DE4237966A1 - Exzenterschneckenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Exzenterschneckenpumpe mit einem starren, als z. B. eingängige Schnecke ausgebil­ deten, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Rotor und einem eine gummielastische Auskleidung auf­ weisenden Stator, dessen den Rotor aufnehmender lichter Raum die Form eines z. B. zweigängigen Steilgewindes und eine Querschnittsfläche aufweist, die im wesentlichen von einer Rechteckfläche und zwei an deren einander gegenüberliegenden gedachten Kanten anschließenden Halbkreisflächen gebildet ist, wobei die die beiden Halbkreisflächen miteinander verbindenden Kanten der Rechteckfläche im wesentlichen von den beiden Halbkreisflächen ausgehend zum Inneren der Querschnitts­ fläche des lichten Raumes des Stators hin konvex vor­ gewölbt ist.

Bei derartigen Pumpen haben die konvex vorgewölbten Kanten eine Steigerung der Förderleistung zur Folge, weil diese Kanten der Tatsache Rechnung tragen, daß das Maß der durch die Kanten bewirkten Verengung des lichten Raumes etwa proportional der jeweils angrenzenden Schichtstärke des gummielastischen Werkstoffs des Stators ist. Die durch die konvexen Flächen bedingte größere Pressung des gummielastischen Werkstoffes am Rotor verringert also die sog. Spaltverluste und steigert demgemäß die Pumpenleistung. Diesem Vorteil steht allerdings der Nachteil gegenüber, daß die Reibungs­ verluste der Pumpe umso größer sind, je mehr und stärker der elastische Werkstoff an dem Rotor anliegt, was sich insb. bei längeren Pumpen z. B. mit mehreren Metern Wirklänge besonders nachteilig auswirkt.

Aufgrund der Erfindung sollen diese Nachteile besei­ tigt werden; es sollen vergleichsweise verminderte Reibungsverluste in Kauf genommen werden, ohne aber gleichzeitig größere Spaltverluste hinnehmen zu müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß die Vorwölbung der Kanten am saugseitigen Ende kleiner als am druckseitigen Ende des Stators, wobei am saugseitigen Ende keine oder praktisch keine Vorwölbung vorgesehen sein kann.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der Druck innerhalb des Stators von der Saugseite aus gesehen zum druckseitigen Ende des Stators hin größer wird. In den Bereichen geringeren Innendruckes, in denen die Spaltverluste ohnehin gering sind, sind aufgrund der Erfindung keine bzw. nur geringe Vorwölbungen vorgesehen, und zwar mit entsprechend geringen Reibungs­ verlusten, während in den Statorbereichen größeren Innendrucks und den dort eintretenden größeren Ver­ drängungen des Elastomers für eine gute Abdichtung Sorge getragen wird.

Es sei noch erwähnt, daß das Maß der Vorwölbungen etwa 1-4% der Wandstärke des jeweils angrenzenden Elastomers ausmachen kann, daß aber wiederum eine Anpassung an die Verformbarkeit des gummielastischen Werkstoffs und die Druckhöhen bzw. effektiven Längen der Statoren geschehen muß.

Die Änderung der Vorwölbung kann dabei stufenweise - über die Länge der Statoren gesehen - erfolgen, jedoch ist es auch möglich, die Änderung allmählich zu vollziehen, also z. B. die Vorwölbung langsam vom Wert 0 mm auf den Wert von etwa 4% der vorerwähnten Wandstärke des Elastomers ansteigen zu lassen.

Wichtig ist auch, daß es zur Vermeidung der Spaltver­ luste im Regelfalle nicht erforderlich ist, die Kontur des Pumpenhohlraumes im Bereich der beiden an den Durch­ messer des Rotors angepaßten Halbkreislinien zu ver­ ändern, also zur Erhöhung der Vorspannung den gegenseitigen Abstand der beiden Halbkreislinien zu vermindern, weil in diesen Querschnittsbereichen die Wandstärken des Elastomers vergleichsweise klein sind und dementsprechend weniger gut verformt werden können.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen

Fig. 1 eine Exzenterschneckenpumpe im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Stator und den Rotor am saugseitigen Ende der Pumpe bei A und

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Stator und den Rotor am druckseitigen Ende der Pumpe bei B.

Das Grundgestell der Pumpe weist einen Lagerbock 1 auf, der zur Lagerung der Antriebswelle 2 dient. Sie hat einen herausgeführten Stutzen 2′, an dem der Antriebsmotor angeflanscht wird. Das in den Saugraum 3 der Pumpe hineinragende Ende der Antriebswelle 2 ist mit 4 bezeichnet. Der Ansaugstutzen der Pumpe hat das Bezugszeichen 5.

Der wichtigste Teil der Pumpe besteht aus dem Stator 6 mit einem starren Mantel 7 und einer innen gelegenen Auskleidung 8 aus einem Elastomer, vorzugsweise Gummi, die einen lichten Raum 16 (Pumpenhohlraum) in Form eins zweigängigen Steilgewindes zur Aufnahme des Rotors 9 aufweist, der nach Art eines eingängigen Steilgewindes geformt ist. Die Längsachse des Rotors 9 ist mit 10 bezeichnet; der Rotor 9 vollführt eine Drehung um die Achse 11 des Stators 6, zugleich jedoch eine Drehbewegung um seine Längsachse 10. Die Längs­ achse 10 des Rotors 9 hat von der Achse 11 den Abstand x Exzentermaß). Der Druckstutzen 12 schließt die Pumpe druckseitig ab. Zudem ist der Stator 6 auswechsel­ bar zwischen dem den Saugraum 3 bildenden Gehäuse und dem Druckstutzen 12 gehalten.

Wegen der Exzenterbewegung und der Belastung der Pumpe ist zwischen dem Ende 4 und dem vorne liegenden Stummel 13 ein elastisches Kupplungsglied 15 vorgesehen, das durch Klauen 14 gehalten ist. Anstelle des langgestreckten Kupplungsgliedes 15 können jedoch andere bewährte Über­ tragungselemente Verwendung finden.

Wichtig ist nun, daß der Raum 16 über die Länge des Stators 6 hinweg keine konstante Innenkontur, sondern eine unterschiedliche Kontur aufweist.

Gemäß Fig. 2 wird die Querschnittsfläche des Raumes 16 von zwei Halbkreisflächen 17, 19 und einer Rechteckfläche 20 gebildet. In dieser Querschnittsfläche bewegt sich der im Querschnitt kreisrunde Rotor 9.

Der Hub des Rotors 9 entspricht der Länge L des zwischen den beiden Halbkreisflächen 17, 19 befindlichen Rechtecks der Rechteckfläche 20, deren bestimmende Seiten durch zwei einander parallele Längskanten 21 mit geradem, gestrecktem Verlauf. Unter diesen Voraussetzungen kann der Rotor 9 die beiden Halbkreise und die beiden Längskanten 21 gerade berühren, jedoch kann hier bereits die Auskleidung 8 mit einer geringen Vorspannung am Rotor 9 anliegen.

Gemäß Fig. 3 sind die beiden Halbkreisflächen 17, 19 unverändert, auch bezüglich ihres gegenseitigen Abstandes beibehalten, jedoch verlaufen die beiden Kanten 21′ nicht mehr gerade, sondern sie sind in Richtung auf das Innere des Raumes 16 konvex vorgewölbt, und zwar stufenlos ausgehend von den Enden der beiden Halbkreise. Hierdurch wird der Umstand berücksichtigt, daß die örtliche Dicke der angrenzenden elastischen Schicht bei 22 und damit auch deren elastische Nachgiebigkeit zur Mitellinie 23 hin zunimmt und in Zonen der größten elastischen Verformbarkeit dem Innendruck stärker ausweicht im Vergleich zu anderen Gummizonen z. B. im Bereich der Halbkreise der Halbkreisflächen 17, 19. Dies bedeu­ tet, daß durch die Vorwölbungen 24 gegenüber den Längskanten 21 die Spaltverluste zwischen Auskleidung 8 und dem Rotor 9 verringert werden.

Da sich der Innendruck im Stator 9 zum Druckstutzen 12 hin allmählich aufbaut, wird dementsprechend eine sich entsprechend vergrößernde Vorwölbung 24 gewählt, wobei eine kontinuierliche Vergrößerung, aber ggfs. auch eine stufenweise Vergrößerung angewendet werden kann. Auch ist es möglich, bereits im Statorbereich bei A eine geringe Vorwölbung 24 vorzusehen, wie auch dort schon über den gesamten Umfang des Raumes 16 hinweg eine vorgespannte Anlage der Auskleidung 8 angewendet werden kann.

Im letztgenannten Falle müßte dann der Radius der beiden Halbkreise der beiden Halbkreisflächen 17, 19 geringfügig kleiner sein als der Radius des Rotors 9.

Es sei noch erwähnt, daß das Maß der größten Wandstärke der Vorwölbung 24 auf die Härte der Aus­ kleidung 8 und die Pumpendrücke abzustimmen ist, was auch durch Versuche ermittelt werden kann. Diese Wand­ stärke sollte im Regelfalle etwa 1-4% der benachbarten Wandstärke im Bereich der Mittellinie 23 betragen, wenn man eine Härte der Auskleidung 8 von etwa 58-65 Shore A unterstellt.

Ferner ist darauf hinzuweisen, daß die Anzahl der Gänge des Rotors einerseits und des lichten Statorraumes anderer­ seits aufeinander abgestimmt sein müssen, wobei im Regelfall für einen eingängigen Rotor eine Zweigängigkeit (zweigängiges Steilgewinde) im Stator vorgesehen sein muß (dem Ausführungsbeispiel gemäß Zeichnung entsprechend). Aus dem Konstruktionsprinzip für die in Rede stehenden Pumpen ist somit für den Stator eine im Vergleich zum Rotor größere Gängigkeit zu wählen.

Darüber hinaus können neben den schon erwähnten Eigenschafts­ werten für die Auskleidung 8 Shore Härten A von etwa 55-75 gewählt werden, um allen Anforderungen der Praxis gerecht zu werden. Weiterhin können für die Vorwölbung insg. Werte von etwa 1-20% der Wandstärke der Auskleidung im Bereich der Mittellinie benutzt werden, wobei die größten Werte für besonders lange bzw. auch weiche Auskleidungen 8 ausgewählt werden.

Claims (9)

1. Exzenterschneckenpumpe mit einer starren, als z. B. eingängige Schnecke ausgebildeten, einen kreisför­ migen Querschnitt aufweisenden Rotor und einem eine elastische Auskleidung aufweisenden Stator, dessen den Rotor aufnehmender, lichter Raum die Form eines z. B. zweigängigen Steilgewindes und eine Querschnitts­ fläche aufweist, die im wesentlichen von einer Rechteckfläche und zwei an deren einander gegenüberlie­ genden gedachten Kanten anschließenden Halbkreis­ flächen gebildet ist, wobei die die beiden Halbkreis­ flächen miteinander verbindenden Kanten der Rechteck­ fläche im wesentlichen von den beiden Halbkreisflächen ausgehend zum Inneren der Querschnittsfläche des lichten Raumes hin konvex vorgewölbt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwölbung der Kanten (21′) am saugseitigen Ende des Stators (6) kleiner ist im Vergleich zum druckseitigen Ende des Stators.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (21) am saugseitigen Ende des Stators (6) gerade, gestreckt verlaufen.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der Vorwölbung allmählich zunimmt.

4. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der Vorwölbung stufenweise zunimmt.

5. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der Vorwölbung der Drucksteigerung innerhalb des Stators (6) entsprechend verändert ist.

6. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der Vorwölbung bei einer Shore-Härte A der Auskleidung (8) von etwa 58-65 Shore A etwa 1-4% der benachbarten Wandstärke der Auskleidung im Bereich der gedachten Mittellinie (23) des Stators (6) beträgt, und zwar an den Stellen der größten Vorwölbung.

7. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der Vorspannung der Auskleidung (8) im Bereich der die Halbkreisflächen (17, 19) bestimmenden Halbkreise bzw. ihr Abstand von der Außenfläche des Rotors (9) über die Länge des Stators (6) konstant bzw. nahezu konstant ist.

8. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (8) eine Härte von etwa 55-75 Shore A aufweist.

9. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der Vorwölbung 1-20% der Wandstärke der Aus­ kleidung (8) im Bereich der gedachten Mittellinie (23) des Stators (6) und der größten Vorwölbung be­ trägt.