WO2015158320A2 - Verstellbare pumpeinheit für eine verdrängerpumpe - Google Patents

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WO2015158320A2
WO2015158320A2 PCT/DE2015/000168 DE2015000168W WO2015158320A2 WO 2015158320 A2 WO2015158320 A2 WO 2015158320A2 DE 2015000168 W DE2015000168 W DE 2015000168W WO 2015158320 A2 WO2015158320 A2 WO 2015158320A2
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pump
electroactive
positive displacement
adjustable
elastomeric
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WO2015158320A4 (de
WO2015158320A3 (de
Inventor
André Rogotzki
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Erich Netzsch Gmbh & Co. Holding Kg
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Publication date
Application filed by Erich Netzsch Gmbh & Co. Holding Kg filed Critical Erich Netzsch Gmbh & Co. Holding Kg
Publication of WO2015158320A2 publication Critical patent/WO2015158320A2/de
Publication of WO2015158320A3 publication Critical patent/WO2015158320A3/de
Publication of WO2015158320A4 publication Critical patent/WO2015158320A4/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/107—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth
    • F04C2/1071—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with helical teeth the inner and outer member having a different number of threads and one of the two being made of elastic materials, e.g. Moineau type
    • F04C2/1073—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 where one member is stationary while the other member rotates and orbits
    • F04C2/1075—Construction of the stationary member
    • 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
    • F05C2251/00—Material properties
    • F05C2251/08—Shape memory

Definitions

  • the invention relates to an adjustable pump unit of a
  • Positive displacement pump in particular an eccentric screw pump or a rotary piston pump, a positive displacement pump with a
  • Positive displacement pumps are hydrodynamic machines. The medium is pumped by self-contained volumes and positive displacement pumps are usually self-priming. In principle, a distinction can be made between fixed displacement pumps and variable displacement pumps. For constant pumps this is self-contained
  • Displacer volume always the same size, whereas the
  • Displacer volume is adjustable with a variable displacement pump.
  • the displacement pumps include, for example, the
  • Reciprocating pumps In a reciprocating pump, a piston moves axially in a cylinder between a lower and a top dead center back and forth, thereby displacing the fluid.
  • the pumping action of rotary and eccentric screw pumps is achieved by means of rotors.
  • the fixed part of the pump receiving the piston or the rotor as a displacer is called a stator.
  • the piston or rotor as a displacer and the stator together may be referred to as a pumping unit. Between displacer and stator, so-called gap losses occur despite the narrow gaps. In order to keep these as low as possible and, for example, to minimize wear, elastomers are used in practice.
  • each rotary piston preferably has at least two rotary-piston vanes, each rotary piston being provided with at least one contact element made of a sealing material such as rubber.
  • the contact elements are inserted into the rotary pistons, wherein the contact elements so
  • Rotary piston stand The through the rotary piston caps and the
  • Contact elements formed active pair is characterized by a particularly low contact or gap.
  • the rotor In an eccentric necked pump, the rotor has a helical thread with a large pitch, a large pitch and a small pitch
  • the stator has one more gear with twice the pitch of the rotor.
  • displacer volume is formed between the stator and the rotor, which are closed by a sealing line formed from the sum of contact points between the stator and the rotor. This line also separates the suction side from the pressure side of the
  • the seal is made along the sealing line by creating a bias between the stator and the rotor. This is made possible by the elastomeric part of the eccentric screw pump.
  • the bias is created by making the inner contours of the stator narrower than the outer contours of the rotor. When operating the pump is the out of the bias resulting friction and flexing to overcome by a corresponding torque.
  • stator and rotor proposed. From DE 20 2009 002 823 Ul, for example, a
  • Stators can be adjusted by its inner cross section is changed by.
  • the starting behavior of the pump should also be able to be influenced by stretching the elastomer body. By stretching the elastomer body reduces the elastic
  • elastomeric lining are used at temperatures up to 140 ° C. If the temperature rises above 140 ° C, the elastomer may be destroyed. A disadvantageous high thermal expansion of the elastomer begins at a temperature of 60 ° C, which can even lead to a failure of the pump.
  • Publication FR9614227 discloses a
  • Eccentric screw pump with a stator-rotor combination which should eliminate the disadvantage of different thermal expansions of the stator and rotor, by a suitable choice of materials for the pump unit.
  • a disadvantage of this embodiment is that no or only a slight bias is present, which is why the seal between the stator and rotor is disadvantageously low.
  • the bias must not exceed a certain value, so that when starting the pump to be overcome breakaway torque is not large.
  • Desirable would be an adjustable pump unit for a
  • Displacement pump in which the adjustment of the pump is particularly easy, without allowing the disadvantages such as a small seal or a high breakaway torque.
  • the adjustment should be able to respond quickly to changes in state such as a sudden increase in temperature, pressure drop or other abnormalities. Also advantageous would be only a selective setting of the stator by only certain areas, preferably areas along the longitudinal axis of the stator are detected by the setting. Ideally, the means for adjusting the pump unit would be
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a positive displacement pump and method, with a positive displacement pump to a variety of operating conditions and delivery tasks is customizable, manufacturing costs can be reduced and the safety and life of the pump can be increased.
  • Pump unit for their adjustment at least partially formed from an electro- and / or temperature-active material and / or coupled with at least one electro- and / or temperature-active agent or equipped that preferably parameters of the positive displacement pump by means of a control device and a coupled thereto and electro / or temperature-active
  • the invention is based on the consideration that by the use of electroactive or temperature-active materials, in particular by their selective, directly or indirectly in or on the rotor or stator of the pump, acting use, the positive displacement pump can be operated particularly effective and far-reaching. So would be an individual adaptation to the
  • a rotor surrounding the stator over its entire length or only in sections in its shape and bias can be adjusted.
  • a rotor surrounding the stator over its entire length or only in sections in its shape and bias can be adjusted.
  • the stator in particular in an elastomeric body of the stator could be integrated electroactive elements be used for the acquisition of measurement signals.
  • electroactive agents could also be configured and connected in such a way that with one and the same electroactive agent
  • Measuring signals can be obtained, for example, by the response of the electroactive agents to different
  • Electro- and / or temperature-active agents such as shape memory alloys / polymers, electroactive polymers, electrorheological fluids, electrorheological elastomers, dielectric elastomers, piezoelectric polymers, piezoelectric ceramics, and
  • shape memory alloys as a temperature-active agent or temperature-active material.
  • Shape memory alloys are also called memory metals
  • Two-way effect is characterized by a change in shape at a high and a low temperature.
  • high reversible strains by induced phase transformations are possible.
  • the temperature-active means preferably act in such a way that the friction between the rotor and the stator is reduced when the temperature of the pump unit increases, as a result of a suitable shape change of the rotor or of the stator.
  • Shape memory alloy with one-way effect for example, a kind of run-flat phase can be initiated by the
  • temperature-active means a friction-reducing extension of the inner contour of the stator and / or a friction-reducing
  • the pump unit can be configured in such a way that cooling takes place in the emergency phase.
  • the pump is used again after cooling, the
  • Shape memory alloy with a two-way effect be advantageous.
  • the pump can then return to a normal or preferred operating state after entering the run-flat phase.
  • shape memory alloys according to the invention is not based on the use of pumps with one
  • Elastomer body or an elastomeric lining limited.
  • stator and / or rotor of a metallic shape memory alloy preferably a shape memory alloy with two-way effect exist, which change their shape depending on temperature, in particular the operating temperature such that a start-up and pumping behavior can be effectively designed.
  • Electroactive polymers are characterized by low production costs, low
  • Electronic electroactive polymers include electrostrictive and ferroelectric polymers as well as dielectric elastomers. Compared to piezoelectric transducers electroactive elastomers are characterized by comparatively large strains at lower forces.
  • Electroactive elastomers vibrate at alternating voltage.
  • the starting behavior of the positive displacement pump can be further improved.
  • the pumping unit comprises at least one
  • electroactive elastomeric body and / or an electroactive elastomeric lining By using elastomers, a particularly effective seal between rotor and stator can be achieved.
  • the required bias is adjustable by the elastomeric body or the lining itself is formed of an electroactive elastomer or in that the elastomeric body or the lining is coupled or equipped with at least one electroactive agent.
  • the electroactive agent may for this purpose be in operative connection with the elastomeric body or with the lining, so that
  • Movements of the electroactive agent are transferred to the elastomeric body or the lining.
  • the stator can have a
  • Elastomer bodies comprise or be provided with an elastomeric lining. But it is also possible the rotor with a
  • the electroactive portion in a preferred embodiment, the electroactive
  • Elastomer body or preferably evenly distributed in the lining, so a uniform adjustment of the pump unit is possible.
  • a chamber volume of the pump unit is adjustable.
  • electroactive agents are preferably arranged and aligned so that a selective adjustment of the
  • Electroactive regions of the rotor may be formed, which preferably are not in contact with the stator.
  • the stator may also be used to adjust the chamber volume by selectively driving various areas of the stator such that the drive is synchronized with the position of the displacer and its movement.
  • the pump unit can also be configured so that only portions of the stator and / or the rotor are affected by the adjustment, which increase or decrease the contact pressure between the stator and rotor, whereby the bias voltage
  • Chamber volume for example, can be particularly easily done by the arrangement and the control of electroactive agents in the respective areas of the rotor. For a change in the contact pressure between the stator and the rotor but a non-selective reduction of the entire inner cross section of the
  • elastomeric body is formed without a pumping chamber forming inner shape and free
  • the elastomer body as the stator or part of the stator is preferred with elastomeric
  • switch-shaped actuators As electroactive agents are preferably elastomeric films, which on certain
  • Places are coated so that different electrode cells are present. To increase the deformation when activating the cells, these can be stacked on top of each other. By targeted control of the cells or cell stacks complex three-dimensional shapes can now be generated. Different geometries can be created for different rotors. For example, a stator for a
  • Progressive cavity pump can be used universally for various rotors. It is also conceivable not only the stator free configurable, but also the rotor, by rotor side suitably arranged electroactive cells.
  • a freely configurable pump can be provided, which can be adapted to the respective luckaufgäbe.
  • the displacement pump are preferably parameters of the positive displacement pump by means of a control device and coupled to this electro and / or temperature-active
  • contact pressure or preload, eccentricity, outer diameter and shape of the rotor and inner diameter and shape of the stator can be done for example by heating or cooling of the stator or rotor.
  • the heating for example, inductive and cooling by means of a cooling fluid.
  • stator and rotor are preferably connected via the control device as a function of
  • Electroactive agents When electroactive agents are used, the electroactive agents may be grouped for this purpose
  • Start-up phase first extended and / or during one
  • the positive displacement pump is monitored by the pump unit comprises at least one elastomeric body and / or an elastomeric lining and in that the
  • Elastomer body or the elastomeric lining is at least partially formed from an electroactive material and / or coupled to at least one electroactive agent and the elastomer body or the lining and / or the at least one electroactive agent can be used as sensors and its measurement signals for a measured value acquisition and / or Processing are transmitted to the control device of the positive displacement pump. This is made possible by the electroactive elastomer body or the electroactive agents, which in mechanical
  • Action generate electrical energy.
  • one or more electroactive agents may be selectively addressed and referred to as
  • measurement data or real-time measurement data stored by means of the control device are output to a configuration and / or display device. This allows the
  • control device for controlling the
  • Elastomer body, the lining and / or the electroactive agent are used by the
  • Control device to be generated.
  • the configuration device and / or the control device are operated with the aid of a computer program for carrying out the control and monitoring of the pump, wherein the program code can be transmitted via an interface provided for this purpose from an external data carrier to the configuration device and / or the control device.
  • electroactive agents may be readily integrated into an elastomeric body or into an elastomeric lining of the pumping unit at particular locations where an adjustment of the stator
  • the adjustable pump unit can also gap losses between the stator and rotor, which
  • Pumping unit for example, different geometries or modifications such as changes in geometry can be stored in a memory of the control device, which via the
  • Configuration device can be easily retrieved and set.
  • the pump according to the invention can advantageously further, with appropriate configuration of
  • FIG.l schematically a stator of an eccentric screw pump in a sectional view
  • FIG. 2 shows schematically a stator of a rotary lobe pump in one
  • FIG. 1 shows a stator 2 of an eccentric screw pump, which has a pump unit 4 according to the invention.
  • the Pump unit 4 is clamped between a pressure flange 6 and a pump housing 8.
  • clamping means can be any suitable clamping means.
  • the distance between the pump housing 8 and the pressure flange 6 is determined by the length of the pump unit 4, which has a rotor, not shown here
  • Elastomer body 10 and a stator shell 12 includes.
  • Statormantel 12 fulfills mainly a support and
  • Elastomer body 10 are not installed between the pump housing 8 and the pressure flange 6, both parts can be axially
  • the stop 14 is characterized by an annular
  • the elastomeric body 10 is biased between the pressure flange 6 and the pump housing 8 so far that a required seal between the stator 2 and rotor is ensured.
  • the elastomer body 10 has a circumferential recess 16 for electroactive means 18, which seen in the radial direction stacked in this embodiment, between the elastomer body 10 and the stator shell 12 and are coupled to the elastomer body 10.
  • the electroactive agent is in the form of a dielectric elastomeric film 18 around the
  • Elastomer body 10 rolled around.
  • the elastomeric film 18 can also be arranged around the elastomeric body 10 in such a way that they are arranged around the elastomeric body 10 not stacked in the radial direction but in the longitudinal direction. Due to the stacking, a higher force and displacement can be generated. Since that is
  • the volume of the electroactive agent 18 does not change upon activation, but is only its shape in that it expands an annular escape space 20 for the electroactive agent 18 is provided at each end.
  • the electroactive agent 18 results from having a passive elastomeric film sandwiched between two compliant electrodes. When addressing the elastomeric film 18 by applying an electrical voltage, the pull
  • the incompressible elastomeric film is compressed in the radial direction and expands in the longitudinal direction in the
  • FIG.l Another embodiment, not shown in this figure, is an arrangement of the electroactive means as shown and described in Fig.l, with the difference that in
  • Elestomerfolien Longitudinally several Elestomerfolien, spaced from each other around the Elestomer Economics are arranged layered. Due to the distances between the individual elastomeric foils several alternative spaces are created for them.
  • An advantage in this embodiment is a particularly effective transmission of the movement of the electroactive agents to the
  • the elastomeric body can be set by applying an AC voltage in vibrations, resulting in positively affects the starting behavior of the pump.
  • the electroactive agents are distributed homogeneously in the elastomer body for an effective effect.
  • Stator and rotor arranged axially movable relative to each other and tapered.
  • Agility can be the pump unit on or
  • Electroactive agents are themselves
  • the stator Upon activation of the electroactive means, the stator is moved in the desired direction, depending on the configuration. Due to the conical counter-rotating rotor and stator shape, so the pump unit can be readjusted.
  • the stator includes one
  • Elastomer body which has a higher thermal expansion than the rotor.
  • the rotor changes its shape so that its outer contours are reduced and thus the increased thermal expansion of the
  • Elastomer body is balanced. This embodiment of the pump allows their use even at higher temperatures, where previously no pumps could be used with elastomers.
  • Figure 2 shows in an exploded drawing the structure of a pump unit 22 of a rotary piston pump with one of two
  • Rotary piston 24 which with two as a plate body 26th
  • An elastomeric liner 28 serves to receive the rotary pistons 24, the liner 28 being disposed in a housing 30.
  • a first end plate 32 closes the liner 28, which is pressed against the liner 28 by means of a second end plate 34 as a housing cover.
  • the rotary piston 24 has two caps 36 and two recesses 38 for receiving the two
  • Electroactive plate body 26 The plate body 26 are dimensioned so that it is ensured that the caps 36 of the rotary piston 24 are always in operative connection with a plate body 26 of the second rotary piston, not shown here.
  • the electroactive plate bodies 26 are made of a
  • dielectric elastomer is formed by stacking a plurality of electroactive elastomeric films one on top of another to provide greater force and strain.
  • electroactive means 26 depending on the configuration, are addressed and activated before or after starting the pump.
  • elastomeric films are perpendicular to the surface of the formed panel bodies
  • the thickness of the plate body increases and thereby the contact pressure of the rotary piston increases, whereby the seal is improved.
  • Plate body stacked on top of each other and the plate body can expand into provided, the front side of the plate body introduced into the rotary piston alternate spaces. Upon activation of the electroactive agents, these expand in the direction of the escape spaces and the thickness of the plate stacks decreases. In contrast to the previous embodiment, the activated electroactive agent before the startup and can remain deactivated during pumping operation.
  • the plates inserted into the rotary pistons can also consist of shape memory alloys, which change their shape at too high a temperature such that the contact pressure between the rotary pistons is reduced.
  • a combination of an electroactive plate stack and a shape memory alloy plate is also possible.
  • electroactive agent for the elastomeric body and / or its cover in order to improve, for example, the starting behavior of the rotary piston pump and to ensure sufficient sealing during the pumping operation.
  • the positive-displacement pump according to the invention is designed for a pump unit that is effectively adjustable with regard to the respective operating condition and delivery task.
  • the geometries of the conveyor components can be stored in a memory of the control device, supplemented and retrieved. Not only can static geometries be set by means of suitable computer software, but dynamic settings can also be implemented and are possible without modifying the pump. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Eine Verstellbare Pumpeinheit (4, 22) für eine Verdrängerpumpe, insbesondere für eine Exzenterschneckenpumpe oder für eine Drehkolbenpumpe, soll an unterschiedlichste Betriebsbedingungen und Förderaufgaben anpassbar sein. Dazu ist erfindungsgemäß die Pumpeinheit (4, 22) für deren Einstellung zumindest teilweise aus einem elektro- und/oder temperaturaktiven Material gebildet und/oder mit mindestens einem elektro- und/oder temperaturaktiven Mittel (18, 26) gekoppelt oder ausgestattet. Vorzugsweise werden Parameter der Verdrängerpumpe mittels einer Steuervorrichtung und eine mit dieser gekoppelten elektro- und/oder temperaturaktiven Pumpeinheit (4, 22) eingestellt und bevorzugt der Elastomerkörper (10) oder die elastomere Auskleidung (28) zumindest teilweise aus einem elektroaktiven Material gebildet und/oder mit mindestens einem elektroaktiven Mittel (18,26) gekoppelt oder ausgestattet und der Elastomerkörper (10) oder die Auskleidung (28) und/oder das mindestens eine elektroaktive Mittel (18, 26) als Sensoren einsetzbar, wobei dessen Messsignale für eine Messwerterfassung und/oder -Verarbeitung an eine Steuervorrichtung der Verdrängerpumpe übermittelt werden.

Description

Beschreibung
Verstellbare Pumpeinheit für eine Verdrängerpumpe
Die Erfindung betrifft eine verstellbare Pumpeinheit einer
Verdrängerpumpe, insbesondere einer Exzenterschneckenpumpe oder einer Drehkolbenpumpe, eine Verdrängerpumpe mit einer
verstellbaren Pumpeinheit, Verfahren zum Betreiben und
Überwachen einer solchen Verdrängerpumpe und einem
Computerprogrammprodukt sowie Computerprogramm zur Durchführung der Verfahren.
Verdrängerpumpen sind hydrodynamische Arbeitsmaschinen. Das Medium wird durch in sich geschlossene Volumina gefördert und Verdrängerpumpen sind in der Regel selbstansaugend. Prinzipiell kann zwischen Konstantpumpen und Verstellpumpen unterschieden werden. Bei Konstantpumpen ist das in sich geschlossene
Verdrängervolumen immer gleich groß, wohingegen das
Verdrängervolumen bei einer Verstellpumpe einstellbar ist.
Zu den Verdrängerpumpen gehören beispielsweise die
Drehkolbenpumpen, die Exzenterschneckenpumpen und die
Hubkolbenpumpen. Bei einer Hubkolbenpumpe bewegt sich ein Kolben axial in einem Zylinder zwischen einem unteren und einem oberen Totpunkt hin und her und verdrängt dadurch das Fördermedium. Die Pumpwirkung bei Drehkolben- und Exzenterschneckenpumpen wird hingegen mit Hilfe von Rotoren erreicht. Der feststehende den Kolben oder den Rotor als Verdränger aufnehmende Teil der Pumpe, wird als Stator bezeichnet. Der Kolben oder Rotor als Verdränger und der Stator können zusammen als Pumpeinheit bezeichnet werden. Zwischen Verdränger und Stator kommt es trotz enger Spalte zu sogenannten Spaltverlusten. Um diese so gering wie möglich zu halten und um beispielsweise den Verschleiß zu minimieren, werden in der Praxis Elastomere eingesetzt. Beispielsweise ist in der Offenlegungsschrift DE 10 2010 014 248 AI eine Drehkolbenpumpe mit Kontaktelementen offenbart. Jeder Drehkolben weist bevorzugt mindestens zwei Drehkolbenflügel auf, wobei jeder Drehkolben mit mindestens einem Kontaktelement aus einem abdichtenden Werkstoff wie zum Beispiel Gummi versehen ist. In einem Ausführungsbeispiel werden die Kontaktelemente in die Drehkolben eingesetzt, wobei die Kontaktelemente so
dimensioniert sind, dass Kappen eines Drehkolbens immer in
Wirkzusammenhang mit einem Kontaktelement eines anderen
Drehkolbens stehen. Die durch die Drehkolbenkappen und die
Kontaktelemente gebildete Wirkpaarung zeichnet sich durch ein besonders geringes Kontakt- oder Spaltmaß aus.
Auch Exzenterschneckenpumpe weisen bekannter Maßen einen
Elastomerkörper oder eine elastomere Auskleidung auf. Bei einer Exzentersehneckenpumpe weist der Rotor ein schraubenartiges Gewinde mit großer Steigung, großer Gangtiefe und kleinem
Kerndurchmesser auf. Der Stator dagegen hat einen Gang mehr mit der doppelten Steigung des Rotors . Zwischen Stator und Rotor bildet sich dadurch Verdrängervolumen aus, welche durch eine aus der Summe von Berührungspunkten zwischen Stator und Rotor gebildete Dichtlinie in sich geschlossen sind. Diese Linie trennt zudem die Saugseite von der Druckseite der
Exzenterschneckenpumpe .
Um einen Förderdruck zu erzeugen ist es erforderlich, zwischen der Druckseite und der Saugseite, eine Druckdifferenz zu
erzeugen. Die Abdichtung erfolgt entlang der Dichtlinie, indem zwischen Stator und Rotor eine Vorspannung erzeugt wird. Möglich wird das durch den elastomeren Teil der Exzenterschneckenpumpe. Die Vorspannung wird dadurch erzeugt, dass die inneren Konturen des Stators enger erzeugt werden als die äußeren Konturen des Rotors. Beim Betrieb der Pumpe ist die aus der Vorspannung resultierende Reibung und Walkarbeit durch ein entsprechendes Drehmoment zu überwinden.
Um den Verschleiß und die Lebensdauer der Exzenterschneckenpumpe zu verbessern, werden aus dem Stand der Technik bekannte
spezielle Ausführungsformen von Stator und Rotor vorgeschlagen. Aus der DE 20 2009 002 823 Ul ist beispielsweise eine
Exzenterschneckenpumpe mit einer konisch verlaufenden
Pumpeneinheit bekannt, welche sich bei Verschleiß einfach nachstellen lässt, so dass immer eine optimale Pumpenleistung erwartet werden kann und ein Austausch von Stator und/oder Rotor weniger oft erforderlich ist. Die Nachstellung erfolgt durch Verschieben des Stators oder Rotors in Längsrichtung.
Eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Lösung, um auf Zustandsänderungen der Pumpe, wie Abfall des Förderdrucks,
Trockenlauf, Temperaturerhöhung oder Blockierung einer
Exzenterschneckenpumpe reagieren zu können, ist aus der DE 10 2005 042 559 AI bekannt. Dazu ist vorgesehen, dass der Stator, durch Stauchung oder Streckung eines Elastomerkörpers des
Stators, eingestellt werden kann, indem sein Innenquerschnitt dadurch veränderbar ist. Auch das Anfahrverhalten der Pumpe soll durch Streckung des Elastomerkörpers beinflussbar sein. Durch Streckung des Elastomerkörpers verringert das elastische
Material den Druck auf den Rotor und erleichtert somit das
Anfahrverhalten durch Senkung des Losbrechmoments .
Verdrängerpumpen mit einem Elastomerkörper oder einer
elastomeren Auskleidung werden bei Temperaturen bis 140°C eingesetzt. Bei einem Anstieg der Temperatur über 140 °C kann es zu einer Zerstörung des Elastomers kommen. Eine nachteilig hohe Wärmeausdehnung des Elastomers setzt bereits ab einer Temperatur von 60°C ein, was auch schon zu einem Ausfall der Pumpe führen kann. Die Veröffentlichungsschrift FR9614227 offenbart eine
Exzenterschneckenpumpe mit einer Stator-Rotor-Kombination, welche den Nachteil unterschiedlicher Wärmeausdehnungen von Stator und Rotor, durch eine geeignete Wahl der Werkstoffe für die Pumpeinheit beseitigen soll. Um ein Spiel zwischen Stator und Rotor möglichst konstant zu halten, wird beispielsweise vorgeschlagen, sowohl den Stator als auch den Rotor aus Metall herzustellen. Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist jedoch, dass keine oder nur eine geringe Vorspannung vorhanden ist, weshalb auch die Abdichtung zwischen Stator und Rotor nachteilig gering ist. Zudem darf die Vorspannung auch einen bestimmten Wert nicht überschreiten, damit ein beim Anfahren der Pumpe zu überwindendes Losbrechmoment nicht groß wird.
Wünschenswert wäre eine verstellbare Pumpeinheit für eine
Verdrängerpumpe, bei der die Einstellung der Pumpe besonders einfach möglich ist, ohne die Nachteile wie beispielsweise eine geringe Abdichtung oder ein hohes Losbrechmoments zuzulassen. Die Einstellung sollte schnell auf Zustandsänderungen wie beispielsweise einer plötzlichen Temperaturerhöhung, Druckabfall oder anderer Abnormitäten reagieren können. Vorteilhaft wäre auch eine nur selektive Einstellung des Stators, indem nur bestimmte Bereiche, vorzugsweise Bereiche entlang der Längsachse des Stators von der Einstellung erfasst werden. Idealer Weise wären die Mittel zur Einstellung der Pumpeneinheit,
möglicherweise auch erst nach einer geringfügigen Modifikation oder Konfigurationsänderung, auch als Sensor für eine
Messwerterfassung geeignet.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen sind dafür aber nur unzureichend geeignet. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängerpumpe und Verfahren anzugeben, mit der eine Verdrängerpumpe an unterschiedlichste Betriebsbedingungen und Förderaufgaben anpassbar ist, Herstellungskosten verringert und die Sicherheit und Lebensdauer der Pumpe erhöht werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die
Pumpeinheit für deren Einstellung zumindest teilweise aus einem elektro- und/oder temperaturaktiven Material gebildet und/oder mit mindestens einem elektro- und/oder temperaturaktiven Mittel gekoppelt oder ausgestattet ist, dass vorzugsweise Parameter der Verdrängerpumpe mittels einer Steuervorrichtung und eine mit dieser gekoppelten elektro- und/oder temperaturaktiven
Pumpeinheit eingestellt werden und dass bevorzugt der
Elastomerkörper oder die elastomere Auskleidung zumindest teilweise aus einem elektroaktiven Material gebildet und/oder mit mindestens einem elektroaktiven Mittel gekoppelt oder ausgestattet ist und der Elastomerkörper oder die Auskleidung und/oder das mindestens eine elektroaktive Mittel als Sensoren einsetzbar ist und dessen Messsignale für eine Messwerterfassung und/oder -Verarbeitung an eine Steuervorrichtung der
Verdrängerpumpe übermittelt werden.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass durch den Einsatz von elektroaktiven oder temperaturaktiven Materialien, insbesondere durch deren selektiven, direkt oder indirekt im oder am Rotor oder Stator der Pumpe, wirkenden Einsatz, die Verdrängerpumpe besonders effektiv und weitreichend betrieben werden kann. So wäre eine individuelle Anpassung an die
jeweilige Förderaufgäbe , die Betriebsbedingungen und den
Betriebszustand durch Verstellung der Pumpeinheit möglich.
Beispielsweise kann beim Wechsel von einen Betriebszustand in einen anderen Betriebstand, nach dem Anfahren der Pumpe, ein den Rotor umgebener Stator über seine gesamte Länge oder auch nur abschnittsweise in seiner Form und Vorspannung eingestellt werden. Zum Beispiel könnten im Stator, insbesondere in einem Elastomerkörper des Stators integrierte elektroaktive Elemente für die Gewinnung von Messsignalen genutzt werden. Die
elektroaktiven Mittel könnten dabei auch derart konfiguriert und geschaltet sein, dass mit ein und denselben elektroaktiven
Mittel sowohl der Stator oder Rotor eingestellt als auch
Messsignale gewonnen werden können, indem beispielsweise das Ansprechen der elektroaktiven Mittel zu unterschiedlichen
Zeitpunkten erfolgt . Denkbar wäre eine Bedienung der Pumpe über eine im Pumpengehäuse integrierte oder über eine externe, mit der Pumpe gekoppelte Konfigurationseinrichtung und einem
entsprechenden Computerprogramm, das eine manuelle oder
automatisierte Einstellung der Pumpeinheit ermöglicht.
Dies wird dadurch erreicht, dass vorzugsweise elektroaktive Mittel eingesetzt werden, welche einen mechanischen Effekt bewirken aber auch mechanische Effekte erfassen können. Zur erfindungsgemäßen Einstellung der Pumpeinheit können elektro- und/oder temperaturaktive Mittel wie Formgedächtnislegierungen/ - polymere, elektroaktive Polymere, elektrorheologische Fluide, elektrorheologische Elastomere, dielektrische Elastomere, piezoelektrische Polymere, piezoelektrische Keramiken und
Kombinationen aus vorstehenden Materialien zum Einsatz kommen.
Bevorzugt ist der Einsatz von Formgedächtnislegierungen als temperaturaktives Mittel oder temperaturaktives Material.
Formgedächtnislegierungen werden auch als Memorymetalle
bezeichnet und können sich trotz Verformung an eine frühere Formgebung scheinbar „erinnern". Prinzipiell kann zwischen einen Einweg- (Memory) -Effekt, einen Zweiweg- (Memory) -Effekt und einem Pseudoelastischen Verhalten unterschieden werden. Beim
Einwegeffekt tritt durch Temperaturerhöhung eine Formänderung ein, welche auch nach dem Abkühlen beibehalten wird. Der
Zweiwegeffekt hingegen ist durch eine Formänderung bei einer hohen und einer niedrigen Temperatur gekennzeichnet. Bei einer pseudoelastischen Formgedächtnislegierung sind hohe reversible Dehnungen durch induzierte Phasenumwandlungen möglich.
Vorzugsweise wirken die temperaturaktiven Mittel derart, dass sich bei einer Temperaturerhöhung der Pumpeinheit, durch eine geeignete Formänderung des Rotors oder des Stators, die Reibung zwischen dem Rotor und dem Stator verringert. Durch den Einsatz eines temperaturaktiven Mittels aus einer
Formgedächtnislegierung mit Einwegeffekt, kann beispielsweise eine Art Notlaufphase eingeleitet werden, indem die
temperaturaktiven Mittel eine reibungsmindernde Erweiterung der inneren Kontur des Stators und/oder eine reibungsmindernde
Reduzierung der äußeren Kontur des Rotors bewirken.
Die Pumpeinheit kann dabei so konfiguriert sein, dass in der Notlaufphase eine Abkühlung erfolgt. Damit beispielsweise die Pumpe nach dem Abkühlen wieder einsetzbar ist, kann die
Verwendung von temperaturaktiven Mitteln aus eine
Formgedächtnislegierung mit einem Zweiwegeffekt vorteilhaft sein. Die Pumpe kann dann nach dem Eintritt in die Notlaufphase wieder in einen normalen oder bevorzugten Betriebszustand zurückkehren .
Denkbar ist umgekehrt auch die Pumpeinheit derart zu
konfigurieren, dass die Reibung zwischen Rotor und Stator beim Anfahren der Pumpe, im Vergleich zur Reibung im Betriebszustand, geringer ist. Das Anfahrverhalten der Pumpe kann dadurch
verbessert werden und dennoch eine geforderte Abdichtung der Pumpenkammern während des Betriebs der Pumpe erreicht werden.
Der erfindungsgemäße Einsatz von Formgedächtnislegierungen ist dabei nicht auf die Verwendung von Pumpen mit einem
Elastomerkörper oder einer elastomeren Auskleidung beschränkt. Beispielsweise können Stator und/oder Rotor aus einer metallischen Formgedächtnislegierung, vorzugsweise einer Formgedächtnislegierung mit Zweiwegeffekt , bestehen, welche in Abhängigkeit von Temperatur, insbesondere der Betriebstemperatur ihre Form derart ändern, dass ein Anfahr- und Pumpverhalten effektiv gestaltet werden kann.
Bevorzugt ist zudem der Einsatz von elektroaktiven Polymeren als elektroaktive Mittel oder elektroaktives Material, unter der eine Vielzahl von Kunststoffen fällt, welche unter Einfluss von elektrischer Spannung ihre Form ändern. Elektroaktive Polymere zeichnen sich durch niedrige Herstellungskosten, geringes
Gewicht und einfache Miniaturisierbarkeit aus. Die Polymere sind nahezu inkompressibel , weshalb das Volumen der Festkörperaktoren während der Deformation konstant bleibt.
Unterschieden werden kann zwischen ionischen und elektronischen Elektroaktiven Polymeren. Zu den elektronischen Elektroaktiven Polymeren zählen elektrostriktive und ferroelektrische Polymere sowie dielektrische Elastomere. Im Vergleich zu Piezowandlern zeichnen sich elektroaktive Elastomere durch vergleichsweise große Dehnungen bei geringeren Kräften aus.
Elektroaktive Elastomere vibrieren bei WechselSpannung . Durch den Einsatz derartiger elektroaktiver Mittel und durch Anlegen einer Spannung, kann beispielsweise das Anfahrverhalten der Verdrängerpumpe weiter verbessert werden.
Vorzugsweise umfasst die Pumpeinheit mindestens einen
elektroaktiven Elastomerkörper und/oder eine elektroaktive elastomeren Auskleidung. Durch die Verwendung von Elastomeren kann eine besonders effektive Abdichtung zwischen Rotor und Stator erreicht werden. Die dafür erforderliche Vorspannung ist einstellbar, indem der Elastomerkörper oder die Auskleidung selbst aus einem elektroaktiven Elastomer gebildet ist oder indem der Elastomerkörper oder die Auskleidung mit mindestens einem elektroaktiven Mittel gekoppelt oder ausgestattet ist. Das elektroaktive Mittel kann dazu mit dem Elastomerkörper oder mit der Auskleidung in einer Wirkverbindung stehen, so dass
Bewegungen des elektroaktiven Mittels auf den Elastomerkörper oder die Auskleidung übertragen werden.
Bei der Verwendung von Elastomeren kann der Stator einen
Elastomerkörper umfassen oder mit einer elastomeren Auskleidung versehen sein. Möglich ist aber auch den Rotor mit einer
elastomeren Auskleidung zu versehen, so dass dieser mit seiner dem Stator zugewandten Seite eine elastomere Oberfläche
aufweist .
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das elektroaktive
Mittel im Elastomerkörper und/oder in der elastomeren
Auskleidung integriert. Besonders bevorzugt ist der Einsatz einer Vielzahl von elektroaktiven Mitteln, welche im
Elastomerkörper oder in der Auskleidung vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnet sind, so ist eine gleichmäßige Einstellung der Pumpeinheit ermöglicht.
Vorzugsweise ist ein Kammervolumen der Pumpeinheit einstellbar. Dazu sind elektroaktive Mittel vorzugsweise so angeordnet und ausgerichtet, dass eine selektive Verstellung der die
Pumpenkammern bildenden Bereiche möglich ist. Zu diesem Zweck können elektroaktive Bereiche des Rotors gebildet sein, welche vorzugsweise nicht mit dem Stator in Kontakt stehen. Bei einer Verstellung des Kammervolumens wird dadurch die Vorspannung nicht verändert, wodurch eine nachteilig hohe Reibung oder eine geringere Abdichtung zwischen Stator und Rotor vermieden werden kann. Der Stator kann für eine Einstellung des Kammervolumens auch verwendet werden, indem verschiedene Bereiche des Stators selektiv angesteuert werden, derart, dass die Ansteuerung synchron mit der Stellung des Verdrängers und dessen Bewegung erfolgt .
Umgekehrt kann die Pumpeinheit auch so konfiguriert sein, dass nur Bereiche des Stators und/oder des Rotors von der Verstellung betroffen sind, welche den Anpressdruck zwischen Stator und Rotor erhöhen oder verringern, wodurch die Vorspannung
eingestellt werden kann. Die selektive Einstellung des
Kammervolumens kann beispielsweise besonders einfach durch die Anordnung und die Ansteuerung von elektroaktiven Mittel in den betreffenden Bereichen des Rotors erfolgen. Für eine Änderung des Anpressdrucks zwischen Stator und Rotor kann aber eine nicht selektive Verringerung des gesamten Innenquerschnitts des
Stators ausreichend sein.
In einer weiteren Variante ist der Elastomerkörper ohne eine Pumpkammer bildende innere Form ausgebildet und frei
konfigurierbar. Rotorseitig ist der Elastomerkörper als Stator oder Teil des Stators dazu bevorzugt mit elastomeren
schaltenförmigen Aktoren versehen. Als elektroaktive Mittel dienen vorzugsweise Elastomerfolien, welche an bestimmten
Stellen beschichtet sind, so dass verschiedene Elektrodenzellen vorhanden sind. Um die Verformung beim Aktivieren der Zellen zu erhöhen, können diese übereinander gestapelt werden. Durch gezielte Ansteuerung der Zellen oder der Zellenstapel können nun komplexe dreidimensionale Formen erzeugt werden. Verschiedene Geometrien können erzeugt werden für unterschiedliche Rotoren. So kann beispielsweise eine Stator für eine
Exzenterschneckenpumpe universell für verschiedenen Rotoren eingesetzt werden. Denkbar ist auch nicht nur den Stator frei konfigurierbar zu gestalten, sondern auch den Rotor, durch rotorseitig geeignet angeordnete elektroaktive Zellen.
Durch den Einsatz eines derart verstellbaren Stators und/oder Rotors, kann eine frei konfigurierbare Pumpe bereitgestellt werden, welche an die jeweilige Förderaufgäbe angepasst werden kann.
Zum Betreiben der Verdrängerpumpe werden vorzugsweise Parameter der Verdrängerpumpe mittels einer Steuervorrichtung und eine mit dieser gekoppelten elektro- und/oder temperaturaktiven
Pumpeinheit eingestellt. Verstellbare Parameter sind
beispielsweise Anpressdruck oder Vorspannung, Exzentrizität, Außendurchmesser und Form des Rotors sowie Innendurchmesser und Form des Stators. Eine temperaturaktiv bewirkte Steuerung kann zum Beispiel durch Erwärmung oder Abkühlung des Stators oder Rotors erfolgen. Dazu kann die Erwärmung beispielsweise induktiv und die Abkühlung mittels eines Kühlfluids erfolgen.
Bevorzugt ist jedoch eine Steuerung der Einstellung mittels einer elektroaktiven Pumpeinheit . Vorzugsweise sind dazu Stator und Rotor über die Steuervorrichtung in Abhängigkeit des
Betriebszustandes der Pumpe zumindest bereichsweise ansprech- und einstellbar. Bei der Verwendung von elektroaktiven Mittel können diesem Zweck die elektroaktiven Mittel in Gruppen
zusammengefasst sein. Dadurch wird beispielsweise ermöglicht, dass ein innerer Statorbereich der Pumpeinheit in einer
Anfahrphase zuerst erweitert und/oder während einer
Betriebsphase verkleinert wird. Durch die
Querschnittserweiterung oder -reduzierung kann das
Losbrechmoment der Pumpe verringert und damit deren
Anfahrverhalten verbessert werden. Aber auch während des Betriebs der Pumpe kann eine Einstellung beziehungsweise Nachstellung der Pumpeinheit erforderlich sein. Dazu werden vorzugsweise ermittelte Betriebsmesswerte der Pumpe zur elektroaktiv bewirkten Steuerung herangezogen. Dadurch wird beispielsweise ermöglicht, dass bei einem eintretenden messbaren Druckabfall zwischen der Saugseite und der Druckseite der Pumpe, der Anpressdruck zwischen Stator und Rotor erhöht werden kann, wodurch die Abdichtung wieder korrigierbar ist.
Um für die Steuervorrichtung Betriebsmesswerte zur Verfügung stellen zu können, wird die Verdrängerpumpe überwacht, indem die Pumpeinheit mindestens einen Elastomerkörper und/oder eine elastomeren Auskleidung umfasst und dadurch, dass der
Elastomerkörper oder die elastomere Auskleidung zumindest teilweise aus einem elektroaktiven Material gebildet und/oder mit mindestens einem elektroaktiven Mittel gekoppelt ist und der Elastomerkörper oder die Auskleidung und/oder das mindestens eine elektroaktive Mittel als Sensoren einsetzbar ist und dessen Messsignale für eine Messwerterfassung und/oder -Verarbeitung an die Steuervorrichtung der Verdrängerpumpe übermittelt werden. Ermöglicht wird das durch den elektroaktiven Elastomerkörper oder die elektroaktiven Mittel, welche bei mechanischen
Einwirkung elektrische Energie erzeugen. Durch eine geeignet konfigurierte Steuervorrichtung können beispielsweise ein oder mehrere elektroaktive Mittel selektiv angesprochen und als
Sensor verwendet werden. Denkbar ist aber auch die Verwendung ein und desselben elektroaktiven Mittels zur Messwertgewinnung und zur Verstellung der Pumpeinheit. Dazu können ein oder mehrere elektroaktive Mittel durch die Steuervorrichtung
abwechselnd als Sensor oder als Aktor angesprochen werden.
Die mechanische Einwirkung kommt aufgrund einer Pumpbewegung durch den Rotor und der zur Abdichtung erforderlichen
Vorspannung zu Stande. Dadurch, dass der Elastomerkörper oder die elastomere Auskleidung selbst elektroaktiv wirken und die elektroaktiven Mittel mit dem Elastomerkörper oder der
Auskleidung gekoppelt sind, kommt durch die Reibung zwischen Stator und Rotor und der daraus resultierenden Walkarbeit zu der mechanischen Einwirkung und Erzeugung der elektrischen Energie, welche als Maß für Ort, Zeit und Intensität zur Auswertung und Steuerung zur Verfügung steht. Auf besonders einfache Weise können dadurch auch Rückschlüsse auf Zustand und Verschleiß der Pumpe geschlossen werden.
Vorzugsweise werden mittels der Steuervorrichtung abgespeicherte Messdaten oder Echtzeitmessdaten an eine Konfigurationsund/oder Anzeigevorrichtung ausgegeben. Dadurch kann die
Verdrängerpumpe der Förderaufgäbe und den Betriebsbedingungen entsprechend konfiguriert werden. Über die
Konfigurationsvorrichtung eingegebene Sollwerte können
mittels der Steuervorrichtung zur Ansteuerung des
Elastomerkörpers, der Auskleidung und/oder des elektroaktiven Mittels verwendet werden, indem durch die
Konfigurationsvorrichtung Steuersignale für die
Steuervorrichtung generiert werden.
Bevorzugt werden die Konfigurationsvorrichtung und/oder die Steuervorrichtung mit Hilfe eines Computerprogramms betrieben, zur Durchführung der Steuerung und der Überwachung der Pumpe, wobei der Programmcode über eine dafür vorgesehene Schnittstelle von einem externen Datenträger auf die Konfigurationsvorrichtung und/oder die Steuervorrichtung übertragen werden kann.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine erfindungsgemäße Verdrängerpumpe, durch eine besonders effektive und variable Verstellmöglichkeit der
Pumpeneinheit, einem Betriebszustand der Pumpe und einer
Förderaufgäbe entsprechend angepasst werden kann. Ebenso ist es dadurch möglich, auch bei höheren Temperaturen Elastomere für eine verbesserte Abdichtung einzusetzen. Elektroaktive Mittel können beispielsweise einfach in einen Elastomerkörper oder in eine elastomere Auskleidung der Pumpeinheit an bestimmte Stellen integriert werden, an denen eine Verstellung des Stators
gewünscht ist. Indem die elektroaktiven Mittel einer gewünschten Verstellung entsprechend angeordnet und positioniert werden, kann zudem die Richtung und Intensität der Verstellung
beeinflusst werden. Durch die verstellbare Pumpeinheit können auch Spaltverluste zwischen Stator und Rotor, welche
beispielsweise durch Verschleiß entstehen können, korrigiert werden. Bei der Verwendung einer freikonfigurierbaren
Pumpeinheit können beispielsweise verschiedene Geometrien oder Modifikationen wie Geometrieänderungen in einem Speicher der Steuervorrichtung abgelegt sein, welche über die
Konfigurationsvorrichtung einfach abgerufen und eingestellt werden können. Die erfindungsgemäße Pumpe kann vorteilhafter Weise des Weiteren, bei entsprechender Konfiguration der
Pumpeinheit, als Konstant- oder Verstellpumpe betrieben werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
Fig.l schematisch einen Stator einer Exzenterschneckenpumpe in einer Schnittdarstellung und
Fig.2 schematisch einen Stator einer Drehkolbenpumpe in einer
Explosionszeichnung .
Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Fig.l zeigt einen Stator 2 einer Exzenterschneckenpumpe, welcher eine erfindungsgemäße Pumpeinheit 4 aufweist. Die Pumpeinheit 4 ist zwischen einem Druckflansch 6 und einem Pumpengehäuse 8 eingespannt. Als Spannmittel können
beispielsweise Spannschrauben vorgesehen sein (nicht
dargestellt) . Der Abstand zwischen dem Pumpengehäuse 8 und dem Druckflansch 6 wird von der Länge der Pumpeneinheit 4 bestimmt, welche einen hier nicht dargestellten Rotor, einen
Elastomerkörper 10 und einen Statormantel 12 umfasst. Der
Statormantel 12 erfüllt dabei hauptsächlich eine Stütz und
Schutzfunktion. Solange der Statormantel 12 und der
Elastomerkörper 10 nicht zwischen dem Pumpengehäuse 8 und dem Druckflansch 6 eingebaut sind, können beide Teile axial
gegeneinander verschoben werden. Im eingebauten Zustand hingegen wird der Elastomerkörper 10 an beiden Enden von einem Anschlag 14 begrenzt. Der Anschlag 14 wird durch eine ringförmige
Stirnfläche am Druckflansch 6 und am Pumpengehäuse 8 gebildet. Der Elastomerkörper 10 ist zwischen den Druckflansch 6 und dem Pumpengehäuse 8 soweit vorgespannt, dass eine erforderliche Abdichtung zwischen Stator 2 und Rotor gewährleistet ist.
Der Elastomerkörper 10 weist eine umfängliche Ausnehmung 16 für elektroaktive Mittel 18 auf, welche in dieser Ausführungsform in radialer Richtung gesehen übereinander geschichtet, zwischen dem Elastomerkörper 10 und dem Statormantel 12 angeordnet und mit dem Elastomerkörper 10 gekoppelt sind. Das elektroaktiven Mittel ist in Form einer dielektrischen Elastomerfolie 18 um den
Elastomerkörper 10 herum aufgerollt. Grundsätzlich kann die Elastomerfolie 18 aber auch derart um den Elastomerkörper 10 angeordnet sein, dass diese nicht in radialer Richtung, sondern in Längsrichtung übereinandergeschichtet um den Elastomerkörper 10 herum angeordnet sind. Aufgrund der Stapelung kann eine höhere Kraft und Verschiebung erzeugt werden. Da sich das
Volumen der elektroaktiven Mittel 18 bei Aktivierung nicht ändert, sondern nur seine Form, indem es sich ausdehnt, ist endseitig jeweils ein ringförmiger Ausweichraum 20 für das elektroaktive Mittel 18 vorgesehen.
Das elektroaktive Mittel 18 ergibt sich dadurch, dass ein passiver Elastomerfilm zwischen zwei nachgiebigen Elektroden eingeklemmt ist. Beim Ansprechen der Elastomerfolie 18 durch Anlegen einer elektrischen Spannung, ziehen sich die
gegenüberliegenden Elektroden aufgrund elektrostatischer Kräfte an. Der inkompressible Elastomerfilm wird in radialer Richtung zusammengedrückt und dehnt sich in Längsrichtung in die
Ausweichräume 20 aus. Da die Wicklung der Elastomerfolie 18 mit maßgeblich für die Vorspannung zwischen Rotor und Stator 2 ist, wird sich diese bei Aktivierung des elektroaktiven Mittels 18 verringern. Dadurch verringert sich auch das Losbrechmoment, wodurch das Anfahrverhalten der Pumpe verbessert wird und auch der Energiebedarf sowie Verschleiß geringer ist.
Eine andere, in dieser Figur nicht dargestellte Ausführungsform, ist eine Anordnung der elektroaktiven Mittel wie in Fig.l gezeigt und beschrieben, mit dem Unterschied, dass in
Längsrichtung mehrere Elestomerfolien, zueinander beabstandet um den Elestomerkörper herum geschichtet angeordnet sind. Durch die Abstände zwischen den einzelnen Elastomerfolien werden für diese mehrere Ausweichräume geschaffen.
In einer nichtdargestellten Ausführungsform sind die
elektroaktiven Mittel im Elastomerkörper integriert, derart, dass diese im Elastomerkörper fest eingeschlossen sind. Je nach Lage und Anordnung der elektroaktiven Mittel kann die Form des Elastomerkörpers positiv beeinfluss werden. Ein Vorteil bei dieser Ausführungsform ist eine besonders effektive Übertragung der Bewegung von den elektroaktiven Mittel auf den
Elastomerkörper. So kann der Elastomerkörper durch Anlegen einer WechselSpannung in Schwingungen versetzt werden, was sich positiv auf das Anfahrverhalten der Pumpe auswirkt. Die elektroaktiven Mittel sind für eine effektive Wirkung homogen im Elastomerkörper verteilt angeordnet.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform sind
Stator und Rotor axial beweglich zueinander angeordnet und konisch verlaufend ausgebildet. Durch die relative axiale
Beweglichkeit kann die Pumpeinheit ein- beziehungsweise
nachgestellt werden. Elektroaktive Mittel sind dazu sich
zwischen Elastomerkörper und Pumpengehäuse abstützend
angeordnet. Beim Aktivieren der elektroaktiven Mittel wird der Stator je nach Konfiguration in die gewünschte Richtung bewegt. Durch die konisch gegenläufige Rotor—und Stator-Form, kann so die Pumpeinheit nachgestellt werden.
Eine andere nicht dargestellte Ausführungsform ist die
Verwendung eines Rotors aus einer Formgedächtnislegierung mit einem Zweiweg- (Memory) -Effekt . Der Stator umfasst einen
Elastomerkörper, welcher eine höhere Wärmeausdehnung als der Rotor aufweist. In einem Temperaturbereich über 140°C ändert der Rotor seine Form derart, dass dessen äußeren Konturen sich verkleinern und dadurch die erhöhte Wärmeausdehnung des
Elastomerkörpers ausgeglichen wird. Diese Ausführungsform der Pumpe ermöglicht deren Einsatz auch bei höheren Temperaturen, bei denen bisher keine Pumpen mit Elastomeren eingesetzt werden konnten .
Figur 2 zeigt in einer ExplosionsZeichnung den Aufbau einer Pumpeinheit 22 einer Drehkolbenpumpe mit einem von zwei
Drehkolben 24, welche mit zwei als Plattenkörper 26
ausgebildeten elektroaktiven Mitteln ausgestattet ist. Eine elastomere Auskleidung 28 dient zur Aufnahme der Drehkolben 24, wobei die Auskleidung 28 in einem Gehäuse 30 angeordnet ist. Eine erste Stirnplatte 32 verschließt die Auskleidung 28, welche mittels einer zweiten Stirnplatte 34 als Gehäuseabdeckung gegen die Auskleidung 28 gedrückt wird. Der Drehkolben 24 hat zwei Kappen 36 und zwei Ausnehmungen 38 zur Aufnahme der zwei
elektroaktiven Plattenkörper 26. Die Plattenkörper 26 sind so dimensioniert, dass sichergestellt ist, dass die Kappen 36 des Drehkolbens 24 immer in Wirkzusammenhang mit einem Plattenkörper 26 des zweiten hier nicht dargestellten Drehkolbens stehen.
Die elektroaktiven Plattenkörper 26 sind aus einem
dielektrischen Elastomer gebildet, indem mehrere elektroaktive Elastomerfolien übereinander gestapelt sind, um eine höhere Kraft und Verformung zu erzeugen. Um das Anfahrverhalten der Drehkolbenpumpe zu verbessern, werden die elektroaktiven Mittel 26 ,je nach Konfiguration, vor oder nach dem Anfahren der Pumpe angesprochen und aktiviert.
In einer nichtgezeigten Ausführungsform sind Elastomerfolien senkrecht zur Fläche der gebildeten Plattenkörper
übereinandergestapelt , so dass bei Aktivierung der
elektroaktiven Mittel die Dicke der Plattenkörper zunimmt und dadurch auch der Anpressdruck der Drehkolben zunimmt, wodurch die Abdichtung verbessert wird. Bei dieser Ausführungsform kann es erforderlich sein, dass die Plattenkörper während des
Pumpbetriebes aktiviert bleiben.
Bei einer anderen nicht dargestellten Ausführungsform sind
Elastomerfolien waagerecht zur Fläche der gebildeten
Plattenkörper übereinandergestapelt und der Plattenkörper kann sich in dafür vorgesehene, stirnseitig der Plattenkörper in die Drehkolben eingebrachte Ausweichräume ausdehnen. Bei Aktivierung der elektroaktiven Mittel dehnen sich diese in Richtung der Ausweichräume aus und die Dicke der Plattenstapel nimmt ab. Im Gegensatz zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel werden die elektroaktiven Mittel vor dem Anfahrvorgang aktiviert und können während des Pumpbetriebes deaktiviert bleiben.
Die in den Drehkolben eingesetzten Platten können auch aus Formgedächtnislegierungen bestehen, welche bei einer zu hohen Temperatur ihre Form derart ändern, dass der Anpressdruck zwischen den Drehkolben verringert wird. Auch eine Kombination eines elektroaktiven Plattenstapels und einer Platte aus einer Formgedächtnislegierung ist möglich.
Denkbar ist auch der Einsatz der elektroaktiven Mittel für den Elastomerkörper und/oder dessen Abdeckung, um beispielsweise das Anfahrverhalten der Drehkolbenpumpe zu verbessern und dabei während des Pumpbetriebes eine ausreichende Abdichtung zu gewährleisten .
Die erfindungsgemäße Verdrängerpumpe ist auf eine hinsichtlich der jeweiligen Betriebsbedingung und Förderaufgäbe hin effektiv einstellbare Pumpeinheit ausgerichtet. Durch die Verwendung von elektroaktiven Materialien oder Mittel daraus, wird eine gezielte Verstellung der Förderkomponenten Stator und Rotor ermöglicht. Weiterhin kann durch den Einsatz von elektroaktiven Materialien und/oder elektroaktiven Mitteln eine
freikonfigurierbare Pumpeinheit bereitgestellt werden. Die Geometrien der Förderkomponenten können in einen Speicher der Steuervorrichtung abgelegt, ergänzt und abgerufen werden. Durch eine geeignete ComputerSoftware können nicht nur statische Geometrien eingestellt werden, sondern es sind auch dynamische Einstellungen umsetzbar und ohne Umbau der Pumpe möglich. Bezugszeichenliste
2 Stator
4 Pumpeinheit einer Exzenterschneckenpumpe
6 Druckflansch
8 Pumpengehäuse
10 Elastomerkörper
12 Statormantel
14 Anschlag
16 Ausnehmung
18 elektroaktive Elastomerfolien
20 Ausweichraum
22 Pumpeinheit einer Drehkolbenpumpe
24 Drehkolben
26 elektroaktive Plattenkörper
28 elastomere Auskleidung
30 Gehäuse
32 erste Stirnplatte
34 zweite Stirnplatte
36 Kappe eines Drehkolbens
38 Ausnehmung für elektroaktive Plattenkörper

Claims

Patentansprüche
1. Verstellbare Pumpeinheit (4,22) für eine Verdrängerpumpe, insbesondere für eine Exzenterschneckenpumpe oder für eine
Drehkolbenpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinheit (4,22) für deren Einstellung zumindest teilweise aus einem elektro- und/oder temperaturaktiven Material gebildet und/oder mit mindestens einem elektro- und/oder temperaturaktiven Mittel (18,26) gekoppelt oder ausgestattet ist.
2. Verstellbare Pumpeinheit (4,22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinheit (4,22) mindestens einen elektroaktiven Elastomerkörper (10) und/oder eine elektroaktive elastomere Auskleidung (28) umfasst.
3. Verstellbare Pumpeinheit (4,22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektroaktive Mittel (18,26) im
Elastomerkörper (10) und/oder in der elastomeren Auskleidung (28) integriert ist.
4. Verstellbare Pumpeinheit (4,22) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (10) oder das elektroaktive Mittel (18,26) aus einem elektroaktiven Elastomer gebildet ist.
5. Verstellbare Pumpeinheit (4,22) nach einem der Ansprüche 1 bis
4. dadurch gekennzeichnet, dass ein Kammervolumen einstellbar ist .
6. Verstellbare Pumpeinheit (4,22) nach einem der Ansprüche 1 bis
5. dadurch gekennzeichnet, dass ein Anpressdruck zwischen einem der Pumpeneinheit (4,22) zugeordneten Stator (2) und einem Rotor oder Kolben (24) einstellbar ist.
7. Verdrängerpumpe , insbesondere Exzenterschneckenpumpe oder Drehkolbenpumpe, mit einer verstellbaren Pumpeinheit (4,22) nach Anspruch 1.
8. Verfahren zum Betreiben einer Verdrängerpumpe, insbesondere einer Exzenterschneckenpumpe oder einer Drehkolbenpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter der Verdrängerpumpe mittels einer Steuervorrichtung und eine mit dieser gekoppelten elektro- und/oder temperaturaktiven Pumpeinheit (4,22) eingestellt werden .
9. Verfahren zum Betreiben einer Verdrängerpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter in Abhängigkeit vom Betriebszustand eingestellt werden.
10. Verfahren zum Betreiben einer Verdrängerpumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein innerer Statorbereich der Pumpeinheit (4,22) in einer Anfahrphase zuerst erweitert und/oder während einer Betriebsphase verkleinert wird.
11. Verfahren zum Betreiben einer Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinheit (4,22) in Abhängigkeit von ermittelten Betriebsmesswerten eingestellt wird.
12. Verfahren zum Überwachen einer Verdrängerpumpe, insbesondere für eine Exzenterschneckenpumpe oder für eine Drehkolbenpumpe mit einer Pumpeinheit (4,22) umfassend mindestens einen
Elastomerkörper (10) und/oder eine elastomeren Auskleidung (28) , dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (10) oder die elastomere Auskleidung (28) zumindest teilweise aus einem elektroaktiven Material gebildet und/oder mit mindestens einem elektroaktiven Mittel (18,26) gekoppelt oder ausgestattet ist und der Elastomerkörper (10) oder die Auskleidung (28) und/oder das mindestens eine elektroaktive Mittel (18,26) als Sensor einsetzbar ist und dessen Messsignale für eine Messwerterfassung und/oder -Verarbeitung an eine Steuervorrichtung der
Verdrängerpumpe übermittelt werden.
13. Verfahren zum Überwachen einer Verdrängerpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuervorrichtung abgespeicherte Messdaten oder Echtzeitmessdaten an eine
Konfigurations- und/oder Anzeigevorrichtung ausgegeben werden.
14. Verfahren zum Überwachen einer Verdrängerpumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der
Steuervorrichtung Steuersignale zur Ansteuerung des
Elastomerkörpers (10) und/oder des elektroaktiven Mittels
(18,26) generiert werden.
15. Computerprogrammprodukt mit Programmcode zur Durchführung der Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14.
16. Computerprogrammprodukt nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ein computerlesbares Medium, auf dem ein
Konfigurationsanwendungsprogramm mit dem Programmcode
gespeichert ist.
17. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die dazu geeignet sind, bei Ablauf des Computerprogramms auf einer
Konfigurationseinrichtung ein Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14 auszuführen.
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DE102014105314 2014-04-14

Publications (3)

Publication Number Publication Date
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WO2015158320A3 WO2015158320A3 (de) 2016-03-17
WO2015158320A4 WO2015158320A4 (de) 2016-05-06

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WO (1) WO2015158320A2 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017100715A1 (de) * 2017-01-16 2018-07-19 Hugo Vogelsang Maschinenbau Gmbh Regelung der Spaltgeometrie in einer Exzenterschneckenpumpe
DE102018008264B4 (de) * 2018-10-18 2020-11-12 Doris Korthaus Drehkolbenpumpe mit Verschleißelementen zur Förderung von mit Feststoffen durchsetzten Fördermedien
DE102021131427A1 (de) 2021-11-30 2023-06-01 Vogelsang Gmbh & Co. Kg Exzenterschneckenpumpe mit Arbeitszustellung und Ruhezustellung sowie Verfahren zum Steuern der Exzenterschneckenpumpe

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005042559A1 (de) 2005-09-08 2007-03-15 Netzsch-Mohnopumpen Gmbh Statorsystem
DE202009002823U1 (de) 2009-03-02 2009-07-30 Daunheimer, Ralf Exzenterschneckenpumpe
DE102010014248A1 (de) 2010-04-08 2011-10-13 Netzsch-Mohnopumpen Gmbh Kontaktelemente für Drehkolbenpumpen

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59136592A (ja) * 1983-01-24 1984-08-06 Toyoda Mach Works Ltd 可変容量形ベ−ンポンプ
US7941906B2 (en) * 2007-12-31 2011-05-17 Schlumberger Technology Corporation Progressive cavity apparatus with transducer and methods of forming and use
JP4511630B2 (ja) * 2008-08-26 2010-07-28 パナソニック株式会社 導電性高分子を用いた流体搬送装置
WO2011037561A1 (en) * 2009-09-23 2011-03-31 Halliburton Energy Services, Inc. Stator/rotor assemblies having enhanced performance
WO2013117223A1 (en) * 2012-02-08 2013-08-15 Siemens Medical Instruments Pte. Ltd. A pumping device and a method to make the pumping device for inflating/deflating an ear mold of a hearing device and the pumping device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005042559A1 (de) 2005-09-08 2007-03-15 Netzsch-Mohnopumpen Gmbh Statorsystem
DE202009002823U1 (de) 2009-03-02 2009-07-30 Daunheimer, Ralf Exzenterschneckenpumpe
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