DE102004016043A1

DE102004016043A1 - Pump with an impeller of elastomer material incorporates a modified pump cylinder and housing structure halving the deflection of the impeller blades

Info

Publication number: DE102004016043A1
Application number: DE200410016043
Authority: DE
Inventors: Josef Anton Ortner
Original assignee: Ortner Josef Anton Ing
Current assignee: Ortner Josef Anton Ing
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13

Abstract

The pump with an impeller of elastomer material incorporates a modified pump cylinder and housing structure halving the deflection of the impeller blades. The resultant performance losses are compensated by an increased number of impeller blades.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstansaugende Flügelradpumpe (Impellerpumpe) mit doppelter Wirkungsweise (Bi- oder Dual-System) für empfindliche (geringe Elastizität) Elastomere-Impellerlaufräder. Der Pumpenzylinder 11 (1) oder Gehäusemantel 12 (4) als Teil des Pumpengehäuses 10 weist eine innere Umfangsfläche 26 (Gleitfläche) auf, dessen Projektion (Peripherie p) aus Krümmungslinien (a, b, c) zusammengesetzter Kreissektoren (K1-K3) besteht (5). Durch die Symmetrielinien (x und y Koordinaten) wird der Querschnitt des Pumpenhohlraumes 13 in 4 spiegelbildliche Teil-Querschnittsflächen A, B, C, D, oder durch die x-Achse in 2 symmetrische Querschnittsflächen D, A und B, C geteilt, die die 2 Arbeitsquerschnitte für je ein Pumpsystem darstellen, in dessen Hohlräumen ein spannungsreduziertes Flügelrad 24, für beide Systeme, rotiert, dessen Flügel 25, mit halber Durchbiegung (Federweg) f/2, und mit annähernd gleichem Anpressdruck P an die innere Umfangsfläche (Gleitfläche) 26 anliegen.The invention relates to a self-priming impeller pump with double action (bi or dual system) for sensitive (low elasticity) elastomer impeller wheels. The pump cylinder 11 ( 1 ) or housing shell 12 ( 4 ) as part of the pump housing 10 has an inner peripheral surface 26 (Sliding surface) whose projection (periphery p) consists of curvature lines (a, b, c) of composite circular sectors (K1-K3) ( 5 ). Through the symmetry lines (x and y coordinates) is the cross section of the pump cavity 13 in 4 mirror-image partial cross-sectional areas A, B, C, D, or divided by the x-axis in Fig. 2 symmetrical cross-sectional areas D, A and B, C, which represent the 2 working cross sections for each pumping system, in its cavities a voltage-reduced impeller 24 , for both systems, rotates whose wings 25 , with half deflection (travel) f / 2, and with approximately equal contact pressure P to the inner circumferential surface (sliding surface) 26 issue.

Das System dieser Flügelradpumpen ist bekannt- allerdings nur in der einfachen Ausführung (Wirkungsweise) (8). Ist der Wert des Elastizitätsmoduls E (abhängig vom Gleitmodul, Formfaktor und Shore-Härte) bei gewissen Elastomeren (z.B. Viton) sehr gering, kommt es zu einem vorzeitigen Bruch der Flügel, weil die Elastizitätsgrenze, durch Überdehnung und später eintretender Übermüdung, überschritten wird. Der derzeitige Stand der Technik nimmt diese kurzfristige Standzeit der Flügelräder aus Viton in Kauf, weil nur für diese Flügelräder kein entsprechendes Pumpengehäuse vorliegt, oder bei entsprechenden Gegenmaßnahmen mit dem vorhandenem Einfach-Pumpensystem die, bei analoger Pumpengröße, die Pumpenleistung derart schmälern würde, dass diese Bauweise wirtschaftlich nicht mehr tragbar wäre.The system of these impeller pumps is known - but only in the simple design (mode of action) ( 8th ). If the value of the modulus of elasticity E (depending on the sliding modulus, shape factor and Shore hardness) is very low for certain elastomers (eg Viton), the wings will prematurely break because the elastic limit is exceeded due to overstretching and later overtired fatigue. The current state of the art accepts this short-term service life of the impellers from Viton, because only for these impellers there is no corresponding pump housing, or with appropriate countermeasures with the existing single-pump system which would diminish the pump performance in analog pump size such that this Construction would not be economically viable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde:
Eine zuverlässliche Pumpe auch für empfindliche Elastomere ohne Leistungseinbußen zu schaffen, indem das Spannungspotential und proportional dazu das Fördervolumen um ca. die Hälfte reduziert, aber durch das zweifache System (Dual-System) (5) wieder kompensiert und die Standzeit, wie sie der Stand der Technik zur Zeit aufweist, erheblich verbessert wird.The invention is therefore based on the object:
To provide a reliable pump even for sensitive elastomers without sacrificing performance by reducing the voltage potential and proportional to the delivery volume by about half, but by the dual system (dual-system) ( 5 ) Compensated and the service life, as the state of the art currently has, is significantly improved.

Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, nicht nur die mechanische Zerstörung und die Flügel-Randspannungen, die sogar hochelastische Flügel zerstören, zu eleminieren, wie in der Patentanmeldung A160/2003, DPMA 103 11 655.9, beschrieben und geltend gemacht, sondern auch die Haupt-Biegespannungen der Flügel soweit zu reduzieren, sodass sie innerhalb ^der Elastizitätsgrenze operieren können, durch:

a.) eine 40-60%ige Verkürzung des Federweges f (Durchbiegung) (9) der Flügel
b.) die Optimierung (Ausbildung) der parallelen Flügelstärke _"s" nach Form gleicher Festigkeit" um einen annähernd gleichen Anpressdruck P an die Gleitfläche wie im Einfachsystem, durch konstante Biegespannung σ = M/W [N/cm²] entlang der Flügellänge I, zu erhalten – (d.h. das Flächenträgheitsmoment [cm⁴] wächst proportional zum Biegemoment M[Ncm]
c.) Erhöhung der Flügelanzahl 25 am Flügelrad 24 (7) als notwendige Maßnahme wegen der kürzeren Abstände zwischen Saug- und Druckzonen (Krümmungslinie c) und gleichzeitig den Belastungsanteil pro Flügel zu vermindern.
d.) durch die geometrische Formgebung des Pumpenhohlraum-Querschnittes in 4 spiegelbildliche Teil-Querschnittsflächen A, B, C, D, davon die 2 symmetrischen Querschnittsflächen (durch die y-Achse) D, A und B, C als Arbeitsquerschnitt für je ein Pumpensystem dienen.

The invention solves the problem by eliminating not only the mechanical destruction and the wing edge stresses that destroy even highly elastic wings, as described and claimed in the patent application A160 / 2003, DPMA 103 11 655.9, but also the main To reduce bending stresses of the wings so that they can operate within ^the elastic limit, by:

a.) a 40-60% shortening of the spring travel f (deflection) ( 9 ) the wing
b.) the optimization (training) of the parallel wing thickness _" s" according to the same strength "by an approximately same contact pressure P to the sliding surface as in the single system, by constant bending stress σ = M / W [N / cm ² ] along the blade length I , - - (ie the moment of area [cm ⁴ ] increases in proportion to the bending moment M [Ncm]
c.) Increase the number of blades 25 on the impeller 24 ( 7 ) as a necessary measure because of the shorter distances between suction and pressure zones (curvature c) and at the same time to reduce the load share per wing.
d.) by the geometric shape of the pump cavity cross-section in 4 mirror-image partial cross-sectional areas A, B, C, D, of which the 2 symmetrical cross-sectional areas (through the y-axis) D, A and B, C as working cross-section for each pump system serve.

Die im Pumpenzylinder 11 oder Gehäusemantel 12 paarweise auftretenden und querschnittsreduzierten Ein- und Austrittsöffnungen 15, 16 sind jeweils um 180° versetzt angeordnet. Diese Ein- und Austrittsöffnungen 15, 16 pro System werden über die Saug- und Druckkanäle 17, 18 mittels Überströmkanäle 21, 22 miteinander verbunden.The in the pump cylinder 11 or housing jacket 12 in pairs and cross-section reduced inlet and outlet openings 15 . 16 are each arranged offset by 180 °. These inlet and outlet openings 15 . 16 per system are via the suction and pressure channels 17 . 18 by means of overflow channels 21 . 22 connected with each other.

Ein weiterer Vorteil dieses Doppel-Systems ist die biegespannungsfreie Antriebs- bzw. Motorwelle, weil keine Radialkräfte auftreten.One Another advantage of this double system is the non-bending stress Drive or motor shaft, because no radial forces occur.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand konstruktiver Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:In the drawing is the invention with reference to constructive embodiments shown. Show it:

1) Eine erfindungsgemäße Flügelradpumpe in geschnittener Stirnansicht mit dem symmetrisch angeordneten Pumpenraum (45° geneigt), die abnehmbaren Saug- und Druckkanäle 17, 18 das Flügelrad 24 mit dem spannungsreduzierten halben Federweg (f/2) und mit _"Form gleicher Festigkeit" ausgebildeten Flügeln 25, und die jeweils um 180° versetzten Ein- und Austrittsöffnungen 15, 16. 1) An impeller pump according to the invention in a sectional end view with the symmetrically arranged pump chamber (45 ° inclined), the removable suction and pressure channels 17 . 18 the impeller 24 with the tension-reduced half spring travel (f / 2) and with _" shape of equal strength" formed wings 25 , and each offset by 180 ° inlet and outlet openings 15 . 16 ,

2) Einen Längsschnitt durch die Pumpe ohne Laufrad mit den zwei Druckkanälen 18 und den dazugehörigen ringförmigen Überströmkanal 22 im Querschnitt, ebenso den Überströmkanal 21 im Querschnitt für die Saugkanäle 17. 2) A longitudinal section through the pump without impeller with the two pressure channels 18 and the associated annular overflow 22 in cross section, as well as the overflow channel 21 in cross section for the suction channels 17 ,

3) Einen längsgeschnittenen Grundriss mit den Saugkanälen und den dazugehörigen Überströmkanal 21. 3) A longitudinally cut floor plan with the suction channels and the associated overflow channel 21 ,

4) Einen Querschnitt durch einen Pumpengehäusemantel 12 mit den abnehmbaren reduzierten Saug- und Druckstutzen (Pat. Anmeldung A160/2003, DPMA 103 11 655.9). Dieser Pumpentyp eignet sich besonders gut zum Mischen (Zusammenführen oder Trennen) verschiedener- oder gleicher Flüssigkeiten (10). 4) A cross section through a pump pengehäusemantel 12 with the removable reduced suction and discharge nozzles (patent application A160 / 2003, DPMA 103 11 655.9). This type of pump is particularly suitable for mixing (combining or separating) different or the same liquids ( 10 ).

5) Die Pumpenzylinder-Geometrie mit dem 2-fach (Dual) System mit den 4 spiegelbildlich geformten Teilquerschnittsflächen oder den 2 symmetrischen Arbeitsflächen D, A und B, C für je ein System und den diametral versetzten Ein- und Austrittsöffnungen 15, 16 innerhalb der Wendepunkte W 5) The pump cylinder geometry with the 2-fold (dual) system with the 4 mirror-image shaped partial cross-sectional areas or the 2 symmetrical work surfaces D, A and B, C for one system and the diametrically offset inlet and outlet openings 15 . 16 within the turning points W

6) Den Pumpenzylinder 11 mit den ein- oder mehrreihigen siebartig angebrachten Durchgangsbohrungen als Ein- und Austrittsöffnungen 15, 16 und den Durchgangsöffnungen 19, 20 für die Überströmkanäle 21, 22. 6) The pump cylinder 11 with the single or multi-row sieve-like attached through holes as inlet and outlet openings 15 . 16 and the passage openings 19 . 20 for the overflow channels 21 . 22 ,

7) Das Flügelrad mit erhöhter Flügelanzahl und deren „Form gleicher Festigkeit" mit reduzierten Randspannungen, die bereits in der Pat. Anmeldung A160/2003 und DPMA 103 11 655.9 beschrieben und geltend gemacht worden sind. 7) The impeller with increased number of blades and their "shape of equal strength" with reduced edge stresses, which have already been described and claimed in the Pat. Application A160 / 2003 and DPMA 103 11 655.9.

8) Einen Flügelrad- Querschnitt gebräuchlicher Flügelformen mit der parallelen Wandstärke „s" und dem extremen Federweg f für hochelastische Elastomere als Vergleich zu 9 8th) A Flügelrad- cross-section of common wing shapes with the parallel wall thickness "s" and the extreme travel f for highly elastic elastomers as compared to 9

9) Einen Flügelrad-Querschnitt im erfindungsgemäßen Pumpenzylinder für 2 Systeme mit reduziertem Federweg (f/2) und mit der „Form gleicher Festigkeit" ausgebildet. 9) An impeller cross-section in the pump cylinder according to the invention for 2 systems with reduced spring travel (f / 2) and formed with the "shape of equal strength".

10) Zeigt Anwendungsbeispiele einer Impellerpumpe mit einem Gehäusemantel 12 (4) zu einem „Dual-System" ausgebildet:

a.) den Normalfall: gemeinsam (beide Systeme) ansaugen – gemeinsam weiterleiten (fördern)
b.) die Mischung: getrennt ansaugen verschiedener (oder auch gleicher) Flüssigkeiten gemischt weiterleiten.
c.) die Trennung: gemeinsam ansaugen – getrennt weiterleiten.
d.) die freie Variante: getrennt (lokalmäßig) ansaugen – getrennt weiterleiten – oder umgekehrt.

10) Shows application examples of an impeller pump with a housing jacket 12 ( 4 ) to a "dual system":

a.) the normal case: collectively (both systems) suck in - forward together (promote)
b.) the mixture: separately forward separately sucked different (or the same) liquids.
c.) the separation: suck in together - forward separately.
d.) the free version: separate (local) suction - forward separately - or vice versa.

Claims

pump cylinder 11 ( 1 ) or housing shell 12 ( 4 ) as part of the impeller (impeller) pump housing 10 formed into a dual-function element for sensitive (low elasticity) elastomer impeller impellers (eg made of Viton), characterized in that the pump cavity 13 , whose cross-section of composite circular sector surfaces (K1-K3), formed by the coordinates x and y, each having four mirror-image sub-sectional areas A, B, C, D, these surfaces through the y-axis to 2 symmetrical work surfaces D, A. and B, C are each divided into a system, which includes the dual geometry and twice the modified impeller pump system ( 5 ).

Pump cylinder or housing jacket according to claim 1, characterized in that for each half of the work (system half) D, A and B, C offset by 90 ° volume entry ( 15 ) and outlet openings 16 belong and these diametrically in the same function and form in the 2.System are arranged, wings gentle and cells - volume-related ( 23 ) each have only about half of the passage cross-section and these on the removable suction and pressure channels 17 . 18 with the overflow channels 21 . 22 connected to each other.

Pump cylinder or housing shell according to claim 1 and 2, characterized in that located in them, cross-section reduced inlet and outlet openings 15 . 16 from single or multi-row sieve-like through holes 15 . 16 consist and cross-sectional area (volume-related), can be easily placed between the turning points W in the suction and pressure zones.

Pump cylinder or housing jacket with a, for both systems, coaxially mounted, rotating impeller according to claim 1, characterized in that the increased number of wings ( 7 ) stress-reducing only with half deflection (spring travel) (f / 2) and yet with sufficient contact pressure P ( 9 ) on their inner peripheral surfaces (sliding surfaces) 26 both systems and per revolution, independently, twice the reduced volume 23 suck in and forward twice with pressure and thus compensate for the pump performance through the dual system (dual) again.

Pump cylinder or housing shell for "dual system" formed according to claim 2, characterized in that the inlet and outlet openings 15 . 16 1.a) by means of transfer channels, within the pump cylinder ( 1 - 3 b) by means of transfer passages outside the pump cylinder or pump housing 2) or not at all connected to one another, and this application variant is not only for conveying, but also for mixing (or merging) or separating, (locally independent) different or identical liquids ( Media), is suitable ( 10 ).