DE1928318B2

DE1928318B2 - Biegsame antriebswelle an einer pumpe oder einem motor mit exzentrisch umlaufendem rotor

Info

Publication number: DE1928318B2
Application number: DE19691928318
Authority: DE
Inventors: Peter Arnold Bromley Kent; Pahl Hans Günther Brentwood Essex; Caroenter Edward James Barnet Hertfordshire; Dawson (Großbritannien)
Original assignee: Mono Pumps Ltd., London
Priority date: 1968-06-05
Filing date: 1969-06-03
Publication date: 1973-07-26
Also published as: DE1928318C3; US3612734A; DE1928318A1; GB1220848A

Description

Die Erfindung betrifft eine biegsame Antriebsoder Abtriebswelle an einer Pumpe oder einem Motor mit exzentrisch umlaufendem Rotor, insbesondere eine Exzenterschneckenpumpe mit mindestens einem ein Schneckengewinde aufweisenden Stator und einem im Stator umlaufenden Schneckenrotor, der mit dem Schneckengewinde des Stators im Eingriff steht, dessen Anzahl von Schneckengängen um eins von der des Stators abweicht.

Eine An- bzw. Abtriebswelle der eingangs geschilderten Art ist aus der britischen Patentschrift 400 508 und der deutschen Gebrauchsmusterschrift 1 942 802 in Verbindung mit einer Exzenterschnekkenpumpe bekanntgeworden. Im Gegensatz zu den Ausführungsformen von Antriebswellen für exzentrisch umlaufende Rotoren, welche an ihren beiden Enden oder an mindestens einem Ende (deutsche Patentschrift 818 454) das Drehmoment auf den Rotoi über ein Kardangelenk übertragen, unterliegen biegsame Wellen dieser Art im Betrieb einem Wechselbiegemoment. Es hat sich gezeigt, daß dieses Wechselbiegemoment insbesondere bei Pumpen, die korrosive Medien fördern, zu einer sogenannten Spannungsrißkorrosion oder einer Korrosionsermüduni führt, die in der Regel zum frühzeitigen Ausfall, d. h zum Bruch der Welle führt. Da das Problem dei Spannungsrißkorrosion bis heute noch nicht allge mein beherrschbar ist, hat man bisher bei der Förde rung korrosiver Medien zum Antrieb exzentrisch um laufender Rotoren ausschließlich Kardanwellen ein gesetzt. Auf Grund des Verschleißes in den Kardan gelenken, der beim Auftreten eines korrosiven An griffes noch verstärkt wird, besitzen jedoch aucl diese Wellen keine erheblich längere Lebensdauer Darüber hinaus sind sie konstruktiv aufwendig un< teuer.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgab zugrunde, die Antriebs- bzw. Abtriebswelle der ein gangs geschilderten Art so auszubilden, daß auch be

3 ' 4

der Forderung korrosiver Medien jede Spannungsriß- Fig.2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, jedoch

korrosion vermieden wird, so daß sie die mit den mit einer modifizierten Befestigungsart der biegsa-

aufwendigeren Kardangelenkwellen versehenen An- men Antriebswelle am Rotor,

bzw. Abtriebswellen zu ersetzen vermag. Erfindungs- Fig. 3 und 4 der Fig.2 ähnliche Darstellungen

gemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die 5 weiterer Befestigungsmögiichkeiten der biegsamen

Antriebs- bzw. Abtriebswelle eine an sich bekannte Antriebswelle am Rotor und

undurchlässige, nicht poröse Überzugsschicht trägt Fig.5 und 6 einen Längsschnitt durch die voll-

und in einer im Rotor vorgesehenen Bohrung mit ständigen Exzenterschneckenpumpen gemäß den

einem Eude so befestigt ist, daß der Endbereich dev Fig. 1 und 2.

Überzugsschicht dichtend zwischen der An- bzw. io Bei der in den Fig. 1 und 5 gezeigten Ausfüh-

Abtriebswelle und dem Rotor eingeklemmt ist. rungsform ist eine Exzenterschneckenpumpe mit

Da einerseits die Überzugsschicht selbst zur Ab- einem elastischen Stator 10 versehen, der in einem

dichtung herangezogen wird, sind zusätzliche Ab- Gehäuse 11 untergebracht ist und ein Schneckenge-

dichtmittel überfiüssig. Da andererseits die Abdich- winde 12 enthält Dieses Schneckengewinde besitzt

tung in der als Befestigungsstelle dienenden Bohrung 15 dabei entweder einen Gang mehr oder einen Gang

des exzentrisch umlaufenden Rotors erfolgt, ist ge- weniger als das Gewinde des als Schnecke ausgebil-

währleistet, daß mit Sicherheit auch von der Stirn- deten Rotors 13.

seite der Überzugsschicht her kein korrosives Me- Zum Antrieb des Rotors 13, d.h. um diesen in

dium zwischen Überzugsscbicht und Antriebswelle seine Dreh- und Umlaufbewegung zu versetzen, ist

eindringen kann. Dies ist im Hinblick auf das zu lö- ao an dem Rotor 13 eine Antriebswelle 14 befestigt,

sende Problem der Spannungsrißkorrosion von we- Diese Antriebswelle 14 besteht aus einem langge-

sentlicher Bedeutung, da die Spannungsrißkorrosion streckten Stahlbauteil 15, das an seinen Enden je-

auch bei Vorhandensein geringfügigster Mengen von weils eine bundartige Erweiterung 16 aufweist. Die

korrosivem Medium eintritt, sofern eine bestimmte Verbindung mit dem Rotor 13 ist im einzelnen in der

Mindestbeanspruchung des Werkstoffes vorliegt. 25 F i g. 1 veranschaulicht Eine ähnliche Verbindung ist

Fine solche Mindestbeanspruchung kann aber bei auch am anderen Ende der flexiblen Antriebswelle

den biegsamen Antriebswellen der hier betrachteten vorgesehen, das mit einer Keilwelle 100 (Fig. 5) yer-

An auf Grund des Wechselbiegemoments stets als bunden ist, die ihrerseits mit der Ankerwelle eines

gegeben erachtet werden. (nicht gezeigten) Elektromotors verbunden sein

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Erfin- 30 kann.

dungsgedankens ist vorgesehen, daß die An- bzw. Die Welle 14 besitzt links von der Aufweitung eine Abtriebswelle mit ihrem Ende in die mit einem Ge- Abstufung 17, an die sich ein Abschnitt 18 geringewinde versehene Bohrung des Rotors eingeschraubt ren Durchmessers anschließt, der ein Gewinde 19 ist und die Bohrung eine Ansenkung enthält, zwi- trägt. Dieses ist in ein entsprechendes Gewinde in sehen der und einer bundartigen Erweiterung der 35 einer im Rotor 12 ausgebildeten Bohrung 20 einge-Antriebswdle ein Teil der Überzugsschicht einge- schraubt.

spannt ist. Die Welle 14 trägt eine Überzugsschicht 21 aus In einer anderen Ausführungsform schlägt die Er- einem chlorierten Polyätherkunststoff. Die Aufbrinfindung vor, daß die Bohrung abgesetzt ist und die gung dieser Überzugsschicht kann im Fließbettver-Ansenkung sich am Übergang zu der im Durchmes- 40 fahren erfolgen, und die Schicht befindet sich auf ser kleineren und sich durch den Rotor hindurch er- demjenigen Teil der Welle 14, der zwischen der Abstreckenden Gewindebohrung ausgebildet ist und daß stufung 17 und der entsprechenden Abstufung am das Wellenende in die Gewindebohrung einschraub- anderen Ende der Welle liegt. Vor dem Einschraubar ist und in einem darüber hinausragenden Endbe- ben der Welle 14 in den Rotor 13 besitzt die überreich ein zu dem Gewinde in der Gewindebohrung W zugsschicht 21 eine Dicke, die etwas größer ist als gegensinnig steigendes Gewinde trägt, mit dem es die Tiefe der Abstufung 17. Wenn dann die Welle in durch eine Kontermutter gegen den Rotor verspannt die Bohrung 20 des Rotors 13 eingeschraubt wird, ist. In einer Abwandlung dieser Ausführungsform wird der im Bereich der Abstufung liegende Teil 22 kann weiterhin vorgesehen sein, daß an Stelle der auf gegen eine Ansenkung 23 der Bohrung 20 gedrückt den Endbereich der Antriebswelle aufgeschraubten 50 und damit entsprechend zusammengepreßt. Dadurch Kontermutter in der Welle eine Gewindebohrung mit wird eine strömungsmittelundurchlässige Dichtung entgegengesetzt steigendem Gewinde vorgesehen ist, zwischen dem Rotor und der Welle erreicht, so daß in die eine Konterschraube eingeschraubt ist. die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit oder eine Als Werkstoff für die an sich bekannte Überzugs- andere Substanz den Gewindeteil der Welle 14 nicht schicht eignen sich insbesondere chlorierte Polyäther. 55 angreifen kann. , Darüber hinaus kommen jedoch auch Nitrilkaut- Bei sämtlichen vier dargestellten und beschnebeschuk und bestimmte Epoxydharze in Frage. Wesent- nen Ausführungsbeispielen der Pumpe besitzt die lieh ist. daß die Überzugsschicht selbst in der Lage Welle 14 eine Länge von etwa 150 cm und über den ist, die auftretenden Biegewechselbeanspruchungen größten Teil ihrer Länge einen Durchmesser von auszuhalten und einem möglichen Abrieb einen aus- 60 19 mm. Für andere Pumpengrößen sind die Abmesreichenden Widerstand entgegenzusetzen. Weitere sungen der Welle entsprechend zu wählen, so daß sie vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfin- absolut gesehen entsprechend größer oder kleiner dung ergeben sich aus den Unteransprüchen. ausgebildet sein kann. Werden nämlich diese Propor-Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand be- tionen eingehalten, so kann sich die Welle hinreivorzugter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt 65 chend weit durchbiegen und damit der Exzentrizität Fig. 1 einen Teilschnitt durch den Rotor einer des Rotors Rechnung tragen. Im Verlaufe der JJren-Exzenterschneckenpumpe mit einer biegsamen An- bewegung der Welle treten beträchtliche Spannungstriebswelle Schwankungen auf, jedoch werden durch die uuer-

zugsschicht 21 durch Korrosion bedingte Ermüdungserscheinungen ausgeschaltet, die zu einer Beschädigung und zu einem Ausfall der Welle 14 führen könnten.

Wie bereits vorstehend erläutert wurde, erfolgt die Befestigung der Welle 14 an ihrem rechten Ende in ähnlicher Weise. Wie insbesondere aus der F i g. 5 deutlich wird, ist eine Keilwelle 100 mit einer Hohlwelle 101 verschraubt, die ihrerseits in den Lagern 103 und 104 drehbar im Gehäuse 102 sitzt. Zur Abdichtung zwischen der Welle 101 und dem Gehäuse 102 ist eine Ringdichtung 105 vorgesehen, die zwischen einer Stopfbüchse 106 und einem Stopfbüchsenring 107 liegt. In F i g. 5 ist der Einlaß der Pumpe mit 108 und der Pumpenauslaß mit 109 bezeichnet.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß sie sich ohne großen Kosten- und Arbeitsaufwand herstellen läßt, jedoch hat sie andererseits auch den Nachteil, daß eine Drehbewegung nur in einer Richtung stattfinden kann, da bei einer Drehbewegung in der anderen Richtung die Gefahr besteht, daß dadurch das Gewinde 19 aus dem entsprechenden Gewinde im Rotor 13 herausgeschraubt wird. Bei den anderen drei gezeigten Ausführungsformen ist dieses Problem beseitigt.

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 2 und 6 weist die Pumpe ebenso wie im vorhergehenden Fall einen Stator 10 und einen Rotor 13 auf, jedoch ist bei dieser Ausführungsform der Rotor mit einer sich erweiternden axialen Bohrung 26 versehen, die sich ziemlich weit durch den Rotor erstreckt. An die Bohrung 26 schließt an ihrem linken Ende eine konische Bohrung 27 an, deren Konuswinkel einem Morsekegel entspricht. Die Bohrungen 26 und 27 erstrecken sich somit über die gesamte Länge des Rotors. In die konische Bohrung 27 ist das entsprechend konisch ausgebildete Ende 28 der Antriebswelle 14 eingeschoben, die mit der Überzugsschicht 21 aus einem geeigneten Kunststoffmaterial versehen ist. Diese Überzugsschicht 21 reicht dabei bis in eine Ringnut 31 hinein, in der sich ein Dichtungsring 32 befindet, der zusammen mit der in die konische Bohrung 27 hineinstehenden Überzugsschicht eine Dichtung zwischen der Welle 14 und dem Rotor 13 bildet. Um zu verhindern, daß sich die Welle 14 aus der konischen Bohrung 27 löst oder lockert, ist eine Schraube 33 in eine in der Welle 14 ausgebildete Gewindebohrung 34 eingeschraubt, deren Kopf 35 am Ende des Rotors anliegt.

Die vollständige Pumpe ist in F i g. 6 wiedergegeben, bei der einander entsprechende Bauteile jeweils

ίο mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 5, jedoch unter Hinzufügung des Buchstabens A bezeichnet sind.

Bei der in F i g. 3 veranschaulichten, modifizierten Ausführungsform ist ein elastischer Stator 10 und ein Rotor 13 vorgesehen, der eine axiale Bohrung 38 besitzt, die der Bohrung 26 bei der Ausführungsform nach F i g. 2 ähnlich ist. Die Antriebswelle 14 ist der Antriebswelle nach F i g. 1 ähnlich und mit einer bundartigen Erweiterung 16, einer Abstufung 17 so-

ao wie mit einer aus einem Kunststoff bestehenden Überzugsschicht 21 versehen, die an der Abstufung 17 endet. Die Welle 14 besitzt hier ein rechtsgängiges Gewinde 43, das in ein entsprechendes Gewinde der Bohrung 20 eingeschraubt wird, und außerdem ist sie

as mit einem Ansatz mit einem linksgängigen Gewinde 45 versehen, das sich über einen über das Ende des Rotors hinausstehenden Teil der Welle erstreckt. Wie bei der Anordnung nach F i g. 1 reicht auch hier die Überzugsschicht wieder über die bundartige Erweiterung hinaus bis in eine Ansenkung, an der die Bohrung 20 in die Bohrung 38 übergeht. Auf das Gewinde 45 ist eine Kontermutter 46 aufgeschraubt, die in ihrer einen Stirnseite eine Nut 47 aufweist, in dei ein Dichtungsring 48 sitzt, der gegen die Stirnfläche des Rotors 13 drückt und damit die Antriebswelle nach außen hin abdichtet

Eine im wesentlichen ähnliche Anordnung ist ic Fig.4 dargestellt Bei dieser Ausführungsform isi keine Kontermutter 46 vorgesehen, sondern statt dessen ist die Antriebswelle 14 selbst mit einer Gewindebohrang 50 mit einem Linksgewinde 51 versehen in welche eine Konterschraube 33 eingeschraubt ist deren Kopf am Ende des Rotors 13 anliegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Biegsame Antriebs- oder Abtriebswelle an einer Pumpe oder einem Motor mit exzentrisch umlaufendem Rotor, insbesondere Exzenterschneckenpumpe mit einem mindestens ein Schneckengewinde aufweisenden Stator und einem im Stator umlaufenden Schneckenrotor, der mit dem Schneckengewinde des Stators im Eingriff steht, dessen Anzahl von Schneckengängen um eins von der des Stators abweicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs- bzw. Abtriebswelle (14) eine an sich bekannte undurchlässige, nicht poröse Überzugsschicht (21) trägt, und in einer im R&tor (13) vorgesehenen Bohrung (20, 26) mit einem Ende so befestigt ist, daß der Endbereich (22) der Überzugsschicht dichtend zwischen der Antriebsbzw. Abtriebswelle und dem Rotor eingeklemmt ao ist.

2. Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Antriebs- bzw. Abtriebswelle (14) in die mit einem Gewinde (19) versehene Bohrung (20) des Rotors (13 eingeschraubt ist und daß die Bohrung (20) an ihrem äußeren Ende eine Ansenkung (23) aufweist, zwischen der und einer bundartigen mit der Ansenkung formschlüssigen Erweiterung (16) der Antriebswelle (15) der Endbereich (22) der Überzugsschicht eingeklemmt ist (F i g. 1, 3,4).

3. Pumpe oder Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (13) mit einer axialen Bohrung (38) größeren Durchmessers versehen ist, die in die am Ende des Rotors angeordnete mit einem Gewinde versehene Bohrung (20) zum Einschrauben der An- bzw. Abtriebswelle (14) übergeht, daß sich die mit der bundartigen Erweiterung (16) der Antriebswelle formschlüssige Ansenkung (23) am Übergang von der Bohrung (38) größeren Durchmessers zu der mit einem Gewinde versehenen Bohrung (20) befindet und daß die An- bzw. Abtriebswelle an ihrem Ende ein zu dem Gewinde in der Bohrung (20) gegensinniges Gewinde (45) trägt, mit dem sie durch eine Kontermutter (46) gegen den Rotor (13) verspannt ist (F i g. 3).

4. Pumpe oder Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (13) mit einer axialen Bohrung (38) größeren Durchmessers versehen ist, die in die am Ende des Rotors angeordnete, mit einem Gewinde versehene Bohrung (20) zum Einschrauben der An- bzw. Abtriebswelle (14) übergeht, daß sich die mit der bundartigen Erweiterung (16) der Antriebswelle formschlüssige Ansenkung (23) am Übergang von der Bohrung größeren Durchmessers zu der mit einem Gewinde versehenen Bohrung befindet und daß das Ende der An- bzw. Abtriebswelle von ihrer Stirnseite her eine Gewindebohrung (50) aufweist, in deren gegensinnig zu dem Gewinde in der Gewindebohrung (20) verlaufende Gewinde (51) eine Konterschraube (33) eingeschraubt ist (F i g. 4).

5. Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (13) mit einer axialen Bohrung (26) größeren Durchmessers versehen ist, die in eine am Ende des Rotors angeordnete, sich konisch verengende Bohrung (27) übergeht, in die das entsprechend konisch geformte Wellenende (28) der An- bzw. Abtriebswelle (14) einsetzbar ist, daß das Wellenende durch eine stirnseitig vorgesehene Befestigungsschraube (33) gegen den Rotor (13) verspannt ist und daß die Überzugsschicht (21) zwischen dem Wellenende (28) der An- bzw. Abtriebswelle (14) und der konischen Bohrung (27) eingeklemmt ist (F i g. 2).

6. Pumpe oder Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem konischen Wellenende (28) der An- bzw. Abtriebswelle (14) eine Ringnut (31) ausgebildet ist, in der die Überzugsschicht (21) endet und daß die Überzugsschicht durch einen nachgiebigen Dichtring (32) gegen die Antriebswelle abgedichtet ist (Fig.2).

7. Pumpe oder Motor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die An- bzw. Abtriebswelle (14) an ihrem dem Rotor (13) abgewendeten Ende in gleicher Weise mit einem weiteren An- bzw. Abtriebselement verbunden ist.