Drehkolbenpumpe

Abstract

 Drehkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse, in dem zwei gegenläufig rotierende, aufeinander abwälzende Drehkolben auf zwei parallelen, beabstandeten Wellen gehalten sind, wobei die Wellen aus dem Pumpengehäuse herausgeführt und mit ihren Endabschnitten in einem Getriebegehäuse gelagert sind, wobei in dem Getriebegehäuse zwei Hohlwellen drehbar gelagert sind, in denen die Endabschitte der Wellen gehalten sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse, in dem zwei gegenläufig rotierende, aufeinander abwälzende Drehkolben auf zwei parallelen, beabstandeten Wellen gehalten sind, wobei die Wellen aus dem Pumpengehäuse herausgeführt und mit ihren Endabschnitten in einem Getriebegehäuse gelagert sind.

[0002] Derartige Drehkolbenpumpen, die in zweiflügliger Ausführung auch als Roots-Gebläse bzw. Roots-Pumpen bezeichnet werden, sind in unterschiedlichen Bauarten für eine Vielfalt von Medien im Gebrauch. Die Erfindung richtet sich hauptsächlich auf Einsatzfälle im agrartechnischen Bereich soeie in angrenzenden Gebieten, kann indes selbstverständlich auch in anderen Bereichen wie etwa in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden.

[0003] Bei bisher überwiegend eingesetzten Bauarten von Drehkolbenpumpen sind auf beiden Seiten des Pumpengehäuses jeweils zwei Lagerungen zur Aufnahme der die Drehkolben tragenden Wellen vorgesehen, wobei die Wellen auf einer Seite aus dem Pumpengehäuse herausgeführt sind.
Der Antrieb der Kolben erfolgt über eine ander betreffenden Seite des Pumpengehäuses anzubringende Getriebeeinheit, die im wesentlichen aus einem miteinander kämmenden Zahnradpaar auf den aus dem Pumpengehäuse ausgeführten Wellenabschnitten sowie aus einer jeweiligen Lagerung für die Wellen bestand.

[0004] Aufgrund der erforderlichen Abdichtung einerseits der Getriebeeinheit gegen Schmiermittelverlust und andererseits des Pumpengehäuses gegen Verlust des Pumpmediums sind mit dieser bekannten Anordnung jedoch gravierende Nachteile verbunden. Da die Abdichtung der beiden genannten Bereiche üblicherweise mittels auf den Wellen laufender Wellendichtringe ( Simmeringe ) erfolgt und die Wellen im wesentlichen überall den gleichen Durchmesser aufweisen, liegen die einander benachbarten Wellendichtringe bzw. sonstige Dichtungsanordnungen von Getriebe einerseits und Pumpe andererseits näherungsweise auf gleicher radialer Position.
Im Falle einer Undichtigkeit der pumpenseitigen Wellendichtung kann es bei entsprechendem Überdruck innerhalb des Pumpengehäuses dazu kommen, daß ein scharfer Strahl des Pumpmediums unter hohem Druck auf die getriebeseitige Wellendichtung trifft, wodurch Pumpmedium in das Getriebegehäuse eindringen und dort zu einem Schaden an Lagern, Zahnrädern etc. führen kann.
Bei entsprechenden Druckverhältnissen ist auch die umgekehrte Situation denkbar, wobei Schmiermedium in die Pumpe gelangen kann und bspw. die Anwendungen im Lebensmittelbereich großen Schaden verursachen kann.
Im Falle der häufig bevorzugten, wartungsarmen, fliegend gelagerten Bauweise tritt ein weiterer Nachteil dahingehend auf, daß die freitragende Länge der Welle aufgrund der zwangsläufig zwischen dem getriebeseitigen Lager und dem Drehkolben vorzusehenden, doppelten Dichtungsanordnung relativ groß wird. Damit sind entsprechende Durchbiegungen der Wellen an deren freien Endabschnitten verbunden, die mitunter zu einer zusätzlichen, abstützenden Lagerung mit einem entsprechenden Dichtungsaufwand zwingen.

[0005] Als weiterer Nachteil der genannten Pumpenbauart ist die relativ aufwendige Montage bzw. Demontage einzelner Teile wie Drehkolben, Dichtungsanordnungen, Lagerungen etc. zu sehen. Um beispielsweise im Falle eines Dichtungsversagens einer der beiden benachbarten Dichtungen zwischen Pumpengehäuse und Getriebeeinheit heranzukommen, mußte bisher die Getriebeinheit zusammen mit den Lagern und Zahnrädern Teil für Teil von den Endabschnitten der Wellen abgebaut werden, was einen erheblichen Zeit- und Kosten Aufwand bedeutete.

[0006] Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Drehkolbenpumpe bereitzustellen, bei der die genannten Nachteile nicht mehr auftreten, bei der die Getriebeeinheit dichtungstechnisch weitestgehend vom Pumpengehäuse entkoppelt ist und diese Einheiten somit leicht voneinander getrennt werden können.

[0007] Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Drehkolbenpumpe gelöst, die sich dadurch auszeichnet, daß in dem Getriebegehäuse zwei Hohlwellen drehbar gelagert sind, in denen die Endabschnitte der Wellen gehalten sind.

[0008] Vorzugsweise ist das Getriebegehäuse mit einer flanschartigen Verbindung lösbar am Pumpengehäuse gehalten.

[0009] Zweckmäßigerweise sind die Wellen jeweils mit einer Dichtungseinheit gegenüber dem Pumpengehäuse abgedichtet, wobei die Dichtungseinheiten im wesentlichen zylindrische Außenflächen aufweisen, so daß sie in der einen oder anderen axialen Richtung in das Pumpengehäuse ein- oder ausgebaut werden können.

[0010] Bevorzugt sind die Dichtungseinheiten als austauschbare Dichtungskassetten ausgebildet.

[0011] In einer Ausführungsform können die Dichtungseinheiten eine mit einem Schmiermedium gefüllte Sperrkammer aufweisen. Die Sperrkammer kann mit einem auf Überdruck ansprechenden Sensor zum Erkennen von Undichtigkeiten verbunden sein.

[0012] Vorzugsweise erstrecken sich die Hohlwellen in axialer Richtung bis an die Dichtungseinheiten am Pumpengehäuse, damit die Abstützwirkung der Hohlwellen, die in der Regel biegesteifer sind als die Wellen selbst, optimal ausgenutzt wird.

[0013] Die Hohlwellen können jeweils mit zwei Radiallagern und zusätzlich, wenn als Antrieb ein schrägverzahntes Zahnradpaar gewählt wird, mit einem Axiallager im Getriebegehäuse gelagert sein.

[0014] Bevorzugt sind die Endabschnitte der Wellen mit Paßfedern drehfest und axial verschieblich in den Hohlwellen gehalten. Dadurch ergibt sich eine äußerst einfache Montage der Einheiten.

[0015] Zweckmäßigerweise sind die Hohlwellen jeweils mit zwei Dichtungseinheiten gegenüber dem Getriebegehäuse abgedichtet, dabei ist es von Vorteil, wenn der Zwischenraum zwischen der Dichtungseinheit im Pumpengehäuse und der dazu benachbarten Dichtungseinheit im Getriebegehäuse mit der Umgebung in Verbindung steht, damit eventuell austretendes Schmier- und Pumpmedium möglichst ungehindert ( drucklos ) abfließen kann.

[0016] Es kann vorteilhaft sein, wenn in Axialrichtung zwischen den Drehkolben und dem Pumpengehäuse beidseitig jeweils eine auswechselbare Verschleißscheibe angeordnet ist.

[0017] Bevorzugt weisen die Drehkolben mehrere in Axialrichtung nebeneinander angeordnete Kolbensegmente auf.

[0018] Es kann vorgesehen sein., daß auf einer Welle jeweils Hohlwelle, Dichtungselemente und Drehkolben axial miteinander verspannt sind.

[0019] Der drehkolbenseitige Endabschnitt der Wellen kann zur Aufnahme eines Radiallagers zum Abstützen des Wellenendes gegenüber dem Pumpengehäuse ausgelegt sein, damit bedarfsweise ohne großen Aufwand ein Radiallager nachgerüstet werden kann.

[0020] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Auführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert, wobei

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Drehkolbenpumpe in einer seitlichen Ansicht, teilweise im Querschnitt, zeigt, und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 zeigt.

[0021] Zunächst sei auf Fig. 1 Bezug genommen, die erfindungsgemäße Drehkolbenpumpe in einer seitlichen Darstellung zeigt, die teilweise als Schnittansicht ausgeführt ist, wobei die Schnittebene die Längsachsen der beiden Wellen der Pumpe enthält, wie aus der nachfogenden Beschreibung noch deutlich wird.

[0022] Die Drehkolbenpumpe besteht aus dem eigentlichen Pumpengehäuse 1 und dem daran mit einer Flanschverbindung 2 angeflanschten Getriebegehäuse 3. Das im wesentlichen zylindrische Pumpengehäuse 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform einteilig ausgeführt und endseitig mit einer Stirnwand 1a und einem Deckel 1b verschlossen, während das Getriebegehäuse 3 aus zwei halbschalenartigen Hälften zusammengesetzt ist , deren Teilungsebene mit der Schnittebene der Darstellung nach Fig. 1 übereinstimmt und die mit Schrauben 4 aneinander gehalten sind.

[0023] Das Getriebegehäuse hat den Zweck, die beiden Wellen 5,6 der Drehkolbenpumpe zu lagern und die über den Zapfen 7 eingeleitete Antriebskraft von der Welle 6 zum Teil auf die Welle 5 zu übertragen, wobei die Wellen mit einem Paar Zahnräder , von denen eines mit 8 bezeichnet ist, miteinander gekoppelt und gegenläufig antreibbar sind.

[0024] Aus Übersichtlichkeitsgründen sind Lager , Dichtungselemente usw. nur für die Welle 5 im einzelnen dargestellt, wobei selbstverständlich entsprechende Elemente für die Welle 6 vorhanden sind.

[0025] Erfindungsgemäß sind die Wellen nicht unmittelbar in entsprechenden Lagern im Getriebegehäuse gelagert, sondern es ist jeweils eine Hohlwelle 9 zur Aufnahme einer Welle vorgesehen, die ihrerseits mit Wälzlagern 10 im Getriebegehäuse drehbar gelagert ist.
Axiallager 11 nehmen Kräfte auf, die durch schrägverzahnte Zahnräder 8 eingeleitet werden. Zwischen Hohlwelle und Getriebegehäuse sind Dichtungseinheiten in Form von Wellendichtringen 12 und 13 vorgesehen, die auf auswechselbaren Laufbuchsen 14 und 15 laufen. Die Zahnräder 8 sind jeweils mit Paßfedern drehfest auf den Hohlwellen 9 gehalten. Mit Sicherungsringen 16 und 17 wird eine definierte axiale Position der Anordnung gewährleistet.

[0026] Wie Fig. 1 weiter zeigt, sind die Wellen 5 und 6 mit Paßfedern 18 und entsprechenden, in den Hohlwellen 9 ausgebildeten Längsnuten drehfest und axial verschieblich in den Hohlwellen 9 gehalten. Die Wellen 5 und 6 tragen auf ihrem dem Getriebegehäuse gegenüberliegenden Teil jeweils ein oder mehrere Drehkolbensegmente 19 , die mit einer Paßfederverbindung 20 drehfest und axial verschieblich auf den Wellen gehalten sind. Die Pumpensegmente weisen in diesem Ausführungsbeispiel einen Gußkern 19a und eine Gummiumantelung 19b auf, wobei die Segmente in bestimmten Anwendungsbereichen, beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, auch vollständig aus Edelstahl gefertigt sein können. Auswechselbare Verschleißscheiben 31 sitzen jeweils endseitig am Pumpengehäuse zwischen Drehkolben und Stirnwand 1a bzw. Deckel 1b.

[0027] Die Wellen 5 und 6 sind im Bereich sind im Bereich der Stirnwand 1a des Pumpengehäuses mit einer Dichtungseinheit abgedichtet, deren Aufbau im einzelnen deutlicher aus Fig. 2 hervorgeht und die nachfolgend im ganzen auch als Dichtungskassette 26 bezeichnet wird. Die Abdichtung der drehenden Wellen gegen den Überdruck im Inneren des Pumpengehäuses erfolgt über eine Dichtfläche zwischen einem auf der Welle fest gespannten, im Querschnitt L-förmigen Dichtungsring 22 und einem über einen O-Ring 23 elastisch angepreßten Verschleißring 21. Der O-Ring 23 stützt sich seinerseits nicht unmittelbar am Pumpengehäuse 1 ab, sondern befindet sich innerhalb eines weiteren, gehäuseartigen Ringes 25.

[0028] Benachbart zu dieser Dichtungsanordnung ist innerhalb der Dichtungskassette 26 zusätzlich ein Wellendichtring 27 vorgesehen, der seinerseits auf einem Verschleißring 24 läuft. Zwischen der durch die Teile 21 und 22 gebildeten Dichtung und dem Wellendichtring 27 befindet sich ein als Sperrkammer bezeichneter Zwischenraum 28, der mit einem geeigneten Schmiermedium gefüllt ist und zur Feststellung von Undichtigkeiten der Abdichtung 21 und 22 dient. Hierzu ist die Sperrkammer 28 über radiale Bohrungen 37 an einen Drucksensor angeschlossen. Bei einer Undichtigkeit im Bereich der Teile 21 und 22 steigt der Druck in der Sperrkammer an, was vom Sensor registriert wird und ein entsprechendse Signal auslöst.

[0029] Wie Fig. 2 weiter zeigt, weist die Dichtungskassette 26 außen eine zylindrische Form auf und ist getriebeseitig mit einem Befestigungsring 29 und Schrauben 30 an der Stirnseite des Pumpengehäuses gehalten. Pumpenseitig liegt die Dichtungskassette gegen die Verschleißscheibe 31 an.
Aufgrund der zylindrischen Form der Dichtungskassette kann diese je nach Art einer vorzunehmenden Wartungsarbeit entweder nach Abnehmen des Befestigungsringes 29 zum Getriebegehäuse hin oder aber nach Abnehmen der Verschleißscheibe 31 zum Pumpengehäuse hin herausgezogen werden.

[0030] Weiterhin ist unabhängig vom Verschleißzustand der Dichtungskassette ein Austausch im Hinblick auf unterschiedliche zu fördernde Medien denkbar, beispielsweise bei einem Wechsel von industriell genutzten Medien zu Lebensmitteln. Alternativ könnte die Dichtungskassette selbstverständlich auch mit Preßsitz in der Stirnwand gehalten sein, so daß z. B. bei einem Ausbau der Kassette von der Pumpenseite her die Verschleißscheibe 31 , die dann mit einer entsprechenden axialen Ausnehmung versehen sein muß, an Ort und Stelle verbleiben könnte.

[0031] Die gesamte , aus Hohlwelle 9 , Verschleißring 24 , Dichtungsring 22 und Drehkolbenmodulen 29 bestehende Einheit ist mit einem flanschartigen Befestigungsteil 33 und einer Mutter 34 axial fest auf der Welle verspannt, wobei die Axialposition der Welle durch das Axiallager 11 festgelegt ist.

[0032] Zwischen den Dichtungskassetten 26 und den benachbarten Wellendichtringen 13 der Hohlwellen 9 befindet sich ein Zwischenraum 32, der mit der Umgebung in Verbindung steht und dessen Zweck darin besteht, zu verhindern, daß einerseits eventuell aus dem Getriebegehäuse austretendes Schmiermittel in das Pumpengehäuse oder andererseits eventuell aus dem Pumpengehäuse austretendes Pumpfluid in das Getriebegehäuse gedrückt werden kann.

[0033] Die erfindungsgemäße Halterung der Wellen in Hohlwellen in der vorstehend beschriebenen Weise hat vielfältige Vorteile. Zunächst einmal wird die Wartung der Pumpe erheblich vereinfacht, da wahlweise Getriebe- oder Pumpengehäuse leicht von der jeweiligen Einheit abgenommen werden können, ohne daß Lager, Dichtungsringe usw. von Wellen abgezogen werden müssen. Beispielsweise kann das Getriebegehäuse nach Lösen der Mutter 34 und der das Getriebegehäuse am Pumpengehäuse haltenden Schrauben 36 abgenommen werden, wonach Wartungsarbeiten am Getriebe, an dessen Dichtungen oder auch an der Dichtungskassette 26 vorgenommen werden können. Andererseits können nach Abnehmen des hinteren Deckels des Pumpengehäuses und Lösen des Befestigungsteils 33 einzelne Drehkolbensgmente ausgetauscht oder überprüft werden.

[0034] Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Hohlwellen besteht bei fliegend gelagerten Wellen, wie dies bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel der Fall ist, darin, daß eine zusätzliche Abstützwirkung gegen unerwünschte Durchbiegung der freitragenden Wellenabschnitte aufgrund der über das Radiallager 10 hinausreichenden Lange der Hohlwellen erreicht wird. Ohne die Anordnung einer Hohlwelle würde die freitragende Länge der Wellen bereits unmittelbar nach dem Radiallager 10 beginnen, was größere Durchbiegung zur Folge hätte.

[0035] Schließlich ist es in hohem Maße erwünscht, daß sich die Dichtungselemente der pumpenseitigen Dichtungskassette 26 und der getriebeseitigen Abdichtung 13 nicht auf gleicher radialer Position befinden, damit z. B. bei unter hohem Druck austretender, scharfer Strahl des zu pumpenden Mediums nicht unmittelbar auf die getriebeseitige Abdichtung treffen und diese unter Umständen durchdringen kann. Entsprechendes gilt für ein Undichtwerden der getriebeseitigen Abdichtung.

[0036] Die in der vorangehenden Beschreibung , in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Ansprüche

1. Drehkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), in dem zwei gegenläufig rotierende, aufeinander abwälzende Drehkolben (19) auf zwei parallelen, beabstandeten Wellen (5,6) gehalten sind, wobei die Wellen aus dem Pumpengehäuse herausgeführt und mit ihren Endabschnitten in einem Getriebegehäuse (3) gelagert sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Getriebegehäuse zwei Hohlwellen (9) drehbar gelagert sind, in denen die Endabschnitte der Wellen (5,6) gehalten sind.

2. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Getriebegehäuse mit einer flanschartigen Verbindung (2) lösbar am Pumpengehäuse gehalten ist.

3. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1 0der 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wellen jeweils mit einer Dichtungseinheit (26) gegenüber dem Pumpengehäuse abgedichtet sind, wobei die Dichtungseinheiten (26) im wesentlichen zylindrische Außenflächen aufweisen, so daß sie in der einen oder anderen axialen Richtung in das Pumpengehäuse ein- ausgebaut werden können.

4. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtungseinheiten als austauschbare Dichtungskassetten (26) ausgebildet sind.

5. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtungseinheiten (26) eine mit einem Schmiermedium gefüllte Sperrkammer (28) aufweisen.

6. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sperrkammer (28) mit einem auf Überdruck ansprechenden Sensor zum Erkennen von Undichtigkeiten verbunden ist.

7. Drehkolbenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Hohlwellen in axialer Richtung bis an das Pumpengehäuse erstrecken.

8. Drehkolbenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlwellen jeweils mit zwei Radiallagern im Getriebegehäuse gelagert sind.

9. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlwellen zusätzlich mit einem Axiallager im Getriebegehäuse gelagert sind.

10. Drehkolbenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Endabschnitte der Wellen (5,6) mit Paßfedern (18) drehfest und axial verschieblich in den Hohlwellen (9) gehalten sind.

11. Drehkolbenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlwellen jeweils mit zwei Dichtungseinheiten (12,13) gegenüber dem Getriebegehäuse abgedichtet sind.

12. Drehkolbenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zwischenraum zwischen der Dichtungseinheit (26) im Pumpengehäuse und der dazu benachbarten Dichtungseinheit (13) im Getriebegehäuse mit der Umgebung in Verbindung steht.

13. Drehkolbenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Axialrichtung zwischen den Drehkolben und dem Pumpengehäuse beidseitig jeweils eine auswechselbare Verschleißscheibe (31) angeordnet ist.

14. Drehkolbenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehkolben in Axialrichtung ein oder mehrere nebeneinander angeordnete Drehkolbensegmente (19) aufweisen.

15. Drehkolbenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf einer Welle (5,6) jeweils Hohlwelle (9) , Dichtungselemente (26) und Drehkolben (19) axial miteinander verspannt sind.

16. Drehkolbenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der drehkolbenseitige Endabschnitt der Wellen zur Aufnahme eines Radiallagers zum Abstützen des Wellenendes gegenüber dem Pumpengehäuse ausgelegt ist.

Zeichnung