EP0605471B1 - Swash pump - Google Patents
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- EP0605471B1 EP0605471B1 EP92918927A EP92918927A EP0605471B1 EP 0605471 B1 EP0605471 B1 EP 0605471B1 EP 92918927 A EP92918927 A EP 92918927A EP 92918927 A EP92918927 A EP 92918927A EP 0605471 B1 EP0605471 B1 EP 0605471B1
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- EP
- European Patent Office
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- swash plate
- pump
- medium
- pump chamber
- pumped
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F04C9/00—Oscillating-piston machines or pumps
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F04C13/00—Adaptations of machines or pumps for special use, e.g. for extremely high pressures
- F04C13/005—Removing contaminants, deposits or scale from the pump; Cleaning
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F04C13/00—Adaptations of machines or pumps for special use, e.g. for extremely high pressures
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F04C9/00—Oscillating-piston machines or pumps
- F04C9/005—Oscillating-piston machines or pumps the piston oscillating in the space, e.g. around a fixed point
Definitions
- a swash plate pump on which the invention is based works according to the following principle.
- a swashplate shaft describing a double cone about the central axis of the drive shaft, is moved. Due to the inclined position of the swash plate shaft with respect to the center axis of the drive shaft, a swash plate standing perpendicular to the swash plate shaft executes a wobble movement around a wobble point lying on the center axis of the drive shaft.
- An intermediate wall penetrating the swash plate and extending in the axial direction of the drive shaft divides the pump chamber into a suction-side and a pressure-side part. The moving swashplate creates two rotating, variable-volume delivery spaces within the pump chamber.
- Such a swash plate pump is known from DE-B-1 090 966, in which the swash plate is arranged in a pump chamber whose housing wall surfaces opposite the swash plate are conical.
- the pump chamber level is perpendicular to the drive shaft level. Due to the swash plate arranged obliquely in the pump chamber, the conveying spaces of variable volume are formed on both sides of the swash plate.
- the swash plate moving in the pump chamber is designed as a circular ring which is arranged with its inner diameter on a spherical surface of a swash plate hub. This spherical surface is in correspondingly shaped counter surfaces of the pump housing enclosing the pump chamber are mounted.
- the invention specified in claim 1 is based on the problem of creating a swash plate pump with extremely high self-cleaning ability for the conveyance of time-critical, time-changing media, in particular foods or biological solutions.
- the advantages that can be achieved with the invention enable the use of this pump in biotechnology, food technology or in the conveyance of sensitive media. Due to the flow through the side rooms, it can be sterilized when installed. According to the invention, the entire space into which the conveying medium can penetrate from the pump chamber, in particular the side spaces, is incorporated into the line system of the pump or the conveying medium through lines, channels or the like and flows continuously or controllably through the conveying medium.
- the dwell time of a particle of the conveying medium can thus be influenced, deposits or crystallization of the same can be prevented or at least considerably restricted. Complete cleaning of all components that come into contact with the medium is guaranteed without disassembly. For cleaning, it is sufficient to have the pump deliver a rinsing liquid in order to remove all product residues from the housing.
- the side rooms each have at least one connection for the entry and exit of the medium.
- the appropriate sequence in the flow through the rooms can be selected. The formation of deposits is thus prevented to a certain extent in the sense of continuous cleaning. It is irrelevant whether the full flow flows through these side spaces or only a partial flow during operation of the pump. It is even possible to temporarily dispense with the flow through the side spaces in the normal operating state, depending on the pumped medium.
- the embodiment according to claim 5 significantly simplifies the manufacture of the pump and increases the tightness of the pump and thus its efficiency.
- the pump chamber is delimited by two side parts, an intermediate ring with a spherical inner surface and the spherical surface of the swash plate with a smaller diameter. With its spherical inner surface and the circular ring of the swash plate, the ring forms the dynamic sealing of the delivery chambers from one another. Due to the structural division of the pump chamber walls, only one component is provided with a spherical inner surface for the external sealing of the swash plate outer diameter. The parting line between the components of the pump chamber does not run in the spherical surface, but two parting lines are placed on the side surfaces.
- the spherical inner surface is a sealing surface for sealing the delivery chambers, and the outer diameter of the swash plate is moved over this surface. By shifting the parting line to the side surface, the best possible match of the outer contours is achieved to achieve the tightness.
- This design of the pump chamber with separate side surfaces and ring is made possible by a recess in the ring.
- the swashplate is inserted into the ring in a vertical orientation, placed concentrically and brought into the operational position by pivoting. An intermediate wall is then anchored at the location of the recess and sealed against the ring. The minimum width of the recess is determined from the width of the swash plate.
- the development according to claim 6 teaches, inter alia, the use of an intermediate wall in which elastic sealing elements are provided between the intermediate wall and the side walls for sealing against the side walls.
- This can be a vulcanized layer on the intermediate wall, it is but also independent sealing elements can be used.
- the partition is installed in the ring at the location of the recess after the swash plate is installed. It has a spherical surface with the same radius as the spherical surface carrying the swash plate and sits on it while maintaining a sealing gap.
- the partition is dimensioned so that there is still a space between it and the ring.
- An elastic seal is inserted in this to seal the partition against the ring. This elastic seal exerts a contact pressure on the adapter and creates a gap-free static seal on the side walls.
- the development according to claim 7 forms a double static seal of the pump chamber against the atmosphere. This increases the area of application of the pump for pumping aggressive or toxic media. If the second static seal applied by the pumped medium fails, the first static seal functions as additional protection.
- the development according to claim 8 enables high mobility of the second static seal through the use of an elastic membrane.
- the space enclosed between the first and second static seals can be filled with a liquid. Since liquids are considered incompressible and the volume of the space divided by the membrane remains constant, no pressure difference is built up on the membrane. Rather, the same pressure prevails on both sides of it and the membrane is only stressed by the wobble movement.
- FIG. 1 shows a swash plate pump, in which a swash plate shaft (1) is moved by a drive (not shown), describing a double-conical surface, about a wobble point (2).
- the wobble point (2) coincides with the center of the spherical surface (3) of the swash plate (4) and the spherical inner surface (5) of a ring (6).
- these surfaces delimit a pump chamber (11) of a first side part (9) on the drive side, which has a central opening, and a second side part (10).
- the swash plate shaft (1) can be connected to the swash plate (4) in different ways, for example welding, screwing or the like.
- the swash plate (4) can be made in one piece to achieve the greatest possible precision. Of course, a construction composed of several parts is also possible.
- the outer edge of the The circular ring (12) of the swash plate (4) is preferably designed with a contour corresponding to the spherical inner surface (5) in order to achieve a dynamic seal.
- the pump chamber (11) is sealed against the interior of the pump by dynamic sealing between the spherical surface (3) and the corresponding spherical surfaces (13, 14) of the side parts (9, 10).
- the swash plate (4) can also be supported at these points. Due to the gap of the dynamic seal on the spherical surfaces (3, 13, 14), the side spaces (15, 16) of the pump are acted upon by the pumped medium.
- the side space (15) acted upon by the pumped medium is closed off by means of a membrane (17).
- the membrane (17) is attached to the spherical surface (3) and on the side part (9) and is statically sealed there.
- the membrane (17) does not have to be designed to accommodate the pressure difference from the atmosphere.
- the pressure difference is in this embodiment of a further sealing element, e.g. in the form of a bellows (18) shown here.
- a space (19) through which there is no flow is located between the bellows (18) and the membrane (17). This can be filled with a control medium. Since the membrane (17) is elastic and deformable, the same hydrostatic pressure is established in the space (19) as in the side space (15) and the membrane (17) is only subjected to deformation.
- the bellows (18) absorbs the pressure difference and follows the wobbling movement of the swash plate (4) with elastic deformation of the folds. It statically seals the space (19) against the atmosphere and against the storage space (20) of the swash plate shaft (1).
- the bellows (18) is attached at one end to the tumbling part and at the other end to a fixed housing part, here for example in the form of a cover (21) with a central opening for the passage of the swash plate shaft (1).
- the bellows (18) secures the swash plate (4) against rotation around the Central axis of the bellows (18).
- this anti-rotation device can also be made in other known ways.
- the cover (21) also seals the membrane (17) and is connected to the side part (9).
- the side part (9) is provided with connections (C, D) through which the side space (15) can be fully included in the flow.
- Connections (A, B) are provided on the side part (10) for the flow through the side space (16).
- the sequence of the flow through the side spaces (15, 16) and the pump chamber (11) can be selected according to the respective operating conditions.
- the side spaces (15, 16) can be flowed through before the pumping medium enters the pump chamber (11) or after the pumping medium exits the pump chamber (11).
- the housing of the swash plate pump is held together by known means.
- a feature of the swash plate pump is the separation of the suction and pressure sides of the pump chamber (11) by an intermediate wall (22) arranged transversely to the pump chamber (11).
- the circular ring (12) of the swash plate (4) has a recess with at least the wall thickness of the intermediate wall (22). Since the wobble movement of the swash plate (4) in the pump chamber (11) is composed of two superimposed rotary movements about the two axes spanning the central axis of the pump chamber (11), the surfaces of the recess facing the partition wall lead to a relative movement the fixed partition (22). The minimum width of the recess depends on the shape of its surface. The surfaces of the recess do not have to have a sealing function with the intermediate wall (22). It is also possible to allow a greater play between the surfaces of the recess and the intermediate wall (22).
- the partition (22) sits with play on the spherical surface (3), is provided with a corresponding sealing surface (23) and is e.g. in the side parts (9, 10) anchored by dowel pins (24).
- An elastic coating (25) of the side flanks of the intermediate wall (22) ensures the static sealing by contacting the side surfaces (7, 8).
- other forms of static sealing are also conceivable.
- the side rooms (15, 16) as well as the room (19) and the storage room (20) can be provided with a monitoring device (not shown here). This enables an early detection of a seal leak.
- the space (19) in particular can be filled with a control medium, the change of which can be monitored with sensors.
- a medium that is compatible with the pumped medium is suitable as the control medium.
- the cleaning process is carried out by introducing a rinsing liquid into the side spaces (15, 16) and into the pump chamber (11). During the cleaning process, the cleaning liquid comes into contact with all surfaces and rooms affected by the medium.
- a rinsing liquid comes into contact with all surfaces and rooms affected by the medium.
- the Conveyor operation of the swash plate pump takes place when the side spaces (15, 16) flow through, a continuous self-cleaning process and limits the dwell time of a particle of the pumped medium in the pump. This enables the conveyance of sensitive, time-critical media.
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Abstract
Description
Eine der Erfindung zugrundeliegende Taumelscheibenpumpe funktioniert nach folgendem Prinzip. Dreht sich eine Antriebswelle, so wird eine Taumelscheibenwelle, einen Doppelkegel um die Mittelachse der Antriebswelle beschreibend, bewegt. Durch die Schräglage der Taumelscheibenwelle bezüglich der Mittelachse der Antriebswelle führt eine senkrecht zu der Taumelscheibenwelle stehende Taumelscheibe in einer sie aufnehmenden Pumpenkammer eine Taumelbewegung um einen auf der Mittelachse der Antriebswelle liegenden Taumelpunkt aus. Eine die Taumelscheibe durchdringende, sich in Achsrichtung der Antriebswelle erstreckende Zwischenwand teilt die Pumpenkammer in einen saugseitigen und einen druckseitigen Teil auf. Durch die sich bewegende Taumelscheibe entstehen innerhalb der Pumpenkammer zwei umlaufende, in ihrem Volumen veränderliche Förderräume.A swash plate pump on which the invention is based works according to the following principle. When a drive shaft rotates, a swashplate shaft, describing a double cone about the central axis of the drive shaft, is moved. Due to the inclined position of the swash plate shaft with respect to the center axis of the drive shaft, a swash plate standing perpendicular to the swash plate shaft executes a wobble movement around a wobble point lying on the center axis of the drive shaft. An intermediate wall penetrating the swash plate and extending in the axial direction of the drive shaft divides the pump chamber into a suction-side and a pressure-side part. The moving swashplate creates two rotating, variable-volume delivery spaces within the pump chamber.
Aus der DE-B-1 090 966 ist eine derartige Taumelscheibenpumpe bekannt, bei der die Taumelscheibe in einer Pumpenkammer angeordnet ist, deren der Taumelscheibe gegenüberliegende Gehäusewandflächen kegelig ausgebildet sind. Die Pumpenkammerebene verläuft senkrecht zur Antriebswellenebene. Durch die schräg in der Pumpenkammer angeordnete Taumelscheibe werden beiderseits der Taumelscheibe die Förderräume veränderlichen Volumens gebildet. Die sich in der Pumpenkammer bewegende Taumelscheibe ist als Kreisring ausgebildet, der mit seinem inneren Durchmesser auf einer Kugelfläche einer Taumelscheibennabe angeordnet ist. Diese Kugelfläche ist in entsprechend geformten Gegenflächen des die Pumpenkammer einschließenden Pumpengehäuses gelagert. Da zwischen diesen Lagerflächen Fördermedium aus der Pumpenkammer austreten, in den die Taumelscheibenwelle enthaltenden Raum einströmen und von dort ins Freie gelangen kann, wurde zwischen Taumelscheibennabe und Taumelscheibenwellenlager eine elastische Balgdichtung angeordnet. An dem einen Ende ist dieser Balg mit dem feststehenden Pumpengehäuse verbunden, an dem anderen Ende ist er an einer auf die Taumelscheibenwelle aufgezogenen Hülse befestigt und an beiden Enden statisch abgedichtet.Such a swash plate pump is known from DE-B-1 090 966, in which the swash plate is arranged in a pump chamber whose housing wall surfaces opposite the swash plate are conical. The pump chamber level is perpendicular to the drive shaft level. Due to the swash plate arranged obliquely in the pump chamber, the conveying spaces of variable volume are formed on both sides of the swash plate. The swash plate moving in the pump chamber is designed as a circular ring which is arranged with its inner diameter on a spherical surface of a swash plate hub. This spherical surface is in correspondingly shaped counter surfaces of the pump housing enclosing the pump chamber are mounted. Since conveying medium flows out of the pump chamber between these bearing surfaces and into which the space containing the swash plate shaft can flow and can escape from there, an elastic bellows seal was arranged between the swash plate hub and the swash plate shaft bearing. At one end this bellows is connected to the fixed pump housing, at the other end it is attached to a sleeve drawn onto the swashplate shaft and statically sealed at both ends.
Bei dieser bekannten Taumelscheibenpumpe ist zwar ein hermetischer Abschluß des mit Fördermedium beaufschlagten Raumes gegen die Umgebung erreicht, es entsteht aber konstruktionsbedingt ein Raum mit geringem Flüssigkeitsaustausch zwischen der Pumpenkammer und dem die Taumelscheibenwelle enthaltenden Raum der Pumpe. Er wirkt somit als Totraum, in dem sich Fördermedium ansammelt und in diesem im wesentlichen unverändert verbleibt. Zur Förderung sensibler Produkte, beispielsweise Lebensmittel oder anderer, höchsten hygienischen Anforderungen ausgesetzten Stoffen, ist diese Konstruktion nicht geeignet. Der Totraum erfordert nach jedem Stillsetzen der Pumpe ein Öffnen des Gehäuse und dessen aufwendige Reinigung. Andernfalls würde sich das in dem Totraum befindliche Medium zersetzen, Keime oder ähnliches entstehen, welche schädigend auf das Fördermedium einwirken können.In this known swash plate pump, a hermetic seal of the space acted upon by the pumped medium against the environment is achieved, but due to the construction there is a space with little fluid exchange between the pump chamber and the space of the pump containing the swash plate shaft. It thus acts as a dead space in which the pumped medium accumulates and remains essentially unchanged in it. This construction is not suitable for conveying sensitive products, such as food or other substances subject to the highest hygienic requirements. The dead space requires the housing to be opened and cleaned after each shutdown of the pump. Otherwise, the medium located in the dead space would decompose, germs or the like would arise, which can have a damaging effect on the conveyed medium.
Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Taumelscheibenpumpe mit extrem hoher Selbstreinigungsfähigkeit für die Förderung von zeitkritischen, zeitlich veränderlichen Medien, insbesondere Lebensmitteln oder biologischen Lösungen zu schaffen.The invention specified in
Das Problem wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.The problem is solved with the measures specified in
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile ermöglichen die Verwendung dieser Pumpe in der Biotechnologie, Lebensmitteltechnik oder bei der Förderung sensibler Medien. Bedingt durch die durchströmten Seitenräume, ist sie im eingebauten Zustand sterilisierbar. Erfindungsgemäß wird dazu der gesamte Raum, in welchen Fördermedium von der Pumpenkammer eindringen kann, insbesondere die Seitenräume, durch Leitungen, Kanäle oder entsprechendes in das Leitungssystem der Pumpe bzw. des Fördermediums einbezogen und vom Fördermedium kontinuierlich oder regelbar durchströmt. Somit kann die Verweilzeit eines Teilchens des Fördermediums beeinflußt, Ablagerungen oder Auskristallisierung desselben verhindert oder zumindest erheblich eingeschränkt werden. Eine vollständige Reinigung aller mit Fördermedium in Berührung kommender Bauteile ist ohne Demontage gewährleistet. Zur Reinigung genügt es, von der Pumpe eine Spülflüssigkeit fördern zu lassen, um somit alle Produktreste aus dem Gehäuse zu entfernen.The advantages that can be achieved with the invention enable the use of this pump in biotechnology, food technology or in the conveyance of sensitive media. Due to the flow through the side rooms, it can be sterilized when installed. According to the invention, the entire space into which the conveying medium can penetrate from the pump chamber, in particular the side spaces, is incorporated into the line system of the pump or the conveying medium through lines, channels or the like and flows continuously or controllably through the conveying medium. The dwell time of a particle of the conveying medium can thus be influenced, deposits or crystallization of the same can be prevented or at least considerably restricted. Complete cleaning of all components that come into contact with the medium is guaranteed without disassembly. For cleaning, it is sufficient to have the pump deliver a rinsing liquid in order to remove all product residues from the housing.
Die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 2 bis 4 lehren verschiedene Reihenfolgen der Durchströmung von Pumpenkammer und Seitenräumen. Die Seitenräume verfügen dazu über mindestens jeweils einen Anschluß zum Ein- und Austritt des Fördermediums. In Abhängigkeit vom Fördermedium, dessen Eigenschaften und den Prozeßbedingungen kann die jeweils geeignete Reihenfolge in der Durchströmung der Räume gewählt werden. Somit wird in einfachster Weise das Entstehen von Ablagerungen gewissermaßen im Sinne einer kontinuierlichen Reinigung unterbunden. Es ist dabei unerheblich, ob während des Betriebes der Pumpe der volle Förderstrom diese Seitenräume durchströmt oder nur ein Teilstrom. Sogar der zeitweilige Verzicht auf die Durchströmung der Seitenräume im normalen Betriebszustand ist in Abhängigkeit vom Fördermedium möglich.The further developments according to
Die Ausführung nach Anspruch 5 vereinfacht die Herstellung der Pumpe wesentlich und erhöht die Dichtheit der Pumpe und damit deren Wirkungsgrad. Die Pumpenkammer wird von zwei Seitenteilen, einem dazwischen liegenden Ring mit einer kugelförmigen Innenfläche und der auf kleinerem Durchmesser befindlichen Kugelfläche der Taumelscheibe begrenzt. Der Ring bildet mit seiner kugelförmigen Innenfläche und dem Kreisring der Taumelscheibe die dynamische Abdichtung der Förderkammern gegeneinander. Durch die konstruktive Vierteilung der Pumpenkammerwände ist nur ein Bauteil mit einer kugelförmigen Innenfläche zur Außenabdichtung des Taumelscheibenaußendurchmessers versehen. Die Trennfuge zwischen den Bauteilen der Pumpenkammer verläuft nicht in der Kugelfläche, sondern es werden zwei Trennfugen an die Seitenflächen gelegt. Dort sind Abdichtungen, welche den Einsatzbedingungen genügen, vorzusehen. Die kugelförmige Innenfläche ist eine Dichtfläche zur Abdichtung der Förderkammern, und der Außendurchmesser der Taumelscheibe wird über diese Fläche bewegt. Durch die Verlagerungen der Trennfuge an die Seitenfläche wird eine bestmögliche Übereinstimmung der Außenkonturen zur Erzielung der Dichtheit erreicht. Diese Ausführung der Pumpenkammer mit getrennten Seitenflächen und Ring, wird durch eine Aussparung im Ring ermöglicht. Die Taumelscheibe wird über die Aussparung in senkrechter Orientierung in den Ring eingebracht, konzentrisch plaziert und durch Verschwenken in die betriebsfähige Lage gebracht. Anschließend wird eine Zwischenwand an der Stelle der Aussparung verankert und gegen den Ring abgedichtet. Die Mindestbreite der Aussparung bestimmt sich aus der Breite der Taumelscheibe.The embodiment according to
Die Weiterbildung nach Anspruch 6 lehrt u.a. die Verwendung einer Zwischenwand, bei der zur Abdichtung gegen die Seitenwände elastische Dichtelemente zwischen der Zwischenwand und den Seitenwänden vorgesehen sind. Dies kann eine aufvulkanisierte Schicht an der Zwischenwand sein, es sind aber auch selbständige Dichtelemente verwendbar. Die Zwischenwand wird nach der Montage der Taumelscheibe in dem Ring am Ort der Aussparung angebracht. Sie besitzt eine kugelförmige Fläche mit demselben Radius wie die die Taumelscheibe tragende Kugelfläche und sitzt unter Wahrung eines Dichtspaltes auf dieser auf. Für Montagezwecke ist die Zwischenwand so bemessen, daß zwischen ihr und dem Ring noch ein Zwischenraum besteht. In diesem wird zur Abdichtung der Zwischenwand gegen den Ring eine elastische Dichtung eingeschoben. Diese elastische Dichtung übt eine Anpreßkraft auf das Zwischenstück aus und bewirkt eine spaltfreie statische Abdichtung an den Seitenwänden.The development according to
Die Weiterbildung nach Anspruch 7 bildet eine zweifache statische Abdichtung der Pumpenkammer gegen die Atmosphäre. Diese erhöht den Einsatzbereich der Pumpe zur Förderung von aggressiven oder giftigen Medien. Sollte die vom Fördermedium beaufschlagte zweite statische Dichtung ausfallen, dann funktioniert die erste statische Dichtung als zusätzlicher Schutz.The development according to
Die Weiterbildung nach Anspruch 8 ermöglicht eine hohe Beweglichkeit der zweiten statischen Dichtung durch die Verwendung einer elastischen Membrane. Zusätzlich kann nach Anspruch 9 der zwischen der ersten und zweiten statischen Dichtung eingeschlossene Raum mit einer Flüssigkeit gefüllt sein. Da Flüssigkeiten als inkompressibel betrachtet werden und das Volumen des von der Membrane geteilten Raumes konstant bleibt, wird an der Membrane keine Druckdifferenz aufgebaut. Vielmehr herrscht beidseitig davon derselbe Druck und die Membrane wird nur durch die Taumelbewegung beansprucht.The development according to
Dies bietet den Vorteil, durch Überwachung bestimmter Eigenschaften eines im Raum zwischen der ersten und zweiten statischen Dichtung befindlichen Kontrollmediums, die Betriebssicherheit zu erhöhen. Eine Veränderung in einer der überwachten Eigenschaften durch in das Kontrollmedium eindringenden Fördermediums kann mit Sensoren sofort erkannt werden. Damit besteht die Möglichkeit zur Früherkennung von Schäden, ohne daß Fördermedium in die Umgebung austritt.This offers the advantage of increasing operational safety by monitoring certain properties of a control medium located in the space between the first and second static seals. A change in one The monitored properties of the pumping medium penetrating into the control medium can be recognized immediately with sensors. This enables the early detection of damage without the medium escaping into the environment.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt die
- Fig.1
- eine Taumelscheibenpumpe im Längsschnitt nach der Linie I-I von Fig.2 und die
- Fig.2
- einen Teilquerschnitt nach der Linie II-II von Fig.1.
- Fig. 1
- a swash plate pump in longitudinal section along the line II of Figure 2 and
- Fig. 2
- a partial cross section along the line II-II of Fig.1.
In Fig. 1 ist eine Taumelscheibenpumpe gezeigt, bei der eine Taumelscheibenwelle (1) durch einen - nicht dargestellten - Antrieb, eine doppelkegelförmige Fläche beschreibend, um einen Taumelpunkt (2) bewegt wird. Der Taumelpunkt (2) fällt mit dem Mittelpunkt der Kugelfläche (3) der Taumelscheibe (4) und der kugelförmigen Innenfläche (5) eines Ringes (6) zusammen. Diese Flächen begrenzen zusammen mit konischen Seitenflächen (7, 8) eines ersten, antriebsseitigen, eine Mittelöffnung aufweisenden Seitenteils (9) und eines zweiten Seitenteils (10) eine Pumpenkammer (11). In der Pumpenkammer (11) befindet sich ein Kreisring (12), welcher auf der Kugelfläche (3) der Taumelscheibe (4) sitzt und über die Taumelscheibenwelle (1) in der Pumpenkammer (11) bewegt wird. Die Mittelöffnung in dem ersten, antriebsseitigen Seitenteil (9) dient zur Durchführung der Taumelscheibenwelle (1).1 shows a swash plate pump, in which a swash plate shaft (1) is moved by a drive (not shown), describing a double-conical surface, about a wobble point (2). The wobble point (2) coincides with the center of the spherical surface (3) of the swash plate (4) and the spherical inner surface (5) of a ring (6). Together with conical side surfaces (7, 8), these surfaces delimit a pump chamber (11) of a first side part (9) on the drive side, which has a central opening, and a second side part (10). In the pump chamber (11) there is a circular ring (12) which sits on the spherical surface (3) of the swash plate (4) and is moved in the pump chamber (11) via the swash plate shaft (1). The center opening in the first, drive-side part (9) serves to lead through the swash plate shaft (1).
Die Taumelscheibenwelle (1) kann auf unterschiedliche Arten, z.B. Verschweißen, Verschrauben o.ä., mit der Taumelscheibe (4) verbunden sein. Die Taumelscheibe (4) kann zur Erzielung größtmöglicher Präzision aus einem Stück gefertigt sein. Selbstverständlich ist aber auch eine aus mehreren Teilen zusammengesetzte Konstruktion möglich. Der äußere Rand des Kreisringes (12) der Taumelscheibe (4) ist zur Erzielung einer dynamischen Dichtung vorzugsweise mit einer der kugelförmigen Innenfläche (5) entsprechenden Kontur ausgebildet. Die Pumpenkammer (11) ist gegen den Innenraum der Pumpe durch dynamische Dichtung zwischen der Kugelfläche (3) und den entsprechenden Kugelflächen (13, 14) der Seitenteile (9, 10) abgedichtet. Gleichzeitig kann die Taumelscheibe (4) an diesen Stellen auch gelagert sein. Durch den Spalt der dynamischen Dichtung an den Kugelflächen (3, 13, 14) sind die Seitenräume (15, 16) der Pumpe mit Fördermedium beaufschlagt.The swash plate shaft (1) can be connected to the swash plate (4) in different ways, for example welding, screwing or the like. The swash plate (4) can be made in one piece to achieve the greatest possible precision. Of course, a construction composed of several parts is also possible. The outer edge of the The circular ring (12) of the swash plate (4) is preferably designed with a contour corresponding to the spherical inner surface (5) in order to achieve a dynamic seal. The pump chamber (11) is sealed against the interior of the pump by dynamic sealing between the spherical surface (3) and the corresponding spherical surfaces (13, 14) of the side parts (9, 10). At the same time, the swash plate (4) can also be supported at these points. Due to the gap of the dynamic seal on the spherical surfaces (3, 13, 14), the side spaces (15, 16) of the pump are acted upon by the pumped medium.
Antriebsseitig ist der von Fördermedium beaufschlagte Seitenraum (15) mittels einer Membran (17) abgeschlossen. Die Membran (17) ist an der Kugelfläche (3) und am Seitenteil (9) befestigt und dort jeweils statisch abgedichtet. Die Membran (17) muß nicht zur Aufnahme der Druckdifferenz gegenüber der Atmosphäre ausgelegt sein. Die Druckdifferenz wird in diesem Ausführungsbeispiel von einem weiteren Dichtelement, z.B. in Form eines hier dargestellten Faltenbalgs (18), aufgenommen. Zwischen dem Faltenbalg (18) und der Membran (17) befindet sich ein nicht durchströmter Raum (19). Dieser ist mit einem Kontrollmedium füllbar. Da die Membran (17) elastisch und verformbar ist, stellt sich im Raum (19) derselbe hydrostatische Druck wie im Seitenraum (15) ein und die Membran (17) wird lediglich auf Verformung beansprucht.On the drive side, the side space (15) acted upon by the pumped medium is closed off by means of a membrane (17). The membrane (17) is attached to the spherical surface (3) and on the side part (9) and is statically sealed there. The membrane (17) does not have to be designed to accommodate the pressure difference from the atmosphere. The pressure difference is in this embodiment of a further sealing element, e.g. in the form of a bellows (18) shown here. A space (19) through which there is no flow is located between the bellows (18) and the membrane (17). This can be filled with a control medium. Since the membrane (17) is elastic and deformable, the same hydrostatic pressure is established in the space (19) as in the side space (15) and the membrane (17) is only subjected to deformation.
Der Faltenbalg (18) nimmt die Druckdifferenz auf und folgt der Taumelbewegung der Taumelscheibe (4) unter elastischer Verformung der Falten. Er dichtet den Raum (19) statisch gegen die Atmosphäre und gegen den Lagerraum (20) der Taumelscheibenwelle (1) ab. Dazu ist der Faltenbalg (18) an einem Ende am taumelnden Teil angebracht und am anderen Ende mit einem feststehenden Gehäuseteil, hier z.B. in Form eines Deckels (21) mit Mittelöffnung für den Durchlaß der Taumelscheibenwelle (1), verbunden. Zusätzlich sichert der Faltenbalg (18) die Taumelscheibe (4) gegen Verdrehen um die Mittelachse des Faltenbalges (18). Diese Verdrehsicherung kann jedoch auch auf andere bekannte Weise erfolgen. Der Deckel (21) bewirkt im Ausführungsbeispiel auch die Abdichtung der Membran (17) und ist mit dem Seitenteil (9) verbunden.The bellows (18) absorbs the pressure difference and follows the wobbling movement of the swash plate (4) with elastic deformation of the folds. It statically seals the space (19) against the atmosphere and against the storage space (20) of the swash plate shaft (1). For this purpose, the bellows (18) is attached at one end to the tumbling part and at the other end to a fixed housing part, here for example in the form of a cover (21) with a central opening for the passage of the swash plate shaft (1). In addition, the bellows (18) secures the swash plate (4) against rotation around the Central axis of the bellows (18). However, this anti-rotation device can also be made in other known ways. In the exemplary embodiment, the cover (21) also seals the membrane (17) and is connected to the side part (9).
Das Seitenteil (9) ist mit Anschlüssen (C, D) versehen, durch die der Seitenraum (15) vollständig in den Förderstrom einbezogen werden kann. Für die Durchströmung des Seitenraumes (16) sind am Seitenteil (10) Anschlüsse (A, B) vorhanden. Durch diese Anschlüsse können die Seitenräume (15, 16) in das Leitungssystem der Taumelscheibenpumpe einbezogen und die erfindungsgemäßen Vorteile erzielt werden. Die Reihenfolge der Durchströmung der Seitenräume (15, 16) und der Pumpenkammer (11) kann entsprechend den jeweiligen Einsatzbedingungen gewählt werden. So können die Seitenräume (15, 16) vor Eintritt des Fördermediums in die Pumpenkammer (11) oder nach Austritt des Fördermediums aus der Pumpenkammer (11) durchströmt werden. Auch die Durchströmung eines Seitenraumes vor Eintritt des Fördermediums in die Pumpenkammer (11) und die Durchströmung des anderen Seitenraumes nach Austritt aus der Pumpenkammer (11) ist möglich. Zudem können Vorrichtungen angebracht sein, welche nicht den gesamten Förderstrom, sondern einen Teil davon in die Seitenräume abzweigt. Es ist auch möglich, die Seitenräume nicht ständig zu durchströmen, sondern nur in gewissen Zeitabständen. Das Festlegen der Durchströmung hängt vom Fördermedium und dessen Zustandsbedingungen ab. Auch die Lage der Anschlüsse (A bis D) am Gehäuse beeinflußt die Durchströmung der Seitenräume. Hier sind außer der dargestellten gegenüberliegend angeordneten Ein- und Ausströmöffnung (A bis D) weitere Anordnungen möglich.The side part (9) is provided with connections (C, D) through which the side space (15) can be fully included in the flow. Connections (A, B) are provided on the side part (10) for the flow through the side space (16). Through these connections, the side spaces (15, 16) can be included in the line system of the swash plate pump and the advantages according to the invention can be achieved. The sequence of the flow through the side spaces (15, 16) and the pump chamber (11) can be selected according to the respective operating conditions. The side spaces (15, 16) can be flowed through before the pumping medium enters the pump chamber (11) or after the pumping medium exits the pump chamber (11). It is also possible to flow through one side space before the pumping medium enters the pump chamber (11) and to flow through the other side space after exiting the pump chamber (11). In addition, devices can be attached which do not branch off the entire flow, but part of it into the side spaces. It is also possible not to flow through the side spaces continuously, but only at certain time intervals. The determination of the flow depends on the medium and its condition. The position of the connections (A to D) on the housing also influences the flow through the side spaces. In addition to the oppositely arranged inlet and outlet openings (A to D), further arrangements are possible here.
Das Gehäuse der Taumelscheibenpumpe ist mit bekannten Mitteln zusammengehalten. Ein Merkmal der Taumelscheibenpumpe ist die Trennung der Saug- und Druckseite der Pumpenkammer (11) durch eine quer zur Pumpenkammer (11) angeordnete Zwischenwand (22).The housing of the swash plate pump is held together by known means. A feature of the swash plate pump is the separation of the suction and pressure sides of the pump chamber (11) by an intermediate wall (22) arranged transversely to the pump chamber (11).
Der Kreisring (12) der Taumelscheibe (4) weist dazu eine Aussparung mit mindestens der Wandstärke der Zwischenwand (22) auf. Da sich die Taumelbewegung der Taumelscheibe (4) in der Pumpenkammer (11) aus zwei überlagerten Drehbewegungen um die beiden mit der Mittelachse der Pumpenkammer (11) ein rechtwinkliges, dreidimensionales Koordinatensystem aufspannenden Achsen zusammensetzt, führen die der Zwischenwand zugekehrten Flächen der Aussparung eine Relativbewegung gegenüber der feststehenden Zwischenwand (22) aus. Damit ist die Mindestbreite der Aussparung von der Form ihrer Flächen abhängig. Die Flächen der Aussparung müssen keine Dichtfunktion mit der Zwischenwand (22) haben. Es ist auch möglich, ein größeres Spiel zwischen den Flächen der Aussparung und der Zwischenwand (22) zuzulassen. Die Zwischenwand (22) sitzt mit Spiel auf der Kugelfläche (3), ist mit einer entsprechenden Dichtfläche (23) versehen und wird in den Seitenteilen (9, 10) z.B. durch Paßstifte (24) verankert. Eine elastische Beschichtung (25) der Seitenflanken der Zwischenwand (22) sorgt für die statische Abdichtung, indem sie sich an die Seitenflächen (7, 8) anlegt. Es sind aber auch andere Formen statischer Dichtung denkbar.The circular ring (12) of the swash plate (4) has a recess with at least the wall thickness of the intermediate wall (22). Since the wobble movement of the swash plate (4) in the pump chamber (11) is composed of two superimposed rotary movements about the two axes spanning the central axis of the pump chamber (11), the surfaces of the recess facing the partition wall lead to a relative movement the fixed partition (22). The minimum width of the recess depends on the shape of its surface. The surfaces of the recess do not have to have a sealing function with the intermediate wall (22). It is also possible to allow a greater play between the surfaces of the recess and the intermediate wall (22). The partition (22) sits with play on the spherical surface (3), is provided with a corresponding sealing surface (23) and is e.g. in the side parts (9, 10) anchored by dowel pins (24). An elastic coating (25) of the side flanks of the intermediate wall (22) ensures the static sealing by contacting the side surfaces (7, 8). However, other forms of static sealing are also conceivable.
Die Seitenräume (15, 16) sowie der Raum (19) und der Lagerraum (20) können mit einer - hier nicht dargestellten - Überwachungseinrichtung versehen sein. Diese ermöglicht ein frühzeitiges Erkennen eines Leckes einer Dichtung. Insbesondere der Raum (19) kann dafür mit einem Kontrollmedium gefüllt sein, dessen Veränderung mit Sensoren überwacht werden kann. Als Kontrollmedium eignet sich ein mit dem Fördermedium verträgliches Medium.The side rooms (15, 16) as well as the room (19) and the storage room (20) can be provided with a monitoring device (not shown here). This enables an early detection of a seal leak. For this purpose, the space (19) in particular can be filled with a control medium, the change of which can be monitored with sensors. A medium that is compatible with the pumped medium is suitable as the control medium.
Der Reinigungsvorgang wird durch Einleiten einer Spülflüssigkeit in die Seitenräume (15, 16) und in die Pumpenkammer (11) vorgenommen. Die Reinigungsflüssigkeit kommt während des Reinigungsvorganges mit allen vom Fördermedium beaufschlagten Flächen und Räumen in Berührung. Während des Förderbetriebes der Taumelscheibenpumpe findet bei Durchströmung der Seitenräume (15, 16) eine kontinuierliche Selbstreinigung statt und begrenzt die Verweilzeit eines Teilchens des Fördermediums in der Pumpe. Damit wird ein Fördern von empfindlichen, zeitkritischen Medien möglich.The cleaning process is carried out by introducing a rinsing liquid into the side spaces (15, 16) and into the pump chamber (11). During the cleaning process, the cleaning liquid comes into contact with all surfaces and rooms affected by the medium. During the Conveyor operation of the swash plate pump takes place when the side spaces (15, 16) flow through, a continuous self-cleaning process and limits the dwell time of a particle of the pumped medium in the pump. This enables the conveyance of sensitive, time-critical media.
Aus der Fig.2, einem Teilschnitt gemäß Linie II-II aus Fig.1, ist erkennbar, daß der zwischen den Seitenteilen (9, 10) befindliche Ring (6) eine Aussparung, z. B. eine Nut (26), aufweist, welche aus Montagegründen für die Taumelscheibe (4) erforderlich ist. Diese Nut (26) befindet sich zwischen den Ein- und Ausströmöffnungen (27, 28) der Pumpe und fluchtet mit der Zwischenwand (22). Nach erfolgter Montage der Taumelscheibe (4) wird die Zwischenwand (22) eingesetzt, die Nut (26) wird mit einer Dichtung (29) geschlossen, welche die Zwischenwand (22) durch statische Dichtung gegenüber dem Gehäuse abdichtet. Die Dichtung (29) ist geringfügig breiter als der Ring (6). Sie wird bei der Montage der Seitenteile (9, 10) von diesen so zusammengedrückt, daß sie infolge ihrer Inkompressibilität nur in Richtung der Zwischenwand (22) ausweichen kann und auf diese daher eine Kraft in Richtung des Taumelpunktes (2) ausübt. Diese Kraft bewirkt auch die Anpressung der Zwischenwand (22) an die Seitenflächen (7, 8), wobei sich die Zwischenwand (22) - oder Teile von ihr - elastisch verformen können und eine statische Abdichtung bewirken.From Figure 2, a partial section along line II-II of Figure 1, it can be seen that the ring (6) located between the side parts (9, 10) has a recess, for. B. a groove (26), which is required for assembly reasons for the swash plate (4). This groove (26) is located between the inflow and outflow openings (27, 28) of the pump and is flush with the intermediate wall (22). After the swash plate (4) has been installed, the intermediate wall (22) is inserted, the groove (26) is closed with a seal (29) which seals the intermediate wall (22) against the housing by means of a static seal. The seal (29) is slightly wider than the ring (6). It is pressed together during assembly of the side parts (9, 10) so that, due to its incompressibility, it can only deflect in the direction of the intermediate wall (22) and therefore exerts a force on it in the direction of the wobble point (2). This force also causes the intermediate wall (22) to be pressed against the side surfaces (7, 8), the intermediate wall (22) - or parts thereof - being able to deform elastically and bring about a static seal.
Um den Einsatz in der Lebensmitteltechnologie zu ermöglichen, sind alle statische Dichtungen zwischen mehreren Bauteilen entsprechend den dafür bekannten Ausführungsformen zu gestalten.In order to enable use in food technology, all static seals between several components must be designed in accordance with the known embodiments.
Claims (9)
- A swash plate pump, in the case of which by means of a swash plate shaft (1) a swash plate (4) situated in a pump chamber (11), formed by two lateral surfaces (7 and 8) and, arranged between them at different diameters, by spherical inner and outer surfaces (3 and 5), performs a wobbling motion, the swash plate (4) is provided with a circular ring (12) mounted on a spherical surface (3), a partition (22) forming the intake and delivery opening and dividing the circular ring (12) of the swash plate (12) is provided in the housing, with at least one first lateral space (16) on the side, remote from a drive, of the swash plate and a second lateral space (15) on the side, adjacent to the drive, of the swash plate, which, after passing through dynamic seals, are acted upon from the pump chamber (11) by the medium to be pumped, a first elastic static seal (18) being provided for shutting off the space acted upon by the medium to be pumped, said seal engaging the swash plate shaft (1), characterized in that spaces (15 and 16) supplied with the medium to be pumped are connected with the intake and/or delivery part of the pump and have the flow moving through them, in the direction of the medium to be pumped, in a continuous or varying manner.
- The swash plate pump as claimed in claim 1, characterized in that medium to be pumped flows through a lateral space prior to entering the pump chamber (11) and through another lateral space after leaving the pump chamber (11).
- The swash plate pump as claimed in claim 1, characterized in that the medium to be pumped flows through the lateral spaces prior to entry into the pump chamber (11).
- The swash plate pump as claimed in claim 1, characterized in that the medium to be pumped flows through the lateral spaces after leaving the pump chamber (11).
- The swash plate pump as claimed in claim 1 and as claimed in any one of the claims 2 through 4, characterized in that the lateral surfaces (7 and 8) rest against an intermediately arranged ring (6) at a spherical inner surface (5) and in that, in the inner surface (5) between intake and delivery openings (27 and 28), the ring (6) has a recess (26) with a breadth, which is at least equal to the breadth of the circular ring (12) of the swash plate (4).
- The swash plate pump as claimed in claim 5, characterized in that on its side facing the spherical surface (3) of the swash plate (4), the partition (22) has a spherical surface (23) corresponding to it, the partition is connected with the lateral surfaces (7 and 8) of the pump chamber (11) and is statically sealed by elastic sealing elements (25 and 29) with respect to the lateral surface (7 and 8) and the ring (6).
- The swash plate pump as claimed in any one or more of the claims 1 through 6, characterized in that the elastic first static seal (18) is preceded by an elastic second static seal (17), and the second space (15), acted upon by the medium to be pumped is arranged between the dynamic seal on the spherical surfaces (3 and 13) and the elastic second static seal (17).
- The swash plate pump as claimed in claim 7, characterized in that the second static seal (17) is an elastic diaphragm.
- The swash plate pump as claimed in claim 7 and claim 8, characterized in that the space (19) between the first and the second static seal (17 and 18) is charged with a monitoring medium and is connected with a monitoring device.
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