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Die Erfindung bezieht sich auf eine Exzenterschneckenpumpe entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Exzenterschneckenpumpen sind als Fördereinrichtungen für abrasiv wirkende Feststoff-Flüssigkeits- Gemische wie z. B. Schlamm, Mörtel und dergleichen bekannt. ihr Wesensmerkmal ist ein in einem zylindrischen Stator exzentrisch drehender Rotor, der als Förderschnecke ausgebildet ist, wobei zwischen dem gewindeartig ausgebildeten Innenprofil des Stators und dem Schneckenprofil Förderräume gebildet werden, die durch Drehung des Rotors in Längsrichung des Stators bewegt werden. Das Volumen dieser Förderräume bleibt während der Bewegung entlang des Stators konstant-es ändern sich lediglich deren Lage und Form.
Als ein derartiger Förderraum kann-bezogen auf den Rotor - der zwischen zwei Gängen der Schneckenwendel und dem Innenprofil des Stators umgrenzte Raum angesehen werden, so dass sich entsprechend der Gangzahl der Förderschnecke eine oder mehrere Stufen ergeben, in welchen der Druck des jeweils geförderten Mediums in Förderrichtung ansteigen kann. Der Antrieb der Exzenterschneckenpumpe erfolgt üblicherweise über eine an dem Rotor angebrachte Gelenkwelle, durch welche dessen Exzentrizität ausgeglichen wird.
Aus der DE 31 26 983 C2 ist ein Stator für eine Exzenterschneckenpumpe bekannt, der aus einem Metallrohr besteht, in welches mehrere, stirnseitig mit Kupplungs- und Dichtungselementen ausgerüstete Hülsenabschnitte eingesetzt sind, die jeweils aus einem äusseren Gerüst bestehen, das innenseltig lückenlos mit einer elastischen, ein gewindeartiges Innenprofil aufweisenden Auskleidung versehen sind. Durch Verbindung mehrerer derartiger Hülsenabschnitte, deren Gerüste wiederum aus einem elastomeren Werkstoff bestehen, kann ein entsprechend langer Stator aufgebaut werden.
Aus der DE 1 553 200 A ist eine Exzenterschneckenpumpe bekannt, deren Rotor an einem Ende mit einer Kupplungseinnchtung versehen ist, die der Anbindung an eine, als Kardanwelle ausgebildete Antriebswelle dient. Die Kupplungseinrichtung besteht aus einer sackförmigen, im Querschnitt beispielsweise rechteckigen Bohrung des Rotors oder auch der Antriebswelle, in welche ein Gegenprofil der Antriebswelle bzw. des Rotors einsteckbar ist. wobei exzentrische Bewegungen mittels eines Übermasses der genannten Bohrungen ausgleichbar sind.
Bei der Förderung von beispielweise Mörtel oder sonstigen, mit abrasiv wirkenden Komponenten befrachteten Fördermedien tritt nun mit zunehmendem Druck in den Kammern ein zunehmender Verschleiss auf, der sowohl den Rotor als auch den Stator betrifft. Es kommt hierbei im Zeitablauf zu einem konischen Abtragen des Förderschneckenprofils, so dass schliesslich eine hinreichende Abdichtung der genannten Stufen gegeneinander nicht mehr gegeben ist und ein zumindest teilweises Rückströmen des Fördermediums einsetzt, so dass die Förderleistung, insbesondere die erreichbare Förderhöhe bzw. der Ausgangsdruck unzureichend werden.
Obwohl die Herstellungskosten eines Rotors im Durchschnitt das Fünffache derjenigen eines Stators betragen, erstreckt sich der grösste Teil der bisher unternommenen, auf die Erhöhung der Standzeit der Exzenterschneckenpumpe gerichteten Massnahmen auf den Stator, dessen Gestalt entsprechend dem fortschreitenden Verschleiss verändert worden ist.
So zeigt beispielsweise die DE 1 553 199 B einen nachstellbaren Stator für eine Exzenterschneckenpumpe, der als elastische, zwei- oder mehrgängige Hohlschraube ausgebildet ist, die Innerhalb eines längsgeschlitzt ausgestalteten, über eine Spannhülse spannbaren Rohrmantels angeordnet ist Durch ein Nachspannen des Rohrmantels kann eine Veränderung der Geometrie des Rotors in gewissen Grenzen ausgeglichen werden
Eine andere, dieser Technik ebenfalls zuzuordnende Variante ist aus der DE 33 04 751 C2 bekanntgeworden.
Hiernach befindet sich ein, über die Pumpenlänge einen konstanten Windungsquerschnitt aufweisender Rotor In einem Stator, dessen Querschnitt ausgehend von der Saugseite bis zur Druckseite hin kontinuierlich verringert ist, so dass die auf dem Rotor lastende mechanische Vorspannung druckseitig, nämlich an der Stelle, an der der grösste Verschleiss zu erwarten ist. entsprechend zunimmt.
Charakteristisch für diese bekannten Exzenterschneckenpumpen ist auch, dass ein einseitig, nämlich Im druckseltigen Bereich verschlissener Rotor verworfen werden muss, da aufgrund der Abmessungen des antriebsseitig angebrachten Gelenkkopfes ein umgekehrtes Einsetzen in den Stator nicht möglich 1St. Es findet hierbei somit trotz der oben angegebenen Kostenrelation zwischen dem Rotor und dem Stator Im praktischen Betrieb eine nur unzureichende, konstruktionsbedingte Ausnutzung des Rotors statt.
Förderschnecken werden üblicherweise mit mehreren Stufen ausgebildet, um eine bestimmte Förderhöhe zu erreichen. Da die pro Stufe erreichbare Drucksteigerung begrenzt ist, wird somit Im wesentlichen durch die Zahl der Stufen die erreichbare Förderhöhe bzw. der erreichbare Ausgangsdruck festgelegt. Förderschnecken können mittels der an sich bekannten Technik des Gewindewirbelns schnell und kostengünstig hergestellt werden Problematisch ist jedoch die Herstellung von langen, verhältnismässig dünnen Schneckenprofilen von hoher Stufenzahl, bel denen sich diese Technik unter anderem aufgrund der
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unzureichenden mechanischen Stabilität des Schneckenprofils kompliziert gestaltet.
Es können somit diese bekannten Exzenterschneckenpumpen mit Hinblick auf die Kostensituation des
Rotors insbesondere bei grossen Förderhöhen bzw. hohen Ausgangsdrücken nicht als verschleissgerecht angesehen werden.
Aus der US 4 764 094 A ist eine, durch eine Hintereinanderanordnung mehrerer, jeweils aus einem Stator und. einem Rotor bestehenden Baueinheiten gekennzeichnete Vorrichtung bekannt. welche motorisch benutzbar ist, zum Beispiel als Antrieb für ein Bohrwerkzeug nach Art eines Imlochbohrhammers oder auch als Pumpe. Die Baueinheiten sind jeweils nach Art von Exzenterschneckenpumpen ausgebildet und deren Rotoren rotieren exzentrisch innerhalb des jeweiligen Stators. Jeder Rotor ist stirnseitig beidseitig mit einem kegelartigen Kupplungsabschnitt ausgerüstet, der über eine flexible Welle mit dem entsprechenden Kupplungsabschnitt des nächstfolgenden Rotors in Verbindung steht. Diese Welle überträgt sowohl Axialkräfte als auch den grössten Teil des Drehmoments.
Zur Vermeidung von Schwingungsproblemen aufgrund freier Massenkräfte sind bei dieser bekannten Anordnung über einen Kurbelmechanismus die einzelnen Rotoren in fest vorgegebenen Winkelpositionen entlang eines Kreises um die Statorachse gehalten, wobei die Endzapfen der Kurbelmechanismen innerhalb der kegelförmigen Kupplungsabschnitte gelagert sind. Das Gesamtsystem, bestehend aus mehreren Rohren bewegt sich praktisch wie ein starrer Körper.
Schliesslich ist aus der DE 24 18 967 A1 eine Exzenterschneckenpumpenanordnung bekannt, die aus zwei, durchflussmässig hintereinander angeordneten, jeweils aus einem Stator und einem Rotor bestehenden Baueinheiten zusammengesetzt ist. Einer der Rotoren ist an beiden stirnseitigen Enden mit gleichartigen Kupplungsreinrichtungen ausgerüstet, die als blosse Verschraubungsbohrungen ausgebildet sind, so dass im montierten Zustand dieser Rotor mit der an seinem einen Ende angesetzten Antriebswelle und über die an seinem anderen Ende angesetzte Verbindungswelle mit dem zweiten Rotor praktisch in starrer Verbindung steht. Zum Ausgleich der durch die exzentrische Bewegung des Rotors veranlassten Verlagerungsbewegungen sind die jeweiligen Statoren als reine Elastomerkörper ausgebildet, die innerhalb eines starren Pumpengehäuses elastisch angeordnet sind.
Beide Rotoren weisen eine unterschiedliche Grösse auf und es sind die genannten Gewindebohrungen des erstgenannten Rotors ferner von unterschiedlichem Durchmesser. Letzteres bedeutet, dass der Rotor in lediglich einer Orientierungsrichtung in den Stator einsetzbar ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Exzenterschneckenpumpe der eingangs bezeichneten Gattung mit Hinblick auf die Standzeit des Rotors auszugestalten, so dass deren Eignung zur Förderung abrasiver Medien insbesondere über grosse Förderhöhen verbessert wird. Gelöst ist diese Aufgabe bei einer gattungsgemässen Exzenterschneckenpumpe durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.
Die besondere Ausbildung der Kupplungseinrichtungen des Rotors insbesondere in Verbindung mit den stirnseitigen Enden des Mantels des Stators bringt den Vorteil mit sich, dass der Rotor in beiden Richtungen in einen Stator eingesetzt werden kann, so dass bei auftretendem einseitigem, nämlich druckseitige Verschleiss der verschlissene Bereich des Rotors in den saugseitigen Bereich des Stators gelangt, der In vielen Fällen ohnehin nahezu drucklos betrieben wird, so dass aus der Tatsache, dass in diesem Bereich ein verschlissener Rotorteil eingesetzt ist, keine wesentlichen Beeinträchtigungen der Förderleistung zu erwarten sind. Andererseits kann ausgangsseitig praktisch der erforderliche Druck aufgebaut werden, da hier ein unverschlissener Rotorabschnitt zu Einsatz gelangt.
Es wird auf diese Weise der ursprünglich konisch abgetragene Rotor in Umkehrnchtung zu diesem Konus wieder eingesetzt, bis im Endzustand die ursprüngliche Konizität abgetragen und der Rotor nunmehr auf seiner gesamten Länge gleichmässig verschlissen ist. Voraussetzung für diese Verwendbarkeit des Rotors ist, dass dieser sich trotz der stirnseitig angebrachten Kupplungseinnchtungen axial in den Rotor einsetzten lässt. Letzteres wird dadurch erreicht, dass die Aussenmasse der Kupplungseinrichtungen kleiner bemessen sind als der Kerndurchmesser des Rotors Der nach erneutem umgekehrtem Einsetzen in einen Stator auf seiner gesamten Länge nunmehr gleichmässig verschlissene Rotor kann grundsätzlich in einem entsprechend dem Ausmass des Verschleisses kleiner bemessenen Stator eingesetzt werden.
Dies ist stets In dem Umfang möglich, in dem die, im Oberflächen- bereich gehärtete Schicht des Rotors noch nicht vollständig abgetragen ist. Es kann somit in kleiner bemessenen Statoren der Rotor wiederum beidseitig im oben aufgeführten Sinne verschlissen werden. Eine Ausgestaltung der Kupplungseinrichtungen nach Art von Vierkantprofilen, deren Zentralachse gleichachsig zur Längsmittelachse des Rotors verläuft, ist fertigungstechnisch sehr einfach handhabbar und insbesonde- re kostengünstig herstellbar. Die Anbindung eines Antriebssystems an die V) erkantprofi ! e kann grundsätzlich in beliebiger an sich bekannter Weise erfolgen.
Die Ankupplung der Kupplungseinrichtung an ein Antnebssystem über eine, um einen geringen Winkel zur Längsmittelachse des Rotors geneigt verlaufende Achse drehbar gelagerte Vierkantmuffe derart, dass die Exzentrizität des Rotors mittels eines Übermasses der Vierkantmuffe ausgeglichen ist, eröffnet eine besonders einfache Möglichkeit der Ankopplung eines zentrisch drehenden Antriebssystems an einem exzentrisch drehenden Rotor. Es Ist diese Ankopplung eines
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Antriebsystems an die, an den Rotoren angebrachten Vierkantprofile praktisch möglich, da - in Flussrichtung des zu fördernden Mediums gesehen-den Exzenterschneckenpumpen häufig eine verhältnismässig lange Zwischenwelle vorgeschaltet ist, über welche die Ankopplung an einen Motor erfolgt.
Bei einer Exzentrizität des Rotors von 1 cm bis 2 cm kann die Länge dieser, der Anbringung von an sich bekannten Mischund/oder Förderorganen dienenden Zwischenwelle beispielsweise 50 cm betragen, so dass sich ein dementsprechend kleiner Schwenkwinkel der Zwischenwelle gegenüber der Längsmittelachse des Rotors ergibt.
Ein Verbundsystem, bestehend aus Stator und Rotor wird üblicherweise mit einer begrenzten Stufenzahl hergestellt, so dass über die Merkmale des Anspruchs 2 eine sehr einfache Möglichkeit eröffnet wird, eine Hochdruckpumpenanordnung bereitzustellen, bei welcher in jedem Stator ein Rotor eingesetzt ist, der beidseitig mit Kupplungseinrichtungen, insbesondere Vierkantprofilen ausgerüstet ist. Diese Kupplungseinrichtungen sind derart ausgestaltet, dass diese auch miteinander leicht in Eingriff gebracht werden können.
Dies kann im Fall von Vierkantprofilen in besonders einfacher Weise durch eine innenseitig entsprechend ausgestaltete Muffe erzielt werden. Nachdem vielstufige, für Hochdruckpumpen geeignete Rotoren als teuer angesehen werden, kann auf diese Weise mittels der erfindungsgemässen Exzenterschneckenpumpe durch einfache schaltungstechnische Zusammenfassungen derselben, mit nur wenigen Standardgrössen eine grosse Variationsbreite von Hochdruckpumpenanordnungen von unterschiedlicher Stufenzahl bereitgestellt werden. Dies kann erreicht werden durch blosse Zusammenfassung von in obigem Sinne ausgestalteten, kostengünstig herstellbaren drei-bzw. vierstufigen Schneckenpumpen.
Auf diese Weise ergibt sich nicht nur eine besonders verschleissgünstige Hochdruckpumpe, sondern auch eine solche, deren Stufenzahl in einfachster Weise den jeweiligen Erfordernissen, beispielsweise unterschiedlichen Förderhöhen angepasst werden kann.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen übereinstimmende Funktionselemente auch übereinstimmend beziffert sind, weitere Einzelheiten der erfindungsgemässen Exzenterschneckenpumpe erläutert werden. Es zeigen :
Fig. 1. eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Exzenterschneckenpumpe ;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemässen Rotors ;
Fig. 3 eine Stirnansicht eines Rotors in einer Ebene 111-111 der Fig. 2 ;
Fig. 4 eine Schittdarstellung des Endbereichs eines Rotors in einer Ebene IV-IV der Flg. 5 ;
Fig. 5 eine Schnittdarstellung des Endbereichs eines Rotors in einer Ebene V-V der Fig. 4 :
Mit 1 ist in Fig. 1 das zylindrische Gehäuse einer Exzenterschneckenpumpe bezeichnet, um dessen Längsmittelachse 2 in an sich bekannter Weise ein Rotor 3, dessen Längsmittelachse mit 4 bezeichnet ist, um das Mass 5 exzentrisch drehbar gelagert ist. Während der Drehung des Rotors 3 läuft dessen Längsmittelachse 4 somit auf einer zylindrischen Fläche um die Längsmittelachse 2 des Gehäuses 1 um.
Das Gehäuse 1 besteht beispielsweise aus einem metallischen Mantel 6, dessen Innenseite einen zeichnerisch nicht wiedergegebenen, mit dem in Fig. 2 gezeigten Schneckenprofil 7 des Rotors 3 zusammenwirkenden, Förderräume für das zu fördernde Medium, hier vorzugsweise Mörtel bildenden Einsatz trägt, der beispielsweise aus einem verschleiss festen Gummi besteht und an der Innenseite des Mantels 6 anvulkanisiert ist.
Der Rotor 3 besteht aus einem insbesondere gegenüber abrasiver Beanspruchung verschleissfesten, gehärteten Stahl und weist ein Schneckenprofil beispielsweise in der Form eines eingängigen Gewindes auf.
Die Innenkontur des zusammen mit dem Mantel 6 den Stator bildenden Einsatzes ist in an sich bekannter Weise als Steilgewinde ausgebildet, weiches entsprechend der Exzentrizität des Rotors 3 mit dessen Schneckenprofil 7 - In Achsrichtung gesehen - Förderräume von im wesentlichen gleichem Volumen jedoch unterschiedlicher Form und Orientierung bildet. Formal können hierbei die jeweils durch zwei Gänge des Schneckenprofils 7 gebildeten Abschnitte als jeweils eine abgeschlossene Kammer betrachtet werden, wobei - In Förderrichtung 8 gesehen-der zu erwartende Druck und damit auch die auftretende abrasive Beanspruchung von Rotor und Stator zunimmt. Der Rotor 3 ist an belden Stirnseiten 9. 10 mit Vierkantanschlüssen 11 ausgerüstet, die In Richtung der Längsmittelachse 4 verlaufen.
Es sind diese Vierkantanschlüsse hinsichtlich ihrer Aussenmasse kleiner bemessen als der Kerndurchmesser des Rotors.
Die Vierkantanschlüsse 11 ragen aus beiden stirnseitigen Enden des Mantels 6 heraus und dienen dem Anschluss eines Antriebsaggregats, welches über eine Gelenk-Zwischenwelle angeschlossen ist. Beispielsweise kann entsprechend der Förderrichtung 8 die Einlaufseite an der Stelle 12 angeordnet sein, wobei über den hier befindlichen Vierkantanschluss 11 der Antneb erfolgt. Der auf der Auslauf- oder Druckseite 13 befindliche Mehrkantanschluss läuft in diesem Fall leer mit. Praktisch kann bel Mörtelförderung an der Auslaufseite ein entsprechender Schlauch angeordnet sein oder auch ein Zwischenbehälter.
In letzterem Fall kann auf dem auslaufseitigem Vierkantanschluss 11 beispielsweise ein Rührer oder eine vergleichbare
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Einrichtung fest, jedoch lösbar angeordnet sein. durch weiche der in dem Zwischenbehälter stattfindende Durchmischungsvorgang verbessert wird.
Eine besonders einfache Anschlussmöglichkeit für den exzentrisch drehenden Rotor 3 ist in den Fig. 4 und 5 wiedergegeben, gemäss welchem der Antrieb über eine, an einer Zwischenwelle 14 angeformte Vierkantmuffe 15 erfolgt. Die der Zwischenwelle 14 sowie der Vierkantmuffe 15 gemeinsame Längsmittelachse 16 Ist um einen geringen Winkel ader Längsmittelachse 4 geneigt angeordnet, wobei die Zwischenwelle 14 an ihrem, dem hier gezeigten Rotor abgekehrten Ende ebenfalls über einen Vierkantanschluss und eine Vierkantmuffe mit einem Rotor in Verbindung steht.
Durch die Vierkantanschlüsse in Verbindung mit den diesen zugeordneten Vierkantmuffen werden somit zwei Gelenke nachgebildet, über welche die Zwischenwelle 14 einerseits an dem Rotor 3 und andererseits an einem Motor angekuppelt ist ; Die Vierkantmuffe weist ein Übermass gegenüber dem Vierkantanschluss auf, über welches die Exzentrizität des Rotors ausgeglichen wird.
Das hauptsächliche Anwendungsgebiet der erfindungsgemässen Exzenterschneckenpumpe betrifft die Förderung von Fertigmörtel aller Art, nämlich Gips-, Gips-Kalk, Grundputz, Kalk-Zement oder Dämmputze, jedoch auch Betonsaniermörtel und Fliessestrich, mit Korngrössen bis 16 mm. Sie kann darüber hinaus auch als Pumpe für Ankermörtel und bei Injektionsankern eingesetzt werden. Hierbei stellt sich-wie bereits erwähnt - mit zunehmendem Druck ein zunehmender Verschleiss ein, durch welchen die Kontur des ursprünglich zylindrischen Rotors insbesondere im auslaufseitigen Endbereich zunehmend abgetragen wird, so dass sich eine global konische Gestalt des Rotors ergibt.
Hat dieser Verschleiss ein nicht mehr tragbares, die Förderleistung der Pumpe herabsetzendes Ausmass erreicht, wird diese aus dem ebenfalls verschlissenen Stator axial entfernt und umgekehrt in einen neuen Stator eingesetzt, so dass das vorher einlaufseitige Ende nunmehr im auslaufseitigen Endbereich eingesetzt ist. Es ist dieses auslaufseitige Ende aufgrund der dort lediglich geringfügigen Beanspruchung noch geeignet, um im auslaufseitigen Endbereich eine hmrei- chende Abdichtung und damit eine ausreichende Förderleistung sicherzustellen. Der Einsatz des verschlissenen Endbereichs im einlaufseitigen Teil ist praktisch gerechtfertigt, da aufgrund des hier anstehenden geringen Druckes eine nennenswerte Beeinträchtigung der Förderleistung nicht zu befürchten ist.