DE102004051068B3

DE102004051068B3 - Exzenterschneckenpumpe mit integriertem Antrieb

Info

Publication number: DE102004051068B3
Application number: DE200410051068
Authority: DE
Inventors: Mikael Tekneyan; Helmuth Weber; Hisham Kamal; Markus Rosam; Johann Kreidl
Original assignee: Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
Current assignee: Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2024-10-21

Abstract

Eine Exzenterschneckenpumpe weist einen Stator und einen darin laufenden Rotor sowie einen Antriebsmotor zum Antrieb des Rotors auf. Der Läufer des Antriebsmotors ist axial im Pumpengehäuse angeordnet und näherungsweise starr mit dem Rotor verbunden. Der Rotor läuft in einem schwingenden, einseitig im Pumpengehäuse gelagerten Stator aus Elastomer. Das Drehmoment zum Antrieb wird mittels einer Statorwicklung erzeugt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Schnecken- bzw. Exzenterschneckenpumpe, wie sie insbesondere zur Förderung von hochviskosen bzw. mit Feststoffen versetzten Medien verwendet wird.
Exzenterschneckenpumpen die dem Stand der Technik entsprechen, weisen meist einen feststehenden äußeren Stator und einen darin umlaufenden Rotor auf. Der Antrieb des Rotors erfolgt meist durch einen externen Elektromotor, welcher mittels einer Gelenk- bzw. Biegewelle mit dem Rotor verbunden ist. In den nachfolgenden Ausführungen wird zwischen Schnecken- und Exzenterschneckenpumpen nicht weiter unterschieden, da dies keine Auswirkungen auf das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip hat.

Bekannte Exzenterschneckenpumpen, wie beispielsweise aus der DE 44 13 940 A1 , weisen eine lange Bauform auf und sind aufgrund der hohen Anzahl beweglicher Teile in Motor, Gelenkwelle und Pumpe wartungsbedürftig. Zudem ist bei einer solchen Anordnung auf mindestens einer Seite der Pumpe eine Abdichtung zur Gelenkwelle hin notwendig. Die Zuführung des zu fördernden Mediums erfolgt regelmäßig seitlich, so dass derartige Pumpen nicht ohne weiteres geradlinig in einen Leitungsstrang integrierbar sind.

Eine wesentliche Verbesserung stellt hier die Anordnung aus der DE 102 51 846 A1 dar. Hierin ist der Rotor einer Exzenterschneckenpumpe gleichzeitig auch als Motor ausgebildet. Somit kann insbesondere die Gelenkwelle entfallen. Bei einer solchen Anordnung werden nur spezielle, mit teuren Magnetmaterialien bestückte Rotoren eingesetzt. Weiterhin ergibt sich aufgrund der schraubenförmigen Anordnung des Stators eine relativ komplexe Statorwicklung, welche auch hier zu relativ hohen Herstellungskosten führt.

Ein anderer Lösungsansatz wird in der DE 818 454 dargestellt. Der Rotor der Pumpe ist näherungsweise starr mit dem außerhalb der Pumpe angeordneten Antriebsmotor verbunden. Der Stator der Pumpe ist nur an dem vom Motor entfernten Ende gelagert. Weiterhin ist die Elastizität des Stators so groß, dass das andere Ende der exzentrischen Bewegung des Rotors folgen kann. Dadurch, dass der Ausgleich der Exzentrität durch die Elastizität des Stators erfolgt, ist innerhalb der Pumpe kein Gelenk notwendig. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass die Zuführung des zu fördernden Mediums immer seitlich, meist senkrecht zur Rotorachse der Pumpe erfolgt. Somit sind derartige Pumpen nicht auf einfache Weise in gerade Rohrsysteme zu integrieren. Weiterhin ist auch wieder eine verschleißanfällige Wellendichtung notwendig.

Aus den beiden US-Patentschriften 2,603,161 und 2,603,162 sind Exzenterschneckenpumpen ersichtlich, deren Antriebswelle ohne Zwischengelenk mit dem schneckenförmigen Rotor verbunden ist. Der Antrieb erfolgt elektrisch über einen Motor dessen Antriebs-Motorwelle direkt mit dem Läufer des Motors verbunden ist. Die Erregerspulen zur Erzeugung des Drehfeldes das den Läufer rotieren läßt, sind entweder am Außenumfang des Pumpengehäuses oder im Innenraum des Pumpengehäuses angeordnet.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Exzenterschneckenpumpe derart zu gestalten, dass das zum Antrieb der Pumpe benötigte Drehmoment ohne zusätzliche, die Bauform der Pumpe verlängernde Mittel sowie ohne Wellendichtungen zugeführt werden kann und gleichzeitig die Pumpe in gerade Leitungsstränge integrierbar ist, wobei die Strömung des Mediums im Antriebsbereich verbessert wird.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in dem unabhängigen Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Exzenterschneckenpumpe mit einem Stator 2 und einem darin umlaufenden Rotor 3. Zum Antrieb des Rotors 3 ist ein Antriebsmotor, vorzugsweise eine Asynchronmaschine, vorgesehen, welcher einen Läufer 8 sowie einen Ständer 10 mit einer Wicklung 9 umfasst. Ein Gehäuse 1 umschließt die Exzenterschneckenpumpe mit dem Stator 2 sowie dem darin laufenden Rotor 3. Weiterhin ist in dem Gehäuse 1 der Läufer 8 und wenigstens ein Lager 4 zur Lagerung des Läufers 8 angeordnet. Der Läufer 8 ist nä herungsweise starr mit dem Rotor 3 der Exzenterschneckenpumpe verbunden. Dies bedeutet, dass auf das übliche Gelenk zum Ausgleich der exzentrischen Bewegung des Rotors 3 gegenüber dem Stator 2 verzichtet wird. Das Gehäuse 1 wird in seiner Längsrichtung von dem Fördermedium durchströmt. Der Ständer 10, sowie die Wicklung 9 sind vorzugsweise außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet, sie können jedoch wahlweise auch innerhalb des Gehäuses angebracht sein. Das Gehäuse 1 weist eine Abflachung auf, so dass der Ständer 10 in geringem Abstand zum Läufer 8 angeordnet werden kann. Wahlweise kann das Gehäuse selbst über die ganze Länge diese Abflachung aufweisen oder aber nur im Bereich des Läufers. Bei der letzteren Ausführungsform ergibt sich aufgrund der nur lokal begrenzten Querschnittsverringerung ein günstigerer Strömungswiderstand.

Durch eine solche erfindungsgemäße Anordnung sind Antrieb und Pumpe äußerst platzsparend in eine kompakte Einheit integriert. Gleichzeitig wird die mechanische Konstruktion wesentlich vereinfacht. So sind keine anfälligen Wellendichtungen notwendig, da der Rotor vollständig abgeschlossen in dem Gehäuse und den angeschlossenen Leitungen läuft. Es wird keinerlei Verbindung bzw. Kontakt vom Rotor zu Punkten außerhalb des Gehäuses benötigt. Damit kann die Pumpe, bestehend aus Rotor und Stator, ohne zusätzliche Verbindungen und Wellendichtungen in eine vorhandene Rohrleitung eingeflanscht werden. Besonders einfach ist der Aufbau mit nur einem Lager 4. Zur Erhöhung der Stabilität der Lagerung können weitere Lager, wie das zweite Lager 5, vorgesehen werden. Zum Anschluß an gängige Rohrsysteme kann ein Saugstutzen 6 und/oder ein Druckstutzen 7 vorgesehen sein.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann auch das Umwandlungsglied, wie beispielsweise eine Gelenkwelle oder auch Biegewelle, für die Transformation der zentrischen Rotation des Läufers in die exzentrische Bewegung des Rotors entfallen.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein flexibles bzw. elastisches Ausgleichselement zum Ausgleich von Winkeltoleranzen zwischen dem Läufer und dem Rotor vorgesehen. Das Ausgleichselement kann beispielsweise ein elastischer Stab oder auch ein Gummielement sein.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in dem Läufer oder Gehäuse Öffnungen, vorzugsweise Bohrungen oder Schlitze, angebracht sind, durch welche das Medium hindurchfließen kann. Somit ist ein Umleitungskanal für das Medium nicht mehr notwendig. Es ergibt sich dadurch ein besonders kompakter, platzsparender Aufbau der Anordnung.

In einer weiteren vorteilhaften Weitergestaltung werden Bohrungen oder Schlitze zwischen dem Läufer und dem Gehäuse angeordnet. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn der Pumpenantrieb vollständig ins Gehäuse integriert wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Stator 2 an dem vom Läufer 8 entfernten Ende mit dem Gehäuse 1 verbunden. Diese Ausführungsform ergibt eine besonders vorteilhafte Krafteinleitung an der Stelle des höchsten Pumpendruckes in das Gehäuse. Alternativ hierzu kann der Stator auch in der Mitte oder an dem, dem Läufer 3 zugewandten Ende mit dem Gehäuse 1 verbunden sein.

Vorteilhafterweise ist der Motor in Form eines Asynchronmotors ausgelegt. Hierzu ist der Läufer als Widerstandsläufer bzw. vorzugsweise als Kurzschlussläufer ausgebildet. Weiterhin sind in der Statorwicklung Wicklungen zur Erzeugung eines Drehfeldes vorgesehen. Durch das Drehfeld werden in den Rotorwicklungen bzw. in der leitenden Rotorstruktur Spannungen induziert, welche je nach dem elektrischen Widerstand der Wicklungen bzw. der leitenden Rotorstruktur zu entsprechenden Strömen führen. Diese Ströme verursachen wiederum ein Magnetfeld und damit ein Drehmoment. Zur Ansteuerung der Wicklungen ist eine optionale Steuerschaltung, vorteilhafterweise ein Frequenzumrichter, zur Erzeugung der phasenverschobenen Signale variabler Frequenz zur Erzeugung eines Drehfeldes mit der gewünschten Drehfrequenz vorgesehen.

Wahlweise können in dem Rotor Nuten zur Aufnahme von Rotorwicklungen vorgesehen sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Motor aus Läufer 8 und Wicklung 9 in Form eines Reluktanzmotors ausgeführt ist. Hierzu weist die Wicklung Spulen zur Erzeugung eines drehenden Magnetfeldes auf. Im Läufer 8 befindet sich ein vor zugsweise zahnförmig ausgebildetes Teil aus magnetisch leitfähigem bzw. weichmagnetischem Material, wie beispielsweise Eisen. Hierbei richten sich die Zähne entsprechend dem Magnetfeld aus. Durch eine Drehung des Magnetfeldes kann somit auch eine Drehung des Rotors erreicht werden.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung ist der Antrieb für den schneckenförmigen Rotor vollständig in ein rohrförmiges Element eingefügt. Dazu ist der Antrieb in das Element eingegossen. Das geförderte Medium umströmt den Antrieb über einzelne Bohrungen, die längsachsparallel zum Rotor verlaufen. Die Bohrungen können auch die Form von Schlitzen aufweisen, die beispielsweise um jeweils 90° versetzt zueinander auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnet sind. Dadurch, daß der Antrieb vom Medium umströmt wird, kann das Medium als Kühlmittel verwendet werden.

Aus einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung geht hervor, daß der Ständer und das Gehäuse ein Verbundteil bilden, wozu sie miteinander durch ein Verbundmittel z.B. Harz, fest vergossen sein können.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den Stator und das Gehäuse als ein Verbundteil zu gestalten.

Einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zu entnehmen, daß das Gehäuse der Pumpe selbst, unabhängig von Anschlußflanschen, aus, mindestens zwei, achsial zur Längsachse der Pumpe zusammenfügbaren Teilen besteht.

Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
1 zeigt in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
2 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung aus 1.
3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt den Längsschnitt einer Rohrpumpe
5 zeigt einen Schnitt von 4 zum Antrieb
In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch in einem Schnitt parallel zur Drehachse dargestellt. Eine Exzenterschneckenpumpe weist einen Rotor 3 auf, welcher sich in einem Stator 2 bewegt. Zum Antrieb ist der Rotor 3 näherungsweise starr mit einem Läufer 8 verbunden. Die Lagerung erfolgt mittels der beiden Lager 4 und 5. Weiterhin ist ein Ständer 10 mit der Wicklung 9 (Erregerwicklung) zur Erzeugung eines Drehfeldes vorgesehen. Läufer und Pumpe sind von dem Pumpengehäuse 1 umgeben. Der Einlauf des Pumpmediums erfolgt durch den Saugstutzen 6, der Auslauf durch den Endstutzen 7.
2 zeigt einen Schnitt durch die zuvor dargestellte Vorrichtung an der Stelle des Läufers und des Ständers. Hier ist die einer bevorzugten Ausführungsform entsprechende längliche bzw. abgeflachte Form des Pumpengehäuses erkennbar. So ist an den Schmalseiten das Joch des Ständers angeordnet, um einen minimalen Abstand zum Läufer zu erzielen. Das zu fördernde Medium läuft hier oberhalb und unterhalb des Läufers durch das Pumpengehäuse. Wahlweise kann das Pumpengehäuse 1 auf seiner gesamten Länge oder nur im Bereich des Läufers 8 die dargestellte Abflachung aufweisen.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Hier ist das Pumpengehäuse 1 im Bereich des Antriebs rund ausgebildet. Die Flussrichtung des Mediums ist durch die dicken Pfeile angedeutet. So läuft hier das Medium durch Bohrungen außerhalb vom Antrieb 11. Selbstverständlich kann entsprechend dem Medium der Abstand zwischen dem Antrieb 11 und dem Pumpengehäuse 1 vergrößert werden, so dass auch ein bestimmter Anteil des Mediums zwischen dem Antrieb 11 und dem Pumpengehäuse 1 fließen kann. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass ein vollständig rundes Gehäuse ohne Abflachung eingesetzt werden kann. Der vollständig in das Gehäuse 1 integrierte und eingegossene Antrieb ist direkt mit dem Rotor 3 verbunden. Die Verbindung ist als Stift oder Schraubverbindung ausgebildet. Der Rotor 3 rotiert in einem doppelwandigen Stator 2. Die innere Statorwand folgt während der Drehung des Rotors seiner exzentrischen Bewegung. Dazu weist der Stator zwischen seiner Außen- und Innenwand einen Hohlraum 12 auf. Das Gehäuse 1 ist zwischen dem Antrieb und dem Pumpenteil mit der Schnellspanneinrichtung 19 versehen, so daß der Pumpen- und der Antriebsteil unabhängig voneinander ausgetauscht werden können. Sowohl am Saug- als auch am Druckstutzen 6, 7 sind Schlauchanschlüsse angeordnet. Der Querschnitt des Antriebsteils- und des Pumpenteils entspricht dem 3-10fachen des Querschnitts der Anschlüsse 13 und 14 der Druck- und Saugstutzen 6, 7.
4 zeigt eine Rohrpumpe mit einer in ein Rohr 15 vollständig integrierten Exzenterschneckenpumpe 16. Das Rohr 15 hat über seine gesamte Länge einen gleichmäßigen Querschnitt. Zwischen dem Druckstutzen 7 und dem Rohr 15 sitzt der Statorflansch 17. Aufgrund der druckseitigen Anordnung des Flansches 17 und des radialen Abstandes des Stators 2 zum Rohr 15 ist der Stator weitestgehend frei beweglich und folgt somit der exzentrischen Umlaufbewegung des Rotors 3. Die Rotation des schneckenförmigen Rotors geht vom Antrieb 11 aus, dessen Erregerwicklung und Läufer in das Rohr eingegossen sind. Zwischen dem Antrieb 11 und dem Rotor verlaufen achsparallel zur Rohrlängsachse Bohrungen 18 oder Schlitze 18' wie sie in 5 dargestellt sind. Der Querschnitt der Bohrungen oder Schlitze ist abhängig vom Druck und der Förderleistung für die die Pumpe ausgelegt wird. Bei bestimmten Produkten oder Medien, die gefördert werden, arbeiten die Bohrungen oder Schlitze als Kühlleitungen für den Antrieb.

1: Pumpengehäuse
2: Stator aus Elastomer
3: Pumpenrotor
4: Erstes Lager
5: Zweites Lager
6: Saugstutzen
7: Druckstutzen
8: Läufer
9: Wicklung
10: Ständer
11: Antrieb
12: Hohlraum
13: Anschlüsse
14: Anschlüsse
15: Rohr
16: Exzenterschneckenpumpe
17: Flansch
18: Bohrungen, 18' Schlitze
19: Schnellspanneinrichtung

Claims

Exzenterschneckenpumpe, umfassend einen Stator (2) und einen darin laufenden Rotor (3), sowie einen Antriebsmotor zum Antrieb des Rotors (3), welcher mit dem Rotor verbunden ist, umfassend einen Läufer (8) sowie einen Ständer (10) mit einer Wicklung (9), wobei ein Gehäuse (1) zur Aufnahme – des Stators (2), mit darin laufendem Rotor (3), – des Läufers (8), sowie – wenigstens eines Lagers (4) zur Lagerung des Läufers (8) vorgesehen ist, welches in seiner Längsrichtung vom Fördermedium durchströmt wird, und der Läufer (8) näherungsweise starr mit dem Rotor (3) verbunden ist, sowie der Stator (2), welcher derart elastisch ist, dass er in seiner Gesamtheit der durch die Bewegung des Rotors (3) verursachten exzentrischen Bewegung folgen kann, nur an einer Stelle mit dem Pumpengehäuse (1) verbunden ist und das Gehäuse (1), zumindest im Bereich des Läufers (8), eine Abflachung aufweist, so dass der Ständer (10) in geringem Abstand zum Läufer (8) angeordnet werden kann.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Läufer (8) und Rotor (3) ein flexibles Ausgleichselement zum Ausgleich von Winkeltoleranzen und/oder Radialabweichungen vorgesehen ist.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (8) Bohrungen aufweist, durch die das Medium hindurchfließen kann.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (10) mit dem Gehäuse (1) ein Verbundteil bildet.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) an dem von dem Läufer (8) entfernten Ende mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) und das Gehäuse (1) als ein Verbundteil ausgebildet sind.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (1) ohne/mit Saugstutzen (6) und Endstutzen (7) in Längsrichtung vorzugsweise in zwei Teilen ausgeführt ist.