DE102005042559A1

DE102005042559A1 - Statorsystem

Info

Publication number: DE102005042559A1
Application number: DE102005042559A
Authority: DE
Inventors: Johann Kreidl; Hisham Kamal; Mikael Tekneyan; Helmuth Weber; Michael Robby
Original assignee: Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
Current assignee: NETZSCH PUMPEN & SYSTEME GMBH, DE
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-03-15
Also published as: ES2403431T3; RU2006132199A; RU2353811C2; BRPI0603768B1; ZA200607259B; JP2007071208A; CN1932289A; EP1762726A2; EP1762726A3; CA2557691C; EP1762726B1; CA2557691A1; BRPI0603768A; US20070059191A1; KR101286124B1; US8007259B2; CN100419266C; KR20070029082A; JP4699963B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe und ein Verfahren zu deren Betrieb. Abweichend vom bisher bekannten Stand der Technik, wo verschleißbedingte Änderungen an der Innengeometire des Pumpenstators stets mit radial wirkenden Spannmaßnahmen behoben wurden, geht die Erfindung davon aus, dies durch eine Änderung der Länge der Auskleidung herbeizuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe bei der die Statorinnenmaße den während des Betriebs auftretenden Umständen angepaßt werden.
Aus der DE 1 303 705 geht eine Exzenterschneckenpumpe hervor, deren Lebensdauer verlängert werden soll. Dazu ist eine Pumpenkonstruktion vorgesehen, die aus einem an der Innenseite konischen Statorgehäuse und einer an der Außenseite konischen Auskleidung des Stators besteht. Tritt an der Auskleidung Verschleiß auf der zur Vergrößerung des Innenquerschnitts der Auskleidung führt, so verschiebt man die beiden konischen Teile, das Statorgehäuses und die Auskleidung, in Längsrichtung gegeneinander. Durch diese Relativbewegung wird die Auskleidung radial unter Druck gesetzt, wobei keine Veränderung der Länge der Auskleidung des Stators stattfindet. Die Lage der Auskleidung wird durch das Umsetzen von Ausgleichsscheiben von der Position vor einem Flansch in eine Position hinter den Flansch bewerkstelligt.
Die DD 279 043 A1 zeigt einen Statoraufbau einer Exzenterschneckenpumpe der auch, wie bei der DE 1 303 705 aus konisch geformten Teilen, hier als Hülse und Stator bezeichneten Teilen, besteht. Die Verkleinerung des Innendurchmessers des Stators geschieht durch Verschieben der Teile gegeneinander. Ausgelöst wird dieser Schiebevorgang über eine Spannmutter mit der ein Druckstück den Stator in eine Hülse verschiebt.
Die DE 1 553 126 offenbart in 4 die Gestaltung eines Rotors, der sich aus einem inneren und äußeren polygonförmigen Mantel und einer polygonförmigen Auskleidung zusammensetzt.
Aus der DE 19 821 065 läßt sich ein auf der Außenseite schneckenförmig gestalteter Rotor entnehmen. Statormantel und Auskleidung sind bindemittelfrei verbunden.
Einen längsgeteilten Statormantel stellt die 4 der DE 10 042 335 dar. Als Verschluß sind zwei Hebel dargestellt, die mit der zweiten Hälfte des Mantelelements eine formschlüssige Verbindung eingehen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, daß die Pumpe an unterschiedlichste Betriebsbedingungen anpaßbar ist, wobei ein schneller Wechsel der aktiv am Pumpenbetrieb beteiligten Teile möglich ist.

Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 8 und 21.

Beim Betrieb einer Exzenterschneckenpumpe sind unterschiedlichste Phasen zu berücksichtigen, die die Betriebsweise oder die Gestaltung der aktiv an der Förderung beteiligten Pumpenteile beeinflussen. Als Beispiel sei hier angeführt, daß die Pumpe beim Fördern niedrig- bis hochviskoser Produkte mit oder ohne Abrasivteilchen natürlich unterschiedliche Pumpenreaktionen hervorruft, was sich während der Anlaufphase und im normalen Pumpenbetrieb zeigt.

Um auf Reaktionen der Pumpe, wie Abfall des Förderdrucks, Trockenlauf, Temperaturerhöhung oder Blockierung, reagieren zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen den Statorinnenquerschnitt durch Verkürzen oder Verlängern der Statorauskleidung zu ändern. Dazu setzt man die elastomere Statorauskleidung einer axialen Zug- oder Druckwirkung aus.

Am häufigsten werden Abnormitäten durch den Abfall des Förderdrucks oder den Anstieg der Stromaufnahme des Antriebsmotors erkannt. Je nachdem wie schnell eine Reaktion erfolgen muß, kann die Anpassung der Innenmaße der Statorauskleidung mechanisch oder elektrisch/elektronisch erfolgen. Es hat sich gezeigt, daß nicht nur durch radiale Verformung der Statorauskleidung, sondern erfindungsgemäß durch axiale Verkürzung (Stauchung) oder Verlängerung (Streckung) das Zusammenwirken von Rotor und Stator gesteuert oder korrigiert werden kann. Zur Verkürzung der Statorlänge, worunter eine Verkürzung sowohl der Länge der Auskleidung als auch des Statormantels verstanden werden kann, sind unterschiedliche Maßnahmen erforderlich. Eine Verkürzung der Länge der elastischen Statorauskleidung läßt sich durch Verringerung des Abstandes zwischen den Anlageflächen der Auskleidung am Pumpengehäuse und am Druckflansch erreichen. Ebenso möglich wird dies indem der Abstand, den der Statormantel durch seine Länge festlegt, geändert wird, also Verkürzung der Länge des Statormantels.

Die Verkürzung des Statormantels ist mit der aus der WO 2004/025124 bekannten Statormantelgestaltung problemlos möglich. Erhalten der Stator und damit die Auskleidung des Stators erst im eingebauten Zustand die für den Betrieb der Pumpe vorgesehenen Innenmaße durch die gewünschte axiale Komprimierung, so wird der Zusammenbau der Pumpe erleichtert. Dies ergibt sich daraus, daß der Stator mit größerer Ruhe- oder Ursprungsinnengeometrie leichter über den bereits montierten Rotor geschoben werden kann.

Bei entsprechender Gestaltung des Stators und dessen Auskleidung kann bei der fertig montierten Pumpe auch das Anfahrverhalten beeinflußt werden. Hierzu ist vorgesehen, die elastische Statorauskleidung zu strecken. Dabei verringert das elastische Material der Auskleidung den Druck auf den Rotor und erleichtert somit das Anfahrverhalten durch Senkung des Losbrechmoments. Je nachdem, um welchen positiven oder negativen Betrag der Innenquerschnitt der Auskleidung korrigiert wird, kann es erfindungsgemäß von Vorteil sein, wenn an beiden axialen Enden eine gleichzeitige Korrektur der Länge des Stators oder dessen Auskleidung stattfindet.

In einer Grundgestaltung zur axialen Verkürzung der Auskleidung wird der ursprünglich zur Verfügung stehende Abstand zwischen dem Pumpengehäuse oder einem Teil davon und einem Pumpenendstück verkürzt. Entsprechend der Erfindung sieht man hier ein oder mehrere Einlagen in Form von Ringen vor, die ein- oder beidseitig der Auskleidung anzuordnen sind. Bei den meisten Ausführungsbeispielen ist es notwendig, daß der Statormantel und die Statorauskleidung aus getrennten Teilen bestehen. Zur gleichmäßigen Verteilung des an dem oder den Ende/en aufgebrachten Drucks oder Zugkraft über die gesamte Statorlänge sollten der Statormantel und die Statorauskleidung über zur Längsachse der Pumpe parallel verlaufende Berührungsflächen verfügen. Nur damit ist eine homogene Querschnittsreduzierung oder -vergrößerung möglich, da sich hierbei keine Blockaden bilden.

Zur leichteren Handhabung der Einstellung der Vorspannung der Statorauskleidung auf den Rotor kann auch ein von der Außenseite der Pumpe aus steuerbarer Verstellring anstatt des vorgenannten Einlagerings Einsatz finden.

Bei dieser Ausführung kann der Verstellring sowohl in einem Endstutzen als auch im Pumpengehäuse eingebaut sein. Der Verstellring ist axial bewegbar und, sofern ein Fluid zum Einsatz kommt, mit Dichtungen versehen. Kommt eine elektrische Verstelleinheit zum Einsatz, genügt die anliegende bzw. erzeugte Vorspannung zwischen dem Stellring und der Auskleidung als Abdichtungskraft. Durch den Einsatz eines beweglichen Verstellrings läßt sich die Statorauskleidung auch während des Pumpenbetriebs durch Druckmittelzu- und -abfuhr be- oder entlasten. Der Verstellring, der wegen der Querschnittsform des zweigängigen Stators auch Verstellbrille genannt wird, kann somit das Stellglied für eine Steuerung sein, die auf verschiedene Betriebsparameter, wie den Förderdruck oder die Pumpentemperatur, eingeht. Erkennt die Steuerung ein Ansteigen der Temperatur, womit eine Ausdehnung des Elastomers einhergeht, so fällt der Druck auf den Verstellring und die Vorspannung auf den Rotor verringert sich.

Da Statorauskleidung und Statormantel getrennte Teile sind und der Rotor Kräfte auf die Statorauskleidung überträgt, neigt diese selbst zum Verdrehen. Diese Verdrehung muß jedoch zur Aufrechterhaltung der Pumpenfunktion vermieden werden. Erfindungsgemäß sind die Statorauskleidung und der Statormantel deshalb an ihren Berührungsflächen nicht rund, sondern polygonförmig geformt. Natürlich ist eine starre Positionierung auch durch andere Oberflächenformen, wie Nuten-, Keil- oder Wellenform, zu erreichen.

Da der Statormantel und die Statorauskleidung getrennte Teile sind, kann die Auskleidung bei Bedarf rasch gewechselt werden. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Statormantel aus einem Profil mit einem Längsschlitz zu formen. Eine Verschlußschiene spannt und hält das Profil stabil. Ohne die Verschlußschiene klaffen die beiden Profillängsseiten auseinander, womit das Ein- und Ausbringen der Statorauskleidung erheblich erleichtert wird. Die Verschlußschiene fügt sich auf der Innenseite des Statormantels plan in das Profil ein. An der Außenseite geht die Verschlußschiene eine formschlüssige Verbindung mit den Längsseiten des Statormantel ein.

Zur Erhöhung der Verdrehsicherheit könnte sich die Verschlußschiene natürlich auch nach innen erstrecken, wobei dann die Auskleidung eine entsprechende Nut aufweisen muß.

Zur Vereinfachung der Herstellungsweise des Statormantels besteht dieser aus einem einteiligen oder mehrteiligen Strangprofil in Längs- oder Querform. Auch der förderdruckabhängigen Stabilisierung des Stators wird durch die Wahl unterschiedlicher Materialien bei der Fertigung Rechnung getragen. So sind als Materialien für den Statormantel verschiedene Kunststoffe als auch Metalle vorgesehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen die nachfolgend beschriebenen Figuren:
1 Teilschnitt einer Exzenterschneckenpumpe
2 dto.
3 dto.
4 Teilschnitt eines Stators und Exzenterschneckenpumpe
5 Statormantel
6 Statorauskleidung
Die 1 zeigt eine typische Anordnung eines Stators 10 in einer Exzenterschneckenpumpe. Der Stator 10 ist zwischen einem Druckflansch 12 und dem Pumpengehäuse 14 eingespannt. Als Spannelemente können Spannschrauben vorgesehen sein. Der Abstand zwischen dem Pumpengehäuse 14 und dem Druckflansch 12 wird von der Länge des Statormantels 16 bestimmt. Solange der Statormantel und die Statorauskleidung 18 nicht zwischen dem Pumpengehäuse 14 und dem Druckflansch 12 eingebaut sind, können beide Teile axial gegeneinander verschoben werden. Im eingebauten Zustand wird die Statorauskleidung dagegen an beiden Enden von einem Anschlag 20, 22 begrenzt. Der Anschlag besteht aus einer ringförmigen Stirnfläche, am Druckflansch oder dem Pumpengehäuse. Die Länge der in 1 dargestellten Statorauskleidung entspricht nicht der Länge im einbaulosen zustand, sondern ist bereits geringfügig gestaucht und demnach axial verkürzt. Die Länge der Statorauskleidung in 1 entspricht dem Neuzustand der Pumpe im Auslieferungszustand. Bei diesem Betriebszustand sind die Enden der Statorauskleidung nur soweit vorgespannt, daß durch sie eine gewisse Abdichtfunktion zwischen dem Förderraum 24 und der Außenatmosphäre entsteht.
Eine betriebsbedingte axiale Änderung der Statorlänge, insbesondere der Länge der Statorauskleidung, stellt die 2 dar. Hier ist beispielsweise an der rechten Seite der Statorauskleidung eine axiale Verkürzung eingetreten. Entstanden ist die Verkürzung aufgrund eines Distanzrings 26 der im Bereich des Druckflansches zwischen dem Anschlag 20 und der komplementären Stirnfläche der Statorauskleidung sitzt. Die elastische Masse der Statorauskleidung, die vom Distanzring verdrängt wird, verteilt sich auf deren gesamte innere Oberfläche. Dadurch entsteht eine größere innere Oberfläche, die zu erhöhtem Druck auf den nicht dargestellten Rotor führt. Diese Maßnahme wird ergriffen, wenn der Förderdruck im Bereich des Druckflansches 12 nachläßt, was auf eine Verschleißerscheinung an der inneren Oberfläche der Statorauskleidung (im folgenden Auskleidung genannt) schließen läßt.
Bei bestimmten Elastomeren und deren unterschiedlichen Shore-Härten oder ab einer bestimmten Länge der Auskleidung kann es sinnvoll und erforderlich sein, an beiden Seiten der Anschläge 20, 22 Distanzringe 26 vorzusehen, um die Verlagerung des axial angeordneten Elastomers radial auszurichten. Trotz der erfindungsgemäßen optischen Verkürzung des Stators bzw. der Statorauskleidung tritt hiermit aufgrund des inkompressiblen Verhaltens des Elastomers keine Volumenänderung ein.
Eine weitere Möglichkeit die Innengeometrie der Statorauskleidung zu ändern wird in den 3 und 4 dargestellt. Wesentlicher Unterschied dieser Gestaltung ist, daß hier ein beweglicher Verstellring 28 Verwendung findet. Der Verstellring 28 läßt sich extern ohne Montagearbeiten am Druckflansch oder dem Pumpengehäuse bedienen. Dazu ist der Verstellring mit einer oder mehreren Verstellschrauben versehen, die von der Oberfläche der Pumpe aus zu bedienen sind. Neben dieser mechanischen Variante kann natürlich auch ein hydraulischer Antrieb für die axiale Verformung der Statorauskleidung vorgesehen sein. Die Hydraulikflüssigkeit gelangt hierbei über die Leitung 30 in die Ringkammer 32. Die Ringkammer ist sowohl in Richtung zur Auskleidung 18 als auch zur produktführenden Seite von Dichtungen 34, 36 begrenzt.
Der hydraulische Druck in der Ringkammer läßt sich durch eine von hand zu betätigende Kolbenschraube oder automatisch über ein Hydrauliksystem steuern. Das Hydrauliksystem oder eine elektrische Einrichtung ermöglichen das Betätigen des Verstellrings 28, je nachdem, welche Druck- oder Temperaturwerte im Pumpenbereich herrschen. Wie aus 3 ersichtlich, wird die Ringkammer 32 vom Verstellring 28 und einer Stirnfläche 38 am Druckflansch begrenzt.
Liegt der Verstellring 28 an der Stirnfläche 38 an, steht die Statorauskleidung nur unter einer geringen Vorspannung. Je mehr Hydraulikflüssigkeit in die Ringkammer gepreßt wird, desto stärker wird die Auskleidung komprimiert und desto kleiner werden die Innenmaße. Sollte bei langen Pumpen die Strecke um die die Auskleidung komprimiert wird, nicht ausreichen, so kann dies durch die Verkürzung des Statormantels behoben werden, wobei Einzelelemente, z.B. Ringelemente, zu entfernen sind.
5 und 6 zeigen die Auskleidung 18 und den Statormantel 16, zwei getrennte Bauelemente, die auch während des Betriebs nicht vollflächig miteinander verbunden sind. Die verdrehungssichere Anordnung der Auskleidung im Statormantel geschieht nur durch Formschluß über die polygonale Innen- und Außenform dieser Elemente. Zwecks leichterer Entnahme der Auskleidung ist der Statormantel mit einem Längsschlitz versehen. Die beiden Längskanten 42, 44 des Statormantels bilden mit der Verschlußschiene 46 eine formschlüssige Verbindung. Die Verschlußschiene 46 schießt an der Innenseite des Statormantesl plan ab. Obwohl der Statormantel in 5 einteilig dargestellt ist, kann er aus mehreren Längs- oder Querteilen bestehen. Wichtig ist, daß der Durchmesser oder der Längsspalt des Statormantels ohne Verschlußschiene größer sind, um das Einsetzen oder Entnehmen der Auskleidung zu erleichtern.

10: Stator
12: Pumpenendteil
14: Pumpengehäuse
16: Statormantel
18: Statorauskleidung
20: Anschlag
22: Anschlag
24: Förderraum
26: Distanzring
28: Verstellring
30: Leitung
32: Ringkammer
34: Dichtungen
36: Dichtungen
38: Stirnfläche
40: Ringelemente
42: Längskanten
44: Längskanten
46: Verschlußschiene

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe bei der die Statorinnenmaße dem während des Betriebs der E-Pumpe auftretenden Umständen angepaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenmaße des Stators durch Ändern der Statorlänge variiert werden.
Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Innenmaße des Stators durch axiales Ändern der Länge der Statorauskleidung variiert werden.
Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die elastomere Statorauskleidung einer axialen Zug- oder Druckwirkung ausgesetzt wird.
Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Länge um die der Stator und/oder dessen Statorauskleidung axial verlängert oder verkürzt wird abhängig von der Stromaufnahme des Antriebs und/oder dem am Pumpenausgang gemessenen Druck und/oder der im Statorbereich gemessenen Temperatur eingestellt wird.
Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Seiten des Stators oder der Statorauskleidung Zug- oder Druckkräfte zur Veränderung der Statorlänge wirken.
Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß sich während der Änderung der Statorinnenmaße zwischen einem Statormantel und einer Statorauskleidung eine Relativbewegung vollzieht.
Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß sich der Innendurchmesser durch die axiale Verkürzung des Stators und/oder der Statorauskleidung bei gleichbleibendem Massevolumen verkleinert.
Exzenterschneckenpumpe zur Durchführung des Verfahrens entsprechend den Ansprüchen 1 bis 7 mit einem Statormantel (16) und einer darin angeordneten elastischen Statorauskleidung (18) dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden der elastischen Statorauskleidung (18) einen Anschlag (20, 22) zu dessen axialer Begrenzung aufweisen und mindestens an einem Ende Mittel vorgesehen sind, um die axiale Position des Anschlags zu verändern.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Pumpenendteil (12) und/oder dem Pumpengehäuse (14) und der elastischen Statorauskleidung (18) ein oder mehrere Distanzringe (26) vorgesehen sind.
Exzenterschneckenpumpe nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorauskleidung (18) und der Statormantel (16) als separate Einzelteile geformt sind.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Statormantels (16) und die Außenfläche der Statorauskleidung (18) parallel zur Pumpenlängsachse verlaufen.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenendteil (12) und/oder das Pumpengehäuse (14) einen zur Pumpenlängsachse beweglichen Verstellring (28) aufweisen.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Verstellring (28) mit einer Hydraulik oder Pneumatikeinheit verbunden ist.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellring (28) einen Durchmessersprung aufweist.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl im Bereich des größeren als auch im Bereich des kleineren Durchmessers des Verstellrings Dichtungen (34, 36) vorgesehen sind, die eine Ringkammer (32) begrenzen.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Statormantel (16) mindestens teilweise aus einzelnen Ringelementen besteht.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Ende/n des Statormantels (16) an einer Innenfläche des Pumpengehäuses (14) und/oder Endteiles anliegen, wobei zum jeweiligen Anschlag (42, 44) Freiraum besteht.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Statormantel (16) mit der Statorauskleidung (18) formschlüssig verbunden ist.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorauskleidung (18) eine polygonförmige Außenform aufweist.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansürüche 1 bis 19 dadurch gekennzeichnet, daß der Statormantel ein- oder mehrteilig geformt ist.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Statormantel (16) einen achsparallelen Längsschlitz aufweist.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Statormantel eine Verschlußschiene aufweist.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußschiene mit den parallelen Längskanten (42, 44) des Statormantels (16) Formschluß bildet.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußschiene die Längskanten (42, 44) an deren Außenseite überlappt.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansürüche 21 bis 24 dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußschiene (46) plan mit der Innenseite des Statormantels (16) abschließt.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 20 bis 25 dadurch gekennzeichnet, daß der Statormantel (16) ohne Verschlußschiene (46) einen größeren Durchmesser aufweist.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 26 dadurch gekennzeichnet, daß der Statormantel (16) mit dem Pumpenendteil (12) oder dem Pumpengehäuse (14) eine Einheit bildet.