WO2007085437A1 - Exzenterschneckenpumpe - Google Patents

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WO2007085437A1
WO2007085437A1 PCT/EP2007/000604 EP2007000604W WO2007085437A1 WO 2007085437 A1 WO2007085437 A1 WO 2007085437A1 EP 2007000604 W EP2007000604 W EP 2007000604W WO 2007085437 A1 WO2007085437 A1 WO 2007085437A1
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WO
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pressure
inner part
screw pump
eccentric screw
rotor
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/000604
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Esben Grønborg BRUN
Søren Hansen
Per H. Andreasen
Helge Grann
Original Assignee
Grundfos Management A/S
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Publication date
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Priority to US12/162,150 priority Critical patent/US8152499B2/en
Priority to CN2007800037165A priority patent/CN101375061B/zh
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Classifications

    • 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
    • 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
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0003—Sealing arrangements in rotary-piston machines or pumps
    • F04C15/0007—Radial sealings for working fluid
    • F04C15/0019—Radial sealing elements specially adapted for intermeshing-engagement type machines or pumps, e.g. gear machines or pumps
    • 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
    • F04C2250/00—Geometry
    • F04C2250/20—Geometry of the rotor
    • F04C2250/201—Geometry of the rotor conical shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/08—Ceramics; Oxides

Definitions

  • Eccentric screw pumps which are also known as Moineau pumps, have a helical rotor which rotates eccentrically in a surrounding stator during rotation. Pumps are known in which the stator and the rotor have a constant cross section over their axial length.
  • US Pat. No. 2,957,427 discloses an eccentric screw pump which has a conical rotor which runs in a cylindrically configured stator. With this arrangement, by axially displacing the rotor relative to the stator, it is possible to adjust the fit and the pressing force between the rotor and the stator.
  • a sufficient pressure force between the stator and rotor is important to ensure the tightness of the pump at high pressures. At the same time, the fit should not be too tight to keep the friction in the pump low.
  • the eccentric screw pump according to the invention has an annular outer part with an inner part arranged therein.
  • the inner part and the outer part move in a known manner relative to each other, wherein the pumping movement is achieved.
  • the inner part may be formed as a rotor which rotates in the outer part, which forms a stationary stator.
  • the rotor and the stator perform an eccentric movement relative to each other, whereby this eccentric movement can be carried out either by the rotor and / or by the stator.
  • the outer part rotates as a rotor around the fixed inner part, which then serves as a stator. Again, the eccentric motion can be either from the rotating outer part or the fixed, d. H. non-rotating inner part are executed.
  • both the inner part and the outer part rotate to each other to perform the relative movement to each other.
  • the eccentric movement occurring during operation can also be realized simultaneously by the inner part and outer part, instead of only one of the two parts executing the eccentric movement.
  • all conceivable drive combinations which are known from such pumps can be used in the eccentric screw pump according to the invention.
  • the interior of the outer part and the exterior of the inner part are designed such that they taper in a manner corresponding to one another towards an axial side, ie they are preferably conical in the axial direction.
  • This arrangement makes it possible that when the inner part in the direction of tapered end is further pressed into the surrounding outer part, the fit between the inner part and outer part is reduced and the contact pressure is increased at the contact surfaces between the inner and outer part. In this way, by axial relative movement between see inner and outer part of the fit or the contact pressure at the contact surfaces between the inner and outer part can be adjusted.
  • the inner and outer parts are mounted movably in the axial direction relative to each other and in such a way that the mobility is also given during operation of the pump, ie for example upon rotation of the inner part.
  • the inner and / or the outer part are formed such that increases the contact pressure between the inner and outer part at a higher pressure in the pump or increasing pressure on the pressure side of the pump. That is, in the pump according to the invention, the fit or the contact pressure between inner and outer part automatically sets during operation, which is ensured by the higher contact pressure at higher pressure on the pressure side of the pump, even at high pump pressure sufficient tightness of the pump. Further, it is possible that at lower pressure on the pressure side of the contact pressure at the contact surfaces between the inner and outer part is reduced, so that the friction is reduced. In this way, it is possible to keep the friction as low as possible and at the same time the contact pressure between the inner and outer part as large as necessary at different pump pressures.
  • This operation is inventively realized in that inner and / or outer part are formed such that a voltage applied to the pressure side of the eccentric screw pump and / or in the cavities of the eccentric screw between the inner and outer part pressure is used to generate a force which in the axial direction inner and outer parts pressed into each other. That is, this force produced by the pressure on the pressure side or in the cavities acts in the axial direction, in which the inner and outer parts taper to the inner part or in the direction in which the inner and outer parts expand on the outer part.
  • Embodiments are also conceivable in which the pressure acts on the inner part both on the outer part and in the opposite direction.
  • the eccentric screw pump is designed such that the applied pressure on the pressure side acts on a side facing away from the tapered end of the inner part surface of the inner part.
  • the application of pressure to this surface produces an axial force acting in the direction of the tapered end of the inner part, which presses the inner part towards the tapered end of the outer part.
  • the size of the acting force can be influenced, so that by adjusting the surface, the balance of power and in particular the range in which the contact pressure between the inner and outer part can vary can be preset.
  • the surface in relation to the other end faces or end faces of the inner part, on which acts on the pressure applied to the suction or pressure side designed to preset the desired balance of power, which act on the inner part, can.
  • the inner part and the outer part are further preferably arranged such that the axial side, to which the interior of the outer part and the exterior of the inner part taper, is the pressure side of the eccentric screw pump.
  • the large cross-section of inner and outer part at the opposite end of the axial corresponding to the suction side of the pump.
  • the pressure on the pressure side acts on the small end face of the inner part. This force would thus push apart the inner and outer parts, if no opposite force acts on the inner and / or outer part.
  • the pressure applied to the pressure side simultaneously acts on a surface of the inner part facing away from the pressure side or on a surface of the outer part facing the pressure side, the force acting on the small end surface of the inner part can be counteracted to the inner and outer part as well in case of greater / pressure difference between suction and pressure side to keep in plant.
  • the Eccentric screw pump in which the tapered end of inner and outer part forms the pressure side of the pump, formed in the interior of the inner part of a channel which is open to the pressure side or to a cavity in the interior of the Exzen- terschneckenpumpe and with a side facing away from the pressure side surface of the inner part is in communication.
  • the pressure prevailing on the pressure side or in the interior of the pump pressure is directed to a side facing away from the pressure side, there to generate a force which is directed axially opposite to the force acting on the pressure side of the inner part on this force and the inner part in the External part holds in abutment or pushes into the outer part.
  • a pressure chamber is arranged on the axial side facing away from the pressure side of the inner part, which is in communication with said channel.
  • the pressure chamber has a length that can be changed in the axial direction and has an inner surface facing away from the pressure side and connected to the inner part. The over the channel in the pressure chamber conducted pressure, which prevails on the pressure side of the pump, leads to an expansion of the pressure chamber and thus to a change in length of the pressure chamber.
  • the pressure acts on an inner surface of the pressure chamber, which faces away from the pressure side and thus generates an axially directed pressure force on the inner part, which presses this towards the tapered end of the inner part in the outer part and ensures that a sufficiently high contact pressure between inner and outdoor part is maintained even at higher pressure on the pressure side of the pump.
  • the pressure chamber is preferably sealed from the environment. This is particularly necessary if the pressure chamber is arranged on the suction side of the pump in the axial extension of the inner part. In this preferred embodiment it is achieved that also acts on the suction side of the pressure applied to the pressure side on an end face or facing the axial end surface of the inner part.
  • the inner surface of the pressure chamber, on which this pressure acts, is preferably fixedly connected to the inner part or movement-coupled in the axial direction with the inner part in order to transmit the axially acting pressure force from the inner surface to the inner part.
  • the pressure chamber is formed in the interior of a shaft driving the inner part, wherein the shaft with the pressure chamber in its length is variable.
  • the shaft connects a drive motor, preferably an electric drive motor with the inner part.
  • the inner part forms a rotor, which rotates relative to the outer part, which preferably acts as a stator.
  • the drive takes place via the shaft, which thus forms a rotor shaft. If the Shaft is variable over the Druckr ⁇ um in their length, the contact force between the tapered to one side, in particular conical inner part and the correspondingly shaped inner surface of the outer part can be adjusted by the change in length.
  • the pressure chamber via a piston-cylinder arrangement and / or by an elastic in the axial direction outer wall in its length is variable.
  • the elastic outer wall may be formed, for example, in the manner of a bellows made of metal, an elastomer or rubber. Due to the elasticity can be realized at the same time a bias.
  • the piston-cylinder arrangement can also be realized the multi-part design of the outer wall of the pressure chamber, wherein the parts of the outer wall of the pressure chamber telescopically engage with each other.
  • a throttle point may be formed in the channel or in the pressure space communicating with the channel.
  • This throttle point is used to dampen pressure fluctuations that occur during operation of the pump to prevent a change in the contact pressure between the inner and outer part in short-term pressure fluctuations.
  • the throttle point is arranged so that the transmission of pressure from the pressure side of the inner part to the side facing away from the pressure side of the inner part or the inner surface of the pressure chamber is only attenuated via the throttle point, so that pressure changes in the pressure chamber are much slower than on the pressure side of the pump.
  • the side facing away from the pressure side ie the remote projected surface with which the channel is in communication, is preferably greater than the pressure side facing end face of the inner part. If the surface which communicates with the channel and which faces away from the pressure side, for example, the inner surface of the pressure chamber, the same pressure acts as on the end face of the inner part on the pressure side of the pump, due to the larger surface in the axial direction Pressure side towards the inner part acting force is greater than the force acting from the pressure side to the suction side in the axial direction force.
  • the inner part is always acted upon in the direction of the pressure side with a larger force and is pressed into or against the outer part when the pressure side on the side of the tapered end of the inner and outside part.
  • the force pressing the inner part into the outer part is thus dependent on the area difference between the end face of the inner part on the pressure side and the surface facing away from the pressure side and proportional to the pressure on the pressure side of the pump or to the pressure difference between suction side and pressure side.
  • the inner and outer parts are arranged such that the axial side, to which the inside of the outer part and the exterior of the inner part taper, is the suction side of the eccentric screw pump. That is, the inner part and the inside of the outer part expand toward the pressure side of the pump.
  • the large end surface of the inner part is located toward the pressure side, it is easily possible for the pressure applied to the pressure side to act on this surface and thus press the inner part into the outer part and always for a sufficient pressure force at the points of contact ensures between inner and outer part.
  • the pressure acting on the suction side on the inner part is lower, so that a smaller force acts on the inner part on this side.
  • the tapered End of the inner part is located on the pressure side, so that the inner part driving shaft acts on that end face of the inner part, on which the largest cross-sectional area of the inner part is located.
  • at least one pressure surface which faces away from the suction side in the axial direction, ie faces the pressure side, is preferably arranged on the inner part and / or on the shaft connected on the axial side with the inner part. and on which acts on the pressure side of the eccentric screw pump applied pressure.
  • a pressure channel which connects the pressure side or a cavity in the interior of the eccentric screw pump with a side facing away from the pressure side surface of the outer part.
  • This is actually a surface facing the suction side of the pump, which is acted upon via the pressure channel with the pressure applied to the pressure side or in the interior between the inner and outer part, so that from this side, located at which the tapered end of the outer part is, the outer part is pressed on the inner part.
  • a throttle point may be arranged in the pressure channel.
  • At least one biasing element is provided, which acts on the inner part with a biasing force in the axial direction in which it tapers, and / or which acts on the outer part with a biasing force in the opposite axial direction.
  • a biasing member can be used in both of the above-described basic embodiments of the invention, ie, regardless of whether the pressure side is located at the tapered or at the enlarged end of the inner part, are used.
  • Such Vorsp ⁇ nnelement or more such Vorsp ⁇ nn cause the inner and outer parts are pressed against each other in the axial direction, so that the serving as sealing surfaces touch points or lines of contact between the inner and outer part are held in abutment.
  • the biasing elements cause even at low pressure on the pressure side or low or no pressure difference between suction and pressure side between a sufficient pressure force between the inner and outer part is given, so that even when starting the pump, the pump chambers formed inside are tight and the function is guaranteed.
  • the inner part is preferably connected via a shaft or rotor shaft with a drive motor, in particular an electric drive motor, wherein the shaft at a hinge point, for. B. at the articulation point on the output shaft of the drive motor, is articulated and the hinge point is preferably purely rotationally movable.
  • a drive motor in particular an electric drive motor
  • the shaft at a hinge point, for. B. at the articulation point on the output shaft of the drive motor is articulated and the hinge point is preferably purely rotationally movable.
  • the inner part serving as a rotor to perform an eccentric movement during its rotation, wherein the pivot point itself preferably rotates only about a longitudinal axis and does not perform any eccentric or axial movement in the direction of the longitudinal axis. That is, there is no eccentricity of movement at the hinge point itself.
  • Due to the articulated design of the articulation point can be dispensed with additional joint elements in the shaft to allow the eccentric movement.
  • the rotor shaft can be flexibly
  • the inner part is connected via a shaft with a drive motor and the shaft with the inner part together eccentrically movable, inner part and shaft are arranged such that the eccentricity of their movement starting from a hinge point, for. B. the articulation point on the drive motor, increases, preferably increases linearly.
  • the hinge point preferably, no eccentricity is given in addition to the rotary motion of the shaft.
  • the inner part and the shaft perform an eccentric movement about the articulation point, in which case the longitudinal axis of the shaft preferably moves along a conical surface, with the tip of the cone located in the articulation point. That is, the shaft rolls over the conical surface.
  • the longitudinal axis of the inner part and the longitudinal axis of the shaft form a straight line, which perform about the pivot point described eccentric motion over the conical surface. In this way, an eccentric movement of the inner part is achieved in the interior of the outer part, so that the inner part rolls on the inner surface of the outer part.
  • the inner part is preferably formed at least on its surface of a ceramic material, while the outer part is preferably formed at least on the surface facing the inner part of an elastomer.
  • the inner part is made entirely of a ceramic material and the outer part is completely formed of an elastomer material. That is, the inner part has a hard surface, while the outer part has an elastic surface facing the inner part.
  • FIG. 1 is a sectional overall view of a pump unit according to the invention
  • Fig. 2 is a sectional view of the rotor and the stator of a
  • FIG. 3 is a perspective view of the rotor in a partially sectioned view
  • FIG. 4 is a schematic representation of the pressure conditions on stator and rotor
  • FIG. 5 shows a sectional view of an eccentric screw pump according to a second embodiment of the invention
  • Fig. 6 is a sectional view of the rotor and stator according to a third embodiment of the invention.
  • Fig. 7 is a perspective sectional view of a fourth embodiment of the invention.
  • the following embodiments relate to drive arrangements, in which the inner part of the pump is designed as a rotor and is driven in rotation. Accordingly, the outer part of the eccentric screw pump is designed as a non-rotating stator. Ie. the relative movement between rotor and stator is generated solely by rotation of the rotor.
  • the principle underlying the invention of adjusting the fit between the rotor and the stator can also be used in arrangements in which the outer part described below as a stator rotates relative to the inner part.
  • the eccentric screw pump shown in Fig. 1 is designed as a submersible pump, which has at its lower end an electric drive motor 2, on which axially the actual pump unit 4 is flanged.
  • the pump unit 4 has circumferential inlet openings 6 and at its upper axial end in the direction of the longitudinal axis X a discharge nozzle 8.
  • the inside of the pump unit 4th arranged eccentric screw pump has a ring-shaped stator 10 and a helical rotor 12 disposed in its interior.
  • the stator inside is coated with an elastomeric material 14, which comes into contact with the outer surface of the rotor 12 at the contact points.
  • the rotor 12 is preferably made of steel, in particular stainless steel or ceramic.
  • Rotor 12 and stator 10 form a known eccentric screw or Moineau pump, in which the rotor 12 rotates in the interior of the stator 10 about its longitudinal axis.
  • the longitudinal axis simultaneously describes a circular movement about the stator longitudinal axis, ie the rotor rotates eccentrically in the stator 10.
  • the pumping effect is due to the fact that the Statorinnenwandung and the Rotorau fieldwandung have a different number of helical turns.
  • the eccentric screw pump is conical, d. H. the stator 10 or the interior of the stator 10 and the rotor 12 taper towards an axial end face 16.
  • the end face 16 forms the pressure side of the pump, while the opposite end face 18 of the stator 10 is located on the suction side of the pump.
  • the rotor 12 is connected to the wear shaft 24 of the drive motor 2 via a rotor shaft 20 adjoining the end face 18 at a point of articulation 22.
  • the rotor shaft 20 is articulated so that the rotor shaft 20 can additionally perform an eccentric movement during its rotation.
  • the articulation of the rotor shaft 20 is realized by the later-described bellows 30 at the end of the rotor shaft 20 facing the drive motor 2.
  • This eccentric movement takes place in such a way that a fictitious pivot point 23 on the longitudinal axis of the Fa tenb ⁇ lges 30 forms the tip of a cone, on the surface of which the rotor shaft 20 moves eccentrically with the rotor 12, while the rotor shaft 20 and the rotor 12 are driven by the drive motor 2 to rotate about its longitudinal axis.
  • the eccentricity results from the design of stator 10 and rotor 12, so that the rotor 12 automatically performs the described eccentric movement when the rotor rotates about its own axis.
  • the eccentric movement is such that on the end face 16, the eccentricity is greatest, ie the diameter of the circle on which moves the central axis of the rotor during rotation is greatest.
  • the pivot point 23 in the bellows 30 no eccentricity is given.
  • the rotor moves with a smaller eccentricity than at the end face 16, ie the diameter of the circle on which the central axis of the rotor moves as it rotates is smaller.
  • the eccentric screw pump according to the invention is designed so that the fit between the rotor 12 and the stator 10 automatically adjusts as a function of the pressure conditions on the pressure side and the suction side of the eccentric screw pump and in particular the pressure difference between the pressure and suction side. That is, the contact pressure at the contact surfaces between the rotor 12 and stator 10 is adjusted automatically depending on the fluid pressure.
  • the fluid pressure applied to the pressure side, ie the end face 16 acts on a pressure surface 26 facing the suction side, as will be described in more detail with reference to FIGS. 3 to 4.
  • the rotor 12 has a centrally disposed channel which extends in the longitudinal direction from the end face 16 to the pressure surface 26, which here forms the opposite end face of the rotor 12.
  • the channel 28 opens into the interior of the hollow rotor shaft 20.
  • This force is furthermore dependent on the size of the pressure surface 26, ie on the inner diameter A of the rotor shaft 20, which corresponds to the diameter of the pressure surface 26.
  • the pressure surface 26 is larger than the frontal surface of the rotor 12 on the front side 16. This results in that, since the same pressure is applied to both sides, the force F a is always greater than the force F 2 , so as to ensure in that the rotor 12 is pressed into the stator 10 in the direction of the end face 16.
  • the pressure force acting in the axial direction is the difference of the forces Fa and F z , ie the force which results from the area difference between the two end faces of the rotor 12 multiplied by the fluid pressure applied to the pressure side and the contributions from the pressure ratios in the cavities between the rotor 12 and the stator 10. It follows that with increasing fluid pressure on the pressure side and the pressure force between the rotor and stator increases.
  • the rotor shaft 20 is formed so that an axial displaceability of the rotor 12 in the direction of the longitudinal axis W of the rotor 12 and the rotor shaft 20 is given. This longitudinal displacement is also realized by the bellows 30, which forms an elastic wall of the rotor shaft 20.
  • the bellows 30 may be formed of metal or plastic, in particular an elastomer. In addition to the elasticity in the axial direction W, it must also have a torsional rigidity for transmitting the torque which acts on the rotor shaft 20 and a joint for the eccentric movement of the rotor 12.
  • the rotor shaft 20 with the bellows 30 is hollow, so that in the interior of a pressure chamber 32 and 34 is formed.
  • the pressure chamber 32 lies in the rigid part of the rotor shaft 20, the pressure chamber 34 lies in the part of the rotor shaft 20 formed by the bellows 30.
  • the pressure chambers 32 and 34 are separated from one another by a partition 36.
  • the partition wall 36 is disposed at the axial end of the rigid part of the rotor shaft 20 adjacent to the part formed by the bellows 30.
  • the partition wall 38 has a channel which extends between the two end faces and connects the pressure chambers 32 and 34 adjoining the two end faces.
  • the channel 38 forms a throttle point, through which the fluid conducted from the pressure side of the rotor 12 through the channel 28 can flow from the pressure chamber 32 into the pressure chamber 34 and back. This throttle point damps periodically occurring pressure fluctuations, which occur during the operation of the eccentric screw pump by design. In this way, fluctuations of the pressing force Fa due to these pressure fluctuations are eliminated. Only larger pressure fluctuations with a larger period lead to a change in the force F a .
  • the bellows 30 acts due to its elasticity in the axial direction further as a spring element which generates a bias between the rotor 12 and stator 40. Due to the elasticity of the bellows 30 is the rotor 12 is pressed in the direction of the longitudinal axis W in the stator interior.
  • Pressure side is located at the end of the conical rotor having the largest diameter. In this respect, the arrangement is exactly the reverse of that described above.
  • a pressure channel not shown in FIG. 5, is provided which connects the pressure side to a surface of the stator 40 facing the suction side.
  • the eccentric screw pump shown in Fig. 5 has a stator 40 in which a rotor 42 is arranged, wherein the stator 40 and rotor 42 have the usual helical-type in the case of eccentric screw pumps surface configuration.
  • the stator 40 is arranged in a housing 44, which at a first axial end has an intake opening 46 through which the fluid to be delivered penetrates into the pump.
  • the suction opening 46 faces the end face 48 of the stator 40 and the rotor 42, which have the smallest diameter.
  • the rotor 42 and the interior of the stator 40 has a larger diameter.
  • the interior of the stator 40 and the outer periphery of the rotor 42 are thus conical.
  • the front side 50 faces the pressure side of the eccentric screw pump formed by the stator 40 and the rotor 42.
  • the rotor 42 merges into a rotor shaft 52 on the axial side, in which case the rotor 42 and the rotor shaft 52 are designed as an integral component.
  • the rotor shaft 52 is connected at its axial end 54 remote from the rotor 42 to a motor shaft, not shown here, of a drive motor.
  • the rotor shaft 52 leads with the rotor. tor 42 an eccentric movement in the interior of the stator 40, wherein the rotor shaft 52 on the one hand rotates about its longitudinal axis W and on the other performs an eccentric movement about the longitudinal axis X of the stator 40.
  • the rotor 42 carries out a movement due to the conical design of the rotor 42 and stator 40, in which the longitudinal axis W runs off on a conical surface.
  • the tip of this cone is located in the point of articulation of the rotor shaft 52 on the motor shaft. That is, the end of the rotor 42 located at the end face 48 performs an eccentric movement with a larger diameter about the longitudinal axis X than the end region of the rotor 42 at the end face 50.
  • the rotor shaft 52 has a seal 56, which seals the space 58, which adjoins the stator 40 on the pressure side to the engine.
  • shoulder surfaces 60 are formed, which are facing away from the rotor 42 and thus the suction side on the front side 48. Since these shoulder surfaces 60 are located in the interior of the space 58, in which the pressure-side fluid pressure acts, the fluid pressure acts on these shoulder surfaces 60 and generates a force in the direction of the longitudinal axis W of the rotor shaft 52, which the rotor shaft 52 with the rotor 42 to the front side 48th towards the stator 40. In this way, a pressure force between rotor 42 and stator 40 is generated by the fluid pressure on the pressure side, which increases with increasing fluid pressure at the pressure side of the pump and decreases with decreasing fluid pressure.
  • the rotor shaft with the rotor 42 is integrally formed from a ceramic material and has a cavity 62 in its interior.
  • the cavity 62 has a polygonal cross-sectional shape and, at its end remote from the rotor 42, is engaged with a coupling element 64 which has a corresponding polygonal external cross-sectional shape.
  • the coupling element 64 forms the axial end 54 of the rotor shaft 52.
  • the coupling element 64 is axially displaceable in the direction of the longitudinal axis W in the interior of the cavity 62.
  • the coupling element 64 allows the eccentric movement of the rotor shaft 52 about a fictitious pivot point 65 on the central axis of the coupling element 64.
  • the coupling element 64 is preferably formed of an elastomeric rubber rubber or has at least on its interior of the rotor shaft 52 facing region a coating of a Elastomeric material or rubber. This leads to an articulated mounting of the coupling element 64 in the cavity 62 in the interior of the rotor shaft 52.
  • the rotor shaft about the coupling member 64 and the pivot point 65 perform an eccentric movement due to the articulation of the connection between the rotor shaft 52 and coupling member 64.
  • the pressing force with which the rotor 42 is pressed into the stator 40 thereby automatically adjusts itself due to the pressures on the suction and pressure side of the rotor 42 and the ambient pressure and in particular based on the balance of forces between the on the shoulder surfaces 60 and the end face of the Rotor 42 on the axial side 48 acting compressive forces and the force acting on the axial end 54 ambient pressure.
  • a spring element 66 is provided in the region of the seal 56, which generates a bias of the rotor in the direction of the stator 40.
  • the stator 40 has on its rotor 42 facing inner surface on a coating 68 of an elastomeric material.
  • FIG. 1 A further embodiment of an eccentric worm pump will be described with reference to FIG.
  • the stator is mounted axially movable.
  • the rotor 72 is arranged inside a stator 74, as in the embodiment according to FIGS. 1 to 4.
  • the stator 74 is in a housing 76 in the axial direction X, d. H. guided in the direction of the longitudinal axis of the stator 72 movable.
  • the arrangement as shown schematically in Fig. 6, is used in such a way that the suction side 70 of the pump is located at the axial end of the conical rotor 72 with the small diameter.
  • the output-side pressure of the eccentric screw pump rests against the axial-side end face 80, the rotor 72 being fixed by means of an axial bearing (not shown).
  • the pressure-side pressure can be passed through a channel or gap 82 between the housing 76 and the stator 74 on one of the suction side 70 of the pump facing end face 84 of the stator 74.
  • a pressure force is generated at this end face 84, which presses the stator 72 on the rotor.
  • both a rotor and a stator can be provided on which the pressure applied to the pressure side of the pump acts in such a way that the rotor and the stator correspond , conical to each other, are pressed against each other.
  • the rotor shaft which engages the rotor is drives, always arranged at that end of the conical rotor, which has the larger diameter.
  • the invention can also be realized in an arrangement in which the rotor shaft is arranged at the end of the rotor with the smaller diameter.
  • Fig. 7 shows an embodiment in which the rotor 86 driven by the rotor shaft 88 can perform a purely rotational movement.
  • the occurring eccentricity between the rotor 86 and the stator 90 during rotation of the rotor 86 is compensated in this embodiment by a mobility of the stator 90.
  • the stator 90 is part of a stator housing, which is extended beyond the axial end face 92 of the rotor 86 addition.
  • the extension 94 of the stator housing is tubular and passes at its end remote from the rotor 86 in a bellows 96, which is connected to the discharge port 98 of the surrounding pump housing 100.
  • the pressure side of the pump is on the side of rotor 86 and stator 90, which has the larger cross-section.
  • the end 102 of the eccentric screw pump formed of rotor 86 and stator 90 forms the suction side of the pump, which communicates with the interior of the surrounding pump housing 100 and a suction port 104, which opens into this pump housing.
  • the rotor 86 rotates about its longitudinal axis.
  • the stator 90 with the subsequent extension 94 simultaneously performs an eccentric movement with respect to the longitudinal axis X, wherein the eccentric movement is made possible by the bellows 96, which forms a hinge.
  • a fictitious pivot point 106 is located on the longitudinal side X, around which the eccentric movement of the stator 90 takes place.
  • the eccentric motion describes a path along a conical surface, where the articulation point 106 forms the conical tip. Ie. the eccentricity is greatest at the front end 102 of the stator 90 and zero at the pivot point 106.
  • the interior of the extension 94 forms a pressure chamber in which the pressure-side pumping pressure of the eccentric screw pump acts.
  • the pressure-side pressure acts on the one hand on the end face 92 of the rotor 86 and at the same time on the surrounding the bellows 96 annular surface 108, which is arranged in the interior of the pressure chamber formed by the extension 94.
  • the rotor 86 is fixed by a thrust bearing, not shown.
  • the annular surface 108 is arranged on the side of the extension 94 facing away from the front side 92 of the rotor 86 and faces the rotor 86, ie the suction side of the pump.
  • the suction-side pressure prevails inside the pump housing 100
  • the suction-side pressure which is lower than the pressure in the interior of the extension 94
  • the suction-side pressure is also present at the outer wall of the extension 94 opposite the annular surface 108.
  • an automatic adjustment of the fit between rotor 86 and stator 90 can be effected as a function of the pressure difference between the suction and pressure sides of the eccentric screw pump.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe mit einem ringförmigen Außenteil(10; 40; 74) und einem darin angeordneten Innenteil (12; 42; 72), wobei sich das Innere des Außenteils (10; 40; 74) und das Äußere des Innenteils (12; 42; 72) korrespondierend zueinander zu einer Axialseite (16; 46; 70) hin verjüngen, wobei Innenteil (12; 42; 72) und Außenteil (10; 40; 74) in axialer Richtung (X, W) relativ zueinander beweglich gelagert sind und das Innenteil (12; 42; 72) und/oder das Außenteil (10; 40; 74) derart ausgebildet sind, dass ein an der Druckseite der Exzenterschneckenpumpe anliegender Druck eine axial in der Richtung, in welcher sich das Innenteil (12; 42; 72) verjüngt, auf das Innenteil (12; 42; 72) wirkende Kraft und/oder eine in entgegengesetzter axialer Richtung auf das Außenteil (10; 40; 74) wirkende Kraft erzeugt.

Description

Titel: Exzenterschneckenpumpe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe. Exzenterschneckenpumpen, welche auch unter der Bezeichnung Moineau-Pumpen bekannt sind, weisen einen schneckenförmigen Rotor auf, welcher bei einer Rotation exzentrisch in einem umgebenden Stator läuft. Dabei sind Pumpen bekannt, bei welchen der Stator und der Rotor über ihre axiale Länge einen konstanten Querschnitt aufweisen.
Beispielsweise aus US 2,957,427 ist eine Exzenterschneckenpumpe bekannt, welche einen konischen Rotor aufweist, welcher in einem ko- nisch ausgebildeten Stator läuft. Bei dieser Anordnung ist es durch axiales Verschieben des Rotors relativ zum Stator möglich, die Passung und die Andruckkraft zwischen Rotor und Stator einzustellen.
Eine ausreichende Andruckkraft zwischen Stator und Rotor ist wichtig, um die Dichtigkeit der Pumpe bei hohen Drücken zu gewährleisten. Gleichzeitig soll die Passung nicht zu eng sein, um die Reibung in der Pumpe gering zu halten.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Exzenterschneckenpumpe zu schaffen, welche eine verbesserte Einstellung der Passung zwischen Rotor und Stator ermöglicht, so dass immer eine ausreichende Dichtigkeit an den Kontaktflächen zwischen Rotor und Stator gegeben ist und gleichzeitig die Reibung zwischen Rotor und Stator möglichst gering gehalten werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Exzenterschneckenpumpe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Die erfindungsgemäße Exzenterschneckenpumpe weist ein ringförmiges Außenteil mit einem darin angeordneten Innenteil auf. Das Innenteil und das Außenteil bewegen sich in bekannter Weise relativ zueinander, wobei die Pumpbewegung erreicht wird. So kann das Innenteil als Rotor ausgebildet sein, welcher in dem Außenteil, welches einen feststehenden Stator bildet, rotiert. Dabei führen Rotor und Stator gleichzeitig eine exzentrische Bewegung zueinander aus, wobei diese exzentrische Bewegung entweder von dem Rotor und/oder von dem Stator ausgeführt werden kann. Alternativ ist es auch möglich, dass das Außenteil als Ro- tor sich um das feststehende Innenteil, welches dann als Stator dient, dreht. Dabei kann wiederum die exzentrische Bewegung entweder von dem rotierenden Außenteil oder dem feststehenden, d. h. nicht rotierenden Innenteil ausgeführt werden. Alternativ ist es ferner auch möglich, dass sich sowohl das Innenteil als auch das Außenteil zueinander drehen, um die Relativbewegung zueinander auszuführen. Die beim Betrieb auftretende exzentrische Bewegung kann auch von Innenteil und Außenteil gleichzeitig realisiert werden, anstatt dass nur eines der beiden Teile die exzentrische Bewegung ausführt. Insofern sind bei der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe alle denkbaren An- triebskombinationen, welche von derartigen Pumpen bekannt sind, verwendbar.
Bei der erfindungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe sind das Innere des Außenteils und das Äußere des Innenteils derart ausgebildet, das sie sich korrespondierend zueinander zu einer Axialseite hin verjüngen, d. h. vorzugsweise in axialer Richtung konisch ausgebildet sind. Diese Anordnung ermöglicht es, dass wenn das Innenteil in der Richtung des verjüngten Endes weiter in das umgebende Außenteil gedrückt wird, die Passung zwischen Innenteil und Außenteil verkleinert wird und der Anpressdruck an den Kontaktflächen zwischen Innen- und Außenteil erhöht wird. Auf diese Weise kann durch axiale Relativbewegung zwi- sehen Innen- und Außenteil die Passung bzw. der Anpressdruck an den Kontaktflächen zwischen Innen- und Außenteil eingestellt werden. Dazu sind Innen- und Außenteil in axialer Richtung relativ zueinander beweglich gelagert und zwar so, das die Beweglichkeit auch im Betrieb der Pumpe, d. h. z. B. bei Rotation des Innenteils gegeben ist.
Ferner sind erfindungsgemäß das Innen- und/oder das Außenteil derart ausgebildet, das sich der Anpressdruck zwischen Innen- und Außenteil bei höherem Druck in der Pumpe bzw. steigendem Druck an der Druckseite der Pumpe erhöht. Das heißt, bei der erfindungsgemäßen Pumpe stellt sich die Passung bzw. der Anpressdruck zwischen Innen- und Außenteil im Betrieb selbsttätig ein, wobei durch den höheren Anpressdruck bei höherem Druck an der Druckseite der Pumpe auch bei hohem Pumpendruck eine ausreichende Dichtigkeit der Pumpe sichergestellt wird. Ferner wird ermöglicht, dass bei niedrigerem Druck an der Druckseite der Anpressdruck an den Kontaktflächen zwischen Innen- und Außenteil reduziert wird, so dass die Reibung verringert wird. Auf diese Weise ist es möglich, bei unterschiedlichen Pumpendrücken die Reibung so gering wie möglich und gleichzeitig den Anpressdruck zwischen Innen- und Außenteil so groß wie nötig zu halten.
Diese Funktionsweise wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, dass Innen- und/oder Außenteil derart ausgebildet sind, dass ein an der Druckseite der Exzenterschneckenpumpe und/oder in den Kavitäten der Exzenterschneckenpumpe zwischen Innen- und Außenteil anliegender Druck dazu verwendet wird, eine Kraft zu erzeugen, welcher in axialer Richtung Innen- und Außenteil ineinander drückt. Das heißt, diese von dem Druck an der Druckseite oder in den Kavitäten erzeugte Kraft wirkt in der Axiαlrichtung, in welcher sich Innen- und Außenteil verjüngen auf das Innenteil oder in der Richtung, in welcher sich Innen- und Außenteil erweitern auf das Außenteil. Es sind auch Ausgestaltungen denkbar, bei welchen der Druck sowohl auf das Außenteil als auch in entgegenge- setzter Richtung auf das Innenteil wirkt. Bei jeder dieser Anordnungen wird sichergestellt, dass durch den an der Druckseite oder den Kavitä- ten im Inneren der Pumpe anliegenden Druck Kräfte erzeugt werden, welche auf das Innen- und/oder das Außenteil wirken und diese ineinander drücken, um in Abhängigkeit des Drucks an der Druckseite oder im Inneren den Anpressdruck zwischen Innen- und Außenteil einzustellen. So wird der Differenzdruck zwischen Saug- und Druckseite der Exzenterschneckenpumpen, d. h. zwischen den beiden Axialenden von Innen- und Außenteil bzw. zwischen der Saugseite und den Kavitäten im Inneren dazu genutzt, Innen- und Außenteil zusammenzudrücken. Bei Verringerung des Druckes bewegen sich Innen- und Außenteil vorzugsweise selbsttätig aufgrund des in der Pumpe herrschenden Druckes wieder auseinander bzw. der in der Pumpe herrschende Druck verringert selbsttätig den Anpressdruck zwischen Innen- und Außenteil, wenn er den von außen wirkenden Kräften entgegen wirkt.
Vorzugsweise ist die Exzenterschneckenpumpe derart ausgebildet, das der an der Druckseite anliegende Druck auf eine dem verjüngten Ende des Innenteils abgewandte Fläche des Innenteils wirkt. Durch die Druckbeaufschlagung dieser Fläche wird eine in Richtung des verjüng- ten Endes des Innenteils wirkende axiale Kraft erzeugt, welche das Innenteil zum verjüngten Ende des Außenteils drückt. Über die Größe der Fläche, auf welcher der Druck in axialer Richtung wirkt, kann ferner die Größe der wirkenden Kraft beeinflusst werden, so dass durch Anpassung der Fläche die Kräfteverhältnisse und insbesondere der Bereich, in welchem der Anpressdruck zwischen Innen- und Außenteil variieren kann, voreingestellt werden kann. Insbesondere wird die Fläche im Verhältnis zu den übrigen Stirnflächen bzw. Stirnseiten des Innenteils, auf welche der an der Saug- oder Druckseite anliegende Druck wirkt, ausgelegt, um die gewünschten Kräfteverhältnisse, welche auf das Innenteil wirken, voreinstellen zu können.
Das Innenteil und das Außenteil sind weiter bevorzugt derart angeordnet, dass die Axialseite, zu welcher sich das Innere des Außenteils und das Äußere des Innenteils verjüngen, die Druckseite der Exzenterschneckenpumpe ist. Der große Querschnitt von Innen- und Außenteil am entgegengesetzten Axialende bildet entsprechend die Saugseite der Pumpe. Bei dieser Ausgestaltung wirkt der Druck an der Druckseite auf die kleine Stirnfläche des Innenteils. Diese Kraft würde somit das Innen- und das Außenteil auseinanderdrücken, wenn keine entgegengesetzte Kraft auf Innen- und/oder Außenteil wirkt. Wenn nun der an der Druckseite anliegende Druck gleichzeitig auf eine der Druckseite abgewand- te Fläche des Innenteils oder aber auf eine der Druckseite zugewandte Fläche des Außenteils wirkt, kann der auf die kleine Stirnfläche des Innenteils wirkenden Kraft entgegengewirkt werden, um Innen- und Außenteil auch bei größere/ Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite in Anlage zu halten.
Dazu ist bei dieser Ausführungsform bei der EExzenterschneckenpumpe, bei welcher das verjüngte Ende von Innen- und Außenteil die Druckseite der Pumpe bildet, im Inneren des Innenteils ein Kanal ausgebildet, welcher zu der Druckseite oder zu einer Kavität im Inneren der Exzen- terschneckenpumpe geöffnet ist und mit einer der Druckseite abgewandten Fläche des Innenteils in Verbindung steht. Auf diese Weise wird der an der Druckseite oder der im Inneren der Pumpe herrschende Druck auf eine der Druckseite abgewandte Fläche geleitet, um dort eine Kraft zu erzeugen, welche der an der Druckseite des Innenteils auf diesen wirkenden Kraft axial entgegengesetzt gerichtet ist und das Innenteil im Außenteil in Anlage hält bzw. in das Außenteil drückt. Weiter bevorzugt ist dazu an der der Druckseite abgewandten Axialseite des Innenteils ein Druckraum angeordnet, welcher mit dem genannten Kanal in Verbindung steht. Der Druckraum weist eine in axialer Richtung veränderbare Länge auf und hat eine der Druckseite abgewand- te, mit dem Innenteil verbundene Innenfläche. Der über den Kanal in den Druckraum geleitete Druck, welcher an der Druckseite der Pumpe herrscht, führt zu einer Ausdehnung des Druckraumes und damit zu einer Längenänderung des Druckraumes. Der Druck wirkt dabei auf eine Innenfläche des Druckraumes, welche der Druckseite abgewandt ist und erzeugt so eine axial gerichtete Druckkraft auf das Innenteil, welche diesen zum verjüngten Ende des Innenteils hin in das Außenteil drückt und dafür sorgt, das ein ausreichend hoher Anpressdruck zwischen Innen- und Außenteil auch bei höherem Druck an der Druckseite der Pumpe aufrechterhalten wird. Der Druckraum ist vorzugsweise ge- genüber der Umgebung abgedichtet. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn der Druckraum auf der Saugseite der Pumpe in axialer Verlängerung des Innenteils angeordnet ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird erreicht, dass auch von der Saugseite her der an der Druckseite anliegende Druck auf eine Stirnfläche bzw. eine zur axialen Stirnseite gewandte Fläche des Innenteils wirkt. Die Innenfläche des Druckraumes, auf welche dieser Druck wirkt, ist vorzugsweise fest mit dem Innenteil verbunden bzw. in axialer Richtung mit dem Innenteil bewegungsgekoppelt, um die axial wirkende Druckkraft von der Innenfläche auf das Innenteil zu übertragen.
Besonders bevorzugt ist der Druckraum im Inneren einer das Innenteil antreibenden Welle ausgebildet, wobei die Welle mit dem Druckraum in ihrer Länge veränderbar ist. Die Welle verbindet einen Antriebsmotor, vorzugsweise einen elektrischen Antriebsmotor mit dem Innenteil. Das Innenteil bildet dabei einen Rotor, welcher sich relativ zu dem Außenteil, welches vorzugsweise als Stator fungiert, dreht. Der Antrieb erfolgt dabei über die Welle, welche somit eine Rotorwelle bildet. Wenn die Welle über den Druckrαum in ihrer Länge veränderlich ist, kann die An- druckkraft zwischen dem zu einer Seite verjüngten, insbesondere konischen Innenteil und der entsprechend geformten Innenfläche des Außenteils durch die Längenänderung eingestellt werden.
Gemäß besonders bevorzugter Ausführungsformen ist der Druckraum über eine Kolben-Zylinder-Anordnung und/oder durch eine in axialer Richtung elastische Außenwandung in seiner Länge veränderbar. Die elastische Außenwandung kann beispielsweise nach Art eines Falten- balges aus Metall, einem Elastomer oder Gummi ausgebildet sein. Durch die Elastizität kann gleichzeitig eine Vorspannung realisiert werden. Die Kolben-Zylinder-Anordnung kann auch die mehrteilige Ausgestaltung der Außenwandung des Druckraumes realisiert werden, wobei die Teile der Außenwandung des Druckraumes teleskopartig inein- ander greifen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann in dem Kanal oder dem mit dem Kanal in Verbindung stehenden Druckraum eine Drosselstelle ausgebildet sein. Diese Drosselstelle dient dazu, Druck- Schwankungen, welche während des Betriebes der Pumpe auftreten zu dämpfen, um eine Änderung des Anpressdruckes zwischen Innen- und Außenteil bei kurzzeitigen Druckschwankungen zu unterbinden. Dazu ist die Drosselstelle so angeordnet, das die Übertragung des Druckes von der Druckseite des Innenteils zu der der Druckseite abgewandten Flä- che des Innenteils bzw. der Innenfläche des Druckraumes nur gedämpft über die Drosselstelle erfolgt, so dass Druckänderungen in dem Druckraum deutlich langsamer erfolgen als an der Druckseite der Pumpe.
Die der Druckseite abgewandten Fläche, d. h. die abgewandte projizierte Fläche, mit welcher der Kanal in Verbindung steht, ist bevorzugt größer als die der Druckseite zugewandte Stirnfläche des Innenteils. Wenn auf die Fläche, welche mit dem Kanal in Verbindung steht und welcher der Druckseite abgewandt ist, beispielsweise die Innenfläche des Druckraumes, derselbe Druck wirkt wie auf die Stirnfläche des Innenteils an der Druckseite der Pumpe, ist aufgrund der größeren Fläche die in axialer Richtung zur Druckseite hin auf das Innenteil wirkende Kraft größer ist als die von der Druckseite zur Saugseite in axialer Richtung wirkende Kraft. Auf diese Weise wird sichergestellt, das unabhängig von dem an der Druckseite anliegenden Druck das Innenteil immer in Richtung der Druckseite mit einer größeren Kraft beaufschlagt wird und in bzw. gegen das Außenteil gedrückt wird, wenn die Druckseite an der Seite des verjüngten Endes des Innen- und Außenteils gelegen ist. Die das Innenteil in das Außenteil drückende Kraft ist somit abhängig von der Flächendifferenz zwischen der Stirnfläche des Innenteils an der Druckseite und der der Druckseite abgewandten Fläche und proporti- onal zum Druck an der Druckseite der Pumpe bzw. zur Druckdifferenz zwischen Saugseite und Druckseite.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind Innen- und Außenteil derart angeordnet, das diejenige Axialseite, zu welcher sich das Innere des Außenteils und das Äußere des Innenteils verjüngen, die Saugseite der Exzenterschneckenpumpe ist. Das heißt, Innenteil und das Innere des Außenteils erweitern sich zur Druckseite der Pumpe hin. Da bei dieser Ausführungsform die große Stirnfläche des Innenteils zur Druckseite hin gelegen ist, ist es leicht möglich, dass der an der Druck- seite anliegende Druck auf diese Fläche wirkt und so das Innenteil in das Außenteil drückt und stets für eine ausreichende Andruckkraft an den Berührungspunkten zwischen Innen- und Außenteil sorgt. Der an der Saugseite auf das Innenteil wirkende Druck ist geringer, so dass an dieser Seite eine geringere Kraft auf das Innenteil wirkt.
Vorzugsweise ist es bei dieser Ausführungsform wie auch bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform, bei welcher das verjüngte Ende des Innenteils an der Druckseite gelegen ist, so, dass die das Innenteil antreibende Welle an derjenigen Stirnseite des Innenteils angreift, an welcher die größte Querschnittsfläche des Innenteils gelegen ist. Dabei ist bei der Ausführungsform, bei welcher das Innenteil sich zur Druckseite hin erweitert, an dem Innenteil und/oder an der axialseitig mit dem Innenteil verbundenen Welle vorzugsweise zumindest eine Druckfläche angeordnet, welche in axialer Richtung der Saugseite abgewandt, d. h. der Druckseite zugewandt ist, und auf welche der an der Druckseite der Exzenterschneckenpumpe anliegende Druck wirkt. Durch Beaufschlagung dieser Druckfläche wird eine Druckkraft erzeugt, welche in axialer Richtung zur Saugseite und damit zum verjüngten Ende des Innenteils und des linnenraumes des Außenteils hin wirkt und so das Innen- gegen das Außenteil drückt.
Zusätzlich ist bei dieser Ausführungsform ein Druckkanal vorgesehen, welcher die Druckseite oder eine Kavität im Inneren der Exzenterschneckenpumpe mit einer der Druckseite abgewandten Fläche des Außenteils verbindet. Dies ist eine eigentlich der Saugseite der Pumpe zugewandte Fläche, welche über den Druckkanal mit dem an der Drucksei- te oder im Inneren zwischen Innen- und Außenteil anliegenden Druck beaufschlagt wird, so dass von dieser Seite her, an welcher das verjüngte Ende des Außenteils gelegen ist, das Außenteil auf das Innenteil gedrückt wird. In dem Druckkanal kann eine Drosselstelle angeordnet sein.
Weiter bevorzugt ist zumindest ein Vorspannelement vorgesehen, welches das Innenteil mit einer Vorspannkraft in der axialen Richtung, in welcher er sich verjüngt, beaufschlagt und/oder welches das Außenteil mit einer Vorspannkraft in entgegengesetzter axialer Richtung beaufschlagt. Ein solches Vorspannelement kann bei beiden vorangehend beschriebenen grundsätzlichen Ausführungsformen der Erfindung, d. h. unabhängig davon, ob die Druckseite am verjüngten oder am erweiterten Ende des Innenteils gelegen ist, zum Einsatz kommen. Ein solches Vorspαnnelement oder mehrere solche Vorspαnnelemente bewirken, dass Innen- und Außenteil in axialer Richtung gegeneinander gedrückt werden, so dass die als Dichtflächen dienenden Berührungspunkte bzw. Berührungslinien zwischen Innen- und Außenteil in Anlage gehalten werden. Die Vorspannelemente bewirken, dass auch bei nur geringem Druck an der Druckseite bzw. geringer oder nicht vorhandener Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite eine ausreichende Andruck- kraft zwischen Innen- und Außenteil gegeben ist, so dass auch beim Anlaufen der Pumpe die im Inneren ausgebildeten Pumpenräume dicht sind und die Funktion gewährleistet ist.
Das Innenteil ist vorzugsweise über eine Welle bzw. Rotorwelle mit einem Antriebsmotor, insbesondere einem elektrischen Antriebsmotor verbunden, wobei die Welle an einem Gelenkpunkt, z. B. am Anlenkungspunkt an der Abtriebswelle des Antriebsmotors, gelenkig gelagert ist und der Gelenkpunkt vorzugsweise rein rotatorisch bewegbar ist. Dies ermöglicht, dass das als Rotor dienende Innenteil während seiner Drehung eine exzentrische Bewegung vollführt, wobei der Gelenkpunkt selber sich vorzugsweise nur um eine Längsachse dreht und keine exzentrische oder axiale Bewegung in Richtung der Längsachse vollführt. Das heißt, es ist keine Exzentrizität der Bewegung am Gelenkpunkt selber gegeben. Durch die gelenkige Ausgestaltung des Anlenkungspunktes kann auf zusätzliche Gelenkelemente in der Welle zur Ermöglichung der exzentrischen Bewegung verzichtet werden. Alternativ kann die Rotorwel- Ie biegsam ausgebildet oder mit einem Gelenk versehen sein, so dass eine exzentrische Bewegung um einen fiktiven Gelenkpunkt möglich ist.
Weiter bevorzugt ist das Innenteil über eine Welle mit einem Antriebsmotor verbunden und die Welle mit dem Innenteil gemeinsam exzent- risch bewegbar, wobei Innenteil und Welle derart angeordnet sind, dass die Exzentrizität ihrer Bewegung ausgehend von einem Gelenkpunkt, z. B. dem Anlenkungspunkt an dem Antriebsmotor, zunimmt, vor- zugsweise linear zunimmt. Wie oben beschrieben ist am Gelenkpunkt, vorzugsweise keine Exzentrizität zusätzlich zu der Drehbewegung der Welle gegeben. Ausgehend von diesem Punkt vollführen Innenteil und Welle neben ihrer Rotation um ihre Längsachse eine exzentrische Be- wegung um den Gelenkpunkt, dabei bewegt sich die Längsachse der Welle vorzugsweise entlang einer Kegelmantelfläche, wobei die Spitze des Kegels im Gelenkpunkt gelegen ist. Das heißt, die Welle rollt über die Kegelmantelfläche ab. Besonders bevorzugt bilden die Längsachse des Innenteils und die Längsachse der Welle eine gerade Linie, welche um den Gelenkpunkt die beschriebene exzentrische Bewegung über die Kegelmantelflächen vollführen. Auf diese Weise wird eine exzentrische Bewegung des Innenteils im Inneren des Außenteils erreicht, so dass das Innenteil auf der Innenfläche des Außenteils abrollt.
Das Innenteil ist vorzugsweise zumindest an seiner Oberfläche aus einem keramischen Material ausgebildet, während das Außenteil zumindest an der dem Innenteil zugewandten Oberfläche vorzugsweise aus einem Elastomer ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist das Innenteil vollständig aus einem keramischen Material und das Außenteil voll- ständig aus einem Elastomermaterial ausgebildet. Das heißt, das Innenteil weist eine harte Oberfläche auf, während das Außenteil eine elastische dem Innenteil zugewandte Oberfläche aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
Fig. 1 eine geschnittene Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Pumpenaggregats,
Fig. 2 eine geschnittene Ansicht des Rotors und des Stators eines
Pumpenaggregates gemäß Fig. 1 , Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Rotors in teilweise geschnittener Darstellung
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Druckverhältnisse an Stator und Rotor,
Fig. 5 eine Schnittansicht einer Exzenterschneckenpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 eine Schnittansicht von Rotor und Stator gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 7 eine perspektivisch geschnittene Ansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele betreffen Antriebsanordnungen, bei welchem das Innenteil der Pumpe als Rotor ausgebildet ist und rotatorisch angetrieben wird. Entsprechend ist das Außenteil der Exzenterschneckenpumpe als nicht rotierender Stator ausgebildet. D. h. die Relativbewegung zwischen Rotor und Stator wird allein durch Rotation des Rotors erzeugt. Es ist jedoch zu verstehen, dass das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip der Einstellung der Passung zwischen Rotor und Stator auch bei Anordnungen zur Anwendung gelangen kann, bei welcher das nachfolgend als Stator beschriebene Außenteil relativ zu dem Innenteil rotiert.
Die in Fig. 1 dargestellte Exzenterschneckenpumpe ist als Tauchpumpe ausgebildet, welche an ihrem unteren Ende einen elektrischen Antriebsmotor 2 aufweist, an welchem axial die eigentliche Pumpenein- heit 4 angeflanscht ist. Die Pumpeneinheit 4 weist umfängliche Eintrittsöffnungen 6 und an ihrem oberen axialen Ende in Richtung der Längsachse X einen Druckstutzen 8 auf. Die im Inneren der Pumpeneinheit 4 angeordnete Exzenterschneckenpumpe weist einen ringtörmigen Stator 10 sowie einen in dessen Inneren angeordneten schneckenförmigen Rotor 12 auf. Im gezeigten Beispiel ist die Statorinnenseite mit einem Elastomermaterial 14 beschichtet, welches mit der Außenfläche des Rotors 12 an den Kontaktstellen in Berührung kommt. Der Rotor 12 ist vorzugsweise aus Stahl, insbesondere rostfreien Edelstahl oder Keramik ausgebildet. Rotor 12 und Stator 10 bilden in bekannter Weise ein Exzenterschnecken- bzw. Moineau-Pumpe, bei welcher der Rotor 12 im Inneren des Stators 10 um seine Längsachse rotiert. Dabei beschreibt die Längsachse gleichzeitig eine Kreisbewegung um die Statorlängsachse, d. h. der Rotor rotiert exzentrisch in dem Stator 10. Die Pumpenwirkung kommt dadurch zustande, dass die Statorinnenwandung und die Rotoraußenwandung eine unterschiedliche Anzahl von schraubenförmigen Windungen aufweisen.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Pumpenaggregat ist die Exzenterschneckenpumpe konisch ausgebildet, d. h. der Stator 10 bzw. der Innenraum des Stators 10 und der Rotor 12 verjüngen sich zu einer axialen Stirnseite 16 hin. Die Stirnseite 16 bildet die Druckseite der Pumpe, wäh- rend die entgegengesetzte Stirnseite 18 des Stators 10 an der Saugseite der Pumpe gelegen ist.
Der Rotor 12 ist über eine sich an der Stirnseite 18 anschließende Rotorwelle 20 an einem Anlenkungspunkt 22 mit der Abriebswelle 24 des An- triebsmotors 2 verbunden.
Die Rotorwelle 20 ist derart gelenkig ausgebildet, das die Rotorwelle 20 bei ihrer Rotation zusätzlich eine exzentrische Bewegung ausführen kann. Die Gelenkigkeit der Rotorwelle 20 wird durch den später be- schriebenen Faltenbalg 30 an dem dem Antriebsmotor 2 zugewandten Ende der Rotorwelle 20 realisiert. Diese exzentrische Bewegung erfolgt in der Weise, dass ein fiktiver Gelenkpunkt 23 auf der Längsachse des FaI- tenbαlges 30 die Spitze eines Kegels bildet, auf dessen Oberfläche sich die Rotorwelle 20 mit dem Rotor 12 exzentrisch bewegt, während die Rotorwelle 20 und der Rotor 12 sich angetrieben durch die Antriebsmotor 2 um ihre Längsachse drehen. Das heißt, der Rotor 12 führt gemein- sam mit der Rotorwelle 20 im Inneren des Stators 14 eine exzentrische Bewegung aus, welche kegelförmig um die Längsachse X und den Gelenkpunkt 23 im Falenbalg 30 erfolgt. Die Exzentrizität ergibt sich durch die Gestaltung von Stator 10 und Rotor 12, so dass der Rotor 12 bei Rotation des Rotors um seine eigene Achse automatisch die beschriebe- ne exzentrische Bewegung ausführt. Die exzentrische Bewegung erfolgt so, dass an der Stirnseite 16 die Exzentrizität am größten ist, d. h. der Durchmesser des Kreises, auf welchem sich die Mittelachse des Rotors bei der Rotation bewegt am größten ist. Am Gelenkpunkt 23 im Faltenbalg 30 ist keine Exzentrizität mehr gegeben. An der Stirnseite 18 be- wegt sich der Rotor mit einer geringeren Exzentrizität als an der Stirnseite 16, d. h. der Durchmesser des Kreises auf welchem sich die Mittelachse des Rotors bei dessen Rotation bewegt, ist kleiner.
Die erfindungsgemäße Exzenterschneckenpumpe ist so ausgebildet, dass sich die Passung zwischen Rotor 12 und Stator 10 selbsttätig in Abhängigkeit der Druckverhältnisse an der Druckseite und der Saugseite der Exzenterschneckenpumpe und insbesondere der Druckdifferenz zwischen Druck- und Saugseite einstellt. Das heißt, der Anpressdruck an den Kontaktflächen zwischen Rotor 12 und Stator 10 wird in Abhängig- keit des Fluiddruckes selbsttätig angepasst.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel erfolgt dies dadurch, dass der an der Druckseite, d. h. der Stirnseite 16 anliegende Fluiddruck auf eine der Saugseite zugewandte Druckfläche 26 wirkt, wie anhand der Figuren 3 bis 4 näher beschrieben wird. Der Rotor 12 weist einen zentral angeordneten Kanal auf, welcher sich in Längsrichtung von der Stirnseite 16 bis zu der Druckfläche 26, welche hier die entgegengesetzte Stirnseite des Rotors 12 bildet, erstreckt. An der Druckfläche 26 öffnet sich der Kanal 28 in das Innere der hohl aus- gebildeten Rotorwelle 20. So kann der an der Stirnseite 16, d. h. der Druckseite der Eϊxzenterschneckenpumpe anliegende Fluiddruck durch den Kanal 28 auf die der Stirnseite 16, d. h. der Druckseite abgewandte Druckfläche 26 geleitet werden.
Dies führt zu einem Kräfteverhältnis, wie es im Wesentlichen in Fig. 4 anhand einer Detailansicht dargestellt ist. Auf die der Stirnseite 16 zugewandte Stirnseite des Rotors 12 wirkt eine Kraft Fz welche durch den Fluiddruck an der Druckseite der Pumpe hervorgerufen wird. Diese Kraft Fz ist abhängig von der Größe, d. h. dem Durchmesser B der Stirnseite des Rotors 12. Da der Fluiddruck von der Saugseite durch den Kanal 28 in das Innere der Rotorwelle 20 geleitet wird, wird an der dem Rotor 12 zugewandten Innenfläche, welche die Druckfläche 26 bildet, durch den an der Druckseite des Rotors 12 anliegenden Fluiddruck eine Kraft Fa erzeugt. Diese Kraft ist ferner abhängig von der Größe der Druckflä- che 26, d. h. vom Innendurchmesser A der Rotorwelle 20, welcher dem Durchmesser der Druckfläche 26 entspricht. Idealerweise ist die Druckfläche 26 größer als die stirnseitige Fläche des Rotors 12 an der Stirnseite 16. Dies führt dazu, dass, da auf beiden Seiten der gleiche Druck anliegt, die Kraft Fa immer größer als die Kraft F2 ist, so dass sichergestellt wird, das der Rotor 12 in den Stator 10 in Richtung zu der Stirnseite 16 hin gedrückt wird. Die in axialer Richtung wirkende Andruckkraft ist dabei die Differenz der Kräfte Fa und Fz, d. h. die Kraft, welche sich aus der Flächendifferenz der beiden Stirnseiten des Rotors 12 multipliziert mit dem an der Druckseite anliegenden Fluiddruck ergibt, sowie den Bei- trägen aus den Druckverhältnissen in den Kavitäten zwischen Rotor 12 und Stator 10. Daraus ergibt sich, dass mit steigendem Fluiddruck an der Druckseite auch die Andruckkraft zwischen Rotor und Stator zunimmt. Die Rotorwelle 20 ist so ausgebildet, das eine axiale Verschiebbarkeit des Rotors 12 in Richtung der Längsachse W von Rotor 12 und Rotorwelle 20 gegeben ist. Diese Längsverschiebbarkeit ebenfalls durch den Faltenbalg 30 realisiert, welcher eine elastische Wandung der Rotorwelle 20 bildet. Der Faltenbalg 30 kann aus Metall oder Kunststoff, insbesondere einem Elastomer ausgebildet sein. Er muss neben der Elastizität in axialer Richtung W auch eine Torsionssteifigkeit zur Übertragung des Drehmomentes, welches auf die Rotorwelle 20 wirkt, sowie eine Gelen- kigkeit für die exzentrische Bewegung des Rotors 12 aufweisen. Die Rotorwelle 20 mit dem Faltenbalg 30 ist hohl ausgebildet, so dass im Inneren ein Druckraum 32 und 34 gebildet wird. Der Druckraum 32 liegt dabei in dem starren Teil der Rotorwelle 20, der Druckraum 34 liegt in dem von dem Faltenbalg 30 gebildeten Teil der Rotorwelle 20. Die Druck- räume 32 und 34 sind durch eine Trennwand 36 voneinander getrennt. Die Trennwand 36 ist am axialen Ende des starren Teils der Rotorwelle 20 angrenzend an den durch den Faltenbalg 30 gebildeten Teil angeordnet. Die Trennwand 38 weist einen Kanal auf, welcher sich zwischen den beiden Stirnseiten erstreckt und die an die beiden Stirnseiten an- grenzenden Druckräume 32 und 34 miteinander verbindet. Der Kanal 38 bildet eine Drosselstelle, durch welche das von der Druckseite des Rotors 12 durch den Kanal 28 geleitete Fluid von dem Druckraum 32 in den Druckraum 34 und zurück strömen kann. Diese Drosselstelle dämpft periodisch auftretende Druckschwankungen, welche konstruktionsbe- dingt beim Betrieb der Exzenterschneckenpumpe auftreten. Auf diese Weise werden Schwankungen der Andruckkraft Fa aufgrund dieser Druckschwankungen eliminiert. Lediglich größere Druckschwankungen mit größerer Periode führen zu einer Änderung der Kraft Fa.
Der Faltenbalg 30 wirkt aufgrund seiner Elastizität in axialer Richtung ferner als Federelement, welches eine Vorspannung zwischen Rotor 12 und Stator 40 erzeugt. Aufgrund der Elastizität des Faltenbalges 30 wird der Rotor 12 in Richtung der Längsachse W in das Statorinnere gedrückt.
Anhand von Fig. 5 wird eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfin- düng beschrieben. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorangehend beschriebenen Ausführungsform darin, dass hier die
Druckseite an dem Ende des konisch ausgebildeten Rotors gelegen ist, welches den größten Durchmesser aufweist. Insofern ist die Anordnung genau umgekehrt zu der vorangehend beschriebenen. Bei dieser Aus- führungsform ist ein in Fig. 5 nicht gezeigter Druckkanal vorgesehen, welcher die Druckseite mit einer der Saugseite zugewandten Fläche des Stators 40 verbindet.
Die in Fig. 5 gezeigte Exzenterschneckenpumpe weist einen Stator 40 auf, in welchem ein Rotor 42 angeordnet ist, wobei Stator 40 und Rotor 42 die bei Exzenterschneckenpumpen übliche wendeiförmige Oberflächengestaltung aufweisen. Der Stator 40 ist in einem Gehäuse 44 angeordnet, welches an einem ersten axialen Ende eine Ansaugöffnung 46 aufweist, durch welche das zu fördernde Fluid in die Pumpe dringt. Die Ansaugöffnung 46 ist der Stirnseite 48 von Stator 40 und Rotor 42 zugewandt, welche den kleinsten Durchmesser aufweisen. An der entgegengesetzten Stirnseite 50 weist der Rotor 42 und das Innere des Stators 40 einen größeren Durchmesser auf. Das Innere des Stators 40 und der Außenumfang des Rotors 42 sind somit konisch gestaltet. Die Stirn- seite 50 ist der Druckseite der durch den Stator 40 und den Rotor 42 gebildeten Exzenterschneckenpumpe zugewandt.
Der Rotor 42 geht axialseitig in eine Rotorwelle 52 über, wobei hier Rotor 42 und Rotorwelle 52 als ein integrales Bauteil ausgebildet sind. Die Ro- torwelle 52 wird an ihrem dem Rotor 42 abgewandten Axialende 54 mit einer hier nicht gezeigten Motorwelle eines Antriebesmotors verbunden. Auch bei dieser Ausführungsform führen die Rotorwelle 52 mit dem Ro- tor 42 eine exzentrische Bewegung im Inneren des Stator 40 aus, wobei sich die Rotorwelle 52 zum einen um ihre Längsachse W dreht und zum anderen eine exzentrische Bewegung um die Längsachse X des Stators 40 ausführt. Dabei führt der Rotor 42 hier, wie bei der ersten Ausfüh- rungsform beschrieben, aufgrund der konischen Ausgestaltung von Rotor 42 und Stator 40 eine Bewegung aus, bei welcher die Längsachse W auf einer Kegelmantelfläche abläuft. Dabei ist die Spitze diese Kegels im Anlenkungspunkt der Rotorwelle 52 an der Motorwelle gelegen. Das heißt, das an der Stirnseite 48 gelegene Ende des Rotors 42 führt um die Längsachse X eine exzentrische Bewegung mit größerem Durchmesser aus als der Endbereich des Rotors 42 an der Stirnseite 50. Am axialen Ende 54 der Rotorwelle, welches mit der Motorwelle verbunden wird, ist vorzugsweise keine Exzentrizität der Bewegung mehr gegeben. An ihrem dem Rotor 42 abgewandten Ende weist die Rotorwelle 52 eine Dichtung 56 auf, welche den Raum 58, welcher sich druckseitig an den Stator 40 anschließt zum Motor hin abdichtet.
An der Dichtung 56 sind Absatzflächen 60 ausgebildet, welche dem Rotor 42 und somit der Saugseite an der Stirnseite 48 abgewandt sind. Da diese Absatzflächen 60 im Inneren des Raumes 58 gelegen sind, in welchem der druckseitige Fluiddruck wirkt, wirkt der Fluiddruck auf diese Absatzflächen 60 und erzeugt eine Kraft in Richtung der Längsachse W der Rotorwelle 52, welche die Rotorwelle 52 mit der Rotor 42 zur Stirnseite 48 hin in den Stator 40 drückt. Auf diese Weise wird durch den FIu- iddruck an der Druckseite eine Andruckkraft zwischen Rotor 42 und Stator 40 erzeugt, welche mit zunehmendem Fluiddruck an der Druckseite der Pumpe zunimmt und mit abnehmendem Fluiddruck abnimmt. So wird auch bei dieser Ausführungsform eine selbsttätige Einstellung der Passung und damit der Andruckkraft zwischen Rotor 42 und Stator 40 im Betrieb der Pumpe gewährleistet. Im gezeigten Beispiel ist die Rotorwelle mit dem Rotor 42 einstückig aus einem keramischen Material ausgebildet und weist in ihrem Inneren einen Hohlraum 62 auf. Der Hohlraum 62 weist eine polygonale Querschnittsform auf und ist an seinem dem Rotor 42 abgewandten Stirnen- de mit einem Kupplungselement 64 in Eingriff, welches eine korrespondierende polygonale äußere Querschnittsform aufweist. Das Kupplungselement 64 bildet das Axialende 54 der Rotorwelle 52. Das Kupplungselement 64 ist in Richtung der Längsachse W axial im Inneren des Hohlraumes 62 verschiebbar. Auf diese Weise wird eine Axialverschieb- barkeit der Rotorwelle 52 dem Rotor 42 relativ zu dem Stator 40 erreicht. Ferner ermöglicht das Kupplungselement 64 die exzentrische Bewegung der Rotorwelle 52 um einen fiktiven Gelenkpunkt 65 auf der Mittelachse des Kupplungselementes 64. Dazu ist das Kupplungselement 64 aus einem Elastomermaterial vorzugsweise Gummi ausgebildet oder weist zumindest an seiner dem Inneren der Rotorwelle 52 zugewandte Bereich eine Beschichtung aus einem Elastomermaterial oder Gummi auf. Dies führt zu einer gelenkigen Lagerung des Kupplungselementes 64 in dem Hohlraum 62 im Inneren der Rotorwelle 52. So kann die Rotorwelle um das Kupplungselement 64 und den Gelenkpunkt 65 eine exzentrische Bewegung aufgrund der Gelenkigkeit der Verbindung zwischen Rotorwelle 52 und Kupplungsteil 64 ausführen.
Die Andruckkraft, mit welcher der Rotor 42 in den Stator 40 gedrückt wird, stellt sich dabei selbsttätig aufgrund der Drücke an Saug- und Druckseite des Rotors 42 sowie des Umgebungsdruckes ein und insbesondere auf Grundlage des Kräfteverhältnisses zwischen den auf die Absatzflächen 60 sowie die Stirnfläche des Rotors 42 an der Axialseite 48 wirkenden Druckkräfte und den auf das Axialende 54 wirkenden Umgebungsdruck ein. Zusätzlich ist hier im Bereich der Dichtung 56 ein Fe- derelement 66 vorgesehen, welches eine Vorspannung des Rotors in Richtung auf den Stator 40 erzeugt. Der Stator 40 weist an seiner dem Rotor 42 zugewandten Innenoberfläche eine Beschichtung 68 aus einem Elastomermaterial auf.
Anhand von Fig. 6 wird eine weitere Ausführungsform einer Exzen- terschneckenpumpe beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist im Unterschied zu den beiden vorangehend beschrieben Ausführungsformen nicht der Rotor, sondern der Stator axial beweglich gelagert.
Der Rotor 72 ist wie bei der Ausführungsform gemäß Figuren 1 bis 4 im Inneren eines Stators 74 angeordnet. Der Stator 74 ist in einem Gehäuse 76 in axialer Richtung X, d. h. in Richtung der Längsachse des Stators 72 beweglich geführt.
Die Anordnung, wie sie schematisch in Fig. 6 gezeigt ist, wird in der Weise eingesetzt, dass die Saugseite 70 der Pumpe am Axialende des koni- sehen Rotors 72 mit dem kleinen Durchmesser gelegen ist. So liegt der ausgangsseitige Druck der Exzenterschneckenpumpe an der axialseiti- gen Stirnfläche 80 an, wobei der Rotor 72 durch ein nicht gezeigtes Axiallager fixiert ist. Dann kann der druckseitige Druck durch einen Kanal bzw. Spalt 82 zwischen dem Gehäuse 76 und dem Stator 74 auf eine der Saugseite 70 der Pumpe zugewandte Stirnfläche 84 des Stators 74 geleitet werden. So wird an dieser Stirnfläche 84 eine Druckkraft erzeugt, welche den Stator auf den Rotor 72 drückt.
Es ist zu verstehen, dass es zur Einstellung der Passung bzw. der An- druckkraft zwischen Rotor und Stator lediglich auf die Relativbewegung zwischen Rotor und Stator ankommt. So lassen sich die Ausführungsformen gemäß Fig. 6 und Figuren 1 bis 5 miteinander kombinieren, d. h. es können sowohl ein Rotor als auch ein Stator vorgesehen werden, auf welchen der an der Druckseite der Pumpe anliegende Druck derart wirkt, dass Rotor und Stator, welche korrespondieren, zueinander konisch ausgebildet sind, gegeneinander gedrückt werden. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Rotorwelle, welche den Rotor an- treibt, immer an demjenigen Ende des konischen Rotors angeordnet, welches den größeren Durchmesser aufweist. Die Erfindung kann jedoch auch bei einer Anordnung realisiert werden, an welcher die Rotorwelle am Ende des Rotors mit dem kleineren Durchmesser angeord- net ist.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Rotor 86 angetrieben von der Rotorwelle 88 eine rein rotatorische Bewegung ausführen kann. Die auftretende Exzentrizität zwischen Rotor 86 und Stator 90 bei Dre- hung des Rotors 86 wird bei dieser Ausführungsform durch eine Beweglichkeit des Stators 90 ausgeglichen. So ist der Stator 90 Teil eines Statorgehäuses, welches über die axiale Stirnseite 92 des Rotors 86 hinaus verlängert ist. Die Verlängerung 94 des Statorgehäuses ist rohrförmig ausgebildet und geht an ihrem dem Rotor 86 abgewandten Ende in einen Faltenbalg 96 über, welcher mit dem Druckstutzen 98 des umgebenden Pumpengehäuses 100 verbunden ist.
Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die Druckseite der Pumpe an der Seite von Rotor 86 und Stator 90, welche den größeren Querschnitt aufweist. D. h. das Ende 102 der aus Rotor 86 und Stator 90 gebildeten Exzenterschneckenpumpe bildet die Saugseite der Pumpe, welche mit dem Inneren des umgebenden Pumpengehäuses 100 und einem Sauganschluss 104, welcher in dieses Pumpengehäuse mündet, in Verbindung steht.
Beim Betrieb der Pumpe führt der Rotor 86 eine Drehbewegung um seine Längsachse aus. Der Stator 90 mit der anschließenden Verlängerung 94 führt gleichzeitig eine exzentrische Bewegung bezüglich der Längsachse X aus, wobei die exzentrische Bewegung durch den Faltenbalg 96 ermöglicht wird, welcher ein Gelenk bildet. Im Inneren des Faltenbalgs 96 ist auf der Längsseite X ein fiktiver Gelenkpunkt 106 gelegen, um welchen die exzentrische Bewegung des Stators 90 erfolgt. Dabei beschreibt auch hier die exzentrische Bewegung eine Bahn entlang einer Kegeloberfläche, wobei der Gelenkpunkt 106 die Kegelspitze bildet. D. h. die -Exzentrizität ist am Stirnende 102 des Stators 90 am größten und im Gelenkpunkt 106 gleich Null.
Das Innere der Verlängerung 94 bildet eine Druckkammer, in welcher der druckseitige Pumpdruck der Exzenterschneckenpumpe wirkt. Dabei wirkt der druckseitige Druck zum einen auf die Stirnfläche 92 des Rotors 86 und gleichzeitig auf die den Faltenbalg 96 umgebende Ringfläche 108, welche im Inneren des von der Verlängerung 94 gebildeten Druckraumes angeordnet ist. Der Rotor 86 ist dabei durch ein nicht gezeigtes Axiallager fixiert. Die Ringfläche 108 ist dabei an dem der Stirnseite 92 des Rotors 86 abgewandten Seite der Verlängerung 94 angeordnet und dem Rotor 86, d. h. der Saugseite der Pumpe zugewandt. Da im Inneren des Pumpengehäuses 100 der saugseitige Druck herrscht, liegt an der der Ringfläche 108 entgegengesetzte Außenwandung der Verlängerung 94 auch der saugseitige Druck an, welcher geringer als der Druck im Inneren der Verlängerung 94 ist. Auf diese Weise wird aufgrund des Druckes im Inneren der Verlängerung 94 der Stator 90 zum Druckstutzen 86 hin gedrückt, wobei der Längenausgleich durch den Faltenbalg 96 erfolgt. So kann auch bei dieser Ausführungsform eine selbsttätige Einstellung der Passung zwischen Rotor 86 und Stator 90 in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite der Exzenterschneckenpumpe erfolgen.
Bezugszeichenliste
2 Antriebsmotor
4 Pumpeneinheit
6 Eintrittsöffnung
8 Druckstutzen
10 Stator
12 Rotor
14 Elastomermaterial
16, 18 - Stirnseiten
20 Rotorwelle
22 Anlenkungspunkt
23 Gelenkpunkt
24 Abtriebswelle
26 Druckfläche
28 Kanal
30 Faltenbalg
32, 34 - Druckraum
36 Trennwand
38 Kanal
40 Stator
42 Rotor
44 Gehäuse
46 Ansaugöffnung
48, 50 - Stirnseiten
52 Rotorwelle
54 Axialende
56 Dichtung
58 Raum
60 Absatzflächen
62 Hohlraum
64 Kupplungselement 65 Gelenkpunkt
66 Federelement
68 Beschichtung
70 Sαugseite
72 Rotor
74 Stator
76 Gehäuse
78 Stirnfläche
80 Stirnfläche
82 Spalte
84 Stirnfläche
86 Rotor
88 Rotorwelle
90 Stator
92 Stirnseite
94 Verlängerung
96 Faltenbalg
98 Druckstutzen
100 Pumpengehäuse
102 Stirnende
104 Sauganschluss
106 Gelenkpunkt
108 Ringfläche
X Längsachse des Stators
W Längsachse des Rotors

Claims

Ansprüche
Exzenterschneckenpumpe mit einem ringförmigen Außenteil (10; 40; 74) und einem darin angeordneten Innenteil (12; 42; 72), wobei sich das Innere des Außenteils (10; 40; 74) und das Äußere des In- nenteils (12; 42; 72) korrespondierend zueinander zu einer Axialseite (1 6; 46; 70) hin verjüngen und das Innenteil (12; 42; 72) und das Außenteil (10; 40; 74) in axialer Richtung (X, W) relativ zueinander beweglich gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die Axialseite, zu welcher sich das Innere des Außenteils (10; 74) und das Äußere des Innenteils (12; 72) verjüngen, die Druckseite der Exzenterschneckenpumpe ist und das Innenteil ( 12) in seinem Inneren einen Kanal (28) aufweist, welcher zu der Druckseite oder einer Kavität im Inneren der Exzenterschneckenpumpe geöffnet ist und mit einer der Druckseite abgewandten Fläche (26) des Innenteils (12) in Verbindung steht, wodurch ein an der Druckseite der Exzenterschneckenpumpe oder im Inneren der Exzenterschneckenpumpe zwischen Innen- und Außenteil (10, 40, 74) anliegender Druck eine axial in der Richtung, in welcher sich das Innenteil (12; 42; 72) verjüngt, auf das Innenteil (12; 42; 72) wirkende Kraft erzeugt, oder die Axialseite, zu welcher sich das Innere des Außenteils (40) und das Äußere des Innenteils (42) verjüngen, die Saugseite (46) der Exzenterschneckenpumpe ist und ein Druckkanal (82) vorgesehen ist, welcher die Druckseite oder eine Kavität zwischen Innenteil (42) und Außenteil (40) der Exzenterschneckenpumpe mit einer der Druckseite abgewandten Fläche (84) des Außenteils verbindet, wodurch ein an der Druckseite der Exzenterschneckenpumpe o- der im Inneren der Exzenterschneckenpumpe zwischen Innen- und Außenteil (10, 40, 74) anliegender Druck eine axial entgegen der Richtung, in welcher sich das Innenteil (12; 42; 72) verjüngt, auf das Außenteil (10; 40; 74) wirkende Kraft erzeugt.
2. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet ist, dass der an der Druckseite anliegende Druck auf eine dem verjüngten Ende des Innenteils
(12; 42) abgewandte Fläche des Innenteils (12; 42) wirkt.
3. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der der Druckseite abgewandten Axialseite des Innenteils (12) ein Druckraum (32, 34) angeordnet ist, welcher mit dem Kanal (28) in Verbindung steht und eine in axialer Richtung (W) veränderbare Länge sowie eine der Druckseite abgewandte, mit dem Rotor (12) verbundene Innenfläche (26) aufweist.
4. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Druckraum (32, 34) im Inneren einer das Innenteil (12) antreibenden Welle (20) ausgebildet ist, wobei die Welle (20) mit dem Druckraum (32, 34) in ihrer Länge veränderbar ist.
5. Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (32, 34) über eine Kolben- Zylinder-Anordnung und/oder durch eine in axialer Richtung (W) elastische Außenwandung in seiner Länge veränderbar ist.
6. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kanal (28) oder dem mit dem Kanal (28) in Verbindung stehenden Druckraum (32, 34) eine Drosselstelle (38) ausgebildet ist.
7. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Druckseite abgewandte Fläche (26), mit welcher der Kanal (28) in Verbindung steht, größer ist als die der Druckseite zugewandte Stirnfläche (16) des Innenteils (12).
8. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Vorspannelement (30; 66) vorgesehen ist, welches das Innenteil (12; 42; 72) mit einer Vorspannkraft in der axialen Richtung (W), in welcher es sich verjüngt, beaufschlagt und/oder welches das Außenteil (10;
40; 74) mit einer Vorspannkraft in entgegengesetzter axialer Richtung (W) beaufschlagt.
9. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (12; 42; 72) über eine Welle (20; 52) mit einem Antriebsmotor (2) verbunden ist, wobei die Welle (20; 52) in einem Gelenkpunkt (23) gelenkig gelagert ist und der Gelenkpunkt (23) vorzugsweise rein rotatorisch bewegbar ist.
10. Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorangehenden An- spräche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (12; 42; 72) über eine Welle (20; 52) mit einem Antriebsmotor (2) verbunden ist und die Welle (20; 52) mit dem Innenteil (12; 42; 72) exzentrisch bewegbar ist, wobei Innenteil (12; 42; 72) und Welle (20; 52) derart angeordnet sind, dass die Exzentrizität ihrer Bewegung ausgehend von einem Gelenkpunkt (23) zunimmt, vorzugsweise linear zunimmt.
1 1 . Exzenterschneckenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (12; 42; 72) zumindest an seiner Oberfläche aus einem keramischen Material ausgebildet ist und das Außenteil (10; 40; 74) zumindest an der dem Innenteil zugewandten Oberfläche aus einem Elastomer ausgebildet ist.
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