DE19756838C1 - Drehkolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenpumpe mit mehreren auf parallelen Wellen angeordneten Drehkolbenpaaren, deren Drehkolben berührungsfrei und zentrisch in kreisförmigen Gehäuseabschnitten, welche Pumpenkammern bilden, synchron gegenläufig rotieren, wobei die Drehkolben über Nut-Feder-Verbindungen mit der zugeordneten Welle drehfest verbunden sind und dazu jeweils eine Paßfeder vorgesehen ist, die einerseits in eine Wellennut und andererseits in eine Drehkolbennut eingreifende Eingreifabschnitte aufweist.

Bei solchen, aus der DE 36 17 889 A1 oder der DE 195 03 716 C1 bekannten Pumpen besteht häufig die Forderung, möglichst viele Pumpenstufen in eine einzige Pumpe zu integrieren, um zum Beispiel gleichzeitig mehrere, voneinander unabhängige Verbraucher bedienen zu können. Trotzdem soll eine kompakte Bauform der Pumpe vorhanden sein. Daraus resultiert jedoch eine hohe Leistungsdichte mit entsprechender Verlustwärmeentwicklung.

Um diese Wärmeentwicklung in zulässigen Grenzen zu halten, ist es unter anderem erforderlich, eine exakte Zuordnung der Drehkolbenpaare zueinander zu erreichen um dabei die Dichtspalte zwischen den Drehkolben der jeweiligen Drehkolbenpaare möglichst kleinzuhalten, wobei Abstände um 1/10 mm mit Toleranzen im hunderstel-Millimeter- Bereich angestrebt werden. Ist dies nicht der Fall, so wird ein Teil des Fördervolumens innerhalb der Pumpe umgefördert, ver­ schlechtert damit den Wirkungsgrad und erhöht die Verlustleistung. Sind eine Reihe von Pumpenstufen in eine einzige Pumpe integriert, treten erhebliche Probleme durch einen eventuell vorhandenen Rotationsversatz der einzelnen Drehkolben entlang der Welle auf. Mit üblichen, wirtschaftlichen Fertigungsmethoden sind Dichtspalte im Bereich um 1/10 mm bei mehr als zweistufigen Pumpen praktisch nicht mehr realisierbar. Wesentlich ist hierbei, daß für den Wirkungsgrad zwar die Spaltbreite absolut maßgebend ist, daß aber für die Fertigung die Toleranzvorgabe für die Spaltbreite relevant ist, die hierbei im Hundertstel-Millimeter-Bereich liegt.

Bei einstufigen Pumpen mit einem Drehkolbenpaar kann die relative Lage der beiden Rotoren zueinander passend eingestellt werden, indem ein Ringspannelement an dem betreffenden Getrieberad einer Rotorwelle gelöst wird, so daß dann die Drehkolben zueinander verdreht und damit ihre relative Lage zueinander passend eingestellt werden kann, um einen möglichst kleinen Dichtspalt zu erreichen. Bei einer mehrstufigen Pumpe ergibt sich jedoch das Problem, daß zwar in der ersten Stufe die Drehkolben passend zueinander eingestellt werden können, für die zweite Stufe dann aber eine Lagevorgabe aus der Justierung der ersten Stufe vorhanden ist. Ein Einjustieren der beiden Drehkolben einer zum Beispiel zweiten Stufe durch Verändern der Drehlage der einen Welle zu dem dazugehörigen Getrieberad hätte zur Folge, daß die Justierlage der ersten Stufe wieder verstellt werden würde, da die einzelnen Drehkolben durch Nut-Feder-Verbindungen mit der Welle drehfest verbunden sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine mehrstufige Drehkolbenpumpe der eingangs erwähnten Art mit möglichst hoher Leistungsdichte zu schaffen, die trotz der hohen Leistungsdichte betriebssicher, wartungsarm und für einen Dauereinsatz geeignet sein soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß zum Einjustieren der Drehlage der Drehkolben auf der jeweils zugeordneten Welle Paßfedern mit unterschiedlichem Seitenversatz ihrer Eingreif­ abschnitte vorgesehen sind, die wahlweise einsetzbar sind, und daß das Maß des maximalen Seitenversatzes der Eingreifabschnitte der Paßfedern im wesentlichen der maximal auftretenden, zu einem Drehversatz führenden Toleranz entspricht.

Über diese Paßfedern ist eine genaue Zuordnung der Drehkolben der einzelnen Stufen unabhängig voneinander möglich. Damit lassen sich mehrstufige Pumpen wirtschaftlich fertigen, bei denen die vorgegebenen Toleranzen bezüglich des Dichtspaltes auch bei sehr eng tolerierten Dichtspalten eingehalten werden können. Beim Einjustieren der einzelnen Rotoren ist die relative Rotationslage der beiden Wellen nach dem Einjustieren der ersten Pumpenstufe festgelegt. Die Rotoren der weiteren Pumpenstufen werden dann bei vorgegebener Lage der Wellen relativ zueinander durch Einsetzen einer einen vorhandenen Rotationsversatz ausgleichenden Paßfeder lageeinjustiert. Trotz der genauen Einstellbarkeit der Rotor- Rotationslagen bleibt die stabile, formschlüssige Verbindung zwischen Welle und den Rotoren durch die Nut-Feder-Verbindung zur Übertragung auch hoher Drehmomente erhalten.

Man könnte zwar jeweils bei einem Drehkolben eines Drehkolbenpaares ein Ringspannelement zum Einjustieren der Relativlage der beiden Drehkolben vorsehen, jedoch würde dies einen wesentlich höheren Aufwand bedeuten und auch zusätzlich Platz beanspruchen, der insbesondere bei den Rotoren aber auch bei einer möglichst kompakten Bauform der Pumpe jedoch nicht zur Verfügung steht.

Zweckmäßigerweise ist ein Paßfedernsatz vorgesehen, dessen einzelne Paßfedern einen Seitenversatz der Eingreifabschnitte insbesondere in 1/100 mm oder 2/100 mm -Stufungen aufweisen und vorzugsweise einen Seitenversatz von 0 mm ±0,005 mm bis wenigstens 0,08 mm bei einer Toleranz von ±0,005 mm aufweisen.

Dieser Paßfedernsatz ist zum Ausgleich der üblichen, auftretenden Toleranzen abgestimmt. Bedarfsweise können auch andere Maßabstufungen oder Absolutmaße vorgesehen sein.

Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung eines Drehkolbenpumpen­ aggregates,

Fig. 2 einen formschlüssigen Verbindungsbereich zwischen Drehkolben und Welle mit Hilfe einer Paßfeder und

Fig. 3 eine Aufsicht der in Fig. 2 erkennbaren Paßfeder.

Ein in Fig. 1 gezeigtes Pumpenaggregat 1 weist eine Drehkolbenpumpe 2 sowie einen Antriebsmotor 3 auf. Die Drehkolbenpumpe ist dreistufig mit drei Drehkolbenpaaren 4, 5, 6 ausgebildet. Die einzelnen, zu einem Drehkolbenpaar gehörenden Drehkolben 4a, 4b bzw. 5a, 5b bzw. 6a, 6b sitzen jeweils auf einer von zwei parallel angeordneten Wellen 7, 8, die an einem Ende über ein Synchronisations-Getriebe 9 gegenläufig angetrieben sind. Auf der Welle 7 sind die Drehkolben 4a, 5a, 6a und auf der Welle 8 die Drehkolben 4b, 5b, 6b drehfest angebracht.

Die Drehkolben können als Klauen-Drehkolben mit jeweils drei Klauenzähnen ausgebildet sein. Die Klauen-Drehkolben sind so geformt und auch relativ zueinander eingestellt, daß sie berührungslos aneinander entlang laufen. Die Dichtspalte zwischen den Drehkolben sollen dabei möglichst klein sein, um einen hohen Wirkungsgrad der Pumpe zu erreichen. Durch Verstellen der Drehlage von jeweils miteinander arbeitenden Drehkolben, beispielsweise 4a, 4b, relativ zueinander können die Dichtspalte exakt eingestellt werden. Bei einer einstufigen Pumpe ist dies problemlos mittels eines Ringspannelementes 27 unter einem Getrieberad, das an einer der beiden Wellen vorgesehen ist, möglich. Um nun auch bei mehrstufigen Drehkolbenpumpen eine exakte Einstellung der zu einem Drehkolbenpaar gehörenden Drehkolben in Rotationsrichtung zu ermöglichen, ist die in Fig. 2 und 3 gezeigte Paßfeder 10 vorgesehen.

Diese Paßfeder ist Teil einer drehfesten Nut-Federverbindung zwischen der Welle und dem Drehkolben. In Fig. 2 ist dieser formschlüssige Verbindungsbereich zwischen Drehkolben und Welle detaillierter dargestellt.

Die Paßfeder 10 weist einen in eine Wellennut 11 eingreifenden Eingreifabschnitt 12 und einen in eine Drehkolbennut 13 eingreifenden Eingreifabschnitt 14 auf. Die beiden Eingreifabschnitte 12 und 14 sind dabei in Rotationsrichtung gemäß dem Pfeil Pf1 soweit zueinander seitlich versetzt, daß ein sonst vorhandener Rotationsversatz zwischen Welle 7 und dem Drehkolben z. B. 4a ausgeglichen wird. Die beiden Eingreifabschnitte weisen in Umfangserstreckung eine einerseits für die Wellennut 11 und andererseits für die Drehkolben­ nut 3 passende Breite auf, wobei vorzugsweise ein h6-Passung vorgesehen ist. Im Ausführungsbeispiel ist der Eingreifabschnitt 14 schmaler ausgebildet als der Eingreifabschnitt 12, was aber nicht unbedingt erforderlich ist.

Ein vorhandener Seitenversatz der beiden Eingreifabschnitte 12 und 14 ist durch das Maß a gekennzeichnet. Zum Ausgleich der auftretenden Toleranzen kann dieses Maß bis zu beispielsweise 8/100 mm variieren. Zweckmäßig ist es dabei, wenn ein Paßfedernsatz vorgesehen ist, der mehrere Paßfedern mit jeweils unterschiedlichem Seitenversatz beinhaltet. Dieser Seitenversatz kann in Stufungen von Paßfeder zu Paßfeder 1/100 mm oder 2/100 mm betragen.

Beim Zusammenbau der Drehkolbenpumpe genügt es, wenn bei einem der zu einem Drehkolbenpaar gehörenden Drehkolben eine Toleranzausgleichs-Paßfeder 10 eingesetzt wird. Dabei wird zunächst einer der Drehkolben auf die Welle geschoben und der diesem zugeordnete, andere Drehkolben wird dann nach dem Aufsetzen auf die andere Welle hinsichtlich seiner Drehposition kontrolliert, in dem die Dichtspalte zwischen den beiden Drehkolben überprüft werden. Falls ein durch Fertgungstoleranzen hervorgerufener Drehversatz erkennbar ist, wird einer der Drehkolben wieder abgezogen und eine mit einem Ausgleichsversatz versehene Paßfeder 10 eingesetzt. Dieses Einjustieren kann unabhängig voneinander bei jedem Drehkolbenpaar 4, 5, 6 nacheinander vorgenommen werden. Somit lassen sich bei normaler Fertigungsqualität mit den üblicherweise auftretenden Fertigungstoleranzen mehrstufige Drehkolbenpumpen herstellen, die wegen der genau einjustierbaren Dichtspalte einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.

Je nach Drehversatzrichtung der beiden miteinander formschlüssig zu verbindenden Teile - Drehkolben und Welle - kann die mit seitenversetzten Eingreifabschnitten 12, 14 versehene Paßfeder auch gewendet werden, um einen Seitenversatz in die eine oder andere Drehrichtung zu bewirken.

Der der Auslaßöffnung zugeordnete Drehkolben kann Klauenzähne mit in Umfangsrichtung größerer Erstreckung aufweisen, wodurch ermöglicht ist, die Auslaßöffnung entsprechend größer auszubilden. Dies trägt mit zu einem verbessertem Wirkungsgrad der Pumpe bei, da hier geringere Druckverluste auftreten.

Die Anordnung mehrerer Pumpenstufen innerhalb eines Aggregates hat den Vorteil, daß mehrere voneinander unabhängige Verbraucher gleichzeitig bedient werden können, wobei nur ein Antriebsmotor erforderlich ist. Die Anzahl der Pumpenstufen kann je nach Anzahl der zu bedienenden Verbraucher variiert werden.

Mehrere Pumpenstufen innerhalb des Pumpenaggregates und die damit verbundene hohe Leistungsdichte machen es erforderlich, die durch die Kompression entstehende Wärme möglichst klein zu halten durch einen hohen Wirkungsgrad und andererseits die entstehende Wärme unschädlich ableiten zu können.

Insbesondere die Wellendichtungen 17, 17a sowie die Lager 18, 18a für die Wellen 7 und 8 sollten vor übermäßiger Hitzeeinwirkung geschützt sein, um eine lange Lebensdauer des Aggregates sicher­ zustellen.

Um eine Wärmeübertragung von dem Pumpenstufenabschnitt 19 des Aggregates auf den motorseitigen Pumpenabschnitt 20, in dem sich außer dem Getriebe 9 zwei Wellen-Lager 18 und, benachbart zu diesen, Wellendichtungen 17 befinden, kleinzuhalten, sind im Verbindungs­ bereich kleinflächig gehaltene Anlage-Abstützungen 21 vorgesehen, durch die nur in geringem Maße Kontaktwärme übertragen werden kann und eine gute Wärmeabkopplung erreicht wird.

Weiterhin sind in diesem Verbindungsbereich Hohlräume 22 mit nach außen führenden Kühlkanälen 23 vorgesehen. Die Kühlkanäle können eine Verbindung zur Außenatmosphäre darstellen, so daß in den Hohlräumen 22 Umgebungsluft zirkulieren kann. Gegebenenfalls kann an die Kühlkanäle aber auch eine Fördereinrichtung zur Erzeugung eines Kühlluftstromes angeschlossen sein. Schließlich besteht auch noch die Möglichkeit, ein flüssiges Kühlmedium in die Hohlräume 2 zu leiten. Damit ist eine wirksame Wärmeabkopplung des Pumpen­ abschnittes 20 von dem Pumpenstufenabschnitt 19 möglich.

Der am motorfernen Ende des Aggregates befindliche Pumpenabschnitt 24, in dem die Lager 18a und die Wellendichtungen 17a untergebracht sind, weist ebenfalls nur kleinflächige Anlageabstützungen 21a auf und es sind auch hier zu Hohlräumen 22a führende Kühlluftöffnungen 26 vorgesehen. Zur zusätzlichen Kühlung der motorseitigen und der motorfernen Pumpenabschnitte dienen Lüfter 25.

Claims (2)

1. Drehkolbenpumpe (2) mit mehreren auf parallelen Wellen (7, 8) angeordneten Drehkolbenpaaren (4, 5, 6), deren Drehkolben (4a, 4b/5a, 5b/6a, 6b) berührungsfrei und zentrisch in kreisförmigen Gehäuseabschnitten, welche Pumpenkammern bilden, über ein Synchronisationsgetriebe synchron gegenläufig rotieren, wobei die Drehkolben über Nut-Feder-Verbindungen mit der zugeordneten Welle drehfest verbunden sind und dazu jeweils eine Paßfeder (10) vorgesehen ist, die einerseits in eine Wellennut (11) und andererseits in eine Drehkolbennut (13) eingreifende Eingreifabschnitte (12, 14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einjustieren der Drehlage der Drehkolben auf der jeweils zugeordneten Welle Paßfedern (10) mit unterschiedlichem Seitenversatz ihrer Eingreifab­ schnitte (12, 14) vorgesehen sind, die wahlweise einsetzbar sind, und daß das Maß des maximalen Seitenversatzes der Eingreifabschnitte der Paßfedern im wesentlichen der maximal auftretenden, zu einem Drehversatz führenden Toleranz entspricht.

2. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paßfedernsatz vorgesehen ist, dessen einzelne Paßfedern (10) einen Seitenversatz der Eingreifabschnitte (12, 14) insbesondere in 1/100 mm oder 2/100 mm -Stufungen aufweisen und vorzugsweise einen Seitenversatz von 0 mm ±0,005 mm bis wenigstens 0,08 mm bei einer Toleranz von insbesondere ±0,005 mm aufweisen.