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Die Erfindung betrifft ein Statormantel einer Exzenterschneckenpumpe mit einem elastomeren Statorinnenteil enthaltend mehrere schalenartige Mantelsegmente. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Mantelsegment für einen solchen Statormantel und ein Verfahren zur Herstellung eines Stators.
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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 zweigängige zur Rotorfigur korrespondierende Schraubenform doppelter Steigung auf. Dabei bildet der lichte Raum des Stators im Querschnitt eine Rechteckfläche mit zwei an deren einander gegenüberliegenden Seiten anschließende Halbkreisflächen, deren Durchmesser dem Durchmesser der Rotorfigur entspricht. Zwischen dem Rotor und dem Stator entstehen so 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 unter anderem aus einem elastischen Material wie beispielsweise Gummi.
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Der elastomere Statorinnenteil wird dabei in der Praxis häufig mit einem Stahlmantel versehen, beispielsweise indem gummiartiges Material 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 10 2008 021 920 A1 eine Exzenterschneckenpumpe mit zumindest einem Stator aus einem elastischen Material und einem in dem Stator gelagerten Rotor vorgeschlagen, bei dem der Stator mit einander überdeckenden Segmentleisten versehen ist die den Stator vollständig umhüllen.
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Eine Exzenterschneckenpumpe mit einem Statormantel bestehend aus formschlüssig miteinander verbundenen Segmenten ist in der
DE 33 12 197 A1 offenbart. Dabei wird die formschlüssige Verbindung mittels einer Art Nut-Feder-Verbindung hergestellt.
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Es wäre jedoch wünschenswert einen aus Segmenten bestehenden Statormantel bereit zu stellen, bei dem sich die Segmente besonders einfach und mit geringem Zeitaufwand anbringen und entfernen lassen. Dabei sollten die Segmente an sich, insbesondere ohne den Einsatz weiterer stabilisierender Hilfselemente, dem Stator die erforderliche Steifigkeit verleihen. Die bekannten Lösungen der oben genannten Art sind jedoch nur unzureichend geeignet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Statormantel der eingangs genannten Art und ein Herstellungsverfahren für einen solchen Statormantel anzugeben, mit dem sich der Aufwand für Wartungsarbeiten reduzieren lässt.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen gemäß den Ansprüchen 1, 07 und 14 gelöst. Dabei werden die in Längsrichtung des Statormantels benachbarten Mantelsegmente um die Längsachse des Statormantels gegeneinander versetzt angeordnet und miteinander gekoppelt, wobei jedes Mantelsegment Verbindungsmittel aufweist und mindestens vier Mantelsegmente miteinander in Eingriff stehen und einen Verbund als Statormantel bilden. Dazu sind erfindungsgemäß die Positionierungsmittel stirnseitig zahnförmig ausgebildet.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass durch den Einsatz eines nicht nur aus einem Teil bestehenden Statormantel, der Statoraustausch vergleichsweise einfach und weniger zeitaufwendig ist. Dabei sollten sich die Segmente des Mantels ohne zusätzliches Werkzeug lösen und wieder anbringen lassen. Andererseits sollten aber auch die wesentlichen Funktionen des Statormantels, nämlich dem Stator vor allem die erforderliche Steifigkeit zu verleihen, möglichst nicht beeinträchtigt werden.
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Dies wird vor allem dadurch erreicht, dass die einzelnen Mantelsegmente den Stator insgesamt umschließen, wobei die Mantelsegmente lösbar miteinander verbunden sind und mindestens vier Mantelsegmente einen stabilen Verbund bilden. Dazu ist jedes Mantelsegment mit Verbindungsmittel ausgestattet, welche vorzugsweise gleichzeitig auch als Positionierungsmittel dienen und eine definierte Lage der Mantelsegmente zueinander ermöglichen. Bevorzugt weisen zu diesem Zweck die Verbindungsmittel zueinander korrespondierende Formen auf, derart, dass das mit dem Positionierungsmittel ausgestattete Segment in ein benachbartes Segment eingreift und somit eine formschlüssige oder eine form- und kraftschlüssige Verbindung entsteht. In Längsrichtung des Stators aneinander angrenzende Mantelsegmente sind dazu um die Statorlängsachse gegeneinander versetzt angeordnet.
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Um ein Verrutschen oder gar Lösen der Mantelsegmente zusätzlich entgegen zu wirken, sind diese im Bereich der Verbindung mit Elementen versehen, durch welche eine Verriegelung ermöglicht wird, indem zumindest zwei korrespondierende Elemente zweier benachbarter Mantelsegmente ein Verriegelungsmittel bilden. In axialer Richtung können die Mantelsegmente dann mittels einer Spannvorrichtung gesichert werden, wodurch letztendlich die eigentliche Steifigkeit des Statormantels und somit auch die erforderliche Steifigkeit des Stators erreicht werden kann.
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Bevorzugt sind in Längsrichtung des Statormantels benachbarte Mantelsegmente um die Längsachse des Statormantels gegeneinander um 90° versetzt angeordnet. Dadurch wird eine besonders effektive Verbindung der Mantelsegmente untereinander erreicht, indem die Mantelsegmente maschenartig den Stator umschließen. Bei einer derartigen Anordnung sind am Umfang des Stators verteilt vorzugsweise zwei Mantelsegmente angeordnet, denen sich ein in Längsrichtung des Stators benachbartes Segmentpaar, 90° um die Statorlängsachse versetzt angeordnet, anschließt. Im Bereich der Paarverbindung wird der Stator, aufgrund der ineinander greifenden Positionierungsmittel, nicht nur von zwei Mantelsegmenten, sondern von insgesamt vier Segmentabschnitten umschlossen.
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Für eine effektive Gestaltung des Stators umfasst der Statormantel mindestens vier Mantelsegmente. Damit wird erreicht, dass die Kopplung der Mantelsegmente untereinander, durch die Bildung einer maschenartigen Verbindung mit vier Bindungsstellen, verbessert wird.
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Vorzugsweise sind mindestens sechs Mantelsegmente über den gesamten Umfang des Stators verteilt angeordnet. Als vorteilhaft kann dabei gesehen werden, dass bei einem relativ großen Stator, nicht auch zwangsläufig entsprechend große Mantelsegmente erforderlich sind. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass eine freitragende Länge des Mantelsegments verkürzt wird. Unter „freitragende Länge” ist die freie Länge des Mantelsegments zu verstehen. Je größer die freitragende Länge der Mantelsegmente, desto größer ist die Gefahr, dass sich die Mantelsegmente beim Betrieb der Exzenterschneckenpumpe verbiegen. Aufgrund der Bewegung des Rotors treten radial nach außen wirkende Kräfte auf, die zu einer solchen Biegebelastung der Mantelsegmente führen können.
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Die Größe der Mantelsegmente in Bezug auf die durch das Segment abgedeckte Statoroberfläche kann von Segment zu Segment unterschiedlich sein. Insbesondere können die Mantelsegmente unterschiedliche Längen aufweisen. Beispielsweise sind bei einem aus insgesamt sechs Mantelsegmenten bestehenden Statormantel, zwei relativ große Mantelsegmente mittig am Umfang des Stators verteilt und jeweils zwei relativ kleine Mantelsegmente an den Stirnseiten angeordnet.
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Das als mögliches zusätzliches Sicherungsmittel vorgesehne Verriegelungsmittel ist vorzugsweise durch ineinandergreifende Verbindungsmittelsmittel der Mantelsegmente gebildet. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, dass die Verbindungsmittel neben ihrer Funktion, einen stabilen Verbund zu bilden und gegebenfalls die Mantelsegmente zueinander auszurichten, auch eine Lagesicherung bilden.
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Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, den Statormantel mit an seiner Außenseite radial erstreckenden Strukturelementen zu versehen. Dadurch ist eine Material- und Gewichteinsparung möglich, ohne dass der Stator in seiner Steifigkeit wesentlich beeinträchtigt wird, indem die Strukturelemente Hohlräume bilden. In den Strukturelementen können Ausnehmungen zur Aufnahme von Spannelementen vorgesehen sein. Mit Hilfe der in Längsrichtung des Stators verlaufenden Spannelemente werden die Mantelsegmente zwischen dem Befestigungsflansch und dem Pumpengehäuse verspannt.
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Um den Statormantel auf dem elastomeren Statorinnenteil axial zu fixieren, kann diese Statorkomponente auch mit Halteelementen versehen sein. Beispielsweise sind die Halteelemente als endseitige Auskragungen ausgebildet. Insbesondere sind dazu die stirnseitigen Enden des elastomeren Statorinnenteils mit einem Bund versehen. Hierzu können die stirnseitig des Stators angeordneten Mantelsegmente eine den Bund aufnehmende Form aufweisen. Eine derartige Ausgestaltung des Stators lässt trotz der bundseitigen Fixierung in vorteilhafter Weise eine gewisse axiale Beweglichkeit des elastomeren Statorinnenteils zu.
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Damit sich die elastomere Statorkomponente im Statormantel nicht während des Pumpenbetriebes durch die Bewegung des Rotors mit dreht, kann der Stator polygonförmig ausgestaltet sein, welcher dann wiederum von einem ebenfalls polygonförmigen Statormantel umgeben ist.
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Die Mantelsegmente für einen erfindungsgemäßen Statormantel sind stirnseitig vorzugsweise mit zahnförmig ausgebildeten Verbindungsmitteln versehen, wobei zumindest eine Zahnflanke schraubenartig verläuft. Die einzelnen Mantelsegmente können so auf eine besonders einfache Art und Weise am Stator angebracht und zueinander positioniert werden. Dazu weisen die Positionierungsmittel zueinander korrespondierende Formen auf, so dass jeweils zwischen zwei Verbindungsmitteln eines Segments, ein Verbindungsmittel eines benachbarten Segments formschlüssig aufgenommen werden kann. Die Verbindungsmittel dienen somit gleichzeitig auch als Positionierungsmittel.
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Aufgrund des ebenfalls korrespondierenden schraubenartigen Verlaufs zweier sich gegenüberstehender Zahnflanken, wird somit, durch eine Art Hinterschneidung, ein Verriegelungsmittel gebildet.
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Ein zusätzliches Verriegelungsmittel, wie oben schon beschrieben, kann dadurch geschaffen werden, indem zwei benachbarte Mantelsegmente einerseits einen oder mehrere Vorsprünge aufweisen, welche andererseits in das Nachbarsegment eingebrachten Aufnahmen gegenüberstehen, die als Verschlusselemente dienen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung verlaufen die Zahnflanken der Verbindungsmittel im Bereich der Ausnehmung schraubenartig.
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Insbesondere bei einer Ausführungsform mit mehr als vier im Umfang des Stator angeordneten Mantelsegmenten wird dadurch die Montage und Demontage der Mantelsegmente vereinfacht. Zum Beispiel weisen Verbindungsmittel im Umfang des Stators benachbarter Mantelsegmente keine schraubenartige Zahnflanke auf, wohingegen die Zahnflanken der Verbindungsmittel in Längsrichtung des Stators benachbarter Mantelsegmente schraubenartig verlaufen.
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Vorzugsweise sind die Verbindungsmittel durch eine in Längsrichtung des Statormantels endseitig des Statorsegments auslaufende V-förmige oder U-förmige Ausnehmung gebildet. Die Mantelsegmente weisen dadurch stirnseitig jeweils zwei zahnartige Verbindungsmittel auf. Dabei sind die jeweils ineinander greifenden Verbindungsmittel derart ausgestaltet, dass die Verbindungsmittel eine zur Ausnehmung korrespondierende Form aufweisen, insbesondere die Ausnehmungen benachbarter Mantelsegmente entweder V-förmig oder U-förmig sind.
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Besonders bevorzugt ist die Ausnehmung im Mantelsegment entlang eines Teils der sich von seiner Außenseite radial erstreckenden Struktur eingebracht. Dadurch wird eine im Vergleich zur Wandstärke des Statormantels erweiterte Kontaktfläche der sich gegenüberstehenden Verbindungsmittel, beziehungsweise der sich gegenüberstehenden Mantelsegmente, erreicht. Die Steifigkeit des Statormantels kann somit weiter verbessert werden.
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Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Stators wird dieser in der Exzenterschneckenpumpe verspannt, derart, dass die Mantelsegmente durch das Verspannen mit einer axialen Kraftkomponente beaufschlagt werden, wobei die Mantelsegmente miteinander in Eingriff stehen, wodurch eine radiale Kraftkomponente erzeugt und ein Verbund gebildet wird.
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Die radiale Kraftkomponente entsteht aufgrund der besonderen erfindungsgemäßen Form der Verbindungsmittel. Durch den schraubenartigen Verlauf der Stirnflächen werden die Kontaktflächen der Verbindungselemente aneinander gepresst, dadurch dass wie bei einer schiefen Ebenen, hervorgerufen durch die axial wirkende Kraft, eine radiale Kraftkomponente die Verbindungsmittel benachbarter Mantelsegmente zusammendrückt und die Mantelsegmente einen festen Verbund bilden.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die schalenartigen Mantelsegmente selbsthaltend besonders einfach am Stator angebracht werden können, welche nach dem Verspannen einen sicheren Statormantel bilden. Bei Bedarf kann der Stator, der wie bereits beschrieben einem vergleichsweise hohen Verschleiß unterliegt, mit geringem Aufwand ausgetauscht werden. Dadurch, dass sich beim Zusammenführen der Mantelsegmente zwischen den benachbarten Mantelsegmenten ein Wirkzusammenhang ergibt, wird zur Bildung eines Statormantels ein stabiler und verwindungssteifer Verbund erzeugt.
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Ausführungsbespiele der vorliegenden Erfindung werden in exemplarischer Weise mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
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Darin zeigen schematisch:
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1 einen Stator mit einem Statormantel umfassend vier schalenartige Mantelsegmente,
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2 ein Mantelsegment des Statormantels aus 1,
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3 zwei in Längsrichtung des Statormantels benachbarte Mantelsegmente, die um die Längsachse des Statormantels um 90° versetzt angeordnet sind,
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4 die Explosionsdarstellung einer Exzenterschneckenpumpe mit einem Stator umfassend sechs schalenartige Mantelsegmente, wobei zwei relativ große Mantelsegmente mittig am Umfang des Stators verteilt und jeweils zwei relativ kleine Mantelsegmente an den Stirnseiten angeordnet sind und
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5 eine Exzenterschneckenpumpe wie in 4 gezeigt, mit verspannten Mantelsegmenten.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt den Stator (2) einer Exzenterschneckenpumpe (4), welcher an seinem Umfang von gleichgroßen schalenförmigen Mantelsegmenten (6) umgeben ist, die den Statormantel (8) bilden. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Mantelsegmente (6) sind diese an der Außenseite des elastomeren Statorinnenteils (9) angeordnet. Der besteht aus einem gummiartigen Werkstoff mit elastischen Eigenschaften, wohingegen der Statormantel (8) aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist. Der elastomere Statorinnenteil (9) ist an seinen Enden stirnseitig mit als Bund (10) ausgebildeten Auskragungen versehen, an die sich der Statormantel (8) stirnseitig anschließt, wobei der Statormantel (8) zwischen den Bünden (10) axial gehalten und aufgrund der elastischen Eigenschaften des Statorinnenteils (9) vorgespannt wird.
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Der Statormantel (8) ist des Weiteren mit von seiner Außenseite radial erstreckenden Strukturelementen (12) versehen, welche den Statormantel (8) rippen- oder stegartig umgeben. Dabei dienen die axial verlaufenden Strukturelemente (12) vor allem dazu, eine ausreichende Steifigkeit des Statormantels (8) zu gewährleisten und die am Umfang verlaufenden Strukturelemente (12) im Wesentlichen der Aufnahme von im Stator wirkenden Druckkräften. Im Bereich der Verbindungsstellen (14) der Mantelsegmente (6), sind die Strukturelemente (12) eines Segments (6) jeweils zusammen mit einem benachbarten Segment (6) gebildet.
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Da die Mantelsegmente (6) über die Länge des Statormantels (8) verspannt werden, sind zur Aufnahme der Spannelemente (28) Ausnehmungen (30) in den Strukturelementen (12) vorgesehen.
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Ein einzelnes Mantelsegment (6) des Statormantels aus 1, mit einer in Längsrichtung des Statormantels (8) endseitig auslaufende V-förmige Ausnehmung (16) und mit einer freitragenden Länge L, ist in 2 dargestellt. Die so gebildeten zwei zahnförmigen Verbindungsmittel (18) weisen eine schraubenartig verlaufende Zahnflanke (20) mit einer um deren Längsachse verwundenen Anlagefläche auf. Der Ansatz (22) der Ausnehmung stellt zugleich den Beginn der Zahnflanken (20) dar. Von da aus ragt ein die Innenfläche des Mantelsegments (6) verlängernder, als Verriegelungselement (24) ausgebildeter Vorsprung in die Ausnehmung hinein. In einem Endbereich des Verbindungsmittels (18) ist dazu an der zahnartigen Spitze eine zum Verriegelungselement (24) korrespondierende Ausnehmung (26) eingebracht. Die Enden der Verbindungsmittel (18) sind abgestumpft, hauptsächlich um deren Festklemmen im benachbarten Mantelsegment (6) entgegenzuwirken.
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Das Verriegelungselement (24) und die Ausnehmung (26) bilden einerseits ein zusätzliches Verschlussmittel, dienen aber auch andererseits dazu, Herstellungstoleranzen bei der Fertigung der Mantelsegmente (6) auszugleichen.
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Wie in 3 dargestellt, sind die in Längsrichtung benachbarten Mantelsegmente (6), bei einem wie in 1 gezeigten Statormantel (8), zueinander um die Längsachse um 90° versetzt angeordnet. Die Innenseite der Mantelsegmente (6) ist, wie auch die Außenseite des hier nicht dargestellten elastomeren Statorinnenteils (9) polygonförmig gestaltet. Beide Mantelsegmente (6) bilden verbindungsseitig, mittels der schraubenartig verlaufenden Flächen (20) der Verbindungsmittel (18) und zusätzlich durch das die Verriegelungsmittel bildende Verriegelungselement (24) und zugeordneter Ausnehmung (30), einen Statormantelverbund.
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Aufgrund der Verbindungsmittel (18) lassen sich die Mantelsegmente (6) besonders einfach und sicher ohne Hilfsmittel zusammenfügen. Dabei spielt auch die Flächengröße der Zahnflanke (20) eine maßgebliche Rolle. Da die Wandstärke des Statormantels (8), um Gewicht und Material einzusparen, im Vergleich zur Größe der Mantelsegmente (6) eher gering ist, sollte die Fläche (20) möglichst größer als die Wandstärke sein. Dies wird dadurch erreicht, indem die Ausnehmung (16) der Mantelsegmente (6) entlang eines Strukturelements (12) eingebracht ist. Durch die Vergrößerung der Fläche (20) wird zudem die Verriegelungswirkung der Verbindungsmittel (18) erhöht.
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Eine Exzenterschneckenpumpe (4) mit insgesamt sechs schalenförmigen Mantelsegmenten (6) ist in 4 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind jeweils zwei verkürzte Mantelsegmente (6a, 6b) endseitig des Statormantels (8) angeordnet, welche einerseits an einem Befestigungsflansch (32) und andererseits an einem Pumpengehäuses (34) angeordnet sind. Mittig, zwischen den verkürzten Mantelsegmenten (6a, 6b), umschließen zwei relativ große Mantelsegmente (6) das Statorinnenteil (9).
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5 zeigt eine fertig montierte Exzenterschneckenpumpe (4), wie bereits in 4 dargestellt, mit einem zwischen Pumpengehäuse (34) und Flansch (32) mittels Spannelementen (28) verspannten Stator (2). Die Spannelemente (28) verlaufen dabei in Längsrichtung des Statormantels (8), weshalb alle Strukturelemente (12) entlang der Spannelemente (28) mit Ausnehmungen (30) versehen sind. Bei dieser Ausführung dienen als Spannelemente Metallstangen (28), deren Enden mit einem metrischen Gewinde versehen sind. Durch Aufschrauben und Festziehen der zugeordneten Schraubenmuttern (36) werden die einzelnen Mantelsegmente (6) fixiert und bilden um den elastomeren Statorinnenteil (9) herum einen stabilen Mantel (8).
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Die Exzenterschneckenpumpe (4) ist spezifisch auf eine einfache und zeitsparende Montage und Demontage des Statormantels (8) ausgelegt um den Aufwand für einen Austausch des elastomeren Statorinnenteils (9) möglichst gering zu halten. Besonders vorteilhaft ist, dass durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Statormantels (8), indem der Statormantel (8) aus mehreren selbsthaltenden und sich selbst zentrierenden Mantelsegmenten (6) gebildet ist, sich die Mantelsegmente (6) ohne zusätzliche Hilfsmittel und ohne spezielle Kenntnisse am elastomeren Statorinnenteil (9) anbringen und auch bei Bedarf wieder entnehmen lassen. Auch die Herstellung und Reparatur eines derartigen Statormantels (8) ist relativ kostengünstig, da die Mantelsegmente (6), bei einem Statormantel (8) mit beispielsweise wie in 1 gezeigten vier gleichgroßen am Umfang des Statorinnenteils (9) angeordneten Mantelsegmenten (6), in ihrer Form identisch sind.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Stator
- 4
- Exzenterschneckenpumpe
- 6
- Mantelsegment
- 8
- Statormantel
- 9
- Statorinnenteil
- 10
- Bund
- 12
- Strukturelement
- 14
- Verbindungsstelle
- 16
- V-förmige Ausnehmung
- 18
- Verbindungsmittel/Positionierungsmittel
- 20
- Zahnflanke(schraubenartige-)
- 22
- Beginn der Zahnflanke
- 24
- Verschlusselement
- 26
- Ausnehmung für Verschlusselement
- 28
- Spannelement
- 30
- Ausnehmung für Spannelement
- 32
- Befestigungsflansch
- 34
- Pumpengehäuse
- 36
- Schraubenmutter
- L
- Freitragende Länge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008021920 A1 [0004]
- DE 3312197 A1 [0005]
