DE19727209A1 - Exzenterschneckenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe gemäß den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Exzenterschneckenpumpen sind rotierende Verdrängerpumpen und auch unter dem Namen ihres Erfinders als Moineau-Pumpen bekannt. Eine Exzenterschnecken­ pumpe hat zwei Förderelemente, den feststehenden Gehäuseeinsatz, der auch als Stator bezeichnet wird, und die rotierende Exzenterschnecke, die auch als Rotor bezeichnet wird. Der Stator weist eine mit über seine Länge gleichbleibenden Querschnitt versehene Längsbohrung auf, die so angeordnet und ausgebildet ist, daß ihre Mittelpunkte auf einer die Längsachse des Stators schraubenlinienförmig umgebenden Bahn liegen. Der Rotor weist über seine gesamte Länge einen kon­ stanten Kreisquerschnitt auf, dessen Mittelpunkt auf einer sich schraubenlinienför­ mig um die Längsachse des Rotors erstreckenden Bahn liegt. Die Steigung der schraubenlinienförmigen Bahn des Rotors ist halb so groß wie die des Stators, so daß die Rotorbahn doppelt so viel Windungen wie die Statorbahn aufweist. Bei Rotation des Rotors innerhalb des Stators wird ein Fluid nach Art einer Ver­ drängerpumpe von einem zum anderen Ende der Pumpe durch einen zwischen Rotor und Stator wandernden Verdrängerraum gefördert.

Eine derartige Exzenterschneckenpumpe ist beispielsweise aus US-PS 2,695,694 bekannt. Bei dieser Pumpe ist zwischen Rotor und Stator ein im wesentlichen zylindrischer Mantel angeordnet, der endseitig am Stator festgelegt ist. Ein solcher, den Rotor gegenüber dem Stator abdichtender Mantel bringt erhebliche Vorteile mit sich, die auch in der vorerwähnten Druckschrift angeführt sind. Die Förderung des Fluids erfolgt zwischen Stator und Mantel, wobei sich der Mantel in bezug auf den Stator ausschließlich radial nähert und wieder entfernt, je nach Stellung des Rotors und somit eine abrasive Drehbewegung am Stator vermieden wird. Die Drehbewegung wird ausschließlich von dem innerhalb des Mantels angeordneten Rotor vollzogen, der in geeigneter Weise geschmiert werden kann. Auf diese Weise kann die Reibung innerhalb der Pumpe verringert werden und die Schmie­ rung und gegebenenfalls auch Kühlung unabhängig vom Förderfluid selbst bei Trockenlauf der Pumpe sichergestellt werden.

Zwar können durch Vorsehen eines solchen elastischen Mantels die Laufeigen­ schaften der Pumpe verbessert und insbesondere der Verschleiß zwischen Rotor und Stator ganz erheblich vermindert werden, doch unterliegt der Mantel selbst hohen Beanspruchungen, insbesondere im Bereich des ersten Drittels seiner Länge bezogen auf die Förderrichtung. Die dort auftretende hohe Torsionsbeanspruchung führt häufig zum vorzeitigen Verschleiß des Mantels, d. h. zur Rißbildung mit denen sich daraus ergebenden negativen Auswirkungen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungs­ gemäße Exzenterschneckenpumpe so auszubilden, daß die Lebensdauer des Mantels und damit auch die Standzeit der Pumpe erhöht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung angegeben.

Demgemäß sieht die Erfindung vor, zwischen Stator und Mantel längs des Förder­ raumes sich erstreckende Formschlußelemente vorzusehen. Diese Formschluß­ elemente sorgen dann, wenn der Mantel durch den sich drehenden Rotor gegen den Stator gedrückt wird, dafür, daß sich der Mantel formschlüssig und dichtend innerhalb des Stators abstützen kann, so daß die sonst vom Mantel aufzunehmenden Torsionskräfte durch Abstützung im Stator aufgefangen werden können. Hierdurch kann eine erhebliche Entlastung des Mantels erfolgen, so daß dieser weicher und dünnwandiger ausgebildet werden kann als bei vergleichbaren bekannten Exzenter­ schneckenpumpen, was zu geringeren Reibungsverlusten führt und die Pumpe insbesondere auch unempfindlich gegen im Fluid mitgeführte Partikel macht.

Die Formschlußelemente sind bevorzugt durch mindestens einen umfangseitig am Mantel vorgesehenen Vorsprung gebildet, der mit Spiel in einer statorseitigen Ausnehmung angeordnet ist. Ein gewisses Spiel in den statorseitigen Ausnehmun­ gen ist zweckmäßig, damit auch dann, wenn der Mantel sich, aus welchen Gründen auch immer, nicht in seiner bestimmungsgemäßen Position befindet, der Vor­ sprung noch zuverlässig in die Ausnehmung eingreifen kann, wenn der Mantel durch entsprechende Rotordrehung in dessen Nähe geführt wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Vorsprung als wendelförmig umlaufende Rippe am Außenumfang des Mantels vorgesehen ist, wobei innerhalb des Stators eine entsprechende Nut in entsprechender Anordnung vorgesehen ist, in welche die Rippe mit Spiel eingreifen kann. Das Vorsehen einer solchen wendelförmigen Rippe mit statorseitiger Nut gewährleistet unabhängig von der Belastung des Mantels stets ein zuverlässiges Eingreifen der Formschlußelemente zwischen Mantel und Stator, da ein Teil dieser Rippe stets innerhalb der Nut angeordnet und somit definiert am Rotor geführt ist.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, zwei um 180° versetzt angeordne­ te Rippen am Mantel vorzusehen sowie entsprechende Nuten im Stator.

Da der Rotor innerhalb des feststehenden Mantels rotiert, sollten die Außenfläche des Rotors sowie die Innenfläche des Mantels möglichst glatt ausgebildet sein. Die Steigung der Rippen am Außenumfang des Mantels muß mit der der Nuten über­ einstimmen, wobei sich die Steigung der Nuten an der des Stators orientiert, d. h. mit dieser übereinstimmt.

Um eine gute Schmierung und gegebenenfalls auch Kühlung zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, den zwischen Mantel und Rotor gebildeten Raum als Teil eines Schmiermittelkreislaufes zu nutzen. Die Rückführung des Schmiermittels erfolgt dabei in einfacher und zugleich zweckmäßiger Weise über einen im Rotor längs verlaufenden Kanal, so daß keine außenliegende Kanalführung erforderlich ist. Ein solcher Kanal kann in einfacher Weise durch eine zentrale Bohrung im Rotor gebildet werden.

Der Mantel gemäß der Erfindung wird vorzugsweise eine im wesentlichen zylin­ drische Form haben und an mindestens einem seiner Enden statorseitig festgelegt sein. Die Anordnung der Formschlußelemente ermöglicht es, daß eine einseitige Festlegung des Mantels am Rotor ausreicht, und zwar am saugseitigen Ende. Der Mantel kann am druckseitigen Ende stirnseitig geschlossen ausgebildet sein. Das saugseitige Ende hingegen ist stets offen und vorzugsweise zum Motor hin trichter­ förmig aufgeweitet ausgebildet, um genügend Freiraum für die Anordnung einer Kardan- oder elastischen Welle zu geben, welche den mit feststehender Rotations­ achse antreibenden Rotor des Motors mit dem sich exzentrisch um diese Achse bewegenden Rotor der Pumpe verbindet. Das motorseitige Ende des Mantels kann durch einen umgebenden Flansch abgeschlossen sein, mit dem der Mantel stator­ seitig festgelegt wird. Vorteilhaft erstreckt sich dieser Flansch zwischen Motor- und Pumpengehäuse, so daß er zugleich eine Dichtfunktion übernimmt. Der Flansch kann an seinem Außenumfang nach Art eines O-Ringes ausgebildet sein, so daß sich die nötige Flächenpressung innerhalb der Dichtfläche ergibt. Gegebe­ nenfalls kann am druckseitigen Ende des Rotors ein Axiallager zwischen Stator und Rotor vorgesehen sein, um die sich ergebenden Axialkräfte des Rotors auf­ zunehmen. In diesem Fall ist der Mantel am druckseitigen Ende stirnseitig offen, jedoch abgedichtet ausgebildet.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Antriebsmotor als flüssigkeitsgefüllter Motor oder als Spaltrohrmotor ausgebildet ist und der Rotorraum des Motors fluidleitend mit dem Inneren des Mantels verbunden, insbesondere in den Schmiermittelkreis­ lauf eingebunden ist. Eine solche Ausbildung ermöglicht es, alle rotierenden Teile von Motor und Pumpe in den selben Schmiermittelkreislauf einzubinden bzw. Schmiermittel zu beaufschlagen. Neben der Sicherstellung der Schmierung sämtli­ cher beweglicher Teile unabhängig vom Fördermedium bietet diese Anordnung noch den besonderen Vorteil, daß auf die sonst übliche Wellendichtung am Motor, die - wie bei Dichtungen üblich - stets eine potentielle Schwachstelle darstellen, ersatzlos entfallen kann. Darüberhinaus kann, wenn zwischen der Motorwelle und dem Rotor der Pumpe anstelle einer elastischen Welle eine Kardanwelle eingesetzt wird, wie dies bei Pumpen höherer Leistung regelmäßig erforderlich sein wird, eine zuverlässige Schmierung der Kardangelenke sichergestellt werden, ohne daß hierfür spezielle Vorkehrungen getroffen werden müssen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in stark vereinfachter Darstellung einen Längsschnitt durch ein Pumpen­ aggregat bestehend aus Exzenterschneckenpumpe und Motor,

Fig. 2 in vergrößerter Perspektivischer Darstellung eine Ansicht des Mantels gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 in schematischer Darstellung von oben nach unten einen Rotor, einen Stator und einen Mantel sowie die Axiallagerung des Rotors.

Das anhand von Fig. 1 dargestellte Pumpenaggregat besteht aus einer Exzenter­ schneckenpumpe 1 und einem Antriebsmotor 2, die achsgleich hintereinander geordnet sind. Der Antriebsmotor ist ein Elektromotor mit außenliegendem gehäusefesten Stator 3 mit darin drehbar angeordnetem Rotor 4. Zwischen Rotor 3 und Stator 4 ist ein Spaltrohr 5 angeordnet, das den Stator 3 gegenüber dem Rotorraum kapselt. Der Antriebsmotor 2 ist innerhalb eines aus Blech geformten Gehäuses 6 angeordnet, das stirnseitige Lager 7 für den Rotor 4 aufnimmt. Das von der Pumpe 1 abgewandte Ende des Gehäuses 6 ist durch einen Deckel 8 dicht abgeschlossen, während das andere Ende nahe der Motorwelle 9 Öffnungen 10 aufweist, die eine Fluidverbindung zum Rotorraum bilden.

Die Exzenterschneckenpumpe 1, die sich mit ihrem Gehäuse 11 axial fluchtend an das Motorgehäuse 6 anschließt, ist in dieser Ausführung einstufig ausgebildet. Demgemäß weist der Stator 12 der Pumpe 1 in seiner zentralen Ausnehmung 13 die Negativform einer Exzenterschnecke mit nur einer Windung auf. Demgemäß ist der innerhalb der Ausnehmung 13 angeordnete Rotor 14 als Exzenterschnecke mit zwei Windungen ausgebildet. Zwischen Rotor 14 und Stator 12 ist ein Mantel 15 angeordnet, der den Rotor 14 hermetisch gegenüber dem Stator und dem zwischen Stator 12 und Mantel 15 geförderten Fluid kapselt. Der Mantel 15 ist entweder wie in Fig. 1 und in Fig. 3 die untere mittlere Darstellung zeigen, endsei­ tig geschlossen und weist eine im wesentlichen zylindrische Form auf oder aber ist, wenn ein zusätzliches Axiallager 16 für den Mantel 15 eingesetzt werden soll, stirnseitig offen ausgebildet und mit Lagerstopfen 16 abgedichtet, wie dies in der unteren Darstellung in Fig. 3 sowie in Fig. 2 zu sehen ist.

Der Mantel 15 weist zwei sich schraubenlinienförmig über die Länge des zylin­ drischen Teiles des Außenumfanges erstreckende rippenartige Vorsprünge 17 auf, deren Form im Querschnitt etwa halbkreisförmig oder halbovalförmig (siehe Fig. 2) ausgebildet ist und denen in der zentralen Ausnehmung 13 des Stators 12 entsprechend angeordnete Nuten 18 zugeordnet sind, welche die Vorsprünge 17 mit Spiel aufnehmen können. Die Windungen der Vorsprünge 17 sowie die Win­ dungen der Nuten 18 entsprechen in Steigung und Anzahl denen des Stators 12, sind also in der dargestellten Ausführung in einer Windung geführt, so daß jeder Vorsprung 17 den Mantel 15 um 360° umschlingt.

An den zylindrischen Teil des Mantels 15 schließt sich zum Antriebsmotor 2 hin ein trichterförmiger Teil 19 an mit einem abschließenden Flansch 20, mit dem der Mantel 15 gehäuseseitig festgelegt ist.

Das Pumpengehäuse 11 ist aus einem Metallrohr geformt und weist im Bereich des Stators 12, mit dem es fest verbunden ist, zylindrische Form auf, jedoch mit kleinerem Durchmesser als das Gehäuse 6 des Antriebsmotors. Zum Antriebs­ motor 2 hin ist das Pumpengehäuse 11 konusförmig aufgeweitet und endseitig im Querschnitt L-förmig umgebördelt. In dem konusförmigen Bereich sind Öffnungen 21 vorgesehen, welche zum Eintritt des Fluids in den Saugbereich der Pumpe vorgesehen sind. Über diese Öffnungen 21 sind auch Schrauben 22 (siehe Fig. 1) zugänglich, mit denen das Pumpengehäuse 11 am Motorgehäuse 6 unter Einglie­ derung des Flansches 20 verbunden ist. Zu seinem freien Ende hin läuft das Pum­ pengehäuse verjüngend zu einem Druckstutzen 23 zu. Im Bereich zwischen dem Druckstutzen 23 und dem in Fig. 1 oberen Ende des Motors 14 wird gegebenen­ falls das in Fig. 3 in der unteren Darstellung gezeigte Axiallager 16 angeordnet, wobei dann das freie Ende des Mantels 15 gegenüber dem Axiallager festzulegen, zumindest jedoch abzudichten ist.

Der Rotor 14 weist eine zentrale Bohrung 24 auf und ist im übrigen entweder über eine Kardanwelle oder, wie in Fig. 1 dargestellt, über eine elastische Welle 25 mit der Welle 9 drehfest verbunden.

Im Betrieb wird der Rotor 14 über die Motorwelle 9 und die elastische Welle 25 angetrieben. Der sich innerhalb der zentralen Ausnehmung 13 des Stators 12 drehende Rotor erzeugt in an sich bekannter Weise einen von der Saugseite zur Druckseite schraubenlinienförmig wandernden Förderraum, wobei das Förderfluid durch die Öffnungen 21 in das Pumpengehäuse 11 eintritt. Es gelangt dann zwi­ schen der Außenseite des Mantels 15 und der Innenseite der Statorausnehmung zum Druckstutzen 23, wo es austritt.

Innerhalb des Mantels 15, der mit Schmiermittel gefüllt ist, wird durch die Rota­ tion des Rotors 14 Schmiermittel vom motorseitigen Ende in Richtung zum Druckstutzen 23 gefördert. Dort gelangt es in die zentrale Bohrung 24 des Rotors 14, die den Rücklauf des dadurch gebildeten Schmiermittelkreislaufes darstellt. Über die Öffnungen 10 ist dieser Schmiermittelkreislauf mit dem Rotorraum des Antriebsmotors 2 verbunden. Dieser Schmiermittelkreislauf bietet als weiteren Vorteil, Verlustwärme des Motors 2 durch den Mantel 15 auf den Förderstrom zu übertragen. Im Rotorraum ist ein Sensor 26 angeordnet, der jedoch auch an beliebi­ ger anderer Stelle des Schmiermittelkreislaufes sitzen kann und die Leitfähigkeit des Schmiermittels mißt. Dieser Sensor dient zum Erkennen einer Undichtigkeit zwischen dem Förderfluidstrom und dem Schmiermittelkreislauf, wodurch bei Nachschaltung einer entsprechenden Auswert- und Steuerelektronik sichergestellt werden kann, daß beim Entweichen des Schmiermittels oder wenn Förderfluid durch eine Leckage in den Schmiermittelkreislauf gelangt, ein entsprechendes Warnsignal gegeben wird oder gegebenenfalls der Motor automatisch gestoppt wird.

Das dargestellte Pumpenaggregat kann, soweit es die Gehäuseteile angeht, kosten­ günstig aus Blechformteilen hergestellt werden. Der Stator besteht aus einem üblichen hartelastischen Material, zum Beispiel Hartgummi. Der Rotor muß aus einem demgegenüber als starr anzusehenden Material, beispielsweise Stahl, gefertigt sein. Wegen der guten Schmierverhältnisse und des praktisch nicht gegebenen abrasiven Verschleißes kann der Rotor auch aus Kunststoff bestehen. Der Mantel 15 besteht aus weichelastischem Material, beispielsweise Silikon oder Gummi und kann faserverstärkt ausgebildet sein, beispielsweise durch Kohlefa­ sern, oder mehrschichtig aufgebaut sein.

Die vorstehend beschriebene Erfindung findet auch Anwendung bei mehrstufigen Pumpen und Pumpen mit anderen Gangzahlen.

Bezugszeichenliste

1

Exzenterschneckenpumpe

2

Antriebsmotor

3

Stator des Motors

4

Rotor des Motors

5

Spaltrohr

6

Motorgehäuse

7

Lager des Motors

8

Deckel des Motorgehäuses

9

Welle des Motors

10

Öffnungen im Motorgehäuse

11

Pumpengehäuse

12

Stator der Pumpe

13

zentrale Ausnehmung im Stator

14

Rotor der Pumpe

15

Mantel

16

Axiallager der Pumpe

17

Vorsprünge am Mantel

18

Nuten in

13

19

trichterförmiger Teil

20

Flansch

21

Öffnungen

22

Schrauben

23

Druckstutzen

24

zentrale Bohrung von

14

25

elastische Welle

26

Sensor

Claims (15)

1. Exzenterschneckenpumpe mit einem Stator (12), mit einem im Stator drehbar angeordneten Rotor (14) in Form einer Exzenterschnecke, und mit einem zwischen Rotor und Stator angeordneten elastischen Mantel (15), der statorseitig festgelegt ist und den Rotor (14) gegenüber dem zwischen Stator (12) und Mantel (15) gebildeten Förderraum hermetisch abschließt, dadurch gekennzeichnet, daß längs des Förderraumes Formschlußelemente (17, 18) zwischen Stator (12) und Mantel (15) vorgesehen sind.

2. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (15) umfangseitig mindestens einen Vorsprung (17) aufweist, der mit Spiel in einer statorseitigen Ausnehmung (18) dichtend angeordnet ist.

3. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Mantel (15) umfangseitig mindestens eine wen­ delförmig umlaufende Rippe (17) vorgesehen ist, die mit Spiel in eine entspre­ chend im Stator (12) vorgesehene Nut (18) eingreift.

4. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei um 180° versetzt angeordnete Rippen (17) am Mantel (15) und entsprechend zwei Nuten (18) im Stator (12) vorgesehen sind.

5. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Rippen (17) und der Nuten (18) mit der des Stators (12) übereinstimmt.

6. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Mantel (15) und Rotor (14) gebildete Raum Teil eines Schmiermittelkreislaufes bildet, und daß der Rotor (14) einen darin längsverlaufenden Kanal (24) aufweist, der ebenfalls Teils dieses Schmier­ mittelkreislaufes bildet.

7. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der längsverlaufende Kanal im Rotor (14) durch eine zentrale Bohrung (24) gebildet ist.

8. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (15) im wesentlichen zylindrische Form hat und an mindestens einem seiner Enden (20) am Stator (12) festgelegt ist.

9. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (15) einen zum Motor hin trichterförmig aufgeweiteten Teil (19) aufweist.

10. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (15) an seinem motorseitigen Ende einen Flansch (20) aufweist, mit dem er dichtend zwischen Motor und Pumpengehäuse festlegbar ist.

11. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß der An­ triebsmotor (2) der Pumpe (1) flüssigkeitsgefüllt, vorzugsweise ein Spaltrohrmotor ist und daß der Rotorraum des Motors (2) fluidleitend mit dem Mantelinneren verbunden ist.

12. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (7) für den Rotor (4) des Motors (2) und die für den Rotor (14) der Pumpe (1) sowie die ggf. vorhandenen Kardangelenke einer verbindenden Welle (25) zwischen dem Rotor (4) des Motors (2) und dem Rotor (14) der Pumpe (1) in einem schmiermittelgefüllten Raum liegen, der motorseitig durch ein Spaltrohr (5), sowie das Motorgehäuse (6, 8) und pumpen­ seitig durch den Mantel (15) begrenzt und abgeschlossen ist.

13. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (15) faserverstärkt ausgebildet ist.

14. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am druckstutzenseitigen Ende des Mantels ein Axiallager (16) für den Rotor (14) der Pumpe (1) derart angeordnet ist, daß eine Schmiermittelbeaufschlagung vom Mantelinneren her erfolgt.

15. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (15) aus Kunststoff besteht.