DE19847406C2 - Stator für Exzenterschneckenpumpen - Google Patents
Stator für ExzenterschneckenpumpenInfo
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- F04C2/1073—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type where one member is stationary while the other member rotates and orbits
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für Exzen
terschneckenpumpen und insbesondere einen Stator mit einem
leicht austauschbaren elastomeren Innenteil. Derartige Sta
toren werden üblicherweise als Einschubstatoren bezeichnet.
Statoren bestehen in der Regel aus einem elastomeren, im
wesentlichen zylindrischen Formteil mit einem inneren Pum
penhohlraum, der entsprechend einer ein- oder mehrgängigen
Schnecke geformt ist und den Rotor aufnimmt. Der Pumpen
hohlraum ist überlicherweise so bemessen, daß das Elastomer
mit Vorspannung außen am Rotor anliegt. Der elastomere in
nere Teil wird in der Regel von einem stabilisierenden Man
tel umschlossen.
Im Förderbetrieb verschleißt sich das Elastomerteil. Der
Verschleiß kann zunächst durch Nachspannen des Stators aus
geglichen werden. Nach einer gewissen Betriebszeit ist es
jedoch erforderlich, den Stator auszubauen und den Elasto
merteil oder den ganzen Stator zu ersetzen.
Aus Kostengründen und unter ökologischen Gesichtspunkten
ist es vorteilhaft, lediglich das elastomere Innenteil zu
ersetzen und nicht den Stator insgesamt.
Die Statoren des Standes der Technik, bei denen der Elasto
merteil auf relativ einfache Art und Weise ausgewechselt
werden kann, weisen jedoch einige Nachteile auf. Hierzu
zählt beispielsweise, daß sich der Elastomerkörper im För
derbetrieb radial verdreht und sich dadurch die Geome
trie des Pumpenhohlraums auf nicht erwünschte Weise ändert.
Zudem treten an oberer und unterer Stirnseite derartiger
Statoren immer wieder Undichtigkeiten auf. Die Statoren
können daher im allgemeinen nur bei geringen Förderdrücken
eingesetzt werden, während sie bei hohen Förderdrücken nicht
oder nur schlecht einsetzbar sind.
Statt der Statoren mit herausnehmbarem Elastomerteil sind
daher Verbundsysteme vorgeschlagen worden, bei denen der
Elastomerhohlkörper fest mit dem stabilisierenden Mantel
verbunden ist. Beispielsweise ist der Elastomerkörper in
den Mantel eingeklebt oder einvulkanisiert. Diese Verbund
materialien besitzen zwar wegen der besseren Befestigung
des Elastomerteils im Mantel eine bessere Dichtigkeit,
lassen sich aber entsprechend schlecht in ihre einzelnen
Komponenten zerlegen. Aus ökologischer Sicht ist dies von
großem Nachteil, da derartige Statoren nur schlecht recy
clingfähig sind.
Für das Recycling ist es erforderlich, den Stator in die
einzelnen Materialien aufzutrennen. Eine Möglichkeit ist
das Ausschmelzen des Elastomers aus dem Stahlmantel bei
hoher Temperatur. Die andere besteht darin, den Stator in
flüssigem Stickstoff abzukühlen und den in der Kälte ge
schrumpften Elastomerteil aus dem Mantel herauszupressen.
Beide Verfahren erfordern einen erheblichen Energieauf
wand, der unter ökologischen Aspekten nicht wünschenswert
ist, und sind zudem aufwendig und kostenintensiv. Im Falle
des erstgenannten Verfahrens kann es darüber hinaus durch
die hohen Temperaturen bedingt zu einer Zersetzung des
Elastomers oder des verwendeten Haftmittels kommen und
damit zu einer weiteren Schädigung der Umwelt.
Auch die Verwendung von Lösemitteln oder sonstigen Chemi
kalien zum Heraustrennen des Elastomerkörpers aus dem
Mantel ist aus ökologischer Sicht nicht erwünscht.
Bei der Verwendung von Statoren in der Praxis hat es sich
als ein weiterer Nachteil herausgestellt, daß, insbesonde
re bei Pumpen mit senkrecht oder steil anstehendem Stator
mit nach oben gerichteter Saugöffnung, der Stator oftmals
mangelhaft eingespannt wird. Wird aus Unkenntnis oder man
gelnder Sorgfalt der Stator lediglich auf der Saugseite der
Pumpe mit dem dort befindlichen Spannmittel, beispielsweise
einer Spannschelle, festgespannt, nicht dagegen auf der
Druckseite, wird der erforderliche Druck nicht über die
gesamte Länge des Stators aufgebaut. Hierdurch wird der
Materialdurchfluß eingeschränkt und die Leistung der Pumpe
verringert sich.
Wird der Stator nur oder überwiegend nur an der Saugseite
gespannt, ist der Zufluß von Material behindert und der er
forderliche Druck kann sich nicht aufbauen. Wünschenswert
ist daher ein Stator, der über seine gesamte Länge gleich
mäßig gespannt werden kann.
Ein Stator, welcher die oben beschriebenen Nachteile weit
gehend vermeidet, ist im deutschen Gebrauchsmuster Nr. 295
16 885 beschrieben. Der Stator weist einen elastomeren
Innenkörper mit auf der Außenoberfläche angeordneten Erhe
bungen auf. Diese Erhebungen greifen in Ausnehmungen von
stabilisierenden Außenteilen ein, welche von außen an den
Elastomerkörper angelegt werden. Die stabilisierenden
Außenteile werden durch einen rohrförmigen Mantel mit zy
lindrischer Außenkontur zusammengehalten, welcher über die
Außenteile geschoben wird. Zum Nachspannen des Stators wird
der zunächst verwendete zylindrische Mantel durch einen an
deren zylindrischen Mantel ersetzt, der einen geringeren
Innendurchmesser als der erste Mantel aufweist. Eine gute
Dichtigkeit an Saug- und Druckseite wird durch die speziel
le Ausgestaltung der Stirnseiten des Elastomerkörpers er
reicht. Zur Erhöhung der Dichtigkeit sind an beiden Stirn
seiten des Stators speziell ausgebildete O-ringförmige
Flansche vorgesehen.
Der in der DE 295 16 885 U1 beschriebene Stator ist Aus
gangspunkt für die vorliegende Erfindung. Dieser Stator
hat sich auch unter schwierigen Bedingungen, wie sie häufig
auf Baustellen angetroffen werden, bewährt. Ein Nachteil
besteht jedoch darin, daß zum Aufziehen des zylindrischen
Mantels ein erheblicher Kraftaufwand erforderlich ist.
Gleiches gilt beim Abziehen des Mantels, um den verschlis
senen Elastomerinnenkörper auswechseln zu können oder um
den Stator durch Aufsetzen eines engeren Mantels nachzu
spannen. Sind die Komponenten zudem verschmutzt, wie dies
auf Baustellen leicht geschehen kann, bereitet das Auswech
seln selbst mit geeigneten Werkzeugen wie Maul- oder Ring
schlüsseln erhebliche Schwierigkeiten.
Die DE-OS 15 53 197 beschreibt einen Stator für eine Ex
zenterschneckenpumpe, welche aus einem kegeligen Elasto
mer-Innenteil und einem ebenfalls kegelig ausgebildeten Ge
häuse besteht. Der Stator soll dadurch nachspannbar sein,
dass sich das Elastomerteil durch den Förderdruck in Rich
tung auf die Saugseite mit dem geringeren Durchmesser hin
verschiebt. Ein aktives und gezieltes Nachspannen ist bei
diesem Stator nicht möglich. Zudem ist der Elastomerteil
mit Metallarmierungen versehen, welche das Recycling des
Elastomerkörpers erschweren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
einen Stator zur Verfügung zu stellen, welcher ein heraus
nehmbares elastomeres Innenteil aufweist, das sich am Ein
satzort des Stators möglichst ohne Zuhilfenahme von Werk
zeugen aus dem Stator entfernen läßt. Der Stator sollte
sich zudem auf einfache Weise nachspannen lassen und auch
unter schwierigen Betriebsbedingungen eine gute Dichtig
keit aufweisen.
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit dem Stator gemäß An
spruch 1. Zweckmäßige und bevorzugte Ausführungsformen er
geben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft also einen Einschubstator für Exzen
terschneckenpumpen, welcher einen herausnehmbaren Elasto
merkörper mit einem im wesentlichen zylindrischen Grundauf
bau sowie wenigstens ein an der Außenoberfläche des Elasto
merkörpers anliegendes Außenteil und einen das wenigstens
eine Außenteil umgebenden Stützmantel umfaßt. Im Inneren
des Elastomerkörpers verläuft in axialer Richtung ein Pum
penhohlraum zur Aufnahme eines Rotors. Dieser Pumpenhohl
raum kann auf übliche Weise nach Art einer ein- oder mehr
gängigen Schnecke geformt sein. Auf dem äußeren Umfang des
Elastomerkörpers sind Erhebungen und/oder Vertiefungen vor
handen, welche formschlüssig in entsprechende Vertiefungen
und/oder Erhebungen des wenigstens einen Außenteils ein
greifen. Das wenigstens eine Außenteil wiederum wird von
dem Stützmantel umgeben, welcher den Einschubstator zusam
menhält.
Erfindungsgemäß ist das wenigstens eine Außenteil konisch
ausgebildet und zwar derart, daß sein Außendurchmesser von
der Saugseite des Stators zu dessen Druckseite hin zunimmt.
Entsprechend der Konizität des Außenteils oder der Außen
teile ändert sich der Innendurchmesser des Stützmantels, so
daß dieser im wesentlichen ganzflächig mit seiner Innen
fläche auf dem wenigstens einen Außenteil aufliegt.
Erfindungsgemäß besitzt also das wenigstens eine Außenteil,
welches an dem Elastomerkörper anliegt, auf der Saugseite
des Stators einen kleineren Außendurchmesser als auf der
Druckseite des Stators. Bevorzugt nimmt der Außendurchmes
ser des wenigstens einen Außenteils von der Saugseite - also
der Seite, an welcher das zu fördernde Medium in den Stator
eintritt - zur Druckseite hin kontinuierlich zu. Gleiches
gilt entsprechend für den Innendurchmesser des Stützman
tels, welcher das wenigstens eine Außenteil umgibt.
Die Konizität wird dabei so gewählt, daß der Stützmantel
bei den üblichen Einsatzbedingungen in der gewünschten Po
sition verbleibt und sich nicht verschiebt.
Die Konizität wird also je nach Druckbedingungen im Inneren
des Stators während des Betriebs so gewählt, daß es zu ei
ner Selbsthemmung des Stützmantels auf dem Außenteil kommt.
Obgleich der Stator während des Betriebs sehr stabil ist
und der Stützmantel während des Betriebs fest auf dem we
nigstens einen Außenteil sitzt, kann der Stator zum Aus
wechseln des Elastomerkörpers mit geringem Kraftaufwand
in seine einzelnen Komponenten zerlegt werden. Hierzu muß
lediglich der Stützmantel in Richtung auf die Saugseite des
Stators hin weggedrückt oder weggeschlagen werden. Wegen
des abnehmenden Außendurchmessers des wenigstens einen
Außenteils in Richtung auf die Saugseite hin ist dies sehr
leicht möglich. Es ist üblicherweise ausreichend, den
druckseitigen Rand des Stützmantels auf einen Vorsprung
aufzuschlagen, um den Stützmantel von dem wenigstens einen
Außenteil zu lösen. Es ist also keinerlei spezielles Werk
zeug vonnöten, um den erfindungsgemäßen Stator in seine
Einzelkomponenten zu zerlegen und ein verschlissenes Ela
stomerteil zu ersetzen.
Auch das Zusammensetzen des Stators und das Aufsetzen des
Stützmantels von der Saugseite her ist einfach und ohne
großen Kraftaufwand möglich.
Die konische Ausgestaltung von Außenteilen und Stützmantel
erleichtert zudem das Nachspannen des Stators. Im Falle der
DE 295 16 885 U1 wird der Stator bei Verwendung rohrförmi
ger Stützmäntel dadurch nachgespannt, daß ein erster Stütz
mantel durch einen weiteren Stützmantel mit einem geringe
ren Innendurchmesser ersetzt wird. Hierzu muß also der er
ste Stützmantel vollständig von den Außenteilen entfernt
und durch den zweiten Stützmantel ersetzt werden. Im Falle
des erfindungsgemäßen Stators ist ein derartiger Austausch
des Stützmantels nicht erforderlich. Wird ein
röhrenförmiger Stützmantel verwendet, dessen Innendurchmes
ser von der Saugseite zur Druckseite des Stators hin zu
nimmt, muß der Stützmantel nur weiter in Richtung auf die
Druckseite hin auf dem wenigstens einen Außenteil vorge
schoben werden. Dadurch daß der Außendurchmesser des wenig
stens einen Außenteils erfindungsgemäß von der Saugseite
zur Druckseite hin ebenfalls zunimmt, werden durch Ver
schieben des Stützmantels die Außenteile weiter aufeinander
zubewegt und so der Pumpenhohlraum verkleinert. Bei einer
kontinuierlichen Zunahme des Außendurchmessers des wenig
stens einen Außenteils beziehungsweise des Innendurchmes
sers des Stützmantels ist eine kontinuierliche Verengung
des Pumpenhohlraums und damit ein stufenloses und gleich
mäßiges Nachspannen des Stators möglich. Dabei kann weder
versäumt werden, sowohl Druck- als auch Saugseite des Sta
tors zu spannen, noch kann es wegen der konischen Ausbil
dung zu einer Verwechslung der Statorseiten kommen.
Um den Stützmantel auf dem wenigstens einen Außenteil ver
schieben zu können, ist dieser kürzer als das wenigstens
eine Außenteil, auf dem er aufliegt. In der Praxis hat sich
eine um etwa 20% geringere Länge des Stützmantels gegen
über der Länge des wenigstens einen Außenteils bewährt.
Um das Aufschieben des Stützmantels auf das wenigstens eine
Außenteil zu erleichtern, weist der Stützmantel zweckmäßig
in seinem druckseitigen Bereich am Innenrand eine Rundung
oder Fase auf.
Wegen der oben beschriebenen Nachspannmöglichkeit ist der
Stützmantel des erfindungsgemäßen Stators röhrenförmig aus
gestaltet. Im Falle einer im wesentlichen gleichmäßigen
Wandstärke des Mantels und bei kontinuierlich ansteigendem
Innendurchmesser besitzt der Stützmantel also
im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfmantels. Es ist
jedoch grundsätzlich auch möglich, den Stützmantel mit ver
änderlicher Wandstärke auszubilden, so daß beispielsweise
die äußere Gestalt im wesentlichen einem Zylinder ähnelt.
Um den Stator im Betrieb gegen Verdrehen zu sichern, kann
die Außenkontur des Stützmantels zudem in Form eines Mehr
ecks ausgebildet sein, so daß der Stator bei Betrieb ver
drehsicher eingespannt werden kann. Alternativ ist es mög
lich, auf der Außenoberfläche des Stützmantels einen oder
mehrere Vorsprünge oder Halterungen anzubringen, die dem
gleichen Zweck dienen. Diese Verdrehsicherungen können
beispielsweise durch Anlage an die Zuganker einer Bauma
schine befestigt werden.
Der Stützmantel des erfindungsgemäßen Stators besteht
zweckmäßig aus einem formstabilen, bruchsicheren Material.
Dies kann beispielsweise ein geeigneter Kunststoff wie
Hartgummi sein. Vorzugsweise besteht der Stützmantel je
doch aus Metall und insbesondere aus Stahl.
Als Material für das wenigstens eine Außenteil eignet sich
ebenfalls ein formstabiles Material wie Metall, Festholz
oder ein geeigneter Kunststoff. Beispielhaft können insbe
sondere Polypropylen und Phenolharz-getränktes Festholz wie
OBO-Festholz genannt werden.
Der Elastomerkörper kann aus den bisher hierfür geeigneten
Materialien hergestellt sein. Dies sind elastomere Kunst
stoffe wie Gummi, natürlicher oder synthetischer Kautschuk.
Besonders geeignet ist z. B. Polyurethan.
Von seinem Grundaufbau kann der Elastomerkörper im wesent
lichen demjenigen ähneln, der in der DE 295 16 885 U1 be
schrieben ist. Entsprechend den Erhebungen und/oder Vertie
fungen des dort beschriebenen Elastomerkörpers sind auch
die Vertiefungen und/oder Erhebungen im wenigstens einen
Außenteil ausgebildet, welches auf dem Elastomerkörper auf
liegt. So können beispielsweise die Erhebungen in Elasto
merkörper und/oder Außenteil als längliche Stege oder Nop
pen jeglicher Form ausgebildet sein. Alternativ können die
Erhebungen in der Art eines Gewindes gebildet sein, das in
ein entsprechendes Gegengewinde formschlüssig eingreift.
Im Unterschied zur DE 295 16 885 U1 ist jedoch bevorzugt,
die Höhe der Erhebungen auf dem Elastomerkörper der Koni
zität der Außenteile des Stators anzupassen. Zweckmäßig
nimmt deshalb die Höhe der Erhebungen in Richtung auf das
druckseitige Ende des Stators hin zu und zwar derart, daß
die Erhebungen im wesentlichen in einer Ebene mit der be
nachbarten Außenoberfläche des Außenteils abschließen. Im
montierten Zustand liegen deshalb die Oberflächen der Erhe
bungen ebenfalls am Stützmantel an. Dies stellt sicher, daß
der erfindungsgemäße Stator auch bei sehr hohen Drucken von
z. B. 50 bar oder mehr verwendet werden können.
Besonders bevorzugt ist es, daß der Elastomerkörper wenig
stens eine paßfederartige Erhebung aufweist, welche in im
wesentlichen axialer Richtung verläuft und in einen nut
ähnlichen Schlitz im wenigstens einen Außenteil formschlüs
sig eingreift. Eine solche Ausgestaltung verhindert beson
ders wirkungsvoll ein Verdrillen oder axiales Verrutschen
des Elastomerkörpers. Um eine gute stirnseitige Dichtigkeit
des erfindungsgemäßen Stators zu erreichen, erstreckt sich
der nutähnliche Schlitz vorzugsweise nicht über die gesamte
Länge des wenigstens einen Außenteils, und entsprechend be
sitzt die paßfederartige Erhebung eine geringere Länge als
diejenige des Elastomerkörpers.
Eine gute stirnseitige Dichtigkeit des Stators kann er
reicht werden, wenn der Elastomerkörper an seiner oberen
und/oder seiner unteren Stirnseite einen flanschähnlichen
Vorsprung aufweist. Das wenigstens eine Außenteil ist dann
zweckmäßig so ausgebildet, daß es stirnseitig an die
flanschähnlichen Vorsprünge des Elastomerkörpers angrenzt.
Zweckmäßig weist das wenigstens eine Außenteil also eine
entsprechend geringere Höhe als der Elastomerkörper auf.
Der flanschähnliche Vorsprung ist vorzugsweise gerieft oder
O-ringförmig.
Besonders bevorzugt sind flanschähnlicher Vorsprung und das
wenigstens eine Außenteil so ausgebildet, daß das Außenteil
in einen Hinterschnitt des flanschähnlichen Vorsprungs ein
greift. Der flanschähnliche Vorsprung nimmt also in seiner
Dicke in radialer Richtung von innen nach außen zu. Ent
sprechend ist das wenigstens eine Außenteil an einer oder
beiden Stirnseiten so angeschrägt, daß der Innenrand in
axialer Richtung über den Außenrand vorsteht. Auf diese
Weise wird verhindert, daß der flanschähnliche Vorsprung
bei Betrieb des Stators durch den auf dem Stator anliegen
den Druck radial nach innen gezogen wird und es so an den
Stirnseiten zu Undichtigkeiten kommt. Der Hinterschnitt
fixiert zudem das Außenteil an dem Elastomerkörper und
verhindert, daß beide Teile auseinanderfallen, bevor der
Stützmantel aufgesetzt ist.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenigstens zwei
Außenteile zu verwenden, die im wesentlichen die Form eines
in Längsrichtung geteilten Kegelstumpfmantels aufweisen.
Vorzugsweise werden zwei Kegelstumpfmantel-Längssegmente
verwendet. Es ist jedoch ebenfalls möglich 3, 4 oder mehr
derartige Längssegmente zu verwenden. Diese Längssegmente
umgeben den Elastomerkörper im wesentlichen vollständig.
Um ein Nachspannen des Stator zu ermöglichen, ist es jedoch
zweckmäßig, zwischen den einzelnen Längssegmenten einen ge
ringen Längsspalt zu belassen, der beim Nachspannen des
Stators verengt wird. Dadurch verengt sich der von den Aus
senteilen umschlossene Raum, und der Elastomerkörper wird
fester an den Rotor angepreßt.
Werden mehrere Längssegmente als Außenteile verwendet, kön
nen diese entweder voneinander getrennt auf den Elastomer
körper aufgesetzt und dann mit dem Stützmantel fixiert wer
den. Alternativ ist es möglich, die Außenteile schwenkbar
miteinander zu verbinden. Hierzu können beispielsweise
Scharniere dienen.
Zusätzlich zur Konizität der äußeren Oberfläche kann auch
der Innenbereich des wenigstens einen Außenteils konisch
zulaufend ausgebildet sein. Eine entsprechende Maßnahme ist
bereits in der DE 295 16 885 U1 beschrieben. Die Verringe
rung des Innendurchmessers des wenigstens einen Außenteils
von der Saugseite des Stators hin zu dessen Druckseite
führt zu einer stärkeren Vorspannung in Richtung auf die
Druckseite und damit zum Aufbau eines Druckgradienten in
nerhalb des Stators. Durch geeignete Wahl der Innenkoni
zität des wenigstens einen Außenteils des erfindungsgemäßen
Stators können die Druckverhältnisse im Stator gezielt und
positiv beeinflußt werden.
Zur Fixierung des Stützmantels oder um zu verhindern, daß
der Stator zu fest gespannt wird, kann im druckseitigen Be
reich des wenigstens einen Außenteils ein über den äußeren
Umfang herausragender Vorsprung, beispielsweise ein An
schlagflansch, vorhanden sein, der verhindert, daß der
Stützmantel zu weit auf die Druckseite hin vorgeschoben
werden kann.
Wie bereits erwähnt, können die Außenteile aus Kunststoff
wie beispielsweise Polypropylen hergestellt sein. Zweck
mäßig erfolgt die Herstellung durch ein Spritzgießverfah
ren. In diesem Fall ist es jedoch sehr schwierig, die recht
dickwandigen Teile maßgenau herzustellen. Um dennoch zu er
reichen, daß das wenigstens eine Außenteil gleichmäßig auf
dem Elastomerkörper aufliegt und ein guter Oberflächenkon
takt erhalten wird, kann im druckseitigen Bereich des Aus
senteils wenigstens ein in axialer Richtung verlaufender
Schlitz vorhanden sein. Dieser Schlitz erhöht die Anpas
sungsfähigkeit zwischen Elastomerkörper und Außenteil.
Der Schlitz kann beispielsweise vom druckseitigen Rand des
wenigstens einen Außenteils bis etwa über zwei Drittel der
Länge des Außenteils verlaufen.
Zusätzlich oder alternativ zu den Längsschlitzen können
kürzere Schlitze vorhanden sein, die vom druckseitigen Rand
bis zu einer Vertiefung verlaufen, die zur Aufnahme einer
Erhebung des Elastomerkörpers bestimmt ist.
Die Erfindung soll nachfolgend am Beispiel von Zeichnungen
näher erläutert werden. Darin zeigen schematisch
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsge
mäßen Einschubstator;
Fig. 2 einen Elastomerkörper eines erfindungsgemäßen
Stators in Seitenansicht;
Fig. 3 ein Außenteil eines erfindungsgemäßen Sta
tors;
Fig. 4 einen Elastomerkörper eines erfindungsgemäßen
Stators mit aufgesetztem Außenteil;
Fig. 5 einen Elastomerkörper mit einem anderen Bei
spiel eines aufgesetzten Außenteils; und
Fig. 6 eine Schnittansicht eines Elastomerkörpers
mit zwei aufgesetzten Außenteilen entlang der
Linie A-A in Fig. 5.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein Beispiel eines erfindungsge
mäßen Stators im Längsschnitt im Bereich der Mittelachse
des Stators. Der Einschubstator 1 umfaßt einen Elastomer
körper 2 sowie zwei Außenteile 3. Jedes der beiden Außen
teile 3 umgibt den Elastomerkörper 2 im wesentlichen halb
kreisförmig. Die Schnittansicht zeigt einen Bereich, in
welchem in einem der Außenteile 3 beidseitig nutähnliche
Längsschlitze vorhanden sind, so daß von dem Außenteil
nur die jeweils stirnseitigen Bereiche zu sehen sind. Der
Außendurchmesser des Außenteils 3 nimmt von der Saugseite
des Stators in Richtung auf die Druckseite hin kontinuier
lich zu. Die Saugseite des Stators, also diejenige Seite,
an welcher das zu fördernde Medium in den Stator eintritt,
befindet sich in der Darstellung oben, die Druckseite im
unteren Bereich der Figur. Entsprechend ist der Außendurch
messer d1 an der oberen Stirnseite des Außenteils kleiner
als der Durchmesser d2 im druckseitigen Randbereich des
Außenteils.
Das Außenteil 3 liegt mit seiner gesamten Innenfläche an
der Außenfläche des Elastomerkörpers 1 an. Der Elastomer
körper 2 ist im wesentlichen zylindrisch aufgebaut. In sei
nem Inneren erstreckt sich in axialer Richtung der Pumpen
hohlraum 5, der hier nach Art einer eingängigen Schnecke
ausgebildet ist. Auf der zylindrischen Außenoberfläche des
Elastomerkörpers 2 befinden sich insgesamt vier paßfeder
ähnliche Erhebungen 6 gleichmäßig über den Außenumfang des
Elastomerkörpers verteilt. Die Paßfedern 6 greifen form
schlüssig in die nutähnlichen Ausnehmungen 7 der beiden
Außenteile 3 ein. Die Höhe der Paßfedern nimmt von der
Saugseite in Richtung auf die Druckseite hin zu. Die Höhe
ändert sich dabei derart, daß die Oberfläche der Paßfedern
6 mit der Außenoberfläche der Außenteile 3 abschließt.
An beiden Stirnseiten des Elastomerkörpers 2 sind flansch
ähnliche Vorsprünge 8 vorhanden. Diese Vorsprünge sorgen
für eine gute Dichtigkeit an den Stirnseiten des Stators.
Die im wesentlichen O-ringförmigen Flansche 8 sind so aus
gebildet, daß sie ihre Dicke radial von innen nach außen
ändern. Wie in Fig. 1 ersichtlich, nimmt die Dicke der
Flansche 8 radial nach außen zu. Entsprechend der Dicken
zunahme der Flansche sind die stirnseitigen Randbereiche
der Außenteile 3 angeschrägt. Die Schrägung 9 verläuft so,
daß der radial innen liegende Rand des Außenteils 3 über
den radial äußeren Rand vorsteht. Diese Anordnung von
Flanschen 8 und Schrägung 9 der Außenteile 3 hat einer
seits den Vorteil, daß die Außenteile 3 bereits auf dem
Elastomerkörper 1 halten bleiben, bevor der Stützmantel 4
auf die Außenteile aufgeschoben wird. Andererseits verhin
dert diese Ausbildung, daß die Flansche 8 bei Betrieb des
Stators durch den am Stator anliegenden Druck radial nach
innen gezogen werden und so Undichtigkeiten an den Stirn
seiten entstehen.
Nach dem Aufsetzen der Außenteile 3 auf den Elastomerkör
per wird der Stützmantel 4 aufgeschoben. Dies wird durch
die Halterung 13, welche zu beiden Seiten des Stützmantels
vorsteht, erleichtert. Die Halterung kann zudem am Zug
anker einer Baumaschine befestigt werden, um so den Stator
gegen Verdrehen zu sichern.
Je weiter der Stützmantel 4 auf die Außenteile aufgeschoben
und in Richtung auf die Druckseite vorgeschoben wird, desto
weiter werden die beiden Außenteile 3 aufeinander zugescho
ben. Hierdurch erhöht sich die Spannung, mit welcher der
Elastomerkörper auf den im Pumpenraum 5 befindlichen Rotor
gepreßt wird. Der Rotor ist der Übersichtlichkeit halber
nicht eingezeichnet. Durch die kontinuierliche Zunahme des
Außendurchmessers der Außenteiteile 3 kann die Spannung,
mit welcher der Elastomerkörper auf dem Rotor anliegt, stu
fenlos eingestellt werden. Zunächst wird eine Vorspannung
derart eingestellt, daß sich der Rotor normal eindrehen
läßt. Hat sich der Pumpenhohlraum 5 durch Abnutzung während
des Betriebs des Rotors vergrößert, kann der Stator auf
einfache Weise dadurch nachgespannt werden, daß der Stütz
mantel weiter in Richtung auf die Druckseite hin vorgescho
ben wird.
Ist der Elastomerkörper 2 so weit verschlissen, daß er aus
getauscht werden muß, braucht lediglich der Stützmantel 4
in Richtung auf die Saugseite hin von den Außenteilen abge
nommen zu werden. Wegen der Konizität der Außenteile 3 und
des Stützmantels 4 ist hierzu nur geringer Kraftaufwand er
forderlich. Ein leichter Schlag auf den druckseitigen Rand
bereich des Mantels 4 oder auf die Halterung 13 ist in der
Regel ausreichend. Nach dem Entfernen des Stützmantels 4
werden die beiden Außenteile 3 vom Elastomerkörpers abge
nommen. Anschließend werden sie auf einen neuen Elastomer
körper aufgesetzt, und der Stützmantel 4 wird von der Saug
seite her auf die Außenteile aufgeschoben. Um dies zu er
leichtern, ist der druckseitige Rand des Stützmantels 4 mit
einer Rundung 14 versehen.
Fig. 2 zeigt den Elastomerkörper 2, welcher in dem in Fig.
1 dargestellten Stator verwendet wurde, in Seitenansicht.
Der Verlauf des Pumpenhohlraums 5 sowie des Hinterschnitts
in den flanschähnlichen Vorsprüngen 8 an beiden Stirnseiten
ist durch gestrichelte Linien angedeutet. An den auf rech
ter und linker Seite befindlichen zwei der insgesamt vier
Paßfedern 6 ist erkennbar, daß sich deren Höhe von der
Saugseite zur Druckseite hin kontinuierlich ändert, nämlich
vergrößert. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die
Oberfläche der Paßfedern 6 an der Innenseite des Stützman
tels 4 anliegt. Dies gewährleistet eine hohe Druckbelast
barkeit des erfindungsgemäßen Stators.
Fig. 3 zeigt eines der beiden Außenteile 3 des in Fig. 1
gezeigten Stators. Das Außenteils besitzt im wesentlichen
die Form eines in Längsrichtung halbierten Kegelstumpfman
tels. Der Außendurchmesser des Außenteils verringert sich
von der Druckseite in Richtung auf die Saugseite des Sta
tors (d2 < d1). Dies wird durch eine Zunahme der Wandstärke
in Richtung auf die Druckseite hin erreicht. Die Innenflä
che des Außenteils 3 entspricht im wesentlichen einem hal
bierten Zylinder. Die Ausnehmungen 7 im Außenteil entspre
chen in Lage und Form den jeweils zugehörigen paßfederar
tigen Erhebungen 6 im Elastomerkörper 2.
Fig. 4 und 5 zeigen jeweils Elastomerkörper mit aufgesetz
ten Außenteilen in Seitenansicht. Der Elastomerkörper ist,
soweit er von den Außenteilen verdeckt wird, mit gestri
chelten Linien angedeutet. In Fig. 4 und 5 ist jeweils die
Ansicht auf eines der beiden Außenteile 3 zu sehen, welches
den Elastomerkörper im wesentlichen halbkreisförmig umgibt,
während das zweite Außenteil jeweils auf der rückwärtigen
Seite des Elastomerkörpers spiegelbildlich aufgesetzt ist
und von dem ersten Außenteil verdeckt wird.
Beide Außenteile 3, die in Fig. 4 und 5 gezeigt sind, ent
sprechen im wesentlichen dem in Fig. 3 dargestellten Aus
senteil. Zusätzlich zu letzterem sind jedoch im drucksei
tigen Bereich des Außenteils ein oder mehrere Schlitze vor
handen.
In Fig. 4 weist das Außenteil 3 einen Schlitz 10 auf, der
sich vom druckseitigen Randbereich des Außenteils bis zu
der mittleren nutähnlichen Öffnung 7 erstreckt. Im Außen
teil 3 gemäß Fig. 5 sind zwei zusätzliche, längere Schlitze
11 vorhanden, die zu beiden Seiten des mittleren nutähnli
chen Schlitzes 7 und etwa in der Mitte zwischen diesem
mittleren nutähnlichen Schlitz und den beiden seitlichen
Schlitzen 7 des Außenteils angeordnet sind. Die Schlitze 11
erstrecken sich jeweils vom druckseitigen Randbereich bis
etwa zum oberen Drittel des Außenteils 3.
Die Schlitze 10 und 11 dienen jeweils dazu, bei Betrieb des
Stators eine formschlüssige Anlage zwischen Elastomerkörper
2 und Außenteil 3 zu gewährleisten.
Verwendet man bei der Herstellung der Außenteile einen
Kunststoff wie Polypropylen und werden die Außenteile bei
spielsweise in einem Spritzgußverfahren hergestellt, ist es
nur schwer möglich, die Außenteile so maßgenau zu ferigen,
daß eine formschlüssige Anlage des Elastomerkörpers an den
Außenteilen gewährleistet ist. Die zusätzlichen Schlitze 10
und 11 wirken quasi als Dehnfugen, welche den Außenteilen
im druckseitigen Bereich eine erhöhte Flexibilität und An
passungsfähigkeit an den Elastomerkörper ermöglichen. Gera
de in diesem druckseitigen Bereich ist die Paßgenauigkeit
von besonderer Wichtigkeit, da hier der Druck des Stators
am größten ist. Während an der Saugseite ein Druck von 0
bar anliegt, kann der Druck zur Druckseite hin linear bis
auf etwa 60 bar ansteigen. Im saugseitigen Bereich sind die
Anforderungen an die Paßgenauigkeit des Stators deshalb
geringer. Durch das Anbringen der Schlitze 10 und 11 im
druckseitigen Bereich der Außenteile über etwa zwei Drittel
von deren Gesamtlänge kann eine hervorragende Paßgenauig
keit erreicht werden, ohne den Außenteilen ihre Eigenstabi
lität zu nehmen, da im oberen Drittel keine Schlitze vor
handen sind.
Die Anzahl und Länge der Schlitze, die auch kürzer als zwei
Drittel der Gesamtlänge sein können, kann nach Belieben und
entsprechend den jeweiligen Anforderungen variiert werden.
Es sollte jedoch darauf geachtet werden, daß die Eigensta
bilität der Außenteile nicht zu weit herabgesetzt wird.
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der
in Fig. 5 dargestellten Anordnung von Elastomerkörper und
Außenteilen. Mit dem Kreis und Oval im Zentrum der Figur
soll die Exzentrizität des Pumpenhohlraums angedeutet wer
den. Die mit 11 bezeichneten Pfeile verdeutlichen die Lage
der Längsschlitze 11.
In Fig. 6 ist erkennbar, daß die beiden Außenteile 3 mit
ihren Längskanten nicht unmittelbar aneinanderstoßen, son
dern durch einen Spalt 12 voneinander getrennt sind. Die
ser Spalt 12 ermöglicht das Nachspannen des Stators. Be
wegt man die beiden Außenteile aufeinander zu, verengt sich
der Innenraum zwischen beiden Teilen und damit auch der vom
Elastomerkörper eingeschlossene Pumpenhohlraum 5. Auf diese
Weise kann der Elastomerkörper wieder an den (nicht darge
stellten) Rotor angepreßt werden. Das Nachspannen kann da
bei, wie beschrieben, entweder durch Vorschieben eines
rohrförmigen Stützmantels in Richtung auf die Druckseite
hin oder durch Anziehen einer Spannschelle erfolgen.
Claims (23)
1. Einschubstator (1) für Exzenterschneckenpumpen, wel
cher einen herausnehmbaren Elastomerkörper (2) mit im
wesentlichen zylindrischem Grundaufbau, wenigstens ein
an der Außenoberfläche des Elastomerkörpers anliegen
des Außenteil (3) und einen das wenigstens eine Außen
teil umgebenden röhrenförmigen Stützmantel (4) umfaßt,
in welchem der Elastomerkörper in seinem Inneren einen
in axialer Richtung verlaufenden Pumpenhohlraum (5)
zur Aufnahme eines Rotors und auf seinem äußeren Um
fang Erhebungen (6) und/oder Vertiefungen aufweist,
welche in entsprechende Vertiefungen (7) und/oder Er
hebungen des wenigstens einen Außenteils (3) form
schlüssig eingreifen,
dadurch gekennzeichnet,
daß das wenigstens eine Außenteil (3) konisch ausge bildet ist, derart daß sein Außendurchmesser von der Saugseite des Stators zu dessen Druckseite hin zu nimmt (d1 < d2),
daß sich der Innendurchmesser des Stützmantels (4) im wesentlichen entsprechend der Konizität des wenigstens einen Außenteils ändert,
daß die Konizität so gewählt ist, daß der Stützmantel beim Betrieb des Stators durch Selbsthemmung in der vorgegebenen Position auf dem wenigstens einen Außen teil verbleibt, und
daß der Stützmantel kürzer ist als das wenigstens eine Außenteil und durch Krafteinwirkung auf dem wenigstens einen Außenteil verschiebbar ist.
daß das wenigstens eine Außenteil (3) konisch ausge bildet ist, derart daß sein Außendurchmesser von der Saugseite des Stators zu dessen Druckseite hin zu nimmt (d1 < d2),
daß sich der Innendurchmesser des Stützmantels (4) im wesentlichen entsprechend der Konizität des wenigstens einen Außenteils ändert,
daß die Konizität so gewählt ist, daß der Stützmantel beim Betrieb des Stators durch Selbsthemmung in der vorgegebenen Position auf dem wenigstens einen Außen teil verbleibt, und
daß der Stützmantel kürzer ist als das wenigstens eine Außenteil und durch Krafteinwirkung auf dem wenigstens einen Außenteil verschiebbar ist.
2. Stator gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erhebungen in Elastomerkörper (2) und/oder
Außenteil (3) als längliche Stege oder Noppen aus
gebildet sind.
3. Stator gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erhebungen in Elastomerkörper (2) oder Aus
senteil (3) in der Art eines Gewindes ausgebildet
sind, das in ein entsprechendes Gegengewinde in dem
wenigstens einen Außenteil (3) oder dem Elastomer
körper (2) formschlüssig eingreift.
4. Stator gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das wenigstens eine Außenteil (3) wenigstens einen
im wesentlichen in axialer Richtung verlaufenden nut
ähnlichen Schlitz (7) aufweist und der Elastomerkörper
wenigstens eine in dem Schlitz aufnehmbare paßfederar
tige Erhebung (6) besitzt.
5. Stator gemäß Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der wenigstens eine nutähnliche Schlitz (7) nicht
über die gesamte Länge des wenigstens einen Außenteils
verläuft und die wenigstens eine paßfederartige Erhe
bung (6) nicht über die gesamte Länge des Elastomer
körpers (2).
6. Stator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens zwei Außenteile (3) vorhanden sind, die
im wesentlichen die Form eines in Längsrichtung ge
teilten, beispielsweise halbierten, Kegelstumpfmantels
besitzen, und welche den Elastomerkörper im wesentli
chen umschließen.
7. Stator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Elastomerkörper (2) an seiner oberen und/oder
seiner unteren Stirnseite einen flanschähnlichen Vor
sprung (8) aufweist und daß das wenigstens eine Außen
teil (3) eine geringere Höhe besitzt als der Elasto
merkörper und so lang ist, daß es stirnseitig an den
oder die flanschähnlichen Vorsprünge des Elastomerkör
pers angrenzt.
8. Elastomerkörper gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der flanschähnliche Vorsprung (8) gerieft oder
O-ringförmig ist.
9. Stator gemäß Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der wenigstens eine flanschähnliche Vorsprung (8)
so ausgebildet ist, daß seine Dicke in radialer Rich
tung von innen nach außen zunimmt.
10. Stator gemäß Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das wenigstens eine Außenteil (3) an einer oder
beiden Stirnseiten so angeschrägt (9) ist, daß der
Innenrand in axialer Richtung über den Außenrand vor
steht.
11. Stator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Innendurchmesser des wenigstens einen Aus
senteils (3) von der Saugseite des Stators zu dessen
Druckseite hin abnimmt.
12. Stator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das wenigstens eine Außenteil (3) im druckseiti
gen Bereich wenigstens einen über den äußeren Umfang
herausragenden Vorsprung, beispielsweise einen An
schlagflansch, aufweist.
13. Stator gemäß einem der Ansprüche 6 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenteile (3) schwenkbar, beispielsweise
durch Scharniere, miteinander verbunden sind.
14. Stator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß das wenigstens eine Außenteil (3) in seinem druck
seitigen Bereich einen oder mehrere in axialer Rich
tung verlaufende Schlitze (10, 11) aufweist.
15. Stator gemäß Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß der wenigstens eine Schlitz (11) sich vom druck
seitigen Rand bis etwa über zwei Drittel der Länge des
Außenteils erstreckt.
16. Stator gemäß Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß der wenigstens eine Schlitz (10) vom druckseitigen
Rand bis zu einer Vertiefung (7) verläuft, die zur
Aufnahme einer Erhebung (6) des Elastomerkörpers (2)
bestimmt ist.
17. Stator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erhebungen (6) des Elastomerkörpers (2) in
ihrer Höhe in Richtung auf das druckseitige Ende des
Stators hin zunehmen und im wesentlichen in einer
Ebene mit der benachbarten Außenoberfläche des wenig
stens einen Außenteils (3) abschließen.
18. Stator gemäß einem der Ansprüche 6 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die um den Elastomerkörper (2) angeordneten Aus
senteile (3) mit ihren Längskanten nicht unmittelbar
aneinanderstoßen, sondern wenigstens einen Spalt (12)
freilassen und den Elastomerkörper nicht vollständig
abdecken.
19. Stator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stützmantel (4) an seiner Außenseite einen
oder mehrere Vorsprünge oder Halterungen (13) auf
weist.
20. Stator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stützmantel (4) an seinem druckseitigen Ende
am inneren Durchmesser mit einer umlaufenden Fase
oder Rundung (14) versehen ist.
21. Stator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stützmantel (4) aus einem formstabilen, bruch
sicheren Material, vorzugsweise aus Metall und insbe
sondere aus Stahl, besteht.
22. Stator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß das wenigstens eine Außenteil (3) aus einem form
stabilen Material wie Metall, Festholz oder Kunststoff
und insbesondere aus Polypropylen oder OBO-Festholz
besteht.
23. Stator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Elastomerkörper (2) aus Gummi, natürlichem
oder synthetischem Kautschuk besteht.
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- 1998-10-14 DE DE1998147406 patent/DE19847406C2/de not_active Expired - Fee Related
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1999
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