JP2017536507A - 長さ補償装置 - Google Patents

Abstract

ロータ及び軸線方向に調整可能なステータ（２）を備える偏心ねじポンプに使用するための長さ補償装置（４）は、長さ変化を安全かつ効果的に補償するよう構成されている。そのために、本発明に係る長さ補償装置（４）は、軸線方向に可動とした支持体（10，12）を備え、その支持体（10，12）内に、搬送媒体をガイドするためのベローズ体（16）が配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、長さ補償装置に関し、特に、ロータ及び軸線方向に調整可能なステータを備える偏心ねじポンプ用の長さ補償装置に関する。本発明に係る長さ補償装置は、ステータに割り当てられる。更に、本発明は、長さ補償装置を備える偏心ねじポンプに関する。

偏心ねじポンプは、回転式容積ポンプの一種であり、そのポンプセクションは回転部分（ロータ）及び固定部分（ステータ）を備える。この場合、ロータは、大きなピッチ、大きな旋回深さ、並びに比較的小さなコア直径を有する螺旋状に構成される。ステータは、ロータに比べて１リード分だけ多く、ピッチ長は２倍である。これにより、ロータ及びステータの間に、入口側から出口側に向けて連続的に移動する搬送スペースが生じる。ステータは、通常、エラストマ本体と、エラストマ本体を包囲するステータジャケットによって構成される。エラストマ本体により、ロータ及びステータの間がシールされる。これは、ステータの内側輪郭がロータの外側輪郭に比べて小さいからである。エラストマ本体が予負荷されることにより、連続的なシールラインが形成され、これにより互いに隣接する搬送チャンバがシールされると共に搬送圧力が生じる。

弾性ステータの寿命を延ばすと共に、異なる作動条件に適合させるため、従来技術において、ステータを軸線方向に調整又は再調整することが既知である。例えば、特許文献１（ドイツ特許第1303705号明細書）には、圧縮によりステータの内径を狭窄可能とした偏心ねじポンプが開示されている。この場合、ハウジング内壁と弾性ステータの外表面が円錐状に構成され、ステータをハウジング内にて軸線方向に調整することができる。ポンプハウジング及びステータの間には、補償要素が設けられている。これにより、長時間に亘るポンプの作動後に生じる摩耗が、ステータを軸線方向に調整することにより補償される。

特許文献２（ドイツ特許出願公開第102005042559号明細書）には、作動時に生じる状況に対してステータの内寸を適合可能とした偏心ねじポンプが開示されている。この場合に偏心ねじポンプは、内径の適合化を可能とするため、ステータジャケットと、そのステータジャケットの内側に配置されたステータライニングとを備える。弾性ステータライニングの両端には、ステータライニングを軸線方向に画定するためのストッパが設けられ、また、少なくとも一端には、ストッパの軸線方向位置を変化させるための手段が設けられている。ステータジャケットを調整することにより、引張力又は圧縮力が弾性ステータライニングに作用する。これにより、ロータに作用する圧縮力、従って予負荷が変化する。従って、ライニングの内側断面を調整することができる。

ステータの調整を保証するためには、ステータ長を補償するための手段が必要である。それ故、従来技術に係る解決策では、例えば、調整リング又は補償ディスクが使用される。調整リングは、調整装置内に可動に配置することもでき、これによりポンプの作動時であってもステータライニングに対して能動的に影響を及ぼすことができる。

ドイツ特許第1303705号明細書 ドイツ特許出願公開第102005042559号明細書

この場合、調整リングは、搬送媒体に接触しているため、調整リングとポンプハウジング又はステータジャケットとの間におけるシールを保証するための手段が必要である。しかしながら、理想としては搬送媒体に接触することなく、軸線方向における調整によりステータの長さ変化を補償可能とする補償装置を使用することが望ましい。更に、補償装置は、ステータを軸線方向にガイド可能であることが望ましい。しかしながら、上述した従来技術における解決策は、十分に適切なものとはいえない。

従って、本発明の課題は、偏心ねじポンプにおけるステータの長さ変化を効果的かつ確実に生じさせると共に、搬送媒体をガイドするための長さ補償装置を提供することである。

この課題を解決するため、本発明によれば、長さ補償装置が、軸線方向に可動な少なくとも１個の支持体を備え、その支持体に、搬送媒体をガイドするためのベローズ体が配置される。

本発明は、長さ補償装置又はその一部が汚れの影響を受けやすく、従って搬送媒体に接触させないことが有利であるとの着想に基づいている。潤滑剤を使用すれば、摩擦及び摩耗が低減可能であると共に、シール効果を高めることができる。この場合、例えば、シールの摩耗や、不十分なシール性能による漏れに起因して、油やグリース等の作動物質が搬送媒体に到達する事態も回避可能とするのが望ましい。

このような機能は、長さ補償装置が支持体を備え、その支持体を搬送媒体に接触させなければ達成される。支持体の内側には、ベローズ体が配置されており、そのベローズ体に搬送媒体が接触すると共に、流動することができる。ベローズ体の軸線方向における移動時、即ちベローズ体の伸長時又は圧縮時にベローズ体を支持可能とするため、支持体は、ベローズ体の軸線方向移動に追従するよう構成される。これにより、長さ補償装置全体が有利に伸長可能又は圧縮可能である。ベローズ体は、例えば、支持体に接触させることにより、支持体上で直接的に支持される構成とすることができる。

ただし、ベローズ体は、適切な手段を介して、支持体に結合させてもよい。この結合を可能とするため、支持体は、好適には、ベローズ体に対して耐圧的に結合され、これにより支持体とベローズ体との間に支持体を半径方向に支持する流体チャンバが形成される。それ故、ベローズ体は、形状を変化させる圧力負荷を受けることがないため、形状安定性が維持される。

他の好適な実施形態において、ポンプ内における圧力を測定するために、流体チャンバに圧力センサが配置される。これにより、圧力センサが搬送媒体に接触することがなく、従って詰まり等を生じることがない利点が得られる。圧力チャンバ内における流体は、圧力検出用の圧力トランスミッタとして機能するものであり、過圧防止手段として利用することもできる。

支持体は、１個以上の補償要素で構成することができる。この場合、各補償要素は、互いに耐圧的に結合される。

ベローズ体は、好適には、弾性変形可能なプラスチックで構成され、ステータの調整時に弾性変形する。支持体は、例えば、補償要素として、波形のベローズ状に金属材料で一体的に構成される。この場合、ベローズ体は、半径方向に十分な大きさの剛性を有し、これによりベローズ体上に作用する圧縮力を吸収することができる。

ベローズ体は、好適には、ポンプに向けて漏斗状にテーパ付けされる。これにより、ベローズ体が圧縮状態にあっても、搬送媒体の流動にとって最適な形状が維持可能である。更に、この特殊な形状により、長さ補償装置をコンパクトに構成することができる。これは、圧縮状態にあるベローズ体が縮小可能だからである。この点は、例えば、単純な形状を有する一般的な波形のベローズ体であれば不可能であり、従って圧縮状態においても、軸線方向に比較的大きなスペースが必要になる。

長さ補償装置は、好適には、ポンプにおける製品出口側に配置される。従って、有利には、ポンプ側における駆動要素の配置及び設計は、本発明に係る長さ補償装置の構成に関して考慮する必要がない。

特に好適な実施形態において、支持体は、シリンダ・ピストン対として構成される。この場合にシリンダは、外側における第１補償要素として、内側における第２補償要素であるピストンに対して耐圧的に結合され、その耐圧性は、好適には、ピストンにシール手段用の凹部が設けられることにより実現される。ピストン及びシリンダは、支持体がガイド手段としても機能するよう構成されるのが好適である。これにより、製品出口側におけるステータの支持又はガイドが不要となる。

好適な変形において、ベローズ体は、所定の折り曲げ箇所を備える。所定の折り曲げ箇所を設ければ、ベローズ体の圧縮時にその形状にとって有利である。所定の折り曲げ箇所は、例えば、ベローズ体が特定の基本形状を有することにより、及び／又は、所定の折り曲げ箇所又は領域における材料厚さを増加又は低下させることにより、形成することができる。代案として、補助要素、例えばリングを流体チャンバ側にてベローズ体周りに延びるよう取り付け、これにより所定の折り曲げ箇所又は周方向における所定の折り曲げ線を形成してもよい。

特に有利な構成において、ベローズ体は、軸線方向において互いに隣接すると共に、ベローズ体周りに延びる複数の平坦セクションを備え、各平坦セクションの移行部により、所定の折り曲げ箇所又は折り曲げ線が規定される。各平坦セクションの移行部により、所定の折り曲げ箇所を規定可能とするため、ベローズ体における各平坦セクションは、異なる材料厚さを有することができ、及び／又は、互いに角度付きで配置することができる。

他の好適な構成において、支持体は、流体チャンバ内における流体を調整するため、閉鎖可能な少なくとも１つの開口又は少なくとも１個のバルブを備える。この場合、好適には、バルブを介して流体が流体チャンバ内に充填され、支持体におけるそのバルブの反対側の領域にて、流体により移動した空気を逃がすことが可能である。

流体チャンバ内における流体量は、好適には、調整可能であるため、ベローズ体の形状及び圧縮挙動を付加的に変化させることができる。この変化を可能とするため、制御装置を設けることができ、これにより、測定されたポンプパラメータに応じて圧力チャンバ内における圧力が増加又は低下可能である。

ベローズ体は、特に好適には、長さ補償装置が遮断要素としても機能するよう構成される。遮断要素としても機能可能とするため、ベローズ体は、高弾性のエラストマ本体で構成される。遮断に際しては、ベローズ体が変形して長さ補償装置における流路がシールされるまで、流体チャンバ内における圧力を例えば調整可能な圧力源によって増加させる。これにより、例えば、付加的な遮断要素を使用することなく、ポンプ又は搬送システムへのアセンブリ作業が可能となる。

本発明に基づく主たる利点は、流動媒体が支持体に接触することがなく、特に支持体のシール要素に接触することがないことである。これは、ベローズ体、特にエラストマで構成されるベローズ体により、流動媒体がシール要素に対して隔絶されるからである。ベローズ体と支持体との間に形成される中空スペースは、潤滑流体によって充填可能であるため、シール手段及びガイド手段が恒常的に潤滑され、過度な摩耗が回避される。更に、ベローズ体は、その形状を変化させるほど大きな圧力負荷を受けることがないため、壁厚が比較的小さなベローズ体を使用することも可能である。これにより、ベローズ体の折り曲げ挙動が更に向上する。ベローズ体は、漏斗状に形成され、これにより縮小可能であるため、特にコンパクトに構成することができる。これに加えて、長さ補償装置全体を取り換えることなく、搬送媒体に関連する特定の物理的又は化学的特性及び要件を有する摩耗部材又は要素としてのベローズ体だけを容易に交換できるという利点も有する。

以下、添付図面に基づいて本発明の例示的な実施形態を詳述する。

吐出側に接続されると共に、ベローズ体と、支持体としてベローズ体を包囲するシリンダ・ピストン対とを備える長さ補償装置を、偏心ねじポンプにおけるステータと一緒に示す略図である。 図１における長さ補償装置を、ベローズ体が縮小状態にあるときの最大撓み状態で示す説明図である。 図１における長さ補償装置を、ベローズ体が非縮小状態にあるときの最大撓み状態で示す説明図である。 長さ補償装置を、周方向に延びる所定の折り曲げ箇所を有するベローズ体が縮小状態にあるときの最大撓み状態で示す説明図である。 波形のベローズ体を備える長さ補償装置を示す説明図である。 波形のベローズ体及び圧力センサを備える補償装置を示す説明図である。

各図を通じて、同一要素には同一参照符号が付されている。

図１は、偏心ねじポンプにおけるステータ２を示し、長さ補償装置４がステータ２の端部に接続されている。ステータ２は、ステータジャケット８の内側に配置されたエラストマ本体６を備えると共に、端部にてポンプハウジング（図示せず）に結合されている。

エラストマ本体６は、ハウジング側の端部に固定されているため、ステータ２の調整時に長さ補償装置４を作動させることができる。図１に示す長さ補償装置４により、正及び負の軸線方向運動（図の矢印参照）の両方が可能である。

シリンダ・ピストン対は、長さ補償装置４における２個の部材で構成された支持体10，12として機能する。ピストン10は、周方向に延びる凹部14を備え、各凹部14にシール手段（図示せず）が配置されている。調整時に正方向の運動が生じると、ステータフランジ18とポンプフランジ20との間における間隔は拡大する。この場合、エラストマ本体が押圧され、従って圧縮される。これにより、ロータ（図示せず）に対する押圧力が増加する。これとは対照的に、負方向の運動が生じると、エラストマ本体が伸長し、ロータに対する押圧力が低下する。

支持体10，12の内側には、エラストマで構成されたベローズ体16が配置されている。ベローズ体16は、ステータ側ではステータフランジ18とピストン10との間に、吐出側では、ステータフランジ18とピストン10との間に、それぞれ、耐圧性を発揮するよう配置されている。ピストン10の各端部は、ベローズ体16を指向する側にて、面取りされている。これは、ベローズ体16に対する機械的負荷を可及的に低減するためである。ベローズ体16と支持体10，12との間に形成された流体チャンバ22には、潤滑流体（図示せず）が充填されている。潤滑流体は、シリンダ12に形成された下側バルブ開口24を介して充填可能とされ、その充填時に、開口24の反対側のシリンダ12に形成された開口26を介して空気を逃がすことが可能である。開口26から流体が流出することを回避すると共に、ベローズ体16に対する所望の支持効果を得るため、開口26は、潤滑流体の充填後に耐圧性を発揮するよう再閉される。

ベローズ体16は、軸線方向に見て異なる壁厚を有しており、例えば、ポンプフランジ20側における壁厚は、ステータ側における壁厚に比べて小さい。これにより、ベローズ体16における一部の領域が十分に大きな剛性を有し、従ってその領域は変形不可能又は僅かにのみ変形可能である。それ故、長さ補償装置４を作動させたときに生じる形状変化は、実質的にはその形状変化を可能とする領域にのみ生じる。

図２及び図３は、正方向における最大撓み状態の長さ補償装置４と、負方向における最大撓み状態にある長さ補償装置４を示す。図２は、縮小状態にあるベローズ体16を示し、その縮小状態はベローズ体16の基本形状及び異なる材料厚さに基づく。図３は、正の方向における最大撓み状態にある長さ補償装置４の内側に配置され、かつ弾性変形していない状態にあるベローズ体16の基本形状を示す。

図４は、図２における長さ補償装置４と類似するが、シール要素用の凹部が設けられていない点で異なる。図４における長さ補償装置４は、縮小状態にあるベローズ体16を備え、そのベローズ体16は、特殊な構成により、所定の折り曲げ箇所、特に閉鎖された所定の折り曲げ線28を備え、各折り曲げ線28がベローズ体16の周方向に延びている。従って、図示のベローズ体16は、その圧縮に際して所望の形状に変化する複数の平坦セクション30を周方向に備える。平坦セクション30は、ベローズ体16の少なくとも非変形状態において、互いに角度付きで配置されている。この場合、ある平坦セクション30から隣接する平坦セクション30への移行部により、折り曲げ線28が規定されている。ベローズ体16と支持体10，12との間における流体チャンバ（22）内の流体（ドット参照）により、ベローズ体16が支持されている。

図５は、長手方向において、基本形状が波形に形成されたベローズ体16を示す。図示のベローズ体16は、その形状により、圧縮可能であるだけでなく伸長可能でもある。ベローズ体16は、幾つかの箇所にてピストン10に当接しており、流体チャンバ22を細分する個々のチャンバが形成されている。個々のチャンバ間にて流体の流動を保証又は向上させるため、シリンダ支持体12及びベローズ体16の当接領域に、長手方向に延びる凹部（図示せず）を設けることができる。各凹部は、流動ダクトとして機能するため、個々のチャンバを互いに連通させることが可能となる。

図６は、図５の実施形態と同様に、波形のベローズ体16を備える長さ補償装置を示す。この場合、流体チャンバ22は、上側バルブ開口を介して、バルブ34及び圧力計32に結合されている。バルブ34は、遮断バルブ及び減衰バルブとして機能する。代替的又は付加的に、流体チャンバ22は、上側バルブ開口を介して、制御可能な圧力源（図示せず）に結合してもよい。これにより、流体チャンバ22内における圧力が圧力センサによって制御又は調整可能である。

本発明の装置は、好適には、偏心ねじポンプにおける調整可能なステータに整列させることができる。特に、流体チャンバを介して、支持体により安定化されたベローズ体を使用すれば、例えば、ガイド手段として構成されると共に、確実に作動させるために潤滑される支持体が、搬送媒体に接触することがないから有利である。更に、ベローズ体を漏斗状に構成すれば、搬送媒体の流動及び折り曲げ挙動にとって有利である。

２ 偏心ねじポンプにおけるステータ
４ 長さ補償装置
６ エラストマ本体
８ ステータジャケット
10 支持体の内側を構成するピストン
12 支持体の外側を構成するシリンダ
14 シール要素用の凹部
16 ベローズ体
18 ステータフランジ
20 ポンプフランジ
22 流体チャンバ
24 バルブ開口
26 開口
28 所定の折り曲げ線
30 平坦セクション
32 圧力計
34 バルブ

Claims (12)

1. 特にロータ及び軸線方向に調整可能なステータ（２）を備える偏心ねじポンプに使用するための長さ補償装置（４）であって、軸線方向に可動とした少なくとも１個の支持体（10，12）を備え、該支持体（10，12）内に、搬送媒体をガイドするためのベローズ体（16）が配置されている装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記支持体（10，12）が、前記ベローズ体（16）に対して耐圧的に結合され、これにより前記支持体（10，12）を支持する流体チャンバ（22）が形成されている装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置であって、前記ベローズ体（16）が、漏斗状に形成されている装置。
4. 請求項３に記載の装置であって、前記ベローズ体（16）が、前記ポンプに向けて漏斗状にテーパ付けされている装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の装置であって、前記ベローズ体（16）が、前記ポンプにおける製品出口側に配置されている装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の装置であって、前記支持体（10，12）が、シリンダ・ピストン対として構成されている装置。
7. 請求項６に記載の装置であって、前記支持体（10，12）が、ガイド要素として構成されている装置。
8. 請求項６又は７に記載の装置であって、前記支持体（10，12）が、シール手段用の凹部（14）を備える装置。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の装置であって、前記ベローズ体（16）が、所定の折り曲げ箇所（28）を備える装置。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の装置であって、流体チャンバ（22）内における流体を調整するため、前記支持体（10，12）が、閉鎖可能な少なくとも１つの開口（26）及び／又はバルブ開口（24）を備える装置。
11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載の装置であって、流体チャンバ（22）内における流体量が調整可能である装置。
12. 請求項１に記載の長さ補償装置を備える偏心ねじポンプ。

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