WO2007128303A1

WO2007128303A1 - Drehkolbenmaschine

Info

Publication number: WO2007128303A1
Application number: PCT/DE2007/000861
Authority: WO
Inventors: Felix Arnold
Original assignee: Cor Pumps and Compressors AG
Current assignee: Cor Pumps and Compressors AG
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2008-11-10
Also published as: US20100034680A1; EP2016287B1; KR101424008B1; CA2651130C; EP2016287A1; BRPI0709777B1; US8360748B2; WO2007128303B1; BRPI0709777A2; JP5175839B2; CN101443554A; KR20090011024A; CA2651130A1; JP2009536286A; MX2008014324A; CN101443554B

Abstract

Es wird eine elektrisch angetriebene, als Drehkolbenpumpe oder Drehkolbenverdichter arbeitende Drehkolbenmaschine vorgeschlagen, mit einem eine elektrische Spule (2) aufnehmenden Grundgehäuse (1) und einem Pumpenkopf (3), wobei der Pumpenarbeitsraum vorzugsweise durch eine Trochoidenverzahnung der Rotoren (15, 17) begrenzt ist. Erfindungsgemäß ist der meist verhältnismäßig günstig herstellbare Pumpenkopf (3) als Wegwerfteil ausgebildet und weist deshalb zum aufwendigeren Grundgehäuse (1) hin eine Schnelllösverbindung (7, 10, 11, 12, 14) auf.

Description

COR pumps + compressors AG; 70173 Stuttgart

Drehkolbenmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren an einer Drehkolbenmaschine, bzw. einem Herstellungsverfahren desselben, bzw. einer Drehkolbenmaschine zur Durchführung der Verfahren, nach der Gattung des Hauptanspruchs (WO 05/024236 Al), des Anspruchs 10 bzw. des Anspruchs 3.

Ein nicht unerhebliches Problem auf dem gattungsgemäßen Gebiet von Pumpen und Verdichtern entsteht immer dann, wenn es sich bei den zu fördernden Stoffen um giftige, auch zähe bzw. nur unter hohen Temperaturen förderbare Stoffe handelt, die das Reinigen der rotierenden Teile vor hohe Anforderungen stellt, bzw. es überhaupt schwierig oder gar unmöglich macht. Hinzu kommen Entscheidungsprobleme bei Vergleichen der Werte der zu fördernden Stoffe mit dem Wert der Maschine und eventuell dem Austausch derselben. Dies gilt insbesondere beim Einsatz für pharmazeutische Stoffe, aber auch für bestimmte, meist unter hoher Temperatur zu fördernde Kunststoffe. Ein erhebliches Problem ist das Reinigen der Pumpteile. Dies besteht auch darin, dass bei der Verwendung von Reinigungssäuren odgl. die Pumpteile entsprechend resistent sein müssen. Auch hierfür sollten die verbleibenden Resträume der Pumpe, d. h. die schädlichen Räume, so klein wie möglich sein, und sollten wenn möglich gegen Null gehen. In der Praxis versucht man dem zu begegnen, indem für die Drehkolbenmaschinen Edelstahl oder teure resistente Stoffe verwendet werden.

Der Erfindung zugrundliegende Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei einer Drehkolbenmaschine der gattungsgemäßen Art, insbesondere unter Überwindung der Voreingenommenheit der Fachwelt, ein Einsatz-, bzw. Herstellungsverfahren, bzw. eine spezielle Konstruktion zu entwickeln, über die eine derartige Drehkolbenmaschine einem breiten Nutzungsbereich zugeführt werden kann.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Durch die erfindungsgemäßen Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 10, bzw. die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine nach Anspruch 3 wird diese Aufgabe gelöst.

Es ist zwar an sich bekannt, bei einer elektrisch angetriebenen Pumpe den die vom Strom durchströmte die elektrisch gesteuerte Spule aufnehmenden, meist fest angeordneten aufwendigen Gehäuseteil mittels eines topfförmigen Spaltrohres von dem rotierenden, den Permanentmagneten aufnehmenden Leistungsrotor zu trennen (DE 603 00 780 T2, bzw. AT 28 11 84), wobei es allerdings dort um ein völlig anderes Problem geht, nämlich um das Kühlen elektrischer Teile derartiger Spaltrohrpumpen und nicht, wie bei der Erfindung, um eine kostensparende Gestaltung durch die Kombination eines als Wegwerfteil vorgesehenen "billigen" Pumpenkopfes mit einem aufwendigen Pumpengehäuse, was gegebenenfalls ortsfest ist. Wichtig für die Erfindung ist, dass nach Lösen des Pumpenkopfes vom Grundgehäuse die vom zu fördernden Medium durchströmten Arbeitsräume auf dem Grundgehäuse zugewandten Seite verschlossen sind, sodass beispielsweise Säuren udgl. in dem Wegwerfteil verbleiben und mit diesem entsorgt werden können. Bei den bekannten Spaltrohrmotoren (DE 603 00 780 D2 und AT 28 11 84) taucht lediglich der Spalttopf bei geschlossenem Zustand der Pumpe in die elektrisch gesteuerte Wicklung ein, wobei jedoch das die Stromspule aufnehmende Gehäuse kein Grundgehäuse bildet, so dass bei Entfernen des die elektrisch durchströmte Spule aufnehmenden Teils der Pumpenkopf in Bezug auf die zu fördernden Medien nicht mehr geschlossen ist.

Es ist außerdem bekannt bei einer medizinischen Dosierpumpe für flüssige Medikamente Pumpeneinheit und Motor bzw. die Wirkverbindung zwischen Motor und Pumpe lösbar zu gestalten, um dadurch, soweit es die Pumpe betrifft, eine wegwerfbare Einwegeinheit zu erzielen, die von der teueren Antriebseinheit (Elektromotor) trennbar ist, so dass Letzterer wiederverwendet werden kann (DE 199 16 876 Al). Allerdings handelt es sich hier um eine Schlauchpumpe, bei der das Merkmal, dass der Pumpenkopf als Wegwerfteil ausgebildet ist, bereits entnehmbar ist, wobei jedoch es sich weder um eine Schnelllöseverbindung handelt, abgesehen davon, dass natürlich derartige lediglich durch den Förderschlauch nach außen abgedichtete Pumpen einen sehr engen Einsatzbereich aufweisen und in Bezug auf die Erfindung einer anderen Gattung von Pumpen zuzuordnen ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Rotoren eine ineinandergreifende Trochoidenverzahnung (Zykloidenverzahnung) auf. Eine solche Drehkolbenmaschine ist zwar bekannt (siehe Gattung WO 05/024236 Al) mit dem großen Vorteil, dass die verbleibenden Resträume der Pumpe, d. h. die schädlichen Räume, sehr klein sind, wobei jedoch in Bezug auf die Erfindung eine erhebliche Voreingenommenheit der Fachwelt für solche trochoidischen Drehkolbenmaschinen besteht, insbesondere in Bezug auf Nutzungsverfahren, Herstellungsverfahren oder Konstruktion.

Der sehr schwierig zu lösenden Anforderung eines gegen Null gehenden schädlichen Raums werden nur wenig bekannte Drehkolbenmaschinen gerecht (DE AS 10 11 896, NSU; WO 2005/024236 Al, COR), indem die Zähne der rotierenden Teile zykloidenförmig, bzw. trochoidenförmig ausgebildet sind und durch Abrundung der Zähne abdichtend ohne zusätzliche Dichtmittel in die Zahne des anderen rotierenden Teils greifen. Bei diesen bekannten Drehkolbenmaschinen kann der schädliche Raum deshalb bis auf Null reduziert werden.

Eine solche Drehkolbenmaschine mit trochoidenförmig ausgebildetem Rotor weist zwar den Vorteil des geringen schädlichen Raums auf, löst jedoch damit noch nicht oben genanntes Problem, insbesondere bei Förderung von Stoffen unter hohen Temperaturen (Kunststoffen) oder aggressiven Materialien. Bei der Trochoidenverzahnung handelt es sich jedoch im Gegensatz zu den bekannten Pumpen um eine aufwendige Präzisionspumpe, deren Gestaltung als Wegwerfteil für den Fachmann ungewöhnlich ist, so dass hier eine Voreingenommenheit der Fachwelt zu überwinden war. Die sich aus der der Erfindung zugrundliegenden Aufgabe ergebende Lösung, nämlich den aus Trochoidenteilen bestehenden Pumpenkopf als Wegwerfteil auszubilden und diesen mit dem Grundgehäuse deshalb mit einer Schnelllösverbindung zu verbinden, ist für den Fachmann ungewöhnlich, wobei Schnellverbindungen zwischen Motor und speziellen Pumpen in unterschiedlichster Art, wie oben erwähnt, bekannt sind.

Eine entsprechend dem Anspruch 3 zu gestaltende Drehkolbenfördermaschine mit topfförmig ausgebildetem Spaltrohr zur Erleichterung des Austausches des Pumpenkopfes ist ein zusätzlicher Gedankenschritt, der deshalb ungewöhnlich ist, weil der vom zu fördernden Substrat durchströmte Pumpenkopf durch seine erfindungsgemäße Austauschbarkeit keine gedankliche Verbindung zur Funktion des bekannten Spaltmotors bildet, da für den Fachmann bei den bekannten Pumpen das Spaltrohr während des Betriebes das strömende Medium den elektrischen Teil vom Pumpenteil hermetisch abtrennen soll.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird somit beim Austausch des Pumpenkopfes als Wegwerfteil das Spaltrohr mit Rotoren und Permanentmagnet aus dem Grundgehäuse herausgezogen, wonach dann das Austauschteil eingesetzt wird. Um den erfindungsgemäßen Austausch des Pumpenkopfes zu erleichtern ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung die Verbindung zwischen Grundgehäuse und Pumpenkopf als eine Schnellverbindungskupplung ausgebildet, die an entsprechenden Vorrichtungen von Grundgehäuse und Pumpenkopf angreift.

Eine diesbezügliche vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist derart, dass sich die Vorrichtung zur Verbindung der Gehäuse von

Grundgehäuse und Pumpenkopf an den sich berührenden

Stirnflächen zwischen Grundgehäuse und Pumpenkopf befinden, dass die Gehäuse in dem sich berührenden Bereich einen einander zugeordneten äußeren Wulst oder Flansch aufweisen und dass die Gehäuse über einen diese Wülste oder Flansche übergreifenden, tangential verkürzbaren Ring axial zusammenspannbar sind.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht in einem Herstellungsverfahren, bei dem diese Kunststoffteile des Pumpenkopfes und/ oder Spalttopfes Werkzeug fallend hergestellt sind. Eine solche Herstellung ist besonders vorteilhaft anwendbar bei den Trochoiden verzahnten Rotoren, bei denen abgerundete Zahne auf glatten Flächen ablaufen mit linienförmigen Arbeitsraum begrenzendem Formschluss zwischen Flanken und Zahnkämmen der einander gegenüberliegenden Zahne, was einer Werkzeug fallenden Herstellung einschließlich der Gehäuseteile des Pumpenkopfes und Spalttopfes entgegenkommt. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung entnehmbar. Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Drehkolbenförderpumpe in

Explosionsdarstellung und im Längsschnitt;

Fig. 2 die Schnellschlussverbindung zwischen Grundgehäuse und Pumpenkopfgehäuse in der Draufsicht und

Fig. 3 die Drehkolbenförderpumpe entsprechend dem Schnitt

A aus Fig. 2 in zusammengebautem Zustand.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Wie in Fig. 1 in Explosionsdarstellung gezeigt, weist die erfindungsgemäße Drehkolbenförderpumpe ein Grundgehäuse 1 auf, mit welchem die Pumpe entsprechend ortsfest verankerbar ist und in welchem die elektrisch steuerbare Spule 2 eines Elektromotors angeordnet ist. Im rechten Teil der Explosionsdarstellung ist ein Pumpenkopf 3 dargestellt, der durch ein topfförmiges Spaltrohr 4 verschließbar ist. Zwischen einem fianschförmigen Abschnitt 9 des Spaltrohres 4 und einer dem Abschnitt 9 des Spaltrohres 4 zugewandten ebenen Stirnfläche 8 des Pumpenkopfes 3 ist eine Ringdichtung 5 in einer Stirnringnut 6 des Pumpenkopfes 3 angeordnet. Der Pumpenkopf 3 weist dafür einen Ringwulst 7 auf, an dem die Stirnfläche 8 vorhanden ist und der zum Eingreifen eines Spannringes 10 dient, der andererseits an einem Ringwulst 11 des Grundgehäuses 1 angreift.

Der Spannring 10 ist bei 12 einseitig offen und durch eine Schraube, die tangential in eine Öffnung 13 einsetzbar ist, in seinem Umfang verkürzbar. Der Spannring 10 weist außerdem konisch verlaufende Stege 14 auf, so dass eine Verkürzung des Umfangs des Spannrings 10 und durch sein Eingreifen an den Ringwülsten 7 und 11 von Pumpenkopf 3 und Grundgehäuse 1 zu deren Zusammenspannen führt.

Der Pumpenkopf 3 nimmt einen Leistungsrotor 15 mit einem Permanentmagneten 16 in einem topfförmigen Abschnitt des Spaltrohres 4 auf, sowie einen durch den Leistungsrotor 15 mit angetriebenen Gegenrotor 17 mit dessen Drehlager 18.

In Fig. 2 ist insbesondere der Spannring 10 dargestellt mit seiner offenen Seite 12.

Bei der in Fig. 3 im Zusammenbau und im Längsschnitt gezeigten Version ist besonders gut erkennbar, dass nach Lösen des Spannringes 10 der Pumpenkopf 3 einschließlich dem vom zu fördernden Medium durchströmten Bereich abtrennenden Spaltrohr 4 in einfacher Art aus dem Grundgehäuse- 1 und der elektrischen Spule 2 herausziehbar ist.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht nur auf Spaltrohrmaschinen eingeschränkt ist, sondern auch Drehkolbenmaschinen erfasst, bei denen die Abdichtung zwischen dem auszutauschenden Pumpenkopf und dem Grundgehäuse durch andere bekannte Mittel erfolgt. Maßgebend ist die einfache und praktische Austauschbarkeit des Pumpenkopfes mit Abtrennung des Strömungsmediums. Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszahlenliste

1 Grundgehäuse

2 Spule

3 Pumpenkopf

4 Spaltrohr

5 Ringdichtung

6 Stirnringnut

7 Ringwulst von 3

8 Stirnfläche

9 Flanschabschnitt

10 Spannring

11 Ringwulst von 1

12 offene Seite von 10

13 Öffnung

14 Stege

15 Leistungsrotor

16 Permanentmagnet

17 Gegenrotor

18 Drehlager

Claims

Ansprüche

1. Verfahren an einer insbesondere elektrisch angetriebenen als Drehkolbenpumpe oder Drehkolbenverdichter arbeitenden Drehkolbenmaschine , mit einem fest anordbaren Grundgehäuse (1) mit elektrisch steuerbaren Spule für den elektrischen Antrieb im Grundgehäuse (1) und mit einem am Grundgehäuse (1) angeordneten und die den Arbeitsraum begrenzenden Rotoren (15, 17) der Drehkolbenmaschine aufnehmenden Pumpenkopf (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkopf (3) als Wegwerfteil ausgebildet ist, dass zum einfachen Austausch des Pumpenkopfes (3) die Anordnung zur Verbindung zwischen Grundgehäuse (1) und Pumpenkopf (3) eine Schnelllösverbindung (7, 10, 11, 12, 14) aufweist und dass beim Austausch des Pumpenkopfes (3) nach Lösen desselben vom Grundgehäuse (1) die Arbeitsräume im Pumpenkopf (3) auf der dem Pumpengehäuse (1) zugewandten Seite verschlossen (4) sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren eine ineinandergreifende

Trochoidenverzahnung (Zykloidenverzahnung) aufweisen.

3. Als Pumpe oder Verdichter arbeitende Drehkolbenmaschine, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem angetriebenen Trochoiden verzahnten Leistungsrotor (15), mit einem in die Verzahnung eingreifenden, dadurch entsprechend verzahnten Gegenrotor (17), mit einem zwischen den Rotoren angeordneten Arbeitsraum, mit einer Pumpenantriebseinrichtung (2, 16), mit Teile zur Steuerung der Pumpenantriebseinrichtung aufnehmenden Grundgehäuse (1), mit einem die Rotoren (15, 17) axial und radial lagernden Pumpenkopf (3) und mit einer lösbaren Verbindungseinrichtung (10) zwischen Grundgehäuse (1) und Pumpenkopf (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsrotor (15) Teil eines Spaltmotors mit Spaltrohr (4) ist, dass das Spaltrohr (4) mit einem radial verlaufenden Abschnitt (4) zwischen einander zugewandten Seiten von Grundgehäuse (1) und Pumpenkopf (3) verläuft und dass die Pumpenantriebseinrichtung durch das Spaltrohr (4) in im Leistungsrotor (15) angeordneten Magnetteil (16) und in im Grundgehäuse (1) angeordneten Strom durchflossenen Spuhlenteil (2) geteilt ist.

4. Drehkolbenfördermaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Grundgehäuse (1) und Pumpenkopf (3) als eine Schnellverbindungskupplung (10) ausgebildet ist, die an entsprechenden Vorrichtungen (7, 11) von Grundgehäuse (1) und Pumpenkopf (3) angreift.

5. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorrichtung (7, 11) zur Verbindung von

Grundgehäuse und Pumpenkopf im Bereich der sich berührenden Stirnflächen (8) befinden, dass in dem sich berührenden Bereich ein einander zugeordneter äußerer Wulst (7, 11) oder Flansch vorhanden ist und dass diese Wülste (7, 11) oder Flansche über einen übergreifenden, tangential verkürzbaren Ring (10) axial zusammenspannbar sind.

6. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (10) als ein im Schnitt nach außen gewölbter, im Umfang an einer Stelle (12) offener Spannring ausgebildet ist, mit an der offenen Stelle (12) angeordneten und über eine Schraubvorrichtung miteinander verbundenen Radialstegen (14).

7. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltrohr (4) zur Aufnahme der Lagerung und des Permanentmagneten (16) des Leistungsrotors (15) topfförmig mit breitem, radial zwischen den Gehäusen eingespannten Flansch (9) ausgebildet ist.

8. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einander zugewandten Flächen von Spaltrohr (4) und Pumpenkopf (3) eine Dichtung angeordnet ist.

9. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung als Ring ausgebildet in einer

Stirnringnut angeordnet ist und dass die Stirnringnut auf der der dem Flansch (9) zugewandten Seite des Pumpenkopfes angeordnet ist um den gesamten Pumpenkopf nach der Demontage zu verschließen.

10. Herstellungsverfahren, insbesondere zur Anwendung eines der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens Leistungsrotor (15) und Gegenrotor (17), bzw. die beim Betrieb der Maschine mit den zu fördernden

Stoffen in Berührung kommenden Teile des Pumpenkopfes

(Leistungsrotor 15, Gegenrotor 17, Drehlagerung 18) aus

Kunststoff bestehen und im Spritzgussverfahren hergestellt werden.

11. Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese Kunststoffteile des Pumpenkopfes (3) Werkzeug fallend hergestellt werden.