines Außendurchmessers
angepaßtes Verdrängerteil (6) ragt, das zwischen dem
jeweiligen Außendurchmesser des Verdrängerteils im Bereich
der Förderschnecke (2, 2a, 2b) sowie der Förderschnecken-
Innenseite ein weiterer Förderraum (10) gebildet ist, und
daß das Verdrängerteil (6) relativ zur Drehbewegung der
Förderschnecke feststehend ausgebildet sowie mit dem
Pumpengehäuse verbunden ist.
2. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Verdrängerteil (6) an seinem aus
der Förderschnecke (2, 2a) überstehenden Endbereich mit
der Gehäuseinnenwand (8) verbunden ist.
3. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Pumpeneinlaß (11) im Bereich des
einen Endes und der Pumpenauslaß (12) im Bereich des
anderen Endes der Förderschnecke (2, 2a, 2b) vorgesehen
ist.
4. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß sie (1b) zwei koaxiale,
drehfest miteinander verbundene Förderschnecken (2a, 2b)
hat, die gegenläufig schraubenförmig gewunden sind.
5. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß ihre beiden Förderschnecken (2a, 2b)
über einen gemeinsamen Förderschnecken-Antrieb antreibbar
sind, wobei die Förderschnecken in ihrem
Verbindungsbereich (27) zumindest eine Durchflußöffnung
(26) aufweisen, daß das Rohrinnere beider Förderschnecken
(2a, 2b) von einem hohlen, zum Eintritt bei der
pumpeneinlaßfernen Einströmöffnung der zweiten
Förderschnecke (2b) führendes Verdrängerteil (6)
durchsetzt ist und daß am Pumpengehäuse (4) im
Verbindungsbereich (27) der Förderschnecken (2a, 2b)
zumindest ein Pumpen-Einlaß oder ein Pumpen-Auslaß (12)
vorgesehen ist.
6. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß beide Förderschnecken (2a, 2b) jeweils
zumindest eine Durchflußöffnung (26) aufweisen, die
beidseits des Verbindungsbereiches (27) dieser
Förderschnecken angeordnet sind.
7. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Förderschnecken
(2a, 2b) in einem gemeinsamen Pumpengehäuse (4) drehbar
gelagert sind, daß der Gehäuse-Innenraum (3) an dem einen
Endbereich der beiden Förderschnecken flüssigkeitsdicht
verschlossen und an dem anderen Endbereich der beiden
Förderschnecken in den Pumpeneinlaß (11) oder -auslaß für
das Fördermedium übergeht, und daß im Verbindungsbereich
(27) beider Förderschnecken der andere, als Pumpen-Auslaß
(12) oder Pumpen-Einlaß dienende Pumpenanschluß vorgesehen
ist.
8. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Spaltrohrantrieb
(16) hat.
9. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke(n) (2, 2a,
2b) über ggfs. etwa axial orientierte Verbindungsstege mit
einer Antriebswelle (10) verbunden ist (sind).
10. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der der Antriebswelle (5)
abgewandte Endbereich des Verdrängerteiles (6)
stromlinienförmig zugespitzt und der dazu benachbarte
Bereich der Gehäuse-Innenwand (8) an diese Form des
Verdrängerteiles (6) etwa formangepaßt ist.
11. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur der
Förderschnecke (2) von einem zylindrischen Höhlkreis (41),
der auf die Gehäuse-Innenseite (8) abgestimmt ist,
umschlossen ist, und daß das Innere der Förderschnecke (2)
einen im wesentlichen zylindrischen lichten Hüllmantel
(43) aufweist, der auf das zylindrische Verdrängerteil (6)
abgestimmt ist.
12. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrängerteil (6) zum
Befestigen am Pumpengehäuse (4) zumindest einen
Verbindungssteg (7) hat.
13. Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens ein Verbindungssteg (7) mit
seiner Flachseite etwa parallel zur Förderrichtung beim
Pumpeneinlauf angeordnet ist.
14. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl ihrer
Förderschnecke(n) (2, 2a, 2b) oberhalb von 1400 U/min
liegt.
15. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl ihrer
Förderschnecke (2, 2a, 2b) bei oder oberhalb von 3000 U/min
liegt.
16. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 9 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungstege der
Förderschnecke(n) (2, 2a, 2b) mit der Antriebswelle (5)
bzw. der zugehörigen Ringwand (21) als Förderschaufeln
(52) eines Propellerlaufrades (21, 55) ausgebildet sind.
17. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege (7a) zum
Befestigen des Verdrängerteiles (6) leicht schaufelartig
mit einem Anstellwinkel (W) angeordnet sind, welcher dem
einströmenden Fördermedium einen auf den Strömungsverlauf
am Anfang der Förderschnecke (2, 2a, 2b) abgestimmte
Einlaufrichtung gibt.
18. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseinnenwandung (6a)
leicht konisch ausgebildet, der äußere Hüllmantel (41) der
Förderschnecke (2, 2a, 2b) daran angepaßt und die
Förderschnecke sowie der Gehäuseinnenmantel (8a) relativ
zueinander axial verschiebbar sind.
19. Rotationskolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des
Verdrängerkörpers leicht konisch ausgebildet und der
innere Hüllmantel (43) der Förderschnecke (2, 2a, 2b)
daran angepaßt und Förderschnecke sowie Verdrängerteil
(6) relativ zueinander axial verschiebbar sind.
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