[0001] Die Erfindung bezieht sich auf Statoren für Exzenterschneckenpumpen entsprechend
den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.
[0002] Exzenterschneckenpumpen sind in mannigfacher Form bekannt und dienen der Förderung
beispielsweise von Feststoff-Flüssigkeits-Gemischen wie z.B. Mörtel, Schlämmen oder
dergleichen. Sie bestehen aus einem Stator, der innenseitig ein aus einem gummielastischen
Werkstoff ausgebildetes gewindeartiges Profil trägt, in dem ein aus Stahl bestehender,
außenseitig ebenfalls ein gewindeartiges Profil aufweisender Rotor exzentrisch rotiert.
Zwischen den Gewindeprofilen von Stator und Rotor werden voneinander abgedichtete
Förderräume für das zu fördernde Medium gebildet, die während der Drehung des Rotors
in Förderrichtung bewegt werden, während dieser Bewegung zwar nicht ihr Volumen, jedoch
ihre Gestalt und Lage laufend ändern. Die ausgangsseitig erreichbaren Drücke bzw.
Förderhöhen hängen im wesentlichen von der Qualität der Abdichtung zwischen den genannten
Förderräumen und damit unter anderem von der Steifigkeit bzw. Formbeständigkeit des
Gummiprofils des Stators ab. Letzteres wird üblicherweise über eine gewisse Vorspannung,
d.h. Durchmesserdifferenz zwischen Rotor und Stator eingestellt. Nun gilt ein vergleichsweise
weicher Gummiwerkstoff im Rahmen des Statorprofils zwar als verschleißfester als ein
relativ härterer - der erstere erfordert jedoch zur Erzielung gleicher Ausgangsdrücke
wesentliche höhere Vorspannungen, so daß sich, nachdem Gummi als ein inkompressibler
Werkstoff anzusehen ist, vergleichsweise starke Verformungen des Statorprofils ergeben
würden.
[0003] Einer Erhöhung der Vorspannung zwecks Erhöhung des Ausgangsdrucks sind Grenzen gesetzt,
und zwar sowohl mit Hinblick auf das erforderliche Antriebsdrehmoment als auch auf
den sich einstellenden Verschleiß. Dieser Verschleiß wirkt sich u.a. bei dem Stahlrotor
aus, der - druckseitig beginnend und in Richtung auf die Saugseite hin fortschreitend
- abgetragen wird und in seinen Ausmaßen schließlich eine sich global auf die Druckseite
hin konisch verjüngende Gestalt erhält. Dieses allmähliche Materialabtragen hat eine
kontinuierlich sinkende Vorspannung sowie Dichtwirkung zwischen den genannten Förderräumen
und somit eine Verringerung der erreichbaren Förderhöhe zur Folge. Leistungssteigerungen
durch Drehzahlerhöhung sind mit Hinblick auf den zu erwartenden Verschleiß sowie den
Energiebedarf ebenfalls nicht sinnvoll.
[0004] Statoren für Exzenterschneckenpumpen bestehen üblicherweise aus einem zylindrischen
metallischen Mantel, in den über einen Spritzprozeß ein aus einem Gummiwerkstoff bestehendes
Einsatzteil eingebracht wird, welches innenseitig beispielsweise die Form eines zweigängigen,
zum Zusammenwirken mit dem Rotor bestimmtes Gewindeprofil aufweist. Bekanntlich ist
bei Gummiwerkstoffen das zu erwartende Schwundmaß abhängig von der jeweiligen Wandungsdicke
des Profils, so daß mit Hinblick auf die Erzielung geringer Fertigungstoleranzen besondere
Zusatzmaßnahmen erforderlich sind, um trotz der, auf das genannte Gewindeprofil zurückführbaren,
örtlich unterschiedlichen Wandungsdicken die genannten Toleranzen einzuhalten.
[0005] Aus der DE-AS 15 53 199 ist ein nachspannbarer Stator für eine Exzenterschneckenpumpe
bekannt, bei dem das aus einem elastischen Werkstoff bestehende Einsatzteil in einem,
in seinem Durchmesser verringerbaren metallischen Mantel angeordnet ist, so daß über
eine Durchmesserverringerung ein auftretender Verschleiß in einem gewissen Rahmen
ausgleichbar ist. Problematisch ist jedoch die genaue Einstellung der jeweils erforderlichen
Vorspannung, welches zumindest bei Baustelleneinsätzen, soweit dies überhaupt möglich
ist, einen erheblichen Aufwand bedeutet.
[0006] Zur Verminderung der durch die Vorspannung zwischen Stator und Rotor veranlaßten
Reibungs- und damit Leistungsverluste wird in der DE-PS 33 04 751 vorgeschlagen, die
wirksamen Innenabmessungen des Stators ausgehend von dessen Saugseite bis zu dessen
Druckseite hin kontinuierlich zu verringern, so daß in Verbindung mit einem - in Achsrichtung
gesehen - gleiche radiale Abmessungen aufweisenden Rotor druckseitig die größte Vorspannung
zur Verfügung steht. Auf diese Weise läßt sich eine Verringerung des Antriebsmoments
erreichen.
[0007] Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Stator für eine Exzenterschneckenpumpe
unter Vermeidung der dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile in einfacher Weise
mit Hinblick auf eine höhere Standzeit, höhere Leistungen bzw. einen verringerten
Energieaufwand auszugestalten. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen
Stator durch die Mermale der Kennzeichnungsteile der Ansprüche 1 und 2.
[0008] Erfindungswesentlich ist hiernach, daß das gesamte, die Innenseite des Stators auskleidende
Gewindeprofil bzw. das hier angeordnete Einsatzteil durch eine gleichmäßige Wandungsdicke
eines Gummiwerkstoffs charakterisiert ist, so daß sich an jeder Stelle der Statorauskleidung
ein praktisch gleiches Schwundmaß ergibt. Die auf eine fertigungsgerechte Konstruktion
zurückführbaren geringen Maßtoleranzen bringen eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses
mit sich. Die jeweiligen Schichtdicken der Einsatzteile können ausgehend von der erforderlichen
Vorspannnung, der Elastizität des Werkstoffs sowie eines zuzulassenden Verschleißmaßes
kleinstmöglich gewählt werden. Da sich die Materialkosten beispielsweise von Rohgummi
einerseits und Stahl bzw. Eisen andererseits erheblich unterscheiden, ist der erfindungsgemäße
Stator durch eine bedeutende Einsparung an dem relativ teureren Gummiwerkstoff gekennzeichnet.
Da verschlissene Statoren stets als Ganzes verworfen werden, eine Rückgewinnung des
vorhandenen Gummiwerkstoffs praktisch kaum stattfindet, wird durch die erfindungsgemäße
Konstruktion auch ein Beitrag zur Abfallbeseitigung geleistet. Die geringen Schichtdicken
des Gummieinsatzes haben entsprechend geringe mögliche Verformungswege zur Folge,
welches in Verbindung mit der profilierten Gestaltung des Mantels bzw. der in den
Gummiwerkstoff eingebetteten metallischen Windungen sich dahingehend auswirkt, daß
bereits bei vergleichsweise geringen Verformungswegen eine starke Versteifung des
Gummiprofils stattfindet, so daß sich eine entsprechend hohe Widerstandsfähigkeit
gegenüber druckseitigen Beanspruchungen ergibt. Diese Gesichtspunkte gelten im gleichen
Maß auch für relativ weiche Gummiwerkstoffe, deren Verformung durch die Profilierung
des Mantels bzw. durch die Windungen ebenfalls behindert wird, so daß sich auch in
diesem Fall aufgrund der Inkompressibilität des Gummis eine hohe Versteifung, insbesondere
im Bereich der Dichtflächen der eingangs genannten Förderräume ergibt. Bei Einsatz
relativ harter Gummiwerkstoffe können somit höchste Ausgangsdrücke erreicht werden.
[0009] Die Merkmale der Ansprüche 7 bis 10 sind auf eine vorteilhafte Ausgestaltung des
Erfindungsgegenstands gerichtet, nämlich insoweit, als hiernach lediglich ein Teil
der Statorlänge dahingehend ausgebildet ist, daß sich die genannten geringen gleichmäßigen
Schichtdicken des Gummiwerkstoffs ergeben, wohingegen der verbleibende übrige Teil
des Stators im herkömmlichen Sinne ausgebildet sein kann. In diesem letztgenannten
Teil ist somit ein herkömmliches Einsatzteil ohne das genannte System metallischer
Windungen bzw. ein glattwandiges zylindrisches Mantelteil vorgesehen. Bei einem Einsetzen
herkömmlicher Stahlrotoren werden auf diese Weise unterschiedliche Verformungs-fähigkeiten
in den sich ergebenden beiden Abschnitten des Stators erreicht, und zwar derart, daß
druckseitig stets eine erforderliche hohe Steifigkeit und damit Dichtwirkung zur Verfügung
steht. Dieses System kann naturgemäß in vielfältiger Weise ausgestaltet werden, beispielsweise
können durch entsprechende Bemessung des Querschnitts der eingelagerten Windungen
bzw. der Verformung des Mantels auch mehr als zwei Abschnitte im Verlauf einer Statorlänge
bereitgestellt werden, welche Abschnitte sich durch unterschiedliche Verformungsfähigkeiten
des Gummiwerkstoffs auszeichnen, und zwar dahingehend, daß sich von der Saugseite
bis zur Druckseite eine stufenweise zunehmende Steifigkeit des Gummiwerkstoffs ergibt.
[0010] Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Stator im Axialschnitt;
Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stators im Axialschnitt;
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stators im Axialschnitt.
[0011] Mit 1 ist in Fig. 1 der aus Stahl bestehende Mantel eines Stators bezeichnet, dessen
Kontur beispielsweise nach Art eines zweigängigen Steilgewindes verformt ist. Das
Gewindeprofil kann in beliebiger Weise erzeugt werden. Der Mantel 1 trägt auf seiner
Innenseite ein aus einem gummielastischen Werkstoff bestehendes Einsatzteil 2, das
mit der Innenfläche des Mantels in vorzugsweise unlösbarer Verbindung steht, beispielsweise
an diesen anvulkanisiert ist. Das Einsatzteil 2 ist derart bemessen, daß die gesamte
Innenfläche des Mantels 1 mit einer gleichmäßigen Schichtdicke 3 überzogen ist. Es
ergibt sich somit auf der Innenseite des Mantels 1 eine aus dem gummielastischen Werkstoff
bestehende Kontur nach Art eines zweigängigen Gewindes, welche als Pumpenstator einsetzbar
ist.
[0012] Die Schichtdicke 3 sollte bei einem akzeptierbaren Verschleiß von 2 mm wenigstens
5 mm betragen. Diese vergleichsweise geringe Schichtdicke bringt in Verbindung mit
der profilierten Gestaltung des Mantels 1 eine Reihe vorteilhafter Wirkungen hervor.
[0013] Bekanntlich hängt der bei Exzenterschneckenpumpen erreichbare Ausgangsdruck und damit
deren Vorderhöhe entscheidend von der Qualität der Abdichtung der sich zwischen den
Gewindeprofilen von Rotor und Stator ausbildenden Förderräume für das jeweilige Medium
ab. Diese Abdichtung wird üblicherweise durch eine gewisse Vorspannung zwischen dem
aus Stahl bestehenden Rotor und dem gummielastischen Werkstoff der Statorwindungen
hergestellt und hat eine gewisse Verformung des Statorprofils im Bereich der Abdichtungen
der genannten Förderräume zur Folge. Zweck dieser Verformung ist die Erhöhung des
Verformungswiderstands aufgrund der druckseitig auftretenden Beanspruchungen. Durch
die erfindungsgemäßen geringen Schichtdicken des gummielastischen Werkstoffs ergeben
sich in Verbindung mit den Stützwirkungen des gewindeartig verformten Mantels 1 vergleichsweise
geringe Verformungsmöglichkeiten, so daß bei gleicher Druckfestigkeit bzw. gleichem
erreichbaren Ausgangsdruck das Ausmaß der Vorspannung zwischen Rotor und Stator geringer
bemessen werden kann als bei herkömmlichen Exzenterschneckenpumpen. Versteifend bzw.
den Verformungswiderstand erhöhend wirkt sich somit insbesondere die Profilierung
des Mantels 1 aus, der dem Innenprofil des Stators über seine gesamte Länge eine gleichmäßige
Stützwirkung verleiht.
[0014] Nachdem somit auf konstruktivem Wege die Verformungsmöglichkeiten des Gummiwerkstoffs
beschränkt sind, besteht die Möglichkeit, einen an sich verschleißfesteren Weichgummi
einzusetzen, ohne - wie an-sonst erforderlich - übermäßig hohe Vorspannkräfte zur
Erzielung der nötigen Druckfestigkeit aufbringen zu müssen.
[0015] Die Verwendung eines vergleichsweise harten Gummiwerkstoffs im Rahmen des Statorprofils
bringt hingegen die Möglichkeit mit sich, trotz geringer Vorspannkräfte hohe Ausgangsdrücke
zu erreichen. Aufgrund der homogenen Schichtdicke auf der Innenseite des Mantels 1
ergibt sich ferner auf einfachstem Wege die Möglichkeit einer im Vergleich zu den
bekannten Pumpenstatoren erheblich verbesserten Fertigungsgenauigkeit, da mit einem
weitestgehend gleichförmigen Schwundmaß gerechnet werden kann und aufwendige Zusatzmaßnahmen
zur Kompensation eines ungleichförmigen Schwundmaßes aufgrund ungleichmäßiger Wandungs-
bzw. Schichtdicken des Gummiwerkstoffs entfallen.
[0016] Die Herstellung eines Pumpenstators entsprechend Fig. 1 kann grundsätzlich in bekannter
Weise, jedoch ausgehend von einem entsprechend profilierten Mantel 1 erfolgen, in
welchem jeweils unter Verwendung eines außenseitig entsprechend profilierten Kerns
die Substanz des gummiartigen Werkstoffs eingespritzt wird. Man erkennt, daß aufgrund
der profilierten Gestaltung des Mantels 1 die Verbundwirkung zwischen diesen und dem
gummiartigen Werkstoff zusätzlich zu einem Verkleben beziehungsweise Anvulkanisieren
durch einen gewissen Formschluß verbessert wird. Es können vergleichsweise geringe
Schichtdicken 3 verwendet werden, woraus sich in einfacher Weise neben geringen Maßtoleranzen
und ein hoher Verformungswiderstand des Systems aus Einsatzteil 2 und Mantel 1 ergibt.
[0017] Fig. 2 zeigt einen Stator mit einem glatten zylindrischen Mantel 4, der wiederum
aus Stahl besteht und der Aufnahme eines Einsatzteiles 5 aus einem gummielastischen
Werkstoff dient. Mit 6 ist ein System von Windungen aus Stahldrähten bezeichnet, die
der Gestalt der Windungen des Einsatzteiles 5 angepaßt sind, somit beispielsweise
die Form eines zweigängigen Steilgewindes bilden und die an einem oder auch an beiden
stirnseitigen Enden mit dem Mantel 4 verschweißt sind, wie an den Stellen 7 angedeutet
ist.
[0018] Die Windungen 6 sind vollständig in den gummielastischen Werkstoff eingebettet, und
zwar derart, daß sich bezogen auf die Innenseite des Mantels 5 weitestgehend gleichmäßige
Schichtdicken 8 des Gummiwerkstoffs ergeben.
[0019] Die Windungen 6 bestehen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus Stahldrähten von
kreisförmigem Querschnitt. Naturgemäß kann die Querschnittsform der Stahldrähte zur
noch weitergehenderen Vergleichmäßigung der Schichtdicke des Gummis auch an die Querschnittsgestalt
der einzelnen Gewindegänge des Gewindeprofils angepaßt sein. Man erkennt, daß aufgrund
der vollständigen Einbettung der Windungen 20 in den gummielastischen Werkstoff Korrosionsprobleme
vermieden werden. Das Einsatzteil 5 steht im übrigen mit dem Mantel in vorzugsweise
unlösbarer Verbindung und ist beispielsweise anvulkanisiert. Die sich aus der gleichmäßigen
bzw. angenähert gleichmäßigen Schichtdicke des Gummiwerkstoffs ergebenden Vorzüge
entsprechen denjenigen des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1, so daß insoweit auf
die dortigen Ausführungen Bezug genommen wird.
[0020] Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Pumpenstators, bestehend aus
einem glatten zylindrischen Mantel 4 und einem aus einen gummielastischen Werkstoff
bestehenden Einsatzteil 9, welches in zwei Abschnitte unterteilbar ist, nämlich einen
ersten Abschnitt, der mit einem System von Windungen 10, bestehend aus Stahldraht
versehen ist und einem zweiten Abschnitt, der keinerlei Windungen oder sonstige, mit
diesen funktionell vergleichbare Armierungen zeigt. Die Enden der Windungen 10 sind
wiederum mit dem Mantel 4 verschweißt, wie an den Stellen 11 angedeutet ist. Die Verbindung
des Einsatzteils 9 mit dem Mantel 4 erfolgt wiederum in gleicher Weise wie bei den
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen und es wird ebenso wie bei Fig. 2 durch
die Einbringung der Windungen 10 in diesem Abschnitt des Stators eine möglichst gleichmäßige
Schichtdicke des Gummiwerkstoffs angestrebt.
[0021] Geht man davon aus, daß mit dem Pfeil 12 die Förderrichtung des Stators bezeichnet
ist, wird durch dessen Unterteilung in die obengenannten beiden Abschnitte erreicht,
daß in dem ersten, mit Windungen versehenen Abschnitt wesentlich geringere Verformungsmöglichkeiten
des Gummiwerkstoffs als in dem zweiten Abschnitt bestehen. Druckseitig ergibt sich
somit nach Einsetzen eines Rotors eine wesentlich höhere Versteifung und damit Druckfestigkeit
des Gummiwerkstoffs und eine gute Abdichtung der einzelnen, sich zwischen den Windungen
des Rotors und des Stators ausbildenden Förderräume. Saugseitig fällt hingegen die
Vorspannung aufgrund der dort gegebenen größeren Schichtdicken und damit größeren
Verformbarkeit des Gummiwerkstoffs geringer aus, welches jedoch unproblematisch ist,
da in diesem Bereich zwischen den einzelnen Förderräumen ohnehin nur geringe Druckdifferenzen
anstehen und die Qualität der Abdichtung der genannten Förderräume in diesem Abschnitt
nur von untergeordneter Bedeutung ist. Indem somit die hohe Druckfestigkeit auf den
Bereich des Stators beschränkt ist, in dem diese mit Hinblick auf die erforderliche
Abdichtung und damit die erreichbare Förderhöhe von Bedeutung ist, wird gleichzeitig
das im Betrieb der Exzenterschneckenpumpe aufzubringende Drehmoment gegenüber einer
solchen Ausführungsform, bei der eine gleichmäßige Vorspannung über die gesamte Länge
eingestellt wird, merklich verringert.
[0022] Der Abschnitt des Pumpenstators, der im erfindungsgemäßen Sinne mit Stahldrahtarmierungen
bzw. -windungen ausgerüstet ist, kann - bezogen auf die Länge des gesamten Stators
einen Anteil von etwa 50 % ausmachen.
[0023] In allen Ausführungsbeispielen werden nichtspannbare Statoren eingesetzt, so daß
sich deren praktische Handhabung insbesondere baustellenseitig sehr einfach gestaltet.
1. Stator für eine Exzenterschneckenpumpe, der innenseitig ein gewindeartiges Profil
aufweist und aus einem metallischen Mantel (1) mit einem innenseitig das gewindeartige
Profil tragenden, aus einem gummielastischen Werkstoff ausgebildeten, in dem Mantel
(1) angeordneten Einsatzteil (2) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1)
über wenigstens einen Teil der Länge des Stators zumindest innenseitig eine dem gewindeartigen
Profil entsprechende Oberfläche aufweist und daß das Einsatzteil (2) durch eine aus
dem gummielastischen Werkstoff bestehende, eine gleichmäßige Schichtdicke (3) aufweisende,
das genannte Profil innenseitig abbildende Beschichtung gebildet wird.
2. Stator für eine Exzenterschneckenpumpe, der innenseitig ein gewindeartiges Profil
aufweist und aus einem metallischen Mantel (4) mit einem innenseitig das gewindeartige
Profil tragenden, aus einem gummielastischen Werkstoff ausgebildeten, in dem Mantel
(4) angeordneten Einsatzteil (5, 9) besteht, gekennzeichnet durch ein, sich wenigstens
über einen Teil der Länge des Stators erstreckendes, in das Einsatzteil (5, 9) eingebundenes
System vorzugsweise metallischer, der Gestalt des gewindeartigen Profils nachgebildeter
Windungen (6, 10), welche Windungen ebenso wie die Innenseite des zylindrischen Mantels
mit einer, aus dem gummielastischen Werkstoff bestehenden, eine weitgehend gleichmäßige
Schichtdicke (8) aufweisenden, die Gestalt des genannten Profils innenseitig abbildenden
Beschichtung überzogen sind.
3. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1) eine dem gewindeartigen
Profil entsprechende Verformung aufweist.
4. Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das System der Windungen (6, 10)
zumindest teilweise mit der Innenseite des Mantels (4) in Verbindung steht, vorzugsweise
mit dieser verschweißt ist.
5. Stator nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform
der Windungen (6, 10) an die Querschnittsgestalt des einzelnen Gewindeganges des gewindeartigen
Profils angepaßt ist, und zwar mit Hinblick auf die Erzielung einer gleichmäßigen
Schichtdicke (8).
6. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1,
4) nicht spannbar ausgebildet ist, wobei innerhalb desselben in an sich bekannter
Weise das aus dem gummielastischen Werkstoff bestehende, das gewindeartige Profil
tragende Einsatzteil (2, 5, 9) einvulkanisiert ist.
7. Stator nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil
des Mantels innenseitig mit einem gewindeartigen Profil versehen oder insgesamt verformt
ist und ein anderer Teil zylindrisch glatt ausgebildet ist.
8. Stator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrisch glatte Teil 50
% der Länge des Stators ausmacht.
9. Stator nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das System
metallischer Windungen (10) nur über einen Teil der Länge des Stators erstreckt.
10. Stator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Windungen (10) versehene
Teil 50 % der Länge des Stators ausmacht.