DE112015005160T5

DE112015005160T5 - Fluidfördervorrichtung

Info

Publication number: DE112015005160T5
Application number: DE112015005160.0T
Authority: DE
Inventors: Eiji Uetsuji; Noriaki Sakakihara
Original assignee: Heishin Ltd
Current assignee: Heishin Ltd
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2017-09-14
Also published as: US10227978B2; CN107002667B; TWI649497B; US10233922B2; MY180686A; WO2016075993A1; JP5802914B1; CN109281830A; CN109098964A; US20170314551A1; CN107002667A; US10364813B2; CN109281830B; US20180223838A1; CN109268257A; US20180223836A1; KR20170058438A; CN109268257B; US10233921B2; KR101762104B1

Abstract

Die Erfindung weist auf: einen zylindrischen Stator 2 mit einem Durchgangsloch 10 mit einer Innengewindekontur, die eine vorgegebene Steigung in Strömungsrichtung von einem Einlass zu einem Auslass aufweist; und einen Rotor 3 mit einer Außengewindekontur, der in dem Durchgangsloch 10 des Stators 2 sitzt und mit der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs einen Förderraum 11 zu bilden und der sich um die Innenumfangsfläche dreht, um ein Fluid vom Einlass zum Auslass durch den Förderraum 11 hindurch zu bewegen. Das Fassungsvermögen des Förderraums 11 verringert sich in Strömungsrichtung. Dadurch wird die stromabwärtsseitige Entstehung von Blasen aus einem durch den zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 geschaffenen Förderraum 11 geförderten Fluid zuverlässig verhindert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Fluidfördervorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Bekannt ist eine als eine einachsige Exzenterschneckenpumpe ausgeführte Fluidfördervorrichtung. Die einachsige Exzenterschneckenpumpe weist einen röhrenförmigen Stator mit einem innengewindeförmigen Durchgangsloch und einem außengewindeförmigen Rotor, der zur Bildung eines Förderraums zwischen dem Rotor und der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs in dem Durchgangsloch des Stators sitzt und drehbeweglich ist, um den Förderraum von der Einlassseite zur Auslassseite zu bewegen. Das Durchgangsloch des Stators weist bedingt durch eine elastische Verformung durch den gegen den Stator gedrückten Rotor eine Presspassung auf, die auf der Auslassseite kleiner ist als auf der Einlassseite (vgl. beispielsweise die Patentschrift 1).
Bei der herkömmlichen Fluidfördervorrichtung kann sich dann, wenn das Fluid hochvolatil ist oder eine große Menge gelöstes Gas enthält, folgendes Problem ergeben. Ist der Förderraum aufgrund von Maßtoleranzen oder dergleichen, in Förderrichtung gesehen, auf der Stromabwärtsseite größer als auf der Stromaufwärtsseite, kann sich in dem Förderraum ein Unterdruck bilden, der in dem Fluid die Entstehung von Blasen verursacht. Insbesondere dann, wenn das Fluid eine hochvolatile Flüssigkeit ist, entstehen Blasen durch Verdampfung, während dann, wenn das Fluid eine große Menge gelöstes Gas enthält, Blasen durch Übersättigung entstehen. Wenn das Fluid erst einmal Blasen erzeugt, verursacht es bei Anwendungen wie Applikation und Beschichtung zu Mängel.
STAND DER TECHNIK DRUCKSCHRIFT
PATENTSCHRIFT

Patentschrift 1: JP 5388187 B1

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Entstehung von Blasen in einem durch einen Förderraum zwischen einem Stator und einem Rotor geförderten Fluid zuverlässig zu verhindern.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, schafft die Erfindung eine Fluidfördervorrichtung mit:
einem röhrenförmigen Stator mit einem Durchgangsloch mit einer Innengewindekontur, die in Strömungsrichtung von einem Einlass zu einem Auslass vorgegebene Steigungen aufweist; und
einem Rotor mit einer Außengewindekontur, der in dem Durchgangsloch des Stators sitzt und mit der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs einen Förderraum bildet und der für eine Drehung in Kontakt mit der Innenumfangsfläche ausgelegt ist, um Fluid in dem Förderraum vom Einlass zum Auslass zu fördern, wobei
sich das Fassungsvermögen des Förderraums in Strömungsrichtung verringert.
Durch diese Konfiguration, bei sich der das Fassungsvermögen des Förderraums in Strömungsrichtung des Fluides verringert, wird eine konstante Druckbeaufschlagung des Fluides während der Förderung erreicht. Dadurch bildet sich in dem Förderraum kein Unterdruck und erzeugt das Fluid keine Blasen.
Das Fassungsvermögen des Förderraums kann sich durch eine Verringerung der Steigungen der Innengewindekontur des Durchgangslochs des Stators und der Außengewindekontur des Rotors verringern.
Das Fassungsvermögen des Förderraums kann sich durch eine Verringerung der Querschnittsfläche des Durchgangslochs des Stators verringern.
Das Fassungsvermögen des Förderraums kann sich durch eine Vergrößerung des Durchmessers des Rotors verringern.
Das Fassungsvermögen des Förderraums kann sich durch eine Verringerung der Exzentrizität des Rotors verringern.
Eine Verringerung der Steigungen der Innengewindekontur des Durchgangslochs des Stators und der Außengewindekontur des Rotors, eine Verringerungsrate der Querschnittsfläche des Durchgangslochs des Stators, eine Vergrößerungsrate des Durchmessers des Rotors oder eine Verringerungsrate der Exzentrizität des Rotors ist vorzugsweise nicht kleiner als die Maßtoleranz.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß wird das Fassungsvermögen des Förderraums in Strömungsrichtung des Fluides kleiner, wodurch sich zuverlässig verhindern lässt, dass sich im Förderraum ein Unterdruck bildet und aus dem Fluid Blasen entstehen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Schnittansicht einer einachsigen Exzenterschneckenpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2a ist eine schematische Teilschnittansicht einer einachsigen Exzenterschneckenpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform;
2b ist eine Ansicht eines ersten Teilförderraums und weiterer überlappender Teilförderräume;
3a ist eine schematische Teilschnittansicht einer einachsigen Exzenterschneckenpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3b bis 3e sind Schnittansichten verschiedener Abschnitte; 3f ist eine Ansicht, in der die 3e und den 3b bis 3d in Überlappung enthalten sind.
4a ist eine schematische Teilschnittansicht einer einachsigen Exzenterschneckenpumpe gemäß einer dritten Ausführungsform;
4b ist eine Schnittansicht verschiedener Abschnitte; 5a ist eine schematische Teilschnittansicht einer einachsigen Exzenterschneckenpumpe gemäß einer vierten Ausführungsform;
5b ist eine Schnittansicht verschiedener Abschnitte.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung ist lediglich exemplarisch und schränkt in keiner Weise die Erfindung, deren Anwendung oder Verwendungszweck ein. Die Zeichnungen zeigen schematische Darstellungen ohne tatsächliche Maßrelationen und dergleichen.
1 zeigt eine einachsige Exzenterschneckenpumpe gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die einachsige Exzenterschneckenpumpe weist an einem Ende eines Gehäuses 1 eine (nicht gezeigte) Antriebsvorrichtung sowie an dem anderen Ende des Gehäuses 1 einen Stator 2, einen Rotor 3 und einen Stutzen 4 auf.
Das Gehäuse 1 ist aus einem röhrenförmig geformten Metallmaterial hergestellt und nimmt eine Kupplungsstange 5 auf. Ein Ende der Kupplungsstange 5 ist zur Übertragung einer Antriebskraft von der Antriebsvorrichtung mit einer Kupplung 6 verbunden. An dem einen Ende des Gehäuses 1 ist die Außenumfangsfläche mit einem Anschlussrohr 7 verbunden, über das ein Fluid aus einem (nicht gezeigten) Tank oder dergleichen zugeführt werden kann.
Der Stator 2 weist einen Außenzylinder 8 und einen in engem Kontakt mit der Innenfläche des Außenzylinders 8 angeordneten Statorkörper 9 auf.
Der Außenzylinder 8 ist aus einem rohrförmig geformten Metallmaterial hergestellt.
Der Statorkörper 9 ist aus einem röhrenförmig (beispielsweise kreiszylindrisch) geformten elastischen Material, z. B. Gummi oder Harz, hergestellt, das der zu fördernden Masse Rechnung tragend (z. B. Silikonkautschuk oder Fluorkautschuk für Kosmetika, die Silikonöl enthalten) gewählt wird. Der Stator 2 hat ein Mittelloch 10 mit einer Innenumfangsfläche, die eine Innengewindekontur mit n Gewindegängen und einer oder mehreren Stufen aufweist.
Der Rotor 3 ist ein metallischer Wellenkörper mit einer Außengewindekontur mit n – 1 Gewindegängen und einer oder mehreren Stufen. Der Rotor 3 ist in dem Mittelloch 10 des Stators 2 angeordnet, wodurch ein Förderraum 11 geschaffen ist, der sich in Längsrichtung des Mittellochs 10 erstreckt. Ein Ende des Rotors 3 ist mit der Kupplungsstange 5 in dem Gehäuse verbunden. Der Rotor 3 dreht sich durch die Antriebskraft der (nicht gezeigten) Antriebsvorrichtung im Stator 2 und umkreist die Innenumfangsfläche des Stators 2. Der Rotor 3 dreht sich in dem Mittelloch 10 des Stators 2 im Besonderen exzentrisch, wodurch die zu fördernde Masse im Förderraum 11 in Längsrichtung gefördert wird.
Das Mittelloch 10 im Statorkörper 9 und der Umriss des Rotors 3 sind wie folgt geformt.
2a und 2b zeigen einen Zustand, in dem die Innengewindekontur des Durchgangslochs des Stators 2 und die Außengewindekontur des Rotors 3 Steigungen haben, die in Förderrichtung des Fluides (in den Figuren nach links) stufenweise abnehmen. Die Steigungen ändern sich in diesem Fall von P1 bis P5 (P1 > P2 > P3 > P4 > P5). 2b zeigt die Projektion eines in 2a gezeigten ersten Teilförderraums 12 in Überlappung mit einem zweiten Teilförderraum 13, einem dritten Teilförderraum 14 und einem vierten Teilförderraum 15. Wie es sich aus dieser Figur ergibt, hat der Förderraum 11 ein sich der Verringerung der Steigungen in Förderrichtung entsprechend stufenweise verringerndes Fassungsvermögen.
3a bis 3f zeigen einen Zustand, in dem der zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 geschaffene Förderraum 11 eine Kanalquerschnittsfläche hat, die sich in Förderrichtung des Fluides (in der Figur nach links) stufenweise verringert. Wie es in den 3e bis 3b gezeigt ist, verringern sich sowohl die Größe des Mittellochs 10 des Stators 2 als auch die Größe des Rotors 3 stufenweise, wodurch sich die Kanalquerschnittsfläche, d. h. das Fassungsvermögen, des Förderraums 11 verringert. Wie es in der Projektion der verschiedenen Schnitte in 3f gezeigt ist, verringert sich die Querschnittsfläche in 3e und 3d um einen Teil entsprechend einem ersten Bereich 16, in 3d und 3c um einen Teil entsprechend einem zweiten Bereich 17 und in 3c und 3b um einen Teil entsprechend einem dritten Bereich 18. Alternativ dazu kann eine Verringerung des Fassungsvermögens des Förderraums 11 in Förderrichtung des Fluides durch eine stufenweise Verringerung allein der Öffnungsfläche des Mittellochs 10 im Stator 2 und ohne eine Größenänderung des Rotors 3 erreicht werden. In 3 wird zur Vereinfachung der Darstellung davon ausgegangen, dass sich der Rotor 3 in den verschiedenen Schnitten an derselben Stelle befindet, obwohl sich der Rotor 3 in den verschiedenen Schnitten tatsächlich an verschiedenen Stellen befindet.
4 zeigt einen Zustand, in dem der Rotor 3 (der Rotordurchmesser) in Förderrichtung des Fluides (in der Figur nach links) stufenweise größer wird. Die Kontur des Mittellochs 10 des Stators 2 ändert sich dementsprechend, hat aber an jeder Stelle in Förderrichtung die gleiche Querschnittsfläche. Das Mittelloch 10 hat somit einen großen Durchmesser entsprechend dem Rotordurchmesser aber eine kleine Länge in Längsrichtung (in Vertikalrichtung in 4b), so dass der gesamte Förderraum 11 eine kleine Querschnittsfläche hat. Anders ausgedrückt verringert sich das Fassungsvermögen des Förderraums 11 in Förderrichtung stufenweise. Alternativ dazu kann eine Verringerung des Fassungsvermögens des Förderraums 11 in Förderrichtung allein durch eine Vergrößerung (des Durchmessers) des Rotors 3 und ohne eine Größenänderung des Stators 3 erreicht werden. Die in 4 gezeigte Konfiguration kann als ein abgewandeltes Beispiel für eine Verringerung der Kanalquerschnittsfläche in Förderrichtung angesehen werden. Wie in 3 liegt der 4 im Sinne einer Vereinfachung der Darstellung die Annahme zugrunde, dass sich der Rotor 3 an derselben Stelle befindet, obwohl sich der Rotor 3 in den verschiedenen Schnitten tatsächlich an verschiedenen Stellen befindet.
5 zeigt einen Zustand, in dem sich die Exzentrizität des Rotors 3 in Förderrichtung des Fluides (in der Figur nach links) verringert. Im Besonderen nähert sich die Drehmitte des Rotors 3 in Förderrichtung stufenweise einer Mittellinie des Mittellochs 10 des Stators 2 an. Das Längenmaß des Mittellochs 10 (in Vertikalrichtung in 5b) verringert sich somit stufenweise, wodurch sich eine Verringerung der Querschnittsflächenrate des Förderraums 11 ergibt. Anders ausgedrückt verringert sich das Fassungsvermögen des Förderraums 11 in Förderrichtung stufenweise.
Als Nächstes wird die Funktionsweise der so konfigurierten einachsigen Exzenterschneckenpumpe beschrieben.
Bei der Abgabe von Fluid aus einem Tank oder dergleichen wird die (nicht gezeigte) Antriebsvorrichtung angetrieben, um den Rotor 3 über die Kupplung 6 und die Kupplungsstange 5 in Drehung zu setzen. Diese Drehung bewirkt eine Bewegung des zwischen der Innenumfangsfläche des Stators 2 und der Außenumfangsfläche des Rotors 3 geschaffenen Förderraums 11 in Längsrichtung. Das von dem Tank abgegebene Fluid wird dabei in den Förderraum 11 gesaugt und zu dem Stutzen 4 hin gefördert. Das bei dem Stutzen 4 angekommene Fluid wird dann an einen anderen Ort weiter gefördert.
In jeder der in den 2 bis 5 gezeigten Konfigurationen nimmt das Fassungsvermögen des Förderraums 11 in Richtung des stromabwärtsseitigen Endes in Förderrichtung stufenweise ab. Diese Konfigurationen bewirken eine konstante Druckbeaufschlagung des geförderten Fluides. Dadurch wird zuverlässig ein Unterdruck im Förderraum 11 verhindert, wodurch die Entstehung von Blasen in dem Fluid verhindert. Das geförderte Fluid erzeugt daher keine Blasen. Das zur Applikation, Beschichtung und dergleichen verwendete Fluid verursacht daher keine Beeinträchtigung des Erscheinungsbildes oder der Qualität, weil sich an der Applikations- oder Beschichtungsoberfläche keine Blasen zeigen.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst verschiedene Abwandlungen.
Zur stufenweisen Verringerung des Fassungsvermögens des Förderraums 11 in Förderrichtung werden beispielsweise die in den 2 bis 5 gezeigten Konfigurationen verwendet. Diese Konfigurationen lasen sich zweckmäßig kombinieren. Beispielsweise können der Rotor 3 und der Stator 2 in Förderrichtung abnehmende Steigungen haben und kann sich die Kanalquerschnittsfläche verringern.
Die obigen Ausführungsformen befassen sich nicht speziell mit der Verringerungsrate des Fassungsvermögens des Förderraums 11 in Förderrichtung. Eine bevorzugte Konfiguration sieht eine zuverlässige Verringerung des Fassungsvermögens auch unter Berücksichtigung der Maßtoleranzen der Bestandteile vor. In diesem Fall sind die Verringerungsrate der Steigungen der Innengewindekontur des Mittellochs 10 des Stators 3 und der Außengewindekontur des Rotors 2, die Verringerungsrate der Querschnittsfläche des Mittellochs 10 des Stators 3, die Vergrößerungsrate des Durchmessers des Rotors 2 oder die Verringerungsrate der Exzentrizität des Rotors 2 so festgelegt, dass sie nicht kleiner sind als die Maßtoleranz(en). Auf diese Weise wird die Entstehung von Blasen ohne eine maßtoleranzbedingte Zunahme des Fassungsvermögens des Förderraums in Förderrichtung zuverlässig verhindert.
Die obigen Ausführungsformen sind Beispiele für Konfigurationen für eine blasenfreie Förderung eines Fluides. Die Erfindung kann des Weiteren folgende Konfiguration aufweist. Der Rotor 3 wird rückwärts in Drehung gesetzt, um eine Fluidförderung in 1 von links nach rechts (entgegengesetzt zur Förderrichtung in der obigen Ausführungsform) zu bewirken. Der Förderraum 11 vergrößert sich dann in Förderrichtung, wodurch sich ein Unterdruck bildet. Der Förderraum kann somit als eine Entgasungsvorrichtung fungieren, um in dem Fluid als Blasen gelöstes Gas abzuschöpfen.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die Erfindung ist anwendbar auf eine Vorrichtung zur Fluidförderung mit gleichzeitiger Druckbeaufschlagung oder Druckentlastung des Fluides.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Stator
3: Rotor
4: Stutzen
5: Kupplungsstange
6: Kupplung
7: Anschlussrohr
8: Außenzylinder
9: Statorkörper
10: Mittelloch (Durchgangsloch)
11: Förderraum
12: Erster Teilförderraum
13: Zweiter Teilförderraum
14: Dritter Teilförderraum
15: Vierter Teilförderraum
16: Erster Bereich
17: Zweiter Bereich
18: Dritter Bereich

Claims

Fluidfördervorrichtung mit: einem röhrenförmigen Stator mit einem Durchgangsloch mit einer Innengewindekontur, die in Strömungsrichtung von einem Einlass zu einem Auslass vorgegebene Steigungen aufweist; und einem Rotor mit einer Außengewindekontur, der in dem Durchgangsloch des Stators sitzt und mit der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs einen Förderraum bildet und der für eine Drehung in Kontakt mit der Innenumfangsfläche ausgelegt ist, um Fluid in dem Förderraum vom Einlass zum Auslass zu fördern, wobei sich das Fassungsvermögen des Förderraums in Strömungsrichtung verringert.
Fluidfördervorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich das Fassungsvermögen des Förderraums durch eine Verringerung der Steigungen der Innengewindekontur des Durchgangslochs des Stators und der Außengewindekontur des Rotors verringert.
Fluidfördervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich das Fassungsvermögen des Förderraums durch eine Verringerung der Querschnittsfläche des Durchgangslochs des Stators verringert.
Fluidfördervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich das Fassungsvermögen des Förderraums durch eine Vergrößerung des Durchmessers des Rotors verringert.
Fluidfördervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich das Fassungsvermögen des Förderraums durch eine Verringerung der Exzentrizität des Rotors verringert.
Fluidfördervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei eine Verringerungsrate der Steigungen der Innengewindekontur des Durchgangslochs des Stators und der Außengewindekontur des Rotors, eine Verringerungsrate der Querschnittsfläche des Durchgangslochs des Stators, eine Vergrößerungsrate des Durchmessers des Rotors oder eine Verringerungsrate der Exzentrizität des Rotors nicht keiner ist als eine Maßtoleranz.