WO1999064743A1 - Rotor für schnecken- und exzenterschneckenpumpen - Google Patents

Rotor für schnecken- und exzenterschneckenpumpen Download PDF

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Guido Gutmann
Johann Kreidl
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Netzsch-Mohnopumpen Gmbh
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    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a rotor for screw and eccentric screw pumps with a rotor head and a rotor jacket made of highly wear-resistant ceramic.
  • Screw and eccentric screw pumps belong to the group of rotating positive displacement pumps. Two of the essential elements of this pump are the helical rotor and the stator. The rotor rotates centrically or eccentrically in a stator with the corresponding internal geometry. In the case of centric screw pumps, the delivery cavities arise due to the screw flights of the rotor. In addition, with eccentric screw pumps there is the higher number of turns of the inner screw. During the rotary movement of the rotor, cavities open in an uninterrupted sequence, so that the mass to be conveyed is conveyed evenly by the pump.
  • the throughput of the pump can be determined via the cross sections of the rotor-stator unit or via the speed of the rotor.
  • the level of pressure against which the pump works determines the length of the pump.
  • the number of pump stages within the pump is therefore increased. This multiplication of the pump stages automatically results in an extension of the rotor and the stator.
  • the manufacturing time for the rotor and the size of the casting or pressing tools used to manufacture it increases.
  • a screw pump emerges, the rotor of which has a jacket made of ceramic mass.
  • the mass consisting, for example, of A1 2 0 3 and Ti0 3 is poured into a mold to form the jacket, then dried and fired.
  • a polyester resin or other binding agent is then introduced between the ceramic jacket and the steel shaft inside the motor.
  • this rotor consists of a base body made of steel and a thin, preferably sprayed-on jacket made of ceramic. Both types of rotor show disadvantages in the manufacture of two or multi-stage rotors because of the complex manufacturing process, the homogeneity, the ceramic layer and the reliability in operation.
  • DE OS 38 26 668 relates to an eccentric screw and its manufacturing process.
  • the eccentric screw has a tough elastic core made of metal, which carries a screw-shaped shell made of ceramic.
  • the ceramic jacket consists, for example, of reaction-sintered, possibly silicon-infiltrated silicon carbide.
  • the one-piece jacket is attached to the screw core by means of an adhesive, for example a two-component adhesive.
  • the ceramic jacket can be removed from the metal core in the event of wear and tear and replaced with a new one. This means that the metal core can be used several times.
  • the invention has for its object to provide a rotor for screw and eccentric screw pumps with a ceramic jacket, the structure and manufacturing process, especially in multi-stage pumps, is simplified and cheaper.
  • the rotor jacket according to the invention consisting of highly wear-resistant ceramic, accordingly consists of at least two individual rotor jacket parts. With longer rotors, the rotor shell is divided into several uniform rotor shell parts. Since smaller or shorter individual rotor shell parts can be produced more easily and cost-effectively by the need for only smaller tools, the advantage according to the invention has an effect in particular in the case of multi-stage rotors made of highly wear-resistant ceramic individual rotor shell parts. It depends on the length of the rotor whether the ceramic rotor shell is used only through the coiled tubing itself or with an inner supporting core. In the experiments on which the invention is based, it has been shown that a connection of the ceramic rotor shell individual parts by means of adhesive, preferably a one- or multi-component adhesive, is sufficient.
  • the rotor shell individual parts are designed in the form of a pin at one end at the other end, which at the same time makes it easier to center adjacent individual parts.
  • connection points can be increased by special inner contours at the ends of the rotor shell individual parts, which offer a contact surface for the correspondingly shaped connection parts.
  • the connecting parts are inserted with adhesive into these inner contours, which can be, for example, triangular or square or polygonal.
  • a stabilizing shaft into the cavity of the ceramic rotor shell and to insert casting resin or adhesive between the shaft and the rotor shell.
  • the rotor shell individual parts can be cold or warm isostatically shaped, with this shaping in particular resulting in a uniform compaction of the highly wear-resistant ceramic mass. Due to the short rotor shell parts, the isostatic pressing tool can be manufactured inexpensively.
  • the rotor shell individual parts are butted against one another with their end faces, which are plane perpendicular to the longitudinal axis of the rotor, adhesive being introduced into the resulting joints. Under special conditions, a thread-like inner contour can also be provided.
  • Fig. 3 A horizontal axial section of a rotor of an eccentric screw pump with a shaft and ceramic rotor shell individual parts.
  • Fig. L shows a rotor 10 with the rotor shell individual parts 12, 12 ', 12 ", 12'".
  • a drive (not shown) rotates the rotor (10) belonging to an eccentric screw pump eccentrically in a stator (also not shown) of the pump.
  • the ceramic rotor 10 has a rotor head 14 as a connecting element for the drive.
  • the rotor shell individual parts 12, 12 ', 12 ", 12 it is connected to one another by means of adhesive with one end of the last right rotor shell individual part 12 ".
  • the left open end of the rotor shell individual part 12'" is separated from the end part 16 locked.
  • This end part 16 is also firmly bonded to the adjacent individual rotor shell part 12 using adhesive, a thermosetting or cold-curing one-component or multi-component adhesive.
  • the rotor jacket individual parts which are made of highly wear-resistant ceramic, are hot or cold isostatically pressed with the same wall thickness to ensure uniform thermal expansion requirements during the sintering process and during the operating phase.
  • the bush-shaped ends 18 and the peg-shaped ends 20 of the individual rotor shell parts 12, 12 ', 12 ", 12'” facilitate assembly and increase the strength of the connection between the individual rotor shell parts, since the contact surface and the surface provided with adhesive is enlarged.
  • FIG. 2 shows the design of a rotor 10 with the individual rotor jacket parts 12, 12 ', 12 “, 12'” and the connecting pieces 22, 22 ', 22 "inserted at the connection points between the individual rotor jacket parts.
  • the connecting pieces for fixing the connecting pieces in Special inner contours are worked into the ends of the ends of the individual rotor shell parts 12, 12 ', 12 “, 12'”.
  • the integral connection between the connecting pieces 22, 22 '. 22 "and the individual rotor shell parts 12, 12', 12 “, 12 '” also takes place in this exemplary embodiment by introducing adhesive into all vertical and horizontal joints between the ends of the individual rotor shell parts and the connecting pieces.
  • an end part 16 in the form of a disc is glued on.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment in which the ceramic rotor shell is penetrated by a shaft 24.
  • the space between shaft 24 and individual rotor shell parts 12, 12 ". 12". 12 '” is poured out here either with synthetic resin or, in the case of a correspondingly thick shaft, with adhesive.
  • the butt joint between the individual rotor shell parts 12, 12', 12", 12 '" gives the rotor 10 sufficient strength.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor für Schnecken- und Exzenterschneckenpumpen mit einem aus hochverschleißfester Keramik bestehenden Rotormantel, der aus mindestens zwei Rotormantel-Einzelteilen besteht. Durch die mehrteilige Gestaltung des Rotormantels ist es möglich, den keramischen Rotor selbst und die Herstellungswerkzeuge kostengünstig zu gestalten. Für Keramikrotoren unterschiedlicher Länge kommen gleiche Herstellungswerkzeuge, d.h. isostatische Preßwerkzeuge zum Einsatz. Die Verbindung der Rohrmantel-Einzelteile geschieht beispielsweise durch Ein- oder Mehrkomponenten-Klebstoffe.

Description

Rotor für Schnecken- und Exzenterschneckenpumpen
Die Erfindung betrifft einen Rotor für Schnecken- und Exzenterschneckenpumpen mit einem Rotorkopf und einem aus hochverschleißfester Keramik bestehenden Rotormantel.
Schnecken- und Exzenterschneckenpumpen gehören zur Gruppe der rotierenden Verdrängerpumpen. Zwei der wesentlichen Elemente dieser Pumpe sind der schneckenförmige Rotor und der Stator. Der Rotor dreht sich zentrisch oder exzentrisch in einem Stator mit entsprechender innerer Geometrie. Bei zentrischen Schneckenpumpen entstehen die Förderhohlräume aufgrund der Schneckengänge des Rotors. Dazu kommt bei Exzenterschneckenpumpen die höhere Gangzahl der Innenschnecke. Während der Drehbewegung des Rotors öffnen sich somit Hohlräume in ununterbrochener Folge, so daß die zu fördernde Masse gleichmäßig durch die Pumpe gefördert wird.
Je nachdem, mit welchem Durchsatz, gegen welchen Druck und welche Masse gefördert wird, sind sehr unterschiedliche Pumpengrößen und Pumpenmaterialien vorzusehen. Bei abrasiven oder aggressiveren säure- oder laugehaltigen Materialien kommen spezielle Metalle oder Keramik zum Einsatz. Der Durchsatz der Pumpe kann über die Querschnitte der Rotor-Statoreinheit oder über die Drehzahl des Rotors festgelegt werden. Die Höhe des Drucks gegen welchen die Pumpe arbeitet, bestimmt die Länge der Pumpe. Zur Steigerung des Drucks wird deshalb auch die Anzahl der Pumpstufen innerhalb der Pumpe erhöht. Diese Vervielfachung der Pumpstufen ergibt automatisch eine Verlängerung des Rotors und des Stators. Je nachdem, welcher Rotorwerkstoff zum Einsatz kommt, erhöht sich die Fertigungszeit für den Rotor und die Größe der zur Herstellung eingesetzten Gieß- oder Preßwerkzeuge.
Aus der DE OS 18 16 462 geht eine Schraubenpumpe hervor, deren Rotor einen Mantel aufweist, der aus keramischer Masse besteht. Die beispielsweise aus A1203 und Ti03 bestehende Masse wird zur Formung des Mantels in eine Form gegossen, anschließend getrocknet und gebrannt. Zwischen den keramischen Mantel und die Stahlwelle im Inneren des Pvotors wird anschließend ein Polyesterharz oder ein anderes Bindemittel eingebracht.
In einer weiteren Ausführungsform besteht dieser Rotor aus einem Grundkörper aus Stahl und einem dünnen, vorzugsweise aufgespritzten Mantel aus Keramik. Beide Rotorausfύhrungsformen zeigen Nachteile bei der Fertigung von zwei oder mehrstufigen Rotoren wegen der aufwendigen Herstellungsverfahren, der Homogenität, der Keramikschicht und der Zuverlässigkeit im Betrieb. Die DE OS 38 26 668 betrifft eine Exzenterschnecke und deren Herstellungsverfahren. Dabei weist die Exzenterschnecke einen zähelastischen Kern aus Metall auf, der einen schneckenförmigen Mantel aus Keramik trägt. Der Keramikmantel besteht z.B. aus reaktionsgesintertem, ggf. siliciuminfiltriertem Siliciumcarbid. Der einteilige Mantel ist mittels eines Klebers, beispielsweise eines Zwei-Komponenten-Klebers auf dem Schneckenkern befestigt. Der Keramikmantel kann bei auftretenden Verschleißerscheinungen vom Metallkern entfernt und durch einen neuen ersetzt werden. Damit ist der Metallkern mehrfach verwendbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor für Schnecken- und Exzenterschneckenpumpen mit einem keramischen Mantel zu schaffen, dessen Aufbau und Herstellungsverfahren, insbesondere bei mehrstufigen Pumpen, vereinfacht und verbilligt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß zum einen durch die Vorrichtungsmerkmale des Anspruchs 1 und zum anderen durch die Verfahrensmerkmale des Anspruchs 9 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße, aus hochverschleißfester Keramik bestehende Rotormantel besteht demnach aus mindestens zwei Rotormantel-Einzelteilen. Damit teilt sich der Rotormantel bei längeren Rotoren in mehrere gleichförmige Rotormantel-Einzelteile auf. Da kleinere bzw. kürzere Rotormantel-Einzelteile einfacher und kostengünstiger durch den Bedarf nur kleinerer Werkzeuge herstellbar sind, wirkt sich der erfindungsgemäße Vorteil insbesondere bei mehrstufigen Rotoren aus hochverschleißfesten keramischen Rotormantel-Einzelteilen aus. Von der Länge des Rotors ist es abhängig, ob der keramische Rotormantel nur durch die Rohrwendel selbst oder mit einem inneren stützenden Kern zum Einsatz kommt. Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen hat sich gezeigt, daß alleine eine Verbindung der keramischen Rotormantel-Einzelteile mittels Klebstoff vorzugsweise eines Ein- oder Mehrkomponenten-Klebstoffs ausreicht.
Zur Vergrößerung der Verbindungsflächen sind die Rotormantel-Einzelteile an einem Ende zapfenförmig am anderen Ende buchsenförmig ausgebildet, wodurch gleichzeitig die Zentrierung benachbarter Einzelteile erleichtert wird.
ERSATZBLAπ (REGEL 26) Sollte der Rotor aus einer Mehrzahl von keramischen Rotormantel-Einzelteilen bestehen, so kann die Stabilität der Verbindungsstellen erhöht werden, durch spezielle Innenkonturen an den Enden der Rotormantel-Einzelteile, die den entsprechend geformten Verbindungsteilen eine Anlagefläche bieten. In diese Innenkonturen, die z.B. drei- oder vierkeckig- oder polygonförmig sein können, werden die Verbindungsteile mit Klebstoff eingefügt.
Bei Rotoren größerer Länge kann es zusätzlich erforderlich sein, eine stabilisierende Welle in den Hohlraum des keramischen Rotormantels einzusetzen und zwischen die Welle und den Rotormantel Gießharz oder Klebstoff einzubringen.
Die Rotormantel-Einzelteile können kalt- oder warm-isostatisch geformt werden, wobei besonders durch diese Formgebung eine gleichmäßige Verdichtung der hochverschleißfesten Keramikmasse stattfindet. Aufgrund der kurzen Rotormantel-Einzelteile läßt sich das isostatische Preßwerkzeug kostengünstig fertigen. Die Rotormantel-Einzelteile werden mit ihrer, senkrecht zur Längsachse des Rotors planen Abschlußflächen stumpf aneinandergesetzt, wobei in die dabei entstehenden Fugen Klebstoff eingebracht wird. Unter besonderen Voraussetzungen kann auch eine gewindeartige Innenkontur vorgesehen sein.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungbeispiele weiter erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 :
Einen waagrechten axialen Schnitt eines hohlen Rotors einer Exzenterschneckenpumpe mit hochverschleißfesten Rotormantel-Einzelteilen
Fig.2:
Einen waagrechten axialen Schnitt eines Rotors einer Exzenterschneckenpumpe mit Verbindungsstücken zwischen den Rotormantel-Einzelteilen.
Fig.3 : Einen waagrechten axialen Schnitt eines Rotors einer Exzenterschneckenpumpe mit einer Welle und keramischen Rotormantel-Einzelteilen. Fig. l zeigt einen Rotor 10 mit den Rotormantel-Einzelteilen 12, 12', 12", 12'". In der Betriebsphase läßt ein nicht dargestellter Antrieb den zu einer Exzenterschneckenpumpe gehörenden Rotor (10) exzentrisch in einem ebenfalls nicht dargestellten Stator der Pumpe rotieren. Als Verbindungselement zum Antrieb weist der keramische Rotor 10 einen Rotorkopf 14 auf. Er ist ebenso wie die Rotormantel-Einzelteile 12, 12', 12", 12" untereinander mittels Klebstoff mit dem einen Ende des rechten letzten Rotormantel- Einzelteils 12" verbunden. Das linke offene Ende des Rotormantel-Einzelteils 12'" wird vom Abschlußteil 16 verschlossen. Auch dieses Abschlußteil 16 wird mit Klebstoff, einem warm- oder kaltaushärtenden Ein- oder Mehrkomponenten-Kleber mit dem angrenzenden Rotormantel-Einzelteil 12 fest verbunden. Die aus hochverschleißfester Keramik bestehenden Rotormantel-Einzelteile sind mit gleicher Wandungsstärke warm- oder kaltisostatisch gepreßt, um während des Sintervorgangs und während der Betriebsphase gleichmäßige Wärmeausdehnungsvoraussetzungen zu gewährleisten. Die buchsenformigen Enden 18 und die zapfenförmigen Enden 20 der Rotormantel-Einzelteile 12, 12', 12", 12'" erleichtern die Montage und erhöhen die Festigkeit der Verbindung zwischen den Rotormantel-Einzelteilen, da sich die Anlagefläche und die Fläche die mit Klebstoff versehen wird, vergrößert.
Fig.2 zeigt die Gestaltung eines Rotors 10 mit den Rotormantel-Einzelteilen 12, 12', 12", 12'" und den an den Verbindungsstellen zwischen den Rotormantel-Einzelteilen eingelegten Verbindungsstücken 22, 22', 22". Zur Fixierung der Verbindungsstücke in den Enden der Rotormantel-Einzelteilen 12, 12', 12", 12'" sind jeweils spezielle Innenkonturen in die Enden eingearbeitet. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Verbindungsstücken 22, 22'. 22" und den Rotormantel-Einzelteilen 12, 12', 12", 12'" geschieht auch in diesem Ausführungsbeispiel durch Einbringen von Klebstoff in alle senk- und waagrechten Fugen zwischen den Enden der Rotormantel-Einzelteile und der Verbindungstücke. Am Ende dieses Rotors ist ein Abschlußteil 16 in Scheibenform angeklebt.
Fig 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem der keramische Rotormantel von einer Welle 24 durchdrungen wird. Den Zwischenraum zwischen Welle 24 und Rotormantel-Einzelteilen 12, 12". 12". 12'" gießt man hier entweder mit Kunstharz oder bei entsprechend dicker Welle mit Klebstoff aus. Bei dieser Ausführungsform gibt die stumpfe Verbindung zwischen dem Rotormantel-Einzelteilen 12, 12', 12", 12'" dem Rotor 10 ausreichend Festigkeit.

Claims

Patentansprüche
1.
Rotor (10) für Schnecken- und Exzenterschneckenpumpen mit einem Rotorkopf (14) und einem aus hochverschleißfester Keramik bestehenden Rotormantel dadurch gekennzeichnet, daß der Rotormantel aus mindestens 2 Rotormantel-Einzelteilen (12, 12', 12", 12'") zusammengesetzt ist.
2.
Rotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Rotormantel-Einzelteile (12, 12', 12", 12'") an einem Ende (18) zapfenförmig und am anderen Ende (20) buchsenförmig ausgebildet sind.
3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotormantel-Einzelteile (12, 12', 12", 12'") an beiden Enden (18, 20) spezielle Innenkonturen an der Innenseite aufweisen.
4.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fugen (2) zwischen den Rotormantel-Einzelteilen (12, 12', 12", 12'") Klebstoff aufweisen
5.
Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die spezielle Innenkontur Verbindungsstücke (22, 22', 22") eingesetzt und diese mit den Rotormantel-Einzelteilen (12, 12', 12", 12'") verklebt sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß den Rotor eine Welle (24) durchsetzt, die mit dem Rotorkopf ( 14) verbunden ist.
7.
Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 -6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotormantel-Einzelteile (12, 12', 12", 12"') Gewinde aufweisen.
8.
Rotor nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß abtriebseitig am letzten der Rotormantel-Einzelteile (12, 12', 12", 12'") ein Abschlußteil (16) aufgesetzt ist.
9. Verfahren zum Herstellen eines Rotors nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotormantel-Einzelteile (12, 12', 12", 12"') untereinander mittels eines Klebstoffes verbunden werden.
10.
Verfahren zum Herstellen eines Rotors nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotormantel-Einzelteile (12, 12', 12", 12'") mittels eines Ein- oder
Mehrkomponenten-Klebstoffes verbunden werden.
1 1.
Verfahren zum Herstellen eines Rotors nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotormantel-Einzelteile (12, 12'. 12", 12'") aus hochverschleißfester Keramik, vorzugsweise Siliciumcarbid, gefertigt werden.
12.
Verfahren zum Herstellen eines Rotors nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-1 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Rotormantel-Einzelteile (12, 12', 12", 12'") kalt oder warm isostatisch gepreßt werden.
13. Verfahren zum Herstellen eines Rotors nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Welle (24) und den Rotormantel Gießharz oder Klebstoff eingebracht wird.
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