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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gelenk, eine Exzenterschneckenpumpe und ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenks gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe. Exzenterschneckenpumpen sind Pumpen zur Förderung einer Vielzahl von Medien, insbesondere von dickflüssigen, hochviskosen und abrasiven Medien wie zum Beispiel Schlämmen, Gülle, Erdöl und Fetten. Aus dem Stand der Technik bekannte Exzenterschneckenpumpen sind aus einem Rotor und einem Stator gebildet, wobei der Rotor im Stator aufgenommen ist und sich im Stator exzentrisch bewegt.
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Der Stator weist eine schneckenförmig gewendelten Innenseite auf. Aus der Bewegung des Rotors und gegenseitiger Anlage von Stator und Rotor in so genannten Dichtbereichen beziehungsweise Dichtkontaktflächen werden zwischen dem Stator und dem Rotor wandernde Förderräume gebildet, vermittels welchen flüssige Medien entlang des Stators transportiert werden können. Der Rotor vollführt dabei eine exzentrische Drehbewegung um die Statorlängsachse beziehungsweise um die Längsachse der Exzenterschneckenpumpe. Die äußere Schnecke, das heißt der Stator, hat beispielsweise die Form eines zweigängigen Gewindes, während die Rotorschnecke nur eingängig ausgebildet ist. Beispielsweise eignen sich Exzenterschneckenpumpen zum Fördern von Wasser, Erdölen und einer Vielzahl weiterer Flüssigkeiten. Die Form der Förderräume ist bei der Bewegung des Rotors innerhalb des Stators konstant, so dass das Fördermedium nicht gequetscht wird. Bei passender Auslegung können mit Exzenterschneckenpumpen nicht nur Fluide, sondern auch Festkörper gefördert werden.
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Das Rotor- Statorsystem ist in einem Pumpgehäuse angeordnet. Der Rotor ist über mindestens ein Gelenk an einer Antriebswelle befestigt.
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Exzenterschneckenpumpen können einen einseitig befestigten Stator aufweisen und werden dann als Wobblepumpen bezeichnet. Bei Wobblepumpen muss im Wesentlichen zwischen der Antriebswelle und dem Rotor ein Winkelversatz ausgeglichen werden, um die Exzentrizität des Rotors aufzunehmen. Hierfür ist ein kardanisches Gelenk ausreichend, das eine winkelbewegliche Kupplung zur Bewegungsübertragung zwischen Antriebswelle und Rotor ermöglicht. Weiterhin können Exzenterschneckenpumpen mit einem beidseitig fixierten Stator ausgebildet sein, den man auch als feststehenden Stator bezeichnet. In diesem Fall besteht ein Achsversatz zwischen dem Rotor und der Antriebswelle. In diesem Fall sind zwei Gelenke notwendig, um die Exzentrizität des Rotors auszugleichen.
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Im Betrieb der Exzenterschneckenpumpe mit einseitig schwingendem oder feststehendem Stator sind die Gelenke einer Mehrzahl von Belastungen ausgesetzt. Dazu zählen die Winkelauslenkung, das Drehmoment und eine Axialkraft aufgrund des in der Exzenterschneckenpumpe erzeugten Druckunterschieds. Insbesondere wirkt auf die Gelenke eine Zugkraft, wenn die Förderung des Mediums zum Antrieb hin gerichtet erfolgt Motor bzw. eine Druckkraft, wenn Förderung vom Antrieb weg erfolgt. Da sich die Gelenke meist in Kontakt mit dem zu fördernden Medium befinden, müssen Sie zudem entsprechend inert und auch mechanisch stabil ausgestaltet sein.
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Meist werden in Exzenterschneckenpumpen Zapfenkreuzgelenke, Bogenzahngelenke, Bolzengelenke oder andere Gelenktypen mit Reibung zwischen Metallteilen eingesetzt, die auch als „mechanische Gelenke“ mit Schutzbalg bezeichnet werden. Da die Gelenke im Medium laufen, ist - bis auf wenige Ausnahmen - ein Schmiermittel wie beispielsweise ein geeignetes Öl notwendig. Dies wiederum erfordert eine nachgiebige, das Gelenk umgebende Manschette, die das Öl am Gelenk hält und das Eindringen von Medium in das Gelenk verhindert. Solche Gelenke weisen einen komplexen Aufbau auf und sind deshalb in der Herstellung teuer. Problematisch ist, dass ein sehr großer Anteil der Gelenkausfälle nicht auf Versagen des Gelenks selbst zurückzuführen ist, sondern auf ein Versagen der Manschette und anschließendes Eindringen von Medium in das Gelenk. Diese Gefahr besteht insbesondere, wenn das das Medium Festkörper wie z.B. Sandkörner mitführt.
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Beispielsweise beschreibt die Offenlegungsschrift
DE 10 2014 100 138 B3 eine Exzenterschneckenpumpe mit Bolzengelenk. Die Exzenterschneckenpumpe umfasst einen Stator, einen Rotor und eine Antriebswelle, wobei eine Kupplungsstange über zwei Bolzengelenke kardanisch zwischen dem Rotor und der Antriebswelle angeordnet ist. Ein Bolzengelenk umfasst jeweils einen Gelenkkopf, der aus einem inneren Gelenkteil und einem äußeren Gelenkteil gebildet wird, wobei das innere Gelenkteil und das äußere Gelenkteil jeweils eine diametrale Bohrung aufweisen, durch die ein Bolzen geführt ist.
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Bei Exzenterschneckenpumpen mit feststehendem Stator kann anstelle von zwei Gelenken auch ein flexibler Biegestab bzw. eine flexible Welle verwendet werden. Diese können beispielsweise aus Kunststoff oder Elastomer bestehen und gegebenenfalls zumindest teilweise eine Faserverstärkung aufweisen. Nachteilig ist hierbei, dass die Kräfte und Momente begrenzt sind und/oder eine sehr große Baulänge für den Biegestab oder die flexible Welle erforderlich ist.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2008 063 983 A1 beschreibt eine Pumpe zum Fördern eines Fluids mit einer drehbar gelagerten Antriebswelle und einer baulich in die Pumpe integrierten Kupplung zur mechanischen Verbindung der Antriebswelle der Pumpe mit einer Abtriebswelle eines Antriebsmotors.
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Die Patentschrift
DE 44 04 256 C2 offenbart eine Drehgelenkkupplung mit zwei axialkraftübertragenden Kupplungspaarungen und einer drehmomentübertragenden Kupplungspaarung.
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Die Offenlegungsschrift
DE 23 34 682 A beschreibt eine radial bewegliche Kupplung für eine Schraubenpumpe zur Verbindung einer Antriebswelle mit dem sich drehenden und gleichzeitig eine radial exzentrische Bewegung ausführenden Läufer einer Schraubenpumpe, wobei am Kupplungsflansch Gleitrollen gelagert sind.
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Die Offenlegungsschrift
DE 22 15 476 C3 offenbart eine ExzenterSchneckenpumpe, bei der die Gelenkkupplung und ein Abschnitt der Gelenkwelle innerhalb einer hohlen Quetschwalze angeordnet sind.
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Die Gebrauchsmusterschrift
DE 7301246 U beschreibt ein Kreuzgelenk für eine Exzenterschneckenpumpe bestehend aus zwei Gelenkgabeln, die über einen in ihnen gelagerten Gelenkbolzen miteinander verbunden sind, wobei die Achsen der beiden Gelenkbolzen senkrecht zueinander verlaufen.
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Die Patentschrift
CH 507 450 A offenbart eine Schraubenpumpe mit einer in radialer Richtung bewegbaren Quergleitkupplung, die zwei Kupplungsteile und ein dazwischen befindliches, in radialer Richtung bewegbares Gleitverbindungsstück umfasst, das dazu dient, die Drehbewegung zwischen den Kupplungsteilen zu übertragen.
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Weiterhin werden oft sogenannte Elastomergelenke eingesetzt, die aus zwei Metallteilen bestehen, zwischen denen ein Elastomermaterial einvulkanisiert ist. Diese Elastomergelenke haben den Nachteil, dass die Momente und Kräfte begrenzt sind. Besonders bei Zugkräften (d.h. bei einer Förderung des Mediums zum Antrieb hin) ist die Lebensdauer der aus dem Stand der Technik bekannten Elastomergelenke sehr eingeschränkt. Ein weiteres Problem für den Einsatz solcher Elastomergelenke bei Exzenterschneckenpumpen besteht darin, dass diese Elastomergelenke meist nur geringe axiale Kräfte übertragen können und somit für die Applikation in der Exzenterschneckenpumpe nur beschränkt geeignet sind. Zudem sind die Elastomergelenke in Moment- Richtung oft nicht überlastfähig.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Gelenk für Exzenterschneckenpumpen bereitzustellen, das technisch einfach zu realisieren, kostengünstig herzustellen und eine hohe Lebensdauer bei geringem Wartungsaufwand bei Verwendung in Exzenterschneckenpumpen aufweist.
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Die obige Aufgabe wird durch ein Gelenk, eine Exzenterschneckenpumpe und ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenks gelöst, die die Merkmale in den unabhängigen Patentansprüchen umfassen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.
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Die Erfindung betrifft ein Gelenk zur Verwendung innerhalb einer Exzenterschneckenpumpe. Insbesondere betrifft die Erfindung somit ein Gelenk, dass zur Übertragung von Drehmomenten und Axialkräften in Verbindung mit einer exzentrischen Rotationsbewegung geeignet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Exzenterschneckenpumpe mit mindestens einem solchen Gelenk. Zudem beschreibt die Anmeldung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gelenks.
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Eine Exzenterschneckenpumpe umfasst einen Stator, einen Rotor und ein Pumpengehäuse. Der Rotor ist gegenüber dem Stator exzentrisch beweglich ausgebildet. Der Rotor ist über eine Antriebswelle mit einem Antrieb verbunden. Zum Ausgleich einer Exzentrizität des Rotors ist mindestens ein Gelenk zwischen dem Rotor und der Antriebswelle angeordnet. Die Anzahl der notwendigen Gelenke ist abhängig von der jeweiligen Ausführungsform der Exzenterschneckenpumpe. Bei Wobblepumpen mit einseitig festgelegtem Stator ist in der Regel ein Gelenk ausreichend, während bei Exzenterschneckenpumpen mit zweiseitig festgelegtem Stator zwei Gelenke notwendig sind.
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Das erfindungsgemäße Gelenk umfasst mindestens ein erstes Anschlussteil und mindestens ein zweites Anschlussteil, wobei das mindestens eine erste Anschlussteil und das mindestens eine zweite Anschlussteil eine bewegliche Verbindung ausbilden, insbesondere eine gelenkige Verbindung zur Drehmomentübertragung zwischen zwei beweglichen Teilen der Exzenterschneckenpumpe. Hierbei ist vorgesehen, dass zwischen dem mindestens einen ersten Anschlussteil und dem mindestens einen zweiten Anschlussteil eine nachgiebige oder elastische Zwischenschicht angeordnet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass in den Bereichen, an denen zwischen dem ersten Anschlussteil und dem zweiten Anschlussteil Belastungen auftreten, jeweils die nachgiebige oder elastische Zwischenschicht ausgebildet ist, um die Belastungen aufnehmen zu können.
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Das mindestens eine erste Anschlussteil ist als ein inneres Anschlussteil mit einer Außenkontur ausgebildet. Das mindestens eine zweite Anschlussteil ist als ein äußeres Anschlussteil ausgebildet. Es umfasst zumindest bereichsweise einen inneren Hohlraum mit einer Innenkontur, innerhalb dessen das mindestens eine innere Anschlussteil angeordnet ist. Insbesondere entspricht innerhalb einer Querschnittsebene die Form der Außenkontur des inneren Anschlussteils im Wesentlichen der Form der Innenkontur des äußeren Anschlussteils, wobei ein Umfang der Außenkontur und somit eine von der Außenkontur des inneren Anschlussteils begrenzte erste Querschnittsfläche innerhalb einer Querschnittsebene kleiner ist als ein Umfang der Innenkontur und somit eine von der Innenkontur des äußeren Anschlussteils begrenzte zweite Querschnittsfläche innerhalb derselben Querschnittsebene. Weiterhin ist vorgesehen, dass innerhalb einer Querschnittsebene durch das Gelenk eine durch den Umfang der Außenkontur des inneren Anschlussteils begrenzte Querschnittsfläche und eine durch den Umfang der Innenkontur des äußeren Anschlussteils begrenzte jeweils nicht kreisförmig oder nicht oval oder nicht ellipsoid ausgebildet sind. Dementsprechend sind die von der Außenkontur und der Innenkontur der nachgiebigen Zwischenschicht jeweilig begrenzten Querschnittsflächen innerhalb dieser Querschnittsebene ebenfalls nicht kreisförmig oder nicht oval oder nicht ellipsoid ausgebildet, da die nachgiebige Zwischenschicht insbesondere den Hohlraum ausfüllt, der aufgrund der unterschiedlichen Dimensionierungen von Außenkontur und Innenkontor zwischen dem inneren Anschlussteil und dem äußeren Anschlussteil ausgebildet ist.
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Hierbei ist vorgesehen, dass innerhalb einer Querschnittsebene die durch den Umfang der Außenkontur des inneren Anschlussteils begrenzte erste Querschnittsfläche und die durch den Umfang der Innenkontur des äußeren Anschlussteils begrenzte zweite Querschnittsfläche jeweils sternförmig oder sternähnlich oder polygonförmig oder polygonähnlich ausgebildet sind.
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Insbesondere weisen die durch die Umfänge begrenzten Querschnittsflächen jeweils dieselbe Form auf, sind aber unterschiedlich groß ausgebildet.
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Analog dazu ergibt sich aufgrund der Anordnung der Zwischenschicht zwischen dem inneren Anschlussteil und dem äußeren Anschlussteil, dass die durch den Umfang der Außenkontur der Zwischenschicht und die durch den Umfang der Innenkontur der Zwischenschicht begrenzten Querschnittsflächen ebenfalls jeweils sternförmig oder sternähnlich oder polygonförmig oder polygonähnlich ausgebildet ist.
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Hierbei gilt zudem, dass die durch die Außenkontur des inneren Anschlussteils begrenzte Querschnittsfläche und die durch die Innenkontur des Zwischenteils begrenzte dieselbe Größe oder annähernd dieselbe Größe aufweisen und dass die größere, durch die Innenkontur des äußeren Anschlussteils begrenzte Querschnittsfläche und die durch die Außenkontur der Zwischenschicht begrenzte Querschnittsfläche dieselbe Größe oder annähernd dieselbe Größe aufweisen.
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Die nachgiebige oder elastische Zwischenschicht kann vorzugweise aus Elastomer bestehen. Möglich ist aber auch z.B. die Verwendung von thermoplastischem Polyurethan, thermoplastischem Elastomer und verschiedenen härteren oder weicheren anderen Kunststoffen. Das innere Anschlussteil und das äußere Anschlussteil sind vorzugsweise aus einem Metall gefertigt, insbesondere aus Stahl, Edelstahl o.ä. Wird das Gelenk nur geringen Belastungen ausgesetzt, so ist die Fertigung von innerem Anschlussteil und/oder äußerem Anschlussteil aus einem geeigneten Kunststoffmaterial ebenfalls möglich.
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Die nachgiebige oder elastische Zwischenschicht kann auf dem inneren Anschlussteil direkt in einem maschinellen Vorgang und/oder in einem geeigneten Werkzeug aufgebracht werden. Handelt es sich bei der nachgiebigen Zwischenschicht um Elastomer, beispielsweise Gummi, kann die Vulkanisation gemeinsam mit dem inneren Anschlussteil erfolgen. Ob dabei zwischen dem inneren Anschlussteil und der nachgiebigen Zwischenschicht eine Bindung ausgebildet wird, beispielsweise eine Gummi- Metall- Bindung, ist vom jeweiligen Anwendungsfall abhängig. Alternativ kann die nachgiebige Zwischenschicht auch mit dem äußeren Anschlussteil verbunden sein, wobei wiederum eine stoffliche Bindung oder aber auch keine stoffliche Bindung zwischen den beiden Komponenten des Gelenks ausgebildet sein kann. Weiterhin könnte die nachgiebige Zwischenschicht auch derart gestaltet werden, dass sie weder mit dem inneren Anschlussteil noch mit dem äußeren Anschlussteil stofflich verbunden ist. Stattdessen wird die Zwischenschicht gemeinsam mit dem innerem Anschlussteil und äußerem Anschlussteil montiert. Dazu sind eventuell eine oder mehrere Teilungen in der nachgiebigen Zwischenschicht notwendig.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die sternförmig oder polygonförmig ausgebildete Querschnittsflächen maximal zehn Zähne oder Ecken aufweist, vorzugsweise weist eine solche Querschnittsfläche nur zwischen drei bis sechs Zähne oder Ecken auf. Die Zähne oder Ecken müssen dabei nicht spitz ausgebildet sein, sondern können stattdessen mit einer Fase oder einem Radius modifiziert sein. Beispielsweise können sie eine abgerundete Form in Form eines Radius o.ä. aufweisen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die nachgiebige oder elastische Zwischenschicht im Gelenk axial und/oder radial auf Druck vorgespannt ist. Das Einbringen dieser Druckspannung wird nachstehend näher beschrieben.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können das innere Anschlussteil und das äußere Anschlussteil derart ausgebildet sein, dass in Drehrichtung ein Hinterschnitt ausgebildet ist. Wird ein inneres Anschlussteil mit Hinterschnitt in Drehrichtung innerhalb eines korrespondierend ausgebildeten äußeren Anschlussteils angeordnet, dann könnten das innere Anschlussteil und das äußere Anschlussteil auch ohne eine dazwischen angeordnete Zwischenschicht nicht oder nur geringfügig gegeneinander verdreht werden. Bei dieser Ausführungsform eines Gelenkes ergibt sich eine besonders schonende Belastung der zwischen dem inneren Anschlussteil und dem äußeren Anschlussteil angeordneten nachgiebigen Zwischenschicht. Insbesondere zeigt ein solches Gelenk eine gewisse Überlastfähigkeit. Alternativ oder zusätzlich könnte am inneren Anschlussteil und am äußeren Anschlussteil jeweils ein axialer Hinterschnitt der nachfolgend beschriebenen Abdeckplatten realisiert werden.
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Das vorbeschrieben Gelenk ist insbesondere für Wobblepumpen geeignet, bei denen der Stator einseitig am Pumpengehäuse festgelegt ist. Vorzugsweise wird das Gelenk derart zwischen dem Rotor und der Antriebswelle der Exzenterschneckenpumpe angeordnet, dass das äußere Anschlussteil an den Rotor der Exzenterschneckenpumpe angebunden ist und dass das innere Anschlussteil an die Antriebswelle der Exzenterschneckenpumpe angebunden ist. Alternativ kann das Gelenk auch derart in die Exzenterschneckenpumpe integriert werden, dass das äußere Anschlussteil mit der Antriebswelle der Exzenterschneckenpumpe verbunden ist und dass das innere Anschlussteil mit dem Rotor der Exzenterschneckenpumpe verbunden ist. Die Befestigung des Gelenks an den beweglichen Teilen der Exzenterschneckenpumpe kann dabei über Verschrauben, Verschweißen, vermittels einer geeigneten Steckverbindung o.ä. erfolgen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Gelenk nicht direkt mit den beweglichen Teilen der Exzenterschneckenpumpe verbunden ist, sondern dass die Verbindung über ein geeignetes Verbindungselement realisiert ist.
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Für Exzenterschneckenpumpen mit einem Stator, der zweiseitig am Pumpengehäuse festgelegt ist, ist die Ausbildung des Gelenks in Form eines sogenannten Doppelgelenks vorteilhaft, um die Exzentrizität des Rotors in geeigneter Weise ausgleichen zu können. Ein geeignetes Doppelgelenk umfasst zwei äußere Anschlussteile und zwei innere Anschlussteile mit den vorbeschriebenen Merkmalen. Die beiden inneren Anschlussteile können jeweils über ein zumindest teilweise beweglich ausgebildetes Zwischenstück miteinander verbunden werden. Auch bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen einem inneren Anschlussteil und einem äußeren Anschlussteil jeweils eine nachgiebige oder elastische Zwischenschicht mit den vorbeschriebenen Merkmalen ausgebildet ist. Eines der beiden äußeren Anschlussteile ist mit dem Rotor der Exzenterschneckenpumpe verbunden, während das andere der beiden äußeren Anschlussteile mit der Antriebswelle der Exzenterschneckenpumpe verbunden ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Komponenten des Gelenks, d.h. inneres Anschlussteil, äußeres Anschlussteil und Zwischenschicht jeweils einzeln gefertigt werden. Die gewünschte Druckvorspannung wird bei der Montage des Gelenks eingebracht. Beispielsweise werden das innere Anschlussteil, die nachgiebige Zwischenschicht und das äußere Anschlussteil in axialer Richtung ineinandergesteckt und gesichert, wobei vor und/oder während der axialen Sicherung eine Komprimierung/Vorspannung der nachgiebigen Zwischenschicht erfolgt. Dieses Vorgehen ist auch entsprechend realisierbar, wenn die Zwischenschicht in einem ersten Schritt auf das innere Anschlussteil oder auf eine Innenmantelfläche des äußeren Anschlussteils durch Vulkanisieren o.ä. aufgebracht worden ist.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das äußere Anschlussteil einen einseitig verschlossenen inneren Hohlraum mit einer ersten axialen Länge aufweist und dass die nachgiebige oder elastische Zwischenschicht eine zweite axiale Länge aufweist, die zumindest geringfügig größer ist als die axiale Länge des inneren Hohlraums des äußeren Anschlussteils. Der Umfang des inneren Hohlraums entspricht im Wesentlichen dem Außenumfang der Zwischenschicht oder ist geringfügig geringer, so dass diese einfach über eine axiale Öffnung des äußeren Anschlussteils in den inneren Hohlraum eingebracht werden kann. Aufgrund der größeren zweiten axialen Länge ragt die Zwischenschicht somit zumindest geringfügig aus dem inneren Hohlraum des äußeren Anschlussteils hinaus. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die nachgiebige oder elastische Zwischenschicht in einem Werkzeug auf das erste innere Anschlussteil aufgebracht wird und dass daran anschließend die nachgiebige oder elastische Zwischenschicht in das zumindest einseitig offen ausgebildete zweite äußere Anschlussteil eingebracht wird.
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Nunmehr kann die axiale Öffnung vermittels eines geeigneten Verschlusselements, beispielsweise einer Befestigungsplatte, verschlossen werden, die über geeignete Befestigungsmittel am äußeren Anschlussteil fixiert wird, wobei ein axialer Druck auf die Zwischenschicht aufgebracht wird, so dass diese in den Hohlraum hineingedrückt wird. Die Verkürzung des nachgiebigen oder elastischen Materials der Zwischenschicht wirkt sich dabei derart aus, dass sich der Außenumfang des nachgiebigen oder elastischen Materials der Zwischenschicht erhöht und gegen die Innenkontur des äußeren Anschlussteils drückt, wodurch zusätzlich zur axialen Druckvorspannung eine radiale Druckvorspannung ausgebildet wird. Die Befestigung des Verschlusselements kann beispielsweise über Schraubverbindungen mit dem äußeren Anschlussteil o.ä. erfolgen, insbesondere mit axial anzuordnenden Schrauben. Alternativ kann die Vorspannung der nachgiebigen Zwischenschicht und das Sichern der Komponenten des Gelenks gegeneinander durch Aneinanderpressen der Komponenten des Gelenks und anschließendes Umbördeln von Randbereichen des äußeren Anschlussteils erfolgen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Verschlusselement beispielsweise aus zwei Segmenten besteht, die um die mit dem inneren Anschlussteil verbundene oder zu verbindende bewegliche Komponente der Exzenterschneckenpumpe herum angeordnet und mit dem äußeren Anschlussteil und gegebenenfalls dem inneren Anschlussteil verbunden werden.
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Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass die nachgiebige oder elastische Zwischenschicht in radialer Richtung mit einem Übermaß gefertigt wird, so dass bei einem Zusammenstecken in das zweite äußere Anschlussteil eine erhöhte Vorspannung in die Zwischenschicht eingebracht werden kann. Hierbei ist bereits zum Ineinanderstecken der Teile eine gewisse Kraft aufzubringen, die am Ende erreichte Vorspannung in der nachgiebigen Zwischenschicht wird dafür aber höher. Analog dazu kann die äußere Geometrie des inneren Anschlussteils größer als die innere Geometrie der nachgiebigen Zwischenschicht gestaltet werden. Besonders bevorzugt können diese beiden Varianten kombiniert werden, um eine besonders hohe Druckvorspannung zu erzeugen.
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Eine weitere Möglichkeit, um eine Druckvorspannung zu erzeugen oder aber noch weiter zu erhöhen besteht in einem sogenannten Kalibrieren des inneren Anschlussteils und/oder des äußeren Anschlussteils. Dabei wird nach oder während der Montage das erste innere Anschlussteil derart verformt, dass sich das durch das erste innere Anschlussteil eingenommene Volumen erhöht. Alternativ oder zusätzlich kann nach oder während der Montage das zweite äußere Anschlussteil derart verformt werden, dass sich das durch das zweite äußere Anschlussteil eingenommene Volumen reduziert.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf ein Gelenk aus innerem Anschlussteil, äußerem Anschlussteil und nachgiebiger Zwischenschicht, wobei das innere Anschlussteil und das äußere Anschlussteil mit axialem und/oder torsionalen Hinterschnitt ausgebildet sind und bei dem die elastische Zwischenschicht eine Vorspannung aufweist
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Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
- 1 zeigt eine erfindungsgemäße Exzenterschneckenpumpe mit einseitig eingespanntem Stator.
- 2 zeigt eine erfindungsgemäße Exzenterschneckenpumpe mit zweiseitig eingespanntem Stator.
- 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk in einer Explosionsdarstellung.
- 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk in einem im Wesentlichen zusammengebauten Zustand.
- 5 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Gelenk.
- 6A bis 6C zeigen jeweils ein erfindungsgemäßes Gelenk im Querschnitt.
- 7 zeigt einen Antriebsstrang einer Exzenterschneckenpumpe mit einem Doppelgelenk in seitlicher Schnittdarstellung.
- 8 zeigt einen Antriebsstrang einer Exzenterschneckenpumpe mit einem Doppelgelenk in perspektivischer Darstellung.
- 9 zeigt eine Explosionsdarstellung von Teilen des Doppelgelenkes.
- 10A zeigt eine seitliche Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Gelenks.
- 10B zeigt einen Querschnitt durch die zweite Ausführungsform des Gelenks gemäß 10A.
- 11 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Gelenks.
- 12 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Doppelgelenkes.
- 13 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Doppelgelenkes.
- 14 zeigt einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Gelenks.
- 15 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Gelenks.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Exzenterschneckenpumpe 1, insbesondere einer Wobblepumpe 2, mit einseitig eingespanntem Stator 3 und 2 zeigt eine erfindungsgemäße Exzenterschneckenpumpe 1 mit zweiseitig eingespanntem Stator 3.
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Allgemein umfassen Exzenterschneckenpumpen 1 jeweils einen Stator 3 mit einer schneckenförmig gewendelten Innenseite, der vorzugsweise aus einem Elastomer besteht, und einen Rotor 4, der beispielsweise aus einem Metall wie Edelstahl o.ä. besteht. Der Stator 3 weist einen Gewindegang mehr als der Rotor 4 auf. Der Rotor 4 ist im Stator 3 aufgenommen. Der Rotor 4 und der Stator 3 bilden das Rotor-Stator-System 5.
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Der Rotor 4 ist mit einer Antriebswelle 6 eines Antriebs (nicht dargestellt), beispielsweise eines Elektromotors, gekoppelt und vollführt eine Rotation um die Statorlängsachse L3 beziehungsweise um die Längsachse L1 der Exzenterschneckenpumpe 1 und gleichzeitig eine kreisförmige Translation, die durch die Exzentrizität e des Rotor- Stator- Systems 5 bestimmt wird. Das heißt, der Rotor 4 bewegt sich exzentrisch im Stator 3. Um diese Bewegung zu ermöglichen, ist der Rotor 4 über mindestens ein Gelenk 10 an die Antriebswelle 6 gekoppelt.
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Bei der Wobblepumpe 2 gemäß 1 ist das Rotor-Stator-System 5 in einem Pumpengehäuse 8 angeordnet, wobei zwischen dem Pumpengehäuse 6 und der Außenmantelfläche des Stators 3 ein ringförmiger Raum 9 ausgebildet ist. Der Rotor 4 ist beispielsweise über ein Gelenk 10 an die Antriebswelle 6 gekoppelt. Die genauere Ausgestaltung des Gelenks 10 wird insbesondere im Zusammenhang mit den nachfolgenden Figuren im Detail erläutert. Der Wellendurchtritt der Antriebswelle 6 ist beispielsweise vermittels einer Gleitringdichtung 15 im Pumpengehäuse 8 gelagert. Durch das Gelenk 10 wird die exzentrische Bewegung bzw. Exzentrizität e zwischen Rotor 4 und Stator 3 durch Drehmomentübertragung ausgeglichen. Die Einheit umfassend Rotor 4, Gelenk 10 und Antriebswelle 6 wird auch als Antriebsstrang 14 bezeichnet. Der Stator 3 ist an dem freien Ende 11, der dem Gelenk 10 gegenüber liegt, einseitig am Pumpengehäuse 8 der Exzenterschneckenpumpe 1 festgelegt, insbesondere ist der Stator 3 an seinem freien Ende 11 flexibel am Pumpengehäuse 8 eingespannt. Dies lässt einen weiteren kardanischen Freiheitsgrad zu. Um die Exzentrizität e aufzunehmen, muss ein Winkelversatz α ausgeglichen werden. Die Achse des Stators 3 beschreibt bei der Wobblepumpe 2 im laufenden Produktionsbetrieb im Wesentlichen eine Kegelform.
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Das freie Ende 11 des Stators 3 weist zur Festlegung am Pumpengehäuse 8 beispielweise eine ringförmige Verbreiterung 12 oder Krempe auf, die am Pumpengehäuse 8 beispielsweise klemmend gehalten wird. Gegebenenfalls kann die ringförmige Verbreiterung 12 als Flansch 13 dienen, über den der Stator 3 mit dem Pumpengehäuse 6 verbunden, beispielsweise verschraubt, werden kann.
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Bei der Exzenterschneckenpumpe 1 gemäß 2 ist das Rotor-Stator-System 5 endständig zwischen Gehäusebereichen 8-1, 8-2 angeordnet. Hierbei besteht zwischen dem Rotor 4 und der Antriebswelle 6 ein Achsversatz. Um in diesem Fall die Exzentrizität e auszugleichen, werden zwei Gelenke 10 eingesetzt, die über ein Zwischenstück 16 miteinander verbunden sind. Insbesondere werden zwei Gelenke 10 verwendet, die im Winkel a1 und α2 zum Zwischenstück 16 angeordnet sind, um die Exzentrizität e des Rotors 4 auszugleichen
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Die Einheit umfassend Rotor 4, zwei Gelenke 10, Zwischenstück 16 und Antriebswelle 6 wird auch als Antriebsstrang 17 bezeichnet.
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Bei beiden Ausführungsformen von Exzenterschneckenpumpen 1 gemäß den 1 und 2 muss das mindestens eine Gelenk 10 Belastungen aufgrund der Winkelauslenkung, des Drehmoments und der aufgrund von Druckunterschieden innerhalb der Exzenterschneckenpumpe wirkenden Axialkraft ertragen können. Dies wird mit einem Gelenk 10 wie nachfolgend dargestellt in besonders vorteilhafter Weise erreicht.
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3 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk 10 in einer Explosionsdarstellung und 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenk 10 in einem im Wesentlichen zusammengebauten Zustand. Weiterhin zeigt 5 eine seitliche Schnittdarstellung und 6A bis 6C jeweils einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gelenk.
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Das erfindungsgemäße Gelenk 10 besteht im Wesentlichen aus einem inneren Anschlussteil 20, einer nachgiebigen oder elastischen Zwischenschicht 25 und einem äußeren Anschlussteil 30.
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Das innere Anschlussteil 20 weist einen nicht kreisförmigen Querschnitt auf. Beispielsweise weist das innere Anschlussteil 20 einen durch die Außenkontur 21 begrenzten Querschnitt auf, der polygonförmig oder sternförmig mit n Zacken 22 ausgebildet ist; insbesondere mit drei Zacken 22 (vergleiche auch 6A). Die Zacken 22 müssen hierbei nicht mit Ecken ausgebildet sein. Stattdessen können die Ecken der Zacken 22 beispielsweise abgerundet oder mit einer Fase versehen sein. Das äußere Anschlussteil 30 weist einen inneren Hohlraum 38 mit einer Innenkontur 31 auf. Die Form des inneren Hohlraums 38 ist zumindest bereichsweise analog zu der Form des inneren Anschlussteils ausgebildet, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Umfang einer durch die Außenkontur 21 des inneren Anschlussteils 20 begrenzte Querschnittsfläche geringer ist als der Umfang einer durch die Innenkontur 31 des äußeren Anschlussteils 30 begrenzten Querschnittsfläche. Wird das innere Anschlussteil 20 mittig innerhalb des Hohlraums 38 des äußeren Anschlussteils 30 angeordnet, dann ist zwischen dem inneren Anschlussteil 20 und dem äußeren Anschlussteil 30 ein Zwischenraum ausgebildet. Dieser Zwischenraum wird im Gelenk 10 von einer nachgiebigen oder elastischen Zwischenschicht 25 ausgefüllt, die eine Innenkontur 27 aufweist, die der Außenkontur 21 des inneren Anschlussteils nachempfunden ist und die eine Außenkontur 26 aufweist, die der Innenkontur 31 des äußeren Anschlussteils nachempfunden ist.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das äußere Anschlussteil 30 beispielsweise eine äußere Form mit drei Zacken 32 auf. Die nachgiebige Zwischenschicht 25 weist eine äußere Form auf, die korrespondierend zu der Form des inneren Hohlraums 38 des äußeren Anschlussteils 30 ausgebildet ist. Weiterhin weist die Zwischenschicht 25 zumindest bereichsweise einen inneren Hohlraum auf, der geeignet ist, das innere Anschlussteil 20 und gegebenenfalls mit diesem verbundene bewegliche Komponenten der Exzenterschneckenpumpe 1 formschlüssig aufzunehmen. Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn der jeweilige polygone Querschnitt weniger als zehn Zähne oder Zacken 22, 32 aufweist. Besonders bevorzugt umfasst der jeweilige polygone Querschnitt zwischen drei bis sechs Zähnen oder Zacken 22, 32.
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Die nachgiebige Zwischenschicht 25 kann auf dem inneren Anschlussteil 20 direkt in einem maschinellen Vorgang aufgebracht werden. Beispielsweise kann die nachgiebigen Zwischenschicht 25 aus einem Elastomer wie Gummi bestehen, das auf das inneren Anschlussteil 20 aufvulkanisiert wird. Ob zwischen dem inneren Anschlussteil 20 und der nachgiebigen Zwischenschicht 25 eine stoffliche Bindung ausgebildet ist, beispielsweise eine Gummi- Metall -Bindung, ist vom Anwendungsfall abhängig und kann entsprechend gewählt werden. Alternativ kann die nachgiebige Zwischenschicht 25 auch mit dem äußeren Anschlussteil 30 verbunden sein, wiederum mit stofflicher Bindung. Weiterhin könnte die nachgiebige Zwischenschicht 25 auch derart gestaltet werden, dass sie weder mit dem inneren Anschlussteil 20 noch mit dem äußeren Anschlussteil 30 zusammenhängt und gemeinsam mit dem inneren Anschlussteil 20 und äußeren Anschlussteil 30 montiert wird. Dazu ist es eventuell notwendig, die nachgiebige Zwischenschicht 25 aus mehreren Teilabschnitten zusammen zu setzen.
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Anstelle von Gummi kann die nachgiebige Zwischenschicht 25 auch aus einem anderen geeigneten Werkstoff gebildet sein, beispielsweise thermoplastisches Polyurethan, thermoplastisches Elastomer und verschiedene härtere oder weichere andere Kunststoffe.
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Bei der Montage des Gelenks 10 werden das innere Anschlussteil 20, die nachgiebige Zwischenschicht 25 und das äußeres Anschlussteil 30 in axialer Richtung ineinandergesteckt und gesichert, vergleiche 4. Beispielsweise weist das äußere Anschlussteil 30 Befestigungsbohrungen 33 mit Innengewinde 34 auf. Ein geeignetes Verschlusselement kann beispielsweise durch eine Befestigungsplatte 40 bereitgestellt werden, die korrespondierend angeordnete Durchtrittsöffnungen (nicht sichtbar) aufweist. Das Verschlusselement kann bevorzugt durch zwei Halbplatten 40a, 40b gebildet werden.
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Die Befestigungsplatte 40 wird derart am äußeren Anschlussteil 30 des zusammengebauten Gelenks 10 angeordnet, dass jeweils eine Befestigungsbohrung 33 des äußeren Anschlussteils 30 und eine Durchtrittsöffnung der Befestigungsplatte 40 jeweils fluchtend angeordnet sind. Durch die fluchtende Befestigungsbohrung 33 und Durchtrittsöffnung wird ein Befestigungsmittel 45 geführt. Beispielsweise wird eine Schraube 46 verwendet, die ein Außengewinde 47 aufweist, welches korrespondierend zum Innengewinde 34 der Befestigungsbohrung 33 ausgebildet ist. Die Befestigungsplatte 40 wird durch das Verschrauben der Schraube 46 in der Befestigungsbohrung 33 am äußeren Anschlussteil 30 fixiert.
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Alternativ könnte das äußere Anschlussteil 30 einen endständigen Flansch aufweisen, der eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen aufweist, wobei die Befestigungsplatte 40 derart am Flansch des äußeren Anschlussteils 30 angeordnet wird, dass die Durchtrittsöffnungen des endständigen Flanschs des äußeren Anschlussteils 30 und die Durchtrittsöffnungen der Befestigungsplatte 40 fluchten und wobei die Befestigungsplatte 40 mittels einer Schraubverbindung an dem äußeren Anschlussteil 30 fixiert werden kann.
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Vor und/oder während der axialen Sicherung der Komponenten des Gelenkes 10 aneinander, insbesondere des äußeren Anschlussteils 30, der Zwischenschicht 25 und des inneren Anschlussteils 20, erfolgt eine Komprimierung bzw. Vorspannung der nachgiebigen Zwischenschicht 25. Die Komprimierung wird beispielsweise dadurch erzielt, dass eine axiale Länge L25 der nachgiebigen Zwischenschicht 25 zumindest geringfügig größer ist als die axiale Länge L38 des inneren Hohlraums 38 des äußeren Anschlussteils 30. Nach dem Zusammenstecken der Komponenten des Gelenkes 10 steht somit die nachgiebige Zwischenschicht 25 etwas über das äußere Anschlussteil 30 über. Dieser Überstandbereich ist in den 3 und 4 mit einem Ü gekennzeichnet. Das axiale Sichern der Komponenten des Gelenks 10 gegeneinander erfolgt über das Verschrauben der Befestigungsplatte 40 oder der Halbplatten 40a, 40b mit dem äußeren Anschlussteil 30. Durch das Anziehen der Schrauben 46 erfolgt dabei die Kompression der nachgiebigen Zwischenschicht 25 in axialer Richtung. Dies bewirkt zusätzlich eine Ausdehnung des elastischen Materials in radialer Richtung, so dass die Außenkontur 26 der Zwischenschicht 25 gegen die Innenkontur 31 des äußeren Anschlussteils 30 gedrückt wird und/oder so dass die Innenkontur 27 der Zwischenschicht 25 gegen die Außenkontur 21 des inneren Anschlussteils 20 gedrückt wird. Auf diese Weise wird eine axiale und eine radiale Vorspannung in die Zwischenschicht eingebracht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, die innere Geometrie bzw. den Umfang der Innenkontur 31 des äußeren Anschlussteils 30 etwas kleiner als die äußere Geometrie bzw. den Umfang der Außenkontur 26 der nachgiebigen Zwischenschicht 25 zu gestalten. Hierbei ist bereits beim axialen Ineinanderstecken der beiden Komponenten eine gewisse Kraft aufzubringen, die am Ende erreichte Vorspannung in der nachgiebigen Zwischenschicht 25 kann dadurch weiter erhöht werden.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann die äußere Geometrie bzw. der Umfang der Außenkontur 21 des inneren Anschlussteils 20 größer als die innere Geometrie bzw. Innenkontur 27 der nachgiebigen Zwischenschicht gestaltet werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Gelenks 10 sieht vor, dass die Geometrie von innerem Anschlussteil 20 und äußerem Anschlussteil 30 derart ausgestaltet sind, dass in Drehrichtung ein Hinterschnitt ausgebildet ist. Somit können auch ohne das Vorhandensein einer nachgiebigen Zwischenschicht 25 das innere Anschlussteil 20 und das äußere Anschlussteil 30 nicht gegeneinander verdreht werden. Diese spezielle Geometrie mit einem sogenannten torsionalen Hinterschnitt bewirkt, dass die auf die nachgiebige Zwischenschicht 25 wirkenden Belastungen verringert werden, wodurch eine gewisse Überlastfähigkeit gegeben ist.
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Analoges gilt für einen axialen Hinterschnitt, der im vorliegenden Beispiel durch die Befestigungsplatte 40 realisiert werden kann.
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Zusätzlich kann beim Montieren weitere Druckvorspannung eingebracht werden, indem nach dem Montieren das innere Anschlussteil 20 verformt wird, so dass der äußere Umfang vergrößert wird und/oder indem nach der Montage das äußere Anschlussteil 30 derart verformt wird, dass zumindest der innere Umfang verkleinert wird. Dies bezeichnet man auch als Kalibrieren.
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Das äußere Anschlussteil 30 kann einstückig ausgebildet sein. Alternativ kann das äußere Anschlussteil 30 beispielsweise aus zwei Halbschalen o.ä. gefertigt sein, die über geeignete Befestigungsmittel aneinander befestigt sind, beispielsweise verschraubt, verschweisst o.ä.
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6B stellt die innerhalb einer Schnittebene A-A durch einen Umfang der Außenkontur 21 des inneren Anschlussteils 20 begrenzte erste Querschnittsfläche Q20 und 6B stellt die innerhalb der Schnittebene A-A durch einen Umfang der Innenkontur 31 des äußeren Anschlussteils 30 begrenzte zweite Querschnittsfläche Q30 dar jeweils als schwarz markierte Flächen dar. Die 6A und 6B verdeutlichen, dass die erste Querschnittsfläche Q20 geringer ist als die zweite Querschnittsfläche Q30. Die 6A und 6B zeigen weiterhin, dass die Form der ersten Querschnittsfläche Q20 im Wesentlichen der Form der zweiten Querschnittsfläche Q30 entspricht. Zudem ist deutlich zu erkennen, dass die erste Querschnittsfläche Q20 und die zweite Querschnittsfläche Q30 jeweils nicht kreisförmig oder nicht oval oder nicht ellipsoid ausgebildet sind. Dementsprechend sind die von der Außenkontur und der Innenkontur der nachgiebigen Zwischenschicht 25 jeweilig begrenzten Querschnittsflächen innerhalb dieser Querschnittsebene ebenfalls nicht kreisförmig oder nicht oval oder nicht ellipsoid ausgebildet, da die nachgiebige Zwischenschicht 25 insbesondere den Hohlraum zwischen dem inneren Anschlussteil 20 und dem äußeren Anschlussteil 30 ausfüllt.
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7 zeigt einen Antriebsstrang 17 einer Exzenterschneckenpumpe mit einem Doppelgelenk 100 in seitlicher Schnittdarstellung, 8 zeigt den Antriebsstrang 17 in perspektivischer Darstellung und 9 zeigt eine Explosionsdarstellung von Teilen des Doppelgelenkes 100.
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Der Antriebsstrang 17 umfasst gemäß der Definition im Zusammenhang mit 2 den Rotor 4, das Doppelgelenk 100 und die Antriebswelle 6. Das Doppelgelenk 100 umfasst einen ersten äußeren Anschlussteil 30-1 zur Anbindung des Rotors 4, einen insbesondere zylindrisch ausgebildeten Zwischenbereich 102, an dessen freien Enden jeweils ein inneres Anschlussteil 20 ausgebildet ist. Insbesondere ist ein erstes inneres Anschlussteil 20-1 dem ersten äußeren Anschlussteil 30-1 zugeordnet. Zwischen dem ersten inneren Anschlussteil 20-1 und dem ersten äußeren Anschlussteil 30-1 ist eine erste nachgiebige Zwischenschicht 25-1 ausgebildet und/oder angeordnet.
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Das dem ersten inneren Anschlussteil 20-1 gegenüberliegende zweite innere Anschlussteil 20-2, ist innerhalb eines zweiten äußeren Anschlussteils 30-2 angeordnet, wobei zwischen dem zweiten inneren Anschlussteil 20-2 und dem zweiten äußeren Anschlussteil 30-2 eine zweite nachgiebige Zwischenschicht 25-2 ausgebildet und/oder angeordnet ist. Über das zweite äußere Anschlussteil 30-2 ist das Doppelgelenk 100 an der Antriebswelle 6 befestigt. Die beiden inneren Anschlussteile 20-1, 20-2 sind jeweils am Zwischenbereich 102 angebunden, der dadurch zumindest teilweise beweglich ausgebildet ist.
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Die Kompression der nachgiebigen Zwischenschichten 25-1, 25-2 erfolgt, wie bereits im Zusammenhang mit den 4 und 5 beschrieben, durch die Fixierung innerhalb der äußeren Anschlussteile 30-1, 30-2 vermittels Befestigungsplatten 40 und geeigneter Befestigungsmittel 45, wobei ein axialer Druck aufgebracht wird. Aufgrund dieser Kompression sind die nachgiebigen Zwischenschichten 25-1, 25-2 immer auf Druck und nicht auf Zug belastet.
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Bei dem Doppelgelenk 100 werden die zwei inneren Anschlussteile 20-1, 20-2 durch den Zwischenbereich 102 und die zwei äußeren Anschlussteile 30-1, 30-2 jeweils durch den Anschlussbereich zur Antriebswelle 6 bzw. zum Rotor 4 bereitgestellt. Ein solcher Aufbau kann vorteilhaft sein, die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Wie im Zusammenhang mit den 3 bis 6 beschrieben, erfolgt auch in diesem Fall die Montage durch Ineinanderstecken der Gelenkkomponenten, insbesondere der äußeren Anschlussteile 30-1, 30-2, der nachgiebigen Zwischenschichten 25-1, 25-2 und der über den Zwischenbereich 102 miteinander verbundenen inneren Anschlussteile 20-1, 20-2. Um die Montage der Befestigungsplatten 40 auf den Zwischenbereich 102 zu erleichtern, bestehen diese jeweils aus zwei Halbplatten 40a, 40b. Das erste äußere Anschlussteil 30-1 weist vorzugsweise einen ersten Anschlussbereich 35 auf, der entsprechend der Kontur des aufzunehmenden Rotors 4 angepasst ist. Die Antriebswelle 6 kann direkt zum Aufnehmen einer Dichtung dienen und direkt mit dem zweiten äußeren Anschlussteil 30-2 verbunden sein.
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Alternativ können, wie in 12 dargestellt - auch zwei äußere Anschlussteile 30-1, 30-2 zu einem Verbindungsstück integriert werden, um eine zweite Ausführungsform eines Doppelgelenkes 100 auszubilden. Beispielsweise ist das Befestigungsmittel 50 derart ausgebildet, dass es zum Aufbringen des Drucks auf die beiden jeweils nachgiebigen oder elastischen Zwischenschichten 25-1, 25-2 geeignet ist. Das eine innere Anschlussteil 20-1 stellt in diesem Fall einen Anschlussbereich zum Rotor 4 bereit, während das andere innere Anschlussteil 20-2 einen Anschlussbereich zur Antriebswelle 6 bereitstellt. Ein solches Doppelgelenk 100 ist insbesondere für die Verwendung in einer Exzenterschneckenpumpe 1 mit einem beidseitig festgelegten Stator 3 entsprechend 2 geeignet, um die Exzentrizität e des Rotors 4 auszugleichen.
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Alternativ kann die Montage des Gelenks 10 oder des Doppelgelenks 100, die axiale Sicherung und das Einbringen von Vorspannung in die nachgiebige oder elastische Zwischenschicht 25 auch anderweitig erfolgen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird als äußeres Anschlussteil 30 ein topfförmiges Blechteil verwendet. Die axiale Sicherung erfolgt durch Bördeln, d.h., durch Umbiegen des Randes des Blechtopfes. Während des Bördelns wird eine Kraft auf die Befestigungsplatte 40 aufgebracht, sodass die gewünschte Vorspannung innerhalb der nachgiebigen oder elastischen Zwischenschicht 25 entsteht. Bei geschickter Gestaltung der Komponenten des Gelenks, insbesondere bei geeigneter Ausbildung von innerem Anschlussteil 20 und äußerem Anschlussteil 30 kann die Befestigungsplatte 40 gegebenenfalls auch entfallen.
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10A zeigt eine seitliche Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Gelenks 10 und 10B zeigt einen Querschnitt durch das Gelenk 10 gemäß 10A. Hierbei wird die nachgiebige oder elastische Zwischenschicht 25 vermittels eines Befestigungsmittels 50, beispielsweise einer Schraube 51, das gleichzeitig als axiales Verbindungsmittel zum Rotor 4 dient, in Richtung der Außenkontur 36 des äußeren Anschlussteils 30 gedrückt und somit die notwendige Vorspannung aufgebaut. 10B zeigt, dass das zweite äußere Anschlussteil 30 nicht nur eine Innenkontur 31 aufweist, die der Außenkontur 26 der nachgiebigen Zwischenschicht 25 entspricht und ähnlich der Außenkontur 21 des inneren Anschlussteils 20 ausgebildet ist. Auch die Außenkontur 36 des äußeren Anschlussteils 30 kann in analoger Form ausgebildet sein.
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Aufgrund der Kompression ist die nachgiebige Zwischenschicht 25 immer auf Druck und nicht auf Zug belastet. Bei einer Bewegung des inneren Anschlussteils 20 gegenüber dem äußeren Anschlussteil 30, beispielsweise wenn eine am inneren Anschlussteil 20 befestigte Welle seitlich bewegt wird oder nach unten oder oben gedrückt wird, wird die nachgiebige Zwischenschicht 25 jeweils nur in entsprechenden Bereichen entlastet und niemals auf Zug belastet.
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11 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Gelenks 10. Hierbei erfolgt die Sicherung der Komponenten der Gelenks 10 aneinander über einen sichernden Ring 55 oder über zwei Ringhälften 55a, 55b, der/die am äußeren Anschlussteil 30 beispielsweise einen Flansch 37 umgreift/umgreifen und die Befestigungsplatte 40 mit Kraft hält/halten. Weiterhin zeigt die 11 ein in/an dem äußeren Anschlussteil 30 eingreifendes/angreifendes Anschlussstück 60, an dem insbesondere die Befestigung des Rotors 3 erfolgt. Die Ausbildung der Außenkontur 21 des inneren Anschlussteils 20 erfolgt beispielsweise durch Umspritzen eines Metallteils mit Kunststoff, insbesondere wird ein freies Ende einer Achse 28 o.ä. mit einem Kunststoff umspritzt, der eine geeignete Außenkontur 21 aufweist und die elastische oder nachgiebige Zwischenschicht 25 bildet.
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Die axiale Sicherung der Komponenten des Gelenks 10 aneinander kann auch über Schweißen, Kleben, Klipsen einer Komponente des Gelenks 10 realisiert werden.
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13 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Doppelgelenkes 100, dessen Aufbau im Wesentlichen dem Aufbau des in den 7 bis 9 dargestellten Doppelgelenkes 100 entspricht. Insbesondere sind hierbei nur der zylindrisch ausgebildeten Zwischenbereich 102 mit den an dessen freien Enden angeordneten inneren Anschlussteilen 20-1, 20-2 dargestellt. Weiterhin ist die dem ersten inneren Anschlussteil 20-1 zugeordnete erste nachgiebige Zwischenschicht 25-1 dargestellt. Diese ist dreiteilig ausgebildet und besteht aus drei Teilbereichen 21-1 a, 25-1 b und 25-1 c. Eine solche mehrteilig ausgebildete Zwischenschicht 25-1 ist weder mit dem inneren Anschlussteil 20-1 noch mit dem äußeren Anschlussteil (nicht dargestellt) stofflich verbunden. Stattdessen kann die Zwischenschicht 25-1 gemeinsam mit dem innerem Anschlussteil 20-1 und äußerem Anschlussteil montiert werden.
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14 zeigt einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Gelenks 10. Auch in diesem Fall weist die nachgiebige Zwischenschicht 25 allumfänglich eine gleiche Stärke auf. Dies wird in diesem Fall dadurch erzielt, dass das äußere Anschlussteil 30 jeweils bereichsweise unterschiedliche Wandstärken ausgebildet hat. Insbesondere ist der Querschnitt der Außenkontur 36 des äußeren Anschlussteils 30 kreisförmig ausgebildet, während die Innenkontur 31 des äußeren Anschlussteils 30 eine Form ausgebildet hat, die der Außenkontur 26 der nachgiebigen Zwischenschicht 25 entspricht und ähnlich der Außenkontur 21 des inneren Anschlussteils 20 ausgebildet ist. Dadurch ergeben sich zwingend die ungleichmäßigen Wandstärken des äußeren Anschlussteils 30.
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Auch bei dieser Ausführungsform ist die nachgiebige Zwischenschicht 25aufgrund der Kompression immer auf Druck und nicht auf Zug belastet. Bei einer Bewegung des inneren Anschlussteils 20 gegenüber dem äußeren Anschlussteil 30, beispielsweise wenn eine am inneren Anschlussteil 20 befestigte Welle seitlich bewegt wird oder nach unten oder oben gedrückt wird, wird die nachgiebige Zwischenschicht 25 jeweils nur in entsprechenden Bereichen entlastet und niemals auf Zug belastet.
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15 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Gelenks 10. Im Wesentlichen entspricht dieses einem Gelenk, wie es im Zusammenhang mit den 3 bis 6 beschrieben worden ist, auf deren Beschreibung hiermit Bezug genommen wird. Hierbei ist zwischen dem inneren Anschlussteil 20 und dem äußere Anschlussteil 30 in Drehrichtung ein erster Hinterschnitt H1 ausgebildet. Dadurch können das innere Anschlussteil 20 und das äußere Anschlussteil 30 auch ohne einer dazwischen angeordneten nachgiebigen Zwischenschicht 25 nicht oder nur geringfügig gegeneinander verdreht werden. Dadurch ergibt sich eine besonders schonende Belastung der zwischen dem inneren Anschlussteil 20 und dem äußeren Anschlussteil 30 angeordneten nachgiebigen Zwischenschicht 25. Insbesondere zeigt ein solches Gelenk 10 eine gewisse Überlastfähigkeit. Alternativ oder zusätzlich könnte am inneren Anschlussteil 20 und am äußeren Anschlussteil 30 jeweils ein axialer zweiter Hinterschnitt H2 der Abdeckplatte 40 realisiert werden.
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Die Ausführungsformen, Beispiele und Varianten der vorhergehenden Absätze, die Ansprüche oder die folgende Beschreibung und die Figuren, einschließlich ihrer verschiedenen Ansichten oder jeweiligen individuellen Merkmale, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination verwendet werden. Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, sind für alle Ausführungsformen anwendbar, sofern die Merkmale nicht unvereinbar sind.
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Wenn auch im Zusammenhang der Figuren generell von „schematischen“ Darstellungen und Ansichten die Rede ist, so ist damit keineswegs gemeint, dass die Figurendarstellungen und deren Beschreibung hinsichtlich der Offenbarung der Erfindung von untergeordneter Bedeutung sein sollen. Der Fachmann ist durchaus in der Lage, aus den schematisch und abstrakt gezeichneten Darstellungen genug an Informationen zu entnehmen, die ihm das Verständnis der Erfindung erleichtern, ohne dass er etwa aus den gezeichneten und möglicherweise nicht exakt maßstabsgerechten Größenverhältnissen von Teilen der Vorrichtung oder anderer gezeichneter Elemente in irgendeiner Weise in seinem Verständnis beeinträchtigt wäre. Die Figuren ermöglichen es dem Fachmann als Leser somit, anhand der konkreter erläuterten Umsetzungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der konkreter erläuterten Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein besseres Verständnis für den in den Ansprüchen sowie im allgemeinen Teil der Beschreibung allgemeiner und/oder abstrakter formulierten Erfindungsgedanken abzuleiten.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Exzenterschneckenpumpe
- 2
- Wobblepumpe
- 3
- Stator
- 4
- Rotor
- 5
- Rotor-Stator-System
- 6
- Antriebswelle
- 8
- Pumpengehäuse
- 8-1, 8-2
- Gehäusebereich
- 9
- ringförmiger Raum
- 10
- Gelenk
- 11
- freies Ende
- 12
- ringförmige Verbreiterung
- 13
- Flansch
- 14
- Antriebsstrang
- 15
- Gleitringdichtung
- 16
- Zwischenstück
- 17
- Antriebsstrang
- 20, 20-1, 20-2
- innerer Anschlussteil
- 21
- Außenkontur des inneren Anschlussteils
- 22
- Zacke
- 25
- nachgiebige oder elastische Zwischenschicht
- 25-1
- erste nachgiebige Zwischenschicht
- 25-2
- zweite nachgiebige Zwischenschicht
- 25-1 a, 25-1 b, 25-1 c
- Teilbereich
- 26
- Außenkontur der Zwischenschicht
- 27
- Innenkontur der Zwischenschicht
- 28
- Achse
- 30
- äußerer Anschlussteil
- 30-1
- erstes äußeres Anschlussteil
- 30-2
- zweites äußeres Anschlussteil
- 31
- Innenkontur des äußeren Anschlussteils
- 32
- Zacken
- 33
- Befestigungsbohrung
- 34
- Innengewinde
- 35
- erster Anschlussbereich
- 36
- Außenkontur des äußeren Anschlussteils
- 37
- Flansch
- 38
- innerer Hohlraum 40 Befestigungsplatte
- 40a, 40b
- Halbplatte
- 45
- Befestigungsmittel
- 46
- Schraube
- 47
- Außengewinde
- 50
- Befestigungsmittel
- 51
- Schraube
- 55
- sichernder Ring
- 55a, 55b
- Ringhälfte
- 60
- Anschlussstück
- 100
- Doppelgelenk
- 102
- Zwischenbereich
- α
- Winkelversatz
- E
- Exzentrizität
- H1
- erster Hinterschnitt
- H2
- zweiter Hinterschnitt
- L1
- Längsachse der Exzenterschneckenpumpe
- L3
- Statorlängsachse
- L25
- axiale Länge der Zwischenschicht
- L38
- axiale Länge des inneren Hohlraums des äußeren Anschlussteils
- Q20
- erste Querschnittsfläche
- Q30
- zweite Querschnittsfläche
- Ü
- Überstandbereich
