Exzentrische Spiralpumpe

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf eine Exzentrische Spiralpumpe, die über Pumpengehäuse (7) und über im Pumpengehäuse angeordneten, aus elastomeren Material gefertigten Stator (1) verfügt. An beiden Enden (12, 13) des Stators sind aus eigenem Material je ein Membranring (2, 3), am Rand der Membranringe je ein Spannflansch (4, 5) ausgebildet. Der Spannflansch ist im Pumpengehäuse befestigt, die Breite (m) des Membranrings ohne den Spannflansch und der Abstand (t) zwischen der Innenfläche des Pumpengehäuses (7) und dem Außenmantel des Stators (1) ist mindestens so groß wie die für die Spiralpumpe charakteristische Exzentrizität.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine exzentrische Spiralpumpe, die aus Pumpengehäuse und aus dem im Pumpengehäuse angeordneten, aus elastomerem Material gefertigten Stator besteht.

[0002] Es ist bekannt, dass bei exzentrischen Spiralpumpen der Stator und der Spiralkolben eine im Vergleich zueinander doppelte Bewegung durch­führen sollen, und zwar die Planetenbewegung und die Abrollbewegung.

[0003] Bei den bisher erzeugten exzentrischen Spiralpumpen - mit einer Ausnahme - ist der Stator im Pumpengehäuse befestigt, und der Spiralkolben durchführt die Planeten- und Abrollbewegung. Damit diese komplizierte Bewegung zustandekommen kann, ist der Spiralkolben mittels ausweichender Wellen­verbindung - Kardanwelle - mit dem Antriebsmotor verbunden. Bei diesen Ausbildungen ist eben die asuweichende Wellenverbindung das eine, die Lebens­dauer der Spiralpumpe determinierende, kritische Element.

[0004] Es gaben bereits früher Versuche zur Lösung dieses Problems. Als deren Egebnis ist diejenige, auch unserseits hergestellte - als eine Ausnahme bereits erwähnte - exzentrische Spiralpumpe entwik­kelt worden, bei der der Spiralkolben in der theo­retischen Wellenlinie fix gelagert ist. Hier wurde das Problem der Planetenbewegung so gelöst, dass am Stator bei dem der Saugseite näher liegenden Ende eine den Stator umnehmende äussere flexible Hülse angeschlossen ist, die annähernd so lang ist wie der Stator, und die Hülse verbreitet sich kegelartig gegen die Druckseite und ihr der Druckseite näher lie­gendes Ende ist im Pumpengehäuse befestigt. Diese Hülse gewährleistet dem Stator eine im wesentlichen derart flexible Aufhängung, die die Planetenbewegung zulässt.

[0005] Diese Lösung macht die Verwendung der Kardan­welle tatsächlich überflüssig, verursacht aber zugleich ein anderes, bisher nicht bekanntes Problem. Der mit­ tels Hülse aufgehängte Stator ist nicht fähig, die Bewegung des Spiralkolbens vollständig zu verfolgen, weil seine Bewegungsfreiheit gegen die Saugseite fortschreitend je mehr abnimmt. Deshalb erleidet der Stator hier eine dermassige Deformation, die zu bedeutender Undichtigkeit führt. Demzufolge fördert der Stator in der Wirklichkeit nur auf einer geringen Strecke.

[0006] Zielsetzung der Erfindung ist, die Planeten­bewegung des Stators auf diejenige Weise zu sichern, dass die Dichtigkeit des Stators und des Spiralkolbens auf der ganzen Länge gleichmässig sei. Der Erfindung liegt diejenige Erkenntnis zugrunde, dass wenn der Stator an beiden Enden mittels eines sich gut defor­mierenden und vollständig dichtenden Element - Membrane - aufgehängt wird, der Stator fähig sein wird, sich mit sich selbst parallel zu bewegen.

[0007] Die Erfindung ist also eine exzentrische Spiralpumpe, die über Pumpengehäuse und einen im Pumpengehäuse angeordneten, aus elastomerem Material gefertigten Stator verfügt, und so ausgebildet ist, dass an den zwei Enden des Stators je ein, aus mit dem Stator gleichen Material gefertigter Membranring und am Rand des Membranrings Spannflansch ausgebildet sind, der Spannflansch am Pumpengehäuse befestigt ist, die Breite des Membranrings ohne Spannflansch und der Abstand zwischen der Innenfläche des Pumpen­gehäuses und dem Aussenmantel des Stators mindestens so gross sind wie die für die Spiralpumpe charakte­ristische Exzentrizität.

[0008] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Spiralpumpe sind die an den Enden des Stators ausgebildeten Membranringe mit ihren offenen Teilen gegeneinander gewendete Halbrohrringe.

[0009] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungs­form der erfindungsgemässen Spiralpumpe sind im Inne­ren der halbrohrringförmigen Membranringe Rippen aus­gebildet.

[0010] Bei einer dritten vorteilhaften Ausführungs­form der erfindungsgemässen Spiralpumpe sind die an den Enden des Stators ausgebildeten Membranringe sich voneinander entfernend verbreitende Kegel.

[0011] Bei einer vierten vorteilhaften Ausführungs­form der erfindungsgemässen Spiralpumpe sind der Sta­tor und die Membranringe in einem einzigen Stück aus­gebildet.

[0012] Bei einer fünften vorteilhaften Ausführungs­form der erfindungsgemässen Spiralpumpe ist an einem Ende des Stators eine zylindrische Anschlussfläche ausgebildet, und am Innendurchmesser des Membran­rings ist eine Hülse ausgebildet, und die Hülse des Membranrings passt sich auf die zylindrische An­schlussfläche des Stators an.

[0013] Bei einer sechsten vorteilhaften Ausführungs­form der erfindungsgemässen Spiralpumpe ist der an der Druckseite angeordnete Membranring mittels einer Bohrung durchbrochen.

[0014] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungs­form der erfindungsgemässen Spiralpumpe ist der Stator an seiner Strecke zwischen den Membranringen von einem Metallmantel umnommen.

[0015] Schliesslich sind bei einer weiteren vorteil­haften Ausführungsform der erfindungsgemässen Spiral­pumpe am Aussenmantel des Stators aus eigenem Material ausgebildete radiale Vorsprünge angeordnet, die sich in die in der Wand des Pumpengehäuses ausgebildeten Bohrungen anpassen.

[0016] Die Erfindung wird nachstehend anhand eini­ger Ausführungsbeispiele mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 - die erfindungsgemässe Spiralpumpe in Längs­schnitt,

Fig. 2 - den Stator einer anderen Ausführungsform in Halbschnitt-Halbanschnitt,

Figuren 3/a und 3/b - den mit I bzw. II angedeutenden Halbquerschnitt des Stators der vorangehenden zwei Ausführungsforme,

Fig. 4 - den Stator einer dritten Ausführungsform in Halbschnitt-Halbansicht.

[0017] In Fig. 1 ist der eigentliche Flüssigkeitsför­derteil einer exzentrischen Spiralpumpe dargestellt. Der Stator 1 ist aus elastomerem Material gefertigt, seine Innenfläche ist auf die bekannte Weise als Ge­winde mit zwei Anschnitten ausgebildet. Der zylindri­sche Aussenmantel des Stators 1 ist durch einen Me­tallmantel 6 gebildet.

[0018] An den Enden 12 und 13 des Stators 1 sind aus dem eigenen Material je ein Membranring 2 und 3 ausgebildet. Diese bilden je einen derartigen Halb­rohrring, die mit ihren offenen Teilen gegeneinander gewendet sind. Am Aussenteil der Membranringe 2 und 3 ist je ein Spannflansch 4 und 5 ausgebildet, welche im Pumpengehäuse 7 eingespannt sind.

[0019] Im Inneren des Stators 1 ist der Spiral­kolben 8 angeordnet, dessen Exzentrizität e für die Spiralpumpe charakteristisch ist.

[0020] Die Innenfläche des Pumpengehäuses 7 und der Aussenmantel des Stators 1 sind in einem Abstand t voneinander. Dieser Abstand t ist grösser als die Ex­zentrizität e.

[0021] Unter Breite m der Membranringe 2 und 3 soll bei dieser Ausführungsform der Durchmesser des Meri­diankreises des Halbrohrringes verstanden werden. Die Breite m ist ebenfalls grösser als die Exzentrizität e.

[0022] Das Pumpengehäuse 7, der Stator 1 und die Mem­branringe 2 und 3 bilden einen geschlossenen Hohlraum 10. Der der Druckseite N näher angeordnete Membranring 3 des Stators 1 ist mittels einer Bohrung 9 durchbro­chen. Auf diese Weise ist der Hohlraum 10 von der Saugseite S getrennt, aber mit der Druckseite N ver­bunden.

[0023] Die erfindungsgemässe Spiralpumpe funktioniert wie folgt:

[0024] Der Spiralkolben 8 ist im Pumpengehäuse /auf nicht dargestellte Weise/ mit Lagern starr gefasst, so kann er keine Planetenbewegung durchführen. Anstatt dessen zwingt er mit seiner Drehung den Stator 1, die nötige Planetenbewegung durchzuführen.

[0025] Die Membranringe 2 und 3 sind geeignet dazu, die radialgerichtete Bewegungen des Stators 1 aufzu­nehmen. Deshalb ist es erforderlich, dass sowohl der Abstand t als auch die Breite m grösser seien als die Exzentrizität e.

[0026] Nachdem der Stator 1 an seinen beiden Enden mit je einem Membranring 2 bzw. 3 gefasst ist, welche zu vollständig gleicher Deformation fähig sind, wird sich der Stator auf Wirkung der Drehung des Spiralkolbens 8 mit sich selbst parallel bewegen. Auf diese Weise erhalten wir eine gleiche Dichtig­keit wie bei den herkömmlichen exzentrischen Spiral­pumpen.

[0027] Die den Stator 1 durch die Bohrung 9 ver­lassende Überdruckflüssigkeit kann von der Druck­seite N in den Hohlraum 10 überströmen, beziehungs­weise zwischen der Druckseite N und dem Hohlraum 10 besteht eine hydraulische Verbindung. Auf diese Weise herrscht auch im Hohlraum 10 der Überdruck, der die Membranringe 2 und 3 entlastet. Wenn am Stator 1 kein Metallmantel angeordnet ist, gewährleistet der Überdruck auch die Nachstellung des Verschleisses des Stators 1 und des Spiralkolbens 8.

[0028] In Fig. 2 ist nur eine weitere Variante des Stators 1 der erfindungsgemässen Spiralpumpe dar­gestellt. Am Ende 13 des Stators 1 ist der Membran­ring 3 mit dem Flansch 5 auf die oben bereits beschrie­bene Weise ausgebildet. Am Ende 12 des Stators 1 ist eine zylindrische Anschlussfläche 14 ausgebildet. Am Innendurchmesser des Membranrings 2 ist eine Hülse 15 angeschlossen. Der Membranring 2 ist mittels dieser Hülse 15 an der zylindrischen Anschlussfläche 14 des Stators 1 befestigt. Das Material des Membranrings 2 ist übrigens mit dem Material des Stators 1 gleich. Die Befestigung kann z.B. mit Klebung erfolgen.

[0029] Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Erzeugung des Fertigungswerkzeuges leichter ist.

[0030] Wenn die Breite m gross ist, und auch das den Stator 1 belastende Drehmoment gross ist, können die Membranringe von der grossen Inanspruchnahme leicht reissen. Deshalb sind sie mit den Rippen 16 bzw. 17 verstärkt. Diese Rippen 16 bzw. 17 sind - auf die in Fig. 3/b dargestellte Weise - radial angeordnet, aber es ist auch eine andere, z .B. einander querende tangentiale Anordnung entsprechend. In Fig. 3/a ist zwecks Vergleichung die innere Ausbildung der Membran­ringe 2 bzw. 3 nach Fig. 1 dargestellt.

[0031] Ebenfalls der Aufnahme des Drehmomentes dient eine andere, in Fig. 2 dargestellte Lösung. An der Aussenfläche des Stators 1 sind aus eigenem Material Vorsprünge 11 radial ausgebildet. Diese ragen - auf nicht dargestellte Weise - in die entsprechende Boh­rung des Pumpengehäuses. Auf diese Weise stützen sie rippenartig den Stator 1 gegen Verdrehung.

[0032] Der Membrangring kann nicht nur wie bisher beschrieben halbrohrringförmig sein. Dafür ist ein Beispiel in Fig. 4 dargestellt. An den Enden 12 und 13 des Stators 1 sind derartige Membranringe 2 bzw. 3 angeschlossen, die kegelförmig sind und sich von­einander entfernend verbreiten. Am Rand der Membran­ringe 2 und 3 ist auf die bisher beschriebene Weise der Spannflansch 4 und 5 ausgebildet.

[0033] In diesem Fall soll unter Breite m der Mem­branringe 2 bzw. 3 der Abstand zwischen der Aussenfläche des Stators und des Spannflansches 4 bzw. 5 zu verstehen, das heisst dieser soll grösser sein als die Exzentrizität e.

[0034] In Fig. 4 ist es zu sehen, dass weder der Membranring 2 noch der Membranring 3 durchbrochen ist. Bei der Förderung von dichtflüssigen Stoffen, oder von feste Verschmutzung in hoher Menge enthal­tenden Medien kann nämlich die oben beschriebene Vor­spannung des Stators 1 nicht verwendet werden. In diesem Fall kann der Hohlraum 10 durch die durch das Gehäuse geführten Kanäle mittels neutralem Medium aufgefüllt und unter Überdruck gestellt werden.

[0035] Die erfindungsgemässe Ausführung hat über die bisher bekanntgemachten Vorteile hinaus auch einen aus dem Gesichtspunkt der Förderleistung be­deutenden Vorteil: Nachdem der Stator 1 auf der durch den Spiralkolben 8 bestimmten Bahn sich frei bewegen kann, können mit dem Nacheinanderbauen von mehreren Statoren mehrstufige Spiralpumpen zusammengestellt werden. Die durch Membranringe geschlossenen Räume sind nur durch die durch die einzelnen Statoren zu­standegebrachten Druckdifferenzen belastet, und von der bisherigen Praxis abweichend können auch für höhere Druckverhältnisse geeignete exzentrische Spi­ralpumpen ausgebildet werden.

[0036] Mit der erfindungsgemässen Lösung können auch derartige spezielle Ansprüche erfüllt werden, wie die Heizung oder Kühlung des Stators. Der Hohlraum zwi­schen dem Stator und dem Pumpengehäuse kann auch so ausgebildet werden, dass darin auf dem erforderlichen Druck Heiz- oder Kühlflüssigkeit strömt.

[0037] Schliesslich kann als allgemeiner Vorteil erwähnt werden, dass die für die Spiralpumpe charak­teristische, nachteilige Vibration bedeutendermassen abnimmt, weil die ausserhalb der Wellenlinie eine zu­sammengesetzte Bewegung durchführende unausgeglichenen Massen bedeutendermassen vermindert wurden. Das bedeu­tet sowohl in der allgemeinen Lebensdauer als auch auf dem Gebiet des für die Umwelt schadhaften Ge­räuschniveaus eine Verbesserung.

Ansprüche

1. Exzentrische Spiralpumpe, die über Pumpengehäuse /7/ und über im Pumpengehäuse /7/ an­geordneten, aus elastomerem Material gefertigten Stator /1/ verfügt, dadurch gekennzeich­net, dass an beiden Enden /12, 13/ des Stators /1/ aus eigenem Material je ein Membranring /2, 3/, am Rand der Membranringe /2, 3/ je ein Spannflansch /4, 5/ ausgebildet sind, der Spannflansch /4, 5/ im Pumpen­gehäuse /7/ befestigt ist, die Breite /m/ des Mem­branrings /2, 3/ ohne den Spannflansch /4, 5/ und der Abstand /t/ zwischen der Innenfläche des Pumpen­gehäuses /7/ und dem Aussenmantel des Stators /1/ min­destens so gross ist wie die für die Spiralpumpe cha­rakteristische Exzentrizität /e/.

2. Spiralpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Enden /12, 13/ des Stators /1/ ausgebildeten Membranringe /2, 3/ mit ihrem offenen Teil gegeneinander gewendete Halbrohr­ringe sind.

3. Spiralpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der halbrohrringförmigen Membranringe /2, 3/ Rippen /16/ ausgebildet sind.

4. Spiralpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Enden /12, 13/ des Stators /1/ ausgebildeten Membranringe /2, 3/ sich voneinander entfernend verbreitende Kegel sind.

5. Spiralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator /1/ und die Membranringe /2, 3/ aus einem einzigen Stück ausgebildet sind.

6. Spiralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende /12/ des Stators /1/ eine zylindrische Anschlussfläche /14/ ausgebildet ist, am Innendurch­messer des Membranrings /2/ eine Hülse /15/ ausgebil­det ist und die Hülse /15/ des Membranrings /2/ sich auf die zylindrische Anschlussfläche /14/ des Stators /1/ anpasst.

7. Spiralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der an der Druckseite /N/ befindliche Membranring /3/ mittels einer Bohrung /9/ durchbrochen ist.

8. Spiralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator /1/ an seiner Strecke zwischen den Membran­ringen /2, 3/ von einem Metallmantel /6/ umnommen ist.

9. Spiralpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Aussenmantel des Stators /1/ aus eigenem Material ausgebildete radiale Vorsprünge /11/ ausgebildet sind, die sich in die in der Wand des Pumpengehäuses /7/ ausgebildeten Bohrungen einpassen.

Zeichnung