DE4237966A1 - Exzenterschneckenpumpe - Google Patents
ExzenterschneckenpumpeInfo
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- F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C2/10—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
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Exzenterschneckenpumpe
mit einem starren, als z. B. eingängige Schnecke ausgebil
deten, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden
Rotor und einem eine gummielastische Auskleidung auf
weisenden Stator, dessen den Rotor aufnehmender lichter
Raum die Form eines z. B. zweigängigen Steilgewindes und
eine Querschnittsfläche aufweist, die im wesentlichen
von einer Rechteckfläche und zwei an deren einander
gegenüberliegenden gedachten Kanten anschließenden
Halbkreisflächen gebildet ist, wobei die die beiden
Halbkreisflächen miteinander verbindenden Kanten der
Rechteckfläche im wesentlichen von den beiden
Halbkreisflächen ausgehend zum Inneren der Querschnitts
fläche des lichten Raumes des Stators hin konvex vor
gewölbt ist.
Bei derartigen Pumpen haben die konvex vorgewölbten
Kanten eine Steigerung der Förderleistung zur Folge,
weil diese Kanten der Tatsache Rechnung tragen, daß
das Maß der durch die Kanten bewirkten Verengung des
lichten Raumes etwa proportional der jeweils angrenzenden
Schichtstärke des gummielastischen Werkstoffs des
Stators ist. Die durch die konvexen Flächen bedingte
größere Pressung des gummielastischen Werkstoffes am
Rotor verringert also die sog. Spaltverluste und steigert
demgemäß die Pumpenleistung. Diesem Vorteil steht
allerdings der Nachteil gegenüber, daß die Reibungs
verluste der Pumpe umso größer sind, je mehr und stärker
der elastische Werkstoff an dem Rotor anliegt, was
sich insb. bei längeren Pumpen z. B. mit mehreren Metern
Wirklänge besonders nachteilig auswirkt.
Aufgrund der Erfindung sollen diese Nachteile besei
tigt werden; es sollen vergleichsweise verminderte
Reibungsverluste in Kauf genommen werden, ohne aber
gleichzeitig größere Spaltverluste hinnehmen zu müssen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß die
Vorwölbung der Kanten am saugseitigen Ende kleiner
als am druckseitigen Ende des Stators, wobei am
saugseitigen Ende keine oder praktisch keine Vorwölbung
vorgesehen sein kann.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der
Druck innerhalb des Stators von der Saugseite aus gesehen
zum druckseitigen Ende des Stators hin größer wird.
In den Bereichen geringeren Innendruckes, in denen
die Spaltverluste ohnehin gering sind, sind aufgrund
der Erfindung keine bzw. nur geringe Vorwölbungen
vorgesehen, und zwar mit entsprechend geringen Reibungs
verlusten, während in den Statorbereichen größeren
Innendrucks und den dort eintretenden größeren Ver
drängungen des Elastomers für eine gute Abdichtung
Sorge getragen wird.
Es sei noch erwähnt, daß das Maß der Vorwölbungen
etwa 1-4% der Wandstärke des jeweils angrenzenden
Elastomers ausmachen kann, daß aber wiederum eine
Anpassung an die Verformbarkeit des gummielastischen
Werkstoffs und die Druckhöhen bzw. effektiven Längen
der Statoren geschehen muß.
Die Änderung der Vorwölbung kann dabei stufenweise
- über die Länge der Statoren gesehen - erfolgen,
jedoch ist es auch möglich, die Änderung allmählich zu
vollziehen, also z. B. die Vorwölbung langsam vom
Wert 0 mm auf den Wert von etwa 4% der vorerwähnten
Wandstärke des Elastomers ansteigen zu lassen.
Wichtig ist auch, daß es zur Vermeidung der Spaltver
luste im Regelfalle nicht erforderlich ist, die Kontur
des Pumpenhohlraumes im Bereich der beiden an den Durch
messer des Rotors angepaßten Halbkreislinien zu ver
ändern, also zur Erhöhung der Vorspannung den gegenseitigen
Abstand der beiden Halbkreislinien zu vermindern, weil
in diesen Querschnittsbereichen die Wandstärken
des Elastomers vergleichsweise klein sind und dementsprechend
weniger gut verformt werden können.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der
Zeichnung erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt ist. Es zeigen
Fig. 1 eine Exzenterschneckenpumpe im Längsschnitt,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Stator und den Rotor
am saugseitigen Ende der Pumpe bei A und
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Stator und den Rotor
am druckseitigen Ende der Pumpe bei B.
Das Grundgestell der Pumpe weist einen Lagerbock 1
auf, der zur Lagerung der Antriebswelle 2 dient. Sie
hat einen herausgeführten Stutzen 2′, an dem der
Antriebsmotor angeflanscht wird. Das in den Saugraum 3 der
Pumpe hineinragende Ende der Antriebswelle 2 ist mit
4 bezeichnet. Der Ansaugstutzen der Pumpe hat das
Bezugszeichen 5.
Der wichtigste Teil der Pumpe besteht aus dem Stator 6
mit einem starren Mantel 7 und einer innen gelegenen
Auskleidung 8 aus einem Elastomer, vorzugsweise Gummi,
die einen lichten Raum 16 (Pumpenhohlraum) in Form
eins zweigängigen Steilgewindes zur Aufnahme des
Rotors 9 aufweist, der nach Art eines eingängigen
Steilgewindes geformt ist. Die Längsachse des Rotors 9
ist mit 10 bezeichnet; der Rotor 9 vollführt eine
Drehung um die Achse 11 des Stators 6, zugleich jedoch
eine Drehbewegung um seine Längsachse 10. Die Längs
achse 10 des Rotors 9 hat von der Achse 11 den Abstand x
Exzentermaß). Der Druckstutzen 12 schließt die
Pumpe druckseitig ab. Zudem ist der Stator 6 auswechsel
bar zwischen dem den Saugraum 3 bildenden Gehäuse und
dem Druckstutzen 12 gehalten.
Wegen der Exzenterbewegung und der Belastung der Pumpe
ist zwischen dem Ende 4 und dem vorne liegenden
Stummel 13 ein elastisches Kupplungsglied 15 vorgesehen,
das durch Klauen 14 gehalten ist. Anstelle des langgestreckten
Kupplungsgliedes 15 können jedoch andere bewährte Über
tragungselemente Verwendung finden.
Wichtig ist nun, daß der Raum 16 über die Länge des
Stators 6 hinweg keine konstante Innenkontur, sondern
eine unterschiedliche Kontur aufweist.
Gemäß Fig. 2 wird die Querschnittsfläche des Raumes 16
von zwei Halbkreisflächen 17, 19 und einer Rechteckfläche 20
gebildet. In dieser Querschnittsfläche bewegt sich der
im Querschnitt kreisrunde Rotor 9.
Der Hub des Rotors 9 entspricht der Länge L des zwischen
den beiden Halbkreisflächen 17, 19 befindlichen Rechtecks
der Rechteckfläche 20, deren bestimmende Seiten durch
zwei einander parallele Längskanten 21 mit geradem,
gestrecktem Verlauf. Unter diesen Voraussetzungen
kann der Rotor 9 die beiden Halbkreise und die beiden
Längskanten 21 gerade berühren, jedoch kann hier bereits
die Auskleidung 8 mit einer geringen Vorspannung am
Rotor 9 anliegen.
Gemäß Fig. 3 sind die beiden Halbkreisflächen 17, 19
unverändert, auch bezüglich ihres gegenseitigen Abstandes
beibehalten, jedoch verlaufen die beiden Kanten 21′
nicht mehr gerade, sondern sie sind in Richtung auf das
Innere des Raumes 16 konvex vorgewölbt, und zwar
stufenlos ausgehend von den Enden der beiden Halbkreise.
Hierdurch wird der Umstand berücksichtigt, daß die
örtliche Dicke der angrenzenden elastischen Schicht
bei 22 und damit auch deren elastische Nachgiebigkeit
zur Mitellinie 23 hin zunimmt und in Zonen der größten
elastischen Verformbarkeit dem Innendruck stärker ausweicht
im Vergleich zu anderen Gummizonen z. B. im Bereich der
Halbkreise der Halbkreisflächen 17, 19. Dies bedeu
tet, daß durch die Vorwölbungen 24 gegenüber den
Längskanten 21 die Spaltverluste zwischen Auskleidung 8
und dem Rotor 9 verringert werden.
Da sich der Innendruck im Stator 9 zum Druckstutzen 12
hin allmählich aufbaut, wird dementsprechend eine sich
entsprechend vergrößernde Vorwölbung 24 gewählt, wobei
eine kontinuierliche Vergrößerung, aber ggfs. auch
eine stufenweise Vergrößerung angewendet werden kann.
Auch ist es möglich, bereits im Statorbereich bei A
eine geringe Vorwölbung 24 vorzusehen, wie auch dort
schon über den gesamten Umfang des Raumes 16 hinweg
eine vorgespannte Anlage der Auskleidung 8 angewendet
werden kann.
Im letztgenannten Falle müßte dann der Radius der
beiden Halbkreise der beiden Halbkreisflächen 17, 19
geringfügig kleiner sein als der Radius des Rotors 9.
Es sei noch erwähnt, daß das Maß der größten
Wandstärke der Vorwölbung 24 auf die Härte der Aus
kleidung 8 und die Pumpendrücke abzustimmen ist, was
auch durch Versuche ermittelt werden kann. Diese Wand
stärke sollte im Regelfalle etwa 1-4% der benachbarten
Wandstärke im Bereich der Mittellinie 23 betragen, wenn
man eine Härte der Auskleidung 8 von etwa 58-65 Shore A
unterstellt.
Ferner ist darauf hinzuweisen, daß die Anzahl der Gänge
des Rotors einerseits und des lichten Statorraumes anderer
seits aufeinander abgestimmt sein müssen, wobei im Regelfall
für einen eingängigen Rotor eine Zweigängigkeit (zweigängiges
Steilgewinde) im Stator vorgesehen sein muß (dem
Ausführungsbeispiel gemäß Zeichnung entsprechend). Aus
dem Konstruktionsprinzip für die in Rede stehenden Pumpen
ist somit für den Stator eine im Vergleich zum Rotor größere
Gängigkeit zu wählen.
Darüber hinaus können neben den schon erwähnten Eigenschafts
werten für die Auskleidung 8 Shore Härten A von etwa 55-75
gewählt werden, um allen Anforderungen der Praxis gerecht
zu werden. Weiterhin können für die Vorwölbung insg.
Werte von etwa 1-20% der Wandstärke der Auskleidung
im Bereich der Mittellinie benutzt werden, wobei die größten
Werte für besonders lange bzw. auch weiche Auskleidungen 8
ausgewählt werden.
Claims (9)
1. Exzenterschneckenpumpe mit einer starren, als z. B.
eingängige Schnecke ausgebildeten, einen kreisför
migen Querschnitt aufweisenden Rotor und einem
eine elastische Auskleidung aufweisenden Stator, dessen
den Rotor aufnehmender, lichter Raum die Form eines z. B.
zweigängigen Steilgewindes und eine Querschnitts
fläche aufweist, die im wesentlichen von einer
Rechteckfläche und zwei an deren einander gegenüberlie
genden gedachten Kanten anschließenden Halbkreis
flächen gebildet ist, wobei die die beiden Halbkreis
flächen miteinander verbindenden Kanten der Rechteck
fläche im wesentlichen von den beiden Halbkreisflächen
ausgehend zum Inneren der Querschnittsfläche des
lichten Raumes hin konvex vorgewölbt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorwölbung der Kanten (21′)
am saugseitigen Ende des Stators (6) kleiner ist im
Vergleich zum druckseitigen Ende des Stators.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kanten (21) am saugseitigen Ende des Stators (6)
gerade, gestreckt verlaufen.
3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Maß der Vorwölbung allmählich zunimmt.
4. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Maß der Vorwölbung stufenweise zunimmt.
5. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Maß der Vorwölbung der Drucksteigerung innerhalb
des Stators (6) entsprechend verändert ist.
6. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Maß der Vorwölbung bei einer Shore-Härte A der
Auskleidung (8) von etwa 58-65 Shore A etwa 1-4%
der benachbarten Wandstärke der Auskleidung im Bereich
der gedachten Mittellinie (23) des Stators (6) beträgt,
und zwar an den Stellen der größten Vorwölbung.
7. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Maß der Vorspannung der Auskleidung (8)
im Bereich der die Halbkreisflächen (17, 19) bestimmenden
Halbkreise bzw. ihr Abstand von der Außenfläche des
Rotors (9) über die Länge des Stators (6) konstant
bzw. nahezu konstant ist.
8. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Auskleidung (8) eine Härte von etwa 55-75 Shore A
aufweist.
9. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Maß der Vorwölbung 1-20% der Wandstärke der Aus
kleidung (8) im Bereich der gedachten Mittellinie (23)
des Stators (6) und der größten Vorwölbung be
trägt.
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