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Exzenterschneckenpumpe
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Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckennurnpe mit einem schraubenförmig
newendelten Rotor, der sich planetenartig in einer im Puerschnitt langgestreckten
Hohlwendel eines Stators abwälzt, wobei die räumlichen Wälzkurven an Rotor und Stator
in einzelne Pumpenstufen aufgelöst sind, in welchen jeweils an Rotor drehbar ein
elastisch nachgiebig abgestützter Wälzring gelagert ist.
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Eine Exzenterschneckenpumpe dieser Art ist Gegenstand der Xlteren
DT-OS 25 30 552 der Anmelder. Dabei ist die schleifende Abwälzbewegung aus herkömmlichen
Exzenterschneckenpunpen aufgeldst in eine Drehbewequng des Wälzringes auf jeweils
einer Exzenterfläche des Rotors und eine reine Abwälzbewegung des drehbaren Wälzringes
in der Hohlwendel des Stators. Die Auflösung in einzelne Pumpenstufen bewirkt dabei
auf größerer Breite eine bessere Abdichtung bei verringertem Verschleiß und ermöglicht
größere Betriebsdrilcke.
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Bef der Ausnestaltun der Wälzringe ist man davon ausgeangen, daß sie
irgendwie nachgiebig gestaltet werden müssen, andererseits formbeständig sein sollen.
Sie wurden daher entweder ganz aus wenigstens begrenzt elastisch verformbarem Werkstoff
hergestellt,
durch Kombination eines inneren Ringes aus starrem
tlerkstoff und eines äußeren Ringes aus elastisch verfornbarem Werkstoff oder durch
einen Kernring mit einen inneren und äußeren Mantel aus elastisch verformbarem Werkstoff
gebildet.
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Bei Verwendung von Vollringen hat sich nun gezeigt, daß entweder die
Verschleißfestigkeit und Formbeständigkeit oder aber die Nachgiebigkeit zu gering
sind. Mit einem metallischen Kern kann man zwar die Formbeständigkeit verbessern,
aber dann muß ran, un hinreichende Nachgiebigkeit beim Abrollvorgang zu erreichen,
verhältnismäßig weiches Material für Innen-und Außenschicht verwenden, das entsprechend
kronen Verschleiß unterliegt. An Innen- und Außenflächen und zwar vor allem an der
Außenfläche konnt es aber in erster Linie auf die Verschleißfestigkeit an, zumal
dort hinreichende Abdichtung auch mit härteren und formbeständigeren Werkstoffen
erzielt wird.
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Die Erfindung geht aus von der eingangs geschilderten Exzenterschneckenpumpe
und dient der Aufgabe, diese Pumpe so zu gestalten, daß sie. einerseits verhältnismäßig
weich und ruhig läuft und zum anderen ihr Verschlelnverhalten verbessert wird.
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Zur Ldsung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß Außen und Innenteile
der l:älzringe aus verschleißfestem Werkstoff gebildet und durch elastich federnde
Mittel gegeneinander abgestützt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Wälzring
einmal auf der zugehörigen ExzenterflEche des Rotors und zum anderen in der Hohlwendel
des Stators mit geringem Abnutzungsgrad läuft, daß der Eingriff beir Abrollvorgang
auch bei Verwendung recht harter zusanmenwirkender Werkstoffe verhältnismäßig weich
erfolgt und daß zudem zwischen Rotor und Stator jeweils eine so große Anlagekraft
wirkt, wie sie flir die Abdichtung erforderlich ist.
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Auch dabei kann der Wälzring durchgehend aus verschleißfestem, aber
begrenzt elastisch verformbarem Werkstoff bestehen, sofern er durch Ausnehtungen
nachgiebig gestaltet ist. Die Ausnehnungen lassen sich dann zweckmäßigerweise mit
Radialabstand zwischen Innen- und Außemfläche des Wälzringes anordnen, sodaß an
den Anlageflächen voller Anlagekontakt besteht,
Die Wälzringe können
beispielsweise buqelformigen Querschnitt haben, wobei die Schenkel des Bgels jeweils
am Rotor bzw. Stator anliegen. Sie konnen dann aus Petallblech oder auch mit etwa
gleicher Wanddicke aus einer Bahn eines geeigneten verschleißfesten aber steifelastischen
Kunststoffes gefertigt werden. Als zweckmäßig hat es sich dabei erwiesen, in jeder
Punpenstufe Jeweils zwei, insbesondere entgegengesetzt zueinander angeordnete bugelforrige
Wälzringe vorzusehen. Um die Federwirkung zu beeinflussen, kennen die Bügel auch
doppelwandig ausgebildet sein.
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Flach einem anderen Vorschlag kann der Wälzring rohrförmigen ruerschnitt
mit gewölbten Seitenteilen aufweisen. Die Wölbung kann nach außen oder innen gelegt
sein und der Rohrquerschnitt muQ nicht völlig geschlossen sein, d.h. man kann beispielsweise
auf der Innenfläche die gegeneinander gerichteten Enden unverbunden lassen, Gemäß
einer anderen Ausbildung kann der Walzrinq rotationssyr'-metrische Innen- und Außenteile
aufweisen, die durch im ruerschnitt wellen - oder zickzackförmige Teile gegeneinander
abgestützt sind.
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Auch diese Wälzringe lassen slch einstückig aus etwa aletchdickem
Werkstoff herstellen.
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Wenn der Wälzring vorzugsweise auf seiner Innenseite rotationssymmetrische
Ausnehmungen aufweist, kann er auch im übrigen als massiver Vollteil aus relativ
hartelastischem Werkstoff ausgebildet sein. Eine verqleichbare tioglichkeit besteht
dabei in der Ausbildung des Wälzringes aus Wellrohr, das auf Außen- und Innenseite
entlang einzelner Ringflächen an Rotor und Stator anliegt.
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Verhältnismäßig einfach ist jedoch die Ausbildung des Wälzringes aus
gesonderten Innen- und Außenringen, die durch wenigstens ein zwischengeschaltetes
Federelement gegeneinander verspannt sind.
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Man kommt dann normalerweise mit zylindrischen Ringen bzw. Buchsen
aus, zwischen welchen gegebenenfalls lösbar ein oder mehrere handelsUbliche Federelemente
eingeschaltet sind, beispielsweise Ringe aus hochelastisch verformbarem werkstoff
wie 0-R1nge oder im Querschnitt wenigstens bügelförmig gebogene Rinne aus steifelastisch
verformbarem Werkstoff wie Federstahl,
Etwas aufwendiger, jedoch
fir den vornesehenen Zweck wirkungsvoller erscheint die Ausbildung des Federelemente
als nach Art von Schwingmetall mit Innen- und Außenring verbundene Ringschicht aus
weichelastischer Herkstoff wie Gummi. Auch wenn die Gummischicht an ihren seitlichen
Rindern einem Verschleiß unterworfen wird, ändert sich dabei das Federungsverhalten
kaum, aber einer solchen Verschleiß kann auch durch seitliche Flansche entgegengewirkt
werden. Wenigstens der Außenring kann zuden noch eine begrenzte Verformbarkeit behalten,
un einen verbesserten Druckaussleich zu erreichen. Der Wälzring kann auch wenigstens
einen quer zur Achse schalenförmig gewölbten Ringteil, besser noch zwei übereinanderliegende,
jeweils nach außen bzw. innen gewölbte Rinnteile aufweisen.
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Es kann auch der Wälring mehrere gegeneinander entlang einer Kugelfläche
einstellbare Ringteile aufweisen, sodaß diese sich weitgehend frei in die Führungsebene
einstellen lassen. Dabei kann der Mittelpunkt der Kugelfläche außerhalb des vom
Wälzring umschlossenen Raumes liegen, sodaß an der Kugelfläche Axlalkräfte aufgenommen
werden können. Solche AxialkrXfte lassen sich auch dadurch aufnehmen, daß man die
Stufen-Eingriffsflächen auf Innen-und Außenseite des Wälzringes abwechselnd um eine
Milimeter nach innen bzw. außen verlegt. Auf diese Weise wird auch die Führung der
Wälzringe verbessert.
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Wälzringe. Exzenterscheiben und Statorscheiben können im Eingriffsbereich
auch durch eingelassene Stahl scheiben oder dgl. verschleißfest gemacht werden.
Andererseits läßt sich eine Einstellbarkeit des Wälringes dadurch erreichen, daß
dieser mit Radialspiel von ca. 1 nm auf der Exzenterscheibe sitzt.
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Die Zeichnung r'ibt die Erfindung beispielsweise wieder. Es zeigen
rig. 1 den Längsschnitt einer filr die erfindungsgemäße Ausgestaltung bestimmten
Exzenterschneckenpunpe und rig. 2 bis t9 Querschnitte verschiedener in dieser Pumpe
erfindungsgemäß einzusetzender Wälzringe.
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In der Zeichnung ist mit 1 der Stator einer Exzenterschneckenpumpe
bezelchnet, der gebildet wird durch einen Stapel Statorplatten 2,
die
zwischen zwei Anschlußgehäusen 3, 4 durch Zuganker verspannt sind. Jede Statorpiatte
2 hat eine zylindrische Außenfläche 5 und eine zentrisch angeordnete langgestreckte
durchgehende Aussparung 6, die an ihren Enden 7 mit halbkreisförmigen Rundungen
versehen ist.
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Auf einer Seite sind in diametral gegenüberliegend gleichen Abständen
von der Pumpenachse n zwei zylindrische Nasen 9 angebracht.
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Diesen sind auf der entgegengesetzten Seite entsprechende Ausnehnunnen
10 zugeordnet, die jedoch um einen konstanten Teilungswinkel zu den Nasen 9 versetzt
angeordnet sind. Fügt man die Statorplatten so zusammen, daß jeweils die Nasen 9
einer Statorplatte in die Ausnehmungen 10 der benachbarten Statorplatte eingreifen,
dann bilden die Aussparungen 6 eine Stufen-Wendel. Beim Teilungswinkel von 30° und
einer Steigung s von 180 mm ergibt sich dann eine Teilungsbreite b von 15 mm.
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In jeder Aussparung 6 ist in dieser abrollbar ein Wblzring 11 eführt,
dessen Außendurchmesser der Breite der Aussparungen und dessen Breite der Stufenbreite
b entspricht. Der Wälzrino 11 sitzt drehbar auf der zylindrischen Exzenterflache
12 einer Exzenterschelbe 13 des Rotors 14.
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Die einzelnen Exzenterscheiben 13 sind wiederum gleich bemessen und
sitzen mit sternförmiger Vielkeilfläche auf der Exzenterwelle 16, die Längsrippen
unter dem vorerwähnten Teilunnswinkel aufweist.
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Jede Exzenterscheibe ist um diesen Teilungswinkel zur benachbarten
verdreht. Die Exzenterscheiben 13 sind auf der Exzenterwelle zwischen einem an dieser
angebrachten Eund 17 und einer Scheibe 18 mittels Muttern 19 verspannt. 20 ist ein
Kreuzgelenkkopf zum Antrieb der Pumpe durch eine Celenkwelle. Anstelle eines Kreuzgelenkkopfes
kann auch elne Kulissen-Kreuzkupplung oder del, vorgesehen sein. Um die Pumpe zu
Auswechseln irgendwelcher Teile auseinandernehmen zu können, braucht man lediglich
die Muttern 19 und die Zuganker zu lösen. Das Zusammenfügen ist ebenso einfach,
Im Betrieb wälzt sich der Rotor 14 ähnlich wie bei herkömmlichen Exzenterschneckenpumpen
auf einer Exzenterbahn im Stator ab, wobei die Wälzringe 11 sich auf den Exzenterzapfen
12 der Exzenterscheiben 13 drehen und augen in der jeweiligen langgestreckten Aussparung
6 der Statorscheiben 2 abrollen.
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Gemäß Fig. 2 haben die als Wälzringe dienenden Ringe 41 die Form von
im Querschnitt U-förmigen Büheln, deren Schenkel 42 auf der Exzenterfläche 12 sitzt
und deren zu 42 paralleler Schenkel 43 die Abwälzbewegung in der Aussparung der
Statorscheibe ausführt, aber durch die Bügelform federnd gegen den Schenkel 42 gedriickt
werden kann. Der Wälzring kann dann beispielsweise ganz aus verschleißfestem pber
verfornbarem Stahlblech oder auch aus einen hart- oder mittelelastischen Kunststoff
wie Polyamid oder Teflon ausgeführt werden. Zweckmäßigerweise setzt man gemäß Fig.
2 zwei solcher Ringe stirnseitiri aneinander.
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Nach rig. 3 kann die landung in Bereich der Bügelform verdoppelt werden,
und nach rig. 4 sind zwei im wesentlichen identische Rinne 41 mit den offenen Enden
ineinandergeschoben, was die Riickstellkraft etwa verdoppelt.
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Nach Fig. 5 hat der aus Stahlblech oder dgl. hereestellte Wälzring
44 die Form eines langgestreckten, annähernd geschlossenes Rohres,wobei der die
Abwälzhewegung ausführende AuSenteil 45 neschlossen ist, während die nach innen
nebonenen Endteile 46 die Drehlagerung auf der Exzenterfläche ilbernehren. Die Seitenteile
47 sind dabei konvex nach außengewölbt, während die Seitenteile 48 des im übrigen
weitgehend identisch ausgeführten Wälzringes 49 nach Fig. 6 nach innen gewölbt sind.
Eein Wälzring 50 gemäß rig. 7 bilden die Seitenteile 51 eine weit zur Fritte des
Wälzringes eingezogene Schleife 52.
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Auf diese Welse wird einmal das Rückfederungsverhalten wesentlich
verstärkt und besser auf die gesamte Breite des Wälzringes verteilt.
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Der in Fig. P dargestellte Wälzring 53 ist weitgehend als massives
Fornteil ausgeführt und kann beispielsweise aus Polyamid oder Poly-Tetrafluoräthvlen
bestehen.Während seine Außenfläche 67 zylindrisch durchgehend ausgefUhrt ist, ist
seine Innenfläche 6P durch eine mittlere Ringnut 54 unterbrochen, und in die Seitenteile
sind Ringnuten 55 eingeformt.
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Etwa die gleichen seitlichen Ringnuten 55 slnd auch bei der Wälzring
56 nach Fig. 9 vorgesehen, und in der Innenfläche sind zu einer zentrischen Ringnut
54 noch zwei im Querschnitt dreieckförmige Ringnuten 57 angebracht. Auf der gesamten
Breite des ebenfalls aus verschleißfestem und begrenzt federnd nachgiebigem Werkstoff
bestehenden Wälzringes wird dadurch elne Vergleichmäßigung der Abstützkraft erreicht.
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Der in Fig. 10 dargestellte Wälzring 58 Ist als Wellrohr, wiederum
aus Stahlblech oder stelfelastisch verformbaren verschle1Sfesten Kunststoff hergestellt.
Dabei liegt der Wälzring zwar nur unter Vorspannung entlann von antellinien an Rotor
und Stator an, aber die Abdichtung wird zuverlässig sichergestellt, und die Herstellung
ist außercrdentlich einfach, da man lediglich die in großen Längen zu beziehenden
Wellrohre zu unterteilen braucht.
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Auch die Herstellung des in Fig. 11 nezeinten Wälzringes 59 ist verhältnismäßig
einfach mit einem zylindrischen Außenring 60, einem ebenso zylindrischen Innenring
61 und zwei dazwischen unter Vorspannung angebrachten 0-Ringen 62. Hiervor unterscheidet
sich der Wälzrlng 63 gemaß rig. 12 nur durch die zwischen Innen- und Außenring eingebrachten
Federringe 64 in Bügelform, die beispielsweise aus Federstahl bestehen können.
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Gein Wälzring 65 nach Fig. 13 sind Innen- und Außenrige 60, 61 mit
einer zwischenliegenden Ringschicht 66 eus weichelastischem Werkstoff wie Gummi
durch Einvulkanisieren oder dgl. fest verbunden.
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Damit der Werkstoff dieser Schicht nicht nach außen quellen kann,
sind wiederur seitliche Ringnuten 55 eingeformt. Dabei ist der Außenring am Innenring
auf ganzer Breite weitgehend gleichmäßig abgestützt und wird auch zuverlassig zum
Innenring zentriert. Die Seltenflächen der Ringschicht 66 sollten so verstärkt oder
behandelt sein, daß dort kein wesentlicher Verschleiß auftreten kann.
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Gegebenenfalls können sie durch metallische RIngscheiben oder dgl.
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geschützt werden.
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Bei dem in Fig. 14 dargestllten Wälzring sind zwischen Innenschenkel
42 und Außenschenkel 43 als federnde Zwischenglieder meanderförmige Windungen 69
gelegt. Nach Fig. 15 sind zickzackförnTq gelegte Zwischenglieder 70 vorgesehen.
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Fig. 16 zeigt einen auf den Innenring 61 angebrachten tonnenförmig
gewölbten Außering 71, der gleichzeitig Abwälz- und Federungsfunktion übernimmt.
Nach Fig. 17 ist zwischen diese beiden Ringe noch ein Zwischen ring 72 eingeschaltet,
dessen Ränder nach außen gewölbt sind, sodaß sich bei gleicher Kraft der Federweg
der beiden Ringe 71, 72 verdoppelt. In der Regel ist es nicht notwendigt, die einzelnen
Ringteile irgendwie fest miteinander zu verbinden, da sie an den Teilen der banchbarten
Pumpenstufen hinreichendzuverlässlg in der Radialebene gefilhrt sind.
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Bei dem in Fig. 18 gezeigten Wälzring ist zwischen Innenring 61 und
Außenring 60 ein Gleitring 73 aus wenigstens begrenzt elastisch verformbarem Kunststoff
wie Polyamid oder PTPE eingeschaltet und sitzt mittels einer Kugelfläche 72 auf
der Innenring 61, der ebenso wie der Außenring aus verschleiß festen Metalt bestehen
kann. Auf diese leise kann sich der Wä.lzring selbsttätig in seine FUhrungsebene
einstellen.
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Dies bleibt auch dann erhalten, wenn nach Fig. 19 der Mittelpunkt
der Kugelfläche 74 außerhalb des vom Wälzring unschlossenen Raures liegt, sodaß
man die Wirkung eines Kegel-Tonnenlagers erhält, das Axialkräfte aufnehmen kann.
In der einen H;ilfte der Pumne wird nan die dargestellte Anordnung, in der anderen
die spiegelbildliche verwenden. Selbstverständlich können auch Wälzringe nach den
Figuren 17 und 18 in einer Pumpe kombiniert werden.
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In der Zeichnung ist nur eine Auswahl der zahlreichen möglichen Wälzringformen
dargestellt, die in mancherlei gleise abgewandelt werder können, sofern nur bei
verschleiß. festen AuGen- und Innenteilen hinreichend federnde Abstlitzune dieser
Teile gegeneinander sichergestellt ist.