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Die Erfindung betrifft einen Stator für eine Exzenterschneckenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine Exzenterschneckenpumpe besteht im Wesentlichen aus einem in einem Stator drehbar gelagerten schraubenförmigen Rotor, welcher sich mit seiner Längsachse exzentrisch um die Statorachse dreht. Die dem Rotor zugewandte Seite des Stators weist eine mindestens zweigängige zur Rotorfigur korrespondierende Schraubenform doppelter Steigung auf. Zwischen dem Rotor und dem Stator entstehen mehrere gleichgroße Kammern, in denen das Fördergut, aufgrund der unterschiedlichen Steigungen von Rotor und Stator, in axialer Richtung durch den Stator hindurch bewegt wird. Üblicherweise besteht der Rotor aus einem abriebarmen Material wie beispielsweise Stahl und der Stator aus einem elastischen Material wie beispielsweise Gummi.
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Der elastomere Körper wird in der Praxis häufig mit einem Mantel versehen, beispielsweise indem der den Stator ausbildende elastomere Körper in den Mantel einvulkanisiert wird. Der Stator unterliegt materialbedingt einem vergleichsweise hohen Verschleiß, weshalb in regelmäßigen Abständen ein Austausch des Stators beziehungsweise Statormantels erforderlich ist. In der Vergangenheit wurde immer wieder nach Lösungen gesucht, um die für einen Austausch notwendigen Wartungsarbeiten möglichst gering zu halten.
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Beispielsweise ist in der
DE 102 41 753 eine Exzenterschneckenpumpe mit einem Statormantel offenbart, der zur Vereinfachung der Montage und Demontage eines den Stator in Gestalt eines Elastomereinsatzes ausbildenden elastomeren Körpers einen Statormantel aus mehreren miteinander verbundenen, sich in Längsrichtung erstreckenden Segmenten aufweist. Die Längskanten der Segmente sind derart ausgebildet, dass benachbarte Segmente ineinander greifen, um eine auf Zug belastbare formschlüssige Verbindung herzustellen. Weiterhin sind die Segmente so gestaltet, dass ihre dem Elastomereinsatz zugewandte Seiten im Wesentlichen ebene Flächen bilden. Somit ergibt sich durch die Verbindung mehrerer Segmente ein geschlossener Mantel in Polygonform. Diese Polygonform greift in eine entsprechende Polygonform der Außenseite des Elastomereinsatzes ein, so dass sich ein Formschluss zur Übertragung des Drehmoments ergibt und eine Drehbewegung des Elastomereinsatzes im Statormantel verhindert wird.
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Es wäre jedoch wünschenswert, einen Stator mit einem Statormantel und einem Elastomereinsatz bereit zu stellen, bei dem nicht nur eine Drehbewegung des Elastomereinsatzes gehemmt wird. Da während des Pumpenbetriebs, insbesondere durch die Förderbewegung des Rotors, auch radiale und axiale Kräfte auftreten, welche am Elastomereinsatz angreifen, sollte die Fixierung des Elastomereinsatzes weiter verbessert werden. Beispielsweise ist aus der
WO2011/155312 eine spezielle Ausführungsform bekannt, bei der der Elastomereinsatz an seinen beiden Enden mit einem Bund versehen ist, wodurch eine effektive Abdichtung der Pumpe erreicht werden soll. Der Bund ist dabei in einer Ausnehmung zwischen Statormantel und einem Anschlusskörper (Anschlussflansch, Pumpengehäuse) angeordnet. Statormantel und Elastomereinsatz werden zwischen Anschlussflansch und Pumpengehäuse mittels Gewindestäbe verspannt und der sich dann einstellende Abstand zwischen Statormantel und Anschlusskörper ist geringer als die Dicke des Bunds, wodurch der Bund gequetscht wird und somit eine abgedichtete Verbindung zwischen Stator und Anschlusskörper entsteht. Zwar wird auf diese Weise der Elastomereinsatz auch axial fixiert, die radial wirkenden Kräfte im Bundbereich werden jedoch nur durch die gebildete kraftschlüssige Verbindung aufgenommen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Statormantel der eingangs genannten Art anzugeben, der eine verbesserte Fixierung des Elastomereinsatzes ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Unter anderem weist der Statormantel somit zumindest an einer Seite stirnseitig offene Hohlräume, Ausnehmungen und/oder Erhebungen auf.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die Fixierung des Elastomereinsatzes im Statormantel verbessert werden kann, indem der Elastomereinsatz an mindestens einem Ende, durch eine zusätzlich wirkende Verbindung, zwischen Statormantel und Anschlusskörper fixiert ist. Die Verbindung sollte auch radial wirkende Kräfte im Bundbereich aufnehmen können und es sollte eine lösbare Verbindung sein.
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Dies wird dadurch erreicht, dass der Statormantel in seiner dem Bund zugewandten Stirnseite offene Hohlräume und/oder Ausnehmungen aufweist. Wird nun der Bund gegen den Statormantel gepresst, verkrallt sich der Bund stirnseitig im Statormantel derart, dass der Bund aufgrund seiner elastomeren Eigenschaften in die offenen Hohlräume oder Ausnehmungen hineinragt. Zwischen dem Statormantel und dem Bund entsteht eine kraft und formschlüssige Verbindung, welche auch radial wirkende Kräfte aufnehmen kann. Denkbar ist auch, den Bund mit zur Form der offenen Hohlräume, Ausnehmungen oder Erhebungen korrespondierenden Auskragungen oder Vertiefungen zu versehen. Einerseits ist dadurch die Bildung einer formschlüssigen Verbindung auch mit einem relativ geringen Anpressdruck möglich und andererseits kann eine besonders einfache Positionierung bezüglich der Öffnung für die Rotoraufnahme erreicht werden, indem sich der Elastomereinsatz nur in einer bestimmten Drehposition in den Statormantel einsetzen lässt.
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Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindung weist der Anschlusskörper eine den Bund aufnehmende Ausnehmung auf. Der Bund ragt dabei in Längsrichtung über die statorseitige Stirnseite des Anschlussblocks hinaus, so dass beim Anpressen des Statormantels gegen den Bund der Bund gequetscht wird und in die stirnseitigen Öffnungen im Statormantel eindringt. Um einen definierten Druck einzustellen, weist der Statormantel einen festgelegten größeren Außendurchmesser als die Ausnehmung im Anschlussblock auf. Der äußere Statormantel und der Anschlussblock bilden dabei stirnseitig einen Anschlag. Der Anpressdruck kann somit beispielsweise unter Verwendung ein und desselben Anschlussblocks durch eine geeignet gewählte Bundstärke eingestellt werden.
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Um zu erreichen, dass der Bund nach der Montage der Pumpe gegen die Stirnseite des Statormantels gepresst wird, sollte der Abstand zwischen Statormantel und Anschlusskörper geringer sein als die Dicke des Bunds. Vorzugsweise ist dabei für die Ausnehmung im Anschlusskörper eine zum Bund korrespondierende Form zu wählen. Dadurch kann der Bund nur in Richtung des Statormantels ausweichen, wodurch eine besonders effektive Verkrallung des Bundes im Statormantel erzielt wird.
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Um zum erfindungsgemäßen Stator zu gelangen ist jede Art von offenen Hohlräumen, Ausnehmungen oder Erhebungen im Stator denkbar, welche geeignet ist, eine stirnseitig formschlüssige Verbindung zwischen Statormantel und Anschlusskörper herzustellen. Beispielsweise kann eine einfache Struktur ausreichend sein, sofern sich der Bund in den durch die Struktur gebildeten Zwischenräumen/Erhebungen verkrallen kann. Selbstverständlich kann für sich genommen oder ergänzend auch der Anschlusskörper stirnseitig mit offenen Hohlräumen, Ausnehmungen und/oder Erhebungen versehen sein.
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Bevorzugt ist der Stator als Profilkörper ausgebildet, wodurch stirnseitig offene Hohlräume für den Bund gebildet werden. Eine derartige Ausgestaltung hätte zudem den Vorteil, dass der Statormantel trotz Materialeinsparung eine ausreichend hohe Festigkeit und Steifigkeit aufweisen würde.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Statormantel ein Kammerprofil auf. Die Kammern können dabei durch eine den Elastomereinsatz umgebende innere Statormantelwand, eine äußere Statormantelwand und dazwischen liegende Trennwänden gebildet sein. Beispielsweise verlaufen die Trennwände in Längsrichtung des Statormantels, so dass stirnseitig offene, durch die Kammerstruktur gebildete Hohlräume entstehen. Nach der Montage des Stators verkrallt sich der Bund des Elastomereinsatzes durch dessen Eindringen in die Kammern aufgrund des Anpressdrucks gegen den Statormantel. Der Außendurchmesser des Bundes ist dabei so groß zu wählen, dass der Bund die stirnseitig offenen Kammern zumindest teilweise überdeckt, indem die Wandstärke der inneren Statormantelwand geringer ist als die Bundhöhe.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Statormantel als längsgeteilter Statormantel aus zumindest zwei Teilschalen gebildet. Dadurch wird eine besonders einfache Montage erreicht, denn durch die längsgeteilte Bauweise des Statormantels kann besonders einfach der Austausch des Elastomereinsatzes erfolgen. Zu diesem Zweck sind die Teilschalen lösbar miteinander verbunden.
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Beispielsweise sind die Teilschalen einerseits mittels einer formschlüssigen Verbindung und andererseits mittels einer Verschlusseinheit miteinander verbunden. Als besonders geeignete formschlüssige Verbindung hat sich eine Ausführungsform erwiesen, bei der ein auskragendes Halteelement einer Teilschale hakenartig in eine Vertiefung einer benachbarten Teilschale eingreift. Nach dem Öffnen der Verschlusseinheit kann der Statormantel um die formschlüssige Verbindung herum aufgeklappt werden und die Teilschalen können so einfach vom Elastomereinsatz herunter genommen werden.
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Besonders bevorzugt ist die Verschlusseinheit als Schnellverschluss, insbesondere als eine Art Schraub- und Klappverschluss ausgebildet. Mit Hilfe des Klappverschlusses können die Teilschalen miteinander verbunden und damit der Statormantel geschlossen werden. Die zusätzliche Schraubverbindung dient insbesondere dazu, einen Spalt zwischen den Teilschalen zu schließen.
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Die Verschlusseinheit kann zudem mit einer Verliersicherung ausgestattet sein, um zu verhindern, dass sich Verschlusselemente vom Statormantel lösen. In der Verschlusseinheit kann weiter eine Aufnahme für ein Sensorkabel vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die Aufnahme dabei als Kabelkanal ausgebildet und so positioniert, dass der Kabelkanal beim Öffner der Verschlusseinheit das Sensorkabel freigibt. Bei einer Demontage des Stators kann so auf eine besonders einfache Art und Weise der Sensor samt Sensorkabel entfernt und die Teilschalen entnommen werden.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass bei einem Stator mit einem austauschbaren Elastomereinsatz der Elastomereinsatz sicher im Statormantel fixiert ist. Insbesondere wird einer durch die Rotorbewegung verursachten möglichen Bewegung des Elastomereinsatzes effektiv entgegengewirkt.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in exemplarischer Weise anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
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1 den vorderen Abschnitt einer Exzenterschneckenpumpe mit einem zwischen Anschlusskörpern verspannten Stator,
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2 einen Querschnitt des in 1 gezeigten zweiteiligen Stators,
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3, 4, 5 verschiedene Ausführungsformen der Verschlusseinheit,
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6 den an beiden Enden mit einem Bund versehenen Elastomereinsatz, welcher eine polygonförmige Außenseite aufweist,
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7 einen vergrößert gezeigten Ausschnitt des verspannten Stators im Bereich der Stator-Anschlusskörper-Verbindung in einer längs geschnittenen Darstellung.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein vorderer Abschnitt einer Exzenterschneckenpumpe 2 mit einem zwischen den Anschlusskörpern Pumpengehäuse 4 und Anschlussflansch 6 mittels Gewindestangen 8 verspannten Stator 10 dargestellt. Der Stator 10 umfasst einen längsgeteilten aus zwei Teilschalen 12, 14 bestehenden Statormantel 16 für einen mit mindestens einem Bund 18 versehenen Elastomereinsatz 20 zur Aufnahme eines Rotors. Der Statormantel 16 ist aus einer Aluminiumlegierung gefertigt.
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Die Exzenterschneckenpumpe 2 ist mit zwei Standfüßen 22 zur Montage der Pumpe 2 an einem dafür vorgesehenen Pumpenplatz versehen. Mit Hilfe der Gewindestangen 8, durch das Anziehen der Gewindemuttern 24, wird der Bund 18 soweit zwischen Statormantel 16 und Anschlusskörper 4, 6 verspannt, bis der Statormantel 16 am Anschlusskörper 4, 6 anschlägt. Die beiden Teilschalen 12, 14 sind einerseits mittels einer formschlüssigen Verbindung 26 und andererseits mittels einer Verschlusseinheit 28 miteinander verbunden. Die Verschlusseinheit 28 befindet sich unter einer Schutzabdeckung 30.
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Ein Querschnitt des in 1 gezeigten zweiteiligen Stators 10 ist in 2 dargestellt. Der Stator 10 weist eine polygonförmige Innenseite auf und umfasst eine obere Teilschale 12 und eine untere Teilschale 14, welche einerseits über die gesamte Statormantellänge mittels einer formschlüssigen Verbindung 26 und andererseits mittels einer gegenüberliegenden, über die gesamte Statormantellänge wirkenden Verschlusseinheit 28 miteinander verbunden sind. Die formschlüssige Verbindung 26 ist dabei durch ein an einem Ende der oberen Teilschale 12 angeformtes hakenartiges Halteelement 32 gebildet, das in eine am gegenüberliegenden Ende der unteren Halbschale 14 eingebrachte Vertiefung 34 eingreift. Der formschlüssigen Verbindung 26 gegenüberliegend ist die Verschlusseinheit 28 angeordnet, welche eine Art Schraub- und Klappverbindung 36 darstellt. Auf dieser Seite des Stators 10 verlaufen die Enden der Teilschalen 12, 14 radial nach außen und sind mit Bohrungen für eine von oben eingebrachte Befestigungsschraube 38 versehen, welche in eine mit einem Innengewinde versehenen Gelenkstange 40 eingeschraubt ist. Zwischen Schraubenkopf und oberer Teilschale 12 ist eine mit Durchgangsbohrungen versehene Zwischenplatte 42 angeordnet, die insbesondere der Verteilung der beim Verschrauben wirkenden Kräfte dient.
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Stirnseitig der radial verlaufenden Enden der Teilschalen 12, 14 ist in beiden Teilschalen 12, 14 eine Ausnehmung eingebracht, welche ein Kabelkanal 44 für einen Sensor bilden. Dieser Kabelkanal 44 öffnet sich aufgrund der speziellen Anordnung bei der Demontage der Teilschalen 12, 14. Die Demontage erfolgt im Wesentlichen dadurch, dass die Befestigungsschraube 38 soweit gelockert wird, dass sich diese zusammen mit der Zwischenplatte 42 um die Drehachse 46 der Gelenkstange 40 vom Stator 10 weg klappen lässt. Die Verschlusseinheit 28 ist somit geöffnet und die Teilschalen 12, 14 lassen sich um die formschlüssige Verbindung 26 herum aufklappen und entnehmen. Die Montage der Teilschalen 12, 14 erfolgt analog in umgekehrter Reihenfolge.
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Die Teilschalen 12, 14 sind durch mehrere derartige Schraub- und Klappverbindungen 36 miteinander verbunden. Die Befestigungsschrauben 38 lassen sich aber in einem Arbeitsgang vom Stator 10 wegklappen, da diese durch die Gelenkstange 40 und die Zwischenplatte 42 miteinander gekoppelt sind. Damit nach dem Herausklappen die Verschlusselemente nicht aus der in die untere Teilschale 14 eingebrachten Aufnahme herausfallen können, ist eine als radial verlaufender Steg ausgebildete Verliersicherung 48 unterhalb der Gelenkstange 40 angeordnet. Um die Verschlusseinheit 28 vor Verschmutzung zu schützen, ist die mittels Schnappverschlüsse am Stator 10 angebrachte Schutzabdeckung 30 vorgesehen.
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Wie aus 2 weiterhin ersichtlich, weist der Stator 10 ein Kammerprofil auf. Die Kammern 50 sind gebildet durch eine äußere Statormantelwand 52, eine innere Statormantelwand 54 und dazwischen längs des Stators 10 verlaufende Trennwände 56. Die Kammern 50 stellen dabei erfindungsgemäß offene Hohlräume dar, in denen sich der Bund 18 des Elastomereinsatzes 20 verkrallen kann.
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Die 3, 4 und 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Verschlusseinheit. So ist in 3 eine Verschlusseinheit dargestellt, bei der eine Verschraubung des Statormantels 16 mittels Klemmleisten 60 erfolgt, die in den Statormantel 16 eingeschoben werden können. Als Verliersicherung für Befestigungsschrauben 62 dient bei dieser Ausführungsform eine im Vergleich zum Schraubenkopf kleinere Öffnung in der oberen Teilschale 12, so dass die Schraube 62 über die hier nicht dargestellte Öffnung nur soweit herausgeschraubt werden kann, wie das innerhalb des Statormantels 16 möglich ist, nämlich bis der Schraubenkopf an der Innenseite der oberen Teilschale 12 anstößt. Dabei befindet sich ein Teil der Befestigungsschraube 62 immer noch innerhalb der Klemmleiste 60, so dass die Schraube 62 nicht ins Profilinnere fällt.
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In 4 ist eine Verschlusseinheit 28 dargestellt, bei der ein Verschluss der Teilschalen 12, 14 über eine Schließleiste 64 erfolgt, welche mittels einer Befestigungsschraube 66 und eine in die obere Teilschale 12 integrierte Gewindemutter 68 an den Statormantel 16 herangezogen wird und wodurch die beiden Teilschalen 12, 14 aufgrund der konisch verlaufenden Kontaktflächen 70 geschlossen werden.
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Eine Verschlusseinheit 28 mit Druckschrauben 72 ist in 5 dargestellt. Dabei dient als Schließleiste eine zu einem U-Profil geformte Leiste 74, welche mit einem Innengewinde für die Druckschraube 72 versehen ist. Zur Verteilung der Druckkraft ist eine Stahlleiste 76 als Zwischenplatte in die obere Teilschale 12, 14 eingeschoben. Zur Aufnahme der Stahlleiste 76 und Führung der U-Profil-Leiste 74 sind beide Teilschalen mit einer längsverlaufenden nutförmigen Ausnehmung 78 versehen.
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6 zeigt den an beiden Enden mit einem Bund 18 versehenen Elastomereinsatz 20 aus einem gummiartigen Material, welcher eine polygonförmige Außenseite aufweist, in einer zusätzlich quer- und längsgeschnittenen Ansicht. Der Bund 18 hat eine Dicke s und eine Bundhöhe h1, h2. Der Elastomereinsatz 20 weist zur Aufnahme des Rotors eine zweigängige schraubenförmige Ausnehmung 80 auf.
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Bei der Montage der Exzenterschneckenpumpe 2 ragt der Bund 18 vorerst aus dem Anschlusskörper 4, 6 heraus, da die Dicke s des Bunds größer ist als die Tiefe b der Ausnehmung im Anschlusskörper 4, 6. Erst nach dem Verspannen des Stators 10 zwischen den Anschlusskörpern 4, 6 wird der Bund in die Ausnehmung im Anschlusskörper 4, 6 gepresst, bis dann im montierten Zustand der Pumpe 2 der Statormantel 16 am Anschlusskörper 4, 6 anschlägt. Dabei wird der Bund 18 in die stirnseitig offenen Kammern 50 des Statormantels 16 gedrückt, was zu einer Verkrallung des Bundes 18 und damit auch zu einer verbesserten Fixierung des Elastomereinsatzes 20 im Statormantel 16 führt.
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Aufgrund der polygonförmigen Querschnittsform des Elastomereinsatzes 20 ergeben sich über dessen Umfang unterschiedliche Bundhöhen mit h1 < h2. Eine effektive Verkrallung im Statormantel 16 wird erreicht, indem der Bund 18 eine Höhe h1 aufweist, die größer ist als die Wanddicke der innere Statormantelwand 54. Um zu der erfindungsgemäßen verbesserten Fixierung des Elastomereinsatzes 20 zu gelangen, ist zumindest eine Bundhöhe h2 wählen, die größer ist als die Wanddicke der inneren Statormantelwand 54. Die größere Bundhöhe h1, h2 hat zum Ziel, dass der Bund 18 über die innere Statormantelwand 54 radial hinausragt, wodurch sich der Bund 18 an der inneren Statormantelwand 54 festkrallt. Die Trennwände 56 im Statormantel 16 führen dabei analog zu einer zusätzlichen Fixierung des Bundes 18, die einer Drehbewegung des Bundes 18 entgegenwirkt.
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Einen vergrößert dargestellten Ausschnitt des verspannten Stators 10 im Bereich der Stator-Anschlusskörper-Verbindung, in einer längs geschnittenen Darstellung, zeigt 7. Der Anschlusskörper 4, 6 weist dabei eine den Bund 18 aufnehmende Ausnehmung mit einer zum Bund 18 korrespondierende Form auf. Die Tiefe b der Ausnehmung ist dabei geringer als die Bunddicke s, so dass der Bund 18, der über die innere Statormantelwand 54 hinausragt, in die Kammer 50 hineingepresst wird. Die äußere Statormantelwand 52 und ein Teil der Trennwand 56 schlagen an der Stirnseite des Anschlusskörpers 4, 6 an, wodurch eine definierte Kraft auf den Bund 18 wirkt, die zum Eindringen des Bundes 18 in die offene Kammer 50 des Statormantels 16 führt.
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Die Exzenterschneckenpumpe 2 ist spezifisch auf einen effektiven und sicheren Betrieb der Pumpe ausgelegt, wobei der Stator 10 einfach montiert und demontiert werden kann. Um den Elastomereinsatz im Statormantel 16 besonders sicher fixieren zu können, weist der Statormantel 16 zumindest an einer Seite stirnseitig offene Hohlräume 50, Ausnehmungen und/oder Erhebungen auf. Dadurch kommt es zu eine Verkrallung des Bundes 18 des Elastomereinsatzes 20, wodurch eine zusätzliche kraft- und formschlüssigen Verbindung zwischen Bund 18 und Statormantel 16 erreicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Exzenterschneckenpumpe
- 4
- Pumpengehäuse
- 6
- Anschlussflansch
- 8
- Gewindestange
- 10
- Stator
- 12
- obere Teilschale
- 14
- untere Teilschale
- 16
- Statormantel
- 18
- Bund
- 20
- Elastomereinsatz
- 22
- Standfuß
- 24
- Gewindemutter
- 26
- formschlüssige Verbindung
- 28
- Verschlusseinheit
- 30
- Schutzabdeckung
- 32
- Halteelement
- 34
- Vertiefung
- 36
- Schraub- und Klappverbindung
- 38
- Befestigungsschraube
- 40
- Gelenkstange
- 42
- Zwischenplatte
- 44
- Kabelkanal
- 46
- Drehachse
- 48
- Verliersicherung
- 50
- Kammer
- 52
- äußere Statormantelwand
- 54
- innere Statormantelwand
- 56
- Trennwand
- 60
- Klemmleiste
- 62
- Befestigungsschraube (Klemmleiste)
- 64
- Schließleiste
- 66
- Befestigungsschraube (Schließleiste)
- 68
- Gewindemutter
- 70
- Kontaktfläche
- 72
- Druckschraube
- 74
- U-Profil-Leiste
- 76
- Stahlleiste
- 78
- Ausnehmung
- 80
- axiale Durchgangsöffnung
- b
- Tiefe der Ausnehmung im Teil 4 bzw. 6
- s
- Dicke des Bunds 18
- h1 bzw.
- h2 Höhe des Bunds 18
