EP1813812A1

EP1813812A1 - Exzenterschneckenpumpe

Info

Publication number: EP1813812A1
Application number: EP06001518A
Authority: EP
Inventors: Esben Gronborg Brun; Soren Hansen; Per H. Andreasen; Helge Grann
Original assignee: Grundfos Management AS
Current assignee: Grundfos Management AS
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: CN101375061A; EP1813812B1; CN101375061B; PL1813812T3; WO2007085437A1; US20090214369A1; US8152499B2; ATE415560T1; DE502006002188D1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe mit einem ringförmigen Außenteil(10; 40, 74) und einem darin angeordneten Innenteil (12; 42; 72), wobei sich das innere des Außenteils (10; 40; 74) und das Äußere des Innenteils (12; 42; 72) korrespondierend zueinander zu einer Axialseite (16; 46; 70) hin verjüngen, wobei Innenteil (12; 42; 72) und Außenteil (10: 40; 74) in axialer Richtung (X, W) relativ zueinander beweglich gelagert sind und das Innenteil (12; 42; 72) und/oder das Außenteil (10, 40; 74) derart ausgebildet sind, dass ein an der Druckseite der Exzenterschneckenpumpe anliegender Druck eine axial in der Richtung, in welcher sich das Innenteil (12, 42; 72) verjüngt, auf das Innenteil (12; 42; 72) wirkende Kraft und/oder eine in entgegengesetzter axialer Richtung auf das Außenteil (10; 40; 74) wirkende Kraft erzeugt (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe. Exzenterschneckenpumpen, welche auch unter der Bezeichnung Moineau-Pumpen bekannt sind, weisen einen schneckenförmigen Rotor auf, welcher bei einer Rotation exzentrisch in einem umgebenden Stator läuft. Dabei sind Pumpen bekannt, bei welchen der Stator und der Rotor über ihre axiale Länge einen konstanten Querschnitt aufweisen.
Beispielsweise aus US 2,957,427 ist eine Exzenterschneckenpumpe bekannt, welche einen konischen Rotor aufweist, welcher in einem konisch ausgebildeten Stator läuft. Bei dieser Anordnung ist es durch axiales Verschieben des Rotors relativ zum Stator möglich, die Passung und die Andruckkraft zwischen Rotor und Stator einzustellen.
Eine ausreichende Andruckkraft zwischen Stator und Rotor ist wichtig, um die Dichtigkeit der Pumpe bei hohen Drücken zu gewährleisten. Gleichzeitig soll die Passung nicht zu eng sein, um die Reibung in der Pumpe gering zu halten.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Exzenterschneckenpumpe zu schaffen, welche eine verbesserte Einstellung der Passung zwischen Rotor und Stator ermöglicht, so dass immer eine ausreichende Dichtigkeit an den Kontaktflächen zwischen Rotor und Stator gegeben ist und gleichzeitig die Reibung zwischen Rotor und Stator möglichst gering gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Exzenterschneckenpumpe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Die erfindungsgemäße Exzenterschneckenpumpe weist ein ringförmiges Außenteil mit einem darin angeordneten Innenteil auf. Das Innenteil und das Außenteil bewegen sich in bekannter Weise relativ zueinander, wobei die Pumpbewegung erreicht wird. So kann das Innenteil als Rotor ausgebildet sein, welcher in dem Außenteil, welches einen feststehenden Stator bildet, rotiert. Dabei führen Rotor und Stator gleichzeitig eine exzentrische Bewegung zueinander aus, wobei diese exzentrische Bewegung entweder von dem Rotor und/oder von dem Stator ausgeführt werden kann. Alternativ ist es auch möglich, dass das Außenteil als Rotor sich um das feststehende Innenteil, welches dann als Stator dient, dreht. Dabei kann wiederum die exzentrische Bewegung entweder von dem rotierenden Außenteil oder dem feststehenden, d. h. nicht rotierenden Innenteil ausgeführt werden. Alternativ ist es ferner auch möglich, dass sich sowohl das Innenteil als auch das Außenteil zueinander drehen, um die Relativbewegung zueinander auszuführen. Die beim Betrieb auftretende exzentrische Bewegung kann auch von Innenteil und Außenteil gleichzeitig realisiert werden, anstatt dass nur eines der beiden Teile die exzentrische Bewegung ausführt. Insofern sind bei der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe alle denkbaren Antriebskombinationen, welche von derartigen Pumpen bekannt sind, verwendbar.
Bei der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe sind das Innere des Außenteils und das Äußere des Innenteils derart ausgebildet, das sie sich korrespondierend zueinander zu einer Axialseite hin verjüngen, d. h. vorzugsweise in axialer Richtung konisch ausgebildet sind. Diese Anordnung ermöglicht es, dass wenn das Innenteil in der Richtung des verjüngten Endes weiter in das umgebende Außenteil gedrückt wird, die Passung zwischen Innenteil und Außenteil verkleinert wird und der Anpressdruck an den Kontaktflächen zwischen Innen- und Außenteil erhöht wird. Auf diese Weise kann durch axiale Relativbewegung zwischen Innen- und Außenteil die Passung bzw. der Anpressdruck an den Kontaktflächen zwischen Innen- und Außenteil eingestellt werden. Dazu sind Innen- und Außenteil in axialer Richtung relativ zueinander beweglich gelagert und zwar so, das die Beweglichkeit auch im Betrieb der Pumpe, d. h. z. B. bei Rotation des Innenteils gegeben ist.
Ferner sind erfindungsgemäß das Innen- und/oder das Außenteil derart ausgebildet, das sich der Anpressdruck zwischen Innen- und Außenteil bei höherem Druck in der Pumpe bzw. steigendem Druck an der Druckseite der Pumpe erhöht. Das heißt, bei der erfindungsgemäßen Pumpe stellt sich die Passung bzw. der Anpressdruck zwischen Innen- und Außenteil im Betrieb selbsttätig ein, wobei durch den höheren Anpressdruck bei höherem Druck an der Druckseite der Pumpe auch bei hohem Pumpendruck eine ausreichende Dichtigkeit der Pumpe sichergestellt wird. Ferner wird ermöglicht, dass bei niedrigerem Druck an der Druckseite der Anpressdruck an den Kontaktflächen zwischen Innen-und Außenteil reduziert wird, so dass die Reibung verringert wird. Auf diese Weise ist es möglich, bei unterschiedlichen Pumpendrücken die Reibung so gering wie möglich und gleichzeitig den Anpressdruck zwischen Innen- und Außenteil so groß wie nötig zu halten.
Diese Funktionsweise wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, dass Innen- und/oder Außenteil derart ausgebildet sind, dass ein an der Druckseite der Exzenterschneckenpumpe und/oder in den Kavitäten der Exzenterschneckenpumpe zwischen Innen- und Außenteil anliegender Druck dazu verwendet wird, eine Kraft zu erzeugen, welcher in axialer Richtung Innen- und Außenteil ineinander drückt. Das heißt, diese von dem Druck an der Druckseite oder in den Kavitäten erzeugte Kraft wirkt in der Axialrichtung, in welcher sich innen- und Außenteil verjüngen auf das Innenteil oder in der Richtung, in welcher sich Innen- und Außenteil erweitern auf das Außenteil. Es sind auch Ausgestaltungen denkbar, bei welchen der Druck sowohl auf das Außenteil als auch in entgegengesetzter Richtung auf das Innenteil wirkt. Bei jeder dieser Anordnungen wird sichergestellt, dass durch den an der Druckseite oder den Kavitäten im Inneren der Pumpe anliegenden Druck Kräfte erzeugt werden, welche auf das Innen- und/oder das Außenteil wirken und diese ineinander drücken, um in Abhängigkeit des Drucks an der Druckseite oder im Inneren den Anpressdruck zwischen Innen- und Außenteil einzustellen. So wird der Differenzdruck zwischen Saug- und Druckseite der Exzenterschneckenpumpen, d. h. zwischen den beiden Axialenden von Innen- und Außenteil bzw. zwischen der Saugseite und den Kavitäten im inneren dazu genutzt, Innen- und Außenteil zusammenzudrücken. Bei Verringerung des Druckes bewegen sich Innen- und Außenteil vorzugsweise selbsttätig aufgrund des in der Pumpe herrschenden Druckes wieder auseinander bzw. der in der Pumpe herrschende Druck verringert selbsttätig den Anpressdruck zwischen Innen- und Außenteil, wenn er den von außen wirkenden Kräften entgegen wirkt.
Vorzugsweise ist die Exzenterschneckenpumpe derart ausgebildet, das der an der Druckseite anliegende Druck auf eine dem verjüngten Ende des Innenteils abgewandte Fläche des innenteils wirkt. Durch die Druckbeaufschlagung dieser Fläche wird eine in Richtung des verjüngten Endes des Innenteils wirkende axiale Kraft erzeugt, welche das Innenteil zum verjüngten Ende des Außenteils drückt. Über die Größe der Fläche, auf welcher der Druck in axialer Richtung wirkt, kann ferner die Größe der wirkenden Kraft beeinflusst werden, so dass durch Anpassung der Fläche die Kräfteverhältnisse und insbesondere der Bereich, in weichem der Anpressdruck zwischen Innen- und Außenteil variieren kann, voreingestellt werden kann. Insbesondere wird die Fläche im Verhältnis zu den übrigen Stirnflächen bzw. Stirnseiten des Innenteils, auf welche der an der Saug- oder Druckseite anliegende Druck wirkt, ausgelegt, um die gewünschten Kräfteverhältnisse, welche auf das Innenteil wirken, voreinstellen zu können.
Das Innenteil und das Außenteil sind weiter bevorzugt derart angeordnet, dass die Axialseite, zu welcher sich das Innere des Außenteils und das Äußere des innenteils verjüngen, die Druckseite der Exzenterschneckenpumpe ist. Der große Querschnitt von Innen- und Außenteil am entgegengesetzten Axialende bildet entsprechend die Saugseite der Pumpe. Bei dieser Ausgestaltung wirkt der Druck an der Druckseite auf die kleine Stirnfläche des Innenteils. Diese Kraft würde somit das Innen-und das Außenteil auseinanderdrücken, wenn keine entgegengesetzte Kraft auf Innen- und/oder Außenteil wirkt. Wenn nun der an der Druckseite anliegende Druck gleichzeitig auf eine der Druckseite abgewandte Fläche des Innenteils oder aber auf eine der Druckseite zugewandte Fläche des Außenteils wirkt, kann der auf die kleine Stirnfläche des Innenteils wirkenden Kraft entgegengewirkt werden, um Innen- und Außenteil auch bei größerer Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite in Anlage zu halten.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist bei der Exzenterschneckenpumpe, bei welcher das verjüngte Ende von Innen- und Außenteil die Druckseite der Pumpe bildet, im Inneren des Innenteils ein Kanal ausgebildet, welcher zu der Druckseite oder zu einer Kavität im Inneren der Exzenterschneckenpumpe geöffnet ist und mit einer der Druckseite abgewandten Fläche des Innenteils in Verbindung steht. Auf diese Weise wird der an der Druckseite oder der im inneren der Pumpe herrschende Druck auf eine der Druckseite abgewandte Fläche geleitet, um dort eine Kraft zu erzeugen, welche der an der Druckseite des Innenteils auf diesen wirkenden Kraft axial entgegengesetzt gerichtet ist und das Innenteil im Außenteil in Anlage hält bzw. in das Außenteil drückt.
Weiter bevorzugt ist dazu an der der Druckseite abgewandten Axialseite des Innenteils ein Druckraum angeordnet, welcher mit dem genannten Kanal in Verbindung steht. Der Druckraum weist eine in axialer Richtung veränderbare Länge auf und hat eine der Druckseite abgewandte, mit dem Innenteil verbundene Innenfläche. Der über den Kanal in den Druckraum geleitete Druck, welcher an der Druckseite der Pumpe herrscht, führt zu einer Ausdehnung des Druckraumes und damit zu einer Längenänderung des Druckraumes. Der Druck wirkt dabei auf eine Innenfläche des Druckraumes, welche der Druckseite abgewandt ist und erzeugt so eine axial gerichtete Druckkraft auf das Innenteil, welche diesen zum verjüngten Ende des Innenteils hin in das Außenteil drückt und dafür sorgt, das ein ausreichend hoher Anpressdruck zwischen Innen- und Außenteil auch bei höherem Druck an der Druckseite der Pumpe aufrechterhalten wird. Der Druckraum ist vorzugsweise gegenüber der Umgebung abgedichtet. Dies ist insbesondere dann erforderiich, wenn der Druckraum auf der Saugseite der Pumpe in axialer Verlängerung des Innenteils angeordnet ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird erreicht, dass auch von der Saugseite her der an der Druckseite anliegende Druck auf eine Stirnfläche bzw. eine zur axialen Stirnseite gewandte Fläche des Innenteils wirkt. Die Innenfläche des Druckraumes, auf welche dieser Druck wirkt, ist vorzugsweise fest mit dem Innenteil verbunden bzw. in axialer Richtung mit dem Innenteil bewegungsgekoppelt, um die axial wirkende Druckkraft von der Innenfläche auf das Innenteil zu übertragen.
Besonders bevorzugt ist der Druckraum im Inneren einer das Innenteil antreibenden Welle ausgebildet, wobei die Welle mit dem Druckraum in ihrer Länge veränderbar ist. Die Welle verbindet einen Antriebsmotor, vorzugsweise einen elektrischen Antriebsmotor mit dem Innenteil.Das Innenteil bildet dabei einen Rotor, welcher sich relativ zu dem Außenteil, welches vorzugsweise als Stator fungiert, dreht. Der Antrieb erfolgt dabei über die Welle, welche somit eine Rotorwelle bildet. Wenn die Welle über den Druckraum in ihrer Länge veränderlich ist, kann die Andruckkraft zwischen dem zu einer Seite verjüngten, insbesondere konischen Innenteil und der entsprechend geformten Innenfläche des Au-ßenteils durch die Längenänderung eingestellt werden.
Gemäß besonders bevorzugter Ausführungsformen ist der Druckraum über eine Kolben-Zylinder-Anordnung und/oder durch eine in axialer Richtung elastische Außenwandung in seiner Länge veränderbar. Die elastische Außenwandung kann beispielsweise nach Art eines Faltenbalges aus Metall, einem Elastomer oder Gummi ausgebildet sein. Durch die Elastizität kann gleichzeitig eine Vorspannung realisiert werden. Die Kolben-Zylinder-Anordnung kann auch die mehrteilige Ausgestaltung der Außenwandung des Druckraumes realisiert werden, wobei die Teile der Außenwandung des Druckraumes teleskopartig ineinander greifen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann in dem Kanal oder dem mit dem Kanal in Verbindung stehenden Druckraum eine Drosselstelle ausgebildet sein. Diese Drosselstelle dient dazu, Druckschwankungen, welche während des Betriebes der Pumpe auftreten zu dämpfen, um eine Änderung des Anpressdruckes zwischen Innen-und Außenteil bei kurzzeitigen Druckschwankungen zu unterbinden. Dazu ist die Drosselstelle so angeordnet, das die Übertragung des Druckes von der Druckseite des Innenteils zu der der Druckseite abgewandten Fläche des innenteils bzw. der Innenfläche des Druckraumes nur gedämpft über die Drosselstelle erfolgt, so dass Druckänderungen in dem Druckraum deutlich langsamer erfolgen als an der Druckseite der Pumpe.
Die der Druckseite abgewandten Fläche, d.h. die abgewandte projizierte Fläche, mit welcher der Kanal in Verbindung steht, ist bevorzugt größer als die der Druckseite zugewandte Stirnfläche des Innenteils. Wenn auf die Fläche, welche mit dem Kanal in Verbindung steht und welcher der Druckseite abgewandt ist, beispielsweise die innenfläche des Druckraumes, derselbe Druck wirkt wie auf die Stirnfläche des Innenteils an der Druckseite der Pumpe, ist aufgrund der größeren Fläche die in axialer Richtung zur Druckseite hin auf das Innenteil wirkende Kraft größer ist als die von der Druckseite zur Saugseite in axialer Richtung wirkende Kraft. Auf diese Weise wird sichergestellt, das unabhängig von dem an der Druckseite anliegenden Druck das Innenteil immer in Richtung der Druckseite mit einer größeren Kraft beaufschlagt wird und in bzw. gegen das Außenteil gedrückt wird, wenn die Druckseite an der Seite des verjüngten Endes des Innen- und Außenteils gelegen ist. Die das Innenteil in das Außenteil drückende Kraft ist somit abhängig von der Flächendifferenz zwischen der Stirnfläche des Innenteils an der Druckseite und der der Druckseite abgewandten Fläche und proportional zum Druck an der Druckseite der Pumpe bzw. zur Druckdifferenz zwischen Saugseite und Druckseite.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind innen-und Außenteil derart angeordnet, das diejenige Axialseite, zu welcher sich das Innere des Außenteils und das Äußere des Innenteils verjüngen, die Saugseite der Exzenterschneckenpumpe ist. Das heißt, Innenteil und das Innere des Außenteils erweitern sich zur Druckseite der Pumpe hin. Da bei dieser Ausführungsform die große Stirnfläche des Innenteils zur Druckseite hin gelegen ist, ist es leicht möglich, dass der an der Druckseite anliegende Druck auf diese Fläche wirkt und so das Innenteil in das Außenteil drückt und stets für eine ausreichende Andruckkraft an den Berührungspunkten zwischen Innen- und Außenteil sorgt. Der an der Saugseite auf das Innenteil wirkende Druck ist geringer, so dass an dieser Seite eine geringere Kraft auf das Innenteil wirkt.
Vorzugsweise ist es bei dieser Ausführungsform wie auch bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform, bei welcher das verjüngte Ende des Innenteils an der Druckseite gelegen ist, so, dass die das Innenteil antreibende Welle an derjenigen Stirnseite des Innenteils angreift, an welcher die größte Querschnittsfläche des Innenteils gelegen ist. Dabei ist bei der Ausführungsform, bei welcher das Innenteil sich zur Druckseite hin erweitert, an dem Innenteil und/oder an der axialseitig mit dem Innenteil verbundenen Welle vorzugsweise zumindest eine Druckfläche angeordnet, welche in axialer Richtung der Saugseite abgewandt, d. h. der Druckseite zugewandt ist, und auf welche der an der Druckseite der Exzenterschneckenpumpe anliegende. Druck wirkt. Durch Beaufschlagung dieser Druckfläche wird eine Druckkraft erzeugt, welche in axialer Richtung zur Saugseite und damit zum verjüngten Ende des Innenteils und des linnenraumes des Außenteils hin wirkt und so das Innen- gegen das Außenteil drückt.
Zusätzlich oder alternativ kann ein Druckkanal vorgesehen sein, welcher die Druckseite oder eine Kavität im Inneren der Exzenterschneckenpumpe mit einer der Druckseite abgewandten Fläche des Außenteils verbindet. Dies ist eine eigentlich der Saugseite der Pumpe zugewandte Fläche, welche über den Druckkanal mit dem an der Druckseite oder im Inneren zwischen Innen- und Außenteil anliegenden Druck beaufschlagt wird, so dass von dieser Seite her, an welcher das verjüngte Ende des Außenteils gelegen ist, das Außenteil auf das Innenteil gedrückt wird. In dem Druckkanal kann eine Drosselstelle angeordnet sein.
Weiter bevorzugt ist zumindest ein Vorspannelement vorgesehen, welches das Innenteil mit einer Vorspannkraft in der axialen Richtung, in welcher er sich verjüngt, beaufschlagt und/oder welches das Außenteil mit einer Vorspannkraft in entgegengesetzter axialer Richtung beaufschlagt. Ein solches Vorspannelement kann bei beiden vorangehend beschriebenen grundsätzlichen Ausführungsformen der Erfindung, d. h. unabhängig davon, ob die Druckseite am verjüngten oder am erweiterten Ende des Innenteils gelegen ist, zum Einsatz kommen. Ein solches Vorspannelement oder mehrere solche Vorspannelemente bewirken, dass Innen- und Außenteil in axialer Richtung gegeneinander gedrückt werden, so dass die als Dichtflächen dienenden Berührungspunkte bzw. Berührungslinien zwischen Innen- und Außenteil in Anlage gehalten werden. Die Vorspannelemente bewirken, dass auch bei nur geringem Druck an der Druckseite bzw geringer oder nicht vorhandener Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite eine ausreichende Andruckkraft zwischen Innen- und Außenteil gegeben ist, so dass auch beim Anlaufen der Pumpe die im Inneren ausgebildeten Pumpenräume dicht sind und die Funktion gewährleistet ist.
Das Innenteil ist vorzugsweise über eine Welle bzw. Rotorwelle mit einem Antriebsmotor, insbesondere einem elektrischen Antriebsmotor verbunden, wobei die Welle an einem Gelenkpunkt, z. B. am Anlenkungspunkt an der Abtriebswelle des Antriebsmotors, gelenkig gelagert ist und der Gelenkpunkt vorzugsweise rein rotatorisch bewegbar ist. Dies ermöglicht, dass das als Rotor dienende Innenteil während seiner Drehung eine exzentrische Bewegung vollführt, wobei der Gelenkpunkt selber sich vorzugsweise nur um eine Längsachse dreht und keine exzentrische oder axiale Bewegung in Richtung der Längsachse vollführt. Das heißt, es ist keine Exzentrizität der Bewegung am Gelenkpunkt selber gegeben. Durch die gelenkige Ausgestaltung des Anlenkungspunktes kann auf zusätzliche Gelenkelemente in der Welle zur Ermöglichung der exzentrischen Bewegung verzichtet werden. Alternativ kann die Rotorwelle biegsam ausgebildet oder mit einem Gelenk versehen sein, so dass eine exzentrische Bewegung um einen fiktiven Gelenkpunkt möglich ist.
Weiter bevorzugt ist das Innenteil über eine Welle mit einem Antriebsmotor verbunden und die Welle mit dem Innenteil gemeinsam exzentrisch bewegbar, wobei Innenteil und Welle derart angeordnet sind, dass die Exzentrizität ihrer Bewegung ausgehend von einem Gelenkpunkt, z. B. dem Anlenkungspunkt an dem Antriebsmotor, zunimmt, vorzugsweise linear zunimmt. Wie oben beschrieben ist am Gelenkpunkt, vorzugsweise keine Exzentrizität zusätzlich zu der Drehbewegung der Welle gegeben. Ausgehend von diesem Punkt vollführen Innenteil und Welle neben ihrer Rotation um ihre Längsachse eine exzentrische Bewegung um den Gelenkpunkt, dabei bewegt sich die Längsachse der Welle vorzugsweise entlang einer Kegelmantelfläche, wobei die Spitze des Kegels im Gelenkpunkt gelegen ist. Das heißt, die Welle rollt über die Kegelmantelfläche ab. Besonders bevorzugt bilden die Längsachse des Innenteils und die Längsachse der Welle eine gerade Linie, welche um den Gelenkpunkt die beschriebene exzentrische Bewegung über die Kegelmantelflüchen vollführen. Auf diese Weise wird eine exzentrische Bewegung des Innenteils im Inneren des Außenteils erreicht, so dass das Innenteil auf der Innenfläche des Außenteils abrollt.
Das Innenteil ist vorzugsweise zumindest an seiner Oberfläche aus einem keramischen Material ausgebildet, während das Außenteil zumindest an der dem innenteil zugewandten Oberfläche vorzugsweise aus einem Elastomer ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist das innenteil vollständig aus einem keramischen Material und das Außenteil vollständig aus einem Elastomermaterial ausgebildet. Das heißt, das innenteil weist eine harte Oberfläche auf, während das Außenteil eine elastische dem Innenteil zugewandte Oberfläche aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:

Fig. 1: eine geschnittene Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Pumpenaggregats,
Fig. 2: eine geschnittene Ansicht des Rotors und des Stators eines Pumpenaggregates gemäß Fig. 1,
Fig. 3: eine perspektivische Ansicht des Rotors in teilweise geschnittener Darstellung
Fig. 4: eine schematische Darstellung der Druckverhältnisse an Stator und Rotor,
Fig. 5: eine Schnittansicht einer Exzenterschneckenpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6: eine Schnittansicht von Rotor und Stator gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 7: eine perspektivisch geschnittene Ansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele betreffen Äntriebsanordnungen, bei welchem das Innenteil der Pumpe als Rotor ausgebildet ist und rotatorisch angetrieben wird. Entsprechend ist das Außenteil der Exzenterschneckenpumpe als nicht rotierender Stator ausgebildet. D. h. die Relativbewegung zwischen Rotor und Stator wird allein durch Rotation des Rotors erzeugt. Es ist jedoch zu verstehen, dass das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip der Einstellung der Passung zwischen Rotor und Stator auch bei Anordnungen zur Anwendung gelangen kann, bei welcher das nachfolgend als Stator beschriebene Außenteil relativ zu dem Innenteil rotiert.
Die in Fig. 1 dargestellte Exzenterschneckenpumpe ist als Tauchpumpe ausgebildet, welche an ihrem unteren Ende einen elektrischen Antriebsmotor 2 aufweist, an welchem axial die eigentliche Pumpeneinheit 4 angeflanscht ist. Die Pumpeneinheit 4 weist umfängliche Eintrittsöffnungen 6 und an ihrem oberen axialen Ende in Richtung der Längsachse X einen Druckstutzen 8 auf. Die im Inneren der Pumpeneinheit 4 angeordnete Exzenterschneckenpumpe weist einen ringförmigen Stator 10 sowie einen in dessen Inneren angeordneten schneckenförmigen Rotor 12 auf. im gezeigten Beispiel ist die Statorinnenseite mit einem Elastomermaterial 14 beschichtet, welches mit der Außenfläche des Rotors 12 an den Kontaktstellen in Berührung kommt. Der Rotor 12 ist vorzugsweise aus Stahl, insbesondere rostfreien Edelstahl oder Keramik ausgebildet. Rotor 12 und Stator 10 bilden in bekannter Weise ein Exzenterschnecken- bzw. Moineau-Pumpe, bei welcher der Rotor 12 im Inneren des Stators 10 um seine Längsachse rotiert. Dabei beschreibt die Längsachse gleichzeitig eine Kreisbewegung um die Statorlängsachse, d. h. der Rotor rotiert exzentrisch in dem Stator 10. Die Pumpenwirkung kommt dadurch zustande, dass die Statorinnenwandung und die Rotoraußenwandung eine unterschiedliche Anzahl von schraubenförmigen Windungen aufweisen.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Pumpenaggregat ist die Exzenterschneckenpumpe konisch ausgebildet, d. h. der Stator 10 bzw. der Innenraum des Stators 10 und der Rotor 12 verjüngen sich zu einer axialen Stirnseite 16 hin. Die Stirnseite 16 bildet die Druckseite der Pumpe, während die entgegengesetzte Stirnseite 18 des Stators 10 an der Saugseite der Pumpe gelegen ist.
Der Rotor 12 ist über eine sich an der Stirnseite 18 anschließende Rotorwelle 20 an einem Anlenkungspunkt 22 mit der Abriebswelle 24 des Antriebsmotors 2 verbunden.
Die Rotorwelle 20 ist derart gelenkig ausgebildet, das die Rotorwelle 20 bei ihrer Rotation zusätzlich eine exzentrische Bewegung ausführen kann. Die Gelenkigkeit der Rotorwelle 20 wird durch den später beschriebenen Faltenbalg 30 an dem dem Antriebsmotor 2 zugewandten Ende der Rotorwelle 20 realisiert. Diese exzentrische Bewegung erfolgt in der Weise, dass ein fiktiver Gelenkpunkt 23 auf der Längsachse des Faltenbalges 30 die Spitze eines Kegels bildet, auf dessen Oberfläche sich die Rotorwelle 20 mit dem Rotor 12 exzentrisch bewegt, während die Rotorwelle 20 und der Rotor 12 sich angetrieben durch die Antriebsmotor 2 um ihre Längsachse drehen. Das heißt, der Rotor 12 führt gemeinsam mit der Rotorwelle 20 im Inneren des Stators 14 eine exzentrische Bewegung aus, welche kegelförmig um die Längsachse X und den Gelenkpunkt 23 im Falenbalg 30 erfolgt. Die Exzentrizität ergibt sich durch die Gestaltung von Stator 10 und Rotor 12, so dass der Rotor 12 bei Rotation des Rotors um seine eigene Achse automatisch die beschriebene exzentrische Bewegung ausführt. Die exzentrische Bewegung erfolgt so, dass an der Stirnseite 16 die Exzentrizität am größten ist, d. h. der Durchmesser des Kreises, auf welchem sich die Mittelachse des Rotors bei der Rotation bewegt am größten ist. Am Gelenkpunkt 23 im Faltenbalg 30 ist keine Exzentrizität mehr gegeben. An der Stirnseite 18 bewegt sich der Rotor mit einer geringeren Exzentrizität als an der Stirnseite 16, d. h. der Durchmesser des Kreises auf welchem sich die Mittelachse des Rotors bei dessen Rotation bewegt, ist kleiner.
Die erfindungsgemäße Exzenterschneckenpumpe ist so ausgebildet, dass sich die Passung zwischen Rotor 12 und Stator 10 selbsttätig in Abhängigkeit der Druckverhältnisse an der Druckseite und der Saugseite der Exzenterschneckenpumpe und insbesondere der Druckdifferenz zwischen Druck- und Saugseite einstellt. Das heißt, der Anpressdruck an den Kontaktflächen zwischen Rotor 12 und Stator 10 wird in Abhängigkeit des Fluiddruckes selbsttätig angepasst.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel erfolgt dies dadurch, dass der an der Druckseite, d. h. der Stirnseite 16 anliegende Fluiddruck auf eine der Saugseite zugewandte Druckfläche 26 wirkt, wie anhand der Figuren 3 bis 4 näher beschrieben wird.
Der Rotor 12 weist einen zentral angeordneten Kanal auf, welcher sich in Längsrichtung von der Stirnseite 16 bis zu der Druckfläche 26, welche hier die entgegengesetzte Stirnseite des Rotors 12 bildet, erstreckt. An der Druckfläche 26 öffnet sich der Kanal 28 in das Innere der hohl ausgebildeten Rotorwelle 20. So kann der an der Stirnseite 16, d. h. der Druckseite der Exzenterschneckenpumpe anliegende, Fluiddruck durch den Kanal 28 auf die der Stirnseite 16, d. h. der Druckseite abgewandte Druckfläche 26 geleitet werden.
Dies führt zu einem Kräfteverhältnis, wie es im Wesentlichen in Fig. 4 anhand einer Detailansicht dargestellt ist. Auf die der Stirnseite 16 zugewandte Stirnseite des Rotors 12 wirkt eine Kraft F_z welche durch den Fluiddruck an der Druckseite der Pumpe hervorgerufen wird. Diese Kraft F_z ist abhängig von der Größe, d. h. dem Durchmesser B der stirnseite des Rotors 12. Da der Fluiddruck von der Saugseite durch den Kanal 28 in das Innere der Rotorwelle 20 geleitet wird, wird an der dem Rotor 12 zugewandten Innenfläche, welche die Druckfläche 26 bildet, durch den an der Druckseite des Rotors 12 anliegenden Fluiddruck eine Kraft F_a erzeugt. Diese Kraft ist ferner abhängig von der Größe der Druckfläche 26, d. h. vom Innendurchmesser A der Rotorwelle 20, welcher dem Durchmesser der Druckfläche 26 entspricht. Idealerweise ist die Druckfläche 26 größer als die stirnseitige Fläche des Rotors 12 an der Stirnseite 16. Dies führt dazu, dass, da auf beiden Seiten der gleiche Druck anliegt, die Kraft F_a immer größer als die Kraft F_z ist, so dass sichergestellt wird, das der Rotor 12 in den Stator 10 in Richtung zu der Stirnseite 16 hin gedrückt wird. Die in axialer Richtung wirkende. Andruckkraft ist dabei die Differenz der Kräfte F_a und F_z, d. h. die Kraft, weiche sich aus der Flächendifferenz der beiden Stirnseiten des Rotors 12 multipliziert mit dem an der Druckseite anliegenden Fluiddruck ergibt, sowie den Beiträgen aus den Druckverhältnissen in den Kavitäten zwischen Rotor 12 und Stator 10. Daraus ergibt sich, dass mit steigendem Fluiddruck an der Druckseite auch die Andruckkraft zwischen Rotor und Stator zunimmt.
Die Rotorwelle 20 ist so ausgebildet, das eine axiale Verschiebbarkeit des Rotors 12 in Richtung der Längsachse W von Rotor 12 und Rotorwelle 20 gegeben ist. Diese Löngsverschiebbarkeit ebenfalls durch den Faltenbalg 30 realisiert, welcher eine elastische Wandung der Rotorwelle 20 bildet. Der Faltenbalg 30 kann aus Metall oder Kunststoff, insbesondere einem Elastomer ausgebildet sein. Er muss neben der Elastizität in axialer Richtung W auch eine Torsionssteifigkeit zur Übertragung des Drehmomentes, welches auf die Rotorwelle 20 wirkt, sowie eine Gelenkigkeit für die exzentrische Bewegung des Rotors 12 aufweisen. Die Rotorwelle 20 mit dem Faltenbalg 30 ist hohl ausgebildet, so dass im Inneren ein Druckraum 32 und 34 gebildet wird. Der Druckraum 32 liegt dabei in dem starren Teil der Rotorwelle 20, der Druckraum 34 liegt in dem von dem Faltenbalg 30 gebildeten Teil der Rotorwelle 20. Die Druckräume 32 und 34 sind durch eine Trennwand 36 voneinander getrennt. Die Trennwand 36 ist am axialen Ende des starren Teils der Rotorwelle 20 angrenzend an den durch den Faltenbalg 30 gebildeten Teil angeordnet. Die Trennwand 38 weist einen Kanal auf, welcher sich zwischen den beiden Stirnseiten erstreckt und die an die beiden Stirnseiten angrenzenden Druckräume 32 und 34 miteinander verbindet. Der Kanal 38 bildet eine Drosselstelle, durch weiche das von der Druckseite des Rotors 12 durch den Kanal 28 geleitete Fluid von dem Druckraum 32 in den Druckraum 34 und zurück strömen kann. Diese Drosselstelle dämpft periodisch auftretende Druckschwankungen, weiche konstruktionsbedingt beim Betrieb der Exzenterschneckenpumpe auftreten. Auf diese Weise werden Schwankungen der Andruckkraft F_a aufgrund dieser Druckschwankungen eliminiert. Lediglich größere Druckschwankungen mit größerer Periode führen zu einer Änderung der Kraft F_a.
Der Faltenbalg 30 wirkt aufgrund seiner Elastizität in axialer Richtung ferner als Federelement, welches eine Vorspannung zwischen Rotor 12 und Stator 40 erzeugt. Aufgrund der Elastizität des Faltenbalges 30 wird der Rotor 12 in Richtung der Längsachse W in das Statorinnere gedrückt.
Anhand von Fig. 5 wird eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorangehend beschriebenen Ausführungsform darin, das hier die Druckseite an dem Ende des konisch ausgebildeten Rotors gelegen ist, welches den größten Durchmesser aufweist. Insofern ist die Anordnung genau umgekehrt zu der vorangehend beschriebenen.
Die in Fig. 5 gezeigte Exzenterschneckenpumpe weist einen Stator 40 auf, in welchem ein Rotor 42 angeordnet ist, wobei Stator 40 und Rotor 42 die bei Exzenterschneckenpumpen übliche wendelförmige Oberflächengestaltung aufweisen. Der Stator 40 ist in einem Gehäuse 44 angeordnet, weiches an einem ersten axialen Ende eine Ansaugöffnung 46 aufweist, durch weiche das zu fördernde Fluid in die Pumpe dringt. Die Ansaugöffnung 46 ist der Stirnseite 48 von Stator 40 und Rotor 42 zugewandt, weiche den kleinsten Durchmesser aufweisen. An der entgegengesetzten Stirnseite 50 weist der Rotor 42 und das Innere des Stators 40 einen größeren Durchmesser auf. Das Innere des Stators 40 und der Außenumfang des Rotors 42 sind somit konisch gestaltet. Die Stirnseite 50 ist der Druckseite der durch den Stator 40 und den Rotor 42 gebildeten Exzenterschneckenpumpe zugewandt.
Der Rotor 42 geht axialseitig in eine Rotorwelle 52 über, wobei hier Rotor 42 und Rotorwelle 52 als ein integrales Bauteil ausgebildet sind. Die Rotorwelle 52 wird an ihrem dem Rotor 42 abgewandten Axialende 54 mit einer hier nicht gezeigten Motorwelle eines Antriebesmotors verbunden. Auch bei dieser Ausführungsform führen die Rotorwelle 52 mit dem Rotor 42 eine exzentrische Bewegung im Inneren des Stator 40 aus, wobei sich die Rotorwelle 52 zum einen um ihre Längsachse W dreht und zum anderen eine exzentrische Bewegung um die Längsachse X des Stators 40 ausführt. Dabei führt der Rotor 42 hier, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, aufgrund der konischen Ausgestaltung von Rotor 42 und Stator 40 eine Bewegung aus, bei welcher die Längsachse W auf einer Kegelmantelfläche abläuft. Dabei ist die Spitze diese Kegels im Anlenkungspunkt der Rotorwelle 52 an der Motorwelle gelegen. Das heißt, das an der Stirnseite 48 gelegene Ende des Rotors 42 führt um die Längsachse X eine exzentrische Bewegung mit größerem Durchmesser aus als der Endbereich des Rotors 42 an der Stirnseite 50. Am axialen Ende 54 der Rotorwelle, welches mit der Motorwelle verbunden wird, ist vorzugsweise keine Exzentrizität der Bewegung mehr gegeben. An ihrem dem Rotor 42 abgewandten Ende weist die Rotorwelle 52 eine Dichtung 56 auf, weiche den Raum 58, welcher sich druckseitig an den Stator 40 anschließt zum Motor hin abdichtet.
An der Dichtung 56 sind Absatzflächen 60 ausgebildet, welche dem Rotor 42 und somit der Saugseite an der Stirnseite 48 abgewandt sind. Da diese Absatzflächen 60 im Inneren des Raumes 58 gelegen sind, in welchem der druckseitige Fluiddruck wirkt, wirkt der Fluiddruck auf diese Absatzflächen 60 und erzeugt eine Kraft in Richtung der Längsachse W der Rotorwelle 52, welche die Rotorwelle 52 mit der Rotor 42 zur Stirnseite 48 hin in den Stator 40 drückt. Auf diese Weise wird durch den Fluiddruck an der Druckseite eine Andruckkraft zwischen Rotor 42 und Stator 40 erzeugt, weiche mit zunehmendem Fluiddruck an der Druckseite der Pumpe zunimmt und mit abnehmendem Fluiddruck abnimmt. So wird auch bei dieser Ausführungsform eine selbsttätige Einstellung der Passung und damit der Andruckkraft zwischen Rotor 42 und Stator 40 im Betrieb der Pumpe gewährleistet.
im gezeigten Beispiel ist die Rotorwelle mit dem Rotor 42 einstückig aus einem keramischen Material ausgebildet und weist in ihrem inneren einen Hohlraum 62 auf. Der Hohlraum 62 weist eine polygonale Querschnittsform auf und ist an seinem dem Rotor 42 abgewandten Stirnende mit einem Kupplungselement 64 in Eingriff, welches eine korrespondierende polygonale äußere Querschnittsform aufweist. Das Kupplungselement 64 bildet das Axialende 54 der Rotorwelle 52. Das Kupplungselement 64 ist in Richtung der Längsachse W axial im Inneren des Hohlraumes 62 verschiebbar. Auf diese Weise wird eine Axialverschiebbarkeit der Rotorwelle 52 dem Rotor 42 relativ zu dem Stator 40 erreicht. Ferner ermöglicht das Kupplungselement 64 die exzentrische Bewegung der Rotorwelle 52 um einen fiktiven Gelenkpunkt 65 auf der Mittelachse des Kupplungselementes 64. Dazu ist das Kupplungselement 64 aus einem Elastomermaterial, vorzugsweise Gummi ausgebildet oder weist zumindest an seiner dem inneren der Rotorwelle 52 zugewandte Bereich eine Beschichtung aus einem Elastomermaterial oder Gummi auf. Dies führt zu einer gelenkigen Lagerung des Kupplungselementes 64 in dem Hohlraum 62 im Inneren der Rotorwelle 52. So kann die Rotorwelle um das Kupplungselement 64 und den Gelenkpunkt 65 eine exzentrische Bewegung aufgrund der Gelenkigkeit der Verbindung zwischen Rotorwelle 52 und Kupplungsteil 64 ausführen.
Die Andruckkraft, mit welcher der Rotor 42 in den Stator 40 gedrückt wird, stellt sich dabei selbsttätig aufgrund der Drücke an Saug- und Druckseite des Rotors 42 sowie des Umgebungsdruckes ein und insbesondere auf Grundlage des Kräfteverhältnisses zwischen den auf die Absatzflächen 60 sowie die Stirnfläche des Rotors 42 an der Axialseite 48 wirkenden Druckkräfte und den auf das Axialende 54 wirkenden Umgebungsdruck ein. Zusätzlich ist hier im Bereich der Dichtung 56 ein Federelement 66 vorgesehen, welches eine Vorspannung des Rotors in Richtung auf den Stator 40 erzeugt.
Der Stator 40 weist an seiner dem Rotor 42 zugewandten Innenoberfläche eine Beschichtung 68 aus einem Elastomermaterial auf.
Anhand von Fig. 6 wird eine weitere prinzipielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist im Unterschied zu den beiden vorangehend beschrieben Ausführungsformen nicht der Rotor, sondern der Stator axial beweglich gelagert.
Bei der in Fig. 6 schematisch gezeigten Anordnung ist die Druckseite 70 der Pumpe am Axialende des konischen Rotors 72 mit dem kleinen Durchmesser gelegen, d. h. entsprechend der ersten anhand der Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsform. Der Rotor 72 ist wie bei der Ausführungsform gemäß Figuren 1 bis 4 im Inneren eines Stators 74 angeordnet. Der Stator 74 ist in einem Gehäuse 76 in axialer Richtung X, d. h. in Richtung der Längsachse des Stators 72 beweglich geführt. Dabei ist der Stator 74 so ausgebildet, dass eine der Druckseite 70 zugewandte Stirnfläche 78 gebildet wird, auf welcher der an der Druckseite 70 anliegende Fluiddruck der Pumpe wirkt. Dieser Druck erzeugt eine Andruckkraft F_b auf den Stator, welche diesen gegen den Rotor drückt. Auf diese Weise wird auch eine sich selbsttätig einstellende Andruckkraft zwischen Rotor 72 und Stator 74 in Abhängigkeit des Fluiddruckes in der Pumpe erzeugt.
Die Anordnung, wie sie schematisch in Fig. 6 gezeigt ist, kann alternativ auch in der Weise eingesetzt werden, dass die Saugseite der Pumpe am Axialende des konischen Rotors 72 mit dem kleinen Durchmesser gelegen ist. So liegt der ausgangsseitige Druck der Exzenfierschneckenpumpe an der axialseitigen Stirnfläche 80 an, wobei der Rotor 72 durch ein nicht gezeigtes Axiallager fixiert ist. Dann kann der druckseitige Druck durch einen Kanal bzw. Spalt 82 zwischen dem Gehäuse 76 und dem Stator 74 auf eine der Saugseite der Pumpe zugewandte Stirnfläche 84 des Stators 74 geleitet werden. So wird an dieser Stirnfläche 84 eine Druckkraft erzeugt, weiche den Stator auf den Rotor 72 drückt.
Es ist zu verstehen, dass es zur Einstellung der Passung bzw. der Andruckkraft zwischen Rotor und Stator lediglich auf die Relativbewegung zwischen Rotor und Stator ankommt. So lassen sich die Ausführungsformen gemäß Fig. 6 und Figuren 1 bis 5 miteinander kombinieren, d.h. es können sowohl ein Rotor als auch ein Stator vorgesehen werden, auf welchen der an der Druckseite der Pumpe anliegende Druck derart wirkt, dass Rotor und Stator, welche korrespondieren, zueinander konisch ausgebildet sind, gegeneinander gedrückt werden. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Rotorwelle, welche den Rotor antreibt, immer an demjenigen Ende des konischen Rotors angeordnet, welches den größeren Durchmesser aufweist. Die Erfindung kann jedoch auch bei einer Anordnung realisiert werden, an welcher die Rotorwelle am Ende des Rotors mit dem kleineren Durchmesser angeordnet ist.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Rotor 86 angetrieben von der Rotorwelle 88 eine rein rotatorische Bewegung ausführen kann. Die auftretende Exzentrizität zwischen Rotor 86 und Stator 90 bei Drehung des Rotors 86 wird bei dieser Ausführungsform durch eine Beweglichkeit des Stators 90 ausgeglichen. So ist der Stator 90 Teil eines Statorgehäuses, welches über die axiale Stirnseite 92 des Rotors 86 hinaus verlängert ist. Die Verlängerung 94 des Statorgehäuses ist rohrförmig ausgebildet und geht an ihrem dem Rotor 86 abgewandten Ende in einen Faltenbalg 96 über, welcher mit dem Druckstutzen 98 des umgebenden Pumpengehäuses 100 verbunden ist.
Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die Druckseite der Pumpe an der Seite von Rotor 86 und Stator 90, welche den größeren Querschnitt aufweist. D. h. das Ende 102 der aus Rotor 86 und Stator 90 gebildeten Exzenterschneckenpumpe bildet die Saugseite der Pumpe, welche mit dem inneren des umgebenden Pumpengehäuses 100 und einem Sauganschluss 104, welcher in dieses Pumpengehäuse mündet, in Verbindung steht.
Beim Betrieb der Pumpe führt der Rotor 86 eine Drehbewegung um seine Längsachse aus. Der Stator 90 mit der anschließenden Verlängerung 94 führt gleichzeitig eine exzentrische Bewegung bezüglich der Längsachse X aus, wobei die exzentrische Bewegung durch den Faltenbalg 96 ermöglicht wird, welcher ein Gelenk bildet. Im Inneren des Faltenbalgs 96 ist auf der Längsseite X ein fiktiver Gelenkpunkt 106 gelegen, um welchen die exzentrische Bewegung des Stators 90 erfolgt. Dabei beschreibt auch hier die exzentrische Bewegung eine Bahn entlang einer Kegeloberfläche, wobei der Gelenkpunkt 106 die Kegelspitze bildet. D. h. die Exzentrizität ist am Stirnende 102 des Stators 90 am größten und im Gelenkpunkt 106 gleich Null.
Das Innere der Verlängerung 94 bildet eine Druckkammer, in welcher der druckseitige Pumpdruck der Exzenterschneckenpumpe wirkt. Dabei wirkt der druckseitige Druck zum einen auf die Stirnfläche 92 des Rotors 86 und gleichzeitig auf die den Faltenbalg 96 umgebende Ringfläche 108, welche im Inneren des von der Verlängerung 94 gebildeten Druckraumes angeordnet ist. Der Rotor 86 ist dabei durch ein nicht gezeigtes Axiallager fixiert. Die Ringfläche 108 ist dabei an dem der Stirnseite 92 des Rotors 86 abgewandten Seite der Verlängerung. 94 angeordnet und dem Rotor 86, d. h. der Saugseite der Pumpe zugewandt. Da im Inneren des Pumpengehäuses 100 der saugseitige Druck herrscht, liegt an der der Ringfläche 108 entgegengesetzte Außenwandung der Verlängerung 94 auch der saugseitige Druck an, welcher geringer als der Druck im inneren der Verlängerung 94 ist. Auf diese Weise wird aufgrund des Druckes im Inneren der Verlängerung 94 der Stator 90 zum Druckstutzen 86 hin gedrückt, wobei der Längenausgleich durch den Faltenbalg 96 erfolgt. So kann auch bei dieser Ausführungsform eine selbsttätige Einstellung der Passung zwischen Rotor 86 und Stator 90 in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite der Exzenterschneckenpumpe erfolgen.

Bezugszeichenliste

2 -: Antriebsmotor
4 -: Pumpeneinheit
6 -: Eintrittsöffnung
8 -: Druckstutzen
10 -: Stator
12 -: Rotor
14 -: Elastomermaterial
16, 18 -: Stirnseiten
20 -: Rotorwelle
22 -: Anlenkungspunkt
23: Gelenkpunkt
24 -: Abtriebswelle
26 -: Druckfläche
28 -: Kanal
30 -: Faltenbalg
32, 34 -: Druckraum
36 -: Trennwand
38 -: Kanal
40 -: Stator
42 -: Rotor
44 -: Gehäuse
46 -: Ansaugöffnung
48,50 -: Stirnseiten
52 -: Rotorwelle
54 -: Axialende
56 -: Dichtung
58 -: Raum
60 -: Absatzflächen
62 -: Hohlraum
64 -: Kupplungselement
65: Gelenkpunkt
66 -: Federelement
68 -: Beschichtung
70 -: Druckseite
72 -: Rotor
74 -: Stator
76 -: Gehäuse
78 -: Stirnfläche
80: Stirnfläche
82: Spalte
84: Stirnfläche
86: Rotor
88: Rotorwelle
90: Stator
92: Stirnseite
94: Verlängerung
96: Faltenbalg
98: Druckstutzen
100: Pumpengehäuse
102: Stirnende
104: Sauganschluss
106: Gelenkpunkt
108: Ringfläche
X -: Längsachse des Stators
W -: Längsachse des Rotors

Claims

Exzenterschneckenpumpe mit einem ringförmigen Außenteil (10; 40; 74) und einem darin angeordneten Innenteil (12; 42; 72), wobei sich das Innere des Außenteils (10; 40; 74) und das Äußere des Innenteils (12; 42; 72) korrespondierend zueinander zu einer Axialseite (16; 46; 70) hin verjüngen,
dadurch gekennzeichnet, dass
Innenteil (12; 42; 72) und Außenteil (10; 40; 74) in axialer Richtung (X, W) relativ zueinander beweglich gelagert sind und das Innenteil (12; 42; 72) und/oder das Außenteil (10; 40; 74) derart ausgebildet sind, dass ein an der Druckseite der Exzenterschneckenpumpe oder im Inneren der Exzenterschneckenpumpe zwischen Innen-und Außenteil (10, 40, 74)anliegender Druck eine axial in der Richtung, in welcher sich das Innenteil (12; 42; 72) verjüngt, auf das Innenteil (12; 42; 72) wirkende Kraft und/oder eine in entgegengesetzter axialer Richtung auf das Außenteil (10; 40; 74) wirkende Kraft erzeugt.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet ist, dass der an der Druckseite anliegende Druck auf eine dem verjüngten Ende des Innenteils (12; 42) abgewandte Fläche des Innenteils (12; 42) wirkt.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (12; 72) und das Außenteil (10; 74) derart angeordnet sind, dass die Axialseite, zu welcher sich das Innere des Außenteils (10; 74) und das Äußere des Innenteils (12; 72) verjüngen, die Druckseite der Exzenterschneckenpumpe ist.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (12) in seinem Inneren einen Kanal (28) aufweist, welcher zu der Druckseite oder einer Kavität im Inneren der Exzenterschneckenpumpe geöffnet ist und mit einer der Druckseite abgewandten Fläche (26) des Innenteils (12) in Verbindung steht.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der der Druckseite abgewandten Axialseite des Innenteils (12) ein Druckraum (32, 34) angeordnet ist, welcher mit dem Kanal (28) in Verbindung steht und
eine in axialer Richtung (W) veränderbare Länge aufweist undeine der Druckseite abgewandte, mit dem Rotor (12) verbundene Innenfläche (26) aufweist.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (32, 34) im inneren einer das Innenteil (12) antreibenden Welle (20) ausgebildet ist, wobei die Welle (20) mit dem Druckraum (32, 34) in ihrer Länge veränderbar ist.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (32, 34) über eine Kolben-Zylinder-Anordnung und/oder durch eine in axialer Richtung (W) elastische Außenwandung in seiner Länge veränderbar ist.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kanal (28) oder dem mit dem Kanal (28) in Verbindung stehenden Druckraum (32, 34) eine Drosselstelle (38) ausgebildet ist.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die der Druckseite abgewandte Fläche (26), mit welcher der Kanal (28) in Verbindung steht, größer ist als die der Druckseite zugewandte Stirnfläche (16) des Innenteils (12).
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (42) und das Außenteil (40) derart angeordnet sind, dass die Axialseite, zu welcher sich das Innere des Außenteils (40) und das Äußere des Innenteils (42) verjüngen, die Saugseite (46) der Exzenterschneckenpumpe ist.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Innenteil (42) und/oder einer axialseitig mit dem innenteil (42) verbundenen Welle (52) zumindest eine Druckfläche (60) angeordnet ist, welche in axialer Richtung (W) der Saugseite (46) abgewandt ist und auf welche der an der Druckseite (58) der Exzenterschneckenpumpe anliegende Druck wirkt.
Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckkanal (82) vorgesehen ist, welcher die Druckseite oder eine Kavität zwischen innenteil (42) und Außenteil (40) der Exzenterschneckenpumpe mit einer der Druckseite abgewandten Fläche (84) des Außenteils verbindet.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Vorspannelement (30; 66) vorgesehen ist, welches das Innenteil (12; 42; 72) mit einer Vorspannkraft in der axialen Richtung (W), in welcher er sich verjüngt, beaufschlagt und/oder welches das Außenteil (10; 40; 74) mit einer Vorspannkraft in entgegengesetzter axialer Richtung (W) beaufschlagt.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (12; 42; 72) über eine Welle (20; 52) mit einem Antriebsmotor (2) verbunden ist, wobei die Welle (20; 52) in einem Gelenkpunkt (23) gelenkig gelagert ist und der Gelenkpunkt (23) vorzugsweise rein rotatorisch bewegbar ist.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (12; 42; 72) über eine Welle (20; 52) mit einem Antriebsmotor (2) verbunden ist und die Welle (20; 52) mit dem Innenteil (12; 42; 72) exzentrisch bewegbar ist, wobei Innenteil (12; 42; 72) und Welle (20; 52) derart angeordnet sind, dass die Exzentrizität ihrer Bewegung ausgehend von einem Gelenkpunkt (23) zunimmt, vorzugsweise linear zunimmt.
Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (12; 42; 72) zumindest an seiner Oberfläche aus einem keramischen Material ausgebildet ist und das Außenteil (10: 40; 74) zumindest an der dem Innenteil zugewandten Oberfläche aus einem Elastomer ausgebildet ist.