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Schneckenpumpe sowie Verfahren und Vorrichtung zu
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ihrer Herstellung
Beschreibung Die Erfindung betrifft
eine Schneckenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen.
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Bekannte Schneckenpumpen haben eine exakt wendelförmige Förderschnecke
und einen entsprechend mit einer exakt wendelförmigen Rippe auf seiner Innenfläche
ausgebildeten elastischen Stator. Bei diesen bekannten Schneckenpumpen muß die Förderschnecke
zum Einbau unter Aufbringung einer hohen axialen Kraft in den Stator hineingedrückt
werden, damit die außenliegenden Schneckenabschnitte über die Rippe bzw. die Rippen
des Stators gedrückt werden. Auch beim Ausbauen einer Förderschnecke aus dem Stator
muß eine hohe Kraft erbracht werden. Nachdem derartige Förderschnecken aus zwar
verschleißfestem, jedoch sprödem Material hergestellt sind, besteht bei unsachgemäßem
Ausüben derart hoher Kräfte (z.B. durch Schlag) die Gefahr eines Materialbruches.
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Durch die vorliegende Erfindung soll eine Schneckenpumpe gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß das Ein- und Ausbauen
der Förderschnecke in den elastischen Stator erleichtert ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Schnekkenpumpe
gemäß Anspruch 1.
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Da bei der erfindungsgemäßen Schneckenpumpe der Schneckenquerschnitt
vom einen Ende der Förderschnecke zum anderen Ende abnimmt, die lichte Außenkontur
der Förderschnecke also kegelförmig ist1 kann die Förderschnecke leichter in den
Stator eingesetzt werden; erst im letzten Abschnitt des Einsetzens müssen höhere
Kräfte überwunden werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schnekkenpumpe
sind in Unteransprüchen angegeben.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird erreicht,
daß in Längsrichtung der Pumpenachse gleichwertige Dichtbedingungen zwischen Förderschnecke
und Stator erhalten werden.
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Bisher wurden die exakt wendelförmigen Förderschnecken bekannter Schneckenpumpen
unter Verwendung einer geteilten Gießform hergestellt, wobei die Formtrennebene
durch die Schneckenachse verlief. Das Schneckenmodell bestand aus zwei Hälften,
welche jeweils in die Oberseite zweier mit Formsand gefüllter Formkästen bündig
eingebettet wurden, so daß die beiden Formteile nach ihrem Zusammensetzen einen
der Schneckenform entsprechenden Hohlraum begrenzten.
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In der Praxis war es bei dem bekannten Verfahren nur bei hoher Sorgfalt
möglich, die beiden Formhälften exakt ohne Versatz zusammenzusetzen. Auch konnten
die beiden Formhälften beim Gießvorgang selbst an der Trennebene etwas auseinandergedrückt
werden, was ebenfalls zu nicht exakt wendelförmigen Förderschnecken führte. Schließlich
führte die Teilung der Gießform in einer die Schneckenachse enthaltenden Ebene auch
zu Graten auf der gewendelten Außenfläche der Schnecke. Die vorgenannten Fehler
der gegossenen Förderschnecke mußten bisher durch mechanische Nachbearbeitung ausgeräumt
werden. Eine solche erfordert ein vorhergehendes Weichglühen des Gußstückes, da
für die zum Fördern abrasiven Materiales bestimmten Förderschnecken ein Gußeisen
hoher Härte verwendet wird.
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Förderschnecken für erfindungsgemäße Schneckenpumpen lassen sich dagegen
durch ein Verfahren gemäß Anspruch 4 schon beim Gießen so maßhaltig herstellen,
daß eine mechanische
Bearbeitung der Außenfläche der Förderschnecke
entfallen kann. Damit kann auch das Weichglühen entfallen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Formmaterial, in der
Regel Formsands beim Einfüllen und Verdichten von allen Seiten gleichmäßig gegen
das Schneckenmodell gedrückt, welches genauso wie das fertige Produkt einstückig
ist. Nach dem Herausschrauben des Schneckenmodelles aus dem Formmaterial hat man
in der Gießform einen Hohlraum mit sehr gut glatter Umfangswand, die in Umfangsrichtung
vollständig durchgehend und stoßfrei ist.
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Die Gießform kann auch nicht durch das flüssige Gußeisen aufgeweitet
werden. Man erhält somit eine exakt maßhaltig gegossene Förderschnecke mit glatter,
gratfreier Außenfläche der Schneckenwendel, die keiner mechanischen Nacharbeit mit
Ausnahme des Verputzens (Abschleifen von Steiger und Anguß) bedarf.
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Da das in das Formmaterial eingebettete Schneckenmodell vom einen
zum anderen Ende abnehmenden Querschnitt hat, wird durch das untenliegende Modellende
auch nicht die Wand des Form-Hohlraumes beschädigt, wenn das Schneckenmodell aus
dem Formmaterial herausgedreht wird.
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Die Querschnittsabnahme der Förderschnecke ist somit beim Herstellen
der Gießform ebenso von Vorteil wie bei der fertigen Schneckenpumpe, denn in der
letzteren wird durch die Querschnittsabnahme zum Pumpenauslaß hin eine entsprechende
Verkleinerung der Pumpenarbeitsräume erhalten, so daß sich in der Schneckenpumpe
dem Auslaß benachbart ein höherer Druck aufbaut. Durch letzteren ist dann die Förderschnecke
auch in axialer Richtung zum Pumpeneinlaß hin vorgespannt, wo die Förderschnecke
in der Regel durch eine Formschlußverbindung mit einer Antriebswelle verbunden ist.
Durch die
Querschnittsabnahme der Förderschnecke erhält man somit
zugleich auch noch einen sichereren Sitz des einlaßseitigen, angetriebenen Schneckenendes
in der Antriebs-Formschlußverbindung.
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Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Anspruch 6 ist sichergestellt,
daß das Herausdrehen des Schneckenmodelles aus dem Formmaterial zwangsläufig so
erfolgt, daß beim Herausdrehen keine unerwünschte Verformung der Form-Hohlraum-Wand
erfolgt.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 8 ist im Hinblick auf
ein synchrones Herausdrehen einer Mehrzahl von Schneckenmodellen aus dem Formmaterial
einer Vielfach-Form von Vorteil.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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In dieser zeigen: Figur 1: einen axialen Schnitt durch die Hauptteile
einer Schneckenpumpe; Figur 2: einen transversalen Schnitt durch einen dem Einlaß
benachbarten Abschnitt der Förderschnecke der in Figur 1 gezeigten Pumpe; Figur
3: einen transversalen Schnitt durch einen dem Auslaß der Pumpe benachbarten Abschnitt
der Förderschnecke der Pumpe nach Figur 1; Figur 4: eine seitliche, teilweise axial
geschnittene Ansicht einer horizontal geteilten Gießform für eine Mehrzahl von Förderschnecken;
Figur
5: eine Aufsicht auf die Gießform nach Figur 4; und Figur 6: eine seitliche, teilweise
axial geschnittene Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen des mittleren Teiles
der Gießform nach Figur 4.
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Figur 1 zeigt einen aus elastischem Gummimaterial gefertigten Stator
1 einer Schneckenpumpe. Der Stator 1 hat zwei in Umfangsrichtung um 1800 gegeneinander
versetzte Rippen 2, 3, welche auf seiner Innenfläche ausgebildet sind und die doppelte
Ganghöhe aufweisen wie eine wendelförmige Förderschnek ke 4, die im Inneren des
Stators untergebracht ist, wobei einzelne Abschnitte der Förderschnecke 4 das Material
des Stators in unterschiedlichem Ausmaße zusammendrücken, je nachdem welche Winkelstellung
die Förderschnecke 4 bezüglich des Stators 1 einnimmt. So sind in Figur 1 Abschnitte
der Rippen 2, 3, die gerade von der Förderschnecke 4 weit in radialer Richtung nach
außen gedrückt sind, gestrichelt bei 5 und 6 wiedergegeben.
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Die Förderschnecke 4 hat einen für eine drehschlüssige Verbindung
mit einer nicht gezeigten Antriebswelle vorbereiteten Antriebskopf 7, und ein den
Stator 1 aufnehmendes metallisches Außengehäuse ist mit 8 bezeichnet.
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Zwischen dem Stator 1 und der Förderschnecke 4 liegen somit Arbeitsräume
9, welche bei Drehung der Förderschnecke 4 in Figur 1 von links nach rechts laufen
und hierbei ein zu förderndes Gut wie Mörtel oder Beton unter niederem Druck ansaugen
und mit einem Druck von in der Praxis etwa 10 atm abgeben. Die Bewegungsrichtung
des geförderten Gutes ist in Figur 1 durch Pfeile angedeutet.
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Die Figuren 2 und 3 zeigen Schnitte durch die Förderschnecke 4, welche
durch die fluchtenden Stellen von Figur 1 gelegt
sind. Mit Q ist
die Querschnittsfläche, mit M deren Mittelpunkt, mit E die Umlaufbahn des Mittelpunktes
M um die Pumpenachse und mit L der lichte Querschnitt, den die Querschnittsfläche
Q beim Umlaufen auf dem Kreis E erfüllt, bezeichnet.
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Wie aus Figur 3 ersichtlich, hat sich die Umlaufbahn E zum in Figur
1 rechts gelegenen Ende der Förderschnecke 4 hin nicht geändert, während der Durchmesser
der Querschnittsfläche Q und der vom Förderschneckenquerschnitt überstrichenen lichten
Fläche L um etwa 1/15 der Länge der Förderschnecke 4 abgenommen hat.
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Die Querschnittsabnahme in Schneckenlängsrichtung ist durch gestrichelt
eingezeichnete Tangenten an die Querschnittsflächen Q der Figuren 2 und 3 angedeutet.
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Entsprechend der Verminderung der Fläche L verengt sich auch der lichte
Querschnitt des Stators 1. Anders gesagt: Die Höhe der Rippen 2, 3 nimmt in Figur
1 von links nach rechts entsprechend zu.
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Bei einer einsatzbereiten Schneckenpumpe sind auf die Stirnflächen
des Stators 1 hier nicht näher gezeigte Kopfteile aufgesetzt, welche mit einem Ansaugstutzen
bzw. einem Abgabestutzen für das geförderte Gut versehen sind.
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Die Förderschnecke 4 wird in den Stator 1 in Figur 1 von links aus
eingesetzt, so daß aufgrund der kegelförmigen Gestalt der lichten Außenkontur der
Förderschnecke 4 bzw. der Innenkontur des Stators 1 dieses Einsetzen mit geringerer
Kraft möglich ist als beiFörderschnecken und Statoren mit exakt zylindrischer Außenkontur
bzw. Innenkontur.
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Die in Figur 4 wiedergegebene Gießform hat ein mittleres
Formteil
10, ein unteres Formteil 12 sowie ein oberes Formteil 14.
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Im mittleren Formteil 10 ist ein zentraler Angießkanal 16 vorgesehen,
von welchem unten eine Mehrzahl radialer Verteilerkanäle 18 ausgehen. Die Verteilerkanäle
18 münden in das untere Ende einer Mehrzahl vertikaler wendelförmiger Form-Hohlräume
20.
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In dem unteren Formteil 12 sind Kerne 22 vorgesehen, die zum Angießen
von Antriebs-Sechskantabschnitten an die Pumpenschnecken dienen.
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Im oberen Formteil 14 ist ein Angießtrichter 24 vorgesehen, welcher
mit dem Angießkanal 16 fluchtet, und eine Mehrzahl von Steiger-Trichtern 26 ist
über den Form-Hohlräumen 20 vorgesehen.
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Figur 3 zeigt teilweise axial geschnitten eine Vorrichtung zur Herstellung
des einstückigen mittleren Formteiles 10.
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Auf einer Bodenplatte 28 ruht ein Formkasten 30. Auf die Bodenplatte
28 ist ein Sternmodell 32 aufgesetzt, welches die Verteilerkanäle 18 und den untersten
Abschnitt des Angießkanales 16 formt. Zur Bildung des Angießkanales 16 ist im übrigen
ein zentrales Gießkanalmodell 34 vorgesehen.
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Eine Vielzahl von Schneckenmodellen 36 ist in Umfangsrichtung unter
gleichem Winkelabstand verteilt vorgesehen. Die Form der Schneckenmodelle 36 entspricht
der Form der gewünschten Pumpenschnecken. Die untere Stirnfläche der Schneckenmodelle
32 ist plan und sitzt auf der Bodenplatte 28 auf. Die obere Stirnfläche der Schneckenmodelle
32 ist ebenfalls plan und fluchtet mit der durch den oberen Rand des Formkastens
30 vorgegebenen Ebene, wie dies auch
die obere Stirnfläche des
Gießkanalmodelles 34 tut.
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An jedem der Schneckenmodelle 32 ist koaxial zur Schneckenachse eine
Gewindestange 38 befestigt, deren Durchmesser kleiner ist als der Kerndurchmesser
des Schneckenmodelles 32, so daß das Formmaterial 40 glatt an die Stirnfläche des
Schneckenmodelles 32 herangestrichen werden kann.
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Die Gewindestange 38 hat exakt die gleiche Steigung wie das Schneckenmodell
36 und läuft in einer komplementären Gewindebohrung eines rahmenfesten Trägers 42.
Der Träger 42 ist fest an einem herabhängenden Ständer 44 angebracht, der seinerseits
in nicht näher gezeigter Art und Weise an einem Maschinenrahmen befestigt ist. Der
Abstand zwischen der Unterseite des Ständers 44 und der Oberkante des Formkastens
30 ist größer als die Axialabmessung des Schneckenmodelles 32, so daß letzteres
vollständig durch Drehen der Gewindestange 38 aus dem Formkasten herausgezogen werden
kann.
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Zum Drehen der Gewindestange 38 ist an die letztere eine Antriebs
stange 48 angeformt, welche mit einer axialen Antriebsnut versehen ist. Die Antriebsstange
48 erstreckt sich im Gleitspiel durch die zentrale Bohrung einer Antriebshülse 50,
wobei in der zentralen Bohrung der letzteren eine Feder (nicht gezeigt) vorgesehen
ist, die mit der Nut der Antriebsstange 48 zusammenarbeitet.
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Die Antriebshülse 50 ist auf ihrer Umfangsfläche mit einem Zahnkranz
52 versehen, über welchen eine Antriebskette 54 ebenso läuft, wie über die Zahnkränze
52 der den anderen Schneckenmodellen zugeordneten Antriebshülsen.
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Die Antriebshülsen 50 sind in oberen Trägern 56 gelagert, die sternförmig
vom Ständer 44 weglaufen und an diesem befestigt sind
Die Länge
der Antriebsstange 48 und der Abstand der oberen Träger 56 von den unteren Trägern
42 ist wiederum größer als die Axialabmessung der Schneckenmodelle 36. Durch diese
Beabstandung der Träger 42 und 56 ist zugleich eine Drehlagerung der Schneckenmodelle
36 an voneinander entfernten Stellen gewährleistet, so daß die Schneckenmodelle
36 beim Herausdrehen aus dem Formmaterial 40 nicht verkanten.
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Zum Herstellen einer Gießform wird zunächst der leere Formkasten 30
bei hochgefahrenen Schneckenmodellen 36 auf die Bodenplatte 28 geschoben. Dann werden
das Sternmodell 32 und hierauf das Gießkanalmodell 34 zentriert auf die Bodenplatte
28 gesetzt und anschließend die Schneckenmodelle 36 durch Erregen eines auf die
Antriebskette 54 arbeitenden Motors synchron abgesenkt, bis ihre Stirnflächen an
der Oberseite der Bodenplatte 28 anliegen. Anschließend wird das Formmaterial in
den Formkasten 30 eingebracht, dort verteilt und verdichtet sowie ggf. ausgehärtet.
Als Formmaterial kommen heißaushärtende bzw. kaltaushärtende Sande sowie üblicher
Grünsand in Frage.
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Anschließend wird der auf die Antriebskette 54 arbeitende Antriebsmotor
im Sinne eines Herausdrehens der Schneckenmodelle 36 in Gang gesetzt, und die Schneckenmodelle
36 drehen sich dann durch den von ihnen selbst geformten Form-Hohl raum 20 heraus,
ohne dessen Wände zu beschädigen. Hierzu können die Schneckenmodelle 36 auf ihrer
Außenfläche zusätzlich mit einem Trennmittel oder Gleitmittel versehen sein.
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Auch kann ein unterer Abschnitt der Schneckenmodelle 36 leicht kegelförmig
ausgebildet sein, d.h., die außenliegenden Bereiche der Schneckenwendel sind durch
eine Kegelfläche begrenzt, deren Spitze weit unterhalb der Bodenplatte 28 liegt
und deren öffnungswinkel klein ist.
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Nach dem Herausdrehen der Schneckenmodelle 36 werden Boden-
platte
und Formkasten 30 weggefahren, der Formkasten 30 wird auf eine seiner Seitenflächen
gestellt und die Bodenplatte 28 entfernt. Hernach werden das Sternmodell 32 und
das Gießkanalmodell 34 entfernt, und das so erhaltene mittlere Formteil 10 wird
auf das getrennt hergestellte untere Formteil 12 aufgesetzt. Anschließend wird auf
das mittlere Formteil 10 noch das obere Formteil 14 aufgesetzt, und die Gießform
ist nun bereit zum Gießen. Durch den Gießkanal 16 wird nun das flüssige Schneckenmaterial
eingegossen, welches über die sternförmig angeordneten Verteilerkanäle 18 zu den
einzelnen Formhohlräumen 20 gelangt und dort nach oben bis in den Steiger-Trichter
26 ansteigt, Als Schneckenmaterial kann z.B. ein Gußeisenmaterial mit 20 % Cr und
2,8 % C verwendet werden, welches härtbar ist, oder auch ein Gußeisenmaterial mit
20 % Cr und 3,1 % C, welches naturhart ist.
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Nach dem Erstarren des Schneckenmateriales wird das Guß stück aus
der Gießform herausgearbeitet und zur Fertigstellung der einzelnen Pumpenschnecken
wird der Steiger und der Anguß mit einer Schleifscheibe entfernt. Eine weitergehende
mechanische Bearbeitung insbesondere der kompliziert gekrümmten Außenfläche der
Pumpenschnecke ist nicht notwendig.