DE4006339C2 - Stator für eine Exzenterschneckenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stator entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Exzenterschneckenpumpen sind in mannigfacher Form be­ kannt und dienen der Förderung beispielsweise von Fest­ stoff-Flüssigkeits-Gemischen wie z. B. Mörtel, Schlämmen oder dgl. Sie bestehen aus einem Stator, der innenseitig ein aus einem gummielastischen Werkstoff ausgebildetes gewindeartiges Profil trägt, in dem ein aus Stahl beste­ hender, außenseitig ebenfalls ein gewindeartiges Profil aufweisender Rotor exzentrisch rotiert. Zwischen den Gewindeprofilen von Stator und Rotor werden voneinander abgedichtete Förderräume für das zu fördernde Medium gebildet, die während der Drehung des Rotors in Förder­ richtung bewegt werden, während dieser Bewegung zwar nicht ihr Volumen, jedoch ihre Gestalt und Lage laufend ändern. Die ausgangsseitig erreichbaren Drücke bzw. Förderhöhen hängen im wesentlichen von der Qualität der Abdichtung zwischen den genannten Förderräumen und damit u. a. von der Steifigkeit bzw. Formbeständigkeit des Gummiprofils des Stators ab. Letztere wird üblicherweise über eine gewisse Vorspannung, d. h. Durchmesserdif­ ferenz zwischen Rotor und Stator eingestellt. Nun gilt ein vergleichsweise weicher Gummiwerkstoff im Rahmen des Statorprofils zwar als verschleißfester als ein relativ härterer - der erstere erfordert jedoch zur Erzielung gleicher Ausgangsdrücke wesentlich höhere Vorspannungen, so daß sich, nachdem Gummi als ein inkompressibler Werkstoff anzusehen ist, vergleichsweise starke Verfor­ mungen des Statorprofils ergeben würden.

Einer Erhöhung der Vorspannung zwecks Erhöhung des Ausgangsdrucks sind Grenzen gesetzt, und zwar sowohl mit Hinblick auf das erforderliche Antriebsdrehmoment als auch auf den sich einstellenden Verschleiß. Dieser Verschleiß wirkt sich unter anderem bei dem Stahlrotor aus, der - druckseitig beginnend und in Richtung auf die Saugseite hin fortschreitend - abgetragen wird und in seinen Ausmaßen schließlich eine sich global auf die Druckseite hin konisch verjüngende Gestalt erhält. Dieses allmähliche Materialabtragen hat eine kontinuier­ lich sinkende Vorspannung sowie Dichtwirkung zwischen den genannten Förderräumen und damit eine Verringerung der erreichbaren Förderhöhe zur Folge. Leistungssteigerun­ gen durch Drehzahlerhöhung sind mit Hinblick auf den zu erwartenden Verschleiß sowie den Energiebedarf ebenfalls nicht sinnvoll.

Statoren für Exzenterschneckenpumpen bestehen üblicher­ weise aus einem zylindrischen metallischen Mantel, in den über einen Spritzprozeß ein aus einem Gummiwerkstoff bestehendes Einsatzteil eingebracht wird, welches innen­ seitig beispielsweise die Form eines zweigängigen, zum Zusammenwirken mit dem Rotor bestimmtes Gewindeprofil aufweist. Bekanntlich ist bei Gummiwerkstoffen das zu erwartende Schwundmaß abhängig von der jeweiligen Wan­ dungsdicke des Profils, so daß mit Hinblick auf die Erzielung geringer Fertigungstoleranzen besondere Zusatz­ maßnahmen erforderlich sind, um trotz der, auf das genannte Gewindeprofil zurückführbaren, örtlich unter­ schiedlichen Wandungsdicken die genannten Toleranzen einzuhalten.

Aus der DE-AS 15 53 199 ist ein nachspannbarer Stator für eine Exzenterschneckenpumpe bekannt, bei dem das aus einem elastischen Werkstoff bestehende Einsatzteil in einem in seinem Durchmesser verringerbaren metallischen Mantel angeordnet ist, so daß über eine Durchmesserver­ ringerung ein auftretender Verschleiß in einem gewissen Rahmen ausgleichbar ist. Problematisch ist jedoch die genaue Einstellung der jeweils erforderlichen Vorspan­ nung, welches soweit dies überhaupt möglich ist, zumin­ dest bei Baustelleneinsätzen einen erheblichen Aufwand bedeutet.

Zur Verminderung der durch die Vorspannung zwischen Stator und Rotor veranlaßten Reibungs- und damit Lei­ stungsverluste wird in der DE 33 04 751 C2 vorgeschlagen, die wirksamen Innenabmessungen des Stators ausgehend von dessen Saugseite bis zu dessen Druckseite hin kontinuier­ lich zu verringern, so daß in Verbindung mit einem - in Achsrichtung gesehen - gleiche radiale Abmessungen aufweisenden Rotor druckseitig die größte Vorspannung zur Verfügung steht. Auf diese Weise läßt sich eine Verringerung des Antriebsmoments erreichen.

Zur Behebung der herstellungstechnischen, auf das wand­ stärkenabhängige Schwundmaß von Gummiwerkstoffen zurück­ führbaren Schwierigkeiten wird in der DD 72 216 eine Exzenterschneckenpumpe vorgeschlagen, deren Stator durch einen metallischen Mantel charakterisiert ist, der entweder insgesamt gewindeartig verformt ist oder zumin­ dest innenseitig ein gewindeartiges Profil trägt, so daß im Rahmen des gummielastischen Einsatzprofils gleiche Wanddicken - über die gesamte Länge des Stators gesehen - einstellbar sind. Das auf die gleichmäßige Wandstärke zurückführbare Schwundmaß des Gummiwerkstoffs bringt eine erhebliche Genauigkeitssteigerung sowie eine Verein­ fachung des Herstellungsvorgangs mit sich.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Stator in einfacher Weise mit Hinblick auf eine höhere Standzeit, höhere Leistungen bzw. einen verringerten Energieaufwand auszugestalten. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Stator durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß ist somit lediglich ein Teil der Stator­ länge dahingehend ausgebildet, daß sich die genannten geringen gleichmäßigen Schichtdicken des Gummiwerkstoffs ergeben, wohingegen der verbleibende übrige Teil des Stators im herkömmlichen Sinne ausgebildet sein kann. In diesem letztgenannten Teil ist somit ein herkömmliches Einsatzteil angeordnet, welches nicht mit einem gewinde­ artigen Profil des Mantels zusammenwirkt, so daß der Mantel in diesem Abschnitt glattwandig zylindrisch ausgebildet ist. Bei einer Verwendung herkömmlicher Stahlrotoren werden auf diese Weise unterschiedliche Verformungsfähigkeiten in den sich ergebenden beiden Abschnitten des Stators erreicht, und zwar derart, daß druckseitig, nämlich im Bereich der geringen gleichmäßi­ gen Schichtdicken stets eine erforderliche hohe Steifig­ keit und damit Dichtwirkung zur Verfügung steht. Dieses System kann naturgemäß in vielfältiger Weise ausgestaltet werden. Beispielsweise können durch entsprechende Bemes­ sung des erstgenannten Teils auch mehr als zwei Abschnitte im Verlauf einer Statorlänge bereitgestellt werden, welche sich durch unterschiedliche Verformungsfähigkeiten des Gummiwerkstoffs auszeichnen, und zwar dahingehend, daß sich von der Saugseite zur Druckseite eine stufenweise zunehmende Steifigkeit des Gummiwerkstoffs ergibt. Die jeweiligen Schichtdicken der Einsatzteile können ausgehend von der erforderlichen Vorspannung, der Elasti­ zität des Werkstoffs sowie eines zuzulassenden Ver­ schleißmaßes kleinstmöglich gewählt werden. Da sich die Materialkosten beispielsweise von Rohgummi einerseits und Stahl bzw. Eisen andererseits erheblich unterschei­ den, ist der erfindungsgemäße Stator durch eine bedeutende Einsparung an dem relativ teuren Gummiwerkstoff gekennzeichnet. Da verschlissene Statoren stets als Ganzes verworfen werden, eine Rückgewinnung des vorhan­ denen Gummiwerkstoffs praktisch kaum stattfindet, wird durch die erfindungsgemäße Konstruktion auch ein Beitrag zur Abfallbeseitigung geleistet. Die geringen Schicht­ dicken des Gummieinsatzes haben entsprechend geringe mögliche Verformungswege zur Folge, welches in Verbindung mit der entsprechenden Gestaltung des Mantels bereits bei vergleichsweise geringen Verformungswegen eine starke Versteifung eines Gummiprofils nach sich zieht, so daß sich eine entsprechend hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber druckseitigen Beanspruchungen ergibt. Diese Gesichtspunkte gelten im gleichen Maß auch für relativ weiche Gummiwerkstoffe, deren Verformung durch die Profilierung des Mantels bzw. ein System von in diesen eingelegten Windungen ebenfalls behindert wird, so daß sich auch in diesem Fall auf Grund der Inkompressibili­ tät des Gummis eine hohe Versteifung, insbesondere im Bereich der Dichtflächen der eingangs genannten Förder­ räume ergibt. Bei Einsatz relativ harter Gummiwerkstoffe können somit höchste Ausgangsdrücke erreicht werden.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Teil eines erfindungsgemäßen Stators im Axialschnitt;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines vollständigen erfindungsgemäßen Stators im Axialschnitt.

Mit 1 ist in Fig. 1 das Ende des aus Stahl bestehenden Mantels eines Stators bezeichnet, dessen Kontur nach Art eines zweigängigen Steilgewindes verformt ist. Das Gewindeprofil kann in beliebiger Weise erzeugt werden. Der Mantel 1 trägt auf seiner Innenseite ein aus einem gummielastischen Werkstoff bestehendes Einsatzteil 2, das mit der Innenfläche des Mantels in vorzugsweise unlösbarer Verbindung steht, beispielsweise an diesen anvulkanisiert ist. Das Einsatzteil 2 ist derart bemes­ sen, daß in dem gezeigten Abschnitt die Innenfläche mit einer gleichmäßigen Schichtdicke 3 überzogen ist. Es ergibt sich somit eine aus dem gummielastischen Werk­ stoff bestehende Kontur nach Art eines zweigängigen Gewindes, welche als Pumpenstator einsetzbar ist.

Die Schichtdicke 3 sollte bei einem akzeptierbaren Verschleiß von 2 mm wenigstens 5 mm betragen. Diese vergleichsweise geringe Schichtdicke bringt in Verbin­ dung mit der profilierten Gestaltung des Mantels 1 eine Reihe vorteilhafter Wirkungen hervor.

Bekanntlich hängt der bei Exzenterschneckenpumpen er­ reichbare Ausgangsdruck und damit deren Förderhöhe entscheidend von der Qualität der Abdichtung der sich zwischen den Gewindeprofilen von Rotor und Stator ausbil­ denden Förderräume für das jeweilige Medium ab. Diese Abdichtung wird üblicherweise durch eine gewisse Vorspan­ nung zwischen dem aus Stahl bestehenden Rotor und dem gummielastischen Werkstoff der Statorwindungen herge­ stellt und hat eine gewisse Vorspannung des Statorprofils im Bereich der Abdichtungen der Förderräume zur Folge. Zweck dieser Verformung ist die Erhöhung des Verformungs­ widerstands gegenüber der druckseitig auftretenden Bean­ spruchung. Durch die erfindungsgemäßen geringen Schicht­ dicken des gummielastischen Werkstoffs ergeben sich in Verbindung mit den Stützwirkungen des gewindeartig verformten Mantels 1 vergleichsweise geringe Verformungs­ möglichkeiten, so daß bei gleicher Druckfestigkeit bzw. gleichem erreichbaren Ausgangsdruck das Ausmaß der Vorspannung zwischen Rotor und Stator geringer bemessen werden kann als bei herkömmlichen Exzenterschneckenpum­ pen.

Nachdem somit auf konstruktivem Wege die Verformungsmög­ lichkeiten des Gummiwerkstoffs beschränkt sind, besteht die Möglichkeit, einen an sich verschleißfesteren Weich­ gummi einzusetzen, ohne - wie ansonst erforderlich - übermäßig hohe Vorspannkräfte zur Erzielung der nötigen Druckfestigkeit aufbringen zu müssen. Die Verwendung eines vergleichsweise harten Gummiwerkstoffs im Rahmen des Statorprofils bringt hingegen die Möglichkeit mit sich, trotz geringer Vorspannkräfte hohe Ausgangsdrücke zu erreichen.

Man erkennt, daß aufgrund der profilierten Gestaltung des Mantels 1 die Verbundwirkung zwischen diesem und dem gummiartigen Werkstoff zusätzlich zu einem Verkleben bzw. Anvulkanisieren durch einen gewissen Formschluß verbessert ist. Es können vergleichsweise geringe Schicht­ dicken 3 verwendet werden, woraus sich in einfacher Weise neben geringen Maßtoleranzen auch ein hoher Ver­ formungswiderstand des Systems aus Einsatzteil 2 und Mantel 1 ergibt.

Fig. 2 zeigt ein vollständiges Ausführungsbeispiel eines Pumpenstators, bestehend aus einem glatten zylindrischen Mantel 4 und einem aus einem gummielastischen Werkstoff bestehenden Einsatzteil 9, welches in zwei Abschnitte unterteilbar ist, nämlich einen ersten Abschnitt, der mit einem System von Windungen 10, bestehend aus Stahl­ draht versehen ist und einem zweiten Abschnitt, der keinerlei Windungen oder sonstige, mit diesem funktionell vergleichbare Armierungen zeigt. Die Enden der Windungen 10 sind mit dem Mantel 4 verschweißt, wie an den Stellen 11 angedeutet ist. Die Verbindung des Einsatzteils 9 mit dem Mantel 4 ist unlösbar ausgebildet, und es ist das Einsatzteil beispielsweise in den Mantel 4 einvulkani­ siert. Die Windungen 10 sind derart bemessen, daß sich in deren Bereich eine möglichst gleichmäßige Schicht­ dicke des Gummiwerkstoffs ergibt. Geht man davon aus, daß mit dem Pfeil 12 die Förderrichtung des Stators bezeichnet ist, wird durch dessen Unterteilung in die obengenannten beiden Abschnitte erreicht, daß in dem ersten, mit Windungen versehenen Abschnitt wesentlich geringere Verformungsmöglichkeiten des Gummiwerkstoffs als in dem zweiten Abschnitt bestehen. Druckseitig ergibt sich somit nach Einsetzen eines Rotors eine wesentlich höhere Versteifung und damit Druckfestigkeit des Gummiwerkstoffs und eine gute Abdichtung der einzelnen, sich zwischen den Windungen des Rotors und des Stators ausbildenden Förderräume. Saugseitig fällt hingegen die Vorspannung aufgrund der dort gegebenen größeren Schichtdicken und damit größeren Verformbarkeit des Gummiwerkstoffs geringer aus, welches jedoch unpro­ blematisch ist, da in diesem Bereich zwischen den einzel­ nen Förderräumen ohnehin nur geringe Druckdifferenzen anstehen und die Qualität der Abdichtung der Förderräume in diesem Abschnitt nur von untergeordneter Bedeutung ist. Indem somit die hohe Druckfestigkeit auf den Be­ reich des Stators beschränkt ist, indem diese mit Hinblick auf die erforderliche Abdichtung und damit die erreichbare Förderhöhe von Bedeutung ist, wird gleich­ zeitig das im Betrieb der Exzenterschneckenpumpe aufzu­ bringende Drehmoment gegenüber einer solchen Ausführungs­ form, bei der eine gleichmäßige Vorspannung über die gesamte Länge eingestellt ist, merklich verringert.

Der Abschnitt des Pumpenstators, der im erfindungsgemä­ ßen Sinn mit Stahldrahtarmierungen bzw. -windungen ausgerüstet ist, kann - bezogen auf die Länge des gesam­ ten Stators - einen Anteil von etwa 50% ausmachen.

Es werden nichtspannbare Statoren eingesetzt, so daß sich deren praktische Handhabung insbesondere baustellen­ seitig sehr einfach gestaltet.

Claims (3)

1. Stator für eine Exzenterschneckenpumpe, der aus einem metallischen Mantel und einem innenseitig daran angeord­ neten Einsatzteil aus gummielastischem Werkstoff mit gewindeartigem Profil besteht, dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein druckseitiger Teil des Mantels (1, 4) innen­ seitig ebenfalls ein gewindeartiges Profil hat oder insgesamt gewindeartig verformt ist und in diesem Teil des Mantels das Einsatzteil (2, 9) durch eine eine gleichmäßige Dicke (3) aufweisende Beschichtung gebildet ist und daß ein ansaugseitiger Teil des Mantels (1, 4) innenseitig zylindrisch glatt ausge­ bildet ist.

2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der zylindrische glatte Teil 50% der Länge des Stators ausmacht.

3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das innenseitige gewindeartige Profil des Mantels (1, 4) in dem genannten Teil durch ein System metallischer Windungen (10) gebildet wird, die mit dem Mantel (1, 4) verschweißt sind.