JP6091604B2 - 自己固定型ステータハウジング - Google Patents

Description

本発明は，エラストマ製のステータ内側部を有する偏心ねじポンプ用のステータケーシングに関し，特に，複数のシェル状ケーシングセグメントで構成されるステータケーシングに関する。更に，本発明は，このようなステータケーシング用のケーシングセグメント，並びにステータの製造方法に関する。

偏心ねじポンプは，ステータ内にねじ形状のロータを回転可能に配置し，該ロータが，その長手方向軸線周りでステータ軸線に対して偏心回転させる構成を有している。ステータのロータに対向する側は，二重ピッチを有し，かつロータ形状に対応する二条つる巻き部を備える。ステータの内空スペースは，断面において，互いに対抗する側で２つの半円状領域が接続された矩形領域を形成し，その半円状領域の直径はロータ形状の直径に対応している。これにより，ロータとステータとの間には，寸法の等しい複数のチャンバが形成される。これらチャンバ内において，送給媒体がロータ及びステータの異なるピッチに基づいて軸線方向に搬送される。通常，ロータは鋼等の低摩耗材料で構成され，ステータはゴム等の弾性材料で構成されている。

実用上の見地から，エラストマ製のステータ内側部には往々にして鋼製ケーシングが設けられ，この場合にステータは，例えば加硫によりケーシング内に結合される。ステータは，弾性材料からなるために大きな摩耗を生じ，それ故にステータ又はステータケーシングの定期交換が必要となる。その交換に必要とされる保守作業を最小限とする見地から，適切な対応策が模索されている。

弾性材料からなる少なくとも１個のステータと，該ステータ内に配置されたロータとを備える偏心ねじポンプは，例えば特許文献１（独国特許出願公開第102008021920号明細書）に開示されている。この場合，ステータには互いに重なりつつステータを完全に包囲するセグメントストリップが設けられている。

特許文献２（独国特許出願公開第3312197号明細書）には，複数個のセグメントを互いに形状密着結合させてなるステータケーシングを備える偏心ねじポンプが開示されている。その形状密着結合部は，一種の突部・溝型の継手として構成されている。

独国特許出願公開第102008021920号明細書 独国特許出願公開第3312197号明細書

セグメントで構成したステータケーシングを備えるステータにあっては，セグメントを容易に，しかも短時間で組立て・分解できる構成とすることが望ましい。また，セグメント自体についても，更なる補助的な安定化素子を使用せずにすることなく，ステータに所要の剛性を付与できる構成とすべきである。しかしながら，上述した既知の解決策はその適応性に限界がある。

従って，本発明の解決しようとする課題は，本明細書の冒頭に記載した形式のステータケーシングと，そのようなステータケーシングの製造方法を改良し，保守作業の低労務化を可能とすることである。

この課題は，請求項１に記載した特徴によって解決される。即ち，ステータケーシングの長手方向で互いに隣接するケーシングセグメントが，ステータケーシングの長手方向軸線周りで互いにオフセットして配置されて互いに結合される。各ケーシングセグメントは結合手段を備える。そして，少なくとも４個のケーシングセグメントが互いに係合してステータケーシングとしてのアセンブリを構成する。そのために，本発明においては，位置決め手段を端面における歯状部として構成する。

本発明は，ステータケーシングを複数の構成部分で構成すれば，ステータの交換が比較的に容易となり，かつ作業時間の短縮が図れるとの着想に基づくものである。ケーシングのセグメントは，追加的な工具を使用せずに開放及び再結合可能とすべきである。しかしながら，他方において，ステータケーシングの主たる機能，即ちステータに対して所要の剛性を付与する機能は，可能な限り阻害されない構成とすべきである。

上述した要件を満足させるべく，本発明では，個別的なケーシングセグメントによりステータ全体を包囲するものとし，各ケーシングセグメントを互いに着脱可能に結合し，少なくとも４個のケーシングセグメントにより安定したアセンブリを形成する。この目的のため，各ケーシングセグメントに結合手段を設け，該結合手段を好適には位置決め手段としても機能させてケーシングセグメント相互間での確定的な相対的位置決めを可能とする。そのために，結合手段は好適には互いに対応する形状とし，位置決め手段を設けたセグメントを隣接するセグメントと形状密着させると共に，両者を互いに摩擦結合させる構成とする。ステータの長手方向で互いに隣接するケーシングセグメントは，ステータの長手方向軸線周りで互いにオフセットさせて配置する。

ケーシングセグメントの所定位置からの位置ずれや離脱に対処するため，ケーシングセグメントはロックを可能とする素子との結合領域に配置し，互いに隣接する２個のケーシングセグメントにおける少なくとも２個の対応する素子によりロック手段を構成する。この場合，ケーシングセグメントはクランプ手段により軸線方向に固定され，その結果としてステータケーシングの実際の剛性を高め，ステータに必要とされる剛性を確保することができる。

ステータケーシングの長手方向で互いに隣接するケーシングセグメントは，好適には，ステータケーシングの長手方向軸線周りで互いに90°の角度でオフセットして配置される。この場合，ステータケーシング相互間の特に効果的な結合が行われ，これによりケーシングセグメントがステータをメッシュ状に包囲する。このような配置によれば，好適には２個のケーシングセグメントがステータの周方向に分布配置され，これらのケーシングセグメントにステータの軸線方向で隣接するケーシングセグメント対はステータケーシングの長手方向軸線周りで90°の角度でオフセットさせて配置される。ステータは，互いに係合する位置決め手段を設けたことにより，対をなす２個のケーシングセグメントの結合部においてのみならず，合計４個のケーシングセグメントの結合部において包囲されることとなる。

ステータの効果的な設計のため，ステータケーシングは少なくとも４個のケーシングセグメントを備える。この場合，少なくとも４つの結合点を有するメッシュ状の結合部を形成することにより，ケーシングセグメント相互間の結合が改善される効果が達成される。

好適には，少なくとも６個のケーシングセグメントをステータの周方向に分布させて配置する。これにより，比較的大型のステータの場合でも，対応して大型化したケーシングセグメントは必ずしも必要ではなくなる。更なる利点は，ケーシングセグメントの自己支持長さが短縮することである。ここに「自己支持長さ」とは，ケーシングセグメントの自由長を指す。ケーシングセグメントの自己支持長さが長ければ，偏心ねじポンプの作動の間にケーシングセグメントが曲げ変形を生じるリスクが高まる。ロータの運動のために半径方向外向きに作用する力が生じ，この力はケーシングセグメントに作用する曲げ負荷につながる。

ケーシングセグメントで覆われるステータ表面に対するケーシングセグメントの寸法は，ケーシングセグメント毎に異ならせることができる。特に，ケーシングセグメントは異なる長さを有することができる。例えば，合計６個のケーシングセグメントを備えるステータケーシングの場合に，比較的大きな２個のケーシングセグメントをステータの周方向に分布させて配置し，各端面においてそれぞれ，比較的小さな２個のケーシングセグメントを配置することができる。

追加の固定手段として任意的に設けられるロック手段は，好適には，互いに係合する結合手段により構成する。この実施形態において，結合手段は，安定なアセンブリを形成する機能や，必要に応じてケーシングセグメントを互いに整列させる機能とは別に，位置確保手段としても機能する。

更に，ステータケーシングには，その外側で半径方向に延在する構造素子を設けるのが有利である。この構造素子により中空スペースを形成すれば，ステータの剛性を過度に損なうことなく材料の削減と軽量化が可能である。この構造素子には，クランプ素子を収めるための凹部を形成することができる。ステータの長手方向に延在するクランプ素子により，ケーシングセグメントを締結フランジとポンプハウジングとの間にクランプすることができる。

ステータケーシングをエラストマ製のステータ内側部上で軸線方向に固定するため，このステータ部品には保持素子を設けることができる。例えば，保持素子は端面突部として構成することができる。特に，この目的のためのカラーを，エラストマ製のステータ内側部の端面端部に設けることができる。これに関連して，ステータの端面に配置されたケーシングセグメントは当該カラーを収める形状に形成することができる。このようなステータの実施形態は，カラー側での固定にも関らず，エラストマ製のステータ内側部に所定の軸線方向可動性を付与できる利点がある。

ポンプ作動の間，ロータの回転によりステータケーシング内におけるエラストマ製ステータ部品が回転するのを防止するため，ステータを多角形断面に形成し，同様に多角形断面としたステータケーシングにより包囲することができる。

本発明に係るステータケーシング用のケーシングセグメントは，好適には，その端部で，少なくとも１つの歯面がつる巻状に延在する歯状の結合手段を設ける。これにより，各ケーシングセグメントの相対的な位置決めを容易に行うことが可能である。この目的のため，位置決め手段は互いに対応する形状とし，その際にセグメントにおける２つの結合手段の間に，それぞれ隣接するセグメントの結合手段を形状密着嵌合的に収める構成とする。これにより，結合手段が位置決め手段としても機能する。

互いに対向する２つの歯面が同様につる巻状に延在するため，ロック手段は一種のアンダーカットとして構成される。

上述した追加的なロック手段を形成するため，互いに隣接する２個のケーシングセグメントが一方では１つ又は複数の突部を備え，これら突部は隣接するセグメントに設けた対向する凹部内に位置させてロック素子として機能させることができる。

好適な実施形態において，結合手段における歯面は，凹部の領域内でつる巻状に延在する。

ステータの周方向に特に４個以上のケーシングセグメントを配置した実施形態によれば，ケーシングセグメントの組み立て及び分解を容易に行うことができる。例えば，ステータの周方向で互いに隣接するケーシングセグメントの結合手段はつる巻状に延在する歯面を有していないのに対し，ステータの長手方向で互いに隣接するケーシングセグメントの結合手段はつる巻状に延在する歯面を有している。

結合手段は，好適には，ケーシングセグメントの端面におけるステータケーシングの長手方向に延在するＶ字状又はＵ字状の凹部により構成する。この場合，各ケーシングセグメントは端面に２つの歯状結合手段を有する。各結合手段は互いに係合し，凹部に対応する形状，特に隣接するケーシングセグメントにおけるＶ字状又はＵ字状の凹部に対応する形状を有する。

ケーシングセグメントにおける凹部は，特に好適には，構造要素の外側から半径方向に延在する部分に沿って形成されている。これにより，互いに対向する結合手段の接触面積，又は互いに対向するケーシングセグメントの接触面積は，ステータケーシングの肉厚と対比して拡大されることとなる。従って，ステータケーシングの剛性を更に高めることができる。

本発明に係るステータを製造するため，ステータを偏心ねじポンプ内においてクランプし，そのクランプにより生じた力の成分をケーシングセグメントに作用させ，ケーシングセグメントを互いに係合させ，これにより半径方向の力成分を発生させてアセンブリを構成する。

本発明に係る結合手段の構成により，半径方向の力成分が生じる。即ち，端面をつる巻状としたことにより結合素子が互いに押圧され，その際には，傾斜面の場合と同様，軸線方向に作用する力に由来する半径方向の力成分が，互いに隣接するケーシングセグメントを押圧して堅固なアセンブリを形成する。

本発明により達成される利点は，特に，シェル状のケーシングセグメントをステータに対して自己支持状態で容易に結合することができ，クランプ後に安定なステータケーシングを形成できることである。必要であれば，上述したように比較的高度の摩耗を生じるステータを，低い労務負荷の下で交換することができる。ケーシングセグメントを組み立てる際に隣接するケーシングセグメント間で相互作用が生じるので，安定でねじり抵抗性の高いアセンブリによりステータケーシングを形成することが可能である。

以下，本発明の例示的な実施形態を添付図面に基づいて更に詳述する。図中，対応する構成要素は同一の符号で表す。

４個のシェル状ケーシングセグメントで構成したステータケーシングを備えるステータの斜視図である。 図１のステータケーシングにおけるケーシングセグメントの斜視図である。 ステータケーシングの長手方向で互いに隣接させ，ステータケーシングの長手方向軸線周りでは90°だけオフセットして配置した２個のケーシングセグメントの斜視図である。 ６個のシェル状ケーシングセグメントで構成され，２個の比較的大きなケーシングシェルがステータの周方向に分散配置され，端面にそれぞれ２個の比較的小さいケーシングシェルが配置されたステータを備える偏心ねじポンプの分解斜視図である。 図４の偏心ねじポンプをケーシングセグメントのクランプ状態で示す斜視図である。

図１は，偏心ねじポンプ４のステータ２を示し，ステータ２はその外周において等寸法のシェル状ケーシングセグメント６により包囲されており，これらのケーシングセグメント６はステータケーシング８を形成する。本発明の一実施形態において，ケーシングセグメント６は，エラストマ製のステータ内側部９の外側に配置される。ステータ内側部９は，弾性特性を有するゴム状材料よりなり，他方，ステータケーシング８は金属材料から製造されている。エラストマ製のステータ内側部９は，その端部における端面に，カラー10として構成した突部が設けられており，これらのカラー10はステータケーシング８に端部で隣接する。その際にステータケーシング８は，カラー10の間で軸線方向に保持され，ステータ内側部９の弾性により予圧される。

更に，ステータケーシング８にはその外側から半径方向に延在する構造素子12が設けられており，これらの構造素子12はステータケーシング８をリブ状又はウェブ状に包囲する。軸線方向に延在する構造素子12はステータケーシング８に剛性を付与し，周方向に延在する構造素子12はステータ２に作用する圧縮力を吸収する。ケーシングセグメント６の結合点14領域において，ケーシングセグメント６の構造素子12は隣接するケーシングセグメント６と一体的に形成されている。

ケーシングセグメント６がステータケーシング８の全長に亘ってクランプされるため，構造素子12にはクランプ素子28を収める凹部30が形成される。

図１に示すステータケーシング８における個別的なケーシングセグメント６として，ステータケーシングの端面から軸線方向に延在するＶ字状の凹部16が設けられ，自己支持長さＬを有するケーシングセグメント６を図２に示す。これにより構成された２つの歯状結合手段18は，長手方向軸線周りでつる巻き状に延在する接触面を有する歯面20を備える。凹部16の始点は，歯面20の始点でもある。この始点から，ケーシングセグメント６の内側領域から延在するロック素子24として構成された突部が凹部16内に突出する。ロック素子24に対応する凹部26も，結合手段18の端部領域における歯状部に設けられている。結合手段18の端部は切り詰められており，これは主として当該端部を隣接するケーシングセグメント６内でくさび形状とするためである。

ロック素子24及び凹部26は，一方では追加的なロック手段を構成し，他方ではケーシングセグメント６の製造段階における製造公差を補償するものでもある。

図３に示すように，互いに長手方向で隣接するケーシングセグメント６は，図１に示すステータケーシング８の場合には，長手方向軸線周りで互いに90°の角度でオフセットして配置されている。ケーシングセグメント６の内側と，ステータケーシング８の外側（図示せず）は，多角形に形成されている。これら２個のケーシングセグメント６は，結合手段18のつる巻き状領域20と，ロック手段を構成するロック素子24及び関連する凹部30とによる結合部においてステータケーシングアセンブリを形成する。

結合手段18を設けたことにより，補助的な手段を用いることなくケーシングセグメント16を容易かつ確実に結合することが可能である。歯面20の寸法も重要な役割を演じる。材料削減及び軽量化のために，ステータケーシング８の肉厚がケーシングセグメント６の寸法よりも小さいため，歯面20はステータケーシング８の肉厚よりも可能な限り大とすべきである。そのためにケーシングセグメント６の凹部16が構造素子12に沿って設けられている。歯面20の寸法を増大することにより，結合手段18のロック機能も高まる。

図４は，６個のシェル状ケーシングセグメント６を備える偏心ねじポンプを示す。この実施形態においては，比較的短い２個のケーシングセグメント6a, 6bがステータケーシング８の端面毎に割り当てられ，一方では締結フランジ32上に，他方ではポンプハウジング34上に配置されている。比較的長い２個のケーシングセグメントによりステータ内側部９を，比較的短いケーシングセグメント6a, 6bの間で同心的に包囲する。

図５は，図４に示す偏心ねじポンプ４の組み立て完了状態を示し，ここにステータ２はプランプ素子28によりポンプハウジング34とフランジ32との間にクランプされている。クランプ素子28はステータケーシング８の長手方向に延在し，そのために全ての構造素子12にはクランプ素子28に沿って凹部30が設けられている。この実施形態においては，金属ロッド28がクランプ素子として機能し，これら金属ロッド28の端部にはメートルねじ部が設けられている。対応するナット36を締結することにより各ケーシングセグメント６が固定され，エラストマ製ステータ内側部９の周りで安定なケーシング８が形成されている。

本発明に係る偏心ねじポンプ４は，ステータケーシング８を簡単に，しかも短時間で組み立て及び分解可能であり，これによりエラストマ製ステータ内側部９の交換作業の可能な限りでの低労務化を達成するように構成されている。本発明に係るステータケーシング８の構成，即ち自己支持機能及び自己心出し機能を有する複数のケーシングセグメント６を組み合わせてなるステータケーシング８の構成に基づき，ケーシングセグメント６を必要に応じてエラストマ製のステータ内側部９に組み込み，又は取り外すことができ，そのために追加的な補助手段や特別な知識は不要である。このようなステータケーシング８は低コストで製造及び修理可能であり，これは，図１に示すように，寸法が等しい４個のケーシングセグメント６をステータ内側部９の周方向に配置した場合に，各ケーシングセグメント６が同一形状を有するからである。

2 ステータ
4 偏心ねじポンプ
6 ケーシングセグメント
8 ステータケーシング
10 カラー
12 構造要素
14 結合点
16 Ｖ字凹部
18 結合手段／位置決め手段
20 歯面（つる巻状）
22 歯面の始点
24 ロック素子
26 ロック素子用の凹部
28 クランプ素子
30 クランプ素子用の凹部
32 締結フランジ
34 ポンプハウジング
36 ねじナット
L 自己支持長さ

Claims (12)

1. エラストマ製のステータ内側部（９）を有する偏心ねじポンプ用のステータケーシング（８）であって，複数個のシェル状ケーシングセグメント（６）を備えるステータケーシング（８）において，ステータケーシング（８）の長手方向で互いに隣接するケーシングセグメント（６）がステータケーシング（８）の長手方向軸線周りで互いにオフセットして配置され，各ケーシングセグメント（６）が結合手段（18）を備え，少なくとも４個のケーシングセグメント（６）が互いに係合してアセンブリを構成し，
   前記結合手段（18）が端面における歯状結合部であり，前記歯状結合部は，互いに着脱可能に結合されていることを特徴とするステータケーシング。
2. 請求項１に記載のステータケーシング（８）において，前記結合手段（18）が位置決め手段でもあることを特徴とするステータケーシング。
3. 請求項１又は２に記載のステータケーシング（８）において，ステータケーシング（８）の長手方向で互いに隣接するケーシングセグメント（６）が，ステータケーシング（８）の長手方向軸線周りで互いに90°の角度でオフセットして配置されることを特徴とするステータケーシング（８）。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載のステータケーシング（８）において，ステータケーシング（８）が，少なくとも６個のケーシングセグメント（６）で構成されることを特徴とするステータケーシング。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のステータケーシング（８）において，ケーシングセグメント（６）は互いに長さが異なることを特徴とするステータケーシング。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のステータケーシング（８）において，該ステータケーシング（８）が，エラストマ製のステータ内側部（９）上で保持手段（10）により固定されることを特徴とするステータケーシング。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載のステータケーシング（８）用のケーシングセグメント（６）において，少なくとも１つの歯面（20）が，つる巻状に延在することを特徴とするケーシングセグメント。
8. 請求項７に記載のケーシングセグメント（６）において，前記歯状結合部の前記歯面（20）が，凹部（16）の領域に設けられていることを特徴とするケーシングセグメント。
9. 請求項７又は８に記載のケーシングセグメント（６）において，前記結合手段（18）がＶ字状又はＵ字状の凹部（16）を有し，該凹部がケーシングセグメント（６）の端面でステータケーシング（８）の長手方向に延在することを特徴とするケーシングセグメント。
10. 請求項８又は９に記載のケーシングセグメント（６）において，前記凹部（16）が，構造要素（12）の外側から半径方向に延在する部分に沿って形成されていることを特徴とするケーシングセグメント。
11. 請求項８〜１０の何れか一項に記載のケーシングセグメント（６）において，前記結合手段（18）が位置決め手段であり，前記凹部（16）内に突出するロック素子（24）を備え，該ロック素子（24）に対応する凹部（26）が前記位置決め手段（18）の端部領域に設けられていることを特徴とするケーシングセグメント。
12. 請求項１〜１１の何れか一項に記載の特徴を有するシェル状ケーシングセグメント（６）の複数個で構成されたステータケーシング（８）を備える偏心ねじポンプ（４）。

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