DREHKOLBENPUMPE

Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem oder mehreren rotierbaren Kolben nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Ausgleich von verschleißbedingten Abnutzungen einer äußeren Polymerschicht eines Pumpenkolbens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Eine solche Pumpe ist bekannt aus der GB-A-1302087 (entspricht der DE-A-2002518 desselben Anmelders).

Bei Drehkolbenpumpen, insbesondere zur Förderung von feststoffbeladenen Flüssigkeiten, ist eine Abdichtung des oder der Rotationskolben gegenüber der Wandung des Pumpraums sowie bei mehreren Kolben auch gegeneinander erforderlich. Je besser die Abdichtung gegenüber der Wandung bzw. der Kolben untereinander ist, desto höher ist der erreichte Wirkungsgrad.

Die DE-A- 20 02 518 zeigt eine Elastomerbeschichtung für Drehkolben von Pumpen, die für die Förderung feststoffbeladener Suspensionen eingesetzt werden. Eine derartige Beschichtung kann elastisch nachgeben, sofern Feststoffpartikel in den Spalt zwischen dem Kolben und der Wandung bzw. in den Spalt zwischen den möglichst dicht zueinander beabstandeten Rotationskolben eindringen. Dadurch wird ein Blockieren der Rotationsbewegung durch Feststoffe vermieden.

Insbesondere durch derartig in den jeweiligen Spalt eindringende Feststoffe ist allerdings ein erhöhter Verschleiß der äußeren elastischen Schicht des oder der Kolben bewirkt. Mit zunehmendem Verschleiß wird die Dicke der Kunststoffschicht geringer, der Spalt zwischen den Kolben bzw. zwischen Kolben und Wandung damit vergrößert, wodurch der Wirkungsgrad der Pumpe sinkt. Ein dann notwendiger Austausch der Kolben ist jedoch sehr aufwendig.

Die EP 0 599 333 B1 zeigt daher Kolbenteile, die einzeln auswechselbar sind, ohne den gesamten Kolben auswechseln zu müssen. Hierfür sind beispielsweise die Flügelspitzen als aufschiebbare Dichtleisten ausgebildet, die in einer schwalbenschwanzförmigen Führung befestigt sind und bei Bedarf ausgetauscht werden können. Der Fertigungsaufwand einer derartigen Ausgestaltung ist jedoch sehr hoch. Bei mehrflügligen Kolben müssen zudem in der Regel alle Kolbenspitzen gleichzeitig ausgewechselt werden, so daß insgesamt der Wartungsaufwand für ein solches Aufwechseln erhöht ist, da die Anzahl der auszuwechselnden Teile gegenüber einem Austausch eines Kolbens erheblich angewachsen ist. Zudem ist die Ausbildung einer solchen Schwalbenschwanzführung fertigungstechnisch sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, dem verschleißbedingten Abnutzen einer äußeren Polymerschicht eines Pumpenkolbens mit möglichst wenig Aufwand entgegenzuwirken.

Die Erfindung löst dieses Problem durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 10 angegeben.

Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Pumpe ist ein Nachstellen einer äußeren Verschleißschicht des Kolbens ermöglicht. Durch bedarfsgerechtes Einbringen eines Stützkörpers in die vorgesehene Ausnehmung kann einer Materialverdünnung der Polymerschicht dahingehend Rechnung getragen werden, daß die Ausnehmung durch Einbringen des Stützkörpers aufgeweitet wird und dadurch die Polymerschicht auf in etwa ihre ursprüngliche Dicke gedehnt wird. Eine derartige Ausnehmung kann sich sowohl im wesentlichen entlang einer Anlagelinie des Kolbens an eine Wandung des Pumpraums erstrecken, also einer radialen Verdünnung der äußeren Polymerschicht durch Einbringen eines Stützkörpers entgegenwirken, als auch im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse angeordnet sein, so daß das Einbringen des Stützkörpers die quer zum axialen Verlauf gegen die Wandung des Pumpraums abdichtenden Kolbenbereiche, die ebenfalls einem Verschleiß ausgesetzt sind, aufweitet.

Wenn besonders vorteilhaft ein Sortiment verschiedener Stützkörper unterschiedlicher Ausmaße zur Verfügung steht, kann einer verschleißbedingten Materialverdünnung verschiedenen Ausmaßes Rechnung getragen werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus einem nachfolgend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des Gegenstandes der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1

eine schematische Draufsicht auf eine zweiflüglige Rotationskolbenpumpe mit jeweils einer die Kolben umgebenden Polymerschicht und achsparallel eingebrachten Stützkörpern,

Fig. 2

einen Kolben nach Fig. 1 in perspektivischer, teilweise aufgebrochener Darstellung,

Fig. 3

einen verwundenen Kolben mit seiner maximalen radialen Erstreckung folgenden Ausnehmungen und eingebrachten Stützkörpern in perspektivischer, teilweise aufgebrochener Darstellung,

Fig. 4

den schematischen Ablauf von ursprünglichem Zustand, außenseitig verschlissener Polymerlage und aufgeweiteter Polymerlage durch Einbringen eines vergrößerten Stützkörpers in schematischer, abgebrochener Draufsicht, darin

Fig. 4a

den ursprünglichen Zustand,

Fig. 4b

den Kolben bei teilweise verschlissener Polymerschicht,

Fig. 4c

den Kolben bei eingebrachtem Stützkörper vergrößerten Durchmessers und dadurch aufgeweiteter Verschleißschicht,

Fig. 5

eine Rotationskolbenpumpe mit einem vielflügligen und flexiblen Rotationskolben,

Fig. 6

einen Kolben in ähnlicher Ansicht wie in Fig. 1, wobei Kolbenaußenumfang und Polymerschicht aufeinander abgestimmt und verdrehgesichert gegeneinander gehalten sind,

Fig. 7

eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2 eines Kolbens, der an axial zueinander beabstandeten Randbereichen Ausnehmungen für Stützkörper aufweist, wobei sich die eingebrachten Stützkörper quer zur axialen Ausdehnung erstrecken,

Fig. 8

eine Draufsicht entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7.

Die Pumpe 1 gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführung weist einen Pumpraum 2 auf, in dem zwei gleichartig ausgebildete Kolben 3,4 aufeinander abrollen und eine Flüssigkeit von einem Eintrittsspalt 5 zu einer Austrittsöffnung 6 befördern. Die Kolben 3 und 4 sind dabei jeweils zweiflüglig ausgebildet, was allerdings nicht zwingend ist. Die Kolben laufen in Richtung der Pfeile 7,8 um die Drehachsen 9,10 um und sind lösbar über Paßfedern 11,12 auf den Wellen 13,14 gehalten.

Die Flügelspitzen 3a,3b bzw. 4a,4b werden während der Rotation in dichtem Abstand an den Wandungen 15,16 des Pumpraums 2 sowie an dem jeweils anderem Kolben 3 bzw. 4 vorbeigeführt. Außenseitig sind die Kolben 3,4 umlaufend - zumindest jedoch an den hoch belasteten Flügelspitzen 3a,3b bzw. 4a,4b - von einer elastischen Polymerschicht, insbesondere einer Elastomerschicht, umgeben. Diese dichtet die Kolben 3,4 gegeneinander sowie gegen die Wandungen 15,16 des Pumpraums 2 ab. In dem Kolben nach Fig. 1 (sh. auch Fig. 2) ist in den Flügelspitzen 3a,3b,4a,4b jeweils eine Ausnehmung innerhalb der Elastomerschicht 17,18 angeordnet, die sich parallel zur Drehachse 9 bzw. 10 erstreckt und zur Aufnahme eines Stützkörpers 20 vorgesehen ist. Die Ausnehmung 19 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel vollständig innerhalb der Elastomerlage 17. bzw. 18 angeordnet.

In Fig. 3 ist ein verwundener Kolben 103 dargestellt, der ebenfalls mittels einer Paßfeder 111 auf einer Welle 113 festgelegt ist und um eine Drehachse 109 drehbar ist. Die Ausnehmungen 119 sind dabei spiralförmig in die Flügelspitzen 103a,103b,103c, die sich ebenfalls spiralförmig bezüglich der Welle 113 erstrecken, eingebracht. Die hier gezeigten eingebrachten Stützkörper 120 können biegbar sein oder mit einer entsprechenden Krümmung gefertigt sein. Im Ausführungsbeispiel ist der Kolben 103 dreiflüglig. Dieses ist wiederum nicht zwingend. In einer Pumpe 1 können mehrere Kolben 103 aufeinander abgleiten.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 5) ist ein vielflügliger Kolben (achtflüglig) 203 einer Zellenpumpe dargestellt, der auf einer Welle 213 gehalten ist und in Richtung 207 um eine Drehachse 209 umläuft. Der Kolben 203 zeigt dabei eine Oberflächenlage, die vollständig aus einem Polymer besteht und den Kolben 203 im wesentlichen vollständig umfaßt. In die Kolbenspitzen 203a bis 203h sind Ausnehmungen 219 jeweils achsparallel eingeformt, die zur Aufnahme von Stützkörpern 220 dienen können.

In Fig. 6.ist ein weiterer Kolben 303 dargestellt, der insgesamt dem Kolben 3 in Fig. 1 im wesentlichen entspricht, jedoch Einformungen 321 und 322 an den Flügelspitzen 303a und 303b aufweist, um dadurch einen sicheren Halt gegen ein Abheben der Polymerlage 317 und auch eine Verdrehsicherung der Polymerlage 317 zu gewährleisten. Am unteren Ende in Fig. 6 (Flügelspitze 303a) ist eine Ausnehmung 319, die als achsparalleler Kanal ausgebildet ist, vor Einbringen eines Stützkörpers gezeigt. Eine Abflachung der äußeren Polymerlage 317, begründet durch Verschleiß, ist hierbei sichtbar. An der oberen Flügelspitze 303b ist die Situation nach Einbringen eines Stützkörpers 320 dargestellt, wodurch die Ausnehmung 319 aufgeweitet ist und somit eine Dehnung der umliegenden Elastomerschicht in Richtung des Pfeils 323 bewirkt ist.

In Fig. 7 ist ein Kolben 403 dargestellt, dessen Ausnehmungen 419 senkrecht zur Drehachse 409 verlaufen, so daß durch Einbringen von Stützkörpern 420 eine Aufweitung der oberen und unteren Begrenzungsebene, die senkrecht zur Drehachse 409 liegt, bewirkt wird, wodurch dann an Stelle oder in Ergänzung zur Aufweitung der Flügelspitzen auch eine Aufweitung der quer verlaufenden Flächen möglich ist.

In Fig. 4 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausgleich von Abnutzungen der äußeren Polymerschicht dargestellt: In Fig. 4a ist die Polymerschicht 17 auch im Bereich der Flügelspitze 3a intakt und weist ihre volle ursprüngliche Breite auf. In die Ausnehmung 19 ist ein dem Durchmesser des durch die Ausnehmung 19 gebildeten Kanals entsprechender Stützkörper, beispielsweise ein Stahlstift oder auch ein Stift aus Kunststoff, eingebracht.

In der Darstellung nach Fig. 4b ist die Polymerlage 17 verdünnt, es bildet sich ein Spalt zwischen der Wandung 15 und der äußeren Begrenzung des Kolbens 3 aus.

Deswegen wird der Stützkörper 20 entfernt und ein im Umfang erweiterter Stützkörper 20a eingesetzt, der durch seinen größeren Durchmesser eine Aufdehnung der Ausnehmung 19 und somit auch der sie umgebenden Polymerschicht 17 bewirkt, so daß diese den entstandenen Spalt wieder schließt (Fig. 4c).

Dabei kann entweder ein vorhandener Stützkörper 20 gegen einen erweiterten Stützkörper 20a ausgetauscht werden, oder es ist auch möglich, daß ursprünglich noch kein Stützkörper 20 in die Ausnehmung 19 einvulkanisiert worden ist. Dann kann entweder eine bestehende Bohrung durch Einbringen eines dieser gegenüber ein Übermaß aufweisenden Stützkörpers 20a aufgeweitet werden, oder es wird dann erst eine Bohrung von beispielsweise 2 mm bis 3 mm Durchmesser eingebracht und ein Übermaßstützkörper 20a von beispielsweise 10 mm bis 12 mm in die Ausnehmung eingeschoben. Dadurch, daß bei diesem Verfahren das Ausschieben des im Durchmesser geringer bemaßten früheren Stützkörpers 20 entfällt, kann ein derartiges Aufweiten der Polymerschicht 17 ohne Ausbau des jeweiligen Kolbens 3,103,203,303,403 erfolgen.

Besonders vorteilhaft werden als Stützkörper 20,20a mit einem selbstschneidenden Gewinde versehene Gewindestifte verwendet. Diese können auch bei eingesetztem Kolben 3 aus den Ausnehmungen 19 wieder herausgedreht werden, so daß auch auf diese Weise ein Ausschieben eines Stützkörpers 20, der einen Ausbau des Kolbens 3 erfordern würde, entbehrlich ist beim Austausch von Stützkörpern 20,20a. Auch Stützkörper mit Gewinde können aus verschiedenen Materialien bestehen und gegebenenfalls gekrümmt sein.

Es kann ein Sortiment von Stützkörpern 20,20a,120,220,320,420 unterschiedlicher Durchmesser - mit oder ohne Gewinde - bereitgehalten werden. Zur Entscheidung, welcher eingepaßt werden soll, wird zunächst der Spalt zwischen der Wandung 15 und der Elastomerlage 17 ausgemessen und dann der entsprechend passende Stützkörper 20 bzw. 20a,120,220,320,420 gewählt.

Der Stützkörper muß nicht die in Fig. 4c gezeigte kreisrunde Querschnittsgestalt haben, sondern kann auch in Anpassung an den verdünnten Bereich beispielsweise eine ovale, elliptische oder anders geformte Umfangsgestalt haben. Auch ist es möglich, nebeneinander mehrere Ausnehmungen 19 vorzusehen, wodurch der aufgedehnte Bereich insgesamt vergrößert wird.

Insgesamt ist eine elastische Verformung der Lage 17 erreicht, die damit eine Ausdehnung nach außen erfährt und somit verschleißbedingte Materialverdünnungen ausgleicht.