EP2964957A1 - Exzenterschneckenpumpe mit überdruckschutz - Google Patents

Exzenterschneckenpumpe mit überdruckschutz

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EP2964957A1
EP2964957A1 EP14715204.5A EP14715204A EP2964957A1 EP 2964957 A1 EP2964957 A1 EP 2964957A1 EP 14715204 A EP14715204 A EP 14715204A EP 2964957 A1 EP2964957 A1 EP 2964957A1
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EP
European Patent Office
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outer part
pump
threads
inner part
stator
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Application number
EP14715204.5A
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Günter Strelow
Thomas Müller
Roland Stracke
Viktor Warkentin
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Wilo SE
Original Assignee
Wilo SE
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2964957A1 publication Critical patent/EP2964957A1/de
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Publication of EP2964957B1 publication Critical patent/EP2964957B1/de
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    • 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
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/28—Safety arrangements; Monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/10—Rotary-piston machines or engines 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • 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
    • 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
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    • 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
    • F04C2/1076—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 orbits or wobbles relative to the other member which rotates around a fixed axis
    • 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
    • F04C2250/00—Geometry
    • F04C2250/30—Geometry of the stator

Definitions

  • the invention relates to a pump for conveying a conveying medium from an inlet side to an outlet side, with an outer part and an inner part arranged therein, of which one part rotatably driven and one part can perform an eccentric movement relative to the other part, wherein the inner part has at least one helically extending thread in the axial direction and the outer part has a number of threads higher than the inner part by one, wherein the ratio of the number of threads in each cross section is identical to the ratio of the pitches of the threads, and wherein the Touch outer part and the inner part so that between the parts conveying chambers are formed whose axial position is changed by rotation of one part relative to the other part, so that the fluid is conveyed from the inlet side to the outlet side.
  • Screw-threaded outer part has an inner part, wherein the outer part has exactly one more thread than the inner part.
  • the ratio of the pitch on the outer part to the pitch on the inner part corresponds to the ratio of the number of threads on the corresponding parts in each cross section.
  • CONFIRMATION COPY Have completed space between the inlet and outlet side. This means that the threads of the outer part must have at least one complete screw thread.
  • the inner part may be driven and act as a rotor, whereas the outer part remains stationary, i. acts as a stator.
  • constructions with outer rotor and inner stator are also possible.
  • constructions are possible in which either the inner part performs an eccentric movement relative to the outer part, for example in DE 602107, or the outer part performs an eccentric movement relative to the inner part.
  • the latter variant which also has a rotatably driven inner part, is described in US Pat. Nos. 2,612,845 and 2,691,347.
  • the stationary outer part (the pump stator) consists of an elastic material and is deformed so that it on a
  • Circular path moves around the central pump rotor axis and thus compensates for the eccentricity between the inner rotating part (pump rotor) and outer part.
  • the outer part is therefore also referred to as a cantilever or wobbler. This can be with the usual in the eccentric screw with
  • Eccentric screw pumps are among the rotary positive displacement machines. In operation, they convey through the delivery chambers, i. the closed spaces between the inner part and the outer part, continuously to the exit side. If there is a closed volume on the outlet side, for example because of a closed valve, in particular a flow restrictor, pressure builds up continuously in the closed volume. Because without suitable measures, the pump will continue to pump fluid through the moving, closed delivery chambers from the inlet to the outlet side, whereby the pressure at the outlet rises sharply. In the field of wastewater engineering, in which the considered pumps are preferably used, the
  • Monitoring devices such as pressure sensors and on the other hand
  • pressure relief devices can, for example
  • Rupture discs relieve a pressurized system by being destroyed when bursting pressure is applied and releasing an orifice to drain the pressurized fluid. To put the system back into service is an exchange of the destroyed rupture disk
  • the service life depends on the ratio of the actual operating pressure to the bursting pressure, so that the rupture disk z. B. by short
  • Bypass line can be bypassed a closed valve or the clogged point behind the pump. However, this requires an increased
  • a pump having the features of claim 1.
  • Preferred developments are specified in the subclaims.
  • a pump for conveying a pumped medium from an inlet side to an outlet side is proposed, with an outer part and an inner part arranged therein, of which one part is rotatably driven and one part can perform an eccentric movement relative to the other part, wherein the inner Part at least one in the axial direction
  • helically extending thread and the outer part having a number of threads higher than the inner part by one, wherein the ratio of the numbers of threads in each cross section is identical to the ratio of the pitches of the threads, and wherein the outer part and the inner Touch part such that between the parts conveying chambers are formed whose axial position is changed by rotation of one part relative to the other part, so that the fluid from the inlet side to the outlet side is conveyed, the threads of the outer part along its axial length less than a whole helix is twisted.
  • the basic idea of the present invention is thus to shorten the axial length of the outer part compared with the known designs of progressing cavity pumps such that the threads of the outer part do not wind through a full 360 ° about the axis of symmetry of the outer part.
  • This has the effect that there are not always closed chambers between the inner part and the outer part. Rather, with one part rotating relative to the other part, there is a moment in each delivery chamber, i. a position of the parts to each other, in which the respective chamber is open both to the inlet side and to the outlet side. As a result, an outlet side building up
  • Threads of the outer part rests approximately positively.
  • the resulting contact surfaces each delimit a delivery chamber.
  • Delivery chambers extend spirally in the axial direction and move in the direction of this spiral when one part is relatively rotated relative to the other part. This means that also the contact surfaces between inner and outer part wander spirally.
  • this delivery chamber opens towards the exit side.
  • the delivery chamber at the entry side i. at her in
  • a portion of the inner part is just in the axial center of the two parts in this second thread.
  • a second and third delivery chamber consist, which are each half open.
  • the second delivery chamber located in the spiral direction is open to the outlet side
  • the third delivery chamber lying in the spiral direction is open to the inlet side.
  • Delivery chamber is still not closed on the inlet side, it is clear that the delivery chamber is not completely completed in this position. Rather, it is no longer complete to any page, i. open on both sides.
  • the second and third delivery chamber are closed on one side, the second, forward delivery chamber in the spiral direction to the rear, the third, rear delivery chamber in the spiral direction forward. There is thus no more delivery chamber, which is completely completed.
  • the leading end of the third delivery chamber reaches the exit side and opens to it, while this delivery chamber has not yet completely closed on the inlet side.
  • a pressure which builds up on the outlet side leads in each case briefly to a flow from the pressure side (outlet side) to the suction side (inlet side) through the respective delivery chamber open on both sides, ie. to an internal leakage between the inlet side and the outlet, and thus to a shock-like pressure reduction.
  • the threads of the outer member are wound only between 75% and 95% of a full helix along its axial length. In this area, it is ensured that pressure reduction takes place effectively through a delivery chamber open on both sides, without the volumetric flow capability being impaired too much.
  • either the inner part or the outer part may be rotationally driven.
  • the inner part may move eccentrically to the outer part, in particular on a circular path, or the outer part to move eccentrically to the inner part, in particular on a circular path.
  • the outer part moves eccentrically about the axis of the inner part, the inner part being rotationally driven, i. a rotor and the outer part forms a stator. This has the advantage that elaborate joints can be dispensed to one of the parts on one
  • the outer part is made of an elastomeric material. This has the advantage that the outer part can be deformed, so that a low-wear frictional contact between the inner and the outer part is achieved. Furthermore, the outer part may preferably be held at one of its axial ends by means of an elastic holding means on the pump housing.
  • Holding means allows the outer part to move on a circular path eccentric to the inner part. Due to the one-sided attachment, the outer part oscillates virtually in the manner of a wobble stator.
  • Figure 1 an axial section through an inventive
  • FIG. 1 shows a pump in the form of an eccentric screw pump. It has an inlet side 7 and an outlet side 8.
  • Transfer medium is conveyed during operation of the pump from the inlet side to the outlet side.
  • the pump has an outer part 2 and an inner part 3 arranged therein.
  • the inner part 2 is driven by these parts. He forms the rotor of the
  • the outer part 2 performs in operation relative to the inner part 3 an eccentric movement on a
  • the outer part 3 is approximately cylindrical and merges integrally at the end which is near the inlet side 7 into an elastic retaining means 1 arranged even further outwards.
  • This holding means 1 is made together with the outer part 2 of an elastomeric plastic. The holding means 1 and the outer part 2 together form the stator of the eccentric screw pump, the outer stator part 1 in the
  • the inner part 2 (rotor) has exactly one in the axial direction
  • the outer part 3 (stator inner part) has on its inside a higher number of threads 5a, 5b than the inner part 2, namely two threads, which also extend helically in the axial direction.
  • Figure 1 purely by way of example to understand and any other number of threads is possible.
  • the profiles of the inner part 3 and the outer part 2, ie the outer profile of the inner part 3 and the inner profile of the outer part 2 may be arbitrary, in particular have one of the profile shapes, which are shown in DE 602107.
  • the ratio of the numbers of threads 5a, 5b, 6 here is 1: 2.
  • Slopes of the threads of outer part 2 and inner part 3 is chosen so that in each cross section, the ratio of the pitches of the threads 5a, 5b, 6 is identical to the ratio of the numbers of threads 5a, 5b, 6.
  • the pitches of the internal threads 5a, 5b of the outer part 2 are significantly larger than the pitch of the external thread of the inner part 3.
  • the external thread 6 of the inner part 3 has two full turns, i. it extends in the axial direction along two full helixes. Due to the higher pitch, the internal threads 5a, 5b would have the same axial length as the rotor 3, only 1 full turn.
  • the outer part 2 and the inner part 3 are in contact with one another such that delivery chambers A, B are formed between them whose axial position can be changed by rotation of the inner part 2, 3 relative to the outer part 3, 2, so that the delivery medium from the inlet side 7 to the outlet side 8 is conveyed.
  • the threads 5a, 5b of the outer part 2, ie the inner stator part 2 are wound less than an entire helix.
  • the axial length L of the inner stator part 2 is shorter compared to a conventional stator of an eccentric screw pump whose internal threads extend at least along a full helix.
  • FIG. 2 shows measured normalized hydraulic characteristics for a pump with conventional stator 2 (solid line), in which the stator length L is greater than the pitch Hst, and for a stator 2 according to the invention with stator length L smaller than the pitch Hast (dashed line).
  • the values for the delivery head H and the volume flow Q are normalized to the maximum values H n0 m and Qnom. It is clear that the shortening of the stator length L such that the threads 5a, 5b of the outer part 2 less than a whole
  • an eccentric screw pump need not necessarily have at least one closed space between the inner part 3 and the outer part 2, as described in DE 602107, i. E. the threads of the outer part must have at least one screw thread. Rather, a shortened compared to this technical teaching stator 2 can be used, which surprisingly leads to the described pressure reduction on the pressure side 8 and also causes an increase in efficiency during operation.

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Abstract

Exzenterschneckenpumpe mit einem äußeren Teil (2) und einem darin angeordneten inneren Teil (3), von denen ein Teil (2, 3) drehbar angetrieben ist und ein Teil (2, 3) gegenüber dem anderen Teil (3, 2) eine exzentrische Bewegung vollführen kann. Die Gewindegänge (5a, 5b) des äußeren Teils (2) sind entlang seiner axialen Länge (L) weniger als eine ganze Schraubenlinie gewunden, so dass im Betrieb beidseitig offene Förderkammern entstehen, durch die stoßartige Druckentlastungen erfolgen.

Description

EXZENTERSCHNECKENPUMPE MIT ÜBERDRUCKSCHUTZ
Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur Beförderung eines Fördermediums von einer Eintrittsseite zu einer Austrittsseite, mit einem äußeren Teil und einem darin angeordneten inneren Teil, von denen ein Teil drehbar angetrieben und ein Teil gegenüber dem anderen Teil eine exzentrische Bewegung vollführen kann, wobei das innere Teil wenigstens einen sich in axialer Richtung schraubenlinienförmig erstreckenden Gewindegang aufweist und das äußere Teil eine um eins höhere Anzahl an Gewindegängen als das innere Teil aufweist wobei das Verhältnis der Anzahlen der Gewindegänge in jedem Querschnitt identisch ist mit dem Verhältnis der Steigungen der Gewindegänge, und wobei sich das äußere Teil und das innere Teil derart berühren, dass zwischen den Teilen Förderkammern gebildet sind, deren Axiallage durch Drehung des einen Teils relativ zum anderen Teil änderbar ist, so dass das Fördermedium von der Eintrittsseite zur Austrittsseite förderbar ist.
Eine derartige Pumpe ist als Exzenterschneckenpumpe bekannt und geht auf die Idee von Rene Moineau zurück, die in dem deutschen Patent DE 602107
beschrieben ist. Dort wird eine Vorrichtung beschrieben, die ein jeweils mit
Schraubengewinden versehenes Außenteil und ein Innenteil besitzt, wobei das Außenteil genau ein Gewinde mehr besitzt als das Innenteil. Das Verhältnis der Steigung am Außenteil zur Steigung am Innenteil entspricht in jedem Querschnitt dem Verhältnis der Anzahl der Gewinde an den entsprechenden Teilen. Dadurch entstehen zwischen Außen- und Innenteil eingeschlossene Räume, die sich bei einer Relativdrehbewegung des Innenteils in dem Außenteil axial von der Eintritts- zur Austrittsseite bewegen. Soll diese Vorrichtung als Pumpe verwendet werden, so muss sie nach den Ausführungen in DE 602107 stets mindestens einen
BESTÄTIGUNGSKOPIE abgeschlossenen Raum zwischen Eintritts- und Austrittsseite besitzen. Die bedeutet, dass die Gewindegänge des Außenteils mindestens einen ganzen Schraubengang aufweisen müssen.
Es sind verschiedene Ausführungen von Exzenterschneckenpumpen bekannt.
Beispielskann kann das innere Teil angetrieben sein und als Rotor fungieren, wohingegen das äußere Teil stationär bleibt, d.h. als Stator wirkt. Es sind jedoch auch Konstruktionen mit Außenrotor und Innenstator möglich. Bei beiden Varianten sind Konstruktionen möglich, bei denen entweder der innere Teil gegenüber dem äußeren Teil eine exzentrische Bewegung vollführt, so beispielsweise in DE 602107, oder der äußere Teil gegenüber dem Inneren Teil eine exzentrische Bewegung vollführt. Letztere Variante, die zudem ein drehbar angetriebenes Innenteil besitzt, ist in den US Patenten 2,612,845 und 2,691 ,347 beschrieben. Bei den dort offenbarten Exzenterschneckenpumpen besteht das stationäre äußere Teil (der Pumpenstator) aus einem elastischen Material und wird so verformt, dass es sich auf einer
Kreisbahn um die zentrale Pumpen rotorachse bewegt und so die Exzentrizität zwischen innerem rotierenden Teil (Pumpenrotor) und äußerem Teil ausgleicht. Das äußere Teil wird deshalb auch als Freischwingstator oder Wobblestator bezeichnet. Dadurch kann auf das bei den sonst üblichen Exzenterschneckenpumpen mit
Rohrstator notwendige Gelenk im Antriebsstrang verzichtet werden, so dass
Exzenterschneckenpumpen mit Wobblestator deutlich kürzer und preiswerter herzustellen sind.
Exzenterschneckenpumpen gehören zu den rotierenden Verdrängermaschinen. Im Betrieb befördern sie durch die Förderkammern, d.h. die abgeschlossenen Räume zwischen dem inneren Teil und dem äußeren Teil, kontinuierlich zur Austrittsseite. Besteht an der Austrittsseite ein geschlossenes Raumvolumen beispielsweise aufgrund eines geschlossenen Ventils, insbesondere einer Strömungsdrossel, baut sich in dem abgeschlossenen Raumvolumen kontinuierlich Druck auf. Denn ohne geeignete Maßnahmen wird die Pumpe weiterhin Fördermedium durch die bewegten, abgeschlossenen Förderkammern von der Eintritts- zur Austrittsseite fördern, wodurch der Druck am Austritt stark ansteigt. Im Bereich der Abwassertechnik, in dem die betrachteten Pumpen bevorzugt eingesetzt werden, kann die
ausgangsseitige Drosselung z. B. durch einen geschlossenen Schieber oder auch durch Ablagerung stückiger Bestandteile des Abwassers in der Rohrleitung hervorgerufen werden. Der sich austrittsseitig aufbauende Druck kann zur
Zerstörung der Pumpe oder des an sie angeschlossenen Systems führen.
Zum Schutz des druckbeaufschlagten Systems sind daher einerseits
Überwachungseinrichtungen wie Drucksensoren und andererseits
Schutzmaßnahmen wie ein Abschalten der Pumpe oder
Druckentlastungseinrichtungen vorzusehen. Letztere können beispielsweise
Sicherheitsventile, Berstscheiben oder offenbare Bypassleitungen sein.
Bei Sicherheitsventilen besteht die Gefahr des Verstopfens durch stückige
Bestandteile des Abwassers, die sich in den strömungsführenden Bauteilen des Ventils festsetzen können. Berstscheiben entlasten ein druckbeaufschlagtes System, indem sie bei Anliegen des Berstdruckes zerstört werden und eine Öffnung zum Abfließen des unter Druck stehenden Fördermediums freigeben. Um das System wieder in Betrieb zu nehmen, ist ein Austausch der zerstörten Berstscheibe
erforderlich. Darüber hinaus hängt die Standzeit vom Verhältnis des tatsächlichen Betriebsdrucks zum Berstdruck ab, so dass die Berstscheibe z. B. durch kurze
Druckstöße eventuell vorgeschädigt wird und später bei geringerem Druck berstet. Ein weiterer Nachteil von Berstscheiben ist der relativ hohe Preis. Mittels einer
Bypassleitung kann ein geschlossenes Ventil oder die verstopfte Stelle hinter der Pumpe umgangen werden. Dies erfordert jedoch einen erhöhten
Verrohrungsaufwand, benötigt Bauvolumen und führt zu erhöhten Installationskosten.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Pumpe in der Ausführung einer Exzenterschneckenpumpe bereitzustellen, die einen
integrierten Schutz gegen einen austrittsseitigen Überdruck aufweist, so dass eine Zerstörung des an die Pumpe angeschlossenen Systems wirksam verhindert und auf Druckentlastungseinrichtungen verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Erfindungsgemäß wird eine Pumpe zur Förderung eines Fördermediums von einer Eintrittsseite zu einer Austrittsseite vorgeschlagen, mit einem äußeren Teil und einem darin angeordneten inneren Teil, von denen ein Teil drehbar angetrieben ist und ein Teil gegenüber dem anderen Teil eine exzentrische Bewegung vollführen kann, wobei das innere Teil wenigstens einen sich in axialer Richtung
schraubenlinienförmig erstreckenden Gewindegang aufweist und das äußere Teil eine um eins höhere Anzahl an Gewindegängen als das innere Teil aufweist, wobei das Verhältnis der Anzahlen der Gewindegänge in jedem Querschnitt identisch ist mit dem Verhältnis der Steigungen der Gewindegänge, und wobei sich das äußere Teil und das innere Teil derart berühren, dass zwischen den Teilen Förderkammern gebildet sind, deren Axiallage durch Drehung des einen Teils relativ zum anderen Teil änderbar ist, so dass das Fördermedium von der Eintrittsseite zur Austrittsseite förderbar ist, wobei die Gewindegänge des äußeren Teils entlang seiner axialen Länge weniger als eine ganze Schraubenlinie gewunden ist.
Die Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die axiale Länge des äußeren Teils gegenüber den bekannten Bauformen von Exzenterschneckenpumpen derart zu verkürzen, dass sich die Gewindegänge des äußeren Teils nicht um ganze 360° um die Symmetrieachse des äußeren Teils winden. Dies bewirkt, dass nicht zu jedem Zeitpunkt abgeschlossene Kammern zwischen dem inneren Teil und dem äußeren Teil vorliegen. Vielmehr gibt es bei einer Drehung des einen Teils relativ zum anderen Teil bei jeder Förderkammer einen Moment, d.h. eine Position der Teile zueinander, bei der die jeweilige Kammer sowohl zur Eintrittsseite als auch zur Austrittsseite hin offen ist. Hierdurch kann sich ein austrittsseitig aufbauender
Überdruck zur Eintrittsseite hin abbauen.
Bei den herkömmlichen Exzenterschneckenpumpen werden stationäre äußere Teile verwendet (Statore), deren Gewindegänge mehr als einen vollen Schraubengang besitzen. In dem Patent DE 602107 wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass zur Verwendung einer Vorrichtung mit einem gattungsgemäßen Innenteil und Außenteil mindestens ein abgeschlossener Raum zwischen diesen beiden Teilen erforderlich ist, so dass die Schrauben des Außenteils mindestens einen Schraubengang besitzen müssen. Im Rahmen der Erfindung wurde jedoch überraschenderweise erkannt, dass dies nicht zwingend sein muss. Die vorliegende Erfindung widerspricht daher der genannten technischen Lehre.
Wird beispielsweise bei einer konventionellen Exzenterschneckenpumpe ein inneres Teil mit einem einzigen Gewindegang und entsprechend ein äußeres Teil mit zwei Gewindegängen verwendet, wobei das äußere Teil genau einen vollen Gewindegang besitzt, berühren sich die beiden Teile derart, dass, in einem Axialschnitt betrachtet, jeweils ein Teilabschnitt des inneren Teils in einem Teilabschnitt der beiden
Gewindegänge des äußeren Teils annährend formschlüssig einliegt. Die dadurch entstehenden Berührungsflächen begrenzen jeweils eine Förderkammer. Die
Förderkammern erstrecken spiralförmig in axialer Richtung und bewegen sich in Richtung dieser Spirale, wenn der eine Teil gegenüber dem anderen Teil relativ gedreht wird. Dies bedeutet, dass auch die Berührungsflächen zwischen Innen- und Außenteil spiralförmig wandern.
Erreicht das vorlaufende Ende einer ersten Förderkammer die Austrittsseite und wird der eine Teil weiter gedreht, so öffnet sich diese Förderkammer zur Austrittsseite hin. Gleichzeitig hat sich die Förderkammer an der Eintrittsseite, d.h. an ihrem in
Spiralrichtung hinteren Ende gerade geschlossen. In der Position der beiden Teile zueinander, in der das vorlaufende Ende gerade die Austrittsseite erreicht, liegen folglich zwei Teilabschnitte des inneren Teils in dem die betrachtete Förderkammer begrenzenden Gewindegangs des äußeren Teils ein, nämlich ein Teilabschnitt im Bereich der Eintrittsseite und ein Teilabschnitt im Bereich der Austrittsseite.
Betrachtet man den zweiten Gewindegang des äußeren Teils, so liegt bei der betrachteten Position ein Teilabschnitt des inneren Teils gerade in der axialen Mitte der beiden Teile in diesem zweiten Gewindegang ein. Dies bedeutet, dass in dieser Position, in dem zweiten Gewindegang gerade eine zweite und dritte Förderkammer bestehen, die jeweils halb offen sind. Die in Spiralrichtung vorne liegende zweite Förderkammer ist zur Austrittsseite offen, die in Spiralrichtung hinten liegende, dritte Förderkammer ist zur Eintrittsseite offen.
Bei der betrachteten Drehposition der beiden Teile zueinander wird deutlich, dass durch eine Verkürzung der Länge des äußeren Teil derart, dass seine Gewindegänge keinen vollen Schraubengang besitzen, das am vorlaufende Ende der ersten Förderkammer diese nicht (mehr) abgeschlossen ist. Sie ist vielmehr offen. Dreht man nun die beiden Teile ein wenig zurück, so dass die erste
Förderkammer eintrittsseitig noch nicht geschlossen ist, wird deutlich, dass die Förderkammer in dieser Position nicht mehr komplett abgeschlossen ist. Sie ist vielmehr zu keiner Seite mehr abgeschlossen, d.h. beidseitig offen. Demgegenüber sind die zweite und dritte Förderkammer einseitig geschlossen, die zweite, vordere Förderkammer in Spiralrichtung nach hinten, die dritte, hintere Förderkammer in Spiralrichtung nach vorn. Es existiert somit keine Förderkammer mehr, die vollständig abgeschlossen ist.
Wird der eine Teil um 180° weiter gedreht, erreicht das vorlaufende Ende der dritten Förderkammer die Austrittsseite und öffnet sich zu dieser, während sich diese Förderkammer eintrittsseitig noch nicht ganz geschlossen hat.
Ein sich austrittsseitig aufbauender Druck führt in den dargestellten Zeitpunkten bei den beschriebenen Relativpositionen der Teile jeweils kurzzeitig zu einer Strömung von der Druckseite (Austrittsseite) zur Saugseite (Eintrittsseite) durch die jeweils beidseitig offene Förderkammer, d.h. zu einer inneren Leckage zwischen der Eintrittsseite und der Austritts, und damit zu einem stoßartigen Druckabbau.
Diese Leckage in der Pumpenhydraulik führt zu einem Abbau der Förderhöhe.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung einer Exzenterschneckenpumpe ist es deshalb möglich, eine definierte Leckage, d.h. eine bestimmte maximale Förderhöhe einzustellen. So kann die axiale Länge des äußeren Teils, und damit die Länge der Schraubenlinie, gezielt so gewählt sein, dass in einem bestimmen Betriebspunkt eine bestimmte maximale Förderhöhe Hnominai bei kleinen Fördervolumenströmen erreicht wird.
Durch das erfindungsgemäße Kürzen des äußeren Teils ist es also möglich, die maximale Förderhöhe der Pumpe einzustellen, ohne dass weitere Bauteile
erforderlich sind und ohne den hydraulischen Wirkungsgrad der Pumpe bei günstig gewählter Kürzungslänge negativ zu beeinflussen. Zudem ist die die Betriebssicherheit der Pumpe ist höher. Denn es werden keine Berstscheiben mehr benötigt, die im Falle zu hoher Drücke zerstört würden und dazu führen, dass die Pumpe bis zum Austausch der Berstscheibe ausfällt. Zum anderen werden keine verstopfungsanfälligen Druckbegrenzungsventile mehr benötigt. Dies trägt zu einer Reduzierung der Kosten der Installation bei.
Vorzugsweise sind die Gewindegänge des äußeren Teils nur zwischen 75% und 95% einer ganzen Schraubenlinie entlang seiner axialen Länge gewunden. In diesem Bereich wird sichergestellt, dass ein Druckabbau durch eine beidseits offene Förderkammer wirksam erfolgt, ohne dass die Volumenstromförderfähigkeit zu stark beeinträchtigt wird.
Verschiedenen Ausführungsvarianten sind bei der erfindungsgemäßen Pumpe möglich. So kann beispielsweise entweder der innere Teil oder der äußere Teil drehend angetrieben sein. Ferner ist es in beiden dieser Ausführungsvarianten möglich, dass der innere Teil exzentrisch zum äußeren Teil, insbesondere auf einer Kreisbahn, oder das äußere Teil exzentrisch zum inneren Teil, insbesondere auf einer Kreisbahn, bewegt. Bevorzugt bewegt sich der äußere Teil exzentrisch um die Achse des inneren Teils, wobei der innere Teil einen drehangetriebenen ist, d.h. einen Rotor und der äußere Teil einen Stator bildet. Dies hat den Vorteil, dass auf aufwändige Gelenke verzichtet werden kann, um einen der Teile auf einer
exzentrischen Bahn zu bewegen.
Vorzugsweise besteht der äußere Teil aus einem elastomeren Material. Dies hat den Vorteil, dass der äußere Teil verformt werden kann, so dass eine verschleißarme reibschlüssige Berührung zwischen dem inneren und dem äußeren Teil erreicht wird. Ferner kann das äußere Teil bevorzugt an einem seiner axialen Enden mittels eines elastischen Haltemittels am Pumpengehäuse gehalten sein. Das elastische
Haltemittel ermöglicht, dass sich das äußere Teil auf einer Kreisbahn exzentrisch zum inneren Teil bewegen kann. Durch die einseitige Befestigung schwingt das äußere Teil in der Art eines Wobble-Stators quasi frei.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen: Figur 1 : einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße
Exzenterschneckenpumpe
Figur 2: Darstellung der Abhängigkeit der maximalen Förderhöhe von der
Statorlänge
In Figur 1 ist eine Pumpe in der Ausführung einer Exzenterschneckenpumpe dargestellt. Sie weist eine Eintrittsseite 7 und eine Austrittsseite 8 auf. Ein
Fördermedium wird im Betrieb der Pumpe von der Eintrittsseite zur Austrittsseite gefördert.
Die Pumpe besitzt einen äußeren Teil 2 und einen darin angeordneten inneren Teil 3. Von diesen Teilen ist der innere Teil 2 angetrieben. Er bildet den Rotor der
Exzenterschneckenpumpe und dreht im die Achse 9. Der äußere Teil 2 vollführt im Betrieb gegenüber dem inneren Teil 3 eine exzentrische Bewegung auf einer
Kreisbahn um die genannte Achse 9. Es ist jedoch im Vergleich zur rotatorischen Bewegung des inneren Teils 3 stationär, und wird deshalb als Stator bezeichnet. Der äußere Teil 3 ist annähernd zylindrisch und geht an dem der Eintrittsseite 7 nahen Ende in ein noch weiter außen angeordnetes elastisches Haltemittel 1 einstückig über. Dieses Haltemittel 1 ist mitsamt dem äußeren Teil 2 aus einem elastomeren Kunststoff hergestellt. Das Haltemittel 1 und das äußere Teil 2 bilden gemeinsam den Stator der Exzenterschneckenpumpe, wobei der äußere Statorteil 1 in dem
Pumpengehäuse 10 befestigt ist. Der zwischen diesem äußeren Statorteil 1 und dem Rotor 3 liegende Teil stellt dann ein inneres Statorteil 2 dar. Dadurch, dass dieses innere Statorteil aus einem elastomeren Material besteht und an einem Ende stoffschlüssig in das äußere Statorteil übergeht, ist es quasi gegenüber dem Rotor freiwingend und wird während seiner exzentrischen Bewegung um den Rotor 3 so verformt, dass die Exzentrizität zwischen Pumpenrotor 3 und Pumpenstator 2 ausgeglichen wird. Eine derartige Anordnung wird daher als Wobblestator bezeichnet.
Das innere Teil 2 (Rotor) weist genau einen sich in axialer Richtung
schraubenlinienförmig erstreckenden äußeren Gewindegang 6 auf. Demgegenüber besitzt das äußere Teil 3 (Statorinnenteil) auf seiner Innenseite eine um eins höhere Anzahl an Gewindegängen 5a, 5b als das innere Teil 2, nämlich zwei Gewindegänge, die sich ebenfalls in axialer Richtung schraubenlinienförmig erstreckenden. Es sei darauf hingewiesen, dass Figur 1 rein beispielhaft zu verstehen und eine beliebig andere Anzahl an Gewindegängen möglich ist. Ferner können die Profile des inneren Teils 3 und des äußeren Teils 2, d.h. das Außenprofil des inneren Teils 3 und das Innenprofil des äußeren Teils 2 beliebig sein, insbesondere eine der Profilformen aufweisen, die in DE 602107 dargestellt sind.
Das Verhältnis der Anzahlen der Gewindegänge 5a, 5b, 6 ist hier 1 :2. Die
Steigungen der Gewindegänge von Außenteil 2 und Innenteil 3 ist so gewählt, dass in jedem Querschnitt das Verhältnis der Steigungen der Gewindegänge 5a, 5b, 6 identisch dem Verhältnis der Anzahlen der Gewindegänge 5a, 5b, 6 ist. Man erkennt in Figur 1 , dass die Steigungen der Innengewinde 5a, 5b des äußeren Teils 2 deutlich größer sind, als die Steigung des Außengewindes des inneren Teils 3. Das Außengewinde 6 des inneren Teils 3 besitzt zwei volle Windungen, d.h. es erstreckt sich in axialer Richtung entlang zwei vollen Schraubenlinien. Aufgrund der höheren Steigung kämen bei den Innengewinden 5a, 5b auf dieselbe axiale Länge, wie der Rotor 3 aufweist, nur 1 volle Windung.
Das äußere Teil 2 und das innere Teil 3 berühren sich derart, dass zwischen ihnen Förderkammern A, B gebildet sind, deren Axiallage durch Drehung des inneren Teils 2, 3 relativ zum äußeren Teil 3, 2 änderbar ist, so dass das Fördermedium von der Eintrittsseite 7 zur Austrittsseite 8 förderbar ist.
Erfindungsgemäß sind die Gewindegänge 5a, 5b des äußeren Teils 2, d.h. des inneren Statorteils 2 weniger als eine ganze Schraubenlinie gewunden. Dies bedeutet, dass die axiale Länge L des inneren Statorteils 2 gegenüber einem herkömmlichen Stator einer Exzenterschneckenpumpe, deren Innengewinde sich mindestens entlang einer vollen Schraubenlinie erstrecken, kürzer ist. Wie bereits oben beschrieben wurde, ergibt sich dadurch, dass die Förderkammern A, B nicht mehr vollständig geschlossen sind. Dreht sich der Rotor 3 gerade in eine solche Position, bei der sich eine Förderkammer an der Eintrittsseite 7 gerade schließt, so hat sich diese Förderkammer gerade auf der Austrittsseite 8 geöffnet und es kommt kurzzeitig zu einem Rückfluss des Fördermediums durch die nunmehr beidseitig offene Förderkammer, wodurch ein geringer Teil des Drucks auf der Austrittsseite 8 abgebaut wird. Die Rückströmung ist umso höher, je höher der austrittsseitig aufgebaute Druck ist. Hierdurch wird effektiv vermieden, dass ein Schaden der Pumpe und/ oder des an die Pumpe angeschlossenen Systems entsteht, wenn die Pumpe gegen ein geschlossenes Ventil oder eine Verstopfung in der Austrittsleitung arbeitet.
Interessanterweise wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme der Wirkungsgrad der Pumpe erhöht, weil aufgrund des eingekürzten Stators geringere
Reibungsverluste zwischen dem inneren Teil 3 und dem äußeren Teil 2 entstehen.
Durch den Druckabbau wird die maximale Förderhohe der Pumpe reduziert. Dieser Effekt ist umso stärker ausgeprägt, je geringer der geförderte Volumenstrom ist. Figur 2 zeigt gemessene normierte hydraulische Kennlinien für eine Pumpe mit herkömmlichem Stator 2 (durchgezogene Linie), bei der die Statorlänge L größer als die Gewindesteigung Hst ist, sowie für einen erfindungsgemäßen Stator 2 mit Statorlänge L kleiner als die Gewindesteigung Hast (gestrichelte Linie). Die Werte für die Förderhöhe H und den Volumenstrom Q sind auf die Maximalwerte Hn0m und Qnom normiert. Es wird deutlich, dass sich die Verkürzung der Statorlänge L derart, dass die Gewindegänge 5a, 5b des äußeren Teils 2 weniger als eine ganze
Schraubenlinie gewunden sind, sich hinsichtlich der Förderhöhe H bei mittleren und vor allem bei höheren Volumenströmen Q kaum bemerkbar macht.
Insoweit hat sich gezeigt, dass eine Exzenterschneckenpumpe nicht wie in DE 602107 beschrieben, zwingend mindestens einen abgeschlossenen Raum zwischen dem Innenteil 3 und dem Außenteil 2 aufweisen muss, d.h. die Gewindegänge des Außenteils mindestens einen Schraubengang aufweisen müssen. Vielmehr kann auch ein gegenüber dieser technischen Lehre verkürzter Stator 2 verwendet werden, was überraschenderweise zu dem geschilderten Druckabbau auf der Druckseite 8 führt und zudem im Betrieb sogar eine Wirkungsgraderhöhung bewirkt.

Claims

Ansprüche
1. Pumpe zur Förderung eines Fördermediums von einer Eintrittsseite (7) zu einer Austrittsseite (8), mit einem äußeren Teil (2) und einem darin
angeordneten inneren Teil (3), von denen ein Teil (2, 3) drehbar angetrieben ist und ein Teil (2, 3) gegenüber dem anderen Teil (3, 2) eine exzentrische Bewegung vollführen kann, wobei das innere Teil (2) wenigstens einen sich in axialer Richtung schraubenlinienförmig erstreckenden Gewindegang (6) aufweist und das äußere Teil (3) eine um eins höhere Anzahl an
Gewindegängen (5a, 5b, 6) als das innere Teil (2) aufweist, wobei das
Verhältnis der Anzahlen der Gewindegänge (5a, 5b, 6) in jedem Querschnitt identisch ist mit dem Verhältnis der Steigungen der Gewindegänge (5a, 5b, 6), und wobei sich das äußere Teil (2) und das innere Teil (3) derart berühren, dass zwischen den Teilen (2, 3) Förderkammern (A, B) gebildet sind, deren Axiallage durch Drehung des einen Teils (2, 3) relativ zum anderen Teil (3, 2) änderbar ist, so dass das Fördermedium von der Eintrittsseite (7) zur
Austrittsseite (8) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die
Gewindegänge (5a, 5b) des äußeren Teils (2) entlang seiner axialen Länge (L) weniger als eine ganze Schraubenlinie gewunden ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindegänge (5a, 5b) des äußeren Teils (2) entlang seiner axialen Länge (L) nur zwischen 75% und 95% einer ganzen Schraubenlinie gewunden sind.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der äußere Teil (2) exzentrisch um die Achse (9) des inneren Teils (3) bewegt und der innere Teil (3) drehangetrieben ist.
4. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Teil (2) aus einem elastomeren Material gebildet ist und an einem seiner axialen Enden mittels eines elastischen Haltemittels (1) am Pumpengehäuse (10) gehalten ist.
5. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge (L) des äußeren Teils (2) derart gewählt ist, dass die Pumpe eine bestimmte maximale Förderhöhe (Hn0m) besitzt.
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