Exzenter-Schneckenpumpe Die Erfindung betrifft eine Exzenter-Schnecken- pumpe, deren Schneckenwelle bzw. Verdränger in einem aus elastischem Kunststoff, z. B. Buna, beste henden Stator rotiert. Derartige Pumpen eignen sich ganz besonders zur Förderung von Dickstoffen, und solchen Flüssigkeiten, welche mit Feststoffen gemischt sind.
Dabei wird der Förderwirkungsgrad besonders durch die Qualität der Abdichtung zwischen den Druckräumen des Stators und dem Profil des Verdrän- gers bestimmt, was neben einer präzisen Fertigung dadurch erreicht wird, dass die Druckraumwände des Stators durch Vorspannung an den Verdränger ela stisch angepresst werden.
Dabei muss jedoch in Kauf genommen werden, dass mit zunehmendem Förderdruck die Dichtwirkung des Stators wegen der Kompressibilität des Werkstoffes abnimmt, so dass man gezwungen ist, die genannte Vorspannung so zu wählen, dass diese im drucklosen Zustand der Pumpe ziemlich hohe Reibwerte ergibt.
Mit dieser Massnahme ist also, besonders in den unteren Druckbereichen, wegen der hohen Reibverlu ste eine Verringerung des mechanischen Wirkungsgra des und erhöhte Abnützung verbunden. Ausserdem erfordert diese Betriebsweise die Verwendung von teu ren Werkstoffen für den Stator, wobei auch eine erheb liche Wandstärke des Stators für die Beherrschung der hohen Beanspruchungen notwendig ist.
Trotz dieser Aufwände kann die erwähnte Pumpe mit den bisherigen Mitteln nur bis zu einem verhältnis- mässig niedrigen Förderdruck mit gutem volumetri- schem Wirkungsgrad eingesetzt werden. Für die Bewäl tigung höherer Drücke ist es notwendig, mehrere Pum pen hydraulisch zu koppeln, wodurch dann die Be- schaffungs- und Betriebskosten unter Umständen nicht mehr wirtschaftlich tragbar sind.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die genannten Mängel zu beseitigen und zusätzliche bauliche und funktionelle Verbesserungen bei Pumpen der behandelten Art zu erzielen. Dies wird erfindungs- gemäss dadurch erreicht, dass der Stator der Pumpe von einem Flüssigkeitskörper umgeben ist, dessen hydrostatischer Druck regelbar ist.
Durch diesen Vorschlag ist die Voraussetzung für eine Betriebsweise der Pumpe geschaffen, bei welcher die Elastizität des Statorwerkstoffes auch dazu verwen det wird, um eine, den Betriebswerten der Pumpe, ins besondere dem jeweiligen Förderdruck und der Be schaffenheit des Mediums angepasste Pressung zwi schen dem Verdränger und den Wänden des Pumpen raumes zu erzielen, wobei der von aussen .auf den Sta- torkörper gleichmässig wirkende hydrostatische Druck zu den inneren Führungswänden weitergeleitet wird.
Damit können die bei niedrigen Drücken vielfach zu hohen Reibwerte in der Pumpe zugunsten einer Senkung der Reibverluste auf die jeweils erforderliche Grösse begrenzt werden und das bisher nachteilig grosse Anlauf- bzw. Losreissmoment der Pumpe durch eine Anfahrregelung des hydrostatischen Druckes des Flüssigkeitskörpers auf niedrigere Werte gebracht wer den. Ferner kann ein erheblicher Teil des bisher für den Stator benötigten teuren Werkstoffes eingespart werden.
Die durch die Erfindung erreichbare grössere Geschmeidigkeit des Stators erleichtert auch die Besei tigung von Verstopfungen bzw. von eingeklemmten harten Gegenständen im Pumpenraum, da im drucklo sen Zustand der Stator schmiegsam ist, so dass der Verdränger zum Ausschieben des Fremdkörpers als Förderschnecke benützt werden kann. Dabei ist es auch möglich, den Verdränger zusammen mit dem ein geklemmten Gegenstand ohne besonderen Kraftauf wand aus dem Stator herauszuziehen.
In diesem Zusammenhang .sei noch erwähnt, dass durch die Erfindung auch die Empfindlichkeit der Pumpe gegen die im Fördermedium mitgeführten Fest stoffe noch weiter vermindert wird, da für das Durch treten solcher Bestandteile die Geschmeidigkeit des Stators beliebig veränderbar gemacht werden kann, wobei der bei den genannten Störungen auf der Druck seite der Pumpe eintretende Druckabfall zu einer selbsttätigen Veränderung der Durchlässigkeit des Sta- tors einsetzbar ist.
Durch die Anhebung des Förderwirkungsgrades, besonders im Bereich höherer Drücke, lassen sich durch die Erfindung im einstufigen Betrieb wesentlich höhere Förderdrücke als bisher erzielen, wodurch sich Hochdruckanlagen mit bedeutend geringerem spezifi schem Aufwand an Kosten und Bauraum erstellen las sen.
Die obigen Ausführungen lassen erkennen, dass den Mitteln zur Beeinflussung des hydrostatischen Druckes des Flüssigkeitskörpers eine besondere Bedeu tung zukommt. Ausgehend von den in der Praxis ge stellten Bedingungen können folgende Regelmöglich keiten zur Beeinflussung des hydrostatischen Druckes des Flüssigkeitskörpers vorgesehen sein: I. Der hydrostatische Druck .ist unabhängig von einer Betriebsgrösse automatisch und/oder manuell regelbar.
Il. Der hydrostatische Druck ist in Abhängigkeit von einer Betriebsgrösse bzw. einem Betriebszustand der Pumpe, vorzugsweise vom Förderdruck, automa tisch regelbar.
III. Die Druckregelung nach Ziffer I1 ist manuell beeinflussbar.
Diese Regelmöglichkeiten können auch bei mehre ren gekoppelten Pumpenansätzen verwendet werden, wobei als Geber jeweils die geeignete Pumpenstufe wahlweise einschaltbar ist und die Regelimpulse von einem Aggregat für sämtliche Pumpenansätze geliefert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt, wobei die Regel und Steuermittel der Deutlichkeit halber im Verhältnis zu den Abmessungen der Pumpe vergrössert gezeichnet sind. Es zeigt: Fig. 1 eine grundsätzliche Anordnung Fig. 2 eine andere Anordnungsmöglichkeit Fig. 3 eine Anordnung mit Luftraum Fig. 4 eine Anordnung mit Membrane Fig.5 eine Anordnung mit hydraulischer überset- zung.
In sämtlichen Figuren ist die Exzenter-Schnecken- welle bzw. der Verdränger mit 1, der elastische Stator mit 2, der Druckraum des Flüssigkeitskörpers mit 3 und der äussere Mantel mit 4 bezeichnet. Ferner ist jeweils die Saugseite mit S und die Druckseite mit D bezeichnet. Der Antrieb des Verdrängers 2 erfolgt in üblicher Weise auf der Saugseite S . Bei der grundsätzlichen Anordnung nach Fig. 1 ist der Mantel 4, welcher den Raum 3 für den Flüssigkeitskörper umschliesst, mit einem Stutzen 6 versehen, in welchem ein Kolben 7, z.
B. als Bestandteil einer schraubbaren Hülse 8, in den Flüssigkeitskörper 3 hinein, bzw. aus diesem heraus beweglich ist. Durch diese Einrichtung ist es möglich, den auf den Stator wirkenden hydrosta tischen Druck des z. B. aus Hydrauliköl bestehenden Flüssigkeitskörpers, von Null bis zu einem Maximum einzustellen und dadurch die Geschmeidigkeit des Sta- tors zu verändern. So kann durch völlige Entlastung des Flüssigkeitskörpers das Anfahren ohne das nach teilige grosse Anfahrmoment erfolgen.
Die Förderwir kung kann dann mit einem sehr niedrigen Wert einset zen und mit der Steigerung des hydrostatischen Druk- kes im Flüssigkeitskörper erhöht werden, wobei letzte rer dem verlangten Förderdruck angepasst werden kann. Die Fig. 2 betrifft eine Anordnung, bei welcher der Flüssigkeitskörper aus der Förderflüssigkeit gebildet wird. Zu diesem Zweck ist die Druckseite D der Pumpe über eine Leitung 10 mit dem Raum 3 verbun den.
Dadurch entspricht dann der Druck im Flüssig keitskörper jeweils dem Förderdruck, so dass in diesem Fall mit niedrigem Förderdruck angefahren werden kann, welcher sich dann selbsttätig steigert. Da die Pumpe besonders zur Förderung von Dickstoffen und Flüssigkeiten mit eingemischten Feststoffen verwend bar sein soll, müssen die Querschnitte der Leitung 10 entsprechend gross bemessen werden.
Ferner ist es zweckmässig, die Leitung 10 mit einem Abschlussor- gan 11 und Überdruckventil 12 zu versehen, dessen Niederdruckraum mit der Saugseite verbunden ist.
In Fig. 3 ist eine Anordnung gezeigt, bei welcher ebenfalls der Flüssigkeitskörper aus dem Förderme- dium gebildet wird. Anstelle der Verbindungsleitung ist hier der Stator im Bereich des hohen Förderdruckes mit Öffnungen 13 versehen, welche die Druckräume innerhalb des Stators mit dem Raum 3 verbinden. Diese Ausführung lässt zwar keine Beeinflussung der Verbindung mit dem Flüssigkeitskörper durch Drosse lung zu. Durch die Anordnung eines Luftraumes 14 sind jedoch für die Regelung des hydrostatischen Druk- kes im Raum 3 besonders vorteilhafte Möglichkeiten gegeben.
Der Luftraum 14 wird in einem Zylinder 15 gebildet, dessen Innenraum mit dem Raum 3 über einen Anschlussstutzen 16 in Verbindung steht, dessen Durchtrittsquerschnitt mittels eines Drehschiebers 17 veränderbar ist. Im Zylinder 15 ist ein Innenzylinder 18 schraubbar, welcher mit einer Druckfeder 20 ver bunden ist. Diese stützt sich an einem Federteller 21 ab, der mit einer im Zylinderboden schraubbaren Spin del 22 versehen ist.
Durch diese Einrichtung ist bei geschlossenem Schieber 17 eine Betriebsweise wie bei der Anordnung nach Fig.2 möglich. Bei geöffnetem Schieber 17 stützt sich der im Raum 3 wirksame Förderdruck am Luft polster des Raumes 14 ab, dessen Wirksamkeit bzw. Elastizität durch Nachschrauben des Innenzylinders 18 und damit Verändern des Raumvolumens 14, sowie durch die Spannung der Feder 20 regelbar .ist. Anstelle des Luftpolsters kann auch ein anderes kompressibles Mittel, z. B. nur eine Druckfeder verwendet werden, auf welche der Flüssigkeitsdruck unmittelbar einwirkt.
Während bei den Beispielen nach Fig. 2 und 3 die Förderflüssigkeit den Flüssigkeitskörper bildet und des sen Druck unmittelbar beeinflusst, ist in Fig.4 eine Anordnung gezeigt, bei welcher die Förderflüssigkeit auf der Druckseite der Pumpe über die Leitung 23 auf der Membrane 24 einwirkt, welche die Druckseite D vom Raum 3 trennt. Da dieser mit einer geeigneten Flüssigkeit gefüllt sein kann, so eignet sich :diese Aus führung, ebenso wie diejenige nach Fig. 1, besonders auch für solche Förderaufgaben, bei welchen chemisch aggressive Flüssigkeiten gefördert werden sollen, da dann für den Mantel 4 kein Spezialwerkstoff notwen dig ist.
Eine andere Ausführung, bei welcher die Förder- flüssigkeit ebenfalls nur indirekt auf den Flüssigkeits körper im Raum 3 einwirken kann, ist ,in Fig. 5 darge stellt. Hier ist in die Verbindungsleitung 26, welche durch einen Schieber 27 von der Druckseite D ge trennt werden kann, ein Stufenkolben eingesetzt, wobei der Kolben 28 mit dem grossen Durchmesser vom Förderdruck beaufschlagt wird, während der kleine Kolben 29 in einem mit dem Raum 3 verbundenen Zylinderraum 30 verschiebbar angeordnet ist.
Die dadurch entstehende hydraulische Übersetzung gestat tet es, mit dem Förderdruck einen hydrostatischen Druck im Raum 3 zu erzeugen, welcher höher als der Förderdruck ist, jedoch stets proportional zu diesem bleibt.
Ferner ist an den Raum 3 ein Überdruckventil 32 angeschlossen, dessen Ventilkörper 33 durch eine Feder 34 belastet ist, deren Spannung durch die Stell schraube 34 veränderbar ist. Aus dem Ventilgehäuse führt eine Leitung 36 nach aussen, bzw. .in den Einfüll- stutzen 37, welcher mit dem Raum 3 unter Zwischen schaltung eines Abschlusschiebers 38 verbunden ist. Das Ventil 33-35 dient der Einstellung bzw. Begren zung des im Raum 3 entstehenden Druckes, der insbe sondere infolge der hydraulischen Übersetzung sehr hohe Werte erreichen kann.
Die schematisch dargestellten Beispiele lassen in ihrer Ausführungsform verschiedene Abwandlungen zu. Dies betrifft insbesondere die an sich bekannten Zubehörteile, wie Überdruckventile und die Mittel zur Veränderung des hydrostatischen Druckes. Auch lassen sich diese Zubehörteile bei jeder der gezeigten Anord nungen nach Bedarf anwenden.
Eccentric worm pump The invention relates to an eccentric worm pump, the worm shaft or displacer in a made of elastic plastic, z. B. Buna, existing stator rotates. Such pumps are particularly suitable for pumping thick matter and liquids that are mixed with solids.
The pumping efficiency is particularly determined by the quality of the seal between the pressure chambers of the stator and the profile of the displacer, which, in addition to precise manufacturing, is achieved in that the pressure chamber walls of the stator are elastically pressed against the displacer by pretensioning.
However, it must be accepted that the sealing effect of the stator decreases with increasing delivery pressure due to the compressibility of the material, so that one is forced to select the preload mentioned so that it results in fairly high coefficients of friction when the pump is not under pressure.
With this measure is therefore, especially in the lower pressure ranges, because of the high Reibverlu ste a reduction in the mechanical efficiency and increased wear associated. In addition, this mode of operation requires the use of expensive materials for the stator, and a considerable wall thickness of the stator is necessary to cope with the high loads.
Despite these efforts, the above-mentioned pump can only be used up to a relatively low delivery pressure with good volumetric efficiency with the previous means. To cope with higher pressures, it is necessary to hydraulically couple several pumps, which means that the procurement and operating costs may no longer be economically viable.
The invention has therefore set itself the task of eliminating the shortcomings mentioned and of achieving additional structural and functional improvements in pumps of the type discussed. According to the invention, this is achieved in that the stator of the pump is surrounded by a body of liquid, the hydrostatic pressure of which can be regulated.
This proposal creates the prerequisite for an operating mode of the pump in which the elasticity of the stator material is also used to achieve a pressure between the displacer that is adapted to the operating values of the pump, in particular the respective delivery pressure and the nature of the medium and to achieve the walls of the pump chamber, the hydrostatic pressure acting uniformly from the outside on the stator body being passed on to the inner guide walls.
In this way, the friction values in the pump, which are often too high at low pressures, can be limited in favor of a reduction in the friction losses to the respective required size and the previously disadvantageously high starting or breakaway torque of the pump can be brought to lower values by starting control of the hydrostatic pressure of the fluid body the. Furthermore, a considerable part of the expensive material previously required for the stator can be saved.
The greater smoothness of the stator achieved by the invention also facilitates the removal of blockages or jammed hard objects in the pump chamber, since the stator is pliable in the depressurized state, so that the displacer can be used as a screw conveyor to push out the foreign body. It is also possible to pull the displacer out of the stator together with the clamped object without any special effort.
In this context .sei also mentioned that the invention also further reduces the sensitivity of the pump to the solids carried in the pumping medium, since the smoothness of the stator can be made arbitrarily variable for the passage of such constituents The mentioned disturbances occurring on the pressure side of the pump pressure drop can be used to automatically change the permeability of the stator.
By increasing the pumping efficiency, especially in the area of higher pressures, the invention in single-stage operation allows much higher pumping pressures to be achieved than before, which means that high-pressure systems can be created with significantly lower specific costs and space.
The above statements indicate that the means for influencing the hydrostatic pressure of the body of liquid are of particular importance. Based on the conditions set in practice, the following control options can be provided for influencing the hydrostatic pressure of the body of liquid: I. The hydrostatic pressure can be regulated automatically and / or manually independently of an operating variable.
Il. The hydrostatic pressure can be automatically regulated as a function of an operating variable or an operating state of the pump, preferably the delivery pressure.
III. The pressure control according to item I1 can be influenced manually.
These control options can also be used with several coupled pump approaches, whereby the appropriate pump stage can be switched on as a transmitter and the control pulses are supplied by one unit for all pump approaches.
Exemplary embodiments of the invention are shown schematically in the drawing, the rule and control means being shown enlarged in relation to the dimensions of the pump for the sake of clarity. It shows: FIG. 1 a basic arrangement, FIG. 2 another possible arrangement, FIG. 3 an arrangement with an air space, FIG. 4 an arrangement with a membrane, FIG. 5 an arrangement with hydraulic transmission.
In all the figures, the eccentric screw shaft or the displacer is denoted by 1, the elastic stator by 2, the pressure chamber of the liquid body by 3 and the outer jacket by 4. Furthermore, the suction side is denoted by S and the pressure side by D in each case. The displacer 2 is driven in the usual way on the suction side S. In the basic arrangement according to FIG. 1, the jacket 4, which encloses the space 3 for the liquid body, is provided with a connector 6 in which a piston 7, e.g.
B. as part of a screwable sleeve 8, into the liquid body 3, or is movable out of this. Through this device it is possible to act on the stator hydrostatic pressure of the z. B. fluid body consisting of hydraulic oil, to be set from zero to a maximum and thereby to change the flexibility of the stator. Thus, by completely relieving the fluid body, starting can take place without the disadvantageous high starting torque.
The pumping effect can then start with a very low value and be increased as the hydrostatic pressure in the fluid body increases, the latter being able to be adapted to the required pumping pressure. Fig. 2 relates to an arrangement in which the liquid body is formed from the conveyed liquid. For this purpose, the pressure side D of the pump is verbun via a line 10 with the space 3 the.
As a result, the pressure in the liquid then corresponds in each case to the delivery pressure, so that in this case a low delivery pressure can be used, which then increases automatically. Since the pump is intended to be used especially for pumping thick matter and liquids with mixed-in solids, the cross-sections of the line 10 must be dimensioned correspondingly large.
It is also expedient to provide the line 10 with a closing element 11 and a pressure relief valve 12, the low-pressure chamber of which is connected to the suction side.
In FIG. 3, an arrangement is shown in which the liquid body is also formed from the conveying medium. Instead of the connecting line, the stator is provided with openings 13 in the area of the high delivery pressure, which connect the pressure spaces within the stator to space 3. Although this design does not allow the connection with the liquid body to be influenced by throttling. The arrangement of an air space 14, however, provides particularly advantageous options for regulating the hydrostatic pressure in space 3.
The air space 14 is formed in a cylinder 15, the interior of which is connected to the space 3 via a connection piece 16, the passage cross section of which can be changed by means of a rotary valve 17. In the cylinder 15, an inner cylinder 18 can be screwed, which is ver with a compression spring 20 connected. This is supported on a spring plate 21 which is provided with a spin del 22 that can be screwed into the cylinder base.
With this device, when the slide 17 is closed, an operating mode as in the arrangement according to FIG. 2 is possible. When the slide 17 is open, the delivery pressure effective in space 3 is supported on the air cushion of space 14, the effectiveness or elasticity of which can be regulated by screwing down the inner cylinder 18 and thus changing the volume of space 14 and by tensioning the spring 20. Instead of the air cushion, another compressible means, e.g. B. only one compression spring can be used on which the fluid pressure acts directly.
While in the examples according to FIGS. 2 and 3 the conveying liquid forms the body of liquid and directly influences its pressure, FIG. 4 shows an arrangement in which the conveying liquid acts on the pressure side of the pump via the line 23 on the membrane 24, which separates the pressure side D from space 3. Since this can be filled with a suitable liquid, it is suitable: this execution, as well as the one according to FIG. 1, especially for those conveying tasks in which chemically aggressive liquids are to be conveyed, since no special material is then necessary for the jacket 4 dig is.
Another embodiment, in which the conveying liquid can also only have an indirect effect on the liquid body in space 3, is shown in FIG. Here, a stepped piston is inserted into the connecting line 26, which can be separated from the pressure side D by a slide 27, the large diameter piston 28 being acted upon by the delivery pressure, while the small piston 29 is connected to the chamber 3 Cylinder space 30 is arranged displaceably.
The resulting hydraulic translation gestat tet it to generate a hydrostatic pressure in space 3 with the delivery pressure, which is higher than the delivery pressure, but always remains proportional to this.
Furthermore, a pressure relief valve 32 is connected to the space 3, the valve body 33 of which is loaded by a spring 34, the tension of which can be changed by the adjusting screw 34. A line 36 leads from the valve housing to the outside or into the filler neck 37, which is connected to the space 3 with a shut-off slide 38 interposed. The valve 33-35 is used to set or limit the pressure generated in space 3, which can reach very high values in particular due to the hydraulic translation.
The examples shown schematically allow various modifications in their embodiment. This applies in particular to the accessories known per se, such as pressure relief valves and the means for changing the hydrostatic pressure. These accessories can also be used as required in any of the arrangements shown.