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Die
Erfindung betrifft ein gewendeltes Rohrelement nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Insbesondere bei Exzenterschneckenpumpen für einen robusten
und teilweise auch verschleißträchtigen Pumpenbetrieb
wird ein Stator benötigt,
der einerseits mehrgängig
gewendelt und dementsprechend geometrisch komplex gestaltet ist,
andererseits aber endseitige Anschlüsse aufweist, die eine verlässliche Dichtigkeit
im Pumpenbetrieb wie auch die leichte Montierbarkeit zum Auswechseln
bei Verschleiß aufweisen.
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Aus
der
DE 41 21 717 A1 ist
ein mutmaßlich aus
Metall gefertigtes gewendeltes Rohrelement als Stator einer Exzenterschneckenpumpe
dargestellt, das flanschartige Anschlussflächen an den Stirnenden einstückig mit
dem Rohrkörper
aufweist und der Aart nach auf eine Gusskonstruktion hindeutet.
Solche Gusskonstruktionen bieten sich für ein gewendeltes Rohrelement
mit endseitigen Flanschen wegen der komplexen Formgebung an, sind
dann allerdings schwer und teuer.
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Aus
der
DE 1 653 899 A ist
eine Schneckenpumpe mit einem Stator zu entnehmen, der keine Flansche
oder dgl. endseitigen Anschlussgestaltungen erkennen lässt. Besondere
Begrenzungsbunde sind dabei für
das Aufbringen eines zusätzlichen
Außenmantels
vorgesehen, der gegenüber
einem Innenmantel
11 des Stators einen Hohlraum für einen Kühlmitteldurchfluss
bieten soll. Der Stator soll zwischen stirnseitige Zylinderköpfe einzuspannen
sein.
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Die
DE 27 13 468 A1 beschreibt
einen nicht-metallischen Stator für Exzenterschneckenpumpen mit
angeformten Flanschen, wobei um einen innenliegenden Elastomerkörper ein
Stützkörper aus mit
aushärtbarem
Kunstharz getränktem
Gewebeband in Schichten aufgebracht ist. Damit sollen die Nachteile
teurer und schwerer Stützkörper aus
Gussmetall und die Nachteile des ungenauen Einvulkanisierens einer
Innenform vermieden werden.
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Bekannt
sind Statoren für
Exzenterschneckenpumpen, die endseitig mit einem aufgeschraubten
oder aufgeschweißten
Ring versehen sind, der eine flanschartige Anschlußfläche definiert. Üblicherweise
werden solche Statoren innenseitig noch mit einer Innenauskleidung
aus Gummi oder einem sonstigen Elastomer versehen, die unterbrechungslos
und dichtend bis auf die Anschlußfläche gezogen ist.
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Bei
dieser durchaus bewährten
Bauweise ist der Fertigungsaufwand allerdings erheblich. Das gewendelte
Rohrelement, welches herkömmlich
vor allem von einem Rohr ausgehend durch Schmiedeeinwirkung von
außen
um eine innenliegende Form gehämmert
oder gepreßt
wird, hat weder gerade noch kreisförmige Endkonturen. Für ein Anschweißen oder
Ansetzen von ringförmigen
Anschlußelementen zum
Erhalt von flanschartigen Anschlußflächen sind dann regelmäßig Umformungen
der Endbereiche unter Einschluß von
spanabhebenden Formgebungsmaßnahmen
vor zusehen, ehe hier Ringteile aufgeschweißt oder aufgeschraubt werden
können.
Dabei entstehen im Anschlußbereich
solcher Ringe auch Sicherungs- und Festigkeitsprobleme zu Lasten
der Haltbarkeit und mit der Notwendigkeit besonderer Qualitätskontrollen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es dementsprechend, ein solches gewendeltes Rohrelement
bzw. sein Herstellungsverfahren einfacher, kostengünstiger,
mit einem geringeren Fertigungsaufwand und mit einer sich unmittelbar
darstellenden Qualität
und Festigkeit zu schaffen.
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Gemäß der Erfindung
wird ein gewendeltes Rohrelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 so ausgestaltet, dass der metallische Rohrkörper zur Ausbildung einer bzw.
jeder Anschlußfläche ein
einstückig
als ebener Flansch angeformtes Rohrende aufweist. Gemäß der Erfindung
wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines gewendelten Rohrelements
vorgesehen, bei dem ein gewendelter Rohrkörper aus einem Ausgangsrohr
einstückig
gebildet und dabei an zumindest einem Ende zu einem Flansch umgeformt
wird.
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Die
gemäß der Erfindung
vorgesehene Formung des gewendelten Rohrelements in einem Stück, d. h.
mit der Ausbildung des Rohrendes, das eine flanschartige Anschlußfläche bietet,
liefert dem Fachmann ein Formteil, das anschaulich kritische Problemzonen
vermeidet, die zuvor durch Schweißstellen, Schraubverbindungen
u. dgl. Ansätze
von aufgesetzten Rohrendteilen entstehen.
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Von
besonderem Interesse ist, dass die einstückige Anformung eines solchen
Rohrendes Gestaltungsfreiheiten ohne geometrisch vereinfachte Übergangsbereiche
in Bezug auf den Übergang
zwischen Rohrkörper
und Rohrende erlaubt. Vor allem ist ein kreisringförmiger Übergangsbereich
zwischen Rohrkörper
und Rohrende nicht erforderlich. Der Rohrkörper lässt sich sogar mit seiner gewendelten Form
bei nicht kreisförmigem
Querschnitt bis an das Rohrende heran ausführen, das von dort als quer
zur Längserstreckung
des Rohrkörpers
anschließenden Flansch
aus diesem Querschnitt heraus übergeht.
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Das
entsprechende Herstellungsverfahren ist im Bereich der spanlosen
Warm- und Kaltumformungen durchzuführen, die üblicherweise in der Fertigung
von den Betriebsmitteln hinsichtlich der räumlichen Anordnung und des
Bearbeitungsablaufs zusammengefasst sind. Spanabhebende Bearbeitungen,
die nur noch im Sinne präziser
Außenmaße und planer
oder zylindrischer Flächen
im Wege spanabhebender Verformung zu erarbeiten sind, lassen sich an
das Ende der Bearbeitung zu einem solchen Rohrelement verschieben.
In dieser Hinsicht kommt insbesondere eine spanabhebende Nachbearbeitung
des Rohrendes zu einem planen Flansch und zu einem zylindrischen
Umfangsrand in Betracht. Eine solche Nachbearbeitung ist im Sinne
eines präzisen Sitzes
eines solchen Rohrelements bei seinem jeweiligen Einsatz auch dann
von Interesse, wenn es etwa als Stator für Exzenterschneckenpumpen mit
einer Innenschicht aus elastomerem Material, insbesondere Gummi,
ausgekleidet wird. Die elastische Schicht wäre dann zwar in der Lage, gewisse
Mängel
in der Maßhaltigkeit
zu überbrücken, doch
wird dies bei hohen Ansprüchen
an eine verlässliche
Dichtung mit umfangsmäßig gleichbleibenden
Abdichtungskräften in
der Regel nicht vorgesehen werden.
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Diese
Vorteile in der Fertigung und am Produkt werden mit einem durchaus überraschenden Gewinn
bei den Herstellungskosten erzielt, da hier viele Arbeitsschritte
fortfallen, die bei gesonderten, auf das Rohrelement abzustimmenden
Rohrendstücken
mit beträchtlichen
Kosten zu Buche schlagen.
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Mit
Vorteil lässt
sich ein solches Rohrelement mit einem gewendelten Aufweitdorn nach
einem Verfahren fertigen, wie es in der
EP 0 344 570 B1 beschrieben
ist. Ein solches Verfahren bzw. ein solches Werkzeug schafft eine
Rohrwendel in einem direkten Arbeitsgang, bei dem die Grundform
der Wendel etwa hinsichtlich Rohrquerschnitt und Wendelsteigung
mit der Form des Aufweitdornes vorgegeben werden kann. Eine Rohrwendelfertigung
mit Hilfe eines Aufweitdorns wird zwar nicht in allen, aber in sehr vielen
Fällen
als Warmunformung durchgeführt,
während
die Formgebung des Rohrendes im allgemeinen als Kaltumformung und
damit unter Verzicht auf vorheriges Aufwärmen des Werkstücks erfolgen
kann.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen
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1 einen
Endabschnitt eines gewendelten Rohrelements, vorgesehen für einen
Stator für Exzenterschneckenpumpen,
im Längsschnitt.
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2 Stirnansicht
des Rohrelements nach 1.
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Das
in der Zeichnung insgesamt mit 1 bezeichnete Rohrelement
weist einen tragenden Rohrkörper 2 aus
Metall, vorzugsweise Stahl, und eine Innenauskleidung 3 aus
einem elastomeren Material, vorzugsweise Gummi, auf, wobei jedenfalls
die Innenauskleidung eine weitgehend gleichmäßige Wandstärke besitzt und mit einer innenliegenden Oberfläche 4 eine
nicht-zylindrische Innenform des Rohres bestimmt, die für die Funktion
des Rohrelements 1 als Stator für Exzenterschneckenpumpen wichtig
ist.
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Die
Grundform eines so umgrenzten Innenraums 5 lässt sich
aus einem ovalen Innenquerschnitt heraus verstehen, wobei das Oval
geometrisch aus zwei parallelen Seitenabschnitten, verbunden durch
einander gegenüberliegende
Halbkreise gebildet ist. Entsprechend einer vorgegebenen Wendelform
ist dieses Oval in Längserstreckung
des Rohrelementes um eine zentrale Längsachse 6 gleichmäßig fortschreitend – schraubenförmig – verdreht,
so dass sich im dargestellten Längsschnitt
in der Schnittebene erkennbar einander angenäherte Bereiche und weiter voneinander
entfernte Bereiche der Oberfläche 4 ergeben.
In der Zeichnung wiedergegebene Linien 7, 8, 9 sind
nicht als Kanten, sondern nur als Richtungsanzeigen (Schleifspuren)
für die
Drehrichtung des gedachten erzeugenden Ovals zu verstehen.
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Die
Grundform mit der zweigängigen
Wendel ist die gebräuchlichste
bei Statoren von Exzenterschneckenpumpen, es sind jedoch auch drei-
oder mehrgängige
Wendel möglich.
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Endseitig
geht der Rohrkörper 2 einstückig in ein
flanschartig angeformtes Rohrende 10 über, welches senkrecht zu Längsachse 6 ausgerichtet
ist. Der Flansch weist einen durch spanabhebende Nachbearbeitung
definierten Umfangsrand 11 auf, der kreisförmig bzw.
zylindrisch konzentrisch zur Achse 6 verläuft.
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Ersichtlich
ist der Flansch in der Zeichnung nur geringfügig über den Rohrkörper überstehend, wenn
man ihn in der zeichnerisch vorgegebenen Schnittebene des Längsschnittes
betrachtet, in der der Rohrkörper
sich etwa maximal in Richtung der Zeichnungsebene erstreckt.
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Daraus
ergibt sich, dass in Umfangsrichtung um eine Vierteldrehung, beidseits
der enger zusammenliegenden Seiten des Ovals, ein breiterer Überstand
des Rohren des entsteht. Dieser bereichsweise zumindest größere Überstand
des Flansches über den
Rohrkörper 2 reicht
in vielen Fällen
aus, die Abstützung
des Rohrelementes in axialer Hinsicht, sei es durch Spannschrauben
oder dgl., die das gesamte Rohrelement übergreifen, oder sei es durch
Klammern, die nur den Flansch übergreifen,
sicherzustellen. Dies kann im Sinne einer kompakten Bauform und
einer guten Anpassbarkeit an beengte Querschnittsabmessungen dazu
führen,
dass das Rohrende nur abschnittsweise längs des Umfanges als Flansch
angeformt ist, dass also der in der Zeichnungsebene dargestellte
kurze Flansch ganz entfällt.
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Von
entscheidender Bedeutung ist, dass das flanschartige Rohrende 10 bruchlos
und fugenlos aus dem Rohrkörper 2 hervorgeht,
insbesondere also auf Gewindeeinschnitte oder Schweißnähte verzichten
kann, was nicht nur im Sinne einer vereinfachten Herstellung, sondern
auch einer robusten und einheitlichen Ausführungsform mit guten Festigkeitsmerkmalen
von Vorteil ist. Dabei ist es ersichtlich unnötig, zwischen Rohrkörper 2 und
Rohrende 10 einen adaptierenden Zwischenbereich zu schaffen,
wie er beim Aufsetzen gesonderter Teile regelmäßig erforderlich ist. Das Rohrende 10 geht
in seine Flanschform vielmehr direkt aus der nicht zylindrischen
Wendelform über
mit einem äußerst kurzen Übergangsbereich 12.
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Der
Rohrkörper 2 wird
vorzugsweise durch Umformung eines zylindrischen Rohres mit Hilfe
eines Aufweitdornes geformt, der ein rasches und präzises Formverfahren
bietet. Während
ein solches Formgebungsverfahren mit Hilfe eines Aufweitdornes meistens
als Warmumformung durchgeführt wird,
kann die nachfolgende Umformung des Rohrendes zur Flanschform im
allgemeinen im ”kalten” Zustand
erfolgen, was nicht nur die Aufwärmung
des Werkstücks
einspart, sondern auch die Handhabung erleichtert.
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Der
metallische Rohrkörper 2 mitsamt
dem Rohrende 10 wird fertiggestellt, ehe die Innenauskleidung 3 aufgebracht
wird. Diese Fertigstellung schließt dann auch die spanabhebende
Bearbeitung für
den zylindrischen Umfangsrand 11 ein und kann auch normalerweise
eine Nachbearbeitung einer Stirnseite 13 des Flansches
mit spanabhebenden Mitteln beinhalten, wenn dieser nicht schon bei
der Umformung, etwa in einem Gesenk, eine hinreichend glatte und
präzise
Fläche
erhalten hat.
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Die
Innenauskleidung 3 wird nachfolgend in einer Guss- oder
Spritzform erstellt. Diese bedeckt dann den Rohrkörper 2 innenseitig
durchgehend und fugenlos und setzt sich auch noch stirnseitig einstückig bis
zum Umfangsrand 11 des Rohrendes 10 fort. Die
Innenauskleidung 3 bildet dabei die für Abschluss und Abdichtungsaufgaben
besonders wichtige Stirnfläche 14 und
wird am Übergang
dieser Stirnfläche 14 zur
Oberfläche 4 mit
einer Kante 15 versehen, die die Grenzlinie zwischen der
gewendelten Innenform des Rohrelements 1 und der planen
Stirnfläche 14 konsequent
wiedergibt, während
der dahinterliegende abstützende
und tragende metallische Rohrkörper 2 im Übergangsbereich 12 Ausrundungen
erkennen lässt.
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Das
gewendelte Rohrelement 1, das nur mit einem Endbereich
dargestellt ist, erstreckt sich etwa als Stator für Exzenterschneckenpumpen
beispielsweise über
die Länge
von 250 mm und wird in der Regel auf der anderen Seite mit einem
ganz entsprechenden Rohrende versehen, so dass es leicht auswechselbar
mit Hilfe von Spannschrauben oder Spannklauen in ein Motor-Pumpen-Aggregat
eingespannt werden kann. Bei dem im vorliegenden Fall angenommenen
Oval-Querschnitt ist ein solcher Stator für eine Zusammenarbeit mit einem
Rotor ausgelegt, der einen kreiszylindrischen Querschnitt aufweist,
aber um eine Achse gewendelt ist, die beim Einbau mit der Achse 6 des
Stators zusammenfällt, wobei
der Kreisquerschnitt des Rotors sich abschnittsweise in den einen
und den anderen der beiden Endbereiche des Oval-Innenquerschnitts
des Stators einschmiegt. Durch Drehung schafft der Rotor in Längsrichtung
wandernde Hohlkammern für
die Förderwirkung
der Pumpe. Diese durchaus bekannte und verbreitete Bauform einer
Pumpe für
insbesondere abrasive oder schwierige Medien lässt sich gemäß der Erfindung
mit einem einstückigen
Stator einfacher und robuster herstellen.