Exzenterschneckenpumpe
Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe mit einem Antrieb der über eine Zwischenwelle mit einer Rotor/Statorkombination in Verbindung steht, wobei die Zwischenwelle ohne Zwischenschaltung von Gelenken sowohl mit dem Rotor als auch mit dem Antrieb oder einer Antriebswelle verbunden und der Querschnitt der Zwischenwelle mehrmalig reduziert ist.
Die Entwicklung auf dem Gebiet der Exzenterschneckenpumpen, insbesondere bei Zwischenwellen zeigt, daß wegen der günstigen Materialeigenschaften von Titan dieses Material sehr häufig für Zwischenwellen, auch Biegestäbe genannt, Verwendung findet, da hiermit die Länge der Zwischenwellen verkürzt werden kann. Ein Anwendungsbeispiel geht hierzu aus der EP 845 597 hervor. Da Titan bzw. Titanlegierungen sehr teuer sind, wird versucht, auch mit anderen kostengünstigeren Materialien oder Wellengestaltungen gleiche oder ähnlich gute Biegeeigenschaften zu erzielen.
Ein Beispiel dazu geht aus der DE 198 13 999 Cl hervor. Hier kommt ein einteiliges Bauteil, zusammengesetzt aus dem exzentrisch umlaufenden Rotor, einer
Kupplungsstange und einer Verbindungswelle zum Einsatz. Die Kupplungsstange entspricht hierbei dem sogenannten Biegestab. Zur Verbesserung der biegeelastischen Eigenschaften ist die Kupplungsstange im Bereich des Saugstutzens des Sauggehäuses und unmittelbar vor dem Rotor mit Kerben versehen, die eine Querschnittsreduzierung sowohl gegenüber der Verbindungswelle als auch gegenüber dem Rotor und der Kupplungsstange darstellen. Die Kerben wirken aufgrund dieser Querschnittsreduzierung wie Gelenke. Eine Reduzierung des
Materialquerschnitts begünstigt zwar die Verformbarkeit des Materials, eine ausreichende Verkürzung der Kupplungsstange, sprich Biegestab, kann hierdurch nicht erreicht werden.
Die Aufgabe der Erfindung liegt deshalb darin, eine Verbindungswelle zum Ausgleich der Exzentrizität so zu gestalten, daß damit auch ohne Verwendung von
Titan bzw. Titanlegierungen eine wesentliche Reduzierung der Länge der Welle mit ausreichender Festigkeit und Elastizität möglich ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 21. Erfindungsgemäße Weiterbildungen gehen aus den Merkmalen der Unteransprüche hervor.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Zwischenwelle mindestens zwei um 30 bis 90° versetzt zueinander parallel angeordnete senkrecht zur Längsachse der Zwischenwelle verlaufende Stege auf, deren Dicke 5-20 % des Wellendurchmessers der Zwischenwelle entspricht. Der Winkelbereich, um den die Stege jeweils zueinander versetzt angeordnet sind, wird in Abhängigkeit der Querschnittsgröße der Zwischenwelle gewählt. Der Versatz um 30 ° wird nur bei kleinen Pumpenbaugrößen zum Einsatz kommen, da hier nur eine kleine Exzentrizität ausgeglichen werden muß .
Bei größeren Pumpen mit dementsprechend groß dimensionierten Zwischenwellen und Rotor/Statorkombination wird ein Versatz der Stege um 90° vorgesehen, da hiermit auch das Umlaufverhalten der Zwischenwelle verbessert werden kann. Dies ist auf die verbesserten Biegeeigenschaften beim Übergang der Vertikalauslenkung in die Horizontalauslenkung der Zwischenwelle zurückzuführen. Dieses verbesserte Umlaufverhalten kann auch durch eine zusätzliche Nut im Steg bewirkt werden, die die Elastizität nochmals erhöht.
Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung weist die Zwischenwelle über einen bestimmten Längenbereich einen größeren Wellendurchmesser auf als an deren Enden. Dieser Bereich kann wiederum einen anderen als einen runden Querschnitt, z.B. einen quadratischen oder polygonen, aufweisen. Die quadratische Formung des Querschnitts erhöht die Drehstabilität und die Festigkeit des mit Stegen oder Kerben versehenen Wellenbereichs, wobei sich die Stege diametral von Längskante zu Längskante erstrecken.
Aus einer zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung geht hervor, daß die Stege eine Breite von bis zu 50 % des Durchmessers der Zwischenwelle aufweisen. Diese Breite ist abhängig von den Materialeigenschaften, von der auszugleichenden Exzentrizität, von der Wellenlänge und der Kraft, die auf den Rotor übertragen werden muß, um eine vorgesehene Pumpenleistung zu erzeugen.
Eine weitere vorteilhafte Gestaltung der Erfindung bezieht sich auf die getrennte Herstellung der für die Zwischenwelle benötigten Bauteile. Die Zwischenwände bestehen hier aus Scheiben. Diese Scheiben werden ebenso wie die eingesetzten Stege vorzugsweise im Spritzgußverfahren hergestellt. Als Fertigungsmaterial kommen, je nachdem welche Medien gepumpt und welche Viskositäten diese aufweisen, Kunststoffe oder Metallegierungen zur Verwendung. Die Modulbauweise der Zwischenwelle wirkt sich auch vorteilhaft auf die Lagerhaltung aus, da hierbei schnellstmöglich auf unterschiedliche Längen- und Stabilitätsanforderungen reagiert werden kann. Die Stabilität der Zwischenwelle bzw. Exzentrizität die die Zwischenwelle auszugleichen vermag, kann mit dieser Modulbauweise und den damit möglichen Verbindungsvarianten und Material an unterschiedliche Anforderungen individuell angepaßt werden.
Eine weitere vorteilhafte Gestaltung bezieht sich auf die mögliche Modulbauweise der Zwischenwelle aus vorgefertigten Kombinationselementen. Jedes Kombinationselement besteht hierbei aus mindestens einer Zwischenwand und mindestens einem Steg. Damit kann die Fertigungszeit, sofern die Zwischenwelle aus mehreren Teilen zusammengefügt wird, reduziert werden.
Im folgenden wird ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert:
Fig. 1 dreidimensionale Darstellung der Zwischenwelle mit quadratischem Teilbereich
Fig. 2 Seitenansicht der Zwischenwelle nach Fig. 1
Fig. 3 Vertikalschnitt durch die Zwischenwelle in Richtung A-A
Fig. 4 Seitenansicht der Zwischenwelle
Fig. 5 Längsschnitt der Zwischenwelle in Richtung B-B
Fig. 6 Dreidimensionale Darstellung der Zwischenwelle mit verstärktem kreiszylindrischem Teilbereich
Fig. 7 Querschnitt der Zwischenwelle
Fig. 8 Vertikaler Längsschnitt in Richtung A-A
Fig. 9 vergrößerter Teilbereich der Zwischenwelle
Fig.10 Seitenansicht einer aus Einzelteilen bestehenden Zwischenwelle
Fig. 11 Vertikaler Längsschnitt in Richtung C-C
Fig. 12 Seitenansicht einer Scheibe mit Nut
Die Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine Zwischenwelle 10 mit zylindrischen Wellenenden 12, 14, die Bohrungen 16, 18 aufweisen. Anhand von nicht dargestellten Bolzen wird die Zwischenwelle 10 damit einerseits mit einem Rotor und andererseits mit einer Antriebs- oder Lagerwelle verbunden. Der gesamte von den Wellenenden 12, 14 begrenzte Innenbereich der Zwischenwelle 10 ist hier mit jeweils um 90° versetzten Stegen 20, 22 versehen. Diese Stege 20, 22 entstehen z.B. durch das Ausfräsen von Material, wobei die Zwischenwelle 10 für jede der dabei entstehenden Nuten um 90° gedreht wird. Das Werkzeug oder die Zwischenwelle 10 werden bei jedem weiteren Fräsvorgang um eine Strecke entlang der Längsachse der Zwischenwelle 10 versetzt, die größer ist als die Breite des Fräswerkzeugs. So sind die Stege 20, 22 jeweils von Zwischenwänden 24, 26 begrenzt. Die Dicke der Zwischenwände 24, 26 wird abhängig von der benötigten Kraft zur Übertragung der Antriebsleistung ausgelegt. Im Ausführungsbeispiel entspricht die Dicke der Zwischenwände 24, 26 der Dicke der Stege 20, 22. Die Dickenverhältnisse sind natürlich auch vom Material der zur Fertigung verwendeten Zwischenwelle 10 abhängig. Ebenso wie beim Einsatz von Kunststoff kann die Zwischenwelle 10 auch bei der Verwendung von Metall- oder Edelmetallverbindungen gegossen oder geschmiedet werden.
Der Schnitt nach Fig. 3 zeigt die diametrale Anordnung des Steges 22 von einer Längskante 28 zur anderen Längskante 30. Der Bereich in dem die Stege 20, 22 angeordnet sind, hat hier einen Querschnitt mit quadratischer Form.
Die Seitenansicht gem. Fig. 4 läßt alle Stege 20, 22 der Zwischenwelle 10 erkennen. Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel sind Stege 20, 22 mit den dazugehörigen Zwischenwänden 24, 26 über nahezu die gesamte Länge der Zwischenwelle 10 angeordnet.
Die im Längsschnitt nach Schnittlinie B-B in Fig. 5 dargestellte Zwischenwelle 10 läßt die Gestaltung und Lage der Stege 20, 22 bei einem Versatz von 90° zueinander erkennen. Die obere und die untere Seite der Stege 20, 22 ist hier beispielsweise rund
ausgeformt, was durch die Form des eingesetzten Fräsers entsteht. Der Übergang der Stege zu den Zwischenwänden hat die Form von Radien, angepaßt an die Belastung der Stäbe. Wird die Zwischenwelle 10 durch einen Gieß- oder Spritzgießvorgang hergestellt, kann die Oberflächenform auch als plane Fläche ausgeformt sein.
Aus den Figuren 6, 7 und 8 geht eine im Querschnitt kreisförmige Form des Bereichs hervor, in dem die Stege 20', 22' angeordnet sind.
In der in Fig. 8 dargestellten Ausführung sind die Stege 20', 22' wiederum um 90 ° versetzt.
Die unterschiedliche Dicke der Stege 20' läßt sich aus Fig. 9 entnehmen, bei welchen die Dicke von 2,6 mm bis auf 2 mm von links nach rechts reduziert ist. Damit wird die Dicke der Stege von den Wellenenden zur Wellenmitte reduziert, um die guten Biegeeigenschaften und die hohe Kraftübertragung zu sichern. Lediglich im mittleren Bereich der Welle bleiben die Stegdicken gleich. Die Zwischenwände 24, 26 verlaufen unter einem Winkel von 10° in Richtung Steg 20'aufeinander zu.
Aus der Fig. 10 wird eine Zwischenwelle 10 ersichtlich, die aus mehreren einzeln gefertigten Zwischenwänden 34, 34' und einzeln gefertigten Stegen 32, 32' besteht. Die Zwischenwände und auch die Stege können/müssen jedoch nicht aus dem gleichen Material wie z.B. Kunststoff oder einem Metall oder einer Legierung bestehen. Für die sichere Verbindung der Zwischenwände 34, 34' mit den Stegen können in den Nuten der scheibenförmigen Zwischenwände stiftförmige Erhebungen vorgesehen sein, die in komplementäre Vertiefungen an den Stegen eingreifen. Eine weitere Möglichkeit die scheibenförmigen Zwischenwände mit den separat gefertigten Stegen 32, 32' zu verbinden, ist das Ein- oder Aufbringen eines einfachen oder Mehrkomponentenklebstoffes. Dazu wir der Klebstoff in die Nut mit parallelen oder konischen Seitenflächen 38, 38' eingebracht.
Aus Fig. 11 ist die Anordnung mehrerer einzeln gefertigter Zwischenwellenteile ersichtlich. Die Stege 32, 32' stehen hier mit den scheibenförmigen Zwischenwänden 34, 34', im Eingriff. Die Berührungsflächen der Stege 32, 32' und der komplementären Flächen der Zwischenwände 34, 34' sind mit Klebstoff versehen.
Fig. 12 zeigt eine scheibenförmige Zwischenwand 34 bei der die Nut senkrecht zur Längesachse der Zwischenwelle verläuft. Die Nut ist auf beiden Seiten der Zwischenwände um 90 ° zueinander versetzt. Je nachdem aus welchem Material oder in welcher Länge die Zwischenwelle gefertigt ist, kann der Versatz der Stege
zueinander zwischen 30° und 90° betragen. Auch ein unterschiedlicher Versatz der Stege über die Gesamtlänge der Zwischenwelle ist möglich. So kann der Versatz von der Mitte der Zwischenwelle 10 zu den Enden größer werden, um die Stabilität bei längeren Zwischenwellen zu erhöhen. Wird Metall als Werkstoff für die Zwischenwände und Stege verwendet, kann die Verbindung miteinander und zueinander mittels einer Wärmebehandlung in Form eines Schwundvorgangs geschehen.
Bezugsziffernliste
Zwischenwelle 36 Nut Wellenende 38 Seitenfläche Wellenende 38' Seitenfläche Bohrung Bohrung Steg
' Steg Steg
' Steg Zwischenwand Zwischenwand Längskante Längskante Steg
' Steg Zwischenwand
' Zwischenwand