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Beschreibung Verdrängerpumpe Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe,
insbesondere Exzentarschneckenpumpe, bei der sich ein gewinde- oder schneckenförmiger
Rotor durch - vorzugsweiseebenfalls gewinde-oder schneckenförmige, jedoch eine andere
Zahl von Gewinde-oder Schneckeng-ängen aufweisende - Innenräume zweier oder mehrerer
Statorabschnitte hindurcherstreckt, die hintereinander angeordnet, an einen Einlaß
an drn einen Ende des Rotors sowie einen Auslaß an dem anderen Ende des Rotors angeschlossen
und durch eine Zwischenkammer mit einem zusätzlichen Einlaß voneinander getrennt
sind.
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Eine bekannte, als Exzenterscbneckonpumpe ausgebildete Verdrängerpumpe
dieser Gattung (DT-oS 1 728 143) weist zwei einen der in jeder Hinsicht gleiche
Statorabschnitte auf, die gleichachsig angeordnet und durch ein Zwischengehäuse
starr miteinander verbunden sind. Durch die schneckenförmigen Innenräume dOr beiden
Statorabschnitte hindurch erstreckt sich ein einsttickiger, schneckenförmiger Rotor,
der auf seiner gesamten Länge einen bestimmten, unveränderlichen Querschnitt und
eine bestimmte, ebenfalls unveränderliche Exzentrizität seines Querschnittes in
bezug auf seine Achse aufweist. Der Rotor ist
von einer Antriebswelle
über eine Zwischenwelle mit zwei Gelenken derart drehantreibbar, daß er eine Drehungun
seine eigene Achse ausführt, während diese sich gleichzeitig auf einer Zylindermantelfläche
um die gemeinsame Achse der beiden Statorabschnitte dreht. Das Zwischengehäuse umschließt
zwei zwischen kammern, von denen die eine einen Auslaß und die andere einen Einlaß
aufweist; die beiden Zwischenkammern sind voneinander durch eine den Rotor dicht
unohließende, ringscheibenförmige Trennwand voneinander getrennt Die Anordnung ermöglicht
ese die Verdrängerpumpe wahlweise mit großem Durchsatz und kleiner Förderhöhe oder
mit kleinem Durchsatz und großer Förderhöhe arbeiten zu lassen. Im ersten Fall wird
das zu fördernde Medium durch den Einlaß an dem einen Ende des Rotors angesaugt
und durch den Auslaß der einen Zwischenkammer ausgestoßen und gleichzeitig durch
den Einlaß der anderen Zwischenkammer angesaugt und durch den Auslaß am anderen
Ende des Rotors ausgestoßen.
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Im zweiten Fall wird das Fordermedium ebenfalls durch den Binlaß an
dem einen Ende des Rotors angesaugt und durch den Wuslaß der einen Zwischenkemmer
ausgestoßen, von dort aber der zweiten Zwischenkammer durch deren Einlaß zugeführt
und zum Auslaß am anderen Ende des Rotors weitergefördert. Die durch hindie beiden
Statorabschnitte durchführenden Strömungswege sind also im ersten Fall einander
parallel geschaltet, während sie im zweiten Fall hintereinander geschaltet sind
Bei Parallelschaltung besteht die Möglichkeit, zwei verschiedene Medien getrennt
voneinander zu fördern und in Strömungsrichtung hinter der Pumpe zu mischen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängerpumpe, insbesondere
Exzenterschneckenpumpe, der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzubilden,
daß sie eine besonders intensive Durchmischung zweier oder mehrerer von ihr geförderter
Medien ermöglicht.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rotor in
zwei oder mehrere, je einem Statorabschnitt zugeordnete Rotorabschnitte unterteilt
ist, sich in ihren das Fördervolumen je Rotorumdrehung bestimmenden Maßen voneinander
unterscheiden,
daß die Sta-torabschnitte entsprechend unterschiedlich
gestaltet sind und die Zwischenkammer Bestandteil einer Einleitvorrichtung zum Einleiten
eines durch den zusätzlichen Einlaß zuströmenden flüssigen oder gasförmigen Mediums
in das von einem Statorabschnitt zum nächsten Statorabschnitt strömende Medium ist0
Damit wird bei einer erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe mit zwei Statorabschnitten
erreicht, daß das durch den zusätzlichen Einlaß zuströmende Medium zusammen mit
dem schon durch den ersten StatoraDschnitt hindurchgeförderten Medium durch den
zweiten Statorabschnitt hindurchgefördert wird; dabei werden beide Medien intensiv
miteinander vermischt. Entsprechendes gilt für eine erfindungsgemäi3e Verdrängerpumpe
mit mehr als zwei Statorabschnitten, die es ermöglicht , zwischen je zwei aufeinanderfolgenden
Statorabschnitten ein zusätzliches Medium in die bereits durch einen oder mehrere
Statorabschnitte hindurchgeförderte Mischung zweier oder mehrerer Medien einzuleiten,
Das Mischungsverhältnis kann durch die Wahl des Fördervolumens je Rotorumdrehung
in den einelnen Statorabschnitten ein für allemal festgelegt werden, wodurch sich
eine für verschiedene Zwecke ausreichend genaue Dosierung ergibt.
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Eine noch verbesserte Durchmischung der Medien läßt sich gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielen, daß die Einleitvorrichtung mindestens
eine Umgehungsleitung aufweist, welche die Zwischenkammer mit dem Einlaß an dem
einen und/oder dem Auslaß an dem anderen Ende des Rotors verbindet, Jede solche
Umgehungsleitung ermöglicht es, die in der Zwischenkammer zusammengeführten Medien
in einem Kreislauf mehrmals durch den ersten und/oder zweiten oder auch jeden weiteren
Statorabschnitt hindurchzufördern bis die entstandene Mischung hinreichend hooen
ist.
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Damit der einem solchen Kreislauf unterworfene Anteil der Mischung
im Verhältnis zum gesamten Durchsatz der Pumpe veränderbar
ist,
enthält die bzw. jede Umgehungsleitung vorzugsweise ein einstellbares Ventil.
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Die Einleitvorrichtung kann eine Einspritzdüse aufweisen, durch die
das vom zusätzlichen Einlaß zugeführte Medium entgegen der Strömungsrichtung des
durch den einen Statorabschnitt in die Zwischenkammer geförderten Mediums einspritzbar
ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Einleitvorrichtung eine die Rotorabschnitte
miteinander verbindende rohrförmige Zwischenwelle aufweisen, die an den zusätzlichen
Einlaß angeschlossen ist und in die Zwischenkammer mündende Löcher aufweist.
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Schließlich kann es vorteilhaft sein, daß die Einleitvorrichtung
eine Wendel aufweist, die von einer ringförmigen Wand der Zwischenkammer eng umschlossen
auf einer die Rotorabschnitte miteinander verbindenden Zwischenwelle befestigt ist
-und eine Steigungsrichtung hat, die derjenigen der Rotorabschnitte entgegengesetzt
ist.
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Eine weitere Möglichkeit, die Durchmischung von Medien in einer erfindungsgemäßen
Verdrängerpumpe zu verbessern, besteht darin, daß hintereinander drei Statorabschnitte
mit zugehörigen Rotorabschnitten angeordnet sind, von denen der mittlere bei gegebener
Rotordrehzahl eine größere Durchsatzkapazität aufweist als der erste und letzte.
Dadurch entsteht zwischen dem mittleren und dem letzten Rotorabschnitt eine starke
Turbulenz, welche die von den Rotorbewegungen hervorgerufene Durchmischung unterstützt;
im dritten Statorabschnitt wird die Mischung der Medien dann besonders weitgehend
homogenisiert.
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Dem Fachmann ist bekannt, auf welche Weise er bei einer Verdrängerpumpe
gegebener Bauart das Fördervolumen je Rotorumdrehung und damit die Durchsatzkapazität
bei gegebener Rotordrehzahl in den einzelnen Rotorabschnitten unterschiedlich gestalten
kann. Bei Exzenterschneckenpumpen kann zu diesem Zweck der Querschnittsdurchmesser
und/oder die Exzentrizität und/oder die Steigung der einzelnen Rotorabschni-t;te
und dementsprechend
auch der einzelnen StatorabschnitE unterschiedlich
bemessen werden. Bei unterschiedlicher Exzentrizität aufeinanderfolgender Rotorabschnitte
ist es erforderlich, entweder diese Rotorabschnitte durch eine gelenkige Zwischenwelle
miteinander zu verbinden oder mindestens einen der beiden aufeinanderfolgenden Statorabschnitte
radial beweglich zu lagern.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Rotorabschnitte
eine sich im wesentlichen starre Einheit bilden, weisen die Rotorabschnitte eine
in bezug auf ihre gemeinsame Achse unterschiedliche Exzentrizität ihres Querschnitts
auf und die Statorabschnitte sind in bezug aufeinander radial beweglich gelagert.
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Die erfindungsgemäße Verdrängerpumpe läßt sich beispielsweise verwenden,
um eine Kunststoffemulsion mit einem Aufschävunungstittel zu vermischen. Ein anderes
Beispiel ist das Einmischen von Hefe und Luft in Bienwurze beim Bierbrauen.
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In beiden Fällen hängt die Geschwindigkeit und Gleichmäßigkeit, mit
der die angestrebte chemische Reaktion, das Aufschätirnen des Kunststoffs in dem
einen Fall und die Gärung im anderen Fall, davon ab, daß die Medien, die miteinander
reagieren sollen, in kurzer Zeit gleichmänig miteinander-vermischt werden.
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Die erfindungsgemäße Verdrängerpumpe entspricht diesen Forderungen
und ermöglicht zugleich eine schonende Förderung der Medien, was bei dem angedeuteten
Beispiel aus der Brauereitechnik besonders wichtig ist, da Hefezellen bei rauher
Behandlung leicht zerstört werden0 Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert. In Fig.1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel
einer Exsenterschneekenpumpe in drei verschiedenen Abwandlungen jeweils in einem
senkrechten axialen Schnitt dargestellt.
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Die dargestellte Exzenterschneckenpumpe weist eine Gehäusebaugruppe
10 auf, die aus einem Einlaßgehäuse 12, einem Zwischengehäuse
14,
einem Aulaßgehäuse 16 und einem Lagergehäuse 18 zusammengesetzt ist; diese Gehäuse
bestehen im dargestellten Beispiel aus Grauguß und sind miteinander verschraubt.
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Das Einlaßgehäuse 12 ist glockenförmig und weist einen Einlaß 20
sowie einen Flansch 22 auf. Der Einlaß 20 ist zum Anschließen einer Saugleitung
ausgebildet; der Flansch 22 ist mit dem Zwischengehäuse 14 verschraubt und weist
an seiner Innenseite eine ringförmige Ausdrehung 24 auf. Innerhalb des Sinlaßgehäuses
12 ist ein erster, rohrförmiger Statorabschnitt 26 angeordnet, dessen Innenwand
eine zweigängige Schnecke bildet.
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Der Statorabschnitt 26 ist aus einem Elastomer einstückig mit einer
kegelstumpfförmigen Membran 28 hergestellt, deren äußerer Rand in die Ausdrehung
24 eingreift und zwischen dem Flansch 22 und dem Zwischengehäuse 14 eingespannt
ist.
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Das Zwischengehäuse 14 weist an seiner sich an das Einlaß gehäuse
12 anschließenden Stirnseite einen Durchlaß 30 auf und an seiner anderen Stirnseite
einen Flansch 32 mit einer inneren ringförmigen Ausdrehung 34. Innerhalb des Zwischengehäuses
14 ist ein zweiter rohrförmiger Statorabschnitt 36 angeordnet, dessen Innenwand
ebenfalls eine zweigängige Schnecke bildet.
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Der zweite Statorabschnitt 36 ist ebenfalls mit einer kegelstumpfförmigen
Membran 38 einstückig aus einem Elastomer hergestellt; der äußere Rand der Membran
38 greift in die Ausdrehung 34 des Flansches 32 ein und ist zwischen diesem und
dem Auslaßgehäuse 16 eingespannt. Die Statorabschnitte 26 und 36 gleichen einander
also in ihrer Gestaltung und Anordnung; der Statorabschnitt 36 ist jedoch insgesamt
größer und hat vorallem einen größeren Innendurchmesser als der Statorabschnitt
26.
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Das Auslaßgehäuse 16 weist an seiner dem Zwischengehäuse 14 benachbarten
Stirnseite einen Durchlaß 40 auf und an der gegenüberliegenden Stirnseite eine im
wesentlichen geschlossene Stirnwand 42 mit einer Stopfbüchse 44. Etwa in der Mitte
des Auslaßgehäuses 16 führt ein Aulaß 46 radial nach außen; daran läßt sich eine
Druckleitung anschließen.
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Das Lagergehäuse 18 enthält ein insgesamt mit 48 bezeichnetes Lager,
in dem eine Antriebswelle 50 gelagert ist. Die gesamte Bxzenterschnecl.enpumpe kann
mit einem am Lagergehäuse 16 8 ausgebildeten Fuß 52 an einem Fundament, einer Konsole
od. dgl. befestigt werden; eine zusätzliche Abstützung ist wegen der festen gegenseitigen
Verschraubung der einzelnen Gehäuse der Gehäusebaugruppe 10 nicht erforderlich.
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Im Innenraum des ersten Statorabschnittes 26 ist ein erster Rotorabschnitt
54 von der Form einer eingängigen Schnecke angeordnet. Daran -schließt sich eine
Zwischenwelle 56 an, die im dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem ersten Rotorabschnitt
54 aus einem Stück besteht. Die Zwischenwelle 56 erstreckt sich durch eine im Zwischengehäuse
14 ausgebildete Zwischenkammer 58 und ist an einem zweiten Rotorabschnitt 60 befestigt.
Der zweite Ro-torabschlitt, 60 erstrecktvsich durch den Innenraum des zweiten Statorabscimittes
36 zu 36 und hat ebenfalls die Form einer eingängigen Schnecke, deren Durchmesser
dem Innendurchmesser des zweiten Statorabschnittes 36 angepaßt und deshalb erheblich
größer ist als derjenige des ersten Rotorabschnittes 54. Der zweite Rotorabschnitt
60 ist seinerseits an der Antriebswelle 50 befestigt. Die beiden Rotorabschnitte
54 und 60 sowie die Zwischenwelle 5& drehen sich deshalb gemeinsam mit der im
Lager 48 ortsfest gelagerten Antriebswelle 50, wenn diese von einem nicht dargestellten
Motor angetrieben wird. Wegen der für Exzenterschneckenpumpen typischen Exzentrizität
jedes Querschnittes der Rotorabschnitte 54 und 60 und der im dargestellten Beispiel
ortsfesten Lagerung dieser Rotorabschnitte müssen die Statorabschnitte 26 und 36
im Betrieb der Exzenterschneckenpumpe Ausweichbewegungen in allen radialen Richtungen
ausführen; diese Ausweichbewegungen werden durch die Membranen 28 und 38 ermöglicht.
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Die Zwischenkammer 58 ist durch eine Umgehungsleitung 62, die ein
einstellbares Ventil 64 enthält, mit dem Innenraum des Einlaßgehäuses 12 verbunden,
und durch eine Umgehungsleitung 66, die ein einstellbares Ventil 68 enthält, mit
dem Innenraum des Auslaßgehäuses 16. Die Zwischenkammer^58 ist ferner mit einem
zusätzlichen
Einlaß 70 verbunden.
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Das bisher Beschriebene gilt für die drei in den Zeichnungen dargestellten
Varianten der Exzenterschneckenpumpe in gleicher Weise. Die drei Varianten unterscheiden
sich in folgenden Merkmalen: Gemäß Fig.1 -ist an den zusätzlichen Einlaß 70 eine
Sinspritzdüse 72 angesclilossen, die von der Außenwand des Zwischengehäuses 14 radial
nach innen führt und dann in eine achsparallele Richtung derart umgebogen ist, daß
sie dem Strom des durch den Einlaß 20 angesaugten und von dem Rotorabschnitt 54
durch den Statorabsohnitt 26 hindurchgeförderten Mediums entgegengerichtet ist.
Infolge dieser Anordnung bewirkt ein durch den zusätzlichen Einlaß 70 eintretendes
Medium eine Durchwirbelung des durch den Einlaß 20 und den Statorabschnitt 26 in
die Zwischenkammer 58 gelangten Mediums, so daß beide Medien schon beginnen, sich
miteinander zu vermischen, ehe sie vom Rotorabschnitt 60 durch den Statorabschnitt
36 weitergefördert werden.
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Gemäß Fig.2 mündet der zusätzliche Einlaß 70 nicht uemittelbar in
die Zwischenkammer 58, sondern in eine äußere Ringkammer 74, die durch eine ringförmige
Wand 76 von der Zwischenkammer 58 abgegrenzt und mit dieser nur durch einige radiale
Löcher 78 verbunden ist. Die ringförmige Wand 76 umschließt mit geringem radialen
Abstand eine Wendel 80, die auf der Zwischenwelle 56 befestigt ist. Die Steigungsrichtung
der Wendel 80 ist in bezug auf die miteinander übereinstimmenden Steigungsrichtungen
der Rotorabschnitte 54 und 60 gegensinnig, so daß die Wendel 80 in der Zwischenkammer
58 eine Durchwirbelung der dort. aus dem Statorabschnitt 26 einerseits und aus der
Ringkammer 74 andererseits zusammenströmenden Medien bewirkt Gemäß Fig.3 erstreckt
sich durch die Antriebswelle 50, den Rotorabschnitt 50 und die Zwischenwelle 56
ein axialer Kanal 82, der durch radiale Lösche 84 mit der Zwischenkammer 58 verbunden
ist. Der Anfang des Kanals 82 am äußeren Ende der Antriebswelle
50
ist ständig mit der Umgebungsluft verbunden und bildet deshalb einen mit dem zusätzlichen
Einlaß 70 in Fig.1 und 2 vergleichbaren Einlaß 70' für den Fall, daß das in die
Zwischenkammer 58 einzuleitende zusätzliche Medium Luft ist, die beispielsweise
wegen ihres Sauerstoffsgehalts für eine Reaktion mit dem durch den Einlaß 20 und
den ersten Statorabschnitt 26 in die Zwischenkanmer 58 gelangten Medium gebraucht
wird.
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Ansprüche: