旋转凸轮泵的制作方法

专利名称：旋转凸轮泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转凸轮泵。
背景技术：
旋转凸轮泵是在工业中用于食品、药物和其它类似物料的正排量 泵。当处理这些物料时，避免与其它物料的交叉污染和化学作用是很重 要的。已知的旋转凸轮泵为用户的拆解提供了一定的准备。这样，可以对 泵的与泵送的材料接触的部件进行分批清洗和消毒。伴随这类清洗和消 毒过程的问题在于消耗时间且易于出错。清洗过程的任何错误都可能导 致泵送的材料的污染和/或产品的损失。通常，旋转凸轮泵的各部件以高尺寸精度和低误差制造出。凸轮转 子和泵腔壁的形状受到精确的控制，以便实现所期望的低噪声、低磨损 和高效率的特征是尤其重要的。在已知的泵中，所需的精度通过金属精加工组件，例如不4秀钢实现。 发明内容根据本发明，提供有一种用于旋转凸轮泵的外泵壳的插入件，该插 入件包括由塑料材料(或塑性材料)制成的箱体，该箱体具有进口端、 出口端和确定泵腔的内表面；以及一对设置成用于在泵腔内旋转的凸轮转子，其中该箱体包括孔，凸轮转子可通过该孔被转动地驱动，使得凸 轮转子啮合在一起用于将流体从进口端泵送到出口端。因而本发明提供了 一种塑料插入件，该插入件包括在正常运转期间 与泵送的材料接触的旋转凸轮泵的所有部件。该插入件不包括不与泵送 的材料接触的泵的部件，这些部件包括驱动装置。该插入件可与相关的 泵体一起使用，以提供可运转的旋转凸轮泵。该插入件可在成批的泵送的材料之间更换以防止交叉污染。在某些实施例中，该插入件是可任意 处理的、"一次性使用"的产品，并且可进行预先消毒并在密封的包装 中提供。
该箱体由两个焊接在一起的外壳形成。可选地外壳可通过螺栓连接 在一起，其间设有密封件。在任一种情况下，外壳可以是模制部件，这些部件具有在0.5mm-10.0mm范围内的额定壁厚，优选在0.8mm-8.0mm范围内，最优选在1mm-5mm范围内的额定壁厚。具有这才羊壁它的形状的强度。然而，该插入件可容纳在泵的更石更的外泵壳中以提 供附加支撑。该箱体的外表面可包括凸起部分，用于将插入件定位在外泵壳中。 而这些凸起部分的尺寸精度可得到精确控制。该箱体的外表面也可包括 加强筋。进口端和出口端中的每一个可包括可分离的密封装置，用于防止使 用前泵腔产生污染。在使用前可将该密封装置即时分离。凸轮转子可由刚性的塑料材料制成，并且可以是例如模制而成的。 每个凸轮转子包括一用于接纳驱动轴的轴向孔。在这种情况下，每 个凸轮转子的轴向孔与箱体的相应的孔对准，以使得驱动轴能够被转子转子的轴向l可设有套管，、该;管i有比转子的轴向长度更长的轴向长度。该套管可由金属制成，例如不锈钢，以为抵靠其作用的密封件提供 一表面。每个凸轮转子可包括一成整体的轴向轴，通过该轴向轴设置有孔， 即以套管的形式。每个凸轮转子的轴向轴转动地安装在箱体的 一个相应 的孔或各孔中，以保持转子和箱体中的孔对齐。转子和箱体之间的边界可形成用于泵送的材料的密封。还可在边界 处设置用于改进密封性能的单独的唇形密封件。泵腔和转子的凸轮可沿轴向方向从插入件的前端到后端逐渐变 细。采用这种配置，该插入件仅可从一个方向插入到外泵壳中。这样的 配置也可筒化箱体的模制并使插入件在外泵壳中发生堵塞的风险变得 最小。转子凸轮的尖端可在轴向方向设置一定的锥度，且转子凸轮的根部 可在轴向方向设置一定的相反的锥度。这样，就使转子间的间隙最小， 因而使从出口端到进口端的泄漏减少。根据本发明的另 一方面，提供有与上述的插入件一起使用的旋转凸
轮泵体，该泵体包括驱动装置，该驱动装置具有一对设置成用于旋转 的平行输出轴；和外泵壳，该外泵壳具有内表面，用于容纳、接触和支 撑插入件，使得每个输出轴与一个相应的凸轮转子接合，用于驱动该凸 轮转子。泵体包括通常不与泵送的材料接触的泵的部件。可设置一^^紧机 构，用于将该插入件精确保持在轴向方向上。每个输出轴可包括用于驱动 一个相应的凸轮转子的键槽。外泵壳的 内表面可包括凸起部分，用于定位插入件。该外泵壳可由金属材料制 成。泵体还可包括一个封闭板，用于将插入件保持在外泵壳内。此时， 每个输出轴可设有一弹性装置，例如压缩弹簧或垫圈，用于促使该插入 件抵靠在封闭板上。该封闭板可设置止推轴承，以避免转子和封闭板之 间的摩擦。根据本发明的另 一 方面，提供有包括上述的插入件和上述的旋转凸 轮泵体的旋转凸轮泵，其中，插入件容纳在外泵壳的内表面中并与之接 触，使得每个输出轴与一个相应的凸轮转子接合，用于驱动该凸轮转 子。


现在仅通过实例，参照附图对本发明的实施例进行说明，其中 图1是一起提供了根据本发明的旋转凸轮泵的泵体和插入件的透视图；图2是表述图1所示的插入件的主要部件的透^L图； 图3是分解透视图，更详细地示出了图1所示的插入件的各部件； 图4是一起提供了根据本发明的另 一旋转凸轮泵的部分泵体和插入 件的透视图；图5a和5b示出了在根据本发明的另一插入件的转子和箱体之间提 供密封的配置；图6a和6b示出了用于控制根据本发明的另 一插入件的转子和箱体 之间的轴向间隙的配置；以及图7a和7b示出了用于控制根据本发明的另 一插入件的转子和箱体 之间的轴向间隙的另 一 种配置。
具体实施方式
本发明提供了一种旋转凸轮泵，该旋转凸轮泵包括一个泵体和一个 插入件。该泵体包括通常不与泵送的材料接触的泵的各部件。该插入件 是塑料部件，其包括与泵送的材料发生接触的泵的各部件，即泵腔和凸 轮转子。该插入件容纳在该泵体的外泵壳中，并通过其进行支撑。图1示出了一个根据本发明的旋转式凸轮泵1。凸轮泵1包括一个泵体3和一个塑料插入件5。泵体3包括呈齿轮箱7形式的驱动装置。齿轮箱7在其一端具有一 个输出轴9，而在其另一端具有两个输出轴11、 13。齿轮箱7配置成使 得输出轴ll、 13以相同的角速度但在相反方向上转动。输出轴ll、 13 设有键(图中未示出)，用于转动地驱动其它部件。上述的泵体1的各方面特征是常见的，且因此对于本领域技术人员 来说将是熟悉的。因此，对于齿轮箱7和输出轴11、 13的结构和操作 的详细说明将在本说明书中略去。泵体3还包括一个用于接纳塑料插入件5的外泵壳15。该外泵壳15 是一个用螺栓连接到该齿轮箱7的单独的部件。外泵壳15包括有内表面，内表面确定了用于容纳插入件5的底部 和侧面。外泵壳15由金属制成，且底部和侧面具有较高的刚度和尺寸 精度。齿轮箱7的输出轴11、 13通过外泵壳15的底部突伸出。外泵壳 15的相对侧面设有切口 ，用于容纳插入件5的进口端和出口端。泵体3还具有呈托架17形式的安装装置。托架17用于将泵体3连 接到一个刚性基座上(图中未示出)。图2以部件的形式示出了塑料插入件5，而图3更详细地和以分解 的形式示出了插入件5。从图中可以看出，插入件5包括第一和第二模制的塑料外壳19、 21。第一外壳19包括确定泵腔的底部和侧面的内表面。第一外壳19还 包括设置在泵腔的相对侧面上的进口端和出口端23、 25。第二外壳21实际上是用于第一外壳19的盖，且其被焊接到第一外 壳19上，以提供一个密封的连接。第二外壳21的外表面包括加强筋24。外壳19和21都包括用于接纳在图1中所示的泵体3的驱动轴11、 13的圆孔。外壳的壁厚大约2毫米(mm)。再次参见各附图，插入件5还包括一对凸轮转子27、 29。每个转子 27、 29包括两个凸耳(或凸轮或者叶片)，凸耳配置成当它们在相反的 方向上旋转时一起相啮合，以提供一个抽吸(或泵吸)作用。该抽吸作 用将泵送的材料从进口端23泵送到出口端25。转子的特殊形式对于旋 转凸轮泵领域内的技术人员将是非常熟悉的，因此有关的详细的说明将 从本说明书中略去。凸轮转子27、 29是与整体轴向轴27a、 29a—起模制而成的塑料部 件。每个轴27a、 29a的每一端容纳在外壳19、 21中的对应孔中。唇形 密封件31设置位于转子27、 29和外壳19、 21之间的每个轴27a、 29a 的每一端上，以密封泵腔。插入件5的形状制作成，使得它可以配装到泵体3的外泵壳15中， 其间具有微小的间隙，但不需要过盈配合。实际上，插入件5的第一外 壳19的外表面和外泵壳15的内表面设计成，使得它们实际上在几乎整 个区域上接触。插入件5的第一外壳19和泵体3的外泵壳15在轴向方 向都设置有一个微小的锥度。这个锥度使得插入件5能够更容易地且没 有被卡住地容纳在该外泵壳15中。在使用中，泵体3通常在工业过程中作为固定装备使用。特别地， 泵体3设置在尽管清洁但没有杀菌的环境中。插入件5被作为一个密封 包装中的预杀菌产品提供。将插入件5从包装中取出，并插入到泵体3的外泵壳15中，使得 驱动轴ll、 13被转子27、 29接纳。然后将插入件5的进口端23和出 口端25连接到管路到，要被泵送的材料从该管路泵送并泵送到该管路 中。插入件5的泵腔处于最短时间的污染风险下。一旦连接好后，泵体3和插入件5就可作为一个通常的旋转凸轮泵 运行。更确切地，泵体的输入轴9转动地驱动，且齿轮箱7将该转动传 递到在相反方向上旋转的输出轴11、 13上。输出轴ll、 13在相反方向 上驱动凸轮转子27、 29以输送泵送的材料。在使用期间，插入件5的泵腔内部的压力增加。通常，这个压力会 引起薄壁的外壳19、 21的变形。然而，第一外壳19由外泵壳15的内 表面支撑。没有通过刚性外泵壳15支撑的更小的第二外壳21包括加强 筋24。由于这些特征，泵腔的尺寸精度得以保持。此外，如果它们的壁厚得到控制，塑料外壳19、 21的尺寸精度是
不重要的。这是因为，在使用中，由于泵腔内的高压，外壳19、 21与 外泵壳15的精密表面保持一致。图4示出了一个泵体103的一部分和一个插入件105,它们一起提 供了一个根据本发明的可选的旋转凸轮泵101。除了外泵壳115的内表 面和插入件105的外表面设有用于将插入件105放置在外泵壳115内的 凸起部分131、 133之外，泵体103和插入件105与上面参照图1到3 描述的那些特征相同。例如通过在模制或铸制(或模塑或铸塑)之后的 切削加工，使得凸起表面131、 133的尺寸精度能够得到精确地控制。 凸起表面131、 133可具有过盈配合。图5a和5b分别以组装和分解的形式示出了一种配置，用于在根据 本发明的转子217和另一插入件的箱体(图中未示出)之间提供一个改 进的密封。参见这些附图，其中示出了连接到一个驱动轴211的一个插 入件的转子217,驱动轴211可形成插入件或泵体的一部分。为了更清 楚，插入件和泵体都没有示出，但是它们的构造与图1中所示的类似。 特别需要注意地是， 一个泵会包括图5a和5b中所示的一对转子217和 驱动轴211的配置。在转子217中形成一个轴向孔，用于容纳驱动轴211,该孔设有一 个不锈钢套管235。套管235通过一个穿过转子217和套管235的销4丁 237轴向地设置在该孔内。多个0型密封环239设置在套管235和转子 217之间以及销4丁 237和转子217之间，用于密封以防止泵送的流体的 进入。驱动轴211的自由端面设有一个狭槽241，用于与销钉237接合以 驱动转子217。 一单独的定位片243设置成用于将销钉237对中到驱动 轴211的狭槽241内。从图5a中可以看出，套管235的轴向长度大于转子217的长度， 使得在组装的情况下，该套管在轴向方向上延伸越过转子217的两个 面。套管235的这些暴露的表面可设置有例如上面参照图3描述的那些 密封件。通过为密封件提供金属表面实现密封，密封性能得到改进，尤 其对于润滑性能较差的泵送流体，例如水。图6a和6b示出了一个用于控制位于根据本发明的一个转子317和 另一插入件305的一个塑料箱体之间的轴向间隙的配置。参见这些'附 图，其中示出的一个泵体303具有一个外泵壳315和一对驱动轴311,
图中4又<又示出了其中一个驱动轴311。驱动轴311 _没有一个台肩345， 在该台肩上安装有一个压缩弹簧垫圈347。泵体303还包括一个封闭板349,用于4氐靠泵体303的外泵壳315 夹紧。封闭板349包括一个止推轴承351,其内圈设有套环353。泵体303的外泵壳315内设有一个插入件305,插入件305包括一 塑料箱体和一对安装在该箱体内的转子317,图中仅仅示出了其中一个 转子317。转子317设有一整体模制的轴向轴355,其在两个轴向方向 上从转子317伸展出。轴向轴355设有一个用于接纳泵体303的驱动轴 311的轴向孔。在转子317和箱体之间设置有参照图3所述类型的密封 件331。在"f吏用中，如图6a中所示，插入件305容纳在泵体303的外泵壳 315中，且泵体303的轴311容纳在转子317的轴向孔中。此时，促4吏 转子317的轴向轴355的第一端>|氏靠安装在泵体303的驱动轴311上的 压缩弹簧垫圏347上。这种抵靠作用导致转子317的相对轴向端面支靠 在插入件305的内表面上，如图6a所示。接下来，调整封闭板349的套环353的轴向位置，使得它支靠在转 子317的轴向轴355的第二端上，并克服压缩弹簧垫圏347的作用力使 转子317位移，直到在转子317的轴向端面和插入件305的内表面之间 形成一个受控的缝隙，如图6b所示。这样，转子317的端面和插入件 305的内表面之间的轴向间隙能够得到精确地设定和控制。图7a和7b示出了根据本发明的另 一个用于控制一个转子417和另 一个插入件405的塑料箱体之间的轴向间隙的配置，其中插入件与图6a 和6b中所示的插入件相类似。参见图7a和7b,其中示出了一个具有一 个外泵壳415和一对驱动轴411的泵体，图中^5U又示出了其中一个驱动 轴411。驱动轴411设有一个台肩445，该泵体还包括一个用于抵靠该 泵体的外泵壳415夹紧的封闭板449。该泵体的外泵壳415内设有一个插入件405,插入件405包4舌一塑 料箱体和一对安装在该箱体内的转子417,图中仅仅示出了其中一个转 子417。转子417设有一整体模制的轴向轴455,其仅在一个远离该泵体的 封闭板449的轴向方向上从转子417伸展出。轴向轴355形成有一个用 于接纳泵体的驱动轴411的轴向孔。一个周向凸缘457设置在轴向轴455
的端部，该周向凸缘的外表面设置成支靠在形成于驱动轴411的台阶445上。在转子417和插入件405的塑料箱体之间设置有密封件431a、431b。密封件431a、 431b包括一个固定部件431a和一个移动部件431b,其中，固定部件431a连接到塑料箱体的面对转子417的周向凸缘457的一个凸缘459上，而移动部件431b连4妄到转子417的轴向轴455上。在转子417转动期间，固定部件431a的一个接触表面摩擦移动部件431b的一个接触表面。两个接触表面足够的平，以避免泵送的流体在其间泄漏。这种类型的密封件对于本领域技术人员而言是非常熟悉的，因此省 略了对其的详细描述。在使用中，如图7a中所示，插入件405容纳在泵体的外泵壳415 中，且泵体的轴311容纳在转子317的轴向孔中。如图中所示，在将封 闭板449抵靠泵体的外泵壳415夹紧之前，通过一个座放在轴向轴455 的周向凸缘457上的弹性件447的作用力，促使密封件431a、 431b的 固定部件431a和移动部件431b与塑料箱体的周向凸缘459 —起抵靠在 转子417上。接下来，调整封闭板449的轴向位置，使得它支靠在塑料箱体的一 个表面上或抵靠该表面夹持，如图7b中所示。当封闭板449轴向上被 移动时，它克服弹性件447的作用力使插入件405的塑料箱体位移。然 而，通过转子417的周向凸缘457支靠驱动轴411的台阶445上使转子 417的轴向位置固定住。因此，将插入件405的塑料箱体相对于转子417 位移。这样，转子417的端面和插入件405的内表面之间的轴向间隙能 够得到精确地设定和控制。上面已经对本发明的示意性实施例进行了说明。本领域技术人员将 会意识到在不偏离由所附的权利要求限定的本发明的范围的条件下，可 对这些实施例进行各种修改和变型。例如，在上述实施例中，使用^T建将驱动轴连接到转子。然而，也可 采用其它可选连接装置，例如卡爪等。上述的插入件由两个焊接在一起的模制的塑料外壳制成。然而替代 地这些外壳可以用螺栓连接在一起，其间设有密封件。上述的插入件的第二外壳包括加强筋，因此不通过泵体的外泵考支 撑。然而，外泵壳可选地(或附加地)具有为第二外壳提供支撑的端盖。 泵体可设有卡紧机构，用于保持外泵壳和插入件的表面紧密接触。 用于插入件的箱体和转子的适宜材料包括聚醚醚酮(PEEK)和乙酰同聚物，例如聚曱醛(Delrin)。然而，其它材料也适合于箱体和转 子，例如金属，陶瓷制品和复合材料。
权利要求
1. 一种用于旋转凸轮泵的外泵壳的插入件，所述插入件包括 由塑料材料制成的箱体，所述箱体具有进口端、出口端和确定泵腔的内表面；以及一对设置成用于在所述泵腔内旋转的凸轮转子，其中所述箱体包括孔，凸轮转子可通过所述孔被转动驱动，使得所 述凸轮转子啮合在一起用以将流体从所述进口端泵送到所述出口端。
2. 根据权利要求1所述的插入件，其特征在于，所述箱体由两个 焊接在一起的外壳组成。
3. 根据权利要求2所述的插入件，其特征在于，所述外壳是塑料 模制部件。
4. 根据权利要求1或2所述的插入件，其特征在于，所述外壳具 有在0.5mm- 10.0mm范围内的额定壁厚。
5. 根据前述权利要求中的任一项所述的插入件，其特征在于，所 述箱体的外表面包括凸起部分，用于将所述插入件定位在所述外泵壳 中。
6. 根据前述权利要求中的任一项所述的插入件，其特征在于，所 述箱体的外表面包括加强筋。
7. 根据前述权利要求中的任一项所述的插入件，其特征在于，所 述进口端和所述出口端的每一个包括可分离的密封装置，用于防止使用前所述泵腔产生污染。
8. 根据前述权利要求中的任一项所述的插入件，其特征在于，所 述凸轮转子由塑料材料制成。
9. 根据前述权利要求中的任一项所述的插入件，其特征在于，每 个所述凸轮转子包括用于接纳驱动轴的轴向孔；且其中，每个所述凸轮 转子的所述轴向孔与所述箱体的相应孔对准。
10. 根据权利要求9所述的插入件，其特征在于，每个所述凸轮转 子的所述轴向孔包括用于驱动所述凸轮转子的键槽。
11. 根据权利要求9或10所述的插入件，其特征在于，每个所述 凸轮转子还包括成整体的轴向轴，通过所述轴向轴设置有孔。
12. 根据权利要求11所述的插入件，其特征在于，每个所述凸轮 转子的轴转动地安装在所述箱体的相应孔中。
13. 根据前述权利要求中的任一项所述的插入件，其特征在于，所 述泵腔和所述凸轮转子的凸轮沿轴向方向从所述插入件的前端到后端 逐渐变细，使得所述插入件仅可从一个方向插入到所述外泵壳中。
14. 一种与前述权利要求中的任一项所述的插入件一起使用的旋转 凸轮泵体，所述泵体包括驱动装置，所述驱动装置具有一对设置成用于旋转的平行输出轴；和外泵壳，所述外泵壳具有内表面，用于容纳、接触和支撑所述插入 件，使得每个所述输出轴与相应的凸轮转子接合，用于驱动所述凸轮转 子。
15. 根据权利要求14所述的旋转凸轮泵体，其特征在于，每个所 述输出轴包括用于驱动相应凸轮转子的键槽。
16. 根据权利要求14或15所述的旋转凸轮泵体，其特征在于，所 述外泵壳的内表面包括用于定位所述插入件的凸起部分。
17. 根据权利要求14到16中的任一项所述的旋转凸轮泵体，其特 征在于，所述外泵壳由金属材料制成。
18. —种包括根据权利要求1到13中的任一项所述的插入件和根 据权利要求12到15中的任一项所述的旋转凸轮泵体的旋转凸轮泵，其 中，所述插入件容纳在所述外泵壳的内表面中并与其接触，使得每个所 述输出轴与相应的凸轮转子接合，用于驱动所述凸轮转子。
19. 根据权利要求1到13中的任一项所述的插入件，其特征在于， 所述插入件是消过毒的，并装在密封的包装中。
20. 根据权利要求9所述的插入件，其特征在于，所述转子的所述轴 向孔设有套管，所述套管具有比所述转子的轴向长度更长的轴向长度。
21. 根据权利要求14到18中的任一项所述的旋转凸轮泵体，其特 征在于，其还包括封闭板，用于将所述插入件保持在所述外泵壳内，其 中，每个所述输出轴可设有弹性装置，用于促使所述插入件抵靠在所述 封闭板上。
22. 根据权利要求11或12所述的旋转凸轮泵体，其特征在于，所 述轴向轴每一个设有凸缘，且其中所述插入件还包括配置在所述凸攀和 所述箱体的外表面之间的弹性装置，用于促使所述转子抵靠在所述箱体 的内表面上。
全文摘要
本发明提出一种旋转凸轮泵，该旋转凸轮泵包括具有驱动装置和外泵壳的泵体，以及可被替换的插入件。该插入件包括由塑料材料制成的箱体，其具有进口端，出口端和确定泵腔的内表面；以及一对设置成用于在泵腔内旋转的凸轮转子。该箱体包括孔，凸轮转子可通过该孔被转动驱动，以使得凸轮转子啮合在一起用于将流体从进口端泵送到出口端。
文档编号F04C15/00GK101122288SQ200710141199
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月13日 优先权日2006年8月11日
发明者L·毕晓普, M·杨 申请人:Itt制造企业公司