[0001] Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe für die Förderung von Feststoffe enthaltenden
Flüssigkeiten, mit einem Paar von in einem im Querschnitt im wesentlichen ovalen Pumpengehäuse
gegensinnig drehenden angetriebenen und verdrehfest auf je einer Trägerwelle aufgesetzten
Drehkolben, die jeweils in die Zwischenräume des anderen Drehkolben eingreifende Flügel
aufweisen und aus einem metallischen Kern und einer Auflage aus einem elastomeren
Werkstoff bestehen, wobei die Auflage jeweils bei der Drehung der Drehkolben dichtend
an der Innenseite der Wandung des Pumpengehäuses und an dem anderen Drehkolben urnlaufen
und mit einer Einlass- und einer Auslassöffnung.
[0002] Beim Pumpen von mit Fremdkörpern (Steine, Metallteile und andere größere Feststoffe)
beladenen Suspensionen kommt es bei Drehkolbenpumpen zu Schäden an den Drehkolben,
die dadurch hervorgerufen werden, dass beim Befüllen die Fremdkörper nicht vollständig
in die sich zwischen den Zahnlücken und dem umschließenden Gehäuse bildenden Pumpenkammern
eingeschwemmt werden, sondern sich gelegentlich im Ansaugstutzen zwischen Kolbenflügel
und Gehäuse verklemmen oder von den Flügelspitzen zeitweise erfasst und zurückgestoßen
werden. Wenn dieser Vorgang auch wegen der elastischen Gummibeschichtung der Kolbenflügel
nicht immer zur Blockade der Drehkolben führt, so kommt es doch auf die Dauer zu Ausbrüchen
der Beschichtungen insbesondere an den Flügelspitzen mit der Folge, dass aufgrund
der sich vergrößernden Leckspalte der Wirkungsgrad der Pumpe vermindert wird.
[0003] Bisher ging man davon aus, dass man mit einer für Flüssigkeit konstruierten Pumpe
keine Feststoffe fördern kann.
[0004] Durch die Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, dass mindestens die Einlassöffnung
einen über 90° hinausgehend erweiterten Gehäuse-Halbwinkel (α+Δα) und zwar zumindest
im unteren Bereich der Öffnung aufweist.
[0005] Als Ergebnis einer Reihe von Untersuchungen über das Ansaugverhalten von Drehkolbenpumpen,
bei denen man neben dem Verhalten der Flüssigkeit auch die mitgeführten Feststoffe
auf der Saugseite im Detail verfolgte, ist es nunmehr möglich, durch eine Modifizierung
der Einlassgeometrie nicht nur die Kavitationsneigung von Drehkolbenpumpen zu verringern,
sondern auch die Toleranzgrenze gegenüber Fremdkörpern positiv zu beeinflussen.
[0006] Gleichsam als Nebeneffekt ergibt sich des Weiteren noch eine Verbesserung des Wirkungsgrades
infolge einer Erhöhung der Anzahl der Dichtlinien zwischen Drehkolben und Gehäuse.
[0007] Eine Lösung besteht in einer Erhöhung des Gehäusewinkels von 180° um etwa 45° auf
etwa 225° auf beiden Gehäusehälften, so dass sich Einlasshöhe und Auslasshöhe quer
zur Achsebene verringern.
[0008] Die Modifizierung der Gehäusegeometrie auf beiden Seiten der Pumpe hat den Vorteil,
dass nunmehr Einlass und Auslass vertauscht werden können, so dass weiterhin der Einsatz
der Pumpe unabhängig von der Drehrichtung der Kolben ohne Änderung der Funktion gewährleistet
ist.
[0009] Bei hohen Drehzahlen besteht je nach Ausführung der Flügelgeometrie die Gefahr von
Kavitationsblasen dadurch, dass die Flüssigkeit die sich öffnenden Spalte nicht schnell
genug füllen kann. Auf der Einlassseite bewirkt die Reduzierung Einlasshöhe eine Beschleunigung
der angesaugten Flüssigkeit in Richtung auf die sich öffnenden Zahnlücken zwischen
den Kolbenflügeln und so eine Erhöhung des örtlichen Absolutdrucks in der Flüssigkeit.
Die sich öffnenden Spalte werden so besser gefüllt und die Kavitationsgefahr verringert.
[0010] Im Sinne dieser Erfindung ist der sog. Gehäusewinkel gedanklich aufgeteilt worden
in zwei Winkelteile, die beim Stand der Technik jeweils 90° haben. Gemäß der Erfindung
muss mindestens der eine untere Gehäuse-Halbwinkel über diese 90° erweitert werden.
Im Stand der Technik ist keine solche Erweiterung zu diesem Zweck bekannt.
[0011] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine geöffnete Drehkolbenpumpe gemäß der
Erfindung.
In der Figur ist mit 10 das Gehäuse einer Drehkolbenpumpe bezeichnet, die einen im
Wesentlichen ovalen Innenraum aufweist. In diesem Innenraum laufen zwei Trägerwellen
11 in axialer Ausrichtung zueinander um. Die Trägerwellen 11 sind mit Drehkolben bzw.
Flügeln 12 versehen. Die Flügel sitzen auf einem metallischen Kern und sind mit einem
elastomeren Werkstoff überzogen. Die Flügel 11 sind so zueinander positioniert und
ausgebildet, dass sie von einer Einlassöffnung 13 her Flüssigkeit mit Feststoffen
aufnehmen können und diese nach einer Umdrehung um 180° über eine Auslassöffnung 14
ausgeben können.
In der Figur ist der für Drehkolbenpumpen typische Umschlinungs- bzw. Gehäusewinkel
dargestellt. Beim Pumpen des Standes der Technik beläuft sich dieser Winkel auf ziemlich
genau 180°. Er ist festgelegt durch die Einlassöffnung, er beginnt also in dem Bereich,
wo das Gehäuse 10 einen Flügel 11 erstmals umschließt und endet entsprechend an der
Auslassöffnung an der Stelle wo der entsprechende Flügel 11 vom. Gehäuse wieder frei
gegeben ist.
In der Figur ist im Sinne der vorliegenden Erfindung dieser Gehäusewinkel halbiert
worden und zwar ist dieser Gehäusewinkel dadurch definiert, dass er an der Stelle
beginnt, wo an der Einlassöffnung das Gehäuse 10 einen Flügel 11 erstmals umschließt
Er endet in der senkrechten Mittelachse der Pumpe, also der Ebene, die die geometrische
Achse der beiden Trägerwellen 11 enthält.
In der Figur ist dieser Gehäuse-Halbwinkel mit α für den linken Teil bezeichnet worden.
Für den rechten Teil ist dieser Winkel α entsprechend zu erkennen.
[0012] Gemäß der Erfindung ist nun der Winkel λ um einen zusätzlichen Winkel Δα vergrößert
worden. Gemäß der Erfindung reicht die Vergrößerung für den vorgesehenen Zweck in
der Zeichnung am linken unteren Ende der Einlassöffnung 13 bereits aus, um einen bemerkenswerten
Effekt zu erzielen. In der Figur ist die weitergehende Erfindung gezeigt, in der auch
der Auslassgehäuse-Winkel Δα erhöht worden ist. Die entsprechenden Erhöhungen sind
auch im oberen Bereich des oberen Drehkolbens 11 eingezeichnet.
[0013] Es ist bekannt, dass bei Drehkolbenpumpen der Stand der Technik bei denen der Gehäusewinkel
180° bzw. der Gehäuse-Halbwinkel 90° beträgt am Einlass zwei Wirbelwalzen mit einer
beschleunigten Mittenströmung entstehen. Gelangen Fremdkörper im unteren Bereich in
diese Wirbelströmung hinein, so werden sie dort quasi festgehalten. Bei höherer Umdrehung
des Kolbens reicht dann die Ansaugströmung nicht mehr aus, um den Fremdkörper in den
Zahnlücken bzw. Flügellückenbereich hineinzutransportieren. Fremdkörper können dann
immer wieder in den Sauganschluss zurückgestoßen werden. Bei weiterer Anlieferung
von weiteren Fremdkörpern wird dann höchstens der erste dieser Fremdkörper in die
Pumpe hinein geschoben. Die Folge hiervon sind Abnutzungen an den Flügeln und Ausbrüche
der Beschichtung der Drehkolben.
[0014] Bei der geometrischen Ausgestaltung des Eingangsbereich einer Drehkolbenpumpe, also
mit erhöhtem oder erhöhten Gehäusewinkeln verschwindet die erwähnte Wirbelwalze und
dies hat zur Folge, dass die Strömung direkt in die Zahnlücken hineingerichtet wird
und die Fremdkörper wie von einer Rampe in die Zahnlücke hinein katapultiert werden.
Sie können dann von den Flanken der Kolbenbügel mitgeführt werden, wobei die Flügelspitzen
kaum noch belastet werden und auch nicht beschädigt werden können.
1. Drehkolbenpumpe für die Förderung von Feststoffen enthaltenden Flüssigkeiten, mit
einem Paar von in einem im Querschnitt im wesentlichen ovalen Pumpengehäuse (10) gegensinnig
drehenden angetriebenen und verdrehfest auf je einer Trägerwelle (11) aufgesetzten
Drehkolben, die jeweils in die Zwischenräume des anderen Drehkolben eingreifende Flügel
(12) aufweisen und aus einem metallischen Kern und einer Auflage aus einem elastomeren
Werkstoff bestehen, wobei die Auflage jeweils bei der Drehung der Drehkolben dichtend
an der Innenseite der Wandung des Pumpengehäuses und an dem anderen Drehkolben umlaufen
und mit einer Einlass- und einer Auslassöffnung (13, 14), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Einlassöffnung einen über 90° hinausgehend erweiterten Gehäuse-Halbwinkel
(α+ Δα) und zwar zumindest im unteren Bereich der Öffnung aufweist.
