WO1990003521A1

WO1990003521A1 - Exzenterschneckenpumpe

Info

Publication number: WO1990003521A1
Application number: PCT/DE1988/000599
Authority: WO
Inventors: Heinz Gruber
Original assignee: Gd-Anker Gmbh
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-05
Also published as: JPH03501635A; CH677518A5; GB2229227B; GB9010194D0; US5195880A; GB2229227A

Abstract

Der in einem Stator exzentrisch drehbar aufgenommene Rotor (3) herkömmlicher, zur Förderung von Mörtel eingesetzter Exzenterschneckenpumpen stellt ein Kostenträchtiges, insbesonderer druckseitig einem hohem Verschleiß ausgesetztes Bauteil dar, welches üblicherweise nach einseitig auftretendem Verschleiß verworfen wird. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine bessere Ausnutzung des Rotors (3) zu gewährleisten und auf diese Weise zur Erhöhung der Standzeit der aus Stator und Rotor (3) bestehenden Funktionseinheit beizutragen. Bei einer erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe sind beide stirnseitigen Enden des Rotors (3) mit Vierkantprofilen versehen, deren Außenabmessungen kleiner bemessen sind als der Kerndurchmesser des Rotors (3). Es besteht auf diese Weise die Möglichkeit, bei einseitig auftretendem Verschleiß des Rotors (3) diesen in umgekehrter Richtung in den Stator einzusetzen, so daß der noch nicht verschlissene Bereich nunmehr in den verschleißträchtigen druckseitigen Teil des Stators gelangt. Es wird auf diese Weise zu einer vollständigeren Ausnutzung des Rotors (3) insbesondere bei solchen Exzenterschneckenpumpen beigetragen, durch welche eine große Förderhöhe zu überwinden ist oder welche aus sonstigen Gründen einen hohen Ausgangsdruck aufbringen müssen.

Description

Exzenterschneckenpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Exzenterschneckenpumpe entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Exzenterschneckenpumpen sind als Fördereinrichtungen für abrasiv wirkende Feststoff-Flüssigkeits-Gemische wie z.B. Schlamm, Mörtel und dergleichen bekannt. Ihr Wesensmerkmal ist ein in einem zylindrischen Stator exzemtrisch drehender Rotor, der als Förderschnecke ausgebildet ist, wobei zwischen dem gewindeartig ausgebildeten Innenprofil des Stators und dem Schneckenprofil Förderräume gebildet werden, die durch Drehung des Rotors in Längsrichtung des Stators bewegt werden. Das Volumen dieser Förderräume bleibt während der Bewegung entlang des Stators konstant - es ändern sich lediglich deren Lage und Form. Als ein derartiger Förderraum kann - bezogen auf den Rotor - der zwischen zwei Gängen der

Schneckenwendel und dem Innenprofil des Stators umgrenzte Raum angesehen werden, so daß sich entsprechend der Gangzahl der Förderschnecke eine oder mehrere Stufen ergeben, in welchen der Druck des jeweils geförderten Mediums in Förderrichtung ansteigen kann. Der Antrieb der Exzenterschneckenpumpe erfolgt üblicherweise über eine an dem Rotor angebrachte Gelenkwelle, durch welche dessen Exzentrizität ausgeglichen wird.

Bei der Förderung von beispielsweise Mörtel oder sonstigen, mit abrasiv wirkenden Komponenten befrachteten Fördermedien tritt nun mit zunehmendem Druck in den Kammern ein zunehmender Verschleiß auf, der sowohl den Rotor als auch den Stator betrifft. Es kommt hierbei im Zeitablauf zu einem konischen Abtragen des Förderschneckenprofils, so daß schließlich eine hinreichende Abdichtung der genannten Stufen gegeneinander nicht mehr gegeben ist und ein zumindest teilweises Rückströmen des Fördermediums einsetzt, so daß die Förderleistung, insbesondere die erreichbare Förderhöhe bzw. der Ausgangsdruck unzureichend werden.

Obwohl die Herstellungskosten eines Rotors im Durchschnitt das Fünffache derjenigen eines Stators betragen, erstreckt sich der größte Teil der bisher unternommenen, auf die Erhöhung der Standzeit der Exzenterschneckenpumpe gerichteten Maßnahmen auf den Stator, dessen Gestalt entsprechend dem fortschreitenden Verschleiß verändert worden ist. So zeigt beispielsweise die DE-AS 1 553 199 einen nachstellbaren Stator für eine Exzenterschneckenpumpe, der als elastische, zwei- oder mehrgängige Hohlschraube ausgebildet ist, die innerhalb eines längsgeschlitzt ausgestalteten, über eine Spannhülse spannbaren Rohrmantels angeordnet ist. Durch ein Nachspannen des Rohrmantels kann eine Veränderung der Geometrie des Rotors in gewissen Grenzen ausgeglichen werden. Eine andere, dieser Technik ebenfalls zuzuordnende Variante ist aus der DE-PS 33 04751 bekanntgeworden. Hiernach befindet sich ein, einen über die Pumpenlänge einen konstanten Windungsquerschnitt aufweisender Rotor in einem Stator, dessen Querschnitt ausgehend von der Saugseite bis zur Druckseite hin kontinuierlich verringert ist, so daß die auf dem Rotor lastende mechanische Vorspannung druckseitig, nämlich an der Stelle, an der der größte Verschleiß zu erwarten ist, entsprechend zunimmt. Charakteristisch für diese bekannten Exzenterschnekcenpumpen ist auch, daß ein einseitig, nämlich im druckseitigen Bereich verschlissener Rotor verworfen werden muß, da aufgrund der Abmessungen des antriebsseitig angebrachten Gelenkkopfes ein umgekehrtes Einsetzen in den Stator nicht möglich ist. Es findet hierbei somit trotz der oben angegebenen Kostenrelation zwischen dem Rotor und dem

Stator im praktischen Betrieb eine nur unzureichende, konstruktionsbedingte Ausnutzung des Rotors statt.

Förderschnecken werden üblicherweise mit mehreren Stufen ausgebildet, um eine bestimmte Förderhöhe zu erreichen.

Da die pro Stufe erreichbare Drucksteigerung begrenzt ist, wird somit im wesentlichen durch die Zahl der Stufen die erreichbare Förderhöhe bzw. der erreichbare Ausgangsdruck festgelegt. Förderschnecken können mittels der an sich bekannten Technik des Gewindewirbeins schnell und kostengünstig hergestellt werden. Problematisch ist jedoch die Herstellung von langen, verhältnismäßig dünnen Schneckenprofilen von hoher Stufenzahl, bei denen sich diese Technik unter anderem aufgrund der unzureichenden mechanischen Stabilität des Schneckenprofils kompliziert gestaltet.

Es können somit diese bekannten Exzenterschneckenpumpen mit Hinblick auf die Kostensituation des Rotors insbesondere bei großen Förderhöhen bzw. hohen Ausgangsdrücken nicht als verschleißgerecht angesehen werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Exzenterschneckenpumpe der eingangs bezeichneten Gattung mit Hinblick auf die Standzeit des Rotors auszugestalten, so daß deren

Eignung zur Förderung abrasiver Medien insbesondere über große Förderhöhen verbessert wird. Diese Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungswesentlich ist, daß aufgrund der besonderen

Ausgestaltung der stirnseitigen Enden des Rotors dieser in beiden Richtungen in einen Stator eingesetzt werden kann, so daß bei auftretendem einseitigem, nämlich druckseitigem Verschleiß der verschlissene Bereich des Rotors in den saugseitigen Bereich des Stators gelangt, der in vielen Fällen ohnehin nahezu drucklos betrieben wird, so daß aus der Tatsache, daß in diesem Bereich ein verschlissener Rotorteil eingesetzt ist, keine wesentlichen Beeinträchtigungen der Förderleistung zu erwarten sind. Andererseits kann ausgangsseitig praktisch der erforderliehe Druck aufgebaut werden, da dann hier ein unverschlissener Rotorabschnitt zum Einsatz gelangt. Es wird auf diese Weise der ursprünglich konisch abgetragene

Rotor in Umkehrrichtung zu diesem Konus wieder eingesetzt, bis im Endzustand die ursprüngliche Konizität abgetragen und der Rotor nunmehr auf seiner gesamten Länge gleichmäßig verschlissen ist. Voraussetzung für diese Verwendbarkeit des Rotors ist, daß dieser sich trotz der stirnseitig angebrachten Kupplungseinrichtungen axial in den Rotor einsetzen läßt. Letzteres wird dadurch erreicht, daß die Außenmaße der Kupplungseinrichtungen kleiner bemessen sind, als der Kerndurchmesser des Rotors. Der nach erneutem umgekehrtem Einsetzen in einen Stator auf seiner gesamten Länge nunmehr gleichmäßig verschlissene Rotor kann grundsätzlich in einem entsprechend dem Ausmaß des Verschleißes kleiner bemessenen Stator eingesetzt werden. Dies ist stets in dem Umfang möglich, in dem die dem Oberflächenbereich gehärtete Schicht des Rotors noch nicht vollständig abgetragen ist. Es kann somit in kleiner bemessenen Statoren der Rotor wiederum beidseitig im oben aufgeführten Sinne verschlissen werden.

Die Ausgestaltung der Kupplungseinrichtungen beispielsweise als Vierkantprofile entsprechend dem Anspruch 2, deren Zentraladiβe gleichachsig zur Längsmittelachse des Rotors verläuft, ist fertigungstechnisch sehr einfach handhabbar und insbesondere kostengünstig herstellbar.

Die Anbindung eines Antriebssystems an die Vierkantprofile kann grundsätzlich in beliebiger, an sich bekannter Weise erfolgen.

Das Verbundsystem, bestehend aus Stator und Rotor wird üblicherweise mit einer begrenzten Stufenzahl hergestellt, so daß über die Merkmale des Anspruchs 3 eine sehr einfache Möglichkeit eröffnet wird, eine Hochdruckpumpenanordnung bereitzustellen, bei welcher in jedem Sator ein

Rotor eingesetzt ist, der beidseitig mit Kupplungseinrichtungen, insbesondere Vierkantprofilen ausgerüstet ist. Diese Kupplungseinrichtungen sind derart ausgestaltet, daß diese auch miteinander leicht in Eingriff gebracht werden können. Dies kann im Fall von Vierkantprofilen in besonders einfacher Weise durch eine innenseitig entsprechend ausgestaltete Muffe erzielt werden. Nachdem vielstufige, für Hochdruckpumpen geeignete Rotoren als teuer angesehen werden, kann auf diese Weise mittels der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpen durch einfache schaltungstechnische Zusammenfassungen derselben mit nur wenigen Standardgrößen eine große Variationsbreite von

Hochdruckpumpenanordnungen von unterschiedlicher Stufenzahl bereitgestellt werden. Dies kann erreicht werden durch bloße Zusammenfassung von im obigen Sinne ausgestalteten, kostengünstig herstellbaren drei- bzw. vierstufigen

Schneckenpumpen. Anwenderseitig ergibt sich auf diese Weise nicht nur eine besonders verschleißgünstige Hochdruckpumpe sondern auch eine solche, deren Stufenzahl in einfachster Weise den jeweiligen Erfordernissen, beispielsweise unterschiedlichen Förderhöhen angepaßt werden kann.

Die Merkmale des Anspruchs 4 eröffnen eine einfache Möglichkeit der Ankopplung eines zentrisch drehenden Antriebssystems an den exzentrisch drehenden Rotor. Es ist diese Ankopplung eines Antriebssystems an die, an den Rotoren angebrachten Vierkantprofile praktisch möglich, da - in Flußrichtung des zu fördernden Mediums gesehen - den Exzenterschneckenpumpen häufig eine verhältnismäßig lange Zwischenwelle vorgeschaltet ist, über welche die Ankopplung an einen Motor erfolgt. Bei einer Exzentrizitat von 1 cm bis 2 cm des Rotors kann die Länge dieser, der Anbringung von an sich bekannten Misch- und/oder

Förderorganen dienenden Zwischenwelle beispielsweise

50 cm betragen, so daß sich ein dementsprechend kleiner Schwenkwinkel der Zwischenwelle gegenüber der Längsmittelachse des Rotors ergibt.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen übereinstimmende Funktionselemente auch übereinstimmend beziffert sind, weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Rotors;

Fig. 3 eine Stirnansicht eines Rotors in einer Ebene

III-III der Fig. 2;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Endbereichs eines Rotors in einer Ebene IV-IV der Fig. 5; Fig. 5 eine Schnittdarstellung des Endbereichs eines

Rotors in einer Ebene V-V der Fig. 4.

Mit 1 ist in Fig. 1 das zylindrische Gehäuse einer Exzenterschneckenpumpe bezeichnet, um dessen Längsmittelachse 2 in an sich bekannter Weise ein Rotor 3, dessen Längsmittelachse mit 4 bezeichnet ist, um das Maß 5 exzentrisch drehbar gelagert ist. Während der Drehung des Rotors 3 lauft dessen Längsmittelachse 4 somit auf einer zylindrischen Fläche um die Längsmittelachse 2 des Gehäuses 1 um.

Das Gehäuse 1 besteht beispielsweise aus einem metallischen Mantel 6, dessen Innenseite einen zeichnerisch nidnt wiedergegebenen, mit dem in Fig. 1 gezeigten Schneckenprofil 7 des Rotors 3 zusammenwirkenden, Förderräume für das zu fördernde Medium, hier vorzugsweise Mörtel bildenden Einsätz trägt, der beispielsweise aus einem verschleiß festen Gummi besteht und an der Innenseite des Mantels 6 anvulkanisiert ist.

Der Rotor 3 besteht aus einem insbesondere gegenüber abrasiver Beanspruchung verschleißfesten, gehärteten

Stahl und weist ein Schneckenprofil beispielsweise in der Form eines eingängigen Gewindes auf.

Die Innenkontur des zusammen mit dem Mantel 6 den Stator bildenden Einsatzes ist in an sich bekannter Weise als Steilgewinde ausgebildet, welches entsprechend der Exzentrizität des Rotors 3 mit dessen Schneckenprofil 7 - in Achsrichtung gesehen - Förderräume von im wesentlichen gleichem Volumen jedoch unterschiedlicher Form und Orientierung bildet. Formal können hierbei die jeweils durch zwei Gänge des Schneckenprofils 7 gebildeten Abschnitte als jeweils eine abgeschlossene Kammer betrachtet werden, wobei - in Förderrichtung 8 gesehen - der zu erwartende Druck und damit auch die auftretende abrasive Beanspruchung von Rotor und Stator zunimmt. Der Rotor 3 ist an beiden Stirnseiten 9, 10 mit Vierkantanschlüssen 11 ausgerüstet, die in Richtung der Längsmittelachse 4 verlaufen. Es sind diese Vierkantanschlüssehinsichtlich ihrer Außenmaße kleiner bemessen als der Kerndurchmesser des Rotors.

Die Vierkantanschlüsse 11 ragen aus beiden stirnseitigen Enden des Mantels 6 heraus und dienen dem Anschluß eines Antriebsaggregats, welches über eine Gelenk-Zwischenwelle angeschlossen ist. Beispielsweise kann entsprechend der Förderrichtung 8 die Einlaufseite an der Stelle 12 angeordnet sein, wobei über den hier befindlichen Vierkantanschluß 11 der Antrieb erfolgt. Der auf der Auslaufoder Druckseite 13 befindliche Mehrkantanschluß läuft in diesem Fall leer mit. Praktisch kann bei Mörtelförderung an der Auslaufseite ein entsprechender Schlauch angeordnet sein oder auch ein Zwischenbehälter. In letzterem Fall kann auf dem auslaufseitigem Vierkantanschluß 11 beispielsweise ein Rührer oder eine vergleichbare Einrichtung fest, jedoch lösbar angeordnet sein, durch welche der in dem Zwischenbehalter stattfindende Durchmischungsvorgang verbessert wird.

Eine besonders einfache Anschlußmöglichkeit für den exzentrisch drehenden Rotor 3 ist in den Fig. 4 und 5 wiedergegeben, gemäß welchem der Antrieb über eine, an einer Zwischenwelle 14 angeformte Vierkantmuffe 15 erfolgt.

Die der Zwischenwelle 14 sowie der Vierkantmuffe 15 gemeinsame Längsmittelachse 16 ist um einen geringen Winkel α der Längsmittelachse 4 geneigt angeordnet, wobei die Zwischenwelle 14 an ihrem, dem hier gezeigten Rotor abgekehrten Ende ebenfalls über einen Vierkantanschluß und eine Vierkantmuffe mit einem Rotor in Verbindung steht.

Durch die Vierkantanschlüsse in Verbindung mit den diesen zugeordneten Vierkantmuffen werden somit zwei Gelenke nachgebildet, über welche die Zwischenwelle 14 einerseits an dem Rotor 3 und andererseits an einem Motor angekuppelt ist. Die Vierkantmuffe weist ein Übermaß gegenüber dem Vierkantanschluß auf, über welches die Exzentrizität des Rotors ausgeglichen wird.

Das hauptsächliche Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe betrifft die Förderung von Fertigmörtel aller Art, nämlich Gips-, Gips-Kalk, Grundputz, Kalk-Zement oder Dämmputze, jedoch auch Betonsaniermörtel und Fließestrich, mit Korngrößen bis 16 mm. Sie kann darüber hinaus auch als Pumpe für Ankermörtel und bei Injektionsankern eingesetzt werden. Hierbei stellt sich - wie bereits erwähnt - mit zunehmendem Druck ein zunehmender Verschleiß ein, durch welchen die Kontur des ursprünglich zylindrischen Rotors insbesondere im auslaufseitigen Endbereich zunehmend abgetragen wird, so daß sich eine global konische Gestalt des Rotors ergibt. Hat dieser Verschleiß ein nicht mehr tragbares, die Förderleistung der Pumpe herabsetzendes Ausmaß erreicht, wird diese aus dem ebenfalls verschlissenen Stator axial entfernt und umgekehrt in einen neuen Stator eingesetzt, so daß das vorher einlaufseitige Ende nunmehr im auslaufseitigen Endbereich eingesetzt ist. Es ist dieses auslaufseitige Ende aufgrund der dort lediglich geringfügigen Beanspruchung noch geeignet, um im auslaufseitigen Endbereich eine hinreichende Abdichtung und damit eine ausreichende Förderleistung sicherzustellen. Der Einsatz des verschlissenen Endbereichs im einlaufseitigen Teil ist praktisch gerechtfertigt, da aufgrund des hier anstehenden geringen Druckes eine nennenswerte Beeinträchtigung der Förderleistung nicht zu befürchten ist.

Claims

An s p r ü c h e

1. Exzenterschneckenpumpe mit jeweils mindestens einem

Stator und einem Rotor (3), der exzentrisch in dem

Stator drehbar aufgenommen und an einem Ende über

eine Kupplungseinrichtung mit einem Antriebssystem in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der

Rotor (3) an beiden stirnseitigen Enden mit Kupplungseinrichtungen ausgerüstet ist, deren Außenmaße kleiner bemessen sind als der Kerndurchmesser des Rotors (3).

2. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtungen als

Vierkantprofile bzw. Profile von sonstigem polygonalem Querschnitt ausgebildet sind, deren Zentralachse

gleichachsig mit der Längsmittelachse (4) des Rotors (3) verläuft.

3. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Statoren stirnseitig dichtend aneinander befestigt sind und daß die im Befestigungsbereich der Statoren einander gegenüberstehenden Kupplungseinrichtungen miteinander im Eingriff stehen.

4. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung der Kupplungseinrichtung an das Antriebssystem über eine, um einen geringen Winkel zur Längsmittelachse (4) des Rotors

(3) geneigt verlaufende Achse drehbar gelagerte Vierkantmuffe erfolgt, wobei die Exzentrizität des Rotors (3) mittels eines Übermaßes der Vierkantmuffe ausgeglichen ist.