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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Rotoranordnung für
eine Pumpe. Sie erstreckt sich auch auf eine Exzenterschneckenpumpe,
die die Rotoranordnung enthält.
Die Exzenterschneckenpumpe kann einen verbesserten Dichtungsmechanismus
aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
insbesondere eine Rotoranordnung für eine Pumpe, wobei die Rotoranordnung
ein Rotorglied mit einem Hohlraum, eine Rotorwelle, die sich zumindest
teilweise in den Hohlraum erstreckt, und ein Verbindungsglied in
dem Hohlraum umfaßt,
das eine treibende Beziehung zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied
ausbildet, wodurch eine der Rotorwelle verliehene Drehbewegung auf
das Rotorglied durch die Vermittlung des Verbindungsglieds übertragen
wird, wobei das Verbindungsglied fähig ist, einen thermisch induzierten strukturellen
Ausfall zu machen, um die treibende Beziehung zu beenden, wenn eine
vorbestimmte Pumpentemperatur erreicht wird. Eine Ausführung einer derartigen
Pumpe ist in der europäischen
Patentanmeldung
EP 0 255 336 beschrieben,
deren Offenbarung im Folgenden berücksichtigt wird.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Exzenterschneckenpumpen, die auch
als Pumpen mit fortschreitendem Hohlraum (PC-Pumpen) bekannt sind,
sind in der Sprengstoffindustrie wegen ihrer geringen Pulsationsströmung, ihrer
geringen Produktscherung und ihrer Fähigkeit verbreitet, Produkte
mit bis zu 40% Metalltröpfchen
in der Schlacke zu handhaben. Sie werden auch in der Lebensmittelindustrie,
bei der Handhabung von Abwasser und bei anderen Anwendungen eingesetzt,
wo das Pumpen von Materialien mit relativ hohen Abriebeigenschaften
erforderlich ist.
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Eine typische PC-Pumpe umfaßt im großen und
ganzen einen Rotor, der zur Rotation in einem Stator montiert ist,
der eine Pumpkammer definiert. Bei einem typischen Aufbau ist der
Rotor geometrisch eine Helix mit großer Steigung, während der Stator
als ein Körper
mit einer Doppelhelix betrachtet werden kann, die die doppelte Steigung
von dem Rotor hat. Als eine Folge werden Führungsräume (Hohlräume) in der Pumpkammer zwischen
dem Stator und dem Rotor gebildet.
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Während
des Pumpens werden diese Hohlräume
mit dem Produkt befüllt
und bewegen sich kontinuierlich von einem Einlaß zu einem Auslaß. Wegen
des glatten Übergangs
von einem Hohlraum zu dem nächsten
ist die Pumpenzufuhr fast pulsationsfrei. Die Führungsräume sind durch den Preßsitz zwischen
dem Rotor und dem Stator abgedichtet. Der Stator ist üblicherweise
aus einem elastomeren Material gemacht, das in einer festen Hülle gehalten wird,
obwohl andere Aufbauten verwendet werden können, wie z. B. ein mit einem
Elastomer beschichteter Rotor. Das Volumen der Hohlräume bleibt
während
ihrer Bewegung konstant. Andere Konfigurationen neben einem Helixrotor
großer
Steigung in einem Doppelhelixstator können verwendet werden, einschließlich z.
B. einem Rotor großer
Steigung mit einem elliptischen Querschnitt in einem Dreifachhelixstator,
der die oder die halbe Steigung des Rotors aufweist. Wegen der besonderen
Rotor-/Statorkonfiguration bewegt sich der Rotor radial in dem Stator mit
einer Umlaufbewegung. Siehe beispielsweise Netzsch Product Katalog
mit dem Titel "The
New NM Series – Who
would have thought you could improve a NEMO® Pump?", Netzsch Mohnopumpen
GMBH, Waldkraiburg, Deutschland, Juni 1994.
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In einer typischen bekannten Pumpe
wird der Rotor von einer Antriebswelle angetrieben. Die Drehbewegung
wird der Antriebswelle durch einen elektrischen, hydraulischen,
pneumatischen Motor oder einen Motor anderer Art verliehen. Um sich
an die Umlaufbewegung des Rotors anzupassen, ist die Antriebswelle
aus einem flexiblen Material ausgebildet, wie z. B. Federstahl,
oder sie kann eine feste Struktur mit universellen Zahnrad- oder
Stiftverbindungen an ihren Enden aufweisen.
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Dichtungen oder elastomere Schutzmanschetten
sind vorgesehen, um das gepumpte Material, z. B. Sprengstoff, am
Eindringen in die Verbindungen zu hindern. Gelegentlich ist anstatt
der Verwendung von zwei separaten Schutzmanschetten ein elastomerer
Stutzen zwischen den beiden Verbindungen verbunden und umgibt die
Welle. Auch kann bei bestimmten Anordnungen eine einzelne Schutzmanschette
verwendet werden. Siehe z. B. Waite, U.S. Patent Nr. 3,930,765.
Vorzugsweise sind die Verbindungen ölgeschmiert, in welchem Fall
die Dichtungen, Schutzmanschetten oder der Stutzen neben dem Heraushalten
des gepumpten Materials aus den Verbindungen auch das Schmiermittel
aus dem gepumpten Material heraushält.
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Wenn PC-Pumpen mit Sprengstoff verwendet
werden, müssen
sie gegenüber übermäßige Wärmeerzeugung
geschützt
werden. Während
des normalen Betriebs führt
das gepumpte Material Wärme
von der PC-Pumpe ab, um auf diese Weise die Erzeugung von übermäßiger Wärme zu verhindern. Übermäßige Wärme kann
jedoch in Fällen
von Leerbetrieb und Trockenpumpen erzeugt werden.
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Leerbetrieb (auch als Totraumpumpen
bekannt) tritt auf, wenn der Fluß von der Pumpe blockiert wird.
Das kann bei dem Auslaß der
Pumpe oder stromab von dem Auslaß passieren. Totraumpumpen
ist möglicherweise
der gefährlichste
Zustand, der während
des Pumpens von Sprengstoff vorkommen kann. Wenn der Antriebsmotor
während des
Totraumpumpens nicht leerläuft,
wird die gesamte Antriebsenergie, die der Pumpe zugeführt wird,
in Wärme
umgewandelt, die von dem eingeschlossenen Sprengstoff und von dem
Rotor und dem Stator absorbiert werden wird.
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Die Rate des Temperaturanstiegs hängt von dem
Leistungseingang, der Wärmeableitkapazität und der
Wärmedissipation
des Systems ab. Wenn die Zersetzungstemperatur des Sprengstoffs
erreicht ist (z. B. eine Temperatur oberhalb ungefähr 200°C für Emulsionen),
deflagriert der gesamte explosive Lagerbestand in der PC-Pumpe, was im Großen und Ganzen
zu der Pumpenzerstörung, physikalischen Schäden gegenüber der
Umgebung und erheblichen Verletzungen von Personal führt, das
neben der Pumpe sein kann.
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Überdies
kann ein derartiges erstes Ereignis zu zweiten Ereignissen führen, wenn
Fragmente von der Pumpe einen hinreichenden Schockimpuls schaffen,
um Sprengstoff neben der Pumpe zur Detonation zu bringen. Totraumpumpvorfälle sind
somit ein ernstes Problem für
die Sprengstoffindustrie und viel Aufwand wurde betrieben, um zu
versuchen, die Wahrscheinlichkeit für ihr Auftreten zu vermindern.
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Trockenpumpen tritt auf, wenn eine PC-Pumpe
dreht, aber kein Produkt auf der Saugseite des Stators verfügbar ist.
Wenn eine Pumpe in einem derartigen trockenen Zustand läuft, erhält sie Wärme von
der Reibung und von der Arbeit, die von der Deformation des Elastomer
des Stators stammt. Da kein Produkt verfügbar ist, um die Wärme abzuführen, muß sie von
dem Rotor, dem Stator und dem dünnen
Film von Sprengstoffresten absorbiert werden, der in dem Stator
bleibt. Wenn die Temperatur ansteigt, dehnt sich der Stator am stärksten nach
innen aus, wegen seiner begrenzenden festen äußeren Hülle. Das wiederum beschleunigt
das Aufwärmen
und kann zur Zündung
der Sprengstoffreste in der Pumpe führen.
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Trockenpumpen ist im Großen und
Ganzen ein geringeres Problem als Totraumpumpen, weil es weniger
Sprengstoff in der Pumpe gibt, aber die Gefahr ist noch erheblich.
Auch neigt Trockenpumpen dazu, öfter
aufzutreten. Z. B. war es von Bedienern bekannt, die sich mit einer
Pumpe mit einem Lufteinfluß beschäftigen,
zu versuchen, das Problem zu lösen,
indem einfach fortgefahren wird, die Pumpe laufenzulassen, anstatt
sich die Zeit zu nehmen, die Pumpe zum Ansaugen zu bringen. Von
Bedienern war auch bekannt, daß sie
konventionelle Sicherheitsmechanismen abschalten, um es zu ermöglichen,
daß derartige
unsichere Verfahren verwendet werden können. Diese bedauerliche Wahrheit
ist ein Grund, daß Sicherheitssysteme
benötigt
werden, die schwierig außer
Kraft zu setzen sind. Wie unten diskutiert, überwindet eine Ausführung der
vorliegenden Erfindung ein derartiges Problem.
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Ein dritter gefährlicher Zustand kann auftreten,
wenn Sprengstoff in die Verbindungen an den Enden der Antriebswelle
als eine Folge des Versagens der Integrität der Schutzmanschette, der
Dichtung oder des Stutzens eindringt, der bzw. die solche Verbindungen
umgibt. Diese Verbindungen können nach
langen Benutzungsdauern wegen Ermüdung, Abrieb, chemischen Angriff
oder Frieren weniger wirksam werden. Das bewirkt ein Problem, weil
Dichtungsversagen auftreten kann, ohne daß irgendein Hinweis von außen detektierbar
ist. Obwohl die Gleitgeschwindigkeiten bei solchen Verbindungen
niedrig sind, ist der Kontaktdruck zwischen den metallischen Teilen
hoch und das kann zu erhöhter
Reibung führen,
insbesondere, wenn das Schmiermittel verloren geht und durch Sprengstoff
ersetzt ist. Sprengstoff ist immer gegen Reibung empfindlich und
kann es noch mehr durch Kristallisation oder Wasserverlust werden.
Die Reibungswerte in einer Verbindung können somit hoch genug sein,
um Sprengstoff zu entzünden.
Das ist gefährlich
und nicht wünschenswert.
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Wenn nicht explosive Materialien
gepumpt werden, existiert die Gefahr einer Explosion nicht und kommt
natürlich
nicht vor. Jedoch ist das Vorhandensein von gepumpten Material in
den Verbindungen nicht wünschenswert,
weil es die Lebensdauer der Pumpe verkürzt und zur Verschmutzung des
gepumpten Materials führen
kann, z. B. durch Metallpartikel und das Schmiermittel.
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Viele Ansätze wurden in dem Stand der Technik
verwendet, um die vorangehenden Probleme anzugehen. Diese Ansätze waren üblicherweise elektronischer
Natur und haben keine Strömung,
hohen und/oder niedrigen Druck oder eine hohe Temperatur wahrgenommen,
die alle Indikatoren unsicherer Zustände sind. Vorrichtungen, die
diese Ansätze
verkörpern,
waren im Großen
und Ganzen sensitiv und relativ empfindlich. Dementsprechend arbeiteten
sie gut in einer kontrollierten Umgebung, aber sie waren weniger
ausfallsicher in der rauhen Umgebung, wie z. B. auf Sprengstoffpumpenlastern
oder bei Untertagesprengstoffladegerätschaften. Ein weiterer Nachteil
besteht darin, daß diese
Vorrichtungen im Großen und
Ganzen leicht zu umgehen waren.
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Mit Bezug auf die mit dem Totraumbetrieb und
dem Trockenpumpen verbundenen Probleme ist es die in der
EP 0255336 gelehrte Lösung, eine
Pumpe anzugeben, die ein Rotorglied mit einer zylindrischen Längsbohrung
aufweist, die eine Rotorwelle mit einer Querdimension aufnimmt,
die wesentlich kleiner als der Durchmesser der Bohrung ist. Der Spielraum
zwischen den Bohrungswänden
und der Rotorwelle ist mit einem leicht schmelzbaren metallischen
Bindermaterial gefüllt,
das ein Verbindungsglied ausmacht. Wenn die Temperatur in dem Stator über die
Schmelztemperatur der Legierung während des Betriebs der Pumpe
steigt, erweicht die Legierung und ermöglicht es der Rotorwelle, sich
frei in der Rotorbohrung zu drehen. Wärmeaufbau in dem gepumpten
Material wird im wesentlichen reduziert weil das Rotorglied nicht
länger
in dem Stator der Pumpe dreht. Diese Lösung hat jedoch Nachteile.
Die Fähigkeit
des Verbindungsglieds, ein Drehmoment auf das Rotorglied bei den
normalen Betriebsbedingungen zu übertragen,
hängt von
der Bindungsstärken,
Bohrungswände/Verbindungsglied
und Rotorwelle/Verbindungsglied ab. Die vereinigende Kraft, die
das Verbindungsglied mit den zugehörigen Komponenten verbindet,
ist nur von der Zwischenflächenverbindung
zwischen dem Bindermaterial, aus dem das Verbindungsglied gemacht
ist, und dem Material des Rotorglieds und der Rotorwelle abhängig. Eine
derartige Zwischenflächenverbindung
ist im wesentlichen eine chemische Verbindung zwischen kompatiblen Materialien.
Die Fähigkeit
einer derartigen chemischen Verbindung, Scherbelastungen einer Größenordnung
zu widerstehen, die normalerweise während des Betriebs der Pumpe
auftreten, ist entscheidend, um einen vorzeitigen Ausfall des Verbindungsglieds zu
vermeiden. Es folgt dann, daß spezielle
und sorgfältig
ausgeführte
Herstellungsverfahren gemacht werden müssen, um zu gewährleisten, daß eine Verbindung
hinreichender Stärke
zwischen dem Verbindungsglied und seinen zugehörigen Komponenten während der
Herstellung der Rotoranordnung ausgebildet wird. Ein Fehler das
zu machen, kann zu einer schlechten Leistungsfähigkeit aufgrund des vorzeitigen
Reissens der Verbindung führen.
In einigen Situationen kann, selbst wenn das Herstellungsverfahren auf
eine zufriedenstellende weise ausgeführt wurde, die Bindung über die
Zeit als eine Folge von Alterung wiederholten Kühl-/Erwärm-Zyklen,
denen das Verbindungsglied unterworfen ist, wenn die Pumpe wiederholt
angeworfen und abgeschaltet wird, chemischen Änderungen in den Materialien,
die die Bindung bilden, usw. schwächer werden. Die Bindung kann
somit selbst während
des Normalbetriebs der Pumpe brechen, als ein Ergebnis der Scherbelastung,
die von der Rotorwelle ausgeübt
wird.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Rotoranordnung für
eine Pumpe und eine PC-Pumpe anzugeben, die die oben beschriebenen mit
dem Leerlaufbetrieb und dem Trockenpumpen verbundenen Probleme angeht.
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Dementsprechend gibt die Erfindung
eine Rotoranordnung für
eine Pumpe an, wobei die Rotoranordnung ein Rotorglied mit einem
Hohlraum, eine Rotorwelle, die sich zumindest teilweise in den Hohlraum
erstreckt, und ein Verbindungsglied in dem Hohlraum umfaßt, das
eine treibende Beziehung zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied
ausbildet, wodurch eine der Rotorwelle verliehene Drehbewegung auf
das Rotorglied durch die Vermittlung des Verbindungsglieds übertragen
wird, wobei das Verbindungsglied fähig ist, einen thermisch induzierten strukturellen
Ausfall zu machen, um die treibende Beziehung zu beenden, wenn eine
vorbestimmte Pumpentemperatur erreicht wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das
Rotorglied in einem Eingriffzustand mit dem Verbindungsglied vor
dem thermisch induzierten strukturellen Ausfall ist.
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Die Erfindung gibt auch eine Exzenterschneckenpumpe
an, die ein Gehäuse
umfaßt,
das eine Pumpkammer definiert, wobei das Gehäuse ein Einlaß, um zu
pumpendes Material in die Pumpkammer hereinzulassen, und einen Auslaß aufweist,
um gepumptes Material aus der Pumpkammer zu entlassen; und eine
Rotoranordnung umfaßt,
wie in dem unmittelbar vorhergehenden Absatz beschrieben, die in
dem Gehäuse
montiert ist.
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In dieser Beschreibung soll der Ausdruck "Eingriffzustand" eine Anordnung bezeichnen,
bei der das Rotorglied, und in einer bevorzugten Ausführung die
Rotorwelle mechanisch mit dem Verbindungsglied gekoppelt ist, so
daß eine
Drehmomentübertragung
auftritt, ohne überhaupt
oder nur teilweise auf die Bindung an der Oberfläche Verbindungsglied/Rotorglied
oder Verbindungsglied/Rotorwelle angewiesen zu sein. Z. B. wird
eine mechanische Kopplung zwischen dem Verbindungsglied und dem Rotorglied
erreicht, indem ein Glied mit einem Vorsprung versehen ist, der
in einer passenden Aussparung an dem anderen Glied aufgenommen ist.
Bei einem bestimmten Beispiel, das nicht auf eine beschränkende Weise
ausgelegt werden sollte, umfaßt die
Rotorwelle eine Reihe von in Längsrichtung
verlaufenden Vorsprüngen,
die entlang der gesamten Länge
der Welle verlaufen und in regelmäßigen Winkelabständen verteilt
sind. Solche Vorsprünge
bilden Zähne,
die mechanisch das Material des Verbindungsglieds in Eingriff nehmen.
Auf eine ähnliche Weise
bildet das Material des Verbindungsglieds, das die Räume zwischen
den Vorsprüngen
der Rotorwelle füllt,
auch Zähne,
die mit solchen Vorsprüngen
in Eingriff sind. Der Eingriff zwischen dem Verbindungsglied und
der Rotorwelle ist ähnlich
zu einer Keilverbindung. Eine ähnliche
keilartige Verbindung ist zwischen dem Rotorglied und dem Verbindungsglied vorgesehen.
Bei diesem Beispiel besteht eine doppelte Bedingung des Eingriffs,
nämlich
zwischen dem Rotorglied und dem Verbindungsglied und zwischen der
Rotorwelle und dem Verbindungsglied.
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Um einen Eingriffszustand zwischen
dem Verbindungsglied, dem Rotorglied oder der Rotorwelle zu erzeugen,
können
koppelnde Vorsprünge/Aussparungen
eingesetzt werden, wie oben beschrieben, die jedoch nicht über die
gesamte Länge
des Verbindungsglieds verlaufen müssen. Die Vorsprünge/Aussparungen
können
sich nur über
einen Teil der Länge
des Verbindungsglieds erstrecken. Die Anzahl und der Abstand der
Vorsprünge/Aussparungen kann
auch variieren, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen. Eine
Möglichkeit
ist es, einen Vorsprung zu verwenden, der auf dem Verbindungsglied
ausgebildet ist, das in einer passenden Aussparung in dem Rotorglied
aufgenommen ist, und einen weiteren Vorsprung zu verwenden, der
an dem Verbindungsglied ausgebildet ist, der in einer passenden Aussparung
an der Rotorwelle aufgenommen ist, oder anders herum. Eine weitere
Möglichkeit,
einen Eingriffzustand zwischen dem Verbindungsglied und der Rotorwelle
auszubilden, ist es, eine Rotorwelle mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt
zumindest entlang eines Abschnitts seiner Länge zu verwenden. Zum Beispiel
könnte
eine quadratische, polygonale, dreieckige oder eine ovale Welle
eingesetzt werden. Eine etwas andere Möglichkeit ist es, eine Rotorwelle
zu verwenden, die nicht geradlinig ist. Ein Abschnitt der Welle
ist in einem Winkel bezüglich
des Rests der Welle angeordnet, um einen mechanischen Eingriff mit
dem Verbindungsglied zu erzeugen. Bei einem bestimmten Beispiel
kann die Welle einen größeren, sich
in Längsrichtung
erstreckenden Abschnitt umfassen, der in einem Kreuzstück endet, das
Vorsprünge
bildet, die das Material des Verbindungsglieds in Eingriff nehmen.
Eine weitere Möglichkeit,
die man erwägen
könnte,
ist es, eine Rotorwelle als eine Helix oder im Großen und
Ganzen mit einem spulenförmigen
Aufbau zu bilden. Noch eine weitere Möglichkeit, die man erwägen könnte, ist
es, eine Rotorwelle vorzusehen, die im Querschnitt kreisförmig ist,
aber die exzentrisch in dem Hohlraum des Rotorglieds angeordnet
ist.
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Der Ausdruck "thermisch induzierter struktureller
Ausfall" bezieht
sich auf die Fähigkeit
des Materials, das das Verbindungsglied bildet, zumindest zum Teil
seine strukturelle Integrität
zu verlieren, so daß es
nicht länger
fähig ist,
eine Drehbewegung von der Rotorwelle auf das Rotorglied zu übertragen.
Bei einer bevorzugten Ausführung
ist das Verbindungsglied aus einer bei niedriger Temperatur schmelzenden
Legierung gemacht, die in einen flüssigen Zustand übergeht,
wenn ihre Temperatur den Schmelzpunkt übersteigt. In diesem Zustand
dreht die Rotorwelle frei in dem Bad flüssiger Legierung, und keine Drehbewegung
wird auf das Rotorglied übertragen. Vorzugsweise
sollte das Material eutektisch oder im wesentlichen eutektisch sein.
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Eine Wismutlegierung, die vorzugsweise
aus 55,5% Wismut und 44,5% Blei zusammengesetzt ist, hat sich als
zufriedenstellend herausgestellt. Z. B. kann das Verbindungsglied
als ein Partikelaufbau ausgebildet sein, wobei die Partikel in einer
Matrix einer bei einer niedrigen Temperatur schmelzenden Legierung
oder im Großen
und Ganzen einem Material gehalten werden, das sich bei einer bestimmten Temperatur
auflöst
oder in die flüssige
Phase übergeht.
Unter der bestimmten Temperatur verhält sich das Verbindungsglied
als ein einheitlicher Aufbau. Wenn die Pumpe überhitzt, wird jedoch die Bindung zwischen
den Partikeln aufgebrochen und sie werden frei, sich zueinander
zu bewegen. Somit kommt die Rotorwelle und das Rotorglied voneinander
außer
Eingriff. Man könnte
auch die Möglichkeit
erwägen,
Materialien oder Strukturen zu verwenden, um das Verbindungsglied
herzustellen, die bei einer bestimmten Temperatur hinreichend schwächer werden,
um die Struktur des Verbindungsglieds zu zerreissen, so daß es nicht
länger
fähig ist,
eine Drehbewegung auf das Rotorglied zu übertragen, ohne jedoch zu bewirken,
daß das
Verbindungsglied schmilzt.
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Die Verwendung einer bei einer niedrigen Temperatur
schmelzenden Legierung bevorzugt man jedoch, weil das Material des
Verbindungsglieds in eine Flüssigkeit übergeht,
die nur einen minimalen Widerstand für die Rotationswelle bietet.
Es ist klar, daß eine
erhebliche Menge an Widerstand, die der Rotorwelle geboten wird,
die Wirkung des Fortsetzens des Antreibens des Rotorglieds haben
kann, was natürlich
unerwünscht
ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführung umfaßt die Rotoranordnung
des weiteren Mittel zum Verhindern von Kontakt zwischen der Rotorwelle
und dem Rotorglied bei einem strukturellen Ausfall des Verbindungsglieds,
und am bevorzugtesten umfassen die Mittel zum Verhindern von Kontakt
eine Lagerbuchse, die an jedem Ende der Rotorwelle angeordnet ist.
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Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt umfaßt die Rotoranordnung
des weiteren Mittel zum Verhindern einer Längsverschiebung des Rotorglieds relativ
zu der Rotorwelle beim strukturellen Ausfall des Verbindungsglieds
und vorzugsweise umfassen die Mittel zum Verhindern der Längsverschiebung des
Rotorglieds eine Kugel, die in dem Hohlraum des Rotorglieds angeordnet
ist.
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Die PC-Pumpe der Erfindung kann auch
die Probleme angehen, die oben in Zusammenhang mit der Verbindungsdichtungsunversehrtheit
beschrieben wurden. Somit umfaßt
bei einer Ausführung,
bei der die Rotoranordnung fähig
ist, Dreh- und Umlaufbewegungen in dem Gehäuse zu machen, um eine Verschiebung
von zu pumpenden Material in der Pumpkammer zwischen dem Einlaß und dem
Auslaß zu
bewirken, die Pumpe des weiteren eine Antriebswelle, um der Rotoranordnung
eine Drehbewegung zu verleihen, und einen Dichtungsmechanismus,
um die Antriebswelle von der Saugkammer des Einlasses zu isolieren,
wobei der Dichtungsmechanismus Mittel bereitstellt, um
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- i) einer Drehbewegung der Antriebswelle Rechnung
zu tragen, und
- ii) einer Umlaufbewegung der Antriebswelle Rechnung zu tragen.
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Für
den Zweck dieser Beschreibung ist der Ausdruck "Umlaufbewegung" gedacht, einen ununterbrochenen Weg
des Rotorglieds um eine gewisse Referenzgegend zu bezeichnen, die
einen gewissen Abstand von der Mittellinie des Rotorglieds entfernt ist.
Der Weg ist vorzugsweise kreisförmig,
aber er kann auch elliptisch sein oder eine andere Form aufweisen.
Vorzugsweise ist die Referenzgegend, um die sich das Rotorglied
entlang des ununterbrochenen Weges bewegt, die Mittellinie eines
Stators. Man sollte erwähnen,
daß der
Ort der Referenzgegend von der Geometrie der Rotor/Statorkonfiguration
abhängt,
und somit von der bevorzugten Ausführung abweichen kann. Andererseits
soll "Drehbewegung" eine Winkelbewegung
eines Teils der Antriebswelle um die Mittellinie dieses Teils bezeichnen.
Z. B. wird die Antriebswelle als drehend betrachtet, wenn der Endbereich
der Welle, der mit der Rotoranordnung verbunden ist, einer Winkelverschiebung
unterworfen ist, die um die Mittellinie des Endabschnitts passiert,
die typischerweise mit der Mittellinie der Rotoranordnung zusammenfällt.
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Um den Antriebswellenaufbau von der
Rotoranordnung zu unterscheiden, wird der Dichtungsmechanismus hier
als ein Bezugspunkt verwendet. Jede (alle) Struktur(en) und Komponente(n),
die mit der Antriebswelle verbunden ist, und die der Umlauf- und Drehbewegung
unterworfen ist, und die in den Grenzen der Pumpkammer eingeschlossen
ist, wird (werden) so betrachtet, daß sie ein Teil der Rotoranordnung
bildet(n). Andererseits wird (werden) jede (alle) Komponente(n),
die ein Teil der Rotorordnung bildet(n) oder damit verbunden ist
(sind), die durch den Dichtungsmechanismus tritt und sich nach außerhalb
der Pumpkammer erstreckt, betrachtet werden, als daß es (sie)
einen Teil der Antriebswelle bildet(n).
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Wie in dem Zusammenhang der vorliegenden
Beschreibung verwendet, werden der Ausdruck "Isolier-" und dessen Ableitungen verwendet, um
auf die Tatsache Bezug zu nehmen, daß die Antriebswelle von dem
gepumpten Material getrennt ist. Dieser Ausdruck sollte nicht so
strikt interpretiert werden, daß er
bedeutet, daß die
Antriebswelle vollständig abgedichtet
ist, oder daß kein
Material jemals die Antriebswelle oder Verbindungen davon erreichen
oder damit in Kontakt kommen wird sondern eher, daß die Menge
an Material, das die Antriebswelle oder Verbindungen davon berührt, in
Bezug auf die Art von Material vernachlässigbar ist, das gepumpt wird.
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Das eine Ausführungsbeispiel der Exzenterschneckenpumpe
das oben beschrieben ist, ist eine erhebliche Verbesserung gegenüber bekannten
Vorrichtungen weil sie sicherer betrieben werden kann. Die Isolierung
der Antriebswelle von der Saugkammer vermeidet die Ansammlung von
gepumpten Material in den Verbindungen der Antriebswelle, was, wenn überhaupt,
wie oben diskutiert, zur Deflagration der Pumpe führen kann,
wenn explosive Substanzen verarbeitet werden.
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Bei der bevorzugten Ausführung umfaßt der Dichtungsmechanismus,
der die Antriebswelle von der Pumpkammer isoliert: einen Dichtungsanordnungsring,
der zwischen der Saugkammer und der Antriebswelle angeordnet ist;
ein erstes Dichtglied, das radial einwärts von dem Dichtungsanordnungsring
liegt und der Drehbewegung der Antriebswelle Rechnung trägt; und
ein zweites Dichtglied, das radial auswärts von dem Dichtungsanordnungsring
liegt und der Umlaufbewegung der Antriebswelle Rechnung trägt.
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Somit ist dieser Dichtungsmechanismus
ein Verbundaufbau, bei dem der Dichtungsanordnungsring einen Endabschnitt
der Welle umgibt, die mit der Rotoranordnung verbunden ist. Der
Dichtungsmechanismus umfaßt
des weiteren Lagermittel zwischen dem Dichtungsanordnungsring und
der Antriebswelle. Die Lagermittel sind vorgesehen, um den Dichtungsanordnungsring
konzentrisch um die Antriebswelle anzuordnen, und um es zu ermöglichen, daß die Drehbewegung
der Antriebswelle im wesentlichen ohne Reibung geschieht. Hinter
den Lagermitteln ist eine Lippendichtung montiert, die die Oberfläche der
Antriebswelle in Eingriff nimmt, um ein Hindernis zu bilden, das
den Eintritt von Pumpenmaterial verhindert, während sich die Antriebswelle
dreht.
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Das zweite Dichtglied, dasjenige,
das der Umlaufbewegung der Antriebswelle Rechnung trägt, umfaßt ein flexibles
ringförmiges
Hindernis, das den Raum überspannt,
der zwischen dem Dichtungsanordnungsring und dem Pumpengehäuse definiert
ist. Der Aufbau des ringförmigen
Hindernisses ist derart, daß der
Dichtungsanordnungsring relativ zu dem Gehäuse verschoben werden kann,
durch Kompression/Ausdehnung des Hindernisses. Das ermöglicht es,
daß die
Antriebswelle umläuft,
während
verhindert wird, daß gepumptes
Material aus der Saugkammer an der Seite der Antriebswelle eintritt.
Das zweite Dichtglied ist aus einem elastomeren Material ausgebildet
und umfaßt
zumindest eine Falte.
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Gemäß einer Variante umfaßt der Dichtungsmechanismus:
einen Haltering, der zwischen der Saugkammer und der Antriebswelle
angeordnet ist, wobei der Haltering fähig ist, eine Drehbewegung
in dem Gehäuse
zu machen; ein erstes Dichtglied, das exzentrisch in dem Haltering
montiert ist, wobei das erste Dichtglied konzentrisch bezüglich der
Antriebswelle angeordnet ist und Mittel bereitstellt, um der Drehbewegung
der Antriebswelle Rechnung zu tragen; ein zweites Dichtglied, das
an dem Gehäuse
befestigt ist, wobei das zweite Dichtglied konzentrisch zu dem Haltering
ist und Mittel bereitstellt, um der Drehbewegung des Halterings
Rechnung zu tragen, wodurch die Umlaufbewegung der Antriebswelle dem
Haltering eine Drehbewegung verleiht, und wodurch das zweite Dichtglied
der Drehbewegung des Halterings Rechnung trägt.
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Diese Verbunddichtung umfaßt einen
Haltering, der als ein Hindernis dient, und der zu einer Drehbewegung
in dem Gehäuse
fähig ist,
um der Umlaufbewegung der Antriebswelle Rechnung zu tragen. Bei
dieser Konstruktionsform braucht das ringförmige Hindernis (der Haltering)
keinen nachgiebigen Aufbau zu haben. Vorzugsweise ist er aus einem
steifen Material gemacht, das robuster als eine nachgiebige weiche
Dichtung ist, weil es Rissen und physikalischen Stößen besser
widersteht, für
die es anfällig
ist, wenn sie während
des Betriebs der Pumpe vor kommen. Es ist die Drehbewegung des steifen ringförmigen Hindernisses,
die es der Antriebswelle und dem Motorglied erlaubt, dem Umlaufweg
zu folgen. Es ist klar, daß der
Radius der Umlaufbewegung (Abstand zwischen Umlaufweg und der Mittellinie
der Pumpkammer) fest ist, und durch den Ort der Antriebswelle bezüglich des
Halterings definiert ist. Objektiv erfordert dieser Aufbau strikte
Herstellungstoleranzen im Vergleich zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel,
das eine nachgiebige Dichtung verwendet, weil die Geometrie des
Umlaufwegs fest ist, und nur kleine Veränderungen tolerierbar sind.
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Bei dem am meisten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der obigen Variante umfaßt
die Pumpe ferner erste Lagermittel, um der Drehbewegung der Antriebswelle
in dem Haltering Rechnung zu tragen, und des weiteren zweite Haltemittel,
um der Drehbewegung des Halterings in dem Gehäuse Rechnung zu tragen. Vorzugsweise
sind das erste und das zweite Dichtglied Lippendichtungen, und das
erste und das zweite Lagermittel sind zweireihige Kugellager.
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Gemäß einer weiteren Ausführung umfaßt die Pumpe
Mittel zum Erzeugen einer radialen Reaktionskraft, die im wesentlichen
eine radiale Kraft ausgleicht, die von der Rotoranordnung auf den
Stator während
des Pumpens ausgeübt
wird. Dieses Merkmal reduziert die Abnutzung des Stators. Bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist ein Lager vorgesehen, das einen Ring aufweist, der konzentrisch auf
der Antriebswelle montiert ist und eine Abrollfläche aufweist, vorzugsweise
eine elastische, die ununterbrochen in Kontakt mit einem Abschnitt
des Gehäuses
ist. Die Lagerung bestimmt eine Grenze für den Druck, den die Rotoranordnung
gegen den Stator ausübt,
wodurch die Abnutzung des Stators begrenzt wird.
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Weitere Aufgaben und Merkmale der
Erfindung werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung und die
Zeichnungen klar.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Das folgende ist eine Beschreibung
mittels einer bevorzugten Ausführung,
wobei auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug gemacht wird, bei denen:
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1 eine
vertikale Seitenansicht zum Teil im Schnitt von dem Ausführungsbeispiel
einer PC-Pumpe zeigt;
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2 eine
Vergrößerung eines
Teils von 1 zeigt, die
die Rotoranordnung im Schnitt und eine erste Ausführung des
Dichtungsmechanismus darstellt;
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3 eine
vergrößerte Ansicht ähnlich zu der
Teilansicht von 2 zeigt,
wobei aber eine zweite Ausführung
des Dichtungsmechanismus detailliert wird;
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4 eine
zu 3 ähnliche
Ansicht zeigt, wobei aber eine dritte Ausführung des Dichtungsmechanismus
und auch eine die Welle haltende Walze detailliert wird;
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5 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 von 4 zeigt;
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5a eine
Querschnittsansicht ähnlich
zu 5 zeigt, die einen
Haltering in einer anderen Winkelstellung darstellt;
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6 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 von 4 zeigt;
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7 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7 von 2 zeigt, wobei eine Ausführung des Eingriffzustands
bei der Rotoranordnung dargestellt wird; und
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8 eine
Querschnittsansicht ähnlich
zu 7 zeigt, die eine
bevorzugte Ausführung
des Eingriffzustandes bei der Rotoranordnung darstellt.
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BESCHREIBUNG
EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
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Jetzt mit Bezug auf 1 ist die dargestellte PC-Pumpe insbesondere
zum Pumpen von Sprengstoff brauchbar, und weist ein Gehäuse 2 mit
einem Einlaß 4 und
einem Auslaß 6 auf.
Das Gehäuse
umfaßt
auch einen Stator 8 zum Aufnehmen eines schraubenförmigen Rotorglieds 10.
Der Stator definiert eine Pumpkammer, die eine Saugkammer 11 umfaßt, die
in der Richtung des gepumpten Materials stromab von dem Einlaß 4 und
der Förderräume gebildet
ist, wie z. B. Raum 12, der in den Aussparungen zwischen
dem Stator 8 und dem Rotorglied 10 definiert ist.
Diese Förderräume sind
durch den Eingriff zwischen dem Rotorglied und dem Stator abgedichtet.
Während
des Pumpens werden diese Förderräume mit
gepumptem Material gefüllt
und bewegen sich kontunierlich mit einem glatten Übergang, was
dazu führt,
eine Pumpe mit einem Betrieb zu schaffen, der nahezu pulsationsfrei
ist.
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Die Rotor-/Statoranordnungen, die
verwendet werden können,
umfassen ein Helixrotorglied großer Steigung in einem doppelgängigen Helixstator
mit der doppelten Steigung von dem Rotorglied (bezeichnet als eine
1/2 Geometrie) oder ein Rotorglied großer Steigung mit elliptischem
Querschnitt in einem dreigängigen
Helixstator mit der dreifachen Steigung von dem Rotorglied (als
eine 2/3 Geometrie bezeichnet). Wegen der besonderen Rotor/Statoranordnung
folgt das Rotorglied einem Umlaufweg in dem Stator um die Mittelachse
des Stators (durch die gestrichpunktete Linie B in 4 dargestellt). Das Rotorglied bei einer
PC-Pumpe mit einer 1/2 Geometrie schließt einen Umlauf pro Rotorumdrehung
ab, und die Umlaufbewegung bei einer PC-Pumpe mit einer 2/3 Geometrie
beträgt
zwei Umläufe
pro Rotorumdrehung. Andere Rotor-/Statoranordnungen können auch
verwendet werden.
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Der Stator kann von der vollelastomeren
Art oder von der Art mit gleichförmiger
Wandstärke
sein. Der vollelastomere Stator umfaßt ein Stahlrohr mit einer
gegossenen elastomeren Verkleidung, die die gewünschte Form aufweist. Der Stator
mit gleichförmiger
Wandstärke
umfaßt
ein Außengehäuse in der gewünschten
Form, das mit einem Elastomer mit durchweg der gleichen Dicke ausgekleidet
ist, wobei die Dicke von der Größe der Pumpe
abhängt.
Weil die Verkleidung überall
in der Pumpe die gleiche Dicke aufweist, übt sie einen gleichförmigen Druck über die
gesamte Länge
des Kontakts aus. Beide Arten von Statoren sind bekannt und von
verschiedenen Herstellern erhältlich.
Der Fachmann wird auch erkennen, daß andere Arten von Statoren
eingesetzt werden können,
die in den Schutzbereich der Erfindung fallen.
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Das gewundene Rotorglied kann aus
irgendeinem geeigneten Material ausgebildet sein, wie z. B. rostfreier
Stahl oder Aluminium mit einer hart beschichteten Oberfläche, wobei
Aluminium wegen seinen Hitzedissipationseigenschaften bevorzugt
wird. Aus den hier detailliert dargelegten Gründen ist es für das Rotorglied
wichtig, eine gute thermische Leitfähigkeit zu besitzen, um eine
schnelle Gesamtantwort auf eine übermäßige Wärmeerzeugung
in der Pumpe aufgrund eines Totraumbetriebs oder aufgrund von Trockenpumpen
zu schaffen. Gute Wärmedissipationseigenschaften
sind auch wichtig, um die Bildung von sogenannten "heißen Punkten" zu vermeiden, die
von der übermäßigen Reibung
zwischen dem Rotorglied und dem Stator bei einem bestimmten Gebiet als
eine Folge von Fehlern an der Oberfläche des Rotorglieds oder des
Stators bewirkt werden.
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Das Rotorglied 10 wird von
einer Rotorwelle 13 angetrieben. Das Rotorglied 10 und
die Welle 13 bestehen aus zwei separaten Elementen, die
miteinander, wie später
detaillierter erläutert
wird, verbunden sind.
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Das Rotorglied 10 ist über die
Rotorwelle 13 mit dem Motor 14 unter Verwendung
einer zusammengesetzten Antriebswelle verbunden, die eine erste
Welle 18 und eine zweite Welle 16 umfassen kann. Der
Motor kann elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder von irgend
einer anderen Art sein. Die Rotorwelle 13 ist mit der Antriebswelle
auf irgend eine konventionelle Weise verbunden. Wenn gewünscht, können die
Rotorwelle 13 und die Antriebswelle unter Verwendung einer
unidirektionalen Kopplungsanordnung verbunden sein, die Entkoppeln
wird, wenn der Motor versehentlich in der Rückwärtsrichtung betrieben wird,
wodurch jedes Risiko des Erzeugens einer Situation verhindert wird,
die zu einem Zwischenfall führen
kann.
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An jedem Ende der zweiten Welle 16 sind Verbindungen 20 und 22 angeordnet.
Diese Verbindungen sind erforderlich um es dem Motor 14 zu
ermöglichen,
auf den Rotor das erforderliche Drehmoment auszuüben, während seiner Umlaufbewegung Rechnung
getragen wird. Die Verbindungen 20 und 22 können vorzugsweise
Universalverbindungen sein, aber sie können auch von irgend einer
anderen Art sein, wie z. B. Zahnrad-, Bolzen- oder Gleichgangverbindungen.
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Im Gegensatz zu konventionellen PC-Pumpen,
bei denen die Antriebswelle in der Pumpkammer angeordnet ist, ist
die Antriebswelle der dargestellten PC-Pumpe von der Pumpkammer
isoliert. Das wird durch den besonderen Dichtungsmechanismus erreicht,
der detaillierter bei den 2, 3 und 4 beschrieben wird.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel des Dichtungsmechanismus
wird jetzt mit Bezug auf 2 beschrieben.
Gemäß diesem
ersten Ausführungsbeispiel
ist ein Dichtungsanordnungsring 24 an dem ersten Ende der
Rotorwelle vorgesehen, neben der Verbindung 20. Geeignete
Lager, wie z. B. Kugellager 26, werden verwendet, um den
Dichtungsanordnungsring 24 auf dem Rotor zu montieren,
und der Drehbewegung des Rotors Rechnung zu tragen. Die Lager 26 können z.
B. eine Metallkugel in einem Ring umfassen, der aus Kunststoffmaterial
ausgebildet ist, oder eine Kunststoffkugel in einem Metallring.
Die Verwendung von Kunststoff wird empfohlen, weil das gepumpte
Material korrosiv sein kann und das Metall angreifen kann. Der Dichtungsanordnungsring
selber dreht sich nicht, sondern folgt der Umlaufbewegung des Rotors,
wie es im folgenden erläutert
werden wird.
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Der Dichtungsanordnungsring 24 umfaßt ein erstes
Dichtglied, das aus zwei Lippendichtungen 28 und 29 besteht.
Die Lippendichtungen 28 und 29 wirken gegen die
Oberfläche
des Rotors 10 und ermöglichen
es dem Rotor, sich in dem Dichtungsanordnungsring zu drehen, während sie
ein Hindernis bilden, um den Austritt von gepumpten Material aus
der Saugkammer 11 der Pumpe zu verhindern, die einen Bestandteil
der Pumpkammer bildet. Wenn aus irgendeinem Grund gepumptes Material über die
Lippendichtung 28 tritt, wird sie aus, dem Dichtungsanordnungsring 24 durch
den radialen Entlastungsschlitz 30 austreten, und wird
somit nicht die Lager 26 oder die Verbindung 20 erreichen.
Andere Dichtungsarten könnten
auch verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie es dem Rotor ermöglichen,
sich in dem Dichtungsanordnungsring zu drehen, während sie verhindern, daß gepumptes
Material eindringt.
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Die Außenseite des Dichtungsanordnungsrings 24 ist
an der Saugkammer mittels eines zweiten Dichtungsglieds mit einem
gefalteten flexiblen ringförmigen
Hindernis isoliert, das den Raum zwischen den Dichtungsanordnungsring 24 und
dem Gehäuse überspannt.
Der Dichtungsanordnungsring dreht sich nicht mit dem flexiblen Hindernis,
und das letztere trägt
der Umlaufbewegung des Rotors und des Dichtungsanordnungsrings durch
Kompression/Ausdehnung Rechnung. Das zweite Dichtungsglied erlaubt es
somit dem Dichtungsanordnungsring 24, der Umlaufbewegung
der Rotorwelle zu folgen, während
er die Antriebswelle von der Saugkammer 11 isoliert.
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Für
typische Sprengstoffanwendungen muß das zweite Dichtungsglied
fähig sein,
einen negativen Kopf von ungefähr
9 m Wassersäule
und einen positiven Kopf von ungefähr 10 m Wassersäule zu unterstützen, und
eine radiale Verbiegung von bis zu + 8 mm anzunehmen. Eine Art von
Dichtung, die als zweites Dichtungsglied verwendet werden kann,
ist in 2 dargestellt
und besteht aus einem elastomeren Ring 32 mit einem V-förmigen Querschnitt, wobei der
innere Umfang auf dem Dichtungsanordnungsring 24 mittels
einer geeigneten Klemme 33 und der äußere Umfang an dem Gehäuse 2 der
Pumpe durch einen geeigneten Haltering 35 und Schrauben 37 befestigt
ist.
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Um den Dichtungsanordnungsring 24 an
einer Drehung in dem zweiten Dichtungsglied wegen der Reibung zwischen
der Rotorwelle 13 und den Dichtungen 28 und 29 zu
hindern, kann ein hohler Hebelarm 34 vorgesehen werden,
der zwangsläufig den
Dichtungsanordnungsring 24 gegen Drehung sichert. Der Hebelarm
umfaßt
einen länglichen
Schlitz (nicht in den Zeichnungen gezeigt) der gleitend die Schraube 37 aufnimmt.
Während
der Umlaufbewegung des Dichtungsanordnungsrings 24 gleitet
der Hebelarm 34 über
die Schraube 37, um die Umlaufbewegung zu genehmigen, während er
den Dichtungsanordnungsring am Drehen hindert. Ein derartiger Hebelarm
kann jedoch unnötig
sein, wenn die Reibung zwischen der Rotorwelle 13 und der
Lippendichtung 28 minimal ist.
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Jetzt mit Bezug auf 3 wird eine zweite Ausführung des
Dichtungsmechanismus gezeigt. Diese zweite Ausführung ist durch ein kompakteres Dichtungsdesign
gekennzeichnet, das es ermöglicht, die
Längsabmessung
der Pumpe zu reduzieren. Bei dieser zweiten Ausführung sind das erste und zweite Dichtungsglied ähnlich zu
dem ersten und zweiten Dichtungsglied der ersten Ausführung und
bestehen jeweils aus einer geeigneten Lippendichtung 28a und einem
elastischen ringförmigen
Hindernis mit einem elastomeren Ring 32a, der an dem Dichtungsanordnungsring 24a und
an dem Gehäuse 2 durch
einen geeigneten Haltering 35a und Schrauben 37a befestigt
ist. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel ist
das Kugellager 26a in nächster
Nähe zu
dem ersten Dichtungsglied (Lippendichtung 28a) angeordnet, wodurch
das Vorsehen eines Dichtungsanordnungsrings 24a ermöglicht wird,
der kürzer
als der Dichtungsanordnungsring 24 des ersten Ausführungsbeispiels
ist. Der Dichtungsanordnungsring des zweiten Ausführungsbeispiels
umfasst jedoch keinen radialen Entlastungsschlitz, um es zu ermöglichen,
daß alles
gepumpte Material, das über
die Lippendichtung 28a tritt, evakuiert wird. Es ist somit
vorzuziehen, Lager 26a vorzusehen, die wegen der vorher
erwähnten Gründe keinen
Metall-Metall-Kontakt
aufweisen und auch Lager vorzusehen, die keine äußere Lippendichtung aufweisen,
um es allem gepumpten Material zu erlauben, das die Lippendichtung 28a passiert
und die Lager 26a erreicht, da hindurch zu treten, ohne gefangen
zu werden.
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Eine dritte Ausführung des Dichtungsmechanismus
wird jetzt mit Bezug auf die 4, 5 und 5a beschrieben. Dieser besondere Dichtungsmechanismus,
auf den im Großen
und Ganzen mit 50 Bezug genommen wird, hat den Vorteil,
daß es
das erste Dichtglied, das der Drehbewegung des Rotors Rechnung trägt, und
das zweite Dichtglied, das der Umlaufbewegung des Rotors Rechnung
trägt,
in einer einzelnen Einheit integriert.
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Gemäß dieser Ausführung wird
ein erstes Dichtglied mit einer Lippendichtung 60 vorgesehen, das
in das Innere eines Halterings 54 pressgepaßt ist,
wobei die Lippendichtung 60 konzentrisch um den Rotor (5) angeordnet ist und der
Drehbewegung des Rotors Rechnung trägt. Im Gegensatz zu dem ersten
und zweiten Ausführungsbeispiel
muß der Haltering
nicht einen nachgiebigen Aufbau haben und ist vorzugsweise steif.
Wie insbesondere in 5 gezeigt,
ist der Haltering 54 auf eine solche Weise geformt, daß das erste
Dichtglied 60 exzentrisch in dem Haltering 54 angeordnet
ist. Insbesondere ist der Haltering 54 derart geformt,
daß das
erste Dichtglied 60 exakt der Umlaufbewegung der Rotorwelle 13 um
die Mittelachse des Stators (in den 4 und 5 mit B bezeichnet) folgt.
Die Lippendichtung 60 verhindert somit, daß gepumptes
Material in den Raum zwischen dem Rotor und dem Haltering 54 eintritt.
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Es ist auch ein zweites Dichtglied
vorgesehen, das aus einer Lippendichtung 62 besteht, die
in das Innere des Gehäuses 2 preßgepaßt ist,
wobei die Lippendichtung 62 konzentrisch um den Haltering 54 angeordnet
ist und der Drehbewegung des Halterings Rechnung trägt, wie
unten erläutert.
Die Lippendichtung 62 hindert gepumptes Material am Eintreten in
den Raum zwischen dem Haltering 54 und dem Gehäuse 2.
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Um die Drehbewegungen der Rotorwelle 13 und
des Halterings 54 zu erleichtern, sind geeignete Lager
vorgesehen. Ein erstes zweireihiges Kugellager 52 ist an
dem Inneren des Halterings 54 neben der Lippendichtung
befestigt, um der Drehbewegung der Rotorwelle 13 Rechnung
zu tragen. Entsprechend ist ein zweites zweireihiges Kugellager 56 an dem
Inneren des Gehäuses 2 befestigt
und trägt
der Drehbewegung des Halterings 54 Rechnung. Das erste
und zweite Lager 52 und 56 ist von der Saugkammer
durch ein erstes Dichtglied 60 bzw. zweites Dichtglied 62 isoliert.
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Während
des Betriebs der Pumpe wird, weil die Rotorwelle 13 frei
ist, sich in dem ersten Dichtglied 60 und den ersten Lagermitteln 52 zu
drehen, und weil der Haltering 54 frei ist, sich in dem
zweiten Dichtglied 62 und den zweiten Lagermitteln 56 zu drehen,
die Umlaufbewegung der Rotorwelle 13 dem Haltering 54 eine
Drehbewegung verleihen (siehe 5a)
mit der Folge, daß der
Dichtungsmechanismus sowohl der Rotationsbewegung als auch der Umlaufbewegung
der Rotorwelle Rechnung tragen wird, während er die Antriebswelle
von der Saugkammer isoliert.
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Während
diese dritte Ausführung
unter Verwendung von zweireihigen Kugellagern beschrieben wurde,
kann es möglich
sein, andere Arten von Lagern zu verwenden, wie z. B. einreihige
Kugellager oder zweireihige oder einreihige Wälzlager. Bei einer weiteren
Ausführung
(nicht gezeigt) könnte
auch eine zusätzliche
Reihe von Lippendichtungen neben den Lippendichtungen 60 und 62 und
ein Durchgang zwischen den beiden Dichtungsreihen vorgesehen werden,
um es zu ermöglichen,
daß alles
gepumpte Material, das über
die erste Dichtungsreihe tritt, aus dem Dichtungsmechanismus austritt,
ohne die zweite Dichtungsreihe zu erreichen (wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
das in 2 dargestellt
ist).
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Da alles gepumpte Material, das über die Lippendichtungen 60, 62 treten
könnte,
die Lager 52 und 56 erreichen wird, ist es bei
dieser dritten Ausführung
vorzuziehen, Lager vorzusehen, die wegen der oben erwähnten Gründe keinen
Metall-Metall- Kontakt
haben. Ähnlich
ist es vorzuziehen, daß diese
Lager keine integrierten Dichtungen aufweisen, um das Material daran
zu hindern, in den Lagern gefangen zu werden. Alles Material, das über die
Lager tritt, wird aus der Pumpe durch einen radialen Schlitz 30' austreten und
wird nicht die Antriebswelle erreichen.
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Der Erfinder hat erkannt, daß das Anordnen der
Verbindungen der PC-Pumpe außerhalb
der Saugkammer manchmal zu einer vorzeitigen Abnutzung des Stators
führen
kann, insbesondere in dem Gebiet neben der Saugkammer (definiert
für den Zweck
der vorliegenden Beschreibung als der "Statoreinlaß"), und insbesondere in dem Fall elastomerer
Statoren. Ohne die Absicht, durch irgendeine bestimmte Theorie gebunden
zu sein, glaubt man, daß diese
vorzeitige Abnutzung das Ergebnis einer übermäßigen radialen Kraft ist, die
von dem Rotor auch den Stator ausgeübt wird, insbesondere in dem
Gebiet der Saugkammer 11. In der Tat erzeugt der Druck des
Materials an dem Pumpenauslaß eine
Kraft auf den Rotor, die dazu neigt, den Rotor z. B., wie in 4 gesehen, nach rechts zu
verschieben. Diese Kraft wird durch eine Gegenkraft ausgeglichen,
die auf den Rotor wirkt und von der Antriebswelle erzeugt wird.
Wegen der Winkelbeziehung zwischen dem Rotor und der Antriebswelle
besitzt diese Gegenkraft eine horizontale Komponente und eine radiale
Komponente. Die radiale Komponente dieser Kraft führt zu einer
Druckzunahme an der Rotor-/Statorzwischenfläche, insbesondere in dem Gebiet
des Statoreinlasses, was zu einer beschleunigten Abnutzung des Stators
führen
kann.
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Die Größe der radialen Komponente
der Gegenkraft wird von dem Winkel der Antriebswelle relativ zu
der Längsachse
des Rotors und von dem Abstand zwischen dem Statoreinlaß und der
ersten Verbindung der Antriebswelle abhängen. Im allgemeinen wird ein
größerer Winkel
oder ein größerer Abstand zu
einer größeren radialen
Komponente führen.
Um eine vorzeitige Abnutzung des Statoreinlasses zu verhindern,
ist der Anwender vor zwei Alternativen gestellt. Die erste Lösung, die üblicherweise
im Stand der Technik implementiert wird, ist es, die Verbindung so
dicht wie möglich
zu dem Statoreinlaß anzuordnen.
Diese Lösung
hat jedoch die oben diskutierten Nachteile. Eine zweite Möglichkeit
ist es, eine lange Antriebswelle vorzusehen, um den Winkel Antriebswelle/Rotor
zu reduzieren. Während
es die Lösung erlaubt,
die Antriebswelle von der Saugkammer zu isolieren, hat sie den Nachteil
des Vergrößerns der Längsabmessung
der PC-Pumpe.
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Wie in den 4 und 6 gezeigt,
ist, um eine vorzeitige Abnutzung des Statoreinlasses bei einer PC-Pumpe
mit einer Antriebswelle zu verhindern, die von der Saugkammer isoliert
ist, ein Lager vorgesehen, das es ermöglichen wird, die radiale Komponente
der Kraft durch das Gehäuse
der Pumpe aufzunehmen, um nicht auf die elastomere Beschichtung des
Stators zu wirken.
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Wie insbesondere in 4 gezeigt, ist das Lager 70 zwischen
dem Dichtungsmechanismus und der Verbindung 20 angeordnet.
Das Lager 70 umfaßt einen
inneren Ring 72, der an der Rotorwelle 13 befestigt
ist, einen äußeren Ring 76,
der kontinuierlich das Innere des Gehäuses 2 berühren wird,
so daß die
radiale Komponente der Kraft von dem Gehäuse 2 anstatt von
dem Statoreinlaß,
und von den Kugeln oder Walzen 74 zwischen den beiden Ringen
aufgenommen wird, um die Reibung zu reduzieren. Als eine Folge der
Umlaufbewegung des Rotors wird der äußere Ring 76 des Lagers 70 auf
der Innenzylinderfläche 3 des
Gehäuses
abrollen, was wiederum eine Reaktionskraft erzeugen wird, die die
radiale Komponente aufhebt, die auf den Rotor wirkt.
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Bei einer bevorzugten Ausführung kann
der äußere Ring 76 des
Lagers mit einer elastischen Hülle 78 versehen
sein, um irgendeinen Versatz zwischen der Mittelachse des Stators
(gestrichpunktete Linie B) und der Mittelachse des Gehäuses zu
kompensieren, in dem das Lager 70 abrollen wird, oder um
irgendeine kleine Deformation des Gehäuses zu kompensieren.
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Eine derartige elastische Oberfläche reduziert
auch Geräusche
und eliminiert die Notwendigkeit der Schmierung.
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Gemäß der Erfindung umfaßt die PC-Pumpe eine
verbesserte Rotoranordnung, die ausgelegt ist, um das Drehen automatisch
zu beenden, wenn eine vorbestimmte Temperatur erreicht wird, um
den Wärmeaufbau
zu vermeiden. Diese Rotoranordnung macht eine Verbesserung gegenüber Rotoren
aus, die zur Zeit im Stand der Technik zu finden sind, und insbesondere
gegenüber
der Rotoranordnung, die in der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung 0255336
beschrieben ist, auf die früher
Bezug genommen wurde, und die ein leicht schmelzbares metallisches
Bindermaterial einsetzt, um eine Bindung zwischen der Rotorwelle
und dem Rotorglied zu erzeugen.
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Insbesondere hat der Erfinder entdeckt,
daß das
mit dem Bruch der Bindung zwischen der Welle und dem Rotorglied
verbundene Problem vermieden werden kann, indem ein Verbindungsglied
zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied geschaffen wird, das
auf einem mechanischen Eingriff beruht (Eingriffzustand) mit dem
Rotorglied, oder dem Rotorglied und der Rotorwelle, um eine Drehmomentübertragung
zu bewirken. Bei einer bevorzugten Ausführung, die im Zusammenhang
mit den 2 und 7 beschrieben ist, umfaßt das Rotorglied 10 einen
sich in Längsrichtung
erstreckenden Hohlraum. Die Rotorwelle 13 mit einem ersten
der Verbindung benachbarten Ende 20 und einem zweiten,
dem Ausgangsende der Pumpe benachbarten Ende, und mit einem Durchmesser,
der kleiner als der Durchmesser des Hohlraums des Rotorglieds ist,
ist darin angeordnet. Kunststoffbuchsen 36, die die Rotorwelle
am Berühren
des Rotorglieds hindern, wenn das Verbindungsglied von dem festen
Zustand in den flüssigen
Zustand übergeht,
wie unten erläutert,
sind auch neben dem ersten und zweiten Ende der Rotorwelle angeordnet.
Die Oberfläche
der Rotorwelle 13 definiert die Innenwand des Rotorglieds 10 als
Raum 38 (siehe 7).
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Wie insbesondere in 7 gezeigt, umfassen die Innenfläche des
Rotorglieds 10, die den Hohlraum definiert, und die Oberfläche der
Rotorwelle 13 Längsvorsprünge und
-aussparungen, die sich einander abwechseln. Der Raum 38,
wenn er mit einem geeigneten Material befüllt ist, das das Verbindungsglied
bildet, wird ermöglichen,
daß sowohl
das Rotorglied als auch die Rotorwelle in einem Eingriffszustand
mit dem Verbindungsglied sind. Insbesondere wird das Material, aus
dem das Verbindungsglied zu machen ist, verflüssigt und ausgegossen, um den Raum
zu füllen.
Bei der Verfestigung des Materials wird das Verbindungsglied erzeugt
werden und eine Antriebsbeziehung zwischen der Rotorwelle 13 und dem
Rotorglied 10 ausbilden, ohne nur auf die Oberflächenhaftung
angewiesen zu sein, wie in dem einleitenden Teil dieser Beschreibung
diskutiert.
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Die vorbestimmte Schmelztemperatur
des Materials, das das Verbindungsglied bildet, wird gemäß der Natur
des gepumpten Materials gewählt.
In dem Fall von Sprengstoff wird die Schmelztemperatur des Materials
(und des Verbindungsglieds) zwischen ungefähr 20°C und ungefähr 40°C über der maximalen Pumptemperatur
liegen (d. h., der höchsten
Temperatur, die normalerweise innerhalb der Pumpe erreicht wird),
aber weit unter der Zersetzungstemperatur des Sprengstoffs, die
wie oben erwähnt,
ungefähr
200°C für Emulsionen
beträgt.
Die maximale Pumptemperatur für
Sprengstoff, der nicht auf einen Aufsatz anspricht, ist im Großen und
Ganzen ungefähr
80°C, während er
im Großen
und Ganzen etwa 95°C
für Sprengstoff
ist, der auf einen Aufsatz anspricht. Die gewünschte Schmelztemperatur wird
erhalten, indem Legierungen eines geeigneten eutektischen oder nahzu
eutektischen Materials ausgewählt
werden. Eine bevorzugte Legierung für Sprengstoffanwendungen besteht
aus einer Mischung aus 55,50% Bi und 44,50% Pb und hat eine Schmelztemperatur
von 124°C.
Eine derartige Legierung ist von The Canada Metal Company Limited
erhältlich
und wird unter dem Handelsnamen CERROBASE (Nr. 5550-1) kommerziell
vertrieben. Diese Legierung besitzt auch eine hinreichende Dauerdehnfestigkeit,
um den Scherkräften
standzuhalten, die von der Rotorwelle auf das Material ausgeübt werden,
die auf ungefähr
50 psi in dem Fall von einer Pumpe mit einer 2/3 Geometrie abgeschätzt wurden. Der
Fachmann auf dem Gebiet wird jedoch erkennen, daß anderes Material, das für einen
thermisch indizierten strukturellen Ausfall fähig ist, verfügbar sein
wird, vorausgesetzt, daß es
die erforderliche Dauerdehnfestigkeit besitzt.
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Wenn die Temperatur als eine Folge
eines Totraumbetriebs oder von Trockenpumpen in der Pumpe ansteigt,
wird auch die Temperatur des Rotorglieds ansteigen, und die Wärme wird
auf das Verbindungsglied übertragen.
Wenn die Schmelztemperatur des Materials erreicht ist, wird das
Verbindungsglied schmelzen und als eine Folge die Antriebsbeziehung
zwischen der Rotorwelle 13 und dem Rotorglied 10 aufhören. Die
Rotorwelle wird somit frei in den Buchsen 36 drehen, ohne
eine Bewegung auf das Rotorglied auszuüben, und keine entscheidende Menge
an Wärme
wird von dem Rotorglied 10 erzeugt werden. Das wird verhindern,
daß Sprengstoff, der
in der Pumpe angeordnet ist, mehr Wärme erlangen wird, wodurch
eine mögliche
Deflagration vermieden wird. Eine geeignete Dichtung 39,
die neben der Buchse 36 angeordnet ist, ist vorgesehen,
um das geschmolzene Material daran zu hindern, aus dem Raum 38 auszutreten,
oder um zu verhindern, daß gepumptes
Material in dasselbe eintritt.
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Die Innenfläche des Rotorglieds und die
Fläche
der Rotorwelle ermöglichen
das Vorsehen eines Verbindungsglieds, das in einem Eingriffzustand
mit der Rotorwelle und mit dem Rotorglied ist. Somit hängt die
Verbindung zwischen der Rotorwelle 13 und dem Rotorglied 10 der
Rotoranordnung nicht von der Adhäsion
ab, sondern hängt
eher von einer Verbindung ab, deren Stärke von der Dauerdehnfestigkeit
des Materials abhängt,
das das Verbindungsglied bildet, wobei "Dauerdehnung" so zu verstehen ist, daß es eine Änderung
der Form oder eine Verformung aufgrund einer längeren Belastungsaussetzung
bedeutet. Obwohl die Rotoranordnung der vorliegenden Erfindung nicht
die Bildung einer Bindung ausschließt, ist sie nicht darauf angewiesen.
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Mit Bezug auf die Dauerdehnfestigkeitsanforderung
sollte das Material, das das Verbindungsglied bildet, eine hinreichende
Dauerdehnfestigkeit für
das Verbindungsglied besitzen, um die Scherbelastung auszuhalten,
die von der Rotorwelle auf das Material während der normalen Betriebsbedingungen
ausgeübt
wird. Wie zuvor erwähnt,
ist die Scherbelastung, die von der Rotorwelle einer Pumpe mit einer
2/3 Geometrie ausgeübt
wird, ungefähr
50 psi, und das Material sollte eine derartige Belastung bei der
Pumptemperatur aushalten. Sorgfalt muß ausgeübt werden, um zu gewährleisten,
daß das
Material die Belastung bei der Pumptemperatur aushalten kann, und
nicht nur bei Raumtemperatur. Geeignete Materialien mit der erforderlichen
Dauerdehnfestigkeit und Schmelztemperatur können durch Routineversuche
von dem Fachmann ausgewählt
werden. Da die Größe der Vorsprünge oder
Aussparungen, die es dem Verbindungsglied ermöglichen, eine Antriebsbeziehung
zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied auszubilden, auch in
Abhängigkeit
von der Dauerdehnfestigkeit des Materials variieren werden, können entsprechend
Routineversuche auch erforderlich sein, um die richtige Größe zu bestimmen.
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Bei einer bevorzugten Ausführung wurde eine
Rotorwelle mit einem Durchmesser von 50 mm mit Zähnen versehen, die ungefähr 2,5 mm
tief sind, während
die Innenfläche
des Rotorglieds auch mit Zähnen
versehen wurde, die ungefähr
2,5 mm tief waren. Der Abstand zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied
betrug ungefähr
2 mm und der Hohlraum wurde mit CERROBASE (Nr. 5550-1) gefüllt.
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Man hat jedoch erkannt, daß das oben
beschriebene Ausführungsbeispiel
einem vorzeitigen Ausfall des Verbindungsglieds unter Bedingungen ausgesetzt
sein kann, wo die Pumptemperatur die vorbestimmte Schmelztemperatur
des Materials erreicht, das das Verbindungsglied bildet. Bei Temperaturen
unter dieser vorbestimmten Schmelztemperatur kann Material des Verbindungsglieds
dem oben beschriebenen Dauerdehneffekt unterworfen sein. In der
in 7 gezeigten Ausführung kann
dieser Dauerdehn effekt zu dem Verlust des Eingriffs zwischen der
Rotorwelle und dem Rotorglied führen.
Der beobachtete Ausfall tritt typischerweise durch einen Belastungsbruch
des Verbindungsgliedmaterials auf eine derartige Weise auf, daß sich ein
ununterbrochener Riß in
dem Freiraumgebiet zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied bildet.
Wenn das passiert, ist die Rotorwelle nicht länger in einer Antriebsbeziehung
mit dem Rotorglied, selbst wenn das Verbindungsgliedmaterial noch
nicht vollständig
geschmolzen ist.
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Um die Möglichkeit dieser Art von vorzeitigem
Verbindungsgliedausfall zu minimieren, wird die normale Betriebstemperatur
der Pumpe für
die in 7 beschriebene
Konfiguration vorzugsweise hinreichend niedriger als der Schmelzpunkt
des Verbindungsgliedmaterials gehalten. Für die oben beschriebene Pumpenausführung, wo
der Freiraum zwischen der Rotorwelle und dem Inneren des Rotorglieds
im wesentlichen konstant bei ungefähr 2 mm liegt, hat man herausgefunden,
daß Pumpenbetriebstemperaturen,
die auf mehr als 35°C
unter der des Verbindungsgliedmaterials gehalten wurden, dieses
Problem im wesentlichen beseitigen. Das ermöglicht es, daß das Material
des Verbindungsglieds eine hinreichende Dauerdehnfestigkeit hat,
um einen Eingriff zwischen Rotorwelle und dem Rotorglied aufrechtzuerhalten.
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Jedoch führt das Halten der Pumptemperatur
auf weniger als sagen wir 35°C
unter der Schmelztemperatur des Verbindungsgliedmaterials zu einem
langsamen Antwortverhalten über
Zeitdauern, wo ein thermisch induzierter Ausfall des Verbindungsglieds
erwünscht
ist.
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Glücklicherweise können weitere
Verbindungsgliedkonstruktionsanordnungen eingesetzt werden, die
diese Art von vorzeitigem Verbindungsgliedausfall reduzieren und/oder
beseitigen können. Bei
diesen Ausführungen
ist der Querschnittabstand zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied
nicht konstant. Bei einer bevorzugten Ausführung ist der größte Freiraumabstand
(bei irgendeinem bestimmten Querschnitt) mehr als 10% größer als
der kleinste Freiraumabstand. Vorzugsweise ist der größte Freiraumabstand
mehr als 50% und insbesondere vorzugsweise mehr als 100%, und noch
mehr vorzugsweise mehr als 200% größer als der kleinste Freiraumabstand.
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Ausführungen, die diese Technik
einsetzen, können
vorzugsweise gemeinsame Geometrieformen verwenden, um die gewünschte Variation
im Freiraumabstand zu erreichen. Zum Beispiel schafft eine hexagonal
geformte Rotorwelle in einem zwölfeckförmigen Inneren
eines Rotorglieds, wie in 8 gezeigt,
eine hinreichende Variation in der Freiraumdicke, um ein vermindertes
Potential für
einen vorzeitigen Ausfall des Verbindungsglieds zu schaffen. In 8 ist die Rotorwelle 13 in
dem Rotorglied 10 angeordnet und definiert ein Freiraumgebiet 38.
Es ist zu erwähnen,
daß das
Freiraumgebiet 38 in der Dicke von seinem kleinsten Wert 38a zu
seinem größten Wert
bei 38b variiert.
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Bei dieser Ausführung beträgt der kleinste Querschnittsfreiraumabstand
1,5 mm, während
der größte Querschnittsfreiraumabstand
5 mm beträgt, was
eine 233%ige Zunahme im Freiraumabstand schafft.
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Andere Konfigurationen sind möglich, einschließlich z.
B. einer dreieckigen Rotorwelle in einem quadratischen Rotorhohlraum.
Weitere Konfigurationen können
auch irregulär
geformte Rotorwellen in irregulär
geformten Rotorhohlräumen
umfassen, vorausgesetzt, daß die
Freiraumdicke variiert. Bevorzugte Konstruktionen umfassen jedoch
6-seitige bis 12-seitige Rotorwellen in 8-seitigen bis 14-seitigen Rotorhohlräumen, wobei
die Anzahl von Seiten der Rotorwelle vorzugsweise geringer als die
Anzahl von Seiten des Rotorhohlraums ist.
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Ohne durch eine Theorie gebunden
zu sein, glaubt man, daß dieser
Ansatz die Wahrscheinlichkeit eines vorzeitigen Ausfalls vermindert,
weil er die Möglichkeit
eines kontinuierlichen kreisförmigen Wegs
beseitigt, welcher einen konstanten Abstand von sowohl der Rotorwelle
und dem Rotorglied ist. Somit ist es weniger wahrscheinlich, daß sich irgendein
Dehnungs- oder Belastungsbruch an einer Dicke des Verbindungsgliedsmaterials
zu dem benachbarten dickeren Gebiet des Verbindungsgliedmaterials
fortsetzt.
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Auch, wenn sich das Verbindungsgliedmaterial "erweicht" oder beginnt, eine
niedrigere Dauerdehnfestigkeit in der Nähe der Schmelztemperatur des
Materials zu zeigen, beginnt das Verbindungsgliedmaterial als eine
hochviskose Flüssigkeit
zu wirken. Jedoch wird der Eingriff zwischen der Rotorwelle und
dem Rotorglied unter diesen Bedingungen durch den Fließwiderstand
des Materials von dem Gebiet mit großem Spielraum in das Gebiet
mit kleinem Spielraum beibehalten. Während etwas "Fluß" auftritt, wird die
Rotorwelle und das Rotorglied in einem Eingriffzustand gehalten – selbst
obwohl die Rotorwelle und das Rotorglied sich mit leicht unterschiedlichen
relativen Drehzahlen bewegen können.
Mit anderen Worten kann sich die Rotorwelle relativ zu dem Rotorglied
bewegen, während
die Antriebsverbindung mit dem Rotorglied aufrecht erhalten wird.
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Diese Antriebsverbindung wird nur
an dem Punkt unterbrochen, wo das Verbindungsgliedmaterial bis zu
einem Punkt geschmolzen wurde, daß es ein "Fluid" mit einer hinreichend niedrigen Viskosität wird,
um es dem Material zu ermöglichen,
von dem Gebiet mit hohem Spielraum zu niedrigem Spielraum zu gelangen,
ohne das Rotorglied zu bewegen.
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Dieser Effekt wird im Folgenden als
ein "Viskositätskeileffekt" bezeichnet, was
den Eingriffzustand wegen des Widerstands der Fluidströmung von dem
Gebiet hohen Spielraums zu dem Gebiet niedrigen Spielraums beschreibt.
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Es sollte erwähnt werden, daß die Konstruktion
von 7 nicht diesen "Viskositätskeileffekt" zeigt, weil das
Spielraumgebiet zwischen der Rotorwelle und dem Rotorglied im wesentli chen
bei 2 mm konstant ist und nicht variiert. Das Material, das in den
2,5 tiefen "Zähnen" an der Rotorwelle
und dem Rotorglied enthalten ist, wird nicht diesem Viskositätskeileffekt
unterworfen, weil nichts von dem Material bei Temperaturbedingungen
fließen
muß, die eine
niedrigere Dauerdehnfestigkeit induzieren.
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Unter Verwendung dieser Konstruktionsmodifikation
können
Verbindungsgliedmaterialien ausgewählt werden, die eine Schmelztemperatur
von weniger als 20°C,
und insbesondere vorzugsweise von weniger als 15°C, über der normal maximalen Pumptemperatur
der Pumpe haben. Der Einsatz dieser Konstruktion erlaubt eine viel
schnellere Antwort des thermisch induzierten Strukturausfalls des
Verbindungsglieds während
Zeiten, wenn die Pumpe ein Überhitzen
erfährt.
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Es sollte jedoch erwähnt werden,
daß die größte Querschnittsdimension
der Rotorwelle kleiner als die kleinste Querschnittsdimension des
Inneren des Rotorglieds sein muß,
damit die Rotorwelle das Rotorglied bei Bedingungen des thermisch
induzierten Ausfalls des Verbindungsglieds nicht treffen wird.
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Sobald das Verbindungsglied geschmolzen ist,
kann der auf die Rotorfläche
bei dem Auslaß der Pumpe
wirkende Restpumpdruck eine Längsverschiebung
des Rotorglieds 10 zu der Rotorwelle 13 bewirken.
Wenn eine derartige Verschiebung auftritt, kann die von der Spitze
der Rotorwelle auf den Boden des Hohlraums des Rotorglieds ausgeübte Reibkraft,
die die Rotorwelle aufnimmt, genug Reibung erzeugen, um dem Rotorglied
eine Drehbewegung zu verleihen. Um eine derartige Längsverschiebung
des Rotorglieds und den resultierenden unerwünschten Antriebeingriff zu
vermeiden, ist eine gehärtete
Kugel 40 in dem Hohlraum des Rotorglieds vorgesehen, zwischen
dem Rotorglied und dem zweiten Ende der Rotorwelle (siehe 2). Wenn das Verbindungsglied
verflüssigt
ist, reduziert die Kugel zusätzlich
zu dem Verhindern der Längsverschiebung
des Rotorglieds, die Reibkraft, die von dem zweiten Ende der Rotorwelle
ausgeübt
wird, und ermöglicht
es, daß die Rotorwelle 13 frei
in dem Rotorglied dreht. Bei einer bevorzugten Ausführung kann
das Ende der Rotorwelle 13 mit einem gehärteten Einsatz 42 versehen sein,
um die Welle daran zu hindern, an dem Kontaktgebiet der Rotorwelle
und der Kugel 40 abzunutzen. Weitere Vorrichtungen, wie
z. B. ein Drucklager, das zwischen dem Rotorglied 10 und
der Verbindung 20 oder zwischen dem Rotorglied 10 und
dem ersten Ende der Rotorwelle angeordnet ist, können dem selben Zweck dienen.
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Wenn gewünscht, könnte die Pumpe mit einer Wahrnehmvorrichtung
ausgestattet sein, die den Motor auffordern würde, bei einem Außer-Eingriff-Kommen
des Rotorglieds anzuhalten.
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Die obige Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sollte nicht auf irgendeine beschränkende Weise interpretiert
werden, weil Variationen und Verbesserungen möglich sind, die in dem Schutzbereich
der Erfindung liegen, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.