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Exzenters chneckenpumpe
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(Zusatz zu Datn.Anm. P 27 12 121.7) Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe
mit einem Stator, der eine im Querschnitt langgestreckte schraubenförmig gewendelte
Höhlung aufweist, in der auf einer Exzenterbahn ein schraubenförmiger Rotor umläuft,
wobei die Schraubenflächen an Stator und Rotor ;n gleichbreite Stufenfla?chen einzelner
Pumpenstufen aufgelöst sind, und in den einzelnen Pumpenstufen zwischen Stator und
Rotor gegenüber diesen bewegbare auswechselbare Zwischenglieder eingeschaltet sind,
wobei nach Pat. Anm.
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P 27 12 121.7 die Zwischenglieder nach Art von Kulissensteinen als
Kolbenplatten ausgebildet sind, die auf gegenilberliegenden parallelen Seiten jeweils
in den langgestreckten Stufenflächen und an Schulterflächen zwischen benachbarten
Pumpenstufen des Stators verschiebbar geführt sind.
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Dei der Exzenterschneckenpumpe nach der Hauptanmeldung ist durch Einfügen
der Kolbenplatten die Abwälzbewegung des Rotors im Stator in den einzelnen Stufen
aufgelöst in eine Drehung der Kolbenplatte gegenüber der sie tragenden Zvlinderfläche
des Rotors und in eine Schiebebewegung zwischen Kolbenplatte und Stator. Da bis
dahin stets mit Linienanlage
gearbeitet worden ist, gleiten jetzt
ausschließlich große Flächen an-einander, was Reibung und Verschleiß mindert. Es
erfolgt auch die Abdichtung nicht mehr an einzelnen Mantellinien, sondern führt
über die ganze Länge der Kolbenplatten, was geringe Leckverluste und entsprechend
große Drücke ermöglicht.
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Der Stator kann dabei durch zwei insbesondere identische Halbschalen
oder beispielsweise auch durch einen Stapel identischer Statorplatten gebildet werden.
Auch der Rotor besteht zweckmäßigerweise aus einzelnen Exzenterscheiben, die mittels
einer Sternverzahnung jeweils um einen Teilunswinkel gegeneinander verdreht auf
einer gemeinsamen ntriebswelle sitzen.
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Nach der Hau?tanmeldung war man bestrebt, an den Enden der Hubbeweglng
zwischen Kolbenplatte und Statorhöhlung einen möglichst vollständigen Abschluß zu
erzielen. Die Abdichtung erstreckte sich auf den ganzen Umfang der Kolbenplatten,
die auf ihrer ganzen Lnge ebenso RechteckquerschniSt hatten wie die Statorhöhlung.
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Diese Lösung ist vor allem für die Förderung relativ diinnflüssiger
Medien geeignet, wenn auch bei kleiner Geschwindigkeit noch hohe Förderdrücke erzielt
werden sollen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Verwendung von Kolbenplatten
auch bei kürzeren Fiihrungslnngen noch wesentlich bessere Abdichtung ermöglicht
als die bisherige Linienabwälzung.
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Zudem hat das Verfahren der Kolbenplatten bis in die Endlage den Nachteil
größeren Verschleißes oder gar einer
Beschädigung der Pumpe, wenn
Medien mit harten Festkörperteilen gefördert werden sollen.
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Die Erfindung verfolgt die Aufgabe, eine Exzenterschneckenpumpe der
eingangs genannten Bauart so weiterzubilden, un daß bei großer Verschlei.S:4mpSindlichkeit
die Förderung auch von Medien mit harten, abrasiven Festkörperteilen erleichtert
wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe bilden erfindungsGenß Kolbenplatten und
Aussparungen nur im mittleren Bewegungsbereich eine abdichtende prismatische Führung,
während in den Endlagen zwischen diesen und der Wandung der Kolbenplatten Freiräume
ausgebildet sind. Zweckm8ßigerweise werden die Endteile der Kolbenplatten verdünnt
ausgeführt.
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Auf diese Weise gelangen nicht alle Teile des geförderten Mediums
in den Führungsbereich. Dies gilt vor allem fiIr mitgeförderte Feststoffteile, die
im Bereich des vergrößerten Spiels an den Enden der Kolbenplatte bzw. an den nden
der Führung bleiben. Durch Verjüngen dieser Enden bzw. Erweitern der Führung wird
dann wie bei einer Plunger-Pumpe im Endbereich vergrößertes Spiel geschaffen, so
daß dort quer zur Pumpenachse keine unmittelbare Bertihrung mehr erfolgt. Auch die
Kanten der Kolbenplattenenden lassen sich ggf. abrunden, um Festkörperteile besser
in die verbleibenden Freiräume abzulenken. Im mittleren Bewegungsbereich verbleibt
jedoch eine exakte prismatische Führung, die hinreichende Abdichtung und vor allem
bei größeren Drehzahlen ausreichenden Förderdruck gewährleistet. Da Festkörperteile
schon im Endbereich abgewiesen werden, sind FGhrung und Kolbenplatten geringerem
Verschleiß und weniger Reibungskräften unterworfen.
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Man kann sogar beachtliche Hohlraume freihalten, wenn die Endteile
der Kolbenplatten durch sich nach außen hin verjüngende Verdnangungsvorsprflnge
gebildet sind, deren Volumen wesentlich kleiner ist, als das der zugehörigen Endteile
der Aussparung bzw. Höhlung des Stators. So lassen sich auch bei dickflüssigem Fördergut
noch beacntliche Förderdrücke erzielen und Festkörper wie Steine und dgl. zum weitaus
überwiegenden Teil von den Endteilen der Kolbenplatte zur Seite verdringen, ohne
daß die Exzenterwelle merklich aus ihrer Umlaufbahn gelenkt wird.
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Die Endteile der Kolbenplatten können so in beliebiger Weise getrennt
ausgebildet und im Mittelteil der Kolbenplatten formschlüssig hintergreifend nach
Art einer Schwalbenschwanzverbindung verankert werden. Auf diese Weise läßt sich
ein Mittelteil aus hartem Werkstoff mit Endteilen aus z.B. hochelastisch verformbarem
Werkstoff wie Gummi kombinieren. Die Endteile können dann ringsum so viel Spiel
haben, daß sie auch bei starker Verformung nicht beschädigt werden.
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Das zwischen den Endteilen der Kolbenplatten und der Statorhöhlung
erwilnschte Spiel kann auch dadurch erreicht werden, daß die Endteile der Aussparungen
des Stators in der Plattenebene quer zur Bewegungsrichtung der Kolbenplatten erweitert
sind. Auf diese Weise wird einmal die Überdeckung benachbarter Pumpenstufen und
damit die eiterförderung von Stufe zu Stufe verbessert. Da dort die Kolbenplatten
in den Endteilen der Statorhöhlung nicht mehr geführt sind, können diese Endteile
schraubenförmig gewendelt sein, was eine weitere Verbesserung des überdeckungsgrades
und eine Minderung des Strömungswiderstandes ergibt. Sofern genügend Freiraum verfügbar
ist, die Kolbenplatten also nicht mit den Endteilen der Statorhöhlung
kollidieren,
kann sich die Wendelung über den ganzen Teilungswinkel erstrecken, so daß man eine
huber die ganze Pumpenlänge durchgeführte glatte Schneckenfläche erhält, in die
nur ggf. entsprechend geformte Endteile der Kolbenplatten eingreifen.
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Die Zeichnung gibt die Erfindung beispielsweise wieder.
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Es zeigen Figur 1 einen schematischen LEngs-schnitt durch eine erfindungsgemäße
Exzenterschneckenpumpe, Figur 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 um
900 gedreht Figur 3 einen Schnitt durch eine Pumpenstufe nach der Linie III-III
in Fig. 2, Figur 4 bis 6 Längsschnitte durch abgewandelte Exzenterscheiben und Kolbenplatten,
Figur 7 eine Ansicht einer abgewandelten Pumpenstufe, Figur 8 eine Pumpenstufe mit
teilweise gewendelter Statorhöhlung Figur 9 eine Ansicht dieser oumpenstufe bei
geschnittener äußerer Ringscheibe von oben in Fig. 8 gesehen und Figur 10 eine Abwicklung
eines Schnittes zweier Pumpenstufen durch den Grund der Wendelnut.
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In der Zeichnung ist mit 1 der Stator einer erfindungsgemäßen Exzenterscheibenpumpe
bezeichnet, der gebildet wird durch einen Stapel Statorplatten 2, der zwischen zwei
Anschlußgehäusen 3, LI z.B. durch nicht gezeigte Zuganker verspannt ist.
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Jede Statorplatte 2 hat eine zylindrische Außenfläche 5 (Fig. 2) und
eine zentrisch angeordnete langgestreckte durchgehende Aussparung 6, die an ihren
Enden 7 mit halbkreisförmigen
Rundungen versehen ist. Auf einer
Seite sind in diametral gegenüberliegend gleichen Abständen von der Pumpenachse
8 gemäß Fig. 1 zwei zylindrische Nasen 9 angebracht. Diesen sind auf der entgegengesetzten
Seite entsprechende Ausnehmungen 10 zugeordnet, die jedoch um einen Teilungswinkel
a zu den Nasen 9 versetzt angeordnet sind.
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Fü.'gt man die Statorplatten so zusammen, daß jeweils die Nasen 9
einer Statorplatte in die Ausnehmungen 10 der benachbarten Statorplatte eingreifen,
dann bilden die Aussparungen 6 eine Stufen-Wendel. Beim Teilungswinkel a von 300
und einer Steigung s von 180 mm ergibt sich dann eine Teilungsbreite b von 15 mm.
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In jeder Aussparung 6 ist in deren Längsrichtung verschiebbar eine
Kolbenplatte 11 geführt, die gleiche Breite wie die Aussparung hat und deren Dicke
der Stufenbreite b entspricht. Die Kolbenplatte sitzt drehbar auf der zylindrischen
Exzenterflche 12 einer Exzenterscheibe 13 des Rotors 14.
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Die einzelnen Exzenterscheiben 13 sind wiederum gleich hemessen und
sitzen mit sternförmiger Eingriffsfläche 15 auf der Exzenterwelle 16, die trapezförmige
Längsrippen unter dem Teilungswinkel 2a aufweist. Es ist daher auch jede Exzenterscheibe
um diesen Teilungswinkel zur benachbartenkerdreht. Die Exzenterscheiben 13 sind
auf der Exzenterwelle zwischen einem an dieser angebrachten Bund 17 und einer Scheibe
18 mittels Muttern 19 verspannt. 20 ist ein Kreuzgelenkkopf zum Antrieb der Pumpe
durch eine Gelenkwelle. Anstelle eines Kreuzgelenkkopfes kann auch eine Kulissen-Kreuzkupplung
oder dl. vorgesehen sein. Um die Pumpe zum Auswechseln irgendwelcher Teile auseinanderzunehmen,
braucht man somit lediglich die Muttern 19 und die Zuganker zu lösen. Das Zusammenfügen
ist ebenso einfach.
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Im Betrieb wälzt sich der Rotor 14 ähnlich wie bei herkömmlichen Exzenterschneckenpumpen
auf einer Exzenterbahn im Stator ab, wobei die Abstützfläche jeweils nur stufenweise
gewandert wird. Dabei dreht sich jedoch jede Kolbenplatte 11 auf der großen Exzenterfläche
12 und verschiebt sich in der Aussparung 6 längs deren seitlichen Fhrungsflcen 27
und ferner in den Teilungsebenen 21 an den Stirnflachen benachbarter Kolbenplatten
11, Exzenterscheiben 13 und Statorplatten 2. Während man möglichst die Statorplatten
fest aneinanderliegen läßt, können die restlichen Teile wenigstens im Eingriffsbereich
etwas Spiel haben. Stets kann jedoch die Kolbenplatte bis zur Anlage am Ende 7 der
Aussparung wandern und dadurch einzelne Hohlräume 22 abschließen, die je nach Drehrichtung
von einem Ende der Pumpe zum andern durchwandern. Da alle Gleitbewegungen an großen
Flächen erfolgen, können keine örtlichen überbeanspruchungen erfolgen.
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t-4ach einer kurzen Anlaufzeit wird der Reibungswiderstand vermindert
und der Verschleiß wesentlich herabgesetzt.
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Um gute Gleiteigenschaften und Reibungsverhältnisse zu schaffen, sollte
wengistens der Werkstoff der Kolbenplatten 11 sorgfältig ausgewählt werden. Während
man für die Statorplatten und Exzenterscheiben, die im prinzip auch aus Kunststoff
ausgeführt werden können, zweckmßigerweise metallische Werkstoffe wählt, hat sich
die Ausbildung der Kolbenplatten aus einem verschleißfesten Kunststoff mit guten
Gleiteigenschaften wie Polyamid oder Tetrafluorthylen bewährt.
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Wenigstens die Statorplatten 2 lassen sich vorteilhaft aus metallischem
Sinterwerkstoff herstellen. sie können jedoch ebenso wie die Exzenterplatten 13
grundsätzlich aus verschleißfestem Baustahl gefertigt werden.
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An den Längsenden der Kolbenplatte 11 sind als VerdrSngungsvorspringe
ausgebildete Endteile 51 angeformt, die durch
seitliche Ausnehmungen
52 ausgebildet sind. Anstelle der dort gezeigten Stufenausführung können auch Schrägflanken
angeformt sein. Auf diese Weise ist die Kolbenplatte 11 in der Statorplatte 2 nur
auf der Länge 11, gegeniAber den benachbarten Pumpenstufen auf der Lunge 12 geführt.
In den Endbereichen wird jedoch Flankenfreiheit geschaffen, wobei das Spiel beliebige
Größe haben kann. In der Regel kommt man schon mit 0,2 mm aus. Auch die Kanten 53
können dort abgerundet sein, ohne daß dadurch die Abdichtung gegenüber benachbarten
Pumpenräumen bzw. Aussparungen 6 beeinträchtigt wird.
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Die Ausnehmungen 10' sind in Fig. 2 - abweichend von Fig. 1 -als Durchgangsbohrungen
ausgebildet, so daß benachbarte Statorplatten durch Finsetzen von Kupplungsstiften
fest verbunden werden können.
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Nach Fig. 4 sind die dort angefügten Verdrrngungsvorsprnge 51' so
gewölbt, daß sie zwar mit ihren Endflächen 54 an den Enden der Aussparungen 6 zur
Anlage kommen können, Jedoch nur ca. 60 bis 70 % hierfür in der Aussparung verffigbaren
Raumes ausfüllen. Das verdrängte Volumen wird dadurch nicht beeinträchtigt, bestenfalls
kann der Druck etwas sinken.
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Zudem ist dort die Flanke 55 stärker als die Flanke 56 zur Radialebene
geneigt, was einen Fördereffekt nach rechts in Fig. 2 mit sich bringt.
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Noch deutlicher ist dies bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführung, bei
der die wiederum einstückig an die Kolbenplatte angeformten Verdrängungsvorsprünge
51" angenähert die Querschnittsform eines Dreiecks mit konvex gewölbter Hypothenuse
haben.
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Nun müssen die Verdrängungsvorsprünge nicht einstückig angeformt werden,
sondern können fest oder lösbar mit einem
mittleren Kolbenplattenteil
verbunden sein. Dies gilt vor allem für den Fall> daß man andere Werkstoffe verwendet,
beispielsweise einen Gummikörper 57 nach Fig. 6, der dort mit Schwalbenschwanzeingriff
58 in der Kolbenplatte 11 sitzt.
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Auf diese Weise können die im Betrieb auftretenden Verformungswege
berücksichtigt werden, und es wird eine leichtere Auswechselbarkeit des verschleißanfälligeren
verformbaren Gummikörpers 57 erreicht.
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Der Teilungswinkel a' nach Fig. 7 beläuft sich auf 600, die Stufenbreite
hat - gleiche Steigung vorausgesetzt -etwa doppelte Größe wie bei den bisherigen
Ausf'hrungen.
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Für einen Pumpenzyklus bzw. eine Steigung sind lediglich sechs Pumpenstufen
erforderlich. Die Eingriffsfläche 15 zwit schen der Exzenterwelle 16 und den Exzenterscheiben
13 hat zwar die Einheitsteilung 300, aber benachbarte Exzenterscheiben können dort
mit vierfacher Teilung unter einem Teilungswinkel von 1200 eingefügt werden. Im
übrigen kann man grundsätzlich die Teilungsbreite auf der Pumpenlänge nach Bedarf
ändern.
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Nach Fig. 7 sind auch die Führungsflächen 27 durch zwei bogenförmige
Nuten 62 in der Länge 11 begrenzt. Auf diese Weise wird selbst bei großen Teilungswinkeln
eine hinreichende Überdeckung 59 der Aussparungen der Statornlatten erreicht, was
auf einfache Weise die Weiterförderung von Stufe zu Stufe sicherstellt. Die Endteile
der Kolbenplatte können dabei in der gleichen Weise etwa nach den Fig. 3 bis 5 ausgebildet
sein, so daß auch grobkörniges Gut bzw. große Festkörperteile durch Verdrängen in
die jeweils verbleibenden Freiräume weitergefördert werden können, ohne die Exzenterwelle
wesentlich aus ihrer Bahn abzulenken.
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Da die Endteile 51 der Kolbenplatte 11 und der Statorhöhlung bzw.
Aussparung 6 nicht identisch geformt sein messen, können diese Endteile 60 schraubenförmig
um die Dumpenachse derart gewendelt sein, daß wenigstens die Überdeckung 59 zwischen
benachbarten oumpenstufen verbreitert wird. Es kann aber auch der Schraub- oder
Wendelwinkel einer Stufe gleich sein dem Teilungswinkel a', so daß sich eine über
die ganze Pumpe durchgeführte Schraubenwendel mit dem fluerschnitt des Endteile
60 ergibt. Es versteht sich, daß die endteile 51 der Kolbenplatte dieser Wendel
angepaßt werden können.
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Durch Reibungskräfte wird stets ein hinreichendes Drehmoment von der
jeweiligen Exzenterscheibe auf die zugehörige Kolbenplatte ausgeübt, so daß diese
an diametral gegeniaberliegenden Kanten 61 der Führungsfläche zur Anlage kommt.
Dort wird daher auch dann abgedichtet, wenn die Kolbenplatte größeres Spiel in der
Aussparung hat. Dies gilt in gleicher Weise für die verkürzte Führungslänge 11 in
Fig. 2. Die Fig.
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8 bis 10 zeigen nun eine Pumpenstufe, deren Statorscheibe durch eine
Ringscheibe 23 mit zwei innen an dieser durch Schrauben 26' befestigte Segmentscheiben
24' gebildet ist.
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Die zwischen den beiden Führungsflächen 27 geführte Kolbenplatte 11
hat zwei Endteile 51 mit einer schmalen zylindrischen Endfläche 54 zwischen etwa
kegelförmigen Flanken.
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In der Ringscheibe 23 sind diametral gegenüberliegend jeweils vier
als zylindrische Bohrungen ausgebildete Durchbrechungen 10' unter der Teilungswinkeleinheit
i = 150 so verteilt angeordnet, daß man den Teilungswinkel a' nach Belieben stufenweise
von 15 bis 600 einstellen kann. Entsprechend kann der Teilungswinkel benachbarter
Exzenterscheiben 13 zwischen 30 und 600 verändert werden.
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Dicht an der Ringscheibe 23 sind in zwei diametral gegenüberliegende
Ecken der Segmentscheiben 2h' dreieckförmige Wendelnuten 63 eingeformt, die sich
jeweils silber eine Breite von 75 % der Stufenbreite b' und in Umfangsrichtung silber
45° erstrecken. Auf diese Weise werden durch die Endteile der Aussparungen 6 hindurch
im Querschnitt etwa rechteckförmige Wendelnuten gebildet, die sich über die ganze
Pumpenlänge erstrecken. Auch wenn der Teilungswinkel a' von 600 auf 450 bzw. 750
oder gar auf 300 geändert wird, bleibt hinreichende Kontinuität der Strömungsverbindung
von Stufe zu Stufe erhalten.
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Die Statorscheiben können natürlich mit eingeformten Wendelnuten 63
etwa im Sinterverfahren o.dgl. teinstückig geformt werden oder eine Querunterteilung
aufweisen. Querschnitt und For.m.der lSendelnuten können nach Belieben gewählt werden.
Die bei Ausführungsbeispiel noch verbliebenen Rest-Führungsflächen 64 in Nutbereich
können zwar entfallen, dienen aber einer verbesserten Führung der Kolbenplatten.
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