JP4699963B2 - ステータシステム - Google Patents

Description

本発明は，偏心ねじポンプを運転する方法および装置であって，ステータ（固定子）の内寸が運転状況，例えば，移送圧力の低下，空運転，温度上昇，閉塞などに応じて変化するものに関する。

独国特許第１３０３７０５号明細書（特許文献１）には，耐用期間をより長くすることのできる偏心ポンプが記載されている。これを可能にするために，内側が錐形のステータハウジングおよび外側が錐形のステータライニングからなるポンプ構成が提示されている。ライニングの内側断面を大きくするような損耗が発生した場合には，２個の錐形部材，すなわちステータハウジングおよびライニングを，それぞれ互いに対して長手方向に移動する。この相対移動の結果，ライニングに対し半径方向に圧縮力が発生するので，ステータライニングの長さには変化が生じない。補償ディスクがフランジの前方の位置からフランジの後方の位置に移動することによって，ライニングがこのような状態に保たれる。
独国特許第１３０３７０５号明細書

東独国特許第２７９０４３号明細書（特許文献２）には，独国特許第１３０３７０５号明細書に記載のものと同様に，錐形形状の部材（以下では，スリーブおよびステータと呼称する）を含む偏心ポンプが記載されている。部材が相互に移動することによって，ステータの内径が小さくなる。この移動プロセスは，クランプナットによって生起され，このナットともに押付部材がスリーブの内部にステータを移動する。
東独国特許第２７９０４３号明細書

独国特許第１５５３１２６号明細書（特許文献３）に付属の図４には，ロータの形状が記載されており，このロータは内側および外側が多角形状のスリーブおよび多角形状のライニングから構成される。
独国特許第１５５３１２６号明細書

独国特許第１９８２１０６５号明細書（特許文献４）には，外側がねじ状に形成されたロータが記載されている。ステータスリーブおよびライニングは，連結手段によることなく連結されている。
独国特許第１９８２１０６５号明細書

独国特許第１００４２３３５号明細書（特許文献５）の図４には，長手方向に分割されたステータスリーブが記載されている。２個のレバーが係止具として示されており，これらのレバーは，スリーブ素子の第２半分部と共に形状結合連結を形成している。
独国特許第１００４２３３５号明細書

独国特許出願公開第１２０４０７２号明細書（特許文献６）には，貯蔵コンテナおよび出口パイプの調整装置部材を有する偏心スクリューポンプのステータの実施例が複数記載されている。複数の部材からなる柱体状のステータハウジングは，ねじ連結部を介してこの貯蔵コンテナおよび出口パイプに連結される。貯蔵コンテナとの距離および出口パイプとの距離は，様々な手段によって変えることができる。この距離は，貯蔵コンテナおよび出口パイプの領域において直接変えることもできるし，または２個のステータスリーブ部材間の中心領域において変えることもできる。貯蔵コンテナと出口パイプとの距離が軸線方向に変化することによって，環状キャップが，ステータの一方または双方からのステータライニングの軸線方向長さを縮める。すべての実施例において，ステータライニングは，その長手方向延長部の中間部が個別のステータ部材の間に挟持されるので，内部断面領域において，ステータライニングの材料は一様に分布しない。さらに，すべての実施例において，ステータライニングの長さが変わるごとに，ポンプの全長が変わってしまう。
独国特許出願公開第１２０４０７２号明細書

本発明の課題は，ポンプ長を変えることなく，かつ組み立てコストを低く抑えながら，ポンプを様々な運転条件に適合可能にすることにある。

本発明の課題は，請求項１および５に記載の特徴によって解決される。

偏心ねじポンプを運転する際，運転モードまたは移送に積極的に関与するポンプ部材の形状に影響を与える様々な段階を考慮しなければならない。例えば，ポンプは，生産物の粘性が低いか高いかや，研磨粒子が含まれる否かによって移送時に必然的に異なる反応を生じ，これが起動段階およびポンプの通常運転中に明らかになるという事例が考えられる。

ポンプの反応，例えば移送圧力の低下や，空運転，温度上昇，閉塞等に対する応答を可能にするため，本発明では，ステータスリーブを伸縮することによりステータの内断面を変える。これを可能にするために，エラストマ製のステータライニングに，軸線方向への引張または圧縮作用が働くようにする。

異常は，ほとんどの場合，移送圧力の低下または駆動モータの電力消費量の増加により感知される。どの程度早く反応が起こるかに応じて，ステータライニングの内寸の調整を機械的または電気的／電子的に行うことができる。ロータとステータの相互作用は，ステータライニングを半径方向に変形することによってのみならず，軸線方向に短縮（圧縮）または延長（伸長）することによっても，制御または修正できることが知られている。ステータの長さを短くする（つまり，ライニングおよびステータスリーブの長さを短くする）には，様々な対策が求められる。ポンプハウジングに対するライニングの接触面と圧力フランジに対するライニングの接触面との間の距離を縮めることによって，弾性を有するステータライニングの長さを短くすることができる。

ステータおよび従ってステータライニングは，設置状態になってはじめて，軸線方向に適度に圧縮されてポンプを運転するのに適した内寸となるので，ポンプの組み立てが容易である。この結果，長期間休止していたステータまたは初期内部幾何形状を有するステータを，すでに設置されたロータに容易に押し込むことができるようになる。

ステータおよびそのライニングを適切な形状にすると，ポンプの組み立てが完成している場合であっても，ポンプの始動時の挙動を変更することができる。このため，弾性ステータライニングの引き伸ばしが行われる。これにより，ライニングの弾性材料がロータにかかる圧力を減少させ，従って，始動トルクの減少により起動時の挙動が容易になる。

ライニングを軸線方向に短縮するための基本形状において，ポンプハウジングまたはその部材とポンプ端部材との間における，ライニングに本来的に割り当てることのできる距離は短くなる。本発明によると，この箇所に，リング状に形成したインサートを１個または複数個設ける。本発明の実施例では，ステータスリーブおよびステータライニングを別個の部材から構成する必要がある。端部に加わる圧縮力または引張力を，ステータの全長にわたって一様に分布させるために，ステータスリーブおよびステータライニングに，ポンプの長手軸線に対して平行に延在する接触面を設ける。このようにすることによってのみ，閉塞を発生させることなく，均一に断面を縮小または拡大をさせることができる。

ロータに対するステータライニングの予張力の調節をより容易に操作可能にするため，上述のようなインサートリングの代わりに，ポンプの外側から制御可能な調整リングを使用することもできる。

この実施例では，端部ソケットおよびポンプハウジングの双方に調整リングを組み入れることができる。調整リングは，軸線方向に移動可能であり，液体が使用される場合には，シールを備える。電動調整ユニットを使用する場合には，調整リングとライニングとの間に加わるまたは生じる張力は，封止力として充分に機能する。可動調整リングを使用する場合，ポンプの運転中，圧力媒体を供給または除去することによって，ステータライニングに荷重を加え，または荷重を取り除くことができる。従って，調整リングは，二重ステータの断面形状により調整眼鏡状体とも称され，様々な運転パラメータ，例えば移送圧力やポンプの温度に対して応答する制御装置のためのアクチュエータとなりうる。制御装置がエラストマの膨張を伴う温度の上昇を感知した場合，調整リングにかかる圧力が下がり，ロータに加わる予張力が減少する。

ステータライニングおよびステータスリーブが別個の部材であり，かつロータがステータライニングに力を伝達するので，ステータライニング自体にねじれが生じやすい。しかし，ポンプ機能を維持するためには，このねじれを防止しなければならない。従って，本発明によると，ステータライニングおよびステータスリーブは，接触面において，円形ではなく多角形状に形成される。もちろん，別の表面形状，例えば溝状，楔状または波状形状によっても，堅固な位置決めを得ることができる。

ステータライニングおよびステータスリーブが別個の部材であるため，必要に応じて，ライニングを迅速に交換することができる。これを可能にするために，本発明によると，長手方向スリットを有する成形物からステータスリーブを形成する。閉鎖レールに張力が加わり，成形物が安定的に保持される。閉鎖レールがない場合，成形物の長手方向両側面が相互に拡開し，ステータライニングの挿入および取り外しが著しく容易になる。閉鎖レールは，ステータスリーブの内面において，水平に成形物に嵌合する。外面において，閉鎖レールは，ステータスリーブの長手方向側面と形状結合連結を形成する。

もちろん，ねじれ耐性を改善するために，閉鎖レールを内方に延ばすことができ，この場合，ライニングにこれに対応する溝を設ける必要がある。

ステータスリーブの製造方法を簡単にするために，ステータスリーブを，長手形状または横断形状の，一体のまたは多部品からなる押出成形物から形成することができる。移送圧力に依存するステータの安定性も，種々の材料を選択することにより，製造時に考慮できる。従って，様々なプラスチックおよび金属がステータスリーブの材料として使用されうる。

添付された図面には，本発明の実施例が記載されている。以下では，図面を参照して本発明についてさらに詳細に説明する。

図１は，偏心ねじポンプ内におけるステータ１０の代表的な構成を示す。ステータ１０は，圧力フランジ１２とポンプハウジング１４との間で挟持される。締め付けねじをクランプ素子として設けることができる。ポンプハウジング１４と圧力フランジ１２との間の距離は，ステータスリーブ１６の長さによって決定される。ステータスリーブおよびステータライニング１８がポンプハウジング１４と圧力フランジ１２との間に取り付けられていない場合には，この２個の部材を軸線方向に相互に移動することができる。しかし，取付状態において，ステータライニングは，双方の端部がストッパ２０および２２に制約される。ストッパは環状の端面を有し，この端面は圧力フランジまたはポンプハウジングに位置する。図１に示されたステータライニングの長さは，未取付状態における長さとは異なり，既にわずかに圧縮されているため，軸線方向に縮みが生じている。図１に示されたステータライニングの長さは，導入時の新たな状態のポンプに対応する。この運転状態において，ステータライニングの端部には，移送チャンバ２４と外気との間にいくらかの封止機能を生じさせる程度のみの予張力が作用する。

運転によって生じるステータ長さの軸線方向変化，特にステータライニングの長さの変化が図２に示されている。この場合，例えばステータライニングの右側において，軸線方向に縮みが生じている。この縮みは，スペーサリング２６によるものであり，このリングは，圧力フランジの領域において，ストッパ２０とステータライニングの相補的な端面との間に位置する。ステータライニングの弾性材料は，スペーサリングに押し返され，スペーサリングの内面全体を覆う。従ってより広い内面が生じ，図示されないロータに対する圧力が増加する。圧力フランジ１２の領域における移送圧力が低い場合に，前記のような対策が講じられ，これは，ステータライニング（以下ではライニングとも呼称する）の内面に損耗を生じうる。

ステータライニングの内部幾何形状の変化に関するさらなる可能性を図３および４に示す。この形状が有する重要な相違点は，可動調整リング２８が使用されていることである。調整リング２８は，圧力フランジまたはポンプハウジングに対し組立作業を行うことなく，外部から操作可能である。これを可能にするために，調整リングに１個以上の調整ねじが設けられており，このねじはポンプの表面から操作可能である。このような機械的な変更以外にも，もちろん，ステータライニングに軸線方向変形を加えるため油圧式駆動装置を設けることもできる。作動液は，ケーブル３０を通って環状チャンバ３２に到達する。環状チャンバは，シール３４，３６によりライニング１８の方向および製品移送側の双方に対して制約される。

環状チャンバにおいて作用する油圧は，手動操作されるピストンねじにより，または自動的化された油圧システムにより制御することができる。油圧システムまたは電子装置は，ポンプの領域における圧力値または温度値に応じた調整リング２８の操作を可能にする。図３に見られるように，環状チャンバ３２は，調整リング２８および圧力フランジの端面３８に制約される。

調整リング２８が端面３８に隣接する場合，ステータライニングには，小さな予張力のみが作用する。環状チャンバに作動液がより多く圧入されるほど，ライニングはより圧縮され，内寸がより小さくなる。長時間のポンプ運転中において，ライニングの圧縮される距離が不充分な場合，ステータスリーブを短くすることによって修正可能であるが，その際，個別の素子，例えば環状素子を取り外す必要がある。

図５および図６には，別個の構成部材であるライニング１８およびステータスリーブ１６が示されており，たとえ運転中であっても，これらが全領域にわたって結合を生じることはない。ステータスリーブ内部におけるライニングのねじれ耐性構成は，これら素子が多角形状の内面および外面形状を有することによって生じる形状結合によってのみ確保される。ライニングを容易に着脱可能にするために，ステータスリーブに長手方向スリットを設けることができる。ステータスリーブの長手方向縁部４２，４４は，閉鎖レール４６と共に形状結合を生じる。閉鎖レール４６は，ステータスリーブの内側と同一平面をなしている。図５に示すステータスリーブは，一体として示されているが，複数の縦部材または横部材から構成することができる。挿入または取り外しを容易にするには，閉鎖レール４６を取り外したときにスリットの直径または長手方向スリットを増大可能とすることが重要である。

偏心ねじポンプの部分断面図である。 偏心ねじポンプの部分断面図である。 偏心ねじポンプの部分断面図である。 ステータおよび偏心ねじポンプの部分断面図である。 ステータスリーブの斜視図である。 ステータライニングの斜視図である。

１０ ステータ
１２ ポンプ端部材
１４ ポンプハウジング
１６ ステータスリーブ
１８ ステータライニング
２０ ストッパ
２２ ストッパ
２４ 移送チャンバ
２６ スペーサリング
２８ 調整リング
３０ ケーブル
３２ 環状チャンバ
３４ シール
３６ シール
３８ 端面
４０ 環状素子
４２ 長手方向縁部
４４ 長手方向縁部
４６ 閉鎖レール

Claims (19)

1. ロータに外周側から接触する弾性材料から形成されたステータライニングと，ステータライニングに外周側から接触するステータスリーブとを含むステータを備え，ステータスリーブの長手軸方向一端側にポンプハウジングを有すると共に他端側にポンプ端部材を有し，ステータスリーブがポンプハウジングとポンプ端部材に挟持された偏心ねじポンプを運転する方法において，
   前記ポンプの運転状況に応じて，ステータライニングの軸線方向長さを変化させることにより，ステータの内寸を変化させ，
   ステータライニングを，ステータスリーブに接したままその全長にわたって自由に移動可能とし，ステータの一方の側からのみ，ステータライニングに引張力または圧縮力を作用させ，
   ステータライニングを，圧縮力または引張力がポンプの長手軸線に対して平行に延在する，ステータライニングのステータスリーブとの接触面に沿って一様に分布するよう伸び縮みさせることを特徴とする方法。
2. ステータライニングの軸線方向一端部と接触させてポンプハウジングまたはポンプ端部材に配置され，ポンプの長手軸線方向に移動可能な調整リングにより，ステータライニングの軸線方向への変形を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ステータライニングが軸線方向に延長または縮小される距離を，駆動装置の電力消費量，ポンプ出口において測定された圧力，およびステータ領域において測定された温度のうち１つまたは複数に応じて調整することを特徴とする請求項１に記載の偏心ねじポンプを運転する方法。
4. 一定の質量容積を有するステータライニングを軸線方向に短縮することによって，内径全体を縮小することを特徴とする請求項１に記載の偏心ねじポンプを運転する方法。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の方法を実施するために用いる，ステータスリーブとその内部に配置されたステータライニングとを有する偏心ねじポンプにおいて，
   ステータライニングおよびステータスリーブを，別々の構成部分から形成し，
   ステータスリーブ（１６）の内面およびステータライニング（１８）の外面に，ステータの全長に沿って，ポンプの長手軸線に対して平行に延在する接触面を設け，
   ポンプ端部材（１２）またはポンプハウジング（１４）に，該ポンプ端部材または該ポンプハウジングに対し組立作業を行うことなくポンプの長手軸線に対して移動可能な調整リング（２８）を設けることを特徴とするポンプ。
6. 前記移動可能な調整リング（２８）を，油圧システムまたは空圧ユニットに接続することを特徴とする請求項５に記載の偏心ねじポンプ。
7. 前記調整リング（２８）の直径を不連続に変化させて，直径の大きい領域と直径の小さい領域とを形成することを特徴とする請求項５に記載の偏心ねじポンプ。
8. 前記調整リング（２８）のうち直径の大きい領域および直径の小さい領域の双方にそれぞれにシール（３４，３６）を設け，該シール（３４，３６）間に環状チャンバ（３２）を形成することを特徴とする請求項７に記載の偏心ねじポンプ。
9. 前記ステータスリーブ（１６）の，少なくとも一部を個別の環状素子により形成することを特徴とする請求項５に記載の偏心ねじポンプ。
10. 前記ステータスリーブ（１６）を，前記ステータライニング（１８）と形状結合させることを特徴とする請求項５に記載の偏心ねじポンプ。
11. 前記ステータライニング（１８）の外形を多角形状とすることを特徴とする請求項１０に記載の偏心ねじポンプ。
12. 前記ステータスリーブを，１個または複数個の部材から形成することを特徴とする請求項５に記載の偏心ねじポンプ。
13. 前記ステータスリーブ（１６）に，軸線に対して平行な長手方向スリットを設けたことを特徴とする請求項５に記載の偏心ねじポンプ。
14. 前記ステータスリーブ（１６）に，前記長手方向スリットを閉じるための閉鎖レール（４６）を設けることを特徴とする請求項１３に記載の偏心ねじポンプ。
15. 前記閉鎖レール（４６）と，前記ステータスリーブ（１６）におけるスリットの互いに平行な長手方向縁部（４２，４４）とを形状結合させることを特徴とする請求項１４に記載の偏心ねじポンプ。
16. 前記長手方向縁部（４２，４４）が前記ステータの径方向外向きに突出する突部を有し，前記閉鎖レール（４６）をこれら突部と重ねることを特徴とする請求項１５に記載の偏心ねじポンプ。
17. 前記閉鎖レール（４６）が，前記スリットを通して前記ステータの径方向内向きに突出する突部を有することにより，ステータスリーブ（１６）の内側と同一平面をなしていることを特徴とする請求項１６に記載の偏心ねじポンプ。
18. 閉鎖レールを取り外したときに前記ステータスリーブ（１６）の直径を増大可能とすることを特徴とする請求項１３に記載の偏心ねじポンプ。
19. 前記ステータスリーブ（１６）とポンプ端部材（１２）とにより，または前記ステータスリーブ（１６）とポンプハウジング（１４）とにより，一体ユニットを形成することを特徴とする請求項５〜１８のうち何れか一項に記載の偏心ねじポンプ。

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