DE19633984A1 - Exzenterschneckenpumpe mit nicht spangebend hergestelltem Rotor - Google Patents

Description

Exzenterschneckenpumpen, wie sie in dem Buch "Die Pumpen" Fuchslocher/Schulz, Springer-Verlag, 1967, auf Seite 322, erläutert sind, bestehen aus einem rohrförmigen Stator und einem in dem Stator rotierenden Rotor. Der Stator besteht aus einer elastischen Masse, beispielsweise Gummi oder Gummiersatzstoffe, und die Durchgangsöffnung hat die Form einer zweigängigen Schraube mit einem ovalen Querschnitt. In der Durchgangsöffnung des Stators steckt der Rotor, bestehend aus einem harten Material, in der Regel einsatzgehärtetem Stahl. Der Rotor hat die Gestalt einer eingängigen Schraube. Die Abmessungen des Rotors und der Statorbohrung sind derart aufeinander abgestimmt, daß bei der Drehung des Rotors im Stator vom Rotor und Stator sichelförmige Kammern gebildet werden, die von der Saug­ seite zur Druckseite hin wandern. Diese Kammern sind all­ seitig abgedichtet.

Um die Abdichtung zu erzielen, muß der Stator an den Dichtstellen mit verhältnismäßig großem Druck am Rotor anliegen. Beim Fördern von abrasiven Medium wie Mörtel und dgl. klemmen sich zwischen dem gehärteten Rotor und dem elastischen Stator die abrasiven Partikel ein. Sie bleiben an der Statorwand hängen und schleifen den sich daran vor­ beidrehenden Rotor ab. Die Partikel sitzen in der Stator­ wand verhältnismäßig fest, weshalb sich der Rotor schnel­ ler und stärker abnutzt als der Stator, obwohl der Rotor aus härterem Material hergestellt ist.

Wenn die Abnutzung des Rotors so weit fortgeschritten ist, daß die Dichtwirkung nicht mehr einwandfrei zustande­ kommt, sinken die Förderleistung bzw. der erzielbare För­ derdruck rapide ab.

Der Rotor muß als Verschleißteil angesehen werden, das relativ bald ausgetauscht werden muß, während der Stator noch verwendbar ist. Man kann in grober Annäherung davon ausgehen, daß der Stator etwa die doppelte Lebens­ dauer hat wie der Rotor, d. h. mit ein und demselben Stator können wenigstens zwei Rotoren gepaart werden, ehe auch der Stator so weit verschlissen ist, daß er ausgetauscht werden muß.

Die Herstellung des Stators ist verhältnismäßig einfach, da es sich hierbei um ein Vulkanisierteil han­ delt, das von einem Kern abgeformt wird. Anders dagegen der aus hartem Material bestehende Rotor, der bislang aus dem vollen durch spangebende Verfahren herausgearbeitet werden muß und dessen Oberfläche nach der groben Herstel­ lung der Kontur eine Feinbearbeitung erfordert, andern­ falls würde er den Stator alsbald zerstören.

Es leuchtet ohne weiteres ein, daß die spangebende Herstellung dazu führt, daß der Rotor in der Herstellung verhältnismäßig teuer ist.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Exzenterschneckenpumpe zu schaffen, deren Rotor kostengün­ stiger herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der Exzenter­ schneckenpumpe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Herstellung des Rotors mit Urform- oder Umform­ techniken reduziert den Zeitaufwand für die Herstellung ganz enorm. Darüber hinaus gibt es bei der Herstellung praktisch keinen Abfall, und selbst wenn beim Umformen Abfall in Gestalt von Grat entsteht, ist dieser Grat ohne weiteres wiederverwendbar, verglichen mit Spänen, die bei der spangebenden Bearbeitung auftreten. Diese Späne sind im allgemeinen durch das notwendige Kühlschmiermittel verunreinigt, was die Rückführung in den Materialfluß erschwert.

Bei dem neuen Rotor erfolgt auch die abschließende Feinbearbeitung nicht spangebend, sondern wiederum mit Hilfe einer Umformtechnik, so daß auch hier praktisch kein Abfall entsteht. Möglich wird dies durch die Verwendung eines Antriebskopfes an dem Rotor, der mit dem Rotor nicht, wie beim Stand der Technik einstückig ist, sondern durch Fügetechniken mit dem Rotor verbunden ist. Der Durchmesser des Antriebskopfes ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Exzenterschneckenpumpen etwa so groß wie der den Rotor einhüllende gedachte Zylinder. Eine Oberflächenbehandlung mittels Umformtechniken kann deshalb bei der bekannten einstückigen Rotorform nicht durchge­ führt werden.

Eine sehr einfache Verbindung zwischen Rotor und Antriebskopf ist eine Zapfenverbindung, wobei der Zapfen entweder mit dem Antriebskopf oder mit dem Rotor einstückig sein kann. Das jeweils andere Teil enthält eine pas­ sende Bohrung oder Sackbohrung.

Die Verbindung zwischen dem Rotor und dem Antriebs­ kopf wird herstellungsmäßig sehr einfach, wenn der Zapfen gegenüber der Bohrung ein Übermaß aufweist. Hierdurch wird eine Verbindungstechnik durch Wärmeschrumpfen möglich.

Der Zapfen muß keineswegs ein zylindrischer Zapfen sein. Er kann durchaus auch eine prismatische Gestalt haben, so daß zu dem Reibschluß auch noch ein Formschluß an der Verbindungsstelle Zapfen-Bohrung hinzukommt.

Der Rohling des Rotors kann durch Gießen oder durch Gesenkschmieden produziert werden. Der so erhaltene Roh­ ling weist nach dem Entgraten eine noch zu rauhe Ober­ fläche auf, die feinbearbeitet werden muß. Die Feinbear­ beitung geschieht, indem der Rotor durch eine Düse durch­ gedrückt oder durchgezogen wird. Hierdurch wird die Ober­ fläche in ausreichendem Maße geglättet und gleichzeitig wird der Rotor endgültig hinsichtlich seinen Querschnitts­ abmessungen kalibriert.

Im übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegen­ stand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Exzenterschneckenpumpe gemäß der Erfin­ dung, in einer schematisierten Darstellung und im Längs­ schnitt,

Fig. 2 einen der Verfahrensschritte bei der Her­ stellung des Rotors, in einer schematisierten Darstellung und

Fig. 3 den Vorgang des Durchdrückens des Rotors durch eine Düse zur Feinbearbeitung der Oberfläche.

Fig. 1 zeigt in stark schematisierter Form eine Exzenterschneckenpumpe 1, die einen Stator 2 sowie einen darin laufenden Rotor 3 aufweist. Die übrigen Teile der Pumpe wie Antriebseinrichtung, Anschlußarmaturen und dgl. sind, da nicht erfindungswesentlich aus der Figur weggelas­ sen.

Der Stator 2 besteht aus einem äußeren zylindrisch geradem Rohr 4, das den festen formstabilen Mantel des Stators 2 darstellt. Das Innere des Rohres 4, das bei­ spielsweise aus Stahl hergestellt ist, ist mit einer Gummimasse 5 ausgekleidet, die an der Innenwand des Rohres 4 fest vulkanisiert ist. Durch diese Auskleidung 5 führt eine Durchgangsöffnung oder Pumpenbohrung 6 hindurch, die, wie bei Exzenterschneckenpumpen bekannt, die Gestalt einer zweigängigen Schraube hat. Das Querschnittsprofil der Schraube ist ein Oval, das gedanklich in zwei Halbkreise und ein dazwischen liegendes Rechteck zerlegt werden kann.

In der Pumpenbohrung 6 läuft der Rotor 3, der eben­ falls die Gestalt einer Schraube, jedoch einer eingängigen Schraube hat, deren Schraubensteigung halb so groß ist wie die Steigung der in der Durchgangsöffnung 6 ausgebildeten zweigängigen Schraube. Der Rotor 3 ist etwas länger als die Pumpenbohrung 6. Sein Querschnitt ist kreisförmig.

Im übrigen entspricht die Dimensionierung des Rotors 3 und der Pumpenbohrung 6 der üblichen Dimensionierung von Exzenterschneckenpumpen, wie sie der eingangs genannten Literaturstelle zu entnehmen ist.

Der Rotor 3 wird in Achsrichtung von zwei Stirnflä­ chen 7 und 8 begrenzt. An der planen Stirnfläche 8 ist einstückig ein Zapfen 9 vorgesehen, über den der Rotor 3 mit einem Antriebskopf 11 verbunden ist, der sich außer­ halb des Stators 2 befindet.

Der Antriebskopf 11 ist ein zylindrisches Teil, das eine zu dem Zapfen 9 komplementäre zylindrische Bohrung 12 sowie in Verlängerung dazu eine weitere Bohrung 13 ent­ hält. Im Bereich der Bohrung 13 ist der Antriebskopf 11 von einer quer verlaufenden Nut 14 durchsetzt, in die ein dazu komplementäres Teil eines nicht gezeigten Antriebs­ aggregates eingreift. Die Nut 14, die beidseits der Boh­ rung 13 zwei Schlitze entstehen läßt, wirkt mit dem darin eingreifenden Antriebsteil wie ein Universalgelenk und überträgt das zum Antrieb des Rotors 3 erforderliche Drehmoment von der nicht gezeigten Antriebseinrichtung und außerdem die von dem Rotor 3 ausgehende Axialkraft, her­ vorgerufen durch den auf die Stirnfläche 7 einwirkenden Druck des geförderten Mediums.

Der Rotor 3 der neuen Exzenterschneckenpumpe 1 wird unter Verwendung von Umformtechniken hergestellt.

Gemäß Fig. 2 wird ein Schmiedegesenk 15 bereitge­ stellt, das ein Ober- und ein Untergesenk 16, 17 aufweist. Diese Gesenkhälften 16, 17 sind selbstverständlich in einer entsprechenden Schmiedepresse untergebracht, die aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist. Jede der beiden Gesenkhälften 16, 17 enthält eine Formgravur 18 bzw. 19, die bei geschlossenem Gesenk 15 ein Negativabbild des gewünschten Rotors 3 zuzüglich einem gewissen Übermaß darstellt. Im geschlossenen Zustand liegen die beiden Gesenkhälften 16, 17 an ihrer Gesenkspaltfläche 21 und 22 aufeinander. Die Gravur 18, 19 ist länger als der fertige Rotor 3; ihre Länge entspricht der Länge des Rotors 3 zuzüglich der Länge des Zapfens 9 sowie gegebenenfalls eines Aufmaßes.

In das so ausgebildete Gesenk 15 wird zur Herstellung des Rotors 3 ein auf Schmiedetemperatur erwärmter Knüppel 23 aus Stahl, vorzugsweise einem härtbaren Stahl, einge­ legt. Der Durchmesser des Knüppels 23 entspricht etwa dem Durchmesser des fertigen Rotors 3 zuzüglich einem Übermaß. Hinsichtlich der Länge ist der Knüppel 23 um das Maß des Zapfens 9 länger, was durch eine gestrichelte Linie 24 angedeutet ist.

Nach dem Einlegen des Knüppels 23 wird das Gesenk 15 geschlossen, wodurch der Knüppel 23 von den Gravurhälften 18, 19 in die Rotorgestalt umgeformt wird. Sodann wird das Gesenk 15 geöffnet und der erhaltene geschmiedete Vor­ formling für den Rotor 3 aus dem Gesenk 15 herausgenommen.

Je nach Füllung der Gravur beim Schmieden kann der Vorformling oder Rohling für den Rotor 3 noch einen in Längsrichtung verlaufenden Schmiedegrat tragen, der durch den Gravurspalt hervorgerufen ist. Dieser Grat wird in bekannter Weise vom Rohling abgeschnitten.

Der insoweit vorbereitete Rohling wird sodann auf der Oberfläche feinbearbeitet. Auch diese Feinbearbeitung ge­ schieht mittels einer Umformtechnik, nämlich der Durch­ drücktechnik, wie dies schematisch in Fig. 3 gezeigt ist.

Zum Feinbearbeiten des Rohlings 3 und zum endgültigen Kalibrieren seines Durchmessers wird eine Düse 25 mit einer Düsenöffnung 26 bereitgestellt. Die Düsenöffnung 26 hat die komplementäre Gestalt eines Abschnitts des ferti­ gen Rotors 3. An ihrer Eingangsseite 27 ist die Düsenöff­ nung 26 mit einer Einlaufschräge 28 versehen.

Zum Durchdrücken des Rohlings durch die Düse 25 ist ein Preßstempel 29 vorgesehen, der an seiner Stirnseite 31 eine Verlängerung 32 trägt, die eine Gestalt entsprechend der Fortsetzung des Rohlings hat, jedoch mit Querschnitts­ abmessungen kleiner als die Düsenöffnung 26. Ihre Länge entspricht der Länge der Düsenöffnung.

Der fertig geschmiedete Rohling wird mit einer Stirn­ seite voraus in den Einlauftrichter 28 der Düse 25 einge­ steckt und auf seiner Rückseite mit dem Stempel 29 bela­ stet. Dabei wird dafür gesorgt, daß der Fortsatz 32 tat­ sächlich, wie erwähnt, entsprechend einer natürlichen Verlängerung des Rohlings ausgerichtet ist. Sodann werden der Stempel 29 und die Düse 25 relativ zueinander bewegt, was dazu führt, daß der Rohling durch die Düsenöffnung 26 hindurchgepreßt wird. Im Bereich des Einlauftrichters 28 bildet sich dabei eine Wulst 33, die während des Durch­ druckvorgangs sich längs dem Rohling in Richtung auf den Stempel 29 bewegt. Der Durchdrückvorgang ist beendet, wenn die schraubenförmige Verlängerung 32 den Rohling völlig durch die Düse 25 gestoßen hat.

Da sowohl der Rohling als auch der fertige Rotor 3 eine schraubenförmige Gestalt haben, muß synchron mit der Durchdrückbewegung auch eine Rotation der Düse 25 gegen­ über dem Rotor 3 erfolgen. Schließlich ist die Düse 25 aus der Sicht des Rotors 3 eine Art Mutter.

Nach dem Durchdrücken des Rohlings durch die Düse 25 ist der Rotor 3 auf der Oberfläche glatt oder zumindest so weit geglättet, daß er nicht die Wand der Pumpenbohrung 6 aufarbeitet. Außerdem ist nach dem Durchdrücken der Rotor 3 hinsichtlich des Durchmessers exakt kalibriert.

Der nun erhaltene fast fertige Rotor 3 wird in einem geeigneten Futter einer Drehmaschine aufgenommen, um den Zapfen 9 an einem der beiden Stirnenden anzudrehen.

Damit ist der Rotor 3 hinsichtlich seiner äußeren Gestalt vollständig fertiggestellt. Er wird anschließend in bekannter Weise aufgekohlt und vergütet oder, falls er bereits genügend Kohlenstoff in der Randzone enthält, induktiv aufgeheizt, abgeschreckt und angelassen und so gehärtet.

Der parallel dazu durch spangebende Fertigungstechni­ ken hergestellte Rotorkopf 11 wird schließlich auf den Zapfen 9 aufgesteckt, womit der gesamte Herstellungsvor­ gang abgeschlossen ist. Das Aufstecken geschieht mit Hilfe eines Wärmeschrumpfvorgangs, d. h. der Rotorkopf 11 wird entsprechend heiß gemacht und auf den kalten Zapfen 9 aufgesteckt. Nach dem Angleichen der Temperaturen ist der Rotorkopf 11 unverdrehbar auf dem Zapfen 9 festgesetzt.

Eine andere Möglichkeit, einen Rohling des Rotors 3 herzustellen, besteht darin, anstelle des Schmiedevorgangs einen Stahlgußrohling zu erzeugen, der nach dem Ausformen ebenfalls durch die Düse 26 durchgedrückt wird, wie dies in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben ist.

Die Verbindung zwischen dem Rotor 3 und dem Antriebs­ kopf 11 ist bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel eine reibschlüssige Fügeverbindung. Es besteht aber auch die Möglichkeit, anstelle der reibschlüssigen Fügeverbindung den Zapfen 9 mit einem Gewinde und die Bohrung 12 mit einem komplementären Innengewinde zu versehen, um den Antriebskopf 11 mit dem Rotor 3 zu verschrauben. Ferner besteht die Möglichkeit, keinen kreiszylindrischen Zapfen 9 zu verwenden, sondern einen prismatischen, beispiels­ weise einen Zapfen mit einem Polygonprofil und den An­ triebskopf 11 im Bereich der Öffnung 12 mit einem kom­ plementären Querschnitt auszugestalten, beispielsweise durch Räumen.

Schließlich ist es denkbar, den auf dem Zapfen 9 aufgesetzten Rotorkopf 11 an der Stoßstelle zwischen Rotorkopf 11 und Rotor 3 laserzuschweißen, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung erhalten wird, ohne daß die Vergütung des Rotors 3 verlorengeht.

Bei einer Exzenterschneckenpumpe ist der Rotor unter Verwendung von Urform- und Umformtechniken hergestellt. Der auf diese Weise erhaltene Rohling, der abgesehen von Aufmaßen hinsichtlich der Außengestalt und des Quer­ schnitts, im wesentlichen mit dem fertigen Rotor überein­ stimmt, wird anschließend durch einen weiteren Umformvor­ gang kalibriert und auf der Oberfläche feinbearbeitet. Dieser weitere Bearbeitungsvorgang ist ein Feinzieh- oder Durchdrückvorgang. Anschließend wird der Antriebskopf unter Verwendung einer Fügetechnik mit dem fertigen Rotor verbunden.

Claims (16)

1. Exzenterschneckenpumpe (1)
mit einem länglichen Stator (2), der über seine Länge von einer Durchgangsöffnung (6) mit schraubenförmiger Gestalt durchsetzt ist, und
mit einem an die Durchgangsöffnung (6) angepaßten schraubenförmigen Rotor (3), dessen Länge im wesentlichen an die Länge des Stators (3) angepaßt ist, wobei dessen schraubenförmige Gestalt durch Urform- oder Umformtechni­ ken und dessen Oberfläche auf der schraubenförmigen Ge­ stalt durch Umformtechniken feinbearbeitet ist,
mit einem Antriebskopf (11), der mit dem Rotor (3) mittels Fügetechniken verbunden ist.

2. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskopf (11) mit dem Rotor (3) über einen Zapfen (9) verbunden ist.

3. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (9) mit dem Antriebskopf (11) einstückig ist und daß der Rotor (3) eine Aufnahme­ bohrung (12) für den Zapfen (9) des Antriebskopfes (11) enthält.

4. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (9) mit dem Rotor (3) ein­ stückig ist und daß der Antriebskopf (11) eine Aufnahme­ bohrung (12) für den Zapfen (9) des Antriebskopfes (11) enthält.

5. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (9) gegenüber der Bohrung (12) ein Übermaß aufweist.

6. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (9) mit der Bohrung (12) durch Wärmeschrumpfen verbunden ist.

7. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (9) und die Bohrung (11) eine prismatische Gestalt aufweisen.

8. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (9) ein zylindrischer Zapfen und die Bohrung (12) eine zylindrische Bohrung ist.

9. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (9) und die Bohrung (12) in Längsrichtung gesehen glatt sind.

10. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen ein Gewinde trägt und die Bohrung ein passendes Gewinde enthält.

11. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (9) bezüglich eines gedach­ ten Zylinders, der die Einhüllende des Rotors (3) ist, koaxial ist.

12. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) aus einem Knüppel (23) geschmiedet ist.

13. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) gegossen ist.

14. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Rotors (3) aus­ schließlich mittels Umformtechniken feinbearbeitet ist.

15. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) mittels Gleitziehen durch eine Düse (25) auf der Oberfläche feinbearbeitet und seine Querschnittsabmessung kalibriert ist.

16. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) mittels Durchdrücken durch eine Düse (25) auf der Oberfläche feinbearbeitet und seine Querschnittabmessung kalibriert ist.