EP0764783A1 - Exzenterschneckenpumpe - Google Patents

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EP0764783A1
EP0764783A1 EP96113275A EP96113275A EP0764783A1 EP 0764783 A1 EP0764783 A1 EP 0764783A1 EP 96113275 A EP96113275 A EP 96113275A EP 96113275 A EP96113275 A EP 96113275A EP 0764783 A1 EP0764783 A1 EP 0764783A1
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pump
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rotor
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Artemis Kautschuk und Kunststoff Technik GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • 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
    • F04C2/107—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 with helical teeth
    • F04C2/1071—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 with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type
    • F04C2/1073—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 with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type where one member is stationary while the other member rotates and orbits
    • F04C2/1075—Construction of the stationary member

Definitions

  • the invention relates to an eccentric screw pump with a rotor made of a practically rigid material, in particular steel, driven by an electric motor and a stator with an elastomer lining.
  • the maximum achievable delivery pressure is determined by the effects of the sealing lines between the rotor and the elastomer lining.
  • the hardness of the elastomer lining and its preload with respect to the rotor of considerable importance, and it goes without saying that under these conditions there are no geometrically precise sealing lines, but narrow sealing surfaces.
  • this fact means that the rotor drives or the electric motors provided for them have to meet corresponding requirements.
  • high static friction values have to be overcome and larger breakaway torques have to be counteracted. There are also unfavorable sliding friction values at the start of pump operation.
  • the invention is based on the object of designing pumps of the type mentioned at the outset in such a way that more favorable coefficients of friction and breakaway torques result when the pump starts up and accordingly lower drive powers are sufficient for this initial operation.
  • the invention to reduce the inrush current surge of the electric motor with a pre-tension of the elastomer lining of approximately 5-15%, at least a large part, but preferably the entire surface of the elastomer lining that comes into contact with the rotor for receiving liquid or pulpy portions of the conveyed material between protruding parts of a fine structure formed in this area.
  • the face of the rotor facing the rotor that is to say the active surface of the elastomer lining of the stator, has a fine structure of a special nature. It must have small protrusions, between which there are suitable spaces for holding liquid or pulpy components of the material to be conveyed. In a way, this results in a Lubrication effect, which leads to a significantly reduced power consumption and even enables so-called luminous flux electric motors (with two-pole connection) even for higher operating pressures and pumps.
  • the protruding parts of the fine structure - in the not yet deformed state - are not flat or rounded according to the inner diameter of the lining, but rather are dome-shaped in order to be able to achieve a non-linear indentation characteristic of the fine projections.
  • the depressions located between the projecting parts are not shaped as wide drainage channels, but on the contrary are shaped in such a way that the desired lubricant effect is not wholly or partially eliminated by the liquid or slurry flowing away.
  • the main parts of the pump shown in FIG. 1 are the stator 1, a disk 2 for holding it and a rotor 3 located inside the stator 1.
  • the jacket 4 of the stator 1 is a segmented steel tube, if necessary, to which a lining 5 made of rubber or rubber-like plastics is adhered, which in turn has a pump cavity 6 which is shaped in the manner of a double-start high-helix thread and for receiving the rotor made of steel 3 serves. It has the shape of a catchy high helix thread and has on the drive side a coupling piece 7 which is operatively connected to a corresponding coupling part of an electric motor as the drive motor of the pump.
  • the eccentricity is labeled E.
  • the pump cavity 6 is dimensioned so narrow that the lining 5 rests against the outer surface of the rotor 3 with a pretension of approximately 5-10% in order to be able to achieve the desired delivery pressures for the above-mentioned delivery medium.
  • the inner surface 8, which delimits the pump cavity 6 and comes into contact with the rotor 3, is finely structured due to the invention, as can be provided according to FIGS. 3-6. It should be mentioned that Figs. 3 and 5 each have a section e.g. play at 9 of the inner surface 8.
  • the inner structure is formed by a multiplicity of small domes 10, which are arranged in a scale-like manner and arranged one behind the other in rows 11, 12 and 13, in such a way that the individual domes 10 of a row are approximately half a length L the crests 10 of one row are offset from the crests 10 of the adjacent row.
  • these depressions 14 are dimensioned and also connected to one another only in such a zigzag shape that the liquid or pulpy material to be conveyed which accumulates in the depressions 14 at the start of the swamp cannot easily escape, so to speak to some extent that which is known from automobile operation but is undesirable there To create aquaplaning effect. Sliding should be achieved or a lubricating effect should arise.
  • the length L of the crests 10 should be approximately 2-5, preferably approximately 3.5 mm, the width b approximately o.8-1.4, preferably approximately 1.2 mm.
  • the height H of the tips 10 is approximately 0.01-0.2 mm.
  • crests 15 are also provided, but here - in contrast to FIGS. 3 and 4 - the crests 15 do not merge into one another, rather small distances are provided at 16 here.
  • channels 17, 18 formed by the distances 16 are provided, but these channels 17, 18 run through their inclination and the offset of the crests 15 relative to one another in such a way that the media collecting in the channels 17, 18 also drain off here is largely prevented.
  • 5 and 6 is intended for particularly viscous fluids and / or softer linings 5 and / or higher pressures between the rotor 3 and the lining 5. These circumstances require major deformations of the fine structure, which are better met by the structure picture shown.
  • the channels 17, 18 are thus reduced in width during operation, but they remain under operating conditions, albeit in a narrow form.
  • the rows formed by the crests 10 and 15 should preferably run at least approximately transversely to the longitudinal central axis of the stator 1 and the plan shape of the projecting parts can be approximately oval or elliptical, rectangular or slightly trapezoidal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe mit einem zur Aufnahme des starren Rotors dienenden, eine Elastomerauskleidung aufweisenden Stator. Um das Anfahren der Pumpe zu erleichtern und dabei bessere Reibwerte zu erreichen, ist aufgrund der Erfindung ein grosser Teil, vorzugsweise aber die gesamte mit dem Rotor in Berührung kommende Fläche der Elastomerauskleidung zur Aufnahme flüssiger oder breiiger Anteile des Fördergutes zwischen vorspringenden Teilen einer Feinstruktur in dieser Fläche ausgebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe mit einem aus einem praktisch starren Werkstoff , insb. Stahl, gefertigten, von einem Elektromotor angetriebenen Rotor und einem eine Elastomerauskleidung aufweisenden Stator.
  • Bei diesen Pumpen ist der maximal erzielbare Förderdruck durch die Wirkungen der Dichtlinien zwischen dem Rotor und der Elastomerauskleidung bestimmt. In diesem Zusammenhang sind die Härte der Elastomerauskleidung und deren Vorpannung in Bezug auf den Rotor von erheblicher Bedeutung, und es versteht sich, dass unter diesen Vorausetzungen keine geometrisch genauen Dichtlinien, sondern schmale Dichtflächen entstehen. Dieser Tatbestand hat allerdings zur Folge, dass von den Rotorantrieben bzw. den dazu vorgesehenen Elektromotoren entsprechende Forderungen zu erfüllen sind. Gerade beim Anfahren der Pumpen müssen hohe Haftreibungswerte überwunden und grösseren Losbrechmomenten entgegengetreten werden. Auch ergeben sich zu Beginn des Pumpenbetriebes ungünstige Gleitreibungswerte.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Pumpen der eingangs erwähnten Art so auszubilden, dass sich beim Anfahren der Pumpe günstigere Reibwerte und Losbrechmomente ergeben und demgemäss für diesen Anfangsbetrieb kleinere Antriebsleistungen ausreichend sind.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss zur Verminderung des Einschaltstromstosses des Elektromotors bei einer Vorspannung der Elastomerauskleidung von etwa 5 - 15 % zumindest ein grosser Teil, vorzugsweise aber die gesamte mit dem Rotor in Berührung kommende Fläche der Elastomerauskleidung zur Aufnahme flüssiger oder breiiger Anteile des Fördergutes zwischen vorspringenden Teilen einer Feinstruktur in dieser Fläche ausgebildet.
  • Demgemäss erhält die dem Rotor zugekehrte, also die aktive Fläche der Elastomerauskleidung des Stators eine Feinstruktur besonderer Beschaffenheit. Sie muss kleine Vorsprünge aufweisen, zwischen denen sich zur Aufnahme flüssiger oder breiiger Bestandteile des Fördergutes geeignete Räume befinden. Dadurch ergibt sich gewissermassen ein Schmiereffekt, der zu einer wesentlich verringerten Stromaufnahme führt und sogar sog Lichtstromelektromotore (mit zweipoligem Anschluss) selbst für grössere Betriebsdrücke und Pumpen ermöglicht.
  • Zweckmässsigerweise sind die vorspringenden Teile der Feinstruktur - im noch nicht verformten Zustand - nicht etwa eben bzw. dem Innendurchmesser der Auskleidung entsprechend gerundet, sondern kuppenförmig gestaltet, um so eine nichtlineare Eindrückungscharakteristik der feinen Vorsprünge erreichen zu können. Darüber hinaus sind die zwischen den vorspringenden Teilen befindlichen Vertiefungen nicht als breite Abflusskanäle, sondern im Gegenteil so geformt, dass der angestrebte Schmiermitteleffekt nicht durch Abfliessen der Flüssigkeit bzw. des Breies ganz oder teilweise aufgehoben wird.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen :
    • Fig. 1 einen Längsschnitt durch den antriebsseitigen Teil einer Exzenterschneckenpumpe zum Fördern von Putz, Mörtel und Estrich und anderen in der Bautechnik benötigten Medien,
    • Fig. 2 den Rotor und den Stator für die Pumpe gemäss Fig.1 in einer Stirnansicht,
    • Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Abschnitt der aktiven Innenfläche der Elastomerauskleidung des Stators für die Pumpe gemäss Fig. 1,
    • Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV - IV von Fig. 3,
    • Fig. 5 eine der Fig. 3 entsprechende Draufsicht, jedoch in abgewandelter Ausführung und
    • Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie V - V von Fig. 5.
  • Die in Fig. 1 dargestellten Hauptteile der Pumpe sind der Stator 1, eine Scheibe 2 zu dessen Halterung und ein innerhalb des Stators 1 befindlicher Rotor 3.
  • Der Mantel 4 des Stators 1 ist ein ggfs. segmentiertes Stahlrohr, an das innen eine Auskleidung 5 aus Gummi oder gummiähnlichen Kunststoffen angehaftet ist, die ihrerseits einen Pumpenhohlraum 6 aufweist, der nach Art eines zweigängigen Steilgewindes geformt ist und zur Aufnahme des aus Stahl gefertigten Rotors 3 dient. Er hat die Gestalt eines eingängigen Steilgewindes und weist antriebsseitig ein Kupplungsstück 7 auf, das mit einem entsprechenden Kupplungsteil eines Elektromotors als Antriebsmotor der Pumpe in Wirkverbindung steht. Die Exzentrizität ist mit E bezeichnet.
  • Im Übrigen ist der Pumpenhohlraum 6 derart eng bemessen, dass die Auskleidung 5 mit einer Vorspannung von etwa 5 - 10% an der Aussenfläche des Rotors 3 anliegt, um so die gwünschten Förderdrücke für das oben erwähnte Fördermedium erreichen zu können.
  • Die den Pumpenhohlraum 6 begrenzende, mit dem Rotor 3 in Berührung kommende Innenfläche 8 ist aufgrund der Erfindung in besonderer Weise feinstrukturiert, wie dies gemäss Fig. 3 - 6 vorgesehen sein kann. Erwähnt sei, dass die Fig. 3 und 5 je einen Abschnitt z.B. bei 9 der Innenfläche 8 wiedergeben.
  • Gemäss Fig. 3 und 4 wird die Innenstruktur von einer Vielzahl kleiner Kuppen 10 gebildet, die schuppenartig und in Reihen 11, 12 und 13 hintereinanderliegend angeordnet sind, und zwar in der Weise, dass die einzelnen Kuppen 10 einer Reihe um etwa eine halbe Länge L der Kuppen 10 einer Reihe gegenüber den Kuppen 10 der benachbarten Reihe versetzt sind. Zwischen den Kuppen 10 befinden sich Vertiefungen 14, die die Kuppen 10 voneinander trennen. Diese Vertiefungen 14 sind aber so bemessen und zudem nur so zickzackförmig untereinander verbunden, dass das sich in den Vertiefungen 14 beim Anlauf der Üumpe sammelndes flüssiges oder breiiges Fördergut nicht ohne weiteres entweichen kann, um so gewissermassen die aus dem Automobilbetrieb her bekannte, dort aber unerwünschte Aquaplaning-Wirkung entstehen zu lassen. Es soll ein Gleiten erreicht bzw. ein Schmiereffekt entstehen.
  • Die Länge L der Kuppen 10 soll etwa 2 - 5, vorzugsweise etwa 3,5 mm, die Breite b etwa o.8 - 1,4, vorzugsweise etwa 1,2 mm betragen. Die Höhe H der Kuppen 10 beträgt etwa 0.01 - 0.2 mm.
  • Bei der Ausführung gemäss Fig. 5, 6 sind ebenfalls Kuppen 15 vorgesehen, jedoch gehen hier - im Gegensatz zu Fig. 3 und 4 - die Kuppen 15 nicht ineinander über, vielmehr sind hier kleine Abstände bei 16 vorgesehen. Bei dieser Ausführung sind zwar von den Abständen 16 gebildete Kanäle 17, 18 vorgesehen, jedoch verlaufen diese Kanäle 17, 18 durch ihre Schrägstellung und die Versetzung der Kuppen 15 zueinander so, dass auch hier ein Abfluss der sich in den Kanälen 17, 18 ansammelnden Medien weitgehend unterbunden wird. Im übrigen ist die Ausführung gemäss Fig. 5 und 6 für besonders zähflüssige Fördermedien und/oder weichere Auskleidungen 5 und/oder höhere Pressungen zwischen dem Rotor 3 und der Auskleidung 5 bestimmt. Diese Umstände erfordern grössere Verformungen der Feinstruktur, die von dem dargestellten Strukturbild besser erfüllt werden. Die Kanäle 17, 18 werden beim Betrieb somit in ihrer Breite verringert, jedoch bleiben sie unter Betriebsbedingungen bestehen, wenn auch in schmaler Form.
  • Es sei noch erwähnt, dass die von den Kuppen 10 und 15 gebildeten Reihen vorzugsweise zumindest etwa quer zur Längsmittelachse des Stators 1 verlaufen sollen und die Grundrissgestalt der vorspringenden Teile in etwa oval bzw. elliptisch, rechteckig oder leicht trapezförmig sein kann.

Claims (15)

  1. Exzenterschneckenpumpe mit einem aus einem praktisch starren Werkstoff gefertigten, von einem Elektromotor getriebenen Rotor und einem eine Elastomerauskleidung aufweisenden Stator, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verminderung des Einschaltstromstosses des Elektromotors bei einer Vorspannung der Elastomerauskleidung (5) von etwa 5 - 15% gegenüber dem Rotor (3) zumindest ein grosser Teil, vorzugsweise aber die gesamte mit dem Rotor (3) in Berührung kommende Fläche (8) der Elastomerauskleidung (5) zur Aufnahme flüssiger oder breiiger Anteile des Fördergutes zwischen vorspringenden Teilen (10,15) einer Feinstruktur in dieser Fläche ausgebildet ist.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorspringenden Teile (1o,15) Kuppen sind.
  3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstruktur in der Ansicht nach Art ineinandergeschachtelter Schuppen ausgebildet ist (Fig. 3).
  4. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorspringenden Teile (10) in Reihen (11,12,13) hintereinander liegend angeordnet und benachbarte Teile (10) benachbarter Reihen gegeneinander versetzt sind.
  5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz etwa der halben Länge der vorspringenden Teile (10) entspricht.
  6. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kuppen (10) ineinander übergehen (Fig. 4 ).
  7. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kuppen (15) im Abstand voneinander angeordnet und die elastische Verformbarkeit der Kuppen (15) derart gross sind, dass im Betriebszustand der Pumpe die durch den gegenseitigen Abstand bedingten Kanäle (17,18) in ihrer Breite wesentlich verringerbar sind.
  8. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorspringenden Teile (10, 15) in Reihen hintereinander angeordnet sind und ihre Erstreckungen in Richtung der Reihen wesentlich grösser ist als die Erstreckung quer hierzu.
  9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorspringenden Teile im wesentlichen einen ovalen, rechteckigen oder leicht trapezförmigen Grundriss aufweisen.
  10. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorspringenden Teile (10,15) derart gestaltet und verformbar sind, dass beim Betrieb der Pumpe im verformten Zustand dieser Teile zwischen ihnen Räume zur Aufnahme des Fördermittels verbleiben.
  11. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) der vorspringenden Teile etwa 2 - 5mm, vorzugsweise etwa 3.5 mm und die Breite etwa 0.8 - 1,4 mm, vorzugsweise etwa 1,2 mm beträgt.
  12. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (H) der vorspringenden Teile (10,15) etwa 0.01 bis 0.2 mm beträgt.
  13. Die Verwendung von Pumpen nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüchen zur Förderung von Putz, Mörtel, Estrich oder ähnlichen in der Bautechnik benutzten Fördermedien.
  14. Pumpe nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Antrieb ein Lichtstrommotor ist ( zweipolig ).
  15. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die vorspringenden Teile ( mit ihrer längeren Achse ) im wesentlichen quer zur Längs- bzw. Rotationsachse des Stators (1) erstrecken.
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