EP3568596B1 - Regelung der spaltgeometrie in einer exzenterschneckenpumpe - Google Patents

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EP3568596B1 EP18701291.9A EP18701291A EP3568596B1 EP 3568596 B1 EP3568596 B1 EP 3568596B1 EP 18701291 A EP18701291 A EP 18701291A EP 3568596 B1 EP3568596 B1 EP 3568596B1
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stator
constriction
adjusting device
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Paul Krampe
Michael ROLFES
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Vogelsang GmbH and Co KG
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    • F04C2250/20—Geometry of the rotor
    • F04C2250/201—Geometry of the rotor conical shape

Definitions

  • the invention relates to an eccentric screw pump for conveying liquids laden with solids, with a helically wound rotor, a conical stator, with an inlet and an outlet, in which the rotor is arranged rotatably about a longitudinal axis of the stator, and the one corresponding to the rotor has a helical inner wall, the rotor having a preferably conical shape that tapers towards the outlet or inlet and/or a changing eccentricity, and the rotor and stator being arranged and designed in relation to one another in such a way that at least one chamber is formed, which is used for conveying which is used for liquids, and the chamber is separated by a constriction, in particular a sealing line.
  • the invention also relates to a method for operating such an eccentric screw pump.
  • Eccentric screw pumps of the type mentioned have been known for a number of years and are used in particular to gently convey and meter liquids laden with solids, abrasive liquids, or generally liquids with high viscosity. They use a single or multi-threaded helical rotor, which is arranged in a corresponding double or multi-threaded chamber of a stator and rotates in it.
  • the worm rotates about a worm axis of rotation, which in turn rotates about a longitudinal stator axis that is generally parallel to it, which is guided eccentrically on a circular path Rotational movement of the screw results and from which the term "eccentric" screw pump is derived.
  • the screw of an eccentric screw pump is often driven by a wobble shaft, which is formed by a shaft between the drive motor and the rotor that is provided with cardan joints at both ends.
  • a wobble shaft which is formed by a shaft between the drive motor and the rotor that is provided with cardan joints at both ends.
  • Appropriate design of the outer profile of the rotor and the inner profile of the stator results in a constriction, in particular a sealing line, which seals the at least one chamber, but preferably individual chambers of a plurality of chambers, against one another.
  • the rotor and the stator can be in direct contact with one another and form a sealing line, or they can also have a sealing gap separating the chambers in the constriction.
  • the rotor is designed as a single-threaded worm and the stator as a double-threaded worm with a double pitch, resulting in the sealing of the individual chambers.
  • a worm pump which has a conical worm and a conical pressure jacket.
  • the worm has a conicity of about 30° cone angle, with which an increase in the conveying pressure is to be achieved over a short worm length.
  • Screw and pressure jacket are axially movable relative to each other in that the pressure jacket is guided in a sleeve so that it can move axially. This is to keep a constant pressure by displacing the pressure jacket under the action of fluid pressure on an annular part of the pressure jacket in the pump.
  • an increase in pressure at the outlet can only bring about a vertical infeed and thus the pressure jacket being pressed against the screw.
  • a screw pump which has a conical stator and rotor.
  • the rotor By means of a screw sleeve inserted between the rotor and the output shaft, the rotor can be adjusted axially in relation to the stator in this worm pump by a user turning the sleeve manually through a hand hole with a tool when the pump is stationary. In this way, both a jamming and an excessive play between the stator and the rotor, caused by swelling of the stator or wear of the rotor and/or stator, can be compensated for.
  • DE 102014117483 A1 discloses an adjustable pump unit for a progressive cavity pump.
  • the stator is at least partially formed from an electroactive and/or temperature-active material and/or is coupled or equipped with at least one electroactive and/or temperature-active means, the means being usable as sensors, so that parameters of the displacement pump can be measured by a control device can be adjusted based on the sensors.
  • the stator can be moved in a desired direction upon activation of the electroactive means.
  • conical progressing cavity pumps are also known, since they allow both simple assembly and readjustment of the rotor in relation to the stator in the event of wear.
  • Such an eccentric screw pump is, for example, from WO 2010/100134 A2 known.
  • this document proposes an eccentric screw pump with a conical rotor, which is designed in such a way that the individual chambers all have the same volume. If signs of wear then form during operation, in particular so-called cavitations, it is possible to move the rotor axially in relation to the stator in such a way that the chamber volumes are the same size again and tightness is achieved.
  • the invention has an adjustment device for adjusting an axial relative position of rotor and stator, which is designed to optimize the gap geometry between rotor and stator by being set up to widen the constriction between rotor and stator.
  • the invention is based on the finding that the gap geometry, i.e. the geometry of the constriction that separates the chamber(s), is important on the one hand in order to form the seal sufficiently so that pumping is possible, on the other hand there is friction during operation of the eccentric screw pump, which the individual parts, in particular the rotor and stator, heat up and then, due to the material expansion, a prestress between the rotor and stator is increased, or the constriction becomes too small. The increased preload then leads to further wear.
  • the gap geometry i.e. the geometry of the constriction that separates the chamber(s)
  • the invention has recognized that any wear can be avoided or reduced if the constriction is widened during operation and the gap geometry can thereby be adapted to the operating conditions and thus optimized.
  • the present invention therefore proposes an adjusting device which is designed to widen the constriction between the rotor and the stator. When the constriction widens again, there is less preload contact or no contact, and therefore less friction between the rotor and stator, which in turn leads to less wear. When pumping liquid, there is also a cooling effect, so that the parts can cool down again when the preload is reduced. This also makes it possible, for example, to set a larger gap when the eccentric screw pump starts up, in order to keep friction low in the dry state.
  • the rotor has a shape that tapers towards the outlet or inlet.
  • the shape is determined by the envelope that encloses the rotor.
  • the shape is preferably conical.
  • the rotor thus has a diameter that becomes smaller in the direction of the outlet or the inlet.
  • the rotor preferably tapers linearly.
  • it is also preferred that the rotor has a shape that tapers according to a predetermined function, for example a function of the 2nd, 3rd, or 4th degree.
  • the diameter then decreases progressively or degressively. Depending on the load on the rotor, this has advantages in order to avoid excessive wear.
  • the choice of whether the rotor tapers towards the inlet or outlet depends in particular on structural conditions, and should be made dependent on the type of assembly.
  • the direction of the taper determines the direction in which the rotor is inserted into the stator.
  • the rotor has an eccentricity that changes in the direction of the inlet or the outlet.
  • the eccentricity preferably changes linearly, i.e. increases or decreases linearly.
  • the rotor has an eccentricity that changes according to a predetermined function, for example a function of the 2nd, 3rd or 4th degree. The eccentricity then decreases progressively or degressively.
  • stator is adapted to the rotor and consequently has a corresponding inner contour.
  • the taper and/or the eccentricity of the rotor, which changes in the longitudinal direction is so small in the conveying direction that this does not cause any significant reduction in the gap cross section in the conveying direction, in order to avoid an undesired increase in pressure.
  • This can be achieved, for example, by selecting the taper so that two straight lines averaging the envelope in a longitudinal section on both sides form a cone angle of less than 20°, preferably less than 10° and in particular less than 5° to one another.
  • the area difference caused by the taper between the gap cross-sectional area in the outlet of the stator to the gap cross-sectional area in the inlet of the stator is less than 10%, preferably less than 5% of the gap cross-sectional area in the inlet of the stator.
  • the adjusting device is set up to widen the constriction between the rotor and the stator to such an extent that a leakage gap is formed between the rotor and the stator.
  • constriction is not formed by a contact between rotor and stator, but by a small gap, the Leakage gap that still provides some sealing.
  • the flow rate decreases, due to the fact that there is no longer physical contact between the rotor and stator and the liquid film between these parts, further cooling takes place and wear is further reduced. It can be provided that such a leakage gap is not permanently present during operation, but is only set during or after particular loads.
  • the adjusting device is set up to widen the constriction as a function of one or more predetermined operating parameters. It is conceivable, for example, that an expansion of the constriction is automatically stopped after a certain period of operation. It is also conceivable to measure the power consumption of a drive motor and to widen the constriction as the power consumption increases. The widening of the constriction preferably takes place as a function of a number of operating parameters. Although it is also conceivable and preferred to use only a single operating parameter, wear can be reduced more effectively by using a plurality of operating parameters.
  • the temperature of the stator is preferably measured.
  • the eccentric screw pump preferably has at least one sensor, which is arranged in or on the stator and measures the temperature of the stator.
  • the temperature is preferably measured at several points in order to be able to reduce wear particularly effectively. A continuous widening of the narrowing as a function of the temperature preferably takes place.
  • one or more thresholds are predetermined, and when the one or more thresholds are exceeded, a gradual widening of the constriction is performed.
  • One, in particular another, of the operating parameters is preferably the pumped volume of liquid.
  • the volume of liquid conveyed is preferably the volume of liquid per revolution. If the pumped liquid volume per revolution decreases, this means that more gas or air is pumped.
  • the cooling effect that the medium exerts on the progressing cavity pump is less than when pumping a liquid. Therefore, in this case, it is also preferable to widen the constriction to prevent wear.
  • a flow meter is arranged at the inlet or the outlet of the stator.
  • one of the operating parameters is a liquid level at the inlet of the stator.
  • a liquid sensor or several liquid sensors are preferably provided for this purpose. It can be preferred to measure only a specific fill level as a threshold value. Alternatively, continuous measurement of the filling level at the stator inlet is also preferred. If the liquid level at the stator inlet is low, the progressing cavity pump is more likely to run dry, resulting in higher friction and less cooling of the progressing cavity pump. This in turn leads to faster heating and thus material expansion, whereby the constriction is further reduced and prestressing can increase. Therefore, it is preferred that in case a low liquid level is measured at the inlet of the stator, the constriction between the rotor and the stator is widened.
  • Another conceivable parameter is the pressure at the outlet. If this remains the same or decreases while the torque increases at the same time, this is an indicator of increased friction between the rotor and stator and thus a sign of swelling of the stator material. In such a case, too, it is preferable to widen the constriction in order to adapt the gap geometry to the changed framework conditions.
  • the stator is mounted in an axially displaceable manner and the adjusting device is set up to displace the stator axially in order to at least partially widen the constriction between the rotor and the stator.
  • the rotor is usually coupled to a drive and the stator is fixed in the direction of rotation. In the event of wear, it is primarily the stator that must be replaced, since this is usually made of a softer material than the rotor. Since the stator must be arranged so that it can be easily replaced for this reason, it is proposed in this embodiment to mount the stator in such a way that it can be displaced axially in order to at least partially widen the constriction between the rotor and the stator.
  • the adjusting device is preferably coupled to the stator in order to displace it.
  • the adjusting device can be coupled to a drive of the stator provided for this purpose.
  • a drive of the stator is designed as a hydraulic drive, rack and pinion drive, chain drive, spindle drive or the like.
  • the drive of the stator is preferably designed in such a way that an axial position of the stator can be maintained. This is preferably realized in that the drive of the stator is designed to be self-locking.
  • the rotor is mounted in an axially displaceable manner and the adjusting device is set up to displace the rotor axially in order to at least partially widen the constriction between the rotor and the stator.
  • the adjusting device is set up to displace the rotor axially in order to at least partially widen the constriction between the rotor and the stator.
  • a drive train comprising a drive motor and a drive shaft, of the rotor can be displaced together with the rotor.
  • the rotor is usually coupled to a drive motor, which is usually designed as an electric motor, by means of a shaft. Since the rotor rotates eccentrically around a central axis of the stator, i.e. its central axis describes a circular path around the central axis of the stator, such a drive shaft usually also includes at least one cardan joint or flexible rod to allow eccentric torque transmission.
  • both the drive motor and the drive shaft, which belong to the drive train are movably mounted together with the rotor. This simplifies the design of the drive train and, for example, a linear bearing is provided for the drive motor, which, as described above with reference to the stator, can be provided with a drive provided for this purpose.
  • the rotor together with the drive shaft can be displaced in relation to the drive motor.
  • a transmission is arranged between the drive shaft and the drive motor, which allows an axial displacement of the drive shaft.
  • gear wheels of the transmission are designed in such a way that an axial displacement is permitted.
  • the arrangement of the drive motor is simplified, while the construction of the gearbox is more complex than that of the previously described embodiment. As a further advantage, however, this results in the fact that the mass of the movable parts is lower. It is also possible to store the drive motor separately.
  • the drive shaft is designed in at least two parts and has an expansion member which allows the drive shaft to be lengthened and shortened for the purpose of axial displacement of the rotor.
  • the drive shaft can be made telescopic and can automatically extend it, or a separate drive for moving the rotor is provided for the rotor.
  • a hydraulically operated in the drive shaft Expansion member is arranged, which allows an axial adjustment by applying hydraulic pressure.
  • a mechanically acting expansion member for example in the form of a spindle drive, can also be provided.
  • a separate drive unit is provided for the rotor, which displaces the rotor axially while the expansion member is passive and allows this displacement. This further simplifies the construction.
  • the longitudinal axis of the stator is oriented substantially vertically or upright during operation and the outlet of the stator is arranged at the top.
  • the vertical arrangement also saves space and the progressing cavity pump is particularly easy to install in existing systems.
  • the vertical arrangement is made possible by the fact that the constriction can be expanded.
  • the stator is formed from a flexible material, in particular an elastomer, at least in the area of the inner wall. On the one hand, this simplifies the manufacture of the stator and, on the other hand, it also creates a good seal between the stator and the rotor.
  • the inner wall of the stator is lined with a layer of elastomer material that is essentially of uniform thickness.
  • the entire stator is made of elastomer material and is externally provided with a sleeve for stabilization.
  • the adjusting device is designed to precede the constriction between the rotor and the stator at the beginning of a start-up process or during or after a coast-down process of a drive motor for rotation of the rotor, and to reduce the constriction between the rotor and stator before the start during the start-up process of the drive motor.
  • the constriction between rotor and stator is adjusted from an enlarged constriction to an extended constriction during the start of a delivery process of the eccentric screw pump, i.e. when starting or after starting a drive motor that generates the rotational movement of the rotor relative to the stator.
  • the eccentric screw pump is adjusted from an initially high internal leakage flow to a reduced leakage flow.
  • This adjustment movement serves to ensure that the delivery volume and/or the delivery pressure of the eccentric screw pump does not suddenly build up when the delivery process starts, which would cause a high load on the eccentric screw pump and the connected lines, but rather build up continuously over a starting period.
  • This start period can be in the range of one second to several seconds.
  • this embodiment is advantageous when a drive motor is used that does not have a speed control controlled by a frequency converter, but instead has an immediate increase to the nominal speed when starting.
  • the constriction between the stator and rotor can be widened at the end of a conveying process, so that it is in an expanded state at the subsequent start of a conveying process, or that before the drive motor starts up when a conveying process is started a corresponding expansion of the constriction is carried out in order to then start this drive motor after this expansion has been carried out.
  • the constriction between the stator and rotor can be widened at the end of a conveying process, so that it is in an expanded state at the subsequent start of a conveying process, or that before the drive motor starts up when a conveying process is started a corresponding expansion of the constriction is carried out in order to then start this drive motor after this expansion has been carried out.
  • the adjustment device has an input interface for receiving a pressure signal and is designed to widen or reduce the constriction between rotor and stator depending on the pressure signal.
  • the adjusting device which can basically have a corresponding control unit, which can be designed as an electronic control unit, is designed to change the constriction between the rotor and stator as a function of a pressure signal.
  • the pressure signal can be a pressure on the input side, a pressure inside the stator or a pressure on the output side of the stator, in particular also a pressure on the pressure side of the progressing cavity pump. In this way, an exact setting of a pressure can take place, and a predetermined pressure profile can also be adjusted as an actual value profile by appropriately setting the constriction.
  • this setting or regulation is carried out by extending or reducing the lengthening between the rotor and stator, which enables a much more precise, spontaneous and low-inertia setting or regulation compared to any possible regulation of the rotational speed of the rotor and stator.
  • this embodiment can also be used to provide overpressure protection. In this case, when a specific pressure is reached or the specific pressure is exceeded, the constriction between the rotor and the stator is widened and this prevents the pressure from rising above a specific maximum pressure.
  • the eccentric screw pump according to the invention can be further developed in that the adjusting device has an input interface for receiving a volume quantity signal and is designed to widen the constriction between rotor and stator depending on the volume quantity signal in such a way that at a value of the volume quantity signal that signals that a volume delivered since the start of a delivery process corresponds to a target volume, the constriction between the rotor and the stator is widened in such a way that no further delivery of a volume from the outlet of the stator takes place.
  • the adjustment device is designed to receive a volume quantity signal. In principle, this volume quantity signal can characterize a target volume that is to be conveyed by the eccentric screw pump.
  • the constriction between rotor and stator can be set or adjusted in such a way that when only a small proportion of the desired setpoint volume is to be conveyed is, a widening of the constriction between rotor and stator is adjusted and in this way the flow rate is reduced in one or two stages or continuously.
  • the actual volume can be recorded by a corresponding volume flow meter or can be calculated from the number of revolutions of the eccentric screw pump and the extent of the constriction between the rotor and stator over the delivery period.
  • a setpoint signal can be recorded by the adjustment device or entered into the adjustment device as a volume quantity signal.
  • the manipulated variable for the constriction between rotor and stator is calculated within the adjustment device and can be carried out by internal calculation or additional input of actual values into the adjustment device become.
  • the volume quantity signal can also be a differential signal that was determined from the desired value and the actual value in order to enable a manipulated variable to be calculated directly from this within the adjusting device.
  • the adjustment device is designed to adjust the axial relative position of the rotor to the stator while the rotor rotates relative to the stator. This configuration for axial adjustment during ongoing operation of the pump can be implemented, for example, by an adjustment device that is accessible from the outside or can be controlled from the outside.
  • the adjusting device can be designed as a power-operated actuator and thus enable the adjustment during the rotation of the rotor, for example by providing a hydraulically, pneumatically or electrically operated actuator on the pump for the axial adjustment between the rotor and the stator.
  • the object mentioned at the outset is achieved by a method for operating an eccentric screw pump according to at least one of the above-described preferred embodiments of an eccentric screw pump according to the first aspect of the invention, with the steps: driving the rotor to convey a liquid; Expanding the constriction between the rotor and stator by axially shifting the rotor and stator relative to one another.
  • the progressing cavity pump according to a first aspect of the invention and the method according to the second aspect of the invention have the same and similar preferred configurations as are laid down in particular in the dependent claims. In this respect, reference is made in full to the above description of the first aspect of the invention.
  • the method also preferably has the step of setting a leakage gap between the rotor and the stator.
  • the adjustment of the leakage gap is preferably performed while driving the rotor to pump a liquid. That means that Displacement of the rotor and stator relative to each other, as well as setting a leakage gap, preferably takes place during operation, namely preferably when an operating parameter reaches or exceeds a threshold value.
  • the method preferably also includes the step of: measuring a temperature of the rotor and/or the stator; and depending on the measured temperature, relative axial displacement of the rotor and stator. If, for example, a threshold temperature that is predetermined is exceeded, the rotor and stator are axially displaced relative to one another as a function of this exceeding, so that the constriction is widened. It can also be provided that when the temperature drops, the constriction is again reduced, up to a contact under prestress, in order to keep a leakage low.
  • the temperature of the rotor and/or the stator is preferably measured continuously, preferably at predetermined small time intervals. Depending on these measurements, a displacement between rotor and stator is then preferably performed dynamically, so that the constriction present between rotor and stator and thus the gap geometry is always consistent with the measured temperature, so that wear can be prevented.
  • the steps are preferably also carried out: determining a liquid level at the inlet of the stator; and depending on the determined liquid level, relatively axially shifting the rotor and stator.
  • the liquid level is preferably determined by means of a liquid sensor. Provision can be made for the liquid level to be determined only in relation to a certain threshold, for example half of the maximum inlet flow.
  • a relative axial displacement of the rotor and stator is then carried out, preferably by a predetermined fixed value. This widens the constriction and prevents wear. It can also be provided that when the liquid level rises again, the constriction is reduced again, i.e. a small gap or contact is set in order to achieve an optimal gap geometry and delivery.
  • the method also includes: determining a pumped volume of liquid per revolution of the rotor; and depending on the determined volume of liquid, relative axial displacement of the rotor and stator.
  • a low pumped volume of liquid per revolution of the rotor indicates that a relatively high proportion of gas is pumped. Promoting gas on the one hand prevents lubrication between the parts that are in contact and on the other hand also prevents cooling. In this case, when a relatively large amount of gas is pumped and little fluid per revolution of the rotor, it is preferred that the restriction be widened so as to prevent wear.
  • the method can be further developed by widening the constriction between the rotor and stator at the beginning of a start-up of a drive motor for rotating the rotor, and reducing the constriction between the rotor and stator after the start-up of the drive motor.
  • a pressure is detected by means of a pressure sensor and the constriction between the rotor and the stator is widened or narrowed as a function of the pressure.
  • the eccentric screw pump is controlled or adjusted as an exact dosing pump.
  • a target volume is entered or taken up by the eccentric screw pump and the constriction between rotor and stator is widened or reduced depending on this target volume.
  • This expansion or reduction of the constriction between the rotor and the stator is adjusted in such a way that the delivery volume is reduced to 0 when the desired volume quantity is reached. This can be done by appropriate widening of the constriction, or can be done in conjunction with such widening and stopping the rotation of the rotor.
  • an exact dosing to the desired target volume can be done by a gradual or continuous expansion or narrowing if such an expansion is carried out when only a small proportion of the target volume has to be promoted to reach the target volume.
  • An eccentric screw pump 1 has a stator 2 and a rotor 4 .
  • the stator has a central axis L 1 extending centrally through an inner cavity 6 of the stator 2 .
  • the stator 2 has an inner wall 8 delimiting the cavity 6 and made of an elastomeric material.
  • the inner contour of the wall 8 is formed to define a double helix.
  • the rotor 4 is also formed helically as a whole, with the pitch of the helical shape of the stator 2 having a double pitch with respect to the rotor 4 .
  • individual chambers 5 are formed, which are separated by a constriction 7 .
  • the stator 2 also has an inlet 10 and an outlet 12 .
  • the inlet 10 is connected to an inlet housing 14 which has an inlet flange 16 to which an inlet pipe 18 is flanged.
  • the outlet 12 is also provided with an outlet housing 20 which has an outlet flange 22 to which an outlet pipe 24 is flanged.
  • a drive shaft 26 extends through the inlet housing 14 and is connected to the rotor 4 via a first universal joint 28 and is connected to an output shaft 32 of a transmission 34 by a second universal joint 30 .
  • the transmission 34 is connected on the input side to a drive motor 36 which, according to this exemplary embodiment, is designed as an electric motor.
  • the eccentric screw pump 1 has an adjusting device 39 for widening the constriction 7 between the rotor 4 and the stator 2 in order to set an optimal gap geometry.
  • the adjusting device 39 is designed in such a way that the stator 2 is mounted in an axially displaceable manner.
  • the stator 2 is slidable along the longitudinal axis L 1 as indicated by the arrow 38 .
  • the stator 2 is accommodated in sections of the inlet housing 14 and the outlet housing 20, which are sealed with a seal 40, 42.
  • the adjusting device 39 has an engagement section 44 which can be connected to a drive provided for this purpose.
  • Figures 2a - 2c show a gap geometry with a sealing gap in which there is contact between the rotor 4 and the stator 2, illustrate the Figures 3a - 3c an expansion of the constriction 7, so that a leakage gap S is set.
  • Figure 2b shows a section along the longitudinal axis L 1 , as in FIG 1 shown.
  • the rotor 4 is in a maximum upper position based on the Figures 2a - 2c , which is particularly evident from the Figures 2a and 2c can be seen, each showing sections perpendicular to the longitudinal axis L 1 .
  • Figure 2a shows a section near the inlet 10 and Figure 2c a cut at the outlet 12.
  • the rotor 4 rests with a section of its peripheral surface 3 on an inner wall 9 of the stator 2 .
  • a sealing line D in the constriction 7 is formed by the contact.
  • the stator 2 is formed from a flexible material such as an elastomer in particular. Prestressing in the radial direction consequently leads to an elastic deformation of the stator 4 in the area of the sealing line D. In this case, the friction is relatively high. High friction also leads to high wear.
  • this radial preload can increase further, for example due to swelling of the material of the stator 2 or due to expansion of the materials due to heat input.
  • shear-sensitive media it is preferred, for example, to form a sealing line D and at the same time to achieve a relatively high radial prestress, so that the medium is clearly separated at the sealing lines D between the chambers 5 and there is little shearing.
  • the eccentricity e 1 , e 2 is in this embodiment ( Figures 2a-3c ) constant while the diameter D 1 , D 2 of the rotor 4 decreases towards the outlet 12 . That is, e 1 , and e 2 are identical, while D 1 , is greater than D 2 . However, embodiments are also included in which the diameter is constant, ie D 1 is identical to D 2 , and the eccentricity changes, ie for example e 1 is greater than e 2 . The effect of axial displacement is then corresponding.
  • the adjusting device 39 is designed in such a way that the rotor 4 can be displaced axially, together with the complete drive train 25 which, according to this exemplary embodiment, consists of the drive shaft 26, the gear 34 and the drive motor 36.
  • the arrow 37 indicates that the drive motor 36 is also displaced.
  • the housing 46 of the transmission 34 is displaceably mounted in a section 48 of the inlet housing 14 opposite the inlet 10 of the stator 2 and is sealed off from the environment by a seal 50 .
  • a separate drive 52 is provided for this purpose, which can move the drive train 25 via a spindle drive 54 (shown only schematically) in such a way that the constriction 7 between the rotor 4 and the stator 2 is widened. If this is required, the constriction 7 can be widened to such an extent that there is a leakage gap S in the area of the sealing line D between the rotor 4 and the stator 2. In this case, a preload between the rotor 4 and the stator 2 is usually not completely eliminated, since there is a back pressure from the liquid being pumped.
  • the drive 52 is preferably connected to a controller via a signal line 56 .
  • the controller is preferably integrated or connected to a controller 58, for example via the signal line 60.
  • the controller preferably has an input interface via which control or regulation data is input and is designed to control or regulate depending on this control or execute control data. For example, a target volume or a difference between a target volume and an actual volume can be entered into the controller via this interface.
  • the interface can be a user interface or an interface for connecting a sensor or switch.
  • the controller 58 is used to determine whether and to what extent the gap geometry is changed, ie the constriction 7 between the rotor 4 and the stator 2 is to be widened.
  • the controller 58 is initially connected to a sensor 62 which is arranged in the stator 2 .
  • the sensor 62 is designed as a temperature sensor and is used to record the temperature of the stator 2 . It should be understood that the sensor 62 can also be arranged to sense the temperature of the rotor 4 . For this purpose, the sensor 62 can either detect the outer surface of the rotor 4 , or this sensor or an additional one can be arranged in the rotor 4 .
  • the controller 58 determines whether a threshold temperature has been reached based on the temperature measured by the sensor 62 and whether and how much to change the gap geometry. This result is sent to the drive 52 in the form of a displacement signal via the lines 60 and 56 so that the drive train 25 is displaced in order to widen the constriction 7 between the rotor 4 and the stator 2 .
  • the eccentric screw pump 1 also has a level sensor 64 which determines the level of liquid at the inlet 10 of the stator 2 .
  • This sensor 64 is also connected to the controller 58 . Based on the fill level received, the controller 58 determines a displacement of the rotor 4 relative to the stator 2 and sends a corresponding signal to the drive 52 for adjusting the drive train 25.
  • the eccentric screw pump 1 according to this embodiment ( 4 )
  • a flow sensor 66 which a flow of liquid through the Stator 2 measures.
  • This sensor 66 is also connected to the controller 58, the controller 58 determines the flow rate or the flow volume per revolution based on the signal from the sensor 66 and the speed of the rotor 4. If this is low, this also suggests that a relatively large amount of gas is being conveyed, as a result of which the friction between rotor 4 and stator 2 is increased and cooling is also reduced at the same time. As a rule, this leads to greater material expansion and, in turn, to increased prestressing between the rotor 4 and stator 2 and, as a result, to increased wear. An adaptation of the gap geometry is then preferred.
  • a pressure sensor 66 can also be provided, which enables the pressure to be regulated by adjusting the constriction between the rotor and the stator. With such a pressure sensor, maintaining a minimum pressure or a maximum pressure can also be adjusted or controlled by adjusting the constriction. In principle, it should be understood that such a pressure sensor can also be provided in addition to the flow sensor 66 .
  • the pressure sensor can also be arranged in the area of the stator or on the inlet side.
  • controller 58 may also be integrated into the controller of the drive 52 and/or into the controller of the drive motor 36 .
  • FIG. 12 shows another embodiment that is basically similar to the embodiment of FIG 4 is. Identical and similar elements are in turn provided with the same reference symbols, so that reference is made in full to the above description. It is to be understood that the sensors 62, 64, 66 referred to in FIG 4 were described, as well as in the embodiments of figures 1 , 5 , 6 and 7 can be used separately or in combination.
  • the rotor 4 is arranged to be displaceable relative to the stationary stator 2.
  • the drive motor 36 is also stationary and cannot be moved.
  • the drive shaft 26 is in turn coupled to the output shaft 32 of the drive motor 36 via a cardan joint 30 .
  • output shaft 32 is mounted in axially displaceable manner in output gear wheel 68 of transmission 34 .
  • the gear 68 is coupled to the output shaft 32 with an axially displaceable shaft-hub connection.
  • the transmission 34 is therefore equipped with a gear 68 designed as a hollow shaft, in which the shaft 32 can be displaced.
  • the output shaft 32 is in turn guided through a seal 70 so that no liquid can penetrate from the drive inlet housing 14 into the transmission 34 .
  • a drive 52 (cf. 4 ) be arranged to allow the axial displacement of the output shaft 32 and consequently the rotor 4.
  • the rotor 4 is displaceable, while the stator 2 is held stationary in the inlet housing 4 and the outlet housing 20.
  • the drive shaft 26 is designed in two parts and has a first part 74 and a second part 76 .
  • the two parts 74, 76 are telescoped into one another and an expansion member 80 is formed between the two parts 74, 76 in a recess 78 in the first member 74.
  • the expansion member 80 serves to allow the axial length of the drive shaft 26 by shifting the second shaft part 76 to the first shaft part 74 .
  • the expansion of the expansion member 80 or the reduction in size of the expansion member 80 enables the rotor 4 to be displaced.
  • the expansion member 80 is a passive expansion member, such as hydraulics in particular.
  • a hydraulic system is used to keep a preload between the rotor 4 and the stator 2 approximately the same, so that the preload force that acts on the rotor 4 is essentially constant.
  • the rotor 4 with respect to 4 can dodge to the left, compensation by means of the hydraulics in the expansion member 80. This prevents excessive wear as well as an active, controlled by a drive adjustment of rotor 4 and / or stator 2.
  • the pressure acting in the hydraulics can then to the pump pressure can be adjusted.
  • FIG. 7 finally shows an embodiment of the eccentric screw pump 1, which in turn allows a displacement of the rotor 4 relative to the stator 2.
  • the drive shaft 26 is again as in the first three embodiments figures 1 , 4 and 5 formed in one piece.
  • the input shaft 26 is connected to the output shaft 32 by means of a cardan joint 30 .
  • the stub shaft 82 which connects the universal joint 28 to the rotor 4 is formed in two parts and has a first part 84 which is rigidly connected to the rotor 4 and a second part 86 which is connected to the universal joint 28 .
  • the parts 84 and 86 are telescoped into each other and in the part 84 is an expansion member 80, corresponding to the expansion member 80 according to FIG 4 , educated.
  • This expansion member 80 can in turn be active or passive, passive for example in the form of hydraulics.
  • a drive which displaces the rotor 4 axially, acts on the end face 88 of the rotor 4 .
  • step 100 the eccentric screw pump 1 is started and the rotor 4 is rotated.
  • step 102 designates the delivery of liquid from the inlet 10 to the outlet 12 of the stator 2 by rotation of the rotor 4.
  • step 104 the temperature of the stator 2 is measured in step 104 by means of a temperature sensor.
  • step 106 This measured temperature is compared to one or more thresholds in step 106 .
  • step 108 it is then determined whether one or which of the several threshold values has been exceeded and if no threshold value has been exceeded, or already the preload, i.e. also the axial position of the rotor relative to the stator and thus the gap geometry, i.e. the geometry of the constriction 7 with corresponds to the threshold value determined in step 106, made the choice in step 108 to continue pumping liquid and returned to step 102. Otherwise, in step 110, an appropriate preload is set. After the gap geometry has been readjusted if necessary in step S110, the process can return to step S102.
  • step 106 the temperature measured in step 104 is determined against a plurality of threshold values, each threshold value representing an equivalent to a relative axial position of rotor 4 and stator 2 to one another.
  • step 110 the corresponding axial position provided for the threshold value determined in 106 is then adjusted.
  • liquid continues to be pumped in step 102 .
  • the constriction between the rotor and the stator is widened so much that there is no or only a low pumping rate due to the internal leakage.
  • the constriction is then reduced over a time-limited start-up process of approx. 1.5 seconds to such an extent that a desired delivery rate or a desired delivery pressure is achieved.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe zur Förderung von mit Feststoffen beladenen Flüssigkeiten, mit einem schraubenförmig gewundenen Rotor, einem konischen Stator, mit einem Einlass und einem Auslass, in dem der Rotor drehbar um eine Längsachse des Stators angeordnet ist, und der eine mit dem Rotor korrespondierende schraubenförmige Innenwand aufweist, wobei der Rotor eine sich zum Auslass oder Einlass hin verjüngende, vorzugsweise konische, Form und/oder eine sich verändernde Exzentrizität aufweist und wobei Rotor und Stator derart zueinander angeordnet und ausgebildet sind, dass wenigstens eine Kammer gebildet ist, die zur Förderung der Flüssigkeiten dient, und die Kammer durch eine Verengung, insbesondere Dichtlinie, abgetrennt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Exzenterschneckenpumpe.
  • Exzenterschneckenpumpen der eingangs genannten Art sind seit einigen Jahren bekannt und werden insbesondere dazu eingesetzt, mit Feststoff beladene Flüssigkeiten, abrasive Flüssigkeiten, oder allgemein Flüssigkeiten mit hoher Viskosität schonend zu fördern und zu dosieren. Sie nutzen einen ein- oder mehrgängigen schraubenförmigen Rotor, der in einer korrespondierenden zwei- oder mehrgängigen Kammer eines Stators angeordnet ist und in diesem rotiert. Die Rotation der Schnecke erfolgt bei einer Exzenterschneckenpumpe um eine Schneckenrotationsachse, die ihrerseits um eine in der Regel parallel zu ihr liegende Statorlängsachse rotiert, was in einer exzentrisch auf einer Kreisbahn geführten Rotationsbewegung der Schnecke resultiert und woraus die Bezeichnung "Exzenter"schneckenpumpe abgeleitet ist. Der Antrieb der Schnecke einer Exzenterschneckenpumpe erfolgt dabei häufig durch eine Taumelwelle, die durch eine an beiden Enden mit Kardangelenken versehene Welle zwischen dem Antriebsmotor und dem Rotor gebildet wird. Durch entsprechende Gestaltung des Außenprofils des Rotors und des Innenprofils des Stators ergibt sich eine Verengung, insbesondere Dichtlinie, die die wenigstens eine Kammer, vorzugsweise aber einzelne Kammern einer Mehrzahl an Kammern, gegeneinander dichtet. Der Rotor und der Stator können im direkten Kontakt zueinander stehen und eine Dichtlinie ausbilden, oder auch in der Verengung einen die Kammern trennenden Dichtspalt besitzen. In der Regel ist dabei der Rotor als eingängige Schnecke ausgebildet und der Stator als zweigängige Schnecke mit einer doppelten Steigung, wodurch sich die Abdichtung der einzelnen Kammern ergibt.
  • Aus DE2632716 ist eine Schneckenpumpe vorbekannt, die eine konische Schnecke und einen konischen Druckmantel aufweist. Bei dieser Ausführungsform weist die Schnecke eine Konizität von ca. 30° Konuswinkel auf, womit eine Erhöhung des Förderdrucks über eine kurze Schneckenlänge erreicht werden soll. Schnecke und Druckmantel sind dabei relativ zueinander axial beweglich, indem der Druckmantel in einer Hülse axial beweglich geführt ist. Hierdurch soll ein Druck konstant gehalten werden, indem der Druckmantel unter der Einwirkung des Flüssigkeitsdruck auf ein Ringteil des Druckmantels in der Pumpe verschoben wird. Systematisch kann aber durch eine Druckerhöhung am Ausgang nur eine vertikale Zustellung und damit Anpressung des Druckmantels an die Schnecke bewirken. Nachteilig an diesem vorbekannten System ist zudem, dass es in der Zielsetzung alleinig auf die Konstanz des erhöhten Drucks ausgelegt sein soll, der durch die Querschnittsflächenverringerung in Förderrichtung des konischen Pumpenspalts erzeugt wird und keine Axialverschiebung in Abhängiglkeit anderer Einflussgrößen ermöglicht.
  • Aus AT223042 ist ebenfalls eine Schneckenpumpe vorbekannt, die einen konischen Stator und Rotor aufweist. Mittels einer zwischen den Rotor und die Abtriebswelle eingesetzte Schraubhülse kann bei dieser Schneckenpumpe der Rotor axial in Bezug auf den Stator verstellt werden, indem ein Benutzer bei stillstehender Pumpe durch ein Handloch die Hülse manuell mittels eines Werkzeugs verdreht. Hierdurch kann sowohl ein Klemmen als auch ein zu großes Speil zwischen dem Stator und dem Rotor, hervorgerufen durch ein Quellen des Stators bzw. einen Verschleiß von Rotor und/oder Stator, ausgeglichen werden.
  • Aus DE 102015112248 A1 ist eine Exzenterschneckenpumpe vorbekannt, bei der die Spaltgeometrie zwischen Rotor und Stator veränderbar ist, indem die Vorspannung des Stators nachgestellt wird. Eine erhöhte Vorspannung bewirkt dabei eine Verpressung des als Elastomerteil ausgebildeten Stators und kann hierdurch die Spaltgeometrie verringern. Nachteilig an dieser Exzenterschneckenpumpe ist jedoch, dass die Elastomerdicken des Stators sowohl in Umfangsrichtung als auch in Längsrichtung bedingt durch dessen Geometrie unterschiedlich sind und daher eine erhöhte Vorspannung zu einer ungleichmäßigen elastischen Verformung führt. Ein zuverlässiger Betrieb der Exzenterschneckenpumpe ist daher nicht gewährleistet und durch die ungleichmäßige Spaltgeometrie, die mit dieser Verstellung kann lokal erhöhter Verschleiß erzeugt werden.
  • DE 102014117483 A1 offenbart eine verstellbare Pumpeneinheit für eine Exzenterschneckenpumpe. Der Stator ist für deren Einstellung zumindest teilweise aus einem elektro- und/oder temperaturaktiven Material gebildet und/oder mit mindestens einem elektro- und/oder temperaturaktiven Mittel gekoppelt oder ausgestattet, wobei die Mittel als Sensoren einsetzbar sind, sodass Parameter der Verdrängungspumpe mittels einer Steuervorrichtung basierend auf den Sensoren eingestellt werden können. Darüber hinaus kann der Stator beim Aktivieren der elektroaktiven Mittel je nach Konfiguration in eine gewünschte Richtung bewegt werden.
  • Bei Exzenterschneckenpumpen sind zudem konische Exzenterschneckenpumpen bekannt, da diese sowohl eine einfache Montage erlauben als auch ein Nachstellen des Rotors in Bezug auf den Stator bei Verschleiß. Eine solche Exzenterschneckenpumpe ist beispielsweise aus WO 2010/100134 A2 bekannt. Dieses Dokument schlägt, um Verschleiß vorzubeugen, bzw. auszugleichen, eine Exzenterschneckenpumpe mit einem konischen Rotor vor, die derart ausgebildet ist, dass die einzelnen Kammern alle das gleiche Volumen aufweisen. Bilden sich dann im Betrieb Verschleißerscheinungen, insbesondere sogenannte Kavitationen, ist es möglich, den Rotor in Bezug auf den Stator axial so zu verschieben, dass die Kammervolumina wieder gleich groß sind und Dichtigkeit erreicht wird.
  • Ein Nachteil an diesen bekannten Lösungen ist, dass diese Lösungen allein bereits entstandenen Verschleiß an dem Stator ausgleichen kann, indem der Rotor verschoben wird. Das Auftreten von Verschleiß als solches kann die aus dem Stand der Technik bekannte Schneckenpumpe und Exzenterschneckenpumpe nicht verhindern.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Exzenterschneckenpumpe der eingangs genannten Art anzugeben, die nicht nur das Ausgleichen von entstandenem Verschleiß, sondern bereits die Entstehung von Verschleiß reduziert und so die Lebensdauer der Exzenterschneckenpumpe erhöht und den Wartungsaufwand verringert.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Exzenterschneckenpumpe der eingangs genannten Art durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Dabei weist die Erfindung eine Verstelleinrichtung zum Verstellen einer axialen Relativposition von Rotor und Stator auf, die dazu ausgebildet ist, die Spaltgeometrie zwischen Rotor und Stator zu optimieren, indem sie dazu eingerichtet ist die Verengung zwischen Rotor und Stator zu erweitern.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Spaltgeometrie, also die Geometrie der Verengung, die die Kammer(n) abtrennt, einerseits wichtig ist, um die Dichtung ausreichend auszubilden, sodass ein Pumpen möglich ist, andererseits herrscht im Betrieb der Exzenterschneckenpumpe Reibung, wodurch sich die einzelnen Teile, insbesondere Rotor und Stator erhitzen und aufgrund der Materialdehnung dann eine Vorspannung zwischen Rotor und Stator erhöht wird, oder die Verengung zu klein wird. Die erhöhte Vorspannung führt dann zu weiterem Verschleiß.
  • Die Erfindung hat erkannt, dass sich jeder Verschleiß vermeiden lässt, oder reduzieren lässt, wenn im Betrieb die Verengung erweitert wird und dadurch die Spaltgeometrie an die Betriebsbedingungen angepasst und so optimiert werden kann. Daher schlägt die vorliegende Erfindung eine Verstelleinrichtung vor, die dazu ausgebildet ist, die Verengung zwischen Rotor und Stator zu erweitern. Wird die Verengung wieder erweitert, herrscht ein Kontakt mit geringerer Vorspannung oder kein Kontakt, und dadurch weniger Reibung zwischen Rotor und Stator, was wiederum zu geringerem Verschleiß führt. Beim Pumpen von Flüssigkeit ist zudem ein Kühleffekt vorhanden, sodass sich bei verringerter Vorspannung die Teile wieder abkühlen können. Hierdurch ist es beispielsweise auch möglich, bei einem Anlauf der Exzenterschneckenpumpe einen größeren Spalt einzustellen, um die Reibung im trockenen Zustand gering zu halten. Auch ist es möglich die Exzenterschneckenpumpe energiesparend zu betreiben, durch Einstellen auf den optimalen Gesamtwirkungsgrad unter Berücksichtigung des volumetrischen Wirkungsgrads und der Reibungsverluste. Eine nur geringe Erweiterung der Verengung bietet sich hingegen bei scherempfindlichen Medien an. Durch die Erfindung lässt sich die Exzenterschneckenpumpe also auf die jeweils geförderten Medien einstellen.
  • Der Rotor weist eine sich zum Auslass oder Einlass hin verjüngende Form auf. Die Form ist bestimmt durch die Hüllkurve, die den Rotor einschließt. Die Form ist vorzugsweise konisch. Der Rotor weist also einen Durchmesser auf, der in Richtung des Auslasses oder des Einlasses geringer wird. Vorzugsweise verjüngt sich der Rotor linear. Es ist aber auch bevorzugt, dass der Rotor eine sich nach einer vorgegebenen Funktion verjüngende Form aufweist, beispielsweise eine Funktion des 2., 3., oder 4., Grades. Der Durchmesser nimmt dann progressiv oder degressiv ab. Dies hat je nach Belastung des Rotors Vorteile, um übermäßigen Verschleiß zu vermeiden. Die Wahl, ob sich der Rotor zum Einlass oder Auslass hin verjüngt ist insbesondere abhängig von strukturellen Rahmenbedingungen, und sollte von der Art der Montage abhängig gemacht werden. Die Richtung der Verjüngung bestimmt die Richtung, in der der Rotor in den Stator eingesetzt wird.
  • Alternativ oder zusätzlich weist der Rotor eine sich in Richtung des Einlasses oder des Auslasses verändernde Exzentrizität auf. Die Exzentrizität verändert sich vorzugsweise linear, d.h. nimmt linear zu oder ab. Es ist aber auch bevorzugt, dass der Rotor eine sich nach einer vorgegebenen Funktion verändernde Exzentrizität aufweist, beispielsweise eine Funktion des 2., 3. oder 4. Grades. Die Exzentrizität nimmt dann progressiv oder degressiv ab.
  • Der Stator ist in beiden Fällen an den Rotor angepasst und weist folglich eine korrespondierende innere Kontur auf.
  • Grundsätzlich ist es bevorzugt, dass die Verjüngung und/oder die sich in Längsrichtung ändernde Exzentrizität des Rotors in Förderrichtung so gering ist, dass hierdurch keine nennenswerte Verringerung des Spaltquerschnitts in der Förderrichtung bewirkt wird, um eine unerwünschte Druckerhöhung zu vermeiden. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die Verjüngung so gewählt wird, dass zwei die Umhüllende in einem Längsschnitt beidseits mittelnde Geraden einen Konuswinkel von weniger als 20°, vorzugsweise weniger als 10° und insbesondere weniger als 5° zueinander bilden. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der durch die Verjüngung verursachte Flächenunterschied zwischen der Spaltquerschnittsfläche im Auslass des Stators zu der Spaltquerschnittsfläche im Einlass des Stators weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% der Spaltquerschnittsfläche im Einlass des Stators beträgt.
  • Auch bei einer sich ändernden Exzentrizität bei konstantem Durchmesser ist es möglich durch eine axiale Verschiebung eine Verengung zu erweitern. Ein Abschnitt des Rotors mit kleinerer Exzentrizität kann so in einer Abschnitt des Stators mit größerer Exzentrizität gebracht werden, wodurch die Verengung erweitert wird. Auch eine Kombination aus einem sich verjüngenden Rotor und einem Rotor mit sich verändernder Exzentrizität ist bevorzugt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verstelleinrichtung dazu eingerichtet, die Verengung zwischen Rotor und Stator so weit zu erweitern, dass ein Leckagespalt zwischen Rotor und Stator ausgebildet ist. In diesem Fall ist Verengung nicht durch einen Kontakt zwischen Rotor und Stator gebildet, sondern durch einen geringen Spalt, den Leckagespalt, der immer noch eine gewisse Dichtung bereitstellt. In diesem Fall nimmt zwar die Förderrate ab, aber aufgrund des nicht mehr vorhandenen physischen Kontakts zwischen Rotor und Stator und des Flüssigkeitsfilms zwischen diesen Teilen, findet eine weitergehende Kühlung statt und Verschleiß ist weiter verringert. Es kann vorgesehen sein, dass ein solcher Leckagespalt nicht permanent im Betrieb vorhanden ist, sondern nur bei oder nach besonderen Belastungen eingestellt wird.
  • Weiterhin ist bevorzugt, dass die Verstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, die Erweiterung der Verengung in Abhängigkeit von einem oder mehreren vorbestimmten Betriebsparametern durchzuführen. Es ist beispielsweise denkbar, dass eine Erweiterung der Verengung automatisch nach einer gewissen Betriebsdauer eingestellt wird. Auch ist es denkbar, die Leistungsaufnahme eines Antriebsmotors zu messen und bei steigender Leistungsaufnahme, die Verengung zu erweitern. Bevorzugt findet die Erweiterung der Verengung in Abhängigkeit von mehreren Betriebsparametern statt. Zwar ist es ebenfalls denkbar und bevorzugt, nur einen einzigen Betriebsparameter zu verwenden, aber durch die Verwendung mehrerer Betriebsparameter kann Verschleiß effektiver verringert werden.
  • Besonders bevorzugt ist einer der Betriebsparameter, die Temperaturen des Stators und/oder des Rotors. Bevorzugt wird die Temperatur des Stators gemessen. Hierzu weist die Exzenterschneckenpumpe vorzugsweise wenigstens einen Sensor auf, der in oder an dem Stator angeordnet ist und die Temperatur des Stators misst. Bevorzugt wird die Temperatur an mehreren Stellen gemessen, um so Verschleiß besonders effektiv verringern zu können. Bevorzugt findet eine kontinuierliche Erweiterung der Verengung in Abhängigkeit der Temperatur statt. Alternativ sind eine oder mehrere Schwellwerte vorbestimmt, und bei Überschreiten des einen oder der mehreren Schwellwerte wird eine stufenweise Erweiterung der Verengung durchgeführt.
  • Vorzugsweise ist einer, insbesondere ein weiterer der Betriebsparameter, das geförderte Flüssigkeitsvolumen. Vorzugsweise ist das geförderte Flüssigkeitsvolumen das Flüssigkeitsvolumen pro Umdrehung. Nimmt das geförderte Flüssigkeitsvolumen pro Umdrehung ab, bedeutet dies, dass mehr Gas oder Luft gefördert wird. Bei Förderung von Gas oder Luft ist der Kühleffekt, den das Medium auf die Exzenterschneckenpumpe ausübt, geringer als bei Förderung einer Flüssigkeit. Daher ist es bevorzugt in diesem Fall ebenfalls die Verengung zu Erweitern, um Verschleiß vorzubeugen. Zu diesem Zweck ist es denkbar, dass an dem Einlass oder dem Auslass des Stators ein Durchflussmesser angeordnet ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist einer der Betriebsparameter ein Flüssigkeitsstand am Einlass des Stators. Bevorzugt sind hierzu ein Flüssigkeitssensor oder mehrere Flüssigkeitssensoren vorgesehen. Es kann bevorzugt sein, nur eine bestimmte Füllstandshöhe als Schwellwert zu messen. Alternativ ist auch eine kontinuierliche Messung der Füllstandshöhe am Statoreinlass bevorzugt. Ist am Statoreinlass ein geringer Flüssigkeitsstand, ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Exzenterschneckenpumpe trockenläuft höher, wodurch auch die Reibung höher ist und die Kühlung der Exzenterschneckenpumpe geringer. Dies führt wiederum zu einer rascheren Erwärmung und somit Materialausdehnung, wodurch die Verengung weiter verkleinert wird, und Vorspannung zunehmen kann. Daher ist es bevorzugt, dass in dem Fall, dass ein geringer Flüssigkeitsstand am Einlass des Stators gemessen wird, die Verengung zwischen Rotor und Stator erweitert wird.
  • Ein weiterer denkbarer Parameter ist der Druck am Auslass. Bleibt dieser gleich oder sinkt, bei gleichzeitiger Steigerung des Drehmoments, ist dies ein Indikator für erhöhte Reibung zwischen Rotor und Stator und damit ein Zeichen für ein Quellen des Statormaterials. Auch in einem solchen Fall ist es bevorzugt, die Verengung zu erweitern, um die Spaltgeometrie an die geänderten Rahmenbedingungen anzupassen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Stator axial verschieblich gelagert und die Verstelleinrichtung dazu eingerichtet, den Stator axial zu verschieben, um wenigstens teilweise die Verengung zwischen Rotor und Stator zu erweitern. Der Rotor ist üblicherweise mit einem Antrieb gekoppelt und der Stator ist in Drehrichtung fest gelagert. Bei Verschleiß muss in erster Linie der Stator ausgewechselt werden, da dieser üblicherweise aus einem weicheren Material als der Rotor gebildet ist. Da der Stator aus diesem Grund leicht auswechselbar angeordnet sein muss, wird in dieser Ausführungsform vorgeschlagen, den Stator so zu lagern, dass dieser axial verschieblich ist, um so die Verengung zwischen Rotor und Stator wenigstens teilweise zu erweitern. Bevorzugt ist hierzu die Verstelleinrichtung mit dem Stator gekoppelt, um diesen zu verschieben. Die Verstelleinrichtung kann dazu mit einem dafür vorgesehenen Antrieb des Stators gekoppelt sein. Ein solcher Antrieb des Stators ist in einer bevorzugten Ausgestaltung als Hydraulikantrieb, Zahnstange-Ritzel-Antrieb, Kettenantrieb, Spindelantrieb oder dergleichen ausgebildet. Bevorzugt ist der Antrieb des Stators so ausgebildet, dass eine axiale Position des Stators gehalten werden kann. Dies ist bevorzugt dadurch realisiert, dass der Antrieb des Stators selbsthemmend ausgebildet ist.
  • Erfindungsgemäß ist der Rotor axial verschieblich gelagert und die Verstelleinrichtung dazu eingerichtet, den Rotor axial zu verschieben, um wenigstens teilweise die Verengung zwischen Rotor und Stator zu erweitern. Es soll verstanden werden, dass auch eine Kombination der beiden Verschiebungen möglich und bevorzugt ist, also, dass sowohl Rotor als auch Stator axial verschoben werden. Hierdurch ist es möglich, die absoluten Wege der Verschiebung klein zu halten.
  • In einer Variante ist ein Antriebsstrang, umfassend einen Antriebsmotor und eine Antriebswelle, des Rotors gemeinsam mit dem Rotor verschieblich. Der Rotor ist üblicherweise mittels einer Welle an einen Antriebsmotor, der in der Regel als Elektromotor ausgebildet ist, gekoppelt. Da der Rotor exzentrisch um eine Zentralachse des Stators rotiert, also seine Zentralachse eine Kreisbahn um die Zentralachse des Stators beschreibt, umfasst eine solche Antriebswelle in der Regel auch wenigstens ein Kardangelenk oder Biegestab, um eine exzentrische Drehmomentübertragung zu erlauben. In dieser Ausführungsform ist sowohl der Antriebsmotor als auch die Antriebswelle, die zum Antriebsstrang gehören, gemeinsam mit dem Rotor verschieblich gelagert. Hierdurch ist die Konstruktion des Antriebsstrangs vereinfacht und beispielsweise ist für den Antriebsmotor eine Linearlagerung vorgesehen, die wie oben mit Bezug auf den Stator beschrieben, mit einem dafür vorgesehenen Antrieb versehen sein kann.
  • In einer weiteren Variante, die ebenfalls zusätzlich zu der oben beschriebenen Variante ausgebildet sein kann, ist der Rotor samt Antriebswelle gegenüber dem Antriebsmotor verschieblich. In dieser Variante ist bevorzugt, dass zwischen Antriebswelle und dem Antriebsmotor ein Getriebe angeordnet ist, welches eine Axialverschiebung der Antriebswelle erlaubt. Beispielsweise sind Zahnräder des Getriebes so ausgebildet, dass eine Axialverschiebung erlaubt ist. In dieser Variante ist die Anordnung des Antriebsmotors vereinfacht, während die Konstruktion des Getriebes aufwendiger ist, als die bei der vorherigen beschriebenen Ausführungsform. Als weiterer Vorteil ergibt sich aber hierbei, dass die Masse der verschieblichen Teile geringer ist. Ferner ist es möglich, den Antriebsmotor separat zu lagern.
  • In einer Variante, oder zusätzlich hierzu, ist die Antriebswelle wenigstens zweiteilig ausgebildet und weist ein Expansionsglied auf, welches ein Verlängern und Verkürzen der Antriebswelle zum axialen Verschieben des Rotors erlaubt. Die Antriebswelle kann in diesem Ausführungsbeispiel teleskopartig gebildet sein und selbsttätig die Verlängerung ausüben, oder für den Rotor ist ein separater Antrieb zum Verschieben des Rotors vorgesehen. Beispielsweise ist denkbar, dass in der Antriebswelle ein hydraulisch betriebenes Expansionsglied angeordnet ist, welches durch Beaufschlagung mit hydraulischem Druck eine axiale Verstellung erlaubt. Alternativ zu einem hydraulischen Expansionsglied kann auch ein mechanisch wirkendes Expansionsglied, beispielsweise im Sinne eines Spindeltriebs vorgesehen sein.
  • Alternativ oder zusätzlich ist eine separate Antriebseinheit für den Rotor vorgesehen, die den Rotor axial verschiebt, während das Expansionsglied passiv ist und diese Verschiebung erlaubt. Hierdurch ist die Konstruktion weiter vereinfacht.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Längsachse des Stators im Betrieb im Wesentlichen vertikal bzw. aufrecht ausgerichtet und der Auslass des Stators ist oben angeordnet. Hierdurch ergeben sich weitere Vorteile. Einerseits wird die Verengung bzw. Vorspannung zwischen Rotor und Stator nicht im unteren Statorbereich durch das zusätzliche Gewicht des Rotors verengt bzw. erhöht. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass bei Änderung der Spaltgeometrie bis hin zu einem Leckagespalt, Flüssigkeit wieder nach unten, in Richtung des Einlass strömt, und so ein zusätzlicher Kühleffekt erzielt wird. Besonders vorteilhaft in dieser Variante ist, dass wenn nicht nur Flüssigkeit, sondern auch Gas gefördert wird, die Flüssigkeit stets im Bereich der Kontaktstellen, das heißt im Bereich der Dichtlinie, vorhanden ist und somit auch bei Fördern von einem hohen Gasanteil stets eine Kühlung der Dichtlinie gewährleistet ist. Hierdurch wird effektiv eine Erwärmung und somit eine Erhöhung der Reibung und der Vorspannung, bzw. eine übermäßige Verringerung der Verengung vermieden. Dies beugt weiterem Verschleiß vor. Die vertikale Anordnung ist ferner platzsparend und die Exzenterschneckenpumpe lässt sich besonders einfach in bereits bestehende Anlagen einbauen. Die vertikale Anordnung wird dadurch ermöglicht, das die Verengung erweitert werden kann.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Stator wenigstens im Bereich der Innenwand aus einem nachgiebigen Material, insbesondere einem Elastomer, gebildet. Hierdurch wird einerseits die Fertigung des Stators vereinfacht, andererseits auch eine gute Abdichtung zwischen Stator und Rotor erzeugt. In einer Variante kann vorgesehen sein, dass die Innenwand des Stators mit einer im Wesentlichen gleichmäßig dicken Schicht aus Elastomermaterial verkleidet ist. In einer anderen Variante ist der gesamte Stator aus Elastomermaterial gebildet und äußerlich mit einer Manschette zur Stabilisierung versehen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass wobei die Verstelleinrichtung ausgebildet ist, um die Verengung zwischen Rotor und Stator vor Beginn eines Anlaufvorgangs oder während oder nach einem Auslaufvorgang eines Antriebsmotors zur Drehung des Rotors zu erweitern, und um die Verengung zwischen Rotor und Stator vor Beginn während des Anlaufvorgangs des Antriebsmotors zu verringern. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Verengung zwischen Rotor und Stator im Zuge des Beginns eines Fördervorgangs der Exzenterschneckenpumpe, also beim Anlaufen oder nach dem Anlaufen eines Antriebsmotors, der die Rotationsbewegung des Rotors gegenüber dem Stator erzeugt, von einer erweiterten Verengung auf eine verlängerte Verengung verstellt. Hierdurch wird die Exzenterschneckenpumpe von einem anfangs hohen inneren Leckagestrom auf einen verringerten Leckagestrom verstellt. Diese Verstellbewegung dient dazu, das Fördervolumen und/oder den Förderdruck der Exzenterschneckenpumpe bei Starten des Fördervorgangs nicht schlagartig aufzubauen, was einen hohe Belastung der Exzenterschneckenpumpe und der angeschlossenen Leitungen verursachen würde, sondern über einen Startzeitraum kontinuierlich aufzubauen. Dieser Startzeitraum kann im Bereich von einer Sekunde mehreren Sekunden liegen. Insbesondere ist diese Ausführungsform vorteilhaft, wenn ein Antriebsmotor verwendet wird, der keinen über einen Frequenzumrichter gesteuerte Drehzahlregelung aufweist, sondern stattdessen bei Anlaufen eine sofortige Erhöhung auf Nenndrehzahl aufweist.
  • Grundsätzlich ist zu verstehen, dass zum Zwecke dieser Regelung die Verengung zwischen Stator und Rotor jeweils am Ende eines Fördervorgangs erweitert werden kann, damit diese bei einem nachfolgenden Beginn eines Fördervorgangs in einem erweiterten Zustand ist oder dass vor dem Anlaufen des Antriebsmotors bei Starten eines Fördervorgangs zunächst eine entsprechende Erweiterung der Verengung durchgeführt wird, um dann nach Durchführung dieser Erweiterung diesen Antriebsmotor zu starten. Auf beide Weisen kann sichergestellt werden, dass dann, wenn der Antriebsmotor gestartet wird, keine verringerte Verengung oder gar ein direkter Dichtkontakt zwischen Stator und Rotor vorherrscht, der ein hohes Fördervolumen und einen hohen Förderdruck verursachen von Beginn an und sofortig verursachen würde.
  • Noch weiter ist es bevorzugt, wenn die Verstelleinrichtung eine Eingangsschnittstelle zum Empfang eines Drucksignals aufweist und ausgebildet ist, um die Verengung zwischen Rotor und Stator in Abhängigkeit des Drucksignals zu erweitern oder zu verringern. Gemäß dieser Fortbildung ist die Verstelleinrichtung die grundsätzlich eine entsprechende Regelungseinheit, die als elektronische Regelungseinheit ausgeführt sein kann, aufweisen kann, ausgebildet, um eine Änderung der Verengung zwischen Rotor und Stator in Abhängigkeit eines Drucksignals durchzuführen. Das Drucksignal kann dabei ein Druck auf der Eingangsseite, ein Druck innerhalb des Stators oder ein Druck auf der Ausgangsseite des Stators sein, also insbesondere auch ein druckseitiger Druck der Exzenterschneckenpumpe. Auf diese Weise kann eine exakte Einstellung eines Drucks erfolgen, es kann weiterhin ein vorgegebener Druckverlauf durch entsprechende Einstellung der Verengung als Istwertverlauf eingeregelt werden. Diese Einstellung bzw. Einregelung erfolgt erfindungsgemäß durch Erweiterung oder Verringerung der Verlängerung zwischen Rotor und Stator, was gegenüber einer etwaig auch möglichen Regelung der Drehzahl von Rotor und Stator eine wesentlich präzisere, spontanere und trägheitsärmere Einstellung bzw. Einregelung ermöglicht. Insbesondere kann diese Ausführungsform auch dazu genutzt werden, um eine Überdrucksicherung bereitzustellen. In diesem Fall wird bei Erreichen eines bestimmten Drucks bzw. Überschreiten des bestimmten Drucks die Verengung zwischen Rotor und Stator erweitert und hierdurch ein Ansteigen des Drucks über einen bestimmten Maximaldruck verhindert.
  • Weiterhin kann die erfindungsgemäße Exzenterschneckenpumpe weiter fortgebildet werden, indem die Verstelleinrichtung eine Eingangsschnittstelle zum Empfang eines Volumenmengensignals aufweist und ausgebildet ist, um die Verengung zwischen Rotor und Stator in Abhängigkeit des Volumenmengensignals solcherart zu erweitern, dass bei einem Wert des Volumenmengensignals, der signalisiert, dass ein seit Beginn eines Fördervorgangs gefördertes Volumen einem Sollvolumen entspricht, die Verengung zwischen Rotor und Stator solcherart erweitert wird, dass keine weitere Förderung eines Volumens aus dem Auslass des Stators mehr stattfindet. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Verstelleinrichtung dazu ausgebildet, um ein Volumenmengensignal zu empfangen. Grundsätzlich kann dieses Volumenmengensignal ein Sollvolumen charakterisieren, das durch die Exzenterschneckenpumpe gefördert werden soll. Dies bedeutet, dass von Beginn bis Ende eines zusammenhängenden Fördervorgangs, also eines Dauerbetriebs der Exzenterschneckenpumpe, ein bestimmtes Volumen durch die Exzenterschneckenpumpe gefördert werden soll. Grundsätzlich haben die Erfinder erkannt, dass eine solche exakte Dosierung einer bestimmten Fördermenge aufgrund von Trägheit und Nachlaufeffekten nicht in ausreichend genauer Weise durch eine Steuerung und Regelung des Antriebsmotors, der den Rotor antreibt, erreicht werden kann. Erfindungsgemäß wird stattdessen die Verengung zwischen Rotor und Stator solcher Art verstellt, dass die exakte Dosierung dadurch eingestellt bzw. eingeregelt werden kann. Dies bedeutet insbesondere, dass bei Erreichen der gewünschten Volumenmenge, also des Volumenmengensollwerts, die Verengung solcher Art erweitert wird, dass kein weiteres Volumen durch die Exzenterschneckenpumpe gefördert wird. Insbesondere kann die Einstellung oder Einregelung der Verengung zwischen Rotor und Stator solcher Art erfolgen, dass dann, wenn nur noch ein geringer Anteil des gewünschten Sollwertvolumens zu fördern ist, eine Erweiterung der Verengung zwischen Rotor und Stator eingestellt wird und auf diese Art und Weise die Fördermenge in einer oder zwei Stufen oder kontinuierlich verringert wird. Das Istwertvolumen kann hierbei durch einen entsprechenden Volumenmengenmesser erfasst werden oder kann rechnerisch aus der Anzahl der Umdrehungen der Exzenterschneckenpumpe und dem Maß der Verengung zwischen Rotor und Stator über den Förderzeitraum berechnet werden. Als Volumenmengensignal kann ein Sollwertsignal von der Verstelleinrichtung erfasst werden bzw. in die Verstelleinrichtung eingegeben werden, in diesem Fall erfolgt die Berechnung der Stellgröße für die Verengung zwischen Rotor und Stator innerhalb der Verstelleinrichtung und kann durch interne Berechnung oder zusätzliche Eingabe von Istwerten in die Verstelleinrichtung ausgeführt werden. Das Volumenmengensignal kann auch ein Differenzsignal sein, das aus Sollwert und Istwert ermittelt wurde, um hieraus direkt eine Stellgrößenberechnung innerhalb der Verstelleinrichtung zu ermöglichen. Es ist weiter bevorzugt, dass die Verstelleinrichtung ausgebildet ist, um die axialen Relativposition von Rotor zum Stator zu verstellen, während der Rotor sich relativ zum Stator dreht. Diese Ausgestaltung zur Axialverstellung im laufenden betrieb der Pumpe kann beispielsweise durch eine von außen zugängliche oder von außen ansteuerbare Verstelleinrichtung verwirklicht sein. Die Verstelleinrichtung kann als ein energiebetriebener Aktuator ausgeführt sein und so die Verstellung während der Rotation des Rotors ermöglichen, beispielsweise indem ein hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betriebener Aktuator an der Pumpe bereitgestellt ist für die Axialverstellung zwischen Rotor und Stator.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Exzenterschneckenpumpe nach wenigstens einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen einer Exzenterschneckenpumpe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, mit den Schritten: Antreiben des Rotors zum Fördern einer Flüssigkeit; Erweitern der Verengung zwischen Rotor und Stator durch relatives axiales Verschieben von Rotor und Stator zueinander. Es soll verstanden werden, dass die Exzenterschneckenpumpe gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung sowie das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung gleiche und ähnliche bevorzugte Ausgestaltungen aufweisen, wie sie insbesondere in den Unteransprüchen niedergelegt sind. Insofern wird vollumfänglich auf die obige Beschreibung des ersten Aspekts der Erfindung Bezug genommen.
  • Das Verfahren weist ferner bevorzugt den Schritt: Einstellen eines Leckagespalts zwischen Rotor und Stator auf. Das Einstellen des Leckagespalts wird bevorzugt während des Antreibens des Rotors zum Fördern einer Flüssigkeit ausgeführt. Das heißt, das Verschieben des Rotors und Stators zueinander, wie auch das Einstellen eines Leckagespalts findet bevorzugt während des Betriebs statt, bevorzugt nämlich dann, wenn ein Betriebsparameter einen Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
  • Bevorzugt umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Messen einer Temperatur des Rotors und/oder des Stators; und in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur, relatives axiales Verschieben von Rotor und Stator. Wird beispielsweise eine Schwellwerttemperatur, die vorbestimmt ist, überschritten, werden in Abhängigkeit dieses Überschreitens Rotor und Stator relativ zueinander axial verschoben, sodass die Verengung erweitert wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass bei sinkender Temperatur wiederum eine Verkleinerung der Verengung, bis hin zu einem Kontakt unter Vorspannung ausgeführt wird, um so eine Leckage gering zu halten. Bevorzugt wird die Temperatur des Rotors und/oder des Stators permanent gemessen, bevorzugt in vorbestimmten kleinen Zeitabständen. In Abhängigkeit dieser Messungen wird dann bevorzugt dynamisch eine Verschiebung zwischen Rotor und Stator ausgeführt, sodass die zwischen Rotor und Stator vorhandene Verengung und somit die Spaltgeometrie stets im Einklang mit der gemessenen Temperatur ist, sodass Verschleiß verhindert werden kann.
  • Bevorzugt werden weiterhin die Schritte ausgeführt: Bestimmen eines Flüssigkeitsstands am Einlass des Stators; und in Abhängigkeit des bestimmten Flüssigkeitsstands, relatives axiales Verschieben von Rotor und Stator. Der Flüssigkeitsstand wird vorzugsweise mittels eines Flüssigkeitssensors bestimmt. Es kann vorgesehen sein, dass der Flüssigkeitsstand nur bezüglich einer bestimmten Schwelle bestimmt wird, beispielsweise die Hälfte des maximalen Einlassstroms. Basierend auf dem bestimmten Flüssigkeitsstand wird dann ein relatives axiales Verschieben von Rotor und Stator, vorzugsweise um einen vorbestimmten festen Wert, ausgeführt. Hierdurch wird die Verengung erweitert und so Verschleiß vorgebeugt. Es kann auch vorgesehen sein, dass bei erneutem Steigen des Flüssigkeitsstands die Verengung wieder verringert wird, d.h. ein kleiner Spalt oder Kontakt eingestellt wird, um so eine optimale Spaltgeometrie und Förderung zu erzielen.
  • In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform weist das Verfahren ferner auf: Bestimmen eines geförderten Flüssigkeitsvolumens pro Umdrehung des Rotors; und in Abhängigkeit des bestimmten Flüssigkeitsvolumens, relatives axiales Verschieben von Rotor und Stator. Ein geringes gefördertes Flüssigkeitsvolumen pro Umdrehung des Rotors deutet darauf hin, dass ein relativ hoher Anteil an Gas gefördert wird. Eine Förderung von Gas verhindert einerseits die Schmierung zwischen den sich berührenden Teilen, andererseits auch eine Kühlung. In diesem Fall, wenn relativ viel Gas gefördert wird und wenig Flüssigkeit pro Umdrehung des Rotors, ist bevorzugt, dass die Verengung erweitert wird, um so Verschleiß vorzubeugen.
  • Das Verfahren kann weiterhin fortgebildet werden, indem die Verengung zwischen Rotor und Stator zu Beginn eines Anlaufens eines Antriebsmotors zum Rotieren des Rotors erweitert ist, und die Verengung zwischen Rotor und Stator nach Beginn eines Anlaufens des Antriebsmotors verringert wird. Mit dieser Verfahrensfortbildung wird ein sanftes Anlaufverhalten mit einer nicht schlagartige Erhöhung von Fördervolumen und Förderdruck erreicht. Zu den Vorteilen, Varianten und Aspekten dieser Fortbildung wird auf die voranstehende Beschreibung zu der hierzu korrespondierenden Ausgestaltung der Exzenterschneckenpumpe Bezug genommen.
  • Weiter ist es bevorzugt, wenn ein Druck mittels eines Drucksensors erfasst wird, und die Verengung zwischen Rotor und Stator in Abhängigkeit des Drucks erweitert oder verringert wird. Mit dieser Ausführungsform des Verfahrens wird eine exakte Einregelung eines Drucks, eines Druckverlaufs oder die Einhaltung eines Mindestdrucks und/oder eines Maximaldrucks erreicht, indem die Verengung zwischen Rotor und Stator entsprechend eingestellt wird. Dies ermöglicht eine spontane und exakte Druckregelung. Hierzu wird Bezug auf die entsprechende korrespondierende Ausgestaltung der Exzenterschneckenpumpe und die voranstehende Beschreibung hierzu genommen.
  • Noch weiter ist es bevorzugt, wenn eine Sollvolumenmenge erfasst wird, und die Verengung zwischen Rotor und Stator in Abhängigkeit der Sollvolumenmenge erweitert oder verringert wird. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Exzenterschneckenpumpe als exakte Dosierpumpe eingesteuert bzw. eingeregelt. Hierzu wird eine Sollvolumenmenge eingegeben bzw. durch die Exzenterschneckenpumpe aufgenommen und die Verengung zwischen Rotor und Stator in Abhängigkeit dieser Sollvolumenmenge erweitert oder verringert. Diese Erweiterung bzw. Verringerung der Verengung zwischen Rotor und Stator wird dabei solcher Art eingestellt, dass bei Erreichen der Sollvolumenmenge das Fördervolumen auf 0 reduziert ist. Dies kann durch eine entsprechende Erweiterung der Verengung erfolgen oder kann in Verbindung mit einer solchen Erweiterung und einem Beenden der Rotation des Rotors erfolgen. Insbesondere kann durch eine stufenweise oder kontinuierliche Erweiterung oder Verengung eine exakte Dosierung auf die gewünschte Sollvolumenmenge erfolgen, wenn eine solche Erweiterung dann durchgeführt wird, wenn nur noch ein geringer Anteil der Sollvolumenmenge gefördert werden muss, um die Sollvolumenmenge zu erreichen. Auch zu dieser Ausführungsform wird Bezug genommen auf die voranstehende Erläuterung der hierzu korrespondierenden Ausführungsform der Exzenterschneckenpumpe.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand von fünf Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    einen schematischen Querschnitt durch eine Exzenterschneckenpumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
    Fig. 2a
    eine schematischer Querschnitt durch eine Exzenterschneckenpumpe entlang der Längsachse bei eingestellter Dichtlinie;
    Fig. 2b
    einen schematischer Querschnitt senkrecht zur Längsachse gemäß Figur 2a;
    Fig. 2c
    einen schematischer Querschnitt senkrecht zur Längsachse gemäß Figur 2a;
    Fig. 3a
    eine schematischer Querschnitt durch eine Exzenterschneckenpumpe entlang der Längsachse bei eingestelltem Leckagespalt;
    Fig. 3b
    einen schematischer Querschnitt senkrecht zur Längsachse gemäß Figur 3a;
    Fig. 3c
    einen schematischer Querschnitt senkrecht zur Längsachse gemäß Figur 3a;
    Fig. 4
    einen schematischen Querschnitt durch eine Exzenterschneckenpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
    Fig. 5
    einen schematischen Querschnitt durch eine Exzenterschneckenpumpe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
    Fig. 6
    einen schematischen Querschnitt durch eine Exzenterschneckenpumpe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
    Fig. 7
    einen schematischen Querschnitt durch eine Exzenterschneckenpumpe gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel; und
    Fig. 8
    ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betrieb einer Exzenterschneckenpumpe.
  • Eine Exzenterschneckenpumpe 1 weist einen Stator 2 und einen Rotor 4 auf. Der Stator hat eine Zentralachse L1, die sich zentral durch eine innere Kavität 6 des Stators 2 erstreckt. Der Stator 2 weist eine Innenwand 8 auf, die die Kavität 6 begrenzt und aus einem Elastomermaterial gebildet ist. Die innere Kontur der Wand 8 ist so gebildet, dass sie eine doppelgängige Schraubenlinie definiert. Der Rotor 4 ist ebenfalls insgesamt schraubenförmig gebildet, wobei die Steigung der Schraubenlinienform des Stators 2 eine doppelte Steigung mit Bezug auf den Rotor 4 aufweist. Hierdurch bilden sich einzelne Kammern 5, die durch eine Verengung 7 getrennt sind.
  • Der Stator 2 weist ferner einen Einlass 10 und einen Auslass 12 auf. Der Einlass 10 ist mit einem Einlassgehäuse 14 verbunden, welches einen Einlassflansch 16 aufweist, an dem ein Einlassrohr 18 angeflanscht ist. Der Auslass 12 ist weiterhin mit einem Auslassgehäuse 20 versehen, welches einen Auslassflansch 22 aufweist, an welchem ein Auslassrohr 24 angeflanscht ist.
  • Durch das Einlassgehäuse 14 erstreckt sich eine Antriebswelle 26, die über ein erstes Kardangelenk 28 mit dem Rotor 4 verbunden ist, und mit einem zweiten Kardangelenk 30 mit einer Abtriebswelle 32 eines Getriebes 34 in Verbindung steht. Anstelle einer solchen Antriebswelle 26 mit zwei Kardangelenken 28, 30 ist es ebenso bevorzugt eine dünne Biegewelle zu verwenden, die den exzentrischen Antrieb erlaubt. Das Getriebe 34 ist eingangsseitig mit einem Antriebsmotor 36 verbunden, der gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Elektromotor ausgebildet ist.
  • Die Exzenterschneckenpumpe 1 weist erfindungsgemäß eine Verstelleinrichtung 39 zum Erweitern der Verengung 7 zwischen Rotor 4 und Stator 2 auf, um eine optimale Spaltgeometrie einzustellen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel (Fig. 1) ist die Verstelleinrichtung 39 so ausgebildet, dass der Stator 2 axial verschieblich gelagert ist. Der Stator 2 ist entlang der Längsachse L1 verschieblich, wie durch den Pfeil 38 angezeigt. Dazu ist der Stator 2 in Abschnitten des Einlassgehäuses 14 und des Auslassgehäuses 20 aufgenommen, welche mit einer Dichtung 40, 42 abgedichtet sind. Zum Verschieben des Stators 2 weist die Verstelleinrichtung 39 einen Eingriffsabschnitt 44 auf, der mit einem dafür vorgesehenen Antrieb in Verbindung stehen kann.
  • Die Fig. 2a, 2b und 2c sowie 3a, 3b und 3c illustrieren die Änderung der Spaltgeometrie, das heißt die Erweiterung der Verengung 7 anhand einer schematischen Darstellung.
  • Während die Fig. 2a - 2c eine Spaltgeometrie mit einem Dichtspalt zeigen, bei dem Kontakt zwischen Rotor 4 und Stator 2 besteht, illustrieren die Fig. 3a - 3c eine Erweiterung der Verengung 7, sodass ein Leckagespalt S eingestellt ist. Fig. 2b zeigt einen Schnitt entlang der Längsachse L1, wie auch in Fig. 1 dargestellt. Der Rotor 4 ist in einer maximal oberen Position bezogen auf die Fig. 2a - 2c, was sich insbesondere anhand der Fig. 2a und 2c erkennen lässt, die jeweils Schnitte senkrecht zur Längsachse L1 zeigen. Fig. 2a zeigt einen Schnitt nahe des Einlasses 10 und Fig. 2c einen Schnitt am Auslass 12. Wie insbesondere anhand der Fig. 2a und 2c zu erkennen ist, liegt der Rotor 4 mit einem Abschnitt seiner Umfangsfläche 3 an einer Innenwand 9 des Stators 2 an. Durch den Kontakt ist eine Dichtlinie D in der Verengung 7 gebildet. In der Regel ist vorgesehen, dass der Rotor 4 derart axial in dem Stator 2 positioniert ist, dass sich eine Verspannung in radialer Richtung ergibt. Der Stator 2 ist aus einem flexiblen Material wie insbesondere einem Elastomer gebildet. Eine Vorspannung in radialer Richtung führt folglich zu einer elastischen Verformung des Stators 4 im Bereich der Dichtlinie D. Hierbei ist die Reibung verhältnismäßig hoch. Hohe Reibung führt auch zu hohem Verschleiß. Im Betrieb kann es dazu kommen, dass diese radiale Vorspannung weiter zunimmt, beispielsweise aufgrund eines Quellens des Materials des Stators 2 oder aufgrund einer Ausdehnung der Materialien durch Wärmeeintrag.
  • Auch bei scherempfindlichen Medien ist es beispielsweise bevorzugt, eine Dichtlinie D auszubilden und gleichzeitig auch eine verhältnismäßig hohe radiale Vorspannung zu erzielen, sodass Medium an den Dichtlinien D zwischen den Kammern 5 klar getrennt ist und wenig Scherung stattfindet.
  • Durch eine axiale Verstellung des insgesamt konisch ausgebildeten Rotors 4 ist es möglich, die Verengung 7 zu erweitern und so eine radiale Vorspannung zu reduzieren oder sogar einen Leckagespalt S anstelle einer Dichtlinie D einzustellen. Es soll verstanden werden, dass auch ein Leckagespalt S abdichtet; der Rotor 4 schwimmt in diesem Zustand auf einem Flüssigkeitsfilm in der Verengung 7. Die Erweiterung der Verengung wird dadurch erreicht, dass der Rotor 4 in Richtung der konischen Erweiterung verschoben wird, das heißt in Bezug auf die Fig. 2a - 3c nach links. Hierdurch wird die Verengung 7 erweitert, und es kann sich ein Leckagespalt S ausbilden.
  • Im umgekehrten Fall ist es auch möglich, die Verengung 7 zu verkleinern, das heißt weiter zu verengen, um zum Beispiel einen Leckagespalt S zu entfernen und eine Dichtlinie einzustellen. Dies kann beispielsweise bei hohen Drücken zweckdienlich sein. Hohe Drücke können dazu führen, dass der Stator 2 radial aufgeweitet wird und sich selbsttätig ein Leckagespalt S einstellt. Um dann immer noch die optimale Spaltgeometrie zu erhalten, ist in einem solchen Fall eine axiale Verschiebung in Richtung der konischen Verengung, das heißt in Bezug auf die Fig. 2a - 3c nach rechts, erforderlich.
  • Die Exzentrizität e1, e2 ist in diesem Ausführungsbeispiel (Fig. 2a-3c) konstant, während der Durchmesser D1, D2 des Rotor 4 in Richtung des Auslasses 12 abnimmt. Das heißt, e1, und e2 sind identisch, während D1, größer als D2 ist. Es sind aber auch Ausführungsformen umfasst, beiden der Durchmesser konstant ist, also D1 identisch zu D2 ist, und sich die Exzentrizität verändert, d.h. beispielsweise dass e1, größer als e2 ist. Der Effekt beim axialen Verschieben ist dann entsprechend.
  • Fig. 4 zeigt ein gegenüber Fig. 1 verändertes Ausführungsbeispiel, wobei ähnliche Elemente mit demselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Insofern wird vollumfänglich auf die obige Beschreibung zum ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1) Bezug genommen. In Bezug auf die Geometrie des Spalts in der Verengung 7 wird auf die Figuren 2a bis 3c verwiesen.
  • Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist in diesem Ausführungsbeispiel (Fig. 4) ist die Verstelleinrichtung 39 so ausgebildet, dass der Rotor 4 axial verschieblich ist, und zwar mitsamt dem kompletten Antriebsstrang 25, der gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus der Antriebswelle 26, dem Getriebe 34 und dem Antriebsmotor 36 besteht. Insofern zeigt der Pfeil 37 an, dass auch der Antriebsmotor 36 mitverschoben wird. Dazu ist das Gehäuse 46 des Getriebes 34 in einem dem Einlass 10 des Stators 2 gegenüberliegenden Abschnitt 48 des Einlassgehäuses 14 verschieblich gelagert und durch eine Dichtung 50 gegenüber der Umgebung abgedichtet.
  • Zum Verschieben des Rotors 4 in axialer Richtung ist hierzu ein separater Antrieb 52 vorgesehen, der über einen Spindeltrieb 54 (nur schematisch gezeigt) den Antriebsstrang 25 so verschieben kann, dass die Verengung 7 zwischen Rotor 4 und Stator 2 erweitert wird. Wenn dies erforderlich ist, kann die Verengung 7 so weit erweitert werden, dass sich zwischen Rotor 4 und Stator 2 ein Leckagespalt S im Bereich der Dichtlinie D ergibt. Hierbei ist eine Vorspannung zwischen Rotor 4 und Stator 2 meist nicht vollständig aufgehoben, da ein Gegendruck der geförderten Flüssigkeit besteht.
  • Über eine Signalleitung 56 ist der Antrieb 52 dazu vorzugsweise mit einer Steuerung verbunden. Vorzugsweise ist die Steuerung integriert oder verbunden mit einer Steuerung 58, beispielsweise über die Signalleitung 60. Die Steuerung verfügt vorzugsweise über eine Eingangsschnittstelle, über welche Steuerungs- oder Regelungsdaten eingegeben werden und ist dazu ausgebildet, um die Steuerung oder Regelung in Abhängigkeit dieser Steuerungs- oder Regelungsdaten auszuführen. Beispielsweise kann über diese Schnittstelle ein Sollvolumen oder eine Differenz zwischen einem Sollvolumen und einem Istvolumen in die Steuerung eingegeben werden. Die Schnittstelle kann dabei eine Benutzerschnittstelle oder eine Schnittstelle zum Anschluss eines Sensors oder Schalters sein. Die Steuerung 58 dient dazu zu bestimmen, ob und wie stark die Spaltgeometrie verändert, also die Verengung 7 zwischen Rotor 4 und Stator 2 erweitert werden soll. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Steuerung 58 dazu zunächst mit einem Sensor 62 verbunden, der in dem Stator 2 angeordnet ist. Der Sensor 62 ist als Temperatursensor ausgebildet und dient dazu, die Temperatur des Stators 2 zu erfassen. Es soll verstanden werden, dass der Sensor 62 auch so angeordnet sein kann, dass er die Temperatur des Rotors 4 erfasst. Dazu kann der Sensor 62 entweder die äußere Oberfläche des Rotors 4 detektieren, oder dieser Sensor oder ein zusätzlicher kann in dem Rotor 4 angeordnet sein. Die Steuerung 58 bestimmt dann basierend auf der Temperatur, die durch den Sensor 62 gemessen wurde, ob eine Schwellwerttemperatur erreicht wurde und basierend darauf, ob und wie stark die Spaltgeometrie verändert werden soll. Dieses Ergebnis wird in Form eines Verstellsignals über die Leitung 60 und 56 an den Antrieb 52 gesandt, sodass der Antriebsstrang 25 verschoben wird, um die Verengung 7 zwischen Rotor 4 und Stator 2 zu erweitern.
  • In diesem Ausführungsbeispiel (Fig. 4) weist die Exzenterschneckenpumpe 1 ferner einen Füllstandssensor 64 auf, der den Füllstand an Flüssigkeit am Einlass 10 des Stators 2 bestimmt. Auch dieser Sensor 64 ist mit der Steuerung 58 verbunden. Die Steuerung 58 bestimmt basierend auf dem empfangenen Füllstand eine Verschiebung des Rotors 4 gegenüber dem Stator 2 und sendet ein entsprechendes Signal an den Antrieb 52 zum Verstellen des Antriebsstrangs 25.
  • Weiterhin weist die Exzenterschneckenpumpe 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel (Fig. 4) eine Durchflusssensor 66 auf, der einen Durchfluss an Flüssigkeit durch den Stator 2 misst. Auch dieser Sensor 66 ist mit der Steuerung 58 verbunden, die Steuerung 58 bestimmt basierend auf dem Signal des Sensors 66 und der Drehzahl des Rotors 4 die Durchflussmenge, bzw. das Durchflussvolumen pro Umdrehung. Ist dieses gering, spricht dies auch dafür, dass relativ viel Gas gefördert wird, wodurch die Reibung zwischen Rotor 4 und Stator 2 erhöht ist und gleichzeitig auch die Kühlung verringert ist. Dies führt in der Regel zu einer höheren Materialausdehnung und wiederum zu einer erhöhten Vorspannung zwischen Rotor 4 und Stator 2 und in der Folge zu erhöhtem Verschleiß. Eine Anpassung der Spaltgeometrie ist dann bevorzugt. Anstelle des Durchflusssensors 66 kann auch ein Drucksensor 66 vorgesehen sein, der eine Druckregelung mittels der Verstellung der Verengung zwischen Rotor und Stator ermöglicht. Mit einem solchen Drucksensor kann auch die Einhaltung eines Minimaldrucks oder eines Maximaldrucks mittels Verstellung der Verengung eingeregelt oder gesteuert werden. Grundsätzlich ist zu verstehen, dass ein solcher Drucksensor auch zusätzlich zu dem Durchflusssensor 66 vorgesehen sein kann. Der Drucksensor kann zudem auch im Bereich des Stators oder einlassseitig angeordnet sein.
  • Es soll verstanden werden, dass auch Ausführungsformen bevorzugt sind, bei denen nur einer der drei Sensoren 62, 64, 66 vorhanden ist. Es soll ferner verstanden werden, dass die Steuerung 58 auch in die Steuerung des Antriebs 52 und/oder in die Steuerung des Antriebsmotors 36 integriert sein kann.
  • Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das grundsätzlich ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 4 ist. Gleiche und ähnliche Elemente sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass vollumfänglich auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Es soll verstanden werden, dass die Sensoren 62, 64, 66, die mit Bezug auf die Fig. 4 beschrieben wurden, ebenso bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 1, 5, 6 und 7 eingesetzt werden können, separat oder in Kombination.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel (Fig. 5) ist wiederum der Rotor 4 verschieblich zum ortsfesten Stator 2 angeordnet. Allerdings ist in diesem Ausführungsbeispiel der Antriebsmotor 36 ebenfalls ortsfest und nicht verschieblich. Insgesamt ist die Antriebswelle 26 wiederum über ein Kardangelenk 30 mit der Abtriebswelle 32 des Antriebsmotors 36 gekoppelt. Um eine Verschiebung von Rotor 4 und Antriebswelle 26 zu ermöglichen, ist die Abtriebswelle 32 axial verschieblich in dem Abtriebszahnrad 68 des Getriebes 34 gelagert. Das Zahnrad 68 ist mit einer axialverschieblichen Welle-Nabe-Verbindung mit der Abtriebswelle 32 gekoppelt. Das Getriebe 34 ist also mit einem als Hohlwelle ausgeführten Zahnrad 68 ausgestattet, in welchem die Welle 32 verschoben werden kann. Die Abtriebswelle 32 ist ihrerseits durch eine Dichtung 70 geführt, sodass keine Flüssigkeit von dem Antriebseinlassgehäuse 14 in das Getriebe 34 dringen kann. An einem äußerlich liegenden Abschnitt 72 der Abtriebswelle 32 kann wiederum ein Antrieb 52 (vgl. Fig. 4) angeordnet sein, um die axiale Verschiebung der Abtriebswelle 32 und in Folge des Rotors 4 zu ermöglichen.
  • Eine weitere, demgegenüber veränderte Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt. wiederum sind gleiche und ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass vollumfänglich auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird.
  • Auch im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist der Rotor 4 verschieblich, während der Stator 2 ortsfest in dem Einlassgehäuse 4 und dem Auslassgehäuse 20 aufgenommen ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle 26 zweiteilig ausgebildet und weist einen ersten Teil 74 und einen zweiten Teil 76 auf. Die beiden Teile 74, 76 sind teleskopartig ineinander geschoben und zwischen den beiden Teilen 74, 76 ist in einer Ausnehmung 78 in dem ersten Element 74 ein Expansionsglied 80 ausgebildet. Das Expansionsglied 80 dient dazu, die axiale Länge der Antriebswelle 26 durch Verschiebung des zweiten Wellenteils 76 zum ersten Wellenteil 74 zu ermöglichen. Durch die Expansion des Expansionsglieds 80 oder Verkleinerung des Expansionsglieds 80 ist ein Verschieben des Rotors 4 ermöglicht.
  • Es ist denkbar das Expansionsglied 80 als passives Expansionsglied, wie insbesondere als Hydraulik, auszubilden. Eine Hydraulikdient dazu, eine Vorspannung zwischen Rotor 4 und Stator 2 in etwa gleich zu halten, sodass die Vorspannkraft, die auf den Rotor 4 wirkt, im Wesentlichen konstant ist. Bei Ausdehnen des Materials des Stators 2 und/oder des Rotors 4 ist es so möglich, dass der Rotor 4 in Bezug auf Fig. 4 nach links ausweichen kann, Ausgleich mittels der Hydraulik im Expansionsglied 80. Hierdurch wird ein übermäßiger Verschleiß ebenso verhindert, wie durch ein aktives, durch einen Antrieb gesteuertes Verstellen von Rotor 4 und/oder Stator 2. Der in der Hydraulik wirkende Druck kann dann an den Pumpendruck angepasst werden.
  • Fig. 7 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel der Exzenterschneckenpumpe 1, das wiederum eine Verschiebung des Rotors 4 gegenüber dem Stator 2 erlaubt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle 26 wiederum wie in den ersten drei Ausführungsbeispielen der Figuren 1, 4 und 5 einteilig ausgebildet. Die Antriebswelle 26 ist mittels eines Kardangelenks 30 mit der Abtriebswelle 32 verbunden.
  • In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 ist der Wellenstummel 82, der das Kardangelenk 28 mit dem Rotor 4 verbindet zweiteilig ausgebildet und weist einen ersten Teil 84 auf, der starr mit dem Rotor 4 verbunden ist und einen zweiten Teil 86, der mit dem Kardangelenk 28 verbunden ist. Die Teile 84 und 86 sind teleskopartig ineinander geschoben und in dem Teil 84 ist ein Expansionsglied 80, entsprechend dem Expansionsglied 80 gemäß Fig. 4, ausgebildet. Dieses Expansionsglied 80 kann wiederum aktiv oder passiv sein, passiv beispielsweise in Form einer Hydraulik. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass an der Stirnseite 88 des Rotors 4 ein Antrieb angreift, der den Rotor 4 axial verschiebt.
  • In Fig. 8 ist ein beispielhafter Ablauf eines Verfahrens zum Betrieb einer Exzenterschneckenpumpe gemäß einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen einer Exzenterschneckenpumpe gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 7 beschrieben. In Schritt 100 wird die Exzenterschneckenpumpe 1 gestartet und der Rotor 4 in Rotation versetzt. Schritt 102 bezeichnet das Fördern von Flüssigkeit vom Einlass 10 zum Auslass 12 des Stators 2, durch Rotation des Rotors 4. Während dieses Schritts des Förderns 102 wird mittels eines Temperatursensors in Schritt 104 die Temperatur des Stators 2 gemessen.
  • Diese gemessene Temperatur wird mit einem oder mehreren Schwellwerten in Schritt 106 verglichen. Im Schritt 108 wird dann bestimmt, ob der eine oder welcher der mehreren Schwellwerte überschritten wurde und wenn kein Schwellwert überschritten wurde, oder bereits die Vorspannung, d.h. auch die axiale Position des Rotors relativ zum Stator und damit die Spaltgeometrie also die Geometrie der Verengung 7 mit dem in Schritt 106 bestimmten Schwellwert übereinstimmt, in Schritt 108 die Wahl getroffen, weiterhin Flüssigkeit zu fördern und zurück zu Schritt 102 gekehrt. Andernfalls wird in Schritt 110 eine entsprechende Vorspannung eingestellt. Nachdem in Schritt S110 gegebenenfalls eine Neueinstellung der Spaltgeometrie erfolgt, kann der Ablauf zu Schritt S102 zurücckehren.
  • Beispielsweise ist denkbar, dass in Schritt 106 die in Schritt 104 gemessene Temperatur gegenüber einer Mehrzahl an Schwellwerten bestimmt wird, wobei jeder Schwellwert ein Äquivalent zu einer relativen axialen Position von Rotor 4 und Stator 2 zueinander darstellt. In Schritt 110 wird dann die entsprechende axiale Position, die zu dem in 106 bestimmten Schwellwert vorgesehen ist, eingestellt. Gleichzeitig wird weiterhin in Schritt 102 Flüssigkeit gefördert.
  • Grundsätzlich wird zu Beginn eines Fördervorgangs, also bevor die Drehbewegung des Rotors relativ zum Stator startet, die Verengung zwischen Rotor und Stator so stark erweitert, dass aufgrund der inneren Leckage keine oder nur eine geringe Förderrate erfolgt. Die Verengung wird dann über einen zeitlich begrenzten Anlaufvorgang von ca. 1,5 Sekunden soweit verringert, dass eine gewünschte Förderrate oder ein gewünschter Förderdruck damit erzielt wird.

Claims (15)

  1. Exzenterschneckenpumpe (1) zur Förderung von mit Feststoffen beladenen Flüssigkeiten, mit
    - einem schraubenförmig gewundenen Rotor (4),
    - einem Stator (2), mit einem Einlass (10) und einem Auslass (12), in dem der Rotor (4) drehbar um eine Längsachse (L1) des Stators (2) angeordnet ist, und der eine mit dem Rotor (4) korrespondierende schraubenförmige Innenwand (8) aufweist,
    wobei der Rotor (4) eine sich zum Auslass (12) oder Einlass (10) hin verjüngende, vorzugsweise konische, Form und/oder eine sich verändernde Exzentrizität (e1, e2) aufweist, und
    wobei Rotor (4) und Stator (2) derart zueinander angeordnet und ausgebildet sind, dass wenigstens eine Kammer (5) gebildet ist, die zur Beförderung der Flüssigkeit dient, und die Kammer (5) durch eine Verengung (7), insbesondere Dichtlinie (D), abgetrennt ist,
    und mit einer Verstelleinrichtung zum Verstellen einer axialen Relativposition von Rotor (4) und Stator (2),
    wobei die Verstelleinrichtung (39) dazu ausgebildet ist die Verengung (7) zwischen Rotor (4) und Stator (2) zu erweitern,
    wobei der Rotor (4) axial verschieblich gelagert ist und die Verstelleinrichtung (39) dazu eingerichtet ist, den Rotor (4) axial zu verschieben, um wenigstens teilweise die Verengung (7) zwischen Rotor (4) und Stator (2) zu erweitern,
    dadurch gekennzeichnet, dass:
    a) ein Antriebsstrang (25), umfassend einen Antriebsmotor (36) und eine Antriebswelle (26) des Rotors (4) gemeinsam mit dem Rotor (4) verschieblich ist, oder
    b) der Rotor (4) samt Antriebswelle (26) oder einem zweiten mit dem Rotor (4) verbundenen Teil (76) einer zweiteiligen Antriebswelle (26) gegenüber einem Antriebsmotor (36) verschieblich ist.
  2. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1, wobei die Verstelleinrichtung (39) dazu eingerichtet ist, die Verengung (7) zwischen Rotor und Stator so weit zu erweitern, dass ein Leckagespalt (S) zwischen Rotor (4) und Stator (2) ausgebildet ist.
  3. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verstelleinrichtung (39) dazu eingerichtet ist, die Erweiterung der Verengung (7) in Abhängigkeit von einem oder mehreren vorbestimmten Betriebsparametern durchzuführen, wobei der Betriebsparameter vorzugsweise ausgewählt ist aus: Temperatur des Stators (2) und/oder des Rotors (4); gefördertes Flüssigkeitsvolumen; und/oder Flüssigkeitsstand am Einlass (10) des Stators (2).
  4. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Stator (2) zusätzlich axial verschieblich gelagert ist und die Verstelleinrichtung (39) zusätzlich dazu eingerichtet ist, den Stator (2) axial zu verschieben, um wenigstens teilweise die Verengung (7) zwischen Rotor (4) und Stator (2) zu erweitern.
  5. Exzenterschneckenpumpe nach Variante b) des Anspruchs 1, wobei zwischen der Antriebswelle (26) und dem Antriebsmotor (36) ein Getriebe (34) angeordnet ist und das Getriebe (34) eine Axialverschiebung der Antriebswelle (26) erlaubt.
  6. Exzenterschneckenpumpe nach Variante b) des Anspruchs 1, wobei die Antriebswelle (26) wenigstens zweiteilig ist und ein Expansionsglied (80) aufweist, welches ein Verlängern und Verkürzen der Antriebswelle (26) zum axialen Verschieben des Rotors (4) erlaubt.
  7. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verstelleinrichtung ausgebildet ist,
    - um die Verengung zwischen Rotor und Stator vor Beginn eines Anlaufvorgangs oder während oder nach einem Auslaufvorgang eines Antriebsmotors zur Drehung des Rotors zu erweitern, und
    - um die Verengung zwischen Rotor und Stator vor Beginn während des Anlaufvorgangs des Antriebsmotors zu verringern.
  8. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verstelleinrichtung eine Eingangsschnittstelle zum Empfang eines Drucksignals aufweist und ausgebildet ist, um die Verengung zwischen Rotor und Stator in Abhängigkeit des Drucksignals zu erweitern oder zu verringern.
  9. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verstelleinrichtung eine Eingangsschnittstelle zum Empfang eines Volumenmengensignals aufweist und ausgebildet ist, um die Verengung zwischen Rotor und Stator in Abhängigkeit des Volumenmengensignals solcherart zu erweitern, dass bei einem Wert des Volumenmengensignals, der signalisiert, dass ein seit Beginn eines Fördervorgangs gefördertes Volumen einem Sollvolumen entspricht, die Verengung zwischen Rotor und Stator solcherart erweitert wird, dass keine weitere Förderung eines Volumens aus dem Auslass des Stators mehr stattfindet.
  10. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung ausgebildet ist, um die axiale Relativposition von Rotor (4) zum Stator (2) zu verstellen, während der Rotor sich relativ zum Stator dreht.
  11. Verfahren zum Betrieb einer Exzenterschneckenpumpe (1) zur Förderung von mit Feststoffen beladenen Flüssigkeiten, mit
    - einem schraubenförmig gewundenen Rotor (4),
    - einem Stator (2), mit einem Einlass (10) und einem Auslass (12), in dem der Rotor (4) drehbar um eine Längsachse (L1) des Stators (2) angeordnet ist, und der eine mit dem Rotor (4) korrespondierende schraubenförmige Innenwand (8) aufweist,
    wobei der Rotor (4) eine sich zum Auslass (12) oder Einlass (10) hin verjüngende, vorzugsweise konische, Form und/oder eine sich verändernde Exzentrizität (e1, e2) aufweist, und
    wobei Rotor (4) und Stator (2) derart zueinander angeordnet und ausgebildet sind, dass wenigstens eine Kammer (5) gebildet ist, die zur Beförderung der Flüssigkeit dient, und die Kammer (5) durch eine Verengung (7), insbesondere Dichtlinie (D), abgetrennt ist,
    und mit einer Verstelleinrichtung zum Verstellen einer axialen Relativposition von Rotor (4) und Stator (2),
    wobei die Verstelleinrichtung (39) dazu ausgebildet ist, die Verengung (7) zwischen Rotor (4) und Stator (2) zu erweitern,
    wobei der Rotor (4) axial verschieblich gelagert ist und die Verstelleinrichtung (39) dazu eingerichtet ist, den Rotor (4) axial zu verschieben, um wenigstens teilweise die Verengung (7) zwischen Rotor (4) und Stator (2) zu erweitern,
    dadurch gekennzeichnet, dass:
    a) ein Antriebsstrang (25), umfassend einen Antriebsmotor (36) und eine Antriebswelle (26) des Rotors (4) gemeinsam mit dem Rotor (4) verschieblich ist, oder
    b) der Rotor (4) samt Antriebswelle (26) oder einem zweiten mit dem Rotor (4) verbundenen Teil (76) einer zweiteiligen Antriebswelle (26) gegenüber einem Antriebsmotor (36) verschieblich ist,
    wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
    - Antreiben des Rotors (4) zum Fördern einer Flüssigkeit;
    - Erweitern der Verengung (7) zwischen Rotor (4) und Stator (2) durch relatives axiales Verschieben von Rotor (4) und Stator (2) mittels der Verstelleinrichtung zueinander, und
    - Einstellen einer radialen Vorspannung des Stators (2) durch relatives axiales Verschieben von Rotor (4) und Stator (2) mittels der Verstelleinrichtung zueinander.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritte des Erweiterns der Verengung (7) umfasst:
    - Einstellen eines Leckagespalts (S) zwischen Rotor (4) und Stator (2).
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, ferner aufweisend:
    - Messen einer Temperatur des Rotors (4) und/oder des Stators (2);
    - in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur, relatives axiales Verschieben von Rotor (4) und Stator (2); und/oder:
    - Bestimmen eines Flüssigkeitsstands am Einlass (10) des Stators (2);
    - in Abhängigkeit des bestimmten Flüssigkeitsstands, relatives axiales Verschieben von Rotor (4) und Stator (2); und/oder:
    - Bestimmen eines geförderten Flüssigkeitsvolumens pro Umdrehung des Rotors (4);
    - in Abhängigkeit des bestimmten Flüssigkeitsvolumens, relatives axiales Verschieben von Rotor (4) und Stator (2).
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Verengung zwischen Rotor und Stator zu Beginn eines Anlaufens eines Antriebsmotors zum Rotieren des Rotors erweitert ist, und
    - die Verengung zwischen Rotor und Stator nach Beginn eines Anlaufens des Antriebsmotors verringert wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor relativ zum Stator in axialer Richtung entlang der Drehachse verstellt wird, während der Rotor zum Fördern der Flüssigkeit relativ zum Stator in eine Drehbewegung um die Drehachse angetrieben wird.
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