DE1302962B - - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Ausgleichsvorrichtung bei Exzenterschneckenpumpen mit in einem zylindrischen starren Statorgehäuse angeordnetem Stator aus elastischem Material, der von dem Statorgehäuse durch einen Zwischenraum getrennt ist, und mit einem Rotor, dessen äußere Schraubengänge den inneren Schraubengängen des Stators zur Förderung von Pumpenmedium gegenüberstehen.

Bei Pumpen dieser Art ist normalerweise der elastische Stator mit Paßsitz in das zylindrische Statorgehäuse eingeschoben. Dies bedeutet, daß die äußere Mantelfläche des Stators nicht mit Abdichtung an der Innenfläche des Statorgehäuses anliegt, sondern daß ein gewisses, wenn auch geringes Spiel um den Stator vorhanden ist, so daß. an dessen Außenseite sich ein schmaler Zwischenraum bilden kann. Dieser Zwischenraum ist nach der Auslauf- oder. Druckseite hin offen, da der Stator von der entgegengesetzten Seite eingeschoben ist. Wenn die Pumpe in Gang gesetzt wird und ein Druck sich an der Auslaufseite zu entwickeln beginnt, pflanzt sich dieser in dem Zwischenraum fort und erfaßt den Stator in einem äußeren »hydraulischen Griff«, wobei der Zustand statisch ist, so daß der Auslaufdruck an der gesamten Außenfläche des Stators vorherrscht. Dieser Druck wird durch die horizontale, gestrichelte Linie im Diagramm oben in der Figur dargestellt. Im Gegensatz hierzu, steigt der Druck im Inneren des Stators, d.h. im Pumpenraum, fortlaufend anwachsend von Null am Einlauf bis auf P_max am Auslauf, welches graphisch durch die ausgezogene Linie im Diagramm dargestellt ist. In der Nähe des~Eihlaufs wird der Stator somit einem Überdruck vpn_xaußen her ausgesetzt und wir ·., haben den Kontraktionsfall. Ih diesem Fall »drängt« der Schraubenkolben im Stator in der Nähe des Einlaufe, mit dem Ergebnis eines fallenden Pumpendrucks und verschlechterter Pumpenleistung. Wenn man jedoch andererseits die Mündung des Spalts zur Druckseite hin mit geeigneten Mitteln abdichtet oder das zylindrische Pumpengehäuse mit dem Stator umkehrt, so daß der Spalt an der Saugseite offen ist, so wird das Druckverhältnis umgekehrt und der Statorⁱ ' verformt sich dann an der Druckseite nach außen, d. h., er erfährt hier eine Ausdehnungsverformung (Expansionsfall). Die absolute Größe der Änderung ist zwar sehr klein, verursacht aber doch eine gewisse Leckage, die insbesondere über den Gewindespitzen der Schraubenkolbengänge und den Statorgewindegängen auftritt. Dies macht sich vor allem bei ziemlieh hohem Druck in der Größenordnung von 10 kg/cm² bemerkbar, so daß auch hier die Pumpenwirkung verschlechtert wird. Im Prinzip könnte man das Problem dadurch lösen, daß der Stator mit abdichtendem Preßsitz in sein hülsenförmiges Gehäuse . eingesetzt oder ganz einfach festvulkanisiert wird. Eine solche Lösung hat sich jedoch als praktisch undurchführbar erwiesen, da der Stator dadurch völlig »steif« wird und die Leistung der Pumpe sich stark verschlechtert. Aus pumpengeometrischen und anderen, bisher noch nicht völlig geklärten Gründen wird eine gewisse Nachgiebigkeit vom Stator gefordert und er darf nicht vollends festgespannt werden.

Diese Erscheinungen treten auch dann auf, wenn man hydraulische Ausgleichsvorrichtungen der eingangs genannten Art vorsieht, bei denen ein allseitig geschlossener Zwischenraum zwischen dem Stator und dem Statorgehäuse mit ruhendem hydraulischem Gegendruckmedium vorhanden ist. Dabei ist der ruhende hydraulische Gegendruck in dem Zwischenraum über die ganze Länge des elastischen Stators gleichbleibend, während der Druck in dem Innenraum des Stators von der Saugseite nach der Druckseite hin ständig ansteigt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist deshalb die Schaffung einer hydraulischen Ausgleichsvorrichtung der eingangs genannten Art, welche diese störenden Statorverformungen beseitigt und einen hohen Pumpendruck zuläßt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Zwischenraum an der Druckseite oder an der Saugseite des Pumpenförderraumes offen und an der der offenen Seite jeweils gegenüberliegenden starr befestigten Seite des Stators durch einen dünnen Kanal mit dem Pumpensaugraum bzw. Pumpendruckraum verbunden ist und daß der Zwischenraum so klein ist, daß das von der Druckseite mit erhöhtem Druck nach der Saugseite mit wesentlich niedrigerem Druck hindurchgeleitete Pumpenmedium auf den elastischen Stator einen von der Druckseite abnehmenden Außendruck ausübt, der an allen Stellen des Stators mit dessen Innendruck übereinstimmt.

Durch die Erfindung werden die Vorteile erzielt, daß der Stator am Einlauf nicht mehr radial nach innen bzw. am AusJauf nicht mehr radial nach außen gedrängt wird. Dadurch erhält man einen merkbar erhöhten Pumpendruck und einen verbesserten Wirkungsgrad.

Es ist zwar bekannt, bei Exzenterschneckenpumpen mit elastischem nur an der Saugseite gehaltenem Stator und zentrisch umlaufendem Rotor den Zwischenraum zwischen Stator und Gehäuse mit Pumpenmedium an der Druckseite zu füllen und dieses an der Saugseite durch Kanäle abzuleiten, um den elastischen Stator bei seinen exzenterförmigen Bewegungen möglichst reibungsfrei zu lagern. Das erfordert aber einen Zwischenraum mit verhältnismäßig großer radialer Ausdehnung, in welchem das Gegendruckmedium ebenfalls, wie bei den bekannten Pumpenausführungen, mit ruhendem Gegendruck über die ganze Länge des Stators gleichbleibenden hohen Gegendruck auf den elastischen Stator ausübt, so daß Druckausgleich zwischen Innen- und Außenseite des Stators wie bei den bekannten Pumpen dieser Art ebenfalls nicht erreicht wird und die durch den elastischen Stator angestrebte bessere Abdichtung des Rotors über dessen Länge nicht gleichmäßig ist und die Förderleistung der Pumpe ungünstig beeinflußt wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes dargestellt, in dem eine Ausführung einer Exzenterschneckenpumpe mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im vertikalen Längsmittelschnitt gezeigt wird und die zwischen dem Einlauf und dem Auslauf eintretende fortlaufende Drucksteigerung im Pumpenraum in einem darüber gezeichneten Diagramm veranschaulicht ist.

Das Pumpengehäuse der in der Zeichnung dargestellten Schraubenpumpe besteht aus drei Teilen, und zwar aus einem Einlaufteil 10, einem Auslaufteil 12 und einem dazwischenliegenden zylindrischen Statorgehäuse 14, wobei diese Teile durch (nicht gezeigte) Zugbolzen zwischen den Einlauf- und Auslaufteilen 10 und 12 zusammengehalten werden. In dem Statorgehäuse 14 ist ein elastischer Stator 16 (vorzugsweise aus einer verhältnismäßig harten Qualität von Kunststoffgummi) von der Einlaufseite her mit Paßsitz ein-

Claims (2)

gesetzt, der zwischen einem an einem Ende des Stators ausgebildeten äußeren Flansch 16 a an dem einen Ende des Statorgehäuses 14 und dem Einlaufteil 10 mit Abdichtung eingeklemmt ist. Am entgegengesetzten Ende wird das Statorgehäuse 14 durch einen O-Ring 14 a abgedichtet. Die innere Mantelfläche des Stators 16, welche nach außen hin den eigentlichen Pumpenraum begrenzt, ist als ein flach abgerundetes Schraubengewinde mit zwei Gängen ausgebildet. Diese innere Schraubenfläche wirkt mit einem Rotor 20 zusammen, dessen Außenfläche ebenfalls als Schraubengewinde ausgebildet ist, das jedoch nur einen Gang und eine Steigung hat, die nur der Hälfte derjenigen des Statorgewindes entspricht. Ferner ist die Spitze des Schraubenkolbengewindes schärfer zugespitzt als die Spitzen des Statorgewindes. Zwischen dem Rotor 20 und dem Stator 14 bilden sich geschlossene Hohlräume, welche während der Umdrehung des Rotors 20 sich fortlaufend in axialer Richtung vom Einlauf zum Auslauf während der Beförderung des Pumpenmediums verschieben. Während der Rotor 20 sich um seine Achse dreht, führt er gleichzeitig eine exzenterförmige Bewegung im Stator 16 mit dem Radius e aus. Um die notwendige exzenterförmige Bewegung des Rotors im Stator zu ermöglichen, wird er über eine geeignete Art von Gelenkkupplung angetrieben. Bei der gezeichneten Ausführungsform ist der Rotor 20 hohl ausgeführt, wobei der innere Hohlraum 22 zur Auslaufseite 12 a der Pumpe hin geschlossen, jedoch zu der gleichzeitig als Antriebsseite ausgebildeten Einlaufseite 10 a hin offen ist. Eine Zwischenwelle 24 ist zwischen dem Rotor 20 und einer Antriebswelle 26 eingeschaltet, wobei diese Zwischenwelle 24 an ihren Enden mit dem Rotor 20 an dessen Auslaufende bzw. mit der Antriebswelle 26 durch ein besonderes Kardan- oder Kreuzgelenk 30 verbunden ist, welches die durch die exzenterförmige Bewegung des rotierenden Kolbens 20 bedingte konische Pendelung der Zwischenwelle 24 aufnimmt. Erfindungsgemäß wird in dem Stator 16 ein dünner Kanal 18 vorgesehen, welcher den Statorflansch 16a, wie in der Zeichnung dargestellt, durchdringt. Dies bedeutet, daß jenes Gebiet der äußeren Mantelfläche des Stators 16, das von der Druckseite der Pumpe am weitesten entfernt liegt, durch den Kanal 18 mit der Niederdruckseite, d. h. dem Einlauf, in Verbindung steht. Wenn die Pumpe in Betrieb gesetzt wird und sich ein Druck im Ablauf zu entwickeln beginnt, wird somit ein kleiner Strom des Pumpenmediums an der Außenfläche des Stators entlang durch den äußerst dünnen Zwischenraum, welcher hier vorhanden ist, und durch den Kanal 18 zum Einlauf fließen. Der Zustand an der Außenfläche des Stators 16 ist jetzt dynamisch, und da die Länge des Zwischenraums, praktisch und durchschnittlich gesehen, über die Gesamtlänge des Stators 16 als konstant betrachtet werden kann, wird folglich der Druck im Spalt geradlinig vom Auslaufdruck Pmax bis zu dem im Einlauf herrsehenden Überdruck Null fallen. Die ausgezogene Linie im Diagramm, die, wie bereits erwähnt, die Druckverteilung im Pumpenraum vom Einlauf bis zum Auslauf angibt, stellt folglich gleichzeitig die Druckverteilung entlang der äußeren Mantelfläche des Stators 16 dar. Daraus geht hervor, daß der innere, im Pumpenraum herrschende, nach außen gerichtete Druck überall einem auf die Außenfläche des Stators 16 einwirkenden, entgegengerichteten Druck entspricht, welcher in jedem Punkt von derselben Größenordnung wie der innere Druck ist. Weder eine Ausdehnung noch eine Verengung des Stators 16 können somit vorkommen, sondern nur eine reine Zusammenpressung des Materials, welche in diesem Zusamenhang ohne Bedeutung ist. Durch die Erfindung wird somit ein hydraulischer Ausgleich des Stators erzielt, wodurch die elastische, den Arbeitsdruck herabmindernde Verformung in der einen oder anderen Richtung, die bisher bei Schraubenpumpen dieser Art vorkam, beseitigt wird. Umfassende praktische Versuche haben erwiesen, daß die Einführung dieses hydraulischen Ausgleichs in der Form eines langsamen Rückflusses des Pumpenmediums vom Auslauf bis zum Einlauf (eigentlich nur ein langsames Sickern) an der Statoraußenfläche entlang einen sehr bemerkenswerten Einfluß auf die Leistungsfähigkeit der Pumpe hat. Die Anbringung des Kanals 18 oder einer entsprechenden Verbindung ergibt unmittelbar eine Erhöhung des maximalen Arbeitsdruckes von 1 bis 2 kg/cm2 bei Pumpen, deren Arbeitsdruck in der Größenordnung von 8 bis 10 kg/cm2 liegt. Gleichzeitig fällt die erforderliche Antriebsleistung und ganz allgemein wird die Leistung der Pumpe verbessert. In der hier dargestellten Ausführungsform ist es empfehlenswert und praktisch, einen kleinen Kanal 18 anzubringen, während bei anderen Pumpenausführungen andere Arten von Verbindungen zwischen dem vorerwähnten Statorspalt und der Saug- und Druckseite der Pumpe zu empfehlen sind. Es bestehen, wie bereits angedeutet, keine Bedenken dagegen, daß der Stator völlig umgekehrt wird, so daß der mit dem Kanal 18 versehene Flansch 16 α an der Druckseite eingespannt ist. Die Strömung an der Statoraußenfläche entlang bleibt dieselbe. Gemäß der Erfindung kommt es somit im Prinzip darauf an, eine Strömung des Pumpenmediums an der Statoraußenfläche entlang vom Auslauf bis zum Einlauf zu erzielen und in der Praxis kann man dieses auch durch andere Verbindungsmittel als die hier beschriebenen erreichen. Patentansprüche:

1. Hydraulische Ausgleichsvorrichtung bei Exzenterschneckenpumpen mit in einem zylindrischen starren Statorgehäuse angeordnetem Stator aus elastischem Material, der von dem Statorgehäuse durch einen Zwischenraum getrennt ist, und mit einem Rotor, dessen äußere Schraubengänge den inneren Schraubengängen des Stators zur Förderung von Pumpenmedium gegenüberstehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (17) an der Druckseite (12a) oder an der Saugseite (10 a) des Stators (16) offen und an der der offenen Seite jeweils gegenüberliegenden starr befestigten Seite des Stators durch einen dünnen Kanal (18) mit dem Pumpensaugraum bzw. Pumpendruckraum verbunden ist und daß der Zwischenraum so klein ist, daß das von der Druckseite mit erhöhtem Druck nach der Saugseite mit wesentlich niedrigerem Druck hindurchgeleitete Pumpenmedium auf den elastischen Stator einen von der Druckseite abnehmenden Außendruck ausübt, der an allen Stellen des Stators mit dessen Innendruck übereinstimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit Halte- und Befestigungsflansch des Stators an der Einlaufseite der Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne Kanal (18) an dem Flansch (16 α) angeordnet ist und daß an der Druckseite der Zwischenraum (17) über den ganzen Umfang des Stators offen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen