CH677518A5 - - Google Patents

Description

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CH 677 518 A5

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Exzenter-schneckenpumpenanordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Exzenterschneckenpumpen sind als Fördereinrichtungen für abrasiv wirkende Feststoff-Flüssig-keits-Gemîsche wie z.B. Schlamm, Mörtel und dergleichen bekannt. Ihr Wesensmerkmal ist ein in einem zylindrischen Stator exzentrisch drehender Rotor, der als Förderschnecke ausgebildet ist, wobei zwischen dem gewindeartig ausgebildeten Innenprofil des Stators und dem Schneckenprofii Förderräume gebildet werden, die durch Drehung des Rotors in Längsrichtung des Stators bewegt werden. Das Volumen dieser Förderräume bleibt während der Bewegung entlang des Stators konstant - es ändern sich lediglich deren Lage und Form. Als ein derartiger Förderraum kann - bezogen auf den Rotor - der zwischen zwei Gängen der Schneckenwendel und dem Innenprofil des Stators umgrenzte Raum angesehen werden, so dass sich entsprechend der Gangzahl der Förderschnecke eine oder mehrere Stufen ergeben, in welchen der Druck des jeweils geförderten Mediums in Förderrichtung ansteigen kann. Der Antrieb der Exzenterschneckenpumpe erfolgt üblicherweise über eine an dem Rotor angebrachte Gelenkwelle, durch welche dessen Exzentrizität ausgeglichen wird.

Bei der Förderung von beispielsweise Mörtel oder sonstigen, mit abrasiv wirkenden Komponenten befrachteten Fördermedien tritt nun mit zunehmendem Druck in den Kammern ein zunehmender Verschleiss auf, der sowohl den Rotor als auch den Stator betrifft. Es kommt hierbei Im Zeitablauf zu einem konischen Abtragen des Förderschneckenpro-fils, so dass schliesslich eine hinreichende Abdichtung der genannten Stufen gegeneinander nicht mehr gegeben ist und ein zumindest teilweises Rückströmen des Fördermediums einsetzt, so dass die Förderleistung, insbesondere die erreichbare Förderhöhe bzw. der Ausgangsdruck unzureichend werden.

Obwohl die Herstellungskosten eines Rotors im Durchschnitt das Fünffache derjenigen eines Stators betragen, erstreckt sich der grösste Teil der bisher unternommenen, auf die Erhöhung der Standzeit der Exzenterschneckenpumpe gerichteten Massnahmen auf den Stator, dessen Gestalt entsprechend dem fortschreitenden Verschleiss verändert worden ist.

So zeigt beispielsweise die DE-AS1 553199 einen nachstellbaren Stator für eine Exzenterschneckenpumpe, der als elastische, zwei- oder mehrgängige Hühlschraube ausgebildet ist, die innerhalb eines längsgeschfitzt ausgestalteten, über eine Spannhülse spannbaren Rohrmantels angeordnet ist. Durch ein Nachspannen des Rohrmantels kann eine Veränderung der Geometrie des Rotors in gewissen Grenzen ausgeglichen werden.

Eine andere, dieser Technik ebenfalls zuzuordnende Variante ist aus der DE-PS 3 304 751 bekanntgeworden. Hiernach befindet sich ein einen über die Pumpenlänge einen konstanten Windungsquerschnitt aufweisender Rotor in einem Stator,

dessen Querschnitt ausgehend von der Saugseite bis zur Druckseite hin kontinuierlich verringert ist, so dass die auf dem Rotor lastende mechanische Vorspannung druckseitig, nämlich an der Stelle, an der der grösste Verschleiss zu erwarten ist, entsprechend zunimmt.

Charakteristisch für diese bekannten Exzenterschneckenpumpen ist auch, dass ein einseitig, nämlich Im druckseitigen Bereich verschlissener Rotor verworfen werden muss, da aufgrund der Abmessungen des antriebsseitig angebrachten Gelenkopfes ein umgekehrtes Einsetzen in den Stator nicht möglich ist. Es findet hierbei somit trotz der oben angegebenen Kostenrelation zwischen dem Rotor und dem Stator im praktischen Betrieb eine nur unzureichende, konstruktionsbedingte Ausnutzung des Rotors statt.

Förderschnecken werden üblicherweise mit mehreren Stufen ausgebildet, um eine bestimmte Förderhöhe zu erreichen. Da die pro Stufe erreichbare Drucksteigerung begrenzt ist, wird somit im wesentlichen durch die Zahl der Stufen die erreichbare Förderhöhe bzw. der erreichbare Ausgangsdruck festgelegt. Förderschnecken können mittels der an sich bekannten Technik des Gewindewirbeins schnell und kostengünstig hergestellt werden. Problematisch ist jedoch die Herstellung von langen, verhältnismässig dünnen Schneckenprofilen von hoher Stufenzahl, bei denen sich diese Technik unter anderem aufgrund der unzureichenden mechanischen Stabilität des Schneckenprofils kompliziert gestaltet.

Es können somit diese bekannten Exzenterschneckenpumpen mit Hinblick auf die Kostensituation des Rotors insbesondere bei grossen Förderhöhen bzw. hohen Ausgangsdrücken nicht als ver-schleissgerecht angesehen werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Exzenter-schneckenpumpenanordnung der eingangs bezeichneten Gattung mit Hinblick auf die Standzeit des Rotors auszugestalten, so dass deren Eignung zur Förderung abrasiver Medien insbesondere über grosse Förderhöhen verbessert wird. Diese Aufgabe ist bei einer gattungsgemässen Exzenter-schneckenpumpenanordnung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungswesentlich ist, dass aufgrund der besonderen Ausgestaltung der stirnseitigen Enden des Rotors dieser in beiden Richtungen in einen Stator eingesetzt werden kann, so dass bei auftretendem einseitigem, nämlich druckseitigem Verschleiss der verschlissene Bereich des Rotors in den saugseiti-gen Bereich des Stators gelangt, der in vielen Fällen ohnehin nahezu drucklos betrieben wird, so dass aus der Tatsache, dass in diesem Bereich ein verschlissener Rotorteil eingesetzt ist, keine wesentlichen Beeinträchtigungen der Förderleistung zu erwarten sind. Andererseits kann ausgangssei-tig praktisch der erforderliche Druck aufgebaut werden, da dann hier ein unverschlissener Rotorabschnitt zum Einsatz gelangt. Es wird auf diese Weise der ursprünglich konisch abgetragene Rotor in Umkehrrichtung zu diesem Konus wieder eingesetzt, bis zum Endzustand die ursprüngliche Konizität abgetragen und der Rotor nunmehr auf seiner

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gesamten Länge gleichmässig verschlissen ist. Voraussetzung für diese Verwendbarkeit des Rotors ist, dass dieser sich trotz der stirnseitig angebrachten Kupplungseinrichtungen axial in den Rotor einsetzen lässt. Letzteres wird dadurch erreicht, dass die Aussenmasse der Kupplungseinrichtungen kleiner bemessen sind, als der Kerndurchmesser des Rotors. Der nach erneutem umgekehrtem Einsetzen in einen Stator auf seiner gesamten Länge nunmehr gleichmässig verschlissene Rotor kann grundsätzlich in einem entsprechend dem Ausmass des Ver-schleisses kleiner bemessenen Stator eingesetzt werden. Dies ist stets in dem Umfang möglich, in dem die dem Oberflächenbereich gehärtete Schicht des Rotors noch nicht vollständig abgetragen ist. Es kann somit in kleiner bemessenen Statoren der Rotor wiederum beidseitig im oben aufgeführten Sinne verschlissen werden.

Die Ausgestaltung der Kupplungseinrichtungen, beispielsweise als Vierkantprofile entsprechend dem Anspruch 2, deren Zentralachse gleichachsig zur Längsmittelachse des Rotors verläuft, ist fertigungstechnisch sehr einfach handhabbar und insbesondere kostengünstig herstellbar. Die Anbin-dung eines Antriebssystems an die Vierkantprofile kann grundsätzlich in beliebiger, an sich bekannter Weise erfolgen.

Eine Exzenterschneckenpumpenanordnung wird üblicherweise mit einer begrenzten Stufenzahl hergestellt, so dass über die Merkmaie des Anspruchs 3 eine sehr einfache Möglichkeit eröffnet wird, eine Hochdruckpumpenanordnung bereitzustellen, bei welcher in jedem Stator ein Rotor eingesetzt ist, der beidseitig mit Kupplungseinrichtungen, insbesondere Vierkantprofilen ausgerüstet ist. Diese Kupplungseinrichtungen sind derart ausgestaltet, dass diese auch miteinander leicht in Eingriff gebracht werden können. Dies kann im Fall von Vierkantprofilen in besonders einfacher Weise durch eine innenseitig entsprechend ausgestaltete Muffe erzielt werden. Nachdem vielstufige, für Hochdruckpumpen geeignete Rotoren als teuer angesehen werden, kann auf diese Weise mittels der erfindungsge-mässen Exzenterschneckenpumpen durch einfache schaltungstechnische Zusammenfassungen derselben mit nur wenigen Standardgrössen eine grosse Variationsbreite von Hochdruckpumpenanordnungen von unterschiedlicher Stufenzahl bereitgestellt werden. Dies kann erreicht werden durch blosse Zusammenfassung von im obigen Sinne ausgestalteten, kostengünstig herstellbaren Schneckenpumpen in drei- bzw. vierstufigen Anordnungen. An-wenderseitig ergibt sich auf diese Weise nicht nur eine besonders verschleissgünstige Hochdruckpumpe, sondern auch eine solche, deren Stufenzahl in einfachster Weise den jeweiligen Erfordernissen, beispielsweise unterschiedlichen Förderhöhen, angepasst werden kann.

Die Merkmale des Anspruchs 4 eröffnen eine einfache Möglichkeit der Ankopplung eines zentrisch drehenden Antriebssystems an den exzentrisch drehenden Rotor. Es ist diese Ankopplung eines Antriebssystems an die, an den Rotoren angebrachten Vierkantprofile praktisch möglich, da - in Flussrichtung des zu fördernden Mediums gesehen - den Exzenterschneckenpumpen häufig eine verhältnismässig lange Zwischenwelle vorgeschaltet ist, über welche die Ankopplung an einen Motor erfolgt. Bei einer Exzentrizität von 1 cm bis 2 cm des Rotors kann die Länge dieser, der Anbringung von an sich bekannten Misch- und/oder Förderorganen dienenden Zwischenwelle beispielsweise 50 cm betragen, so dass sich ein dementsprechend kleiner Schwenkwinkel der Zwischenwelle gegenüber der Längsmittelachse des Rotors ergibt.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen übereinstimmende Funktionselemente auch übereinstimmend beziffert sind, weitere Einzelheiten der erfindungsge-mässen Exzenterschneckenpumpenanordnung erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindüngsgemäs-sen Exzenterschneckenpumpenanordnung;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäs-sen Rotors;

Fig. 3 eine Stirnansicht eines Rotors in einer Ebene III-III der Fig. 2;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Endbereichs eines Rotors in einer Ebene IV-IV der Fig. 5;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung des Endbereichs eines Rotors in einer Ebene V-V der Fig. 4.

Mit 1 ist in Fig. 1 der zylindrische Stator einer Exzenterschneckenpumpe bezeichnet, um dessen Längsmittelachse 2 in an sich bekannter Weise ein Rotor 3, dessen Längsmittelachse mit 4 bezeichnet ist, um das Mass 5 exzentrisch drehbar gelagert ist. Während der Drehung des Rotors 3 läuft dessen Längsmittelachse 4 somit auf einer zylindrischen Fläche um die Längsmittelachse 2 des Gehäuses 1 um.

Der Stator 1 besteht beispielsweise aus einem metallischen Mantel 6, dessen Innenseite einen zeichnerisch nicht wiedergegebenen, mit dem in Flg. 2 gezeigten Schneckenprofil 7 des Rotors 3 zusammenwirkenden, Förderräume für das zu fördernde Medium, hier vorzugsweise Mörtel bildenden Einsatz trägt, der beispielsweise aus einem ver-schleissfesten Gummi besteht und an der Innenseite des Mantels 6 anvulkanisiert ist.

Der Rotor 3 besteht aus einem insbesondere gegenüber abrasiver Beanspruchung verschlelssfe-sten, gehärteten Stahl und weist ein Schneckenprofil beispielsweise in der Form eines eingängigen Gewindes auf.

Die Innenkontur des zusammen mit dem Mantel 6 den Stator bildenden Einsatzes ist in an sich bekannter Weise als Steilgewinde ausgebildet, welches entsprechend der Exzentrizität des Rotors 3 mit dessen Schneckenprofil 7 - in Achsrichtung gesehen - Förderräume von im wesentlichen gleichem Volumen jedoch unterschiedlicher Form und Orientierung bildet. Formal können hierbei die jeweils durch zwei Gänge des Schneckenprofils 7 gebildeten Abschnitte als jeweils eine abgeschlossene Kammer betrachtet werden, wobei - in Förderrichtung 8 gesehen - der zu erwartende Druck und damit auch die auftretende abrasive Beanspruchung von Rotor und Stator zunimmt. Der Rotor 3 ist an

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beiden Stirnseiten 9,10 mit Kupplungseinrichtungen 11 in Form von Vierkantprofilen ausgerüstet, die in Richtung der Längsmittelachse 4 verlaufen. Es sind diese Vierkantprofile hinsichtlich ihrer Aussenmasse kleiner bemessen als der Kerndurchmesser des Rotors.

Die Kupplungseinrichtungen 11 ragen aus beiden stirnseitigen Enden des Mantels 6 heraus und dienen dem Anschluss eines Antriebsaggregats, welches über eine Gelenk-Zwischenwelle angeschlossen ist. Beispielsweise kann entsprechend der För-derrichtung 8 die Einlaufseite an der Stelle 12 angeordnet sein, wobei über die hier befindliche Kupplungseinrichtung 1 der Antrieb erfolgt. Die auf der Auslauf- oder Druckseite 13 befindliche Kupplungseinrichtung läuft in diesem Fall leer mit. Praktisch kann bei Mörtelförderung an der Auslaufseite ein entsprechender Schlauch angeordnet sein oder auch ein Zwischenbehälter. In letzterem Fall kann auf der auslaufseitigen Kupplungseinrichtung 11 beispielsweise ein Rührer oder eine vergleichbare Einrichtung fest, jedoch lösbar angeordnet sein, durch welche der in dem Zwischenbehälter stattfindende Durchmischungsvorgang verbessert wird.

Eine besonders einfache Anschlussmöglichkeit für den exzentrisch drehenden Rotor 3 ist in den Fig. 4 und 5 wiedergegeben! gemäss welchem der Antrieb über eine, an einer Zwischenwelle 14 angeformte Vierkantmuffe 15 erfolgt. Die der Zwischenwelle 14 sowie der Vierkantmuffe 15 gemeinsame Längsmittelachse 16 ist um einen geringen Winkel a der Längsmittelachse 4 geneigt angeordnet, wobei die Zwischenwelle 14 an ihrem, dem hier gezeigten Rotor abgekehrten Ende ebenfalls über ein Vierkantprofil und eine Vierkantmuffe mit einem Rotor in Verbindung steht. Durch die Vierkantprofile in Verbindung mit den diesen zugeordneten Vierkantmuffen werden somit zwei Gelenke nachgebildet, über welche die Zwischenwelle 14 einerseits an dem Rotor 3 und andererseits an einem Motor angekuppelt ist. Die Vierkantmuffe weist ein Ûbermass gegenüber dem Vierkantprofil auf, über welches die Exzentrizität des Rotors ausgeglichen wird.

Das hauptsächliche Anwendungsgebiet der erfin-dungsgemässen Exzenterschneckenpumpenanord-nung betrifft die Förderung von Fertigmörtel aller Art, nämlich Gips-, Gips-Kalk, Grundputz, Kalk-Zement oder Dämmputze, jedoch auch Betonsaniermörtel und Fliessestrich, mit Korngrössen bis 16 mm. Sie kann darüber hinaus auch als Pumpe für Ankermörtel und bei Injektionsankern eingesetzt werden. Hierbei stellt sich - wie bereits erwähnt - mit zunehmendem Druck ein zunehmender Verschleiss ein, durch welchen die Kontur des ursprünglich zylindrischen Rotors insbesondere im auslaufseitigen Endbereich zunehmend abgetragen wird, so dass sich eine global konische Gestalt des Rotors ergibt. Hat dieser Verschleiss ein nicht mehr tragbares, die Förderleistung der Pumpe herabsetzendes Aus-mass erreicht, wird diese aus dem ebenfalls verschlissenen Stator axial entfernt und umgekehrt in einen neuen Stator eingesetzt, so dass das vorher einlaufseitige Ende nunmehr im auslaufseitigen Endbereich eingesetzt ist. Es ist dieses auslaufseitige Ende aufgrund der dort lediglich geringfügigen Beanspruchung noch geeignet, um im auslaufseitigen Endbereich eine hinreichende Abdichtung und damit eine ausreichende Förderleistung sicherzustellen. Der Einsatz des verschlissenen Endbereichs im einlaufseitigen Teil ist praktisch gerechtfertigt, da aufgrund des hier anstehenden geringen Druckes eine nennenswerte Beeinträchtigung der Förderleistung nicht zu befürchten ist.

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Patentansprüche

1. Exzenterschneckenpumpenanordnung mit mindestens einem Stator (1) und einem Rotor (3), der exzentrisch in dem Stator (1) drehbar aufgenommen und an einem Ende über eine Kupplungseinrichtung (11) mit einem Antriebssystem in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) an beiden stirnseitigen Enden jeweils mit der Kupplungseinrichtung (11) ausgerüstet ist und dass deren Aussenmasse kleiner bemessen sind als der Kerndurchmesser des Rotors (3).

2. Exzenterschneckenpumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtungen (11) als Profile von polygonalem Querschnitt, insbesondere als Vierkantprofile, ausgebildet sind, deren Zentralachse gleiehach-sig mit der Längsmittelachse (4) des Rotors (3) verläuft.

3. Exzenterschneckenpumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Statoren (1) stirnseitig dichtend aneinander befestigt sind und dass die im Befestigungsbereich der Statoren (1) einander gegenüberstehenden Kupplungseinrichtungen (11) der Rotoren (3) miteinander im Eingriff stehen.

4. Exzenterschneckenpumpenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankopplung der einen Kupplungseinrichtung (11) an das Antriebssystem über eine um einen Winkel (a) zur Längsmittelachse (4) des Rotors (3) geneigt verlaufende Achse (16) drehbar gelagerte Vierkantmuffe (15) erfolgt, wobei der Winkel (a) im Bereich von 1° bis 2,5° liegt, und die Exzentrizität (5) des Rotors (3) mittels eines Übermasses der Vierkantmuffe (15) zur Kupplungseinrichtung (11) ausgeglichen ist.

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