DE4330226C1 - Exzenterschneckenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe mit einem Ansaugstutzen und Druckstutzen aufweisenden und Saug- sowie Druckraum umschließenden Pumpengehäuse und mit von einem Mo­ tor antreibbaren Förderelementen, bestehend aus im Pumpenge­ häuse angeordnetem Gehäuseeinsatz (Stator) und Exzenter­ schnecke (Rotor), wobei der Druckraum mit dem Saugraum über eine Flüssigkeitskurzschlußleitung in Verbindung steht, in der ein Ventil vorgesehen ist.

Eine derartige Ausführungsform läßt sich dem DE-GM 71 04 996 entnehmen. Dabei handelt es sich bei der genannten Flüssig­ keitskurzschlußleitung um eine Umgehungsleitung, durch die bei einem Öffnen des in ihr vorgesehenen Absperrmittels För­ dermedium vom Druckstutzen zum Saugstutzen zurückströmt, um so beim plötzlichen Ausbleiben weiterer Zufuhr von Förderme­ dium am Saugstutzen einen Trockenlauf der Pumpe zu verhin­ dern. Im Übrigen soll durch Verstellung des Absperrmittels die Fördermenge geändert werden, ohne zugleich auch die Dreh­ zahl der Pumpe ändern zu müssen.

Die deutsche Gebrauchsmusterschrift 19 65 063 offenbart eine Fördereinrichtung mit einer umlaufenden Spindelpumpe, insbe­ sondere für Jauche. Der Saug- und der Druckstutzen verlaufen nach oben, wodurch unter anderen erreicht werden soll, daß über dem Saug- und Druckraum der Pumpe ständig eine Flüssig­ keitssäule steht, so daß die Pumpe nie trocken laufen muß.

Die DE 29 25 830 A1 offenbart einen Trockenlaufschutz für Pumpen aller Art. Vorgesehen ist eine Sonde mit einer in den Flüssigkeitsstrom der Pumpe hineinragenden, den Widerstand zwischen Pumpengehäuse und Flüssigkeit messenden Elektrode, an die ein elektronischer Schaltverstärker angeschlossen ist, der bei Widerstandsänderung infolge eines Ausfalls des Flüs­ sigkeitsstromes den Antriebsmotor der Pumpe ausschaltet.

Die deutsche Gebrauchsmusterschrift 19 57 172 offenbart eine Exzenterschneckenpumpe mit einem an den Druckstutzen ange­ schlossenen Überdruckrohr, das ein Überdruckventil aufweist, das zum Entleeren einer zur Pumpe abfallenden Druckleitung offengehalten werden kann. Das Überdruckrohr verläuft seit­ lich oder unterhalb des Pumpenaggregats in Längsrichtung. Das Überlaufrohr des Überdruckventils ist an die Saugseite der Pumpe, z. B. an das Sauggehäuse, angeschlossen.

Herkömmliche Exzenterschneckenpumpen bauen im Fall der Über­ lastung durch Überdruck, z. B. bei Verstopfung der Drucklei­ tung, solange Druck auf, bis das Elastomer der Fördereinheit von der Dichtlinie abhebt und das Fördermedium innerhalb der Fördereinheit zurückströmt. Dabei steigt die Leistungsaufnah­ me der Pumpe proportional zum Differenzdruck zwischen Druck- und Saugraum. Bei überdimensionierter Antriebsmaschine dreht zwar die Pumpe weiter, jedoch kann die entstehende Reibungs­ wärme durch das sich in Ruhe befindliche Fördermedium nicht mehr abgeführt werden; das Stator-Elastomer wird somit nach kurzer Zeit thermisch zerstört. Ist hingegen die Antriebsma­ schine knapp ausgelegt, kommt es bei Überlastung durch Über­ druck zum Pumpenstillstand, was bei Elektromotoren zu deren Zerstörung führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Exzenter­ schneckenpumpe mit verbesserten Eigenschaften zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

• a) die Flüssigkeitskurzschlußleitung ist an einen unte­ ren Abschnitt des Druckraumes angeschlossen;
• b) das Ventil ist von einem Steuerelement betätigbar;
• c) das Steuerelement wird aufgrund des Differenzdrucks zwischen Druck- und Saugraum derart betätigt, daß das Ventil bei Trockenlauf sich einstellendem Differenz­ druck geöffnet, bei Flüssigkeitsförderung sich ein­ stellendem Differenzdruck jedoch geschlossen ist.

Der untere Druckraumabschnitt speichert einen Anteil des flüssigen Fördermediums, der bei zunehmenden Gasraten im För­ dermedium zum Flüssigkeitsumlauf innerhalb der Pumpe verwen­ det wird. Hierzu ist erfindungsgemäß ein den druckdicht vom Saugraum abgeschotteten Druckraum mit dem Saugraum verbinden­ des Ventil vorgesehen, das automatisch in Abhängigkeit vom Differenzdruck zwischen Druck- und Saugraum und somit in Ab­ hängigkeit von den jeweiligen Betriebszuständen gesteuert wird. Mit zunehmenden Gasraten oder z. B. zunehmender Schaum­ förderung wird das Ventil geöffnet, so daß die im unteren Druckraumabschnitt gespeicherte Flüssigkeitsmenge entgegen der eigentlichen Förderrichtung durch das geöffnete Ventil in den Saugraum zurückströmen kann, um von dort wieder in den Druckraum gefördert zu werden. Mit dieser im Umlauf geführten Flüssigkeitsmenge wird die sich aus der Reibung zwischen Rotor und Stator ergebende Wärme abgeführt; eine Überhitzung und damit Zerstörung des aus Elastomer bestehenden Stators wird somit verhindert. Die Exzenterschneckenpumpe ist somit zur Multiphasen-Förderung geeignet.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Steuerelement bei Beaufschlagung mit einem hohen, sich aus einer Überlastung durch Überdruck ergebenden Differenzdruck das Ventil in seine größte Öffnungsstellung verstellt. Durch diese Überlastsiche­ rung wird eine Überströmmöglichkeit vom Druckraum zum Saug­ raum geschaffen, so daß das Fördermedium innerhalb der Pumpe umgepumpt werden kann. Eine Überhitzung und damit Zerstörung des Stators wird dadurch ebenso vermieden wie eine Beschädi­ gung bzw. Zerstörung des elektrischen Antriebs.

Zwischen Saug- und Druckraum kann erfindungsgemäß eine druck­ dichte Trennwand vorgesehen sein, die durch eine elastische Membran gebildet werden kann, die mit dem Stator fest ver­ bunden ist und dessen radiale Relativbewegungen aufnimmt. Dabei bilden Membran und Stator vorzugsweise ein einteiliges Elastomer-Bauteil.

Die Membran kann in vorteilhafter Weise zugleich als Steuer­ element für das Ventil dienen. In einer besonders einfachen Ausführungsform weist die Membran in ihrem unteren, den unteren Druckraumabschnitt vom Saugraum trennenden Membran­ segment eine Ventilöffnung auf, die zusammen mit dem Mem­ bransegment gegenüber einem sie durchdringenden, ortsfest angeordneten und einen sich in Axialrichtung ändernden Steu­ erquerschnitt aufweisenden Ventilschließelement axial ver­ schiebbar ist. Es handelt sich um eine Blendensteuerung, wobei es vorteilhaft ist, wenn der Steuerquerschnitt des Ventilschließelementes sich von einem die Ventilöffnung vollständig schließenden Maximaldurchmesser in den beiden entgegengesetzten Axialrichtungen verjüngt. Diese Quer­ schnittsverjüngung kann konusförmig erfolgen, so daß sich bei der Axialverschiebung der Ventilöffnung deren Strömungsquer­ schnitt kontinuierlich vergrößert bzw. bei umgekehrter Axial­ verschiebung kontinuierlich verengt.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Ventilquer­ schnitt der Flüssigkeitskurzschlußleitung so dimensioniert ist, daß bei reiner Gasförderung des Aggregates ein Flüssig­ keitsumlaufvolumen von etwa 15% des Pumpenfördervolumens freigegeben wird.

Um zu verhindern, daß mit dem Fördermedium insbesondere längliche Gegenstände wie z. B. Stecknadeln, Nägel, Schrau­ benbolzen oder Schweißelektroden in die Fördereinheit gelan­ gen und diese beschädigen, ist dem Ansaugstutzen vorzugsweise eine Labyrinthführung nachgeschaltet, die derartige Verunrei­ nigungen abfängt.

Da die erfindungsgemäß gestaltete Exzenterschneckenpumpe auch Schaum zu fördern vermag, eignet sie sich unter anderem zum Abpumpen in Waschmaschinen.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche und werden in Verbindung mit weiteren Vorteilen der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungs­ form der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Exzenterschneckenpumpe im Längsschnitt (Betriebszustand: Flüssigkeitsförderung);

Fig. 2 das Detail X der Fig. 1 im Betriebszustand "Trockenlauf" und

Fig. 3 das Detail gemäß Fig. 2 im Betriebszustand "Überlastsicherung".

Die in Fig. 1 dargestellte Exzenterschneckenpumpe besteht aus einem Pumpengehäuse 1, einem darin angeordneten Gehäusee­ insatz 2 (Stator) und einer vom Stator 2 umschlossenen, von einem nicht näher dargestellten Motor antreibbaren Exzenter­ schnecke 3 (Rotor). Zur Verbindung mit der nicht näher darge­ stellten Motorwelle weist der Rotor 3 auf der Antriebsseite 4 eine Steckkupplung 5 auf.

Das Pumpengehäuse 1 ist auf seiner Oberseite mit einem je­ weils lotrecht angeordneten Ansaugstutzen 6 und Druckstutzen 7 versehen und umschließt einen dem Ansaugstutzen 6 nach­ geordneten Saugraum 8 und einen dem Druckstutzen 7 vorge­ schalteten Druckraum 9. Letzterer weist einen unterhalb des Stators 2 liegenden unteren Abschnitt 9a auf. Dem Ansaug­ stutzen 6 unmittelbar nachgeschaltet ist eine Labyrinthfüh­ rung 10, auf deren dem Ansaugstutzen 6 zugewandten Oberseite sich größere Verunreinigungen des Fördermediums, z. B. in Waschwasser mitgeführte Stecknadeln ablagern können.

Die Förderrichtung im Pumpengehäuse 1 ist gegen die Antriebs­ seite 4 gerichtet.

Das vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Pumpengehäuse 1 setzt sich aus zwei Gehäuseteilen 1a, 1b zusammen, die zwi­ schen sich eine quer zur Axialrichtung liegende Trennfuge 11 bilden und hier eine Membran 12 umfangsseitig einspannen, die zugleich die Dichtung zwischen den beiden Gehäuseteilen 1a, 1b bildet.

Die elastisch ausgebildete und vorzugsweise aus einem Elasto­ mer bestehende Membran 12 ist an den ebenfalls aus einem Elastomer bestehenden Stator 2 angespritzt und weist eine sich axial auswölbende Ringfalte 12a auf. Diese Membran 12 bildet zwischen dem Saugraum 8 und dem Druckraum 9 eine druckdichte Trennwand und weist in dem den unteren Abschnitt 9a des Druckraumes 9 vom Saugraum 8 trennenden Membransegment eine Ventilöffnung 13 auf, durch die das freie Ende einer mit einem Ventilschließelement 14 bestückten Stange 15 ragt, die mit ihrem gegenüberliegenden Ende im Pumpengehäuse 1 einge­ spannt ist. Dieses Ventilschließelement 14 weist einen mitt­ leren Abschnitt auf, der in seinem Außendurchmesser etwa dem Durchmesser der Ventilöffnung 13 entspricht und sich in den beiden entgegengesetzten Axialrichtungen auf den Durchmesser der Stange 15 verjüngt.

In Ruhelage nimmt die Membran 12 mit dem nur an ihr aufge­ hängten Stator 2 die in Fig. 2 dargestellte Position ein, in der sich das mit der Ventilöffnung 13 versehene Membranseg­ ment links neben dem Ventilschließelement 14 befindet; die Ventilöffnung 13 ist somit geöffnet und bildet eine Flüssig­ keitskurzschlußleitung zwischen dem Druckraum 9 und dem Saugraum 8. Diese Position entspricht auch dem Betriebszu­ stand "Trockenlauf" bzw. einer Gas-Flüssigkeitsförderung mit hohem Gasanteil. Bei Gas-Flüssigkeitsförderung stellt sich in Abhängigkeit von der druckseitigen Rohrkennlinie zwischen Druck- und Saugraum ein geringerer Differenzdruck ein als bei reiner Flüssigkeitsförderung. Dabei ist unter einer Gas- Flüssigkeitsförderung als Sonderform auch eine Schaumförde­ rung zu verstehen. Um bei dem in Fig. 2 dargestellten Be­ triebszustand, also bei hohen Gasraten oder Trockenlauf eine Zerstörung des Stators 2 zu verhindern, wird druckseitig ein Teil-Flüssigkeitsvolumenstrom separiert und durch das geöff­ nete Ventil 13, 14 in den Saugraum 8 zurückgeführt und so in Umlauf gehalten. Damit für die sichere Funktionserfüllung in der Pumpe eine ausreichende Umlaufflüssigkeitsmenge ver­ bleibt, ist der untere Abschnitt 9a des Druckraumes 9 vor­ gesehen. Ferner ist der Ventilquerschnitt der Flüssigkeits­ kurzschlußleitung so dimensioniert, daß bei reiner Gasförde­ rung des Aggregates ein Flüssigkeitsumlaufvolumen von etwa 15% des Pumpenfördervolumens freigegeben wird. Die im Umlauf gehaltene Flüssigkeitsmenge dient zur Abfuhr der in den Förderelementen erzeugten Wärme und zur Spaltabdichtung.

Mit abfallender Gasrate nimmt der Differenzdruck zwischen Druck- und Saugraum zu; hierdurch wird die Membran 12 mit dem an ihr hängenden Stator 2 in Axialrichtung (in den Figuren nach rechts) verschoben, bis die Membran 12 bzw. ihre Ventil­ öffnung 13 die in Fig. 1 dargestellte Position einnimmt, in der die Ventilöffnung 13 von dem Ventilschließelement 14 vollständig verschlossen ist. In dieser Position wird der Leckagestrom minimiert und somit der Wirkungsgrad maximiert. Die genannte Axialverschiebung ergibt sich aus der Federkenn­ linie der Membran 12, wobei zur Unterstützung der Axialver­ schiebung des Stators 2 noch eine zusätzliche Feder vorgese­ hen werden kann.

Bei Überlast durch Überdruck, z. B. bei Verstopfung der Druckleitung, nimmt der Differenzdruck zwischen Druck- und Saugraum noch mehr zu; die Membran 12 mit der Ventilöffnung 13 wird daher - bezogen auf die Figuren - gegenüber dem ortsfesten Ventilschließelement 14 noch weiter nach rechts verschoben und nimmt dann die in Fig. 3 dargestellte Posi­ tion ein. Das Ventil 13, 14 ist somit wieder geöffnet; in diesem Betriebszustand wird somit eine Überströmmöglichkeit vom Druckraum 9 in den Saugraum 8 geschaffen, so daß das Fördermedium innerhalb der Pumpe umlaufen kann.

Die dargestellte Exzenterschneckenpumpe eignet sich somit zur Multiphasen-Förderung und kann somit unter anderem in Wasch­ maschinen zum Abpumpen des Waschwassers bzw. der Waschlauge eingesetzt werden. Im Gegensatz zu den bisher verwendeten Kreiselpumpen kann mit der erfindungsgemäßen Exzenterschnecken­ pumpe auch Schaum angesaugt werden, so daß nach dem Ab­ pumpen nach Abschluß des Hauptwaschganges die Wäsche weitge­ hend schaumfrei zurückbleibt. In der Wäsche verbleiben somit weniger Waschmittelrückstände, so daß im Spülgang der Wasser­ verbrauch wesentlich reduziert werden kann.

Der Stator 2 hängt ausschließlich an der Membran 12, die somit die federelastische Lagerung für den Stator bildet und dessen radialen Relativbewegungen aufzunehmen vermag. Die sonst üblichen Kardangelenke zwischen Motorwelle und Rotor können somit entfallen.

Claims (17)

1. Exzenterschneckenpumpe mit einem Ansaugstutzen (6) und Druckstutzen (7) aufweisenden und Saug- sowie Druck­ raum (8, 9) umschließenden Pumpengehäuse (1) und mit von einem Motor antreibbaren Förderelementen, beste­ hend aus im Pumpengehäuse (1) angeordnetem Gehäuse­ einsatz (Stator 2) und Exzenterschnecke (Rotor 3), wobei der Druckraum (9) mit dem Saugraum (8) über eine Flüssigkeitskurzschlußleitung in Verbindung steht, in der ein Ventil (13, 14) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die Flüssigkeitskurzschlußleitung ist an einen unteren Abschnitt (9a) des Druckraumes (9) ange­ schlossen;
• b) das Ventil (13, 14) ist von einem Steuerelement betätigbar;
• c) das Steuerelement wird aufgrund des Differenz­ drucks zwischen Druck- und Saugraum (9, 8) derart betätigt, daß das Ventil (13, 14) bei Trockenlauf sich einstellendem Differenzdruck geöffnet, bei Flüssigkeitsförderung sich einstellendem Diffe­ renzdruck jedoch geschlossen ist.

2. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Steuerelement bei Beaufschlagung mit einem hohen, sich aus einer Überlastung durch Überdruck ergebenden Differenzdruck das Ventil (13, 14) in seine größte Öffnungsstellung verstellt.

3. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Saug- und Druckraum (8, 9) eine druckdichte Trennwand vorgesehen ist.

4. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die druckdichte Trennwand eine ela­ stische Membran (12) ist, die mit dem Stator (2) fest verbunden ist und dessen radialen Relativbewegungen aufnimmt.

5. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Membran (12) und Stator (2) ein ein­ teiliges Elastomer-Bauteil bilden.

6. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (12) das Steuerelement ist.

7. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Membran (12) umfangsseitig im Pumpengehäuse (1) eingespannt ist und eine Axialver­ schiebung des inneren, mit dem Stator (2) verbundenen Membran-Ringbereiches zusammen mit dem nur an der Mem­ bran (12) aufgehängten Stator (2) zuläßt.

8. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Membran (12) eine sich axial auswölbende Ringfalte (12a) aufweist.

9. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskurzschlußleitung durch eine Ventilöffnung (13) in dem den unteren Ab­ schnitt (9a) des Druckraumes (9) vom Saugraum (8) trennenden Membransegment gebildet ist, und daß diese Ventilöffnung (13) gegenüber einem sie durchdringen­ den, ortsfest angeordneten und einen sich in Axial­ richtung ändernden Steuerquerschnitt aufweisenden Ven­ tilschließelement (14) axial verschiebbar ist.

10. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steuerquerschnitt des Ventil­ schließelementes (14) sich von einem die Ventilöffnung (13) vollständig schließenden Maximaldurchmesser in den beiden entgegengesetzten Axialrichtungen verjüngt.

11. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 9 oder 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ventilschließelement (14) auf einer Stange (15) sitzt, die an ihrem einen Ende im Pumpengehäuse (1) eingespannt ist.

12. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilquer­ schnitt der Flüssigkeitskurzschlußleitung so dimensio­ niert ist, daß bei reiner Gasförderung des Aggregates ein Flüssigkeitsumlaufvolumen von etwa 15% des Pum­ penfördervolumens freigegeben wird.

13. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstut­ zen (7) lotrecht in der Oberseite des Pumpengehäuses (1) angeordnet ist.

14. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ansaugstut­ zen (6) eine Labyrinthführung (10) nachgeschaltet ist.

15. Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (1) zweiteilig ausgebildet ist, wobei die Membran (12) in der quer zur Axialrichtung liegenden Trennfuge (11) zwischen den beiden Gehäuseteilen (1a, 1b) eingespannt ist und die Dichtung bildet.

16. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenge­ häuse (1) aus Kunststoff besteht.

17. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) aus Kunststoff besteht.