Die vorliegende Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe und ein

Verfahren zum Anpassen des Betriebszustands einer Exzenterschneckenpumpe gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 7.

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe zur Förderung flüssiger und/oder körniger Medien.

Exzenterschneckenpumpen sind Pumpen zur Förderung einer Vielzahl von Medien, insbesondere von dickflüssigen, hochviskosen und abrasiven Medien wie zum Beispiel Schlämmen, Gülle, Erdöl und Fetten. Hierbei wälzt sich der angetriebene, gewendelte Rotor im Stator ab. Dieser ist ein Gehäuse mit einer schneckenförmig gewendelten Innenseite. Der Rotor vollführt dabei mit seiner Figurenachse eine exzentrische Drehbewegung um die Statorachse. Die äußere Schnecke, d.h. der Stator, hat die Form eines zweigängigen Gewindes, während die Rotorschnecke nur eingängig ist. Der Rotor besteht üblicherweise aus einem hoch abriebfesten Material, wie zum Beispiel Stahl. Der Stator hingegen besteht aus einem elastischen Material, zum Beispiel Gummi. Durch die spezielle Formgebung von Rotor und Stator entstehen zwischen Rotor und Stator abgedichtete Hohlräume, die sich bei Drehung des Rotors axial fortbewegen und das Medium fördern. Das Volumen der Hohlräume ist dabei konstant, so dass das Fördermedium nicht gequetscht wird. Bei passender Auslegung können mit

Exzenterschneckenpumpen nicht nur Fluide, sondern auch Festkörper gefördert werden. Zur Ausbildung der Förderräume und um das jeweilige Medium mit möglichst geringem Rückfluss befördern zu können, liegt der Rotor druckbeaufschlagt an einer durch elastisches Material gebildeten Innenwandung des Stators an. Aufgrund der Bewegung des in der Regel metallischen Rotors innerhalb des in der Regel aus Gummi oder einem ähnlichen Material bestehenden Stators kommt es zu einem gewissen Abrieb beziehungsweise Verschleiß des Stators. Durch den Verschleiß wird die druckbeaufschlagte Anlagekraft zwischen Rotor und Stator reduziert, insbesondere kann die Berührung zwischen dem Stator und dem Rotor längs einer ununterbrochenen wendelförmigen Berührungslinie nicht aufrecht erhalten werden, wodurch die Leistung der Exzenterschneckenpumpe sinkt. Dies gilt insbesondere für Exzenterschneckenpumpen, die eine große Saughöhe oder einen hohen Gegendruck zu überwinden haben. Aus diesem Grund muss der Stator in regelmäßigen Abständen ausgetauscht und ersetzt werden.

Um den Zeitpunkt des Austausche des Stators zu ermitteln, werden beispielsweise Sensoren verwendet, die den Verschleiß des Stators anhand physikalischer Parameter detektieren. Die DE 10157143 A1 beschreibt eine Anzeige von Wartungsintervallen beziehungsweise Restbetriebsdauern von Exzenterschneckenpumpen. Die Sensoren erfassen verschleißrelevante Betriebsparameter, die von einer Steuereinheit erfasst werden. Die Steuereinheit ermittelt anhand dieser Parameter einen zu erwartenden Wert der Betriebsdauer beziehungsweise von Betriebszyklen bis zur Fälligkeit der nächsten Wartung beziehungsweise dem Austausch von bestimmten Teilen.

Die DE 202005008989 offenbart eine Exzenterschneckenpumpe mit einer Überwachung der Funktionsfähigkeit und des Verschleißes des Stators, wobei dem Stator mindestens ein Messaufnehmer zugeordnet ist, mit welchem Kompressionen und / oder Bewegungen des Stators beziehungsweise des elastischen Materials im Zuge der Rotation des Rotors messbar sind.

Weitere Möglichkeiten der sensorischen Überwachung des Statorzustandes werden beispielsweise in den Dokumenten JP 2011112041 A, JP 2010281280 A, JP 2009235976 A und JP 20101104 A beschrieben.

Damit ein Stator länger verwendet werden kann, sind zudem nachstellbare Statoren bekannt. DE 3433269 A1 beschreibt einen Statormantel mit Spannvorrichtungen in Form von Zugbolzen, die über die gesamte axiale Länge des Statormantels verteilt sind. Dies bewirkt eine deutliche Gewichtserhöhung des Stator- Rotor- Systems. Zudem müssen zum Nachstellen alle Spannvorrichtungen einzeln nachgezogen werden.

EP 0292594 A1 offenbart einen mit einem Längsschlitz versehenen Statormantel für Exzenterschneckenpumpen, der ausschließlich in seinem Druckbereich eine

Spannvorrichtung zur Druckerzeugung sowie zum Nachstellen bei Verschleiß des Stators aufweist. Die Spannung wird durch geeignete Verstärkungsrippen teilweise über die Länge des Statormantels verteilt. DE 4312123 A1 beschreibt einen Statormantel mit mehreren längs verlaufenden Schlitzen, die das Nachstellen vereinfachen. Damit ein Nachstellen besser im Bereich des druckseitigen Endes des Stators vollzogen werden kann, enden die Schlitze kurz vor dem Ende des saugseitigen Endes des Stators und laufen nur am druckseitigen Ende frei aus. DE 4403979 A1 offenbart einen nachstellbaren Stator für

Exzenterschneckenpumpen mit durchgängigen Längsschlitzen und Längsschlitzen, die mit geringem Abstand vor dem saugseitigen Ende des Stators enden.

Zweckmäßigerweise folgt je einem Längsschlitz ein durchgehender Schlitz.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach und schnelle Anpassung eines Stator- Rotor- Systems an die Betriebszustände zu erreichen.

Die obige Aufgabe wird durch ein Stator- Rotor- System und ein Verfahren zum Anpassen des Betriebszustands eines Stator- Rotor- Systems gelöst, die die Merkmale in den Patentansprüchen 1 und 7 umfassen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Exzenterschneckenpumpe mit Stator- Rotor- System. Das Stator- Rotor- System umfasst einen Rotor mit einer Rotorschnecke und einen Stator. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Stator- Rotor- System einen Rotor mit einer eingängigen Rotorschnecke und einen Stator mit einem zweigängigen Innengewinde. Der Stator ist mindestens zweiteilig aufgebaut und umfasst ein Stützelement und ein Elastomerteil. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Elastomerteil des Stators in einem Statormantel angeordnet und weist in der Regel keine feste Verbindung zum Statormantel auf. Anstelle eines Statormantels kann auch ein Gewebeteil oder eine das Elastomerteil zumindest bereichsweise umfassende

Gitterstruktur als Stützelement Verwendung finden. Das heißt, das Stützelement beziehungsweise der Statormantel und das Elastomerteil sind in der Regel als getrennte Teile ausgebildet. Das Stützelement beziehungsweise der Statormantel umschließt das Elastomerteil zumindest bereichsweise vollumfänglich. Insbesondere umschließt das Stützelement beziehungsweise der Statormantel den Großteil des Elastomerteils, so dass nur die freien äußeren Endbereiche des Elastomerteils über das Stützelement

beziehungsweise den Statormantel hinaus ragen und nicht von diesem umschlossen sind. Insbesondere handelt es sich bei dem Stator um ein Statorsystem wie es in der DE 102005042559 A1 beschrieben ist. Aufgrund einer fehlenden festen Verbindung zwischen Elastomerteil und Stützelement beziehungsweise Statormantel ist eine axiale Verformung des Elastomerteils möglich. Bei einer Verformung bleibt das Volumen des Stators gleich. Dadurch führt eine axiale Verformung des Elastomerteils zugleich zu einer Querschnittsveränderung des Langlochs des Elastomerteils, in dem der Rotor geführt ist,. Dadurch kann zusätzlich zum Ausgleich des Verschleißes des Stators die Vorspannung, das heißt die Anpresskraft zwischen Stator und Rotor, variiert werden, das heißt das Nachstellen beziehungsweise Einstellen des Stators kann auch verwendet werden, um die Vorspannung zwischen Stator und Rotor einer Exzenterschneckenpumpe an unterschiedliche Betriebsbedingungen anzupassen.

Das Stator- Rotor- System der Exzenterschneckenpumpe weist einen

Verstellmechanismus zur Variation und Nachstellen der Vorspannung des Stators auf. Je nach Betriebszustand der Exzenterschneckenpumpe ist eine andere Vorspannung des Stator- Rotor- Systems notwendig. Die Vorspannung ist beispielsweise abhängig von der Viskosität des geförderten Produktes, Produktgemisches oder ähnlichem. Der

Betriebszustand wird insbesondere mittels unterschiedlicher Betriebsparameter, beispielsweise Druck. Drehzahl, Drehmoment und / oder weiterer Betriebsparameter ermittelt. Der Verstellmechanismus ist mit einem Regelsystem gekoppelt und wird durch dieses angesteuert und kontrolliert. Insbesondere umfasst das Regelsystem mindestens einen Sensor zur Ermittlung von Ist- Betriebsparametern des Stator- Rotor- Systems und / oder der Exzenterschneckenpumpe und eine Steuerung zur Einstellung des

Verstellmechanismus. Das heißt, der Verstellmechanismus ist über eine Steuerung mit mindestens einem Sensor zur Ermittlung von Ist- Betriebsparametern des Stator- Rotor- Systems und / oder der Exzenterschneckenpumpe gekoppelt. Die Ansteuerung des Verstellmechanismus erfolgt unter Berücksichtigung der mittels mindestens einen Sensors ermittelten Ist- Betriebsparameter durch die Steuerung.

Der erfindungsgemäße Regelmechanismus stellt einen Zusammenhang zwischen verschiedenen physikalischen Parametern des Stator- Rotor- Systems und dem

Verschleißzustand des Stators bzw. der Vorspannung zwischen Stator und Rotor her. Beispielsweise wird ein Zusammenhang zwischen den physikalischen Parametern Druck, Drehmoment, Durchfluss, Drehzahl und / oder Viskosität sowie dem Verschleißzustand des Stators beziehungsweise der Vorspannung zwischen Stator und Rotor hergestellt. Der direkteste Parameter, der diese Zusammenhänge miteinander vereint, ist der Spannungszustand im Elastomermaterial. Diese kann entweder direkt über eine entsprechende Sensorik im Elastomermaterial bestimmt werden, oder indirekt über die Reaktionskräfte des Elastomers auf andere Bauteile ermittelt werden, beispielsweise über die Reaktionskräfte des Elastomers auf die Statorwandung, insbesondere dem

Stützelement beziehungsweise den Statormantel, oder über die Reaktionskraft des Elastomers auf eine der Stirnseiten des Elastomerteils, über die Reaktionskraft des Elastomers auf Verschlüsse, die beispielsweise aus zwei Schalen bestehen und das Stützelement beziehungsweise den Statormantel zusammenhalten etcetera.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Regelalgorithmus wird eine Korrelation beispielsweise aus Druck, Drehmoment, Durchfluss, Drehzahl und der vorhandenen Vorspannung im Elastomer hergestellt und daraufhin eine entsprechende Verstellposition zur Einstellung des Verstellmechanismus ermittelt, der geeignet sein sollte, den optimalen Betriebspunkt einzustellen. Nach automatisierter Justierung des Verstellmechanismus werden die physikalischen Betriebsparameter der Exzenterschneckenpumpe erneut gemessen und daraus ermittelt, ob der optimale Betriebszustand erreicht ist. Entsprechen die gemessenen Betriebsparameter nicht den gewünschten Soll- Parametern, so wird erneut ein Verstellweg berechnet und der Verstellmechanismus entsprechend eingestellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung ist der eigentliche Regelparameter der im Elastomer vorherrschende Spannungszustand, der beispielsweise in einer indirekten Form gemessen wird und in Kombination mit weiteren

Betriebsparametern, wie beispielsweise der Drehzahl der Exzenterschneckenpumpe oder ähnlichem einen Verstellweg x und / oder eine Verstellrichtung mit inkrementaler

Annäherung an den gewünschten Soll- Wert ausgibt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Einstellung des berechneten Verstellweg x und / oder die Verstellrichtung mit inkrementaler Annäherung erfolgt. Insbesondere erfolgt also eine schrittweise Annäherung an die optimale Einstellung des Verstellmechanismus. Bei einer Soll- Ist- Abweichung außerhalb einer festgelegten Toleranz wird der

Verstellmechanismus um einen festgelegten Betrag verstellt. Der erfindungsgemäße Regelalgorithmus legt aufgrund des Soll- Ist- Vergleichs und den innerhalb des

Regelalgorithmus hinterlegten Daten die Richtung der Verstellung fest, die Größe der Verstellung entspricht einem vorbestimmten Betrag. Auf diese Weise erfolgt eine insbesondere inkrementale Annäherung an einen gewünschten Soll- Wert, solange bis die gemessene Soll- Ist- Abweichung innerhalb der festgelegten Toleranz liegt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Verstellmechanismus zwei am Stator- Rotor- System angeordnete Einstellelemente, die zueinander distanzvariabel sind. In einer ersten Arbeitsposition weisen die beiden Einstellelemente einen ersten Abstand zueinander auf und in einer zweiten Arbeitsposition weisen die beiden Einstellelemente einen zweiten Abstand zueinander auf, wobei der erste Abstand ungleich dem zweiten Abstand ist. In der zweiten Arbeitsposition sind der Querschnitt und die Länge des Elastomerteils des Stators gegenüber dem Querschnitt und der Länge des Elastomerteils in der ersten Arbeitsposition verändert.

Vorzugsweise besteht zwischen dem Verstellmechanismus und dem Stator eine mechanische Koppelung und / oder Verbindung, insbesondere besteht eine solche Koppelung und / oder Verbindung zwischen dem Verstellmechanismus und dem

Elastomerteil des Stators. Durch Änderung des relativen Abstands zwischen den beiden Einstellelementen des Verstellmechanismus wird eine Veränderung des Querschnitts und der Länge des Elastomerteils des Stators bewirkt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eines der Einstellelemente ortsfest am Stator-

Rotor- System angeordnet ist und das andere Einstellelement positionsvariabel am Stator- Rotor- System angeordnet ist. Insbesondere ist das erste Einstellelement ortsfest an dem Stützelement beziehungsweise dem Statormantel angeordnet und das zweite Einstellelement positionsvariabel am Elastomerteil des Stators angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Einstellelement ortsfest an einem Flansch an einem freien Ende des Stützelements beziehungsweise Statormantels angeordnet und das zweite positionsvariable Einstellelement ist an einem freien Ende des Elastomerteils des Stators angeordnet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird durch die Steuerung ein Aktor angesteuert, der eine Neupositionierung des zweiten positionsvariablen Einstellelements bewirkt und somit eine Änderung des relativen Abstands zwischen dem zweiten positionsvariablen Einstellelement und dem ersten ortsfesten Einstellelement bewirkt. Die Einstellung des relativen Abstandes zwischen den beiden Einstellelementen kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Als Aktoren können beispielsweise

Keilelemente, Keilringe, Mechanismen mit Spindelverstellung, Zylinder unterstützte Mechanismen etcetera dienen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann mindestens ein erster Sensor an einer ortsfesten, dem Stator- Rotor- System zugeordneten, Komponente der Exzenterschneckenpumpe angeordnet sein, der bestimmte physikalische Parameter des Stator- Rotor- System detektieren kann. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein zweiter Sensor an dem Stator- Rotor- System, insbesondere an dem Elastomerteil des Stators angeordnet sein. Weiterhin kann alternativ oder zusätzlich mindestens ein dritter Sensor an dem Verstellmechanismus angeordnet sein.

Beispielsweise ist der mindestens eine erste Sensor zur Messung des Drucks, der Drehzahl, Drehmoment, der Temperatur und / oder des Volumenstroms der

Exzenterschneckenpumpe ausgebildet, während der mindestens eine zweite Sensor zur direkten oder indirekten Messung der Vorspannung zwischen Stator und Rotor des Stator- Rotor- Systems ausgebildet ist. Der zweite Sensor kann beispielsweise ein Piezoelement, eine Kraftmessdose oder ein dielektrisches Elastomer sein. Der zweite Sensor kann auch derart ausgebildet sein, dass damit die Reaktionskräfte des Elastomermaterials gemessen werden können, während der mindestens eine dritte Sensor zur Messung der Position des zweiten positionsvariablen Einstellelements und / oder zur Messung des relativen Abstands zwischen dem ersten ortsfesten Einstellelement und dem zweiten positionsvariablen Einstellelement ausgebildet sein kann.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Anpassen des Betriebszustands einer Exzenterschneckenpumpe mit einem oben beschriebenen Stator- Rotor- System.

Zuerst erfolgt eine Abfrage des Ist- Betriebszustandes der

Exzenterschneckenpumpe. Hierbei werden sensorisch mindestens ein physikalischer Ist- Betriebsparameter betreffend die Exzenterschneckenpumpe und / oder mindestens ein physikalischer Ist- Betriebsparameter betreffend das Elastomerteil des Stator- Rotor- Systems und / oder mindestens ein physikalischer Ist- Betriebsparameter des

Verstellmechanismus ermittelt. Anschließend werden die sensorisch ermittelten Ist- Betriebsparameter mit bekannten beziehungsweise gewünschten Soll- Betriebsparametern verglichen. Der Vergleich erfolgt insbesondere anhand von in der Steuerung gespeicherten Daten. Wird bei dem Vergleich eine Abweichung zwischen den Ist- Betriebsparametern und den Soll- Betriebsparametern ermittelt, so erfolgt eine Ansteuerung des Verstellmechanismus zum Einstellen des Stators. Die Einstellung des neuen Betriebszustands wird dabei mittels einer Kontrolle mindestens eines

physikalischen Ist- Betriebsparameters überwacht.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird bei Ermittlung einer Abweichung zwischen den gemessenen Ist- Betriebsparametern und den Soll- Betriebsparametern eine notwendige Verstellung eines Verstellwegs des Verstellmechanismus berechnet und dieser entsprechend angesteuert und der berechnete Verstellweg eingestellt, was zu einem Nachstellen beziehungsweise

Einstellen des Stators führt, insbesondere zu einer Änderung des Querschnitts und der Länge des Elastomerteils des Stators.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird der Betriebszustand durch eine inkrementale Annäherung an einen idealen Betriebspunkt eingestellt. Dem Regelprinzip beziehungsweise Regelalgorithmus liegt dabei folgendes Funktionsprinzip zugrunde: Einer ersten Drehzahl einer Exzenterschneckenpumpe ist ein Volumenstrom zugeordnet. Insbesondere würde dies bei einem 100% volumetrischen Wirkungsgrad der

Volumenstrom genau dem Volumen betragen, das durch die einzelnen Förderelemente (Förderkammern) entsprechend der Drehzahl von der Saugseite zur Druckseite der Exzenterschneckenpumpe gefördert wird.

Die optimale Einstellung des Betriebspunkts der Exzenterschneckenpumpe erfolgt nun folgendermaßen: Betrachtet man den Volumenstrom bei einer konstanten Drehzahl über einen bestimmten Verstellbereich, so ist festzustellen, dass dieser über einen längeren Bereich zumindest weitgehend konstant ist. Das hierfür notwendige

Antriebsdrehmoment ist jedoch nicht konstant. Wird die Vorspannung gelöst, sinkt das Drehmoment durch die geringeren Reibverluste aufgrund der verringerten Vorspannung. In dem Bereich, in dem keine Änderung des Volumenstromes erfolgt, da noch keine oder nur eine geringe Rückströmung auftritt, steigt der Wirkungsgrad der

Exzenterschneckenpumpe, Erst wenn ein Betriebspunkt erreicht ist, in dem zunehmend Rückströmung aufgrund der verringerten Vorspannung auftritt, sinkt der Wirkungsgrad der Exzenterschneckenpumpe. Der Punkt des höchsten Wirkungsgrad kann anschaulich so beschrieben werden: Der ideale Betriebspunkt der Pumpe liegt genau da, in dem gerade so viel Vorspannung zwischen Rotor und Stator vorhanden ist, so dass es zu keiner beziehungsweise geringer Rückströmung kommt. Der ideale Betriebspunkt ist also der Punkt, in dem im Rotor- Stator- System gerade so viel Vorspannung erzeugt wird wie nötig ist, um den notwendigen Gegendruck mit möglichst geringer Rückströmung des Mediums erzeugen zu können.

Diese Funktionsweise wird für den Regelalgorithmus verwendet, wobei insbesondere eine inkrementale Annäherung erfolgt, um den idealen Betriebszustand einzustellen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet der

Regelalgorithmus vorzugsweise das nachfolgend beschriebene Messprinzip: Zuerst werden bestimmte Betriebsparameter der Exzenterschneckenpumpe erfasst.

Beispielsweise erfolgt eine Messung des Drucks, der Drehzahl, des Drehmoments (Motorstrom) oder anderer Betriebsparameter mittels geeigneter Sensoren.

Beispielsweise kann auch der Volumenstrom vermittels eines Volumenstrommessers, einer Messblende oder Ähnlichem erfasst werden.

Nunmehr fährt der Verstellmechanismus in eine zumindest weitgehend geschlossene Position, z.B. bei der die beiden Einstellelemente maximal einander angenähert sind. Dadurch wird der Gummi des Elastomerteils verpresst, so dass sich die Vorspannung im Stator- Rotor- System erhöht-und dadurch eine Rückströmung minimiert wird.

Nachdem sichergestellt ist, dass ein Bereich ausreichender Verpressung eingestellt ist, wird der Verstellmechanismus langsam und kontrolliert wieder geöffnet. Dabei bleibt der Volumenstrom anfangs bis zu einem bestimmten Punkt weitgehend konstant. An einem bestimmten Punkt bricht der Volumenstrom ein, da die Rückströmung im Stator-Rotor-System zunimmt. Der ideale Betriebspunkt befindet sich kurz vor diesem Einbruchspunkt. Der ideale Betriebspunkt kann auch als ein bestimmter Bereich gesehen werden, in dem die Exzenterschneckenpumpe ihren besten Wirkungsgrad zeigt.

Vorzugsweise wird die Einstellung der Vorspannung in bestimmten Zeitabständen eigenständig durch das Verstellsystem innerhalb des Rotor- Stator- Systems

durchgeführt. Dadurch kann eine aktive Einstellung beziehungsweise Anpassung an variierende Betriebsbedingungen der Pumpe gewährleistet werden.

Alternativ kann anhand der gemessenen Betriebsparameter und der inkrementalen Verstellprozedur die Vorspannung des Rotor- Stator- Systems soweit erhöht, bis ein Maximum des Volumenstroms erreicht wird. Bei Erreichen eines Maximums des

Volumenstroms wird die Vorspannung nochmals um eine festgelegte Anzahl an

Verstellinkrementen erhöht. Somit ist sichergestellt, dass der iBP überschritten wurde. Durch anschließendes inkrementales Lösen der Vorspannung wird der iBP ermittelt, und eingestellt. Diese Prozedur wird in festgelegten Zeitabständen wiederholt. Somit wird auf sich ändernde Betriebszustände reagiert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt im Anschluss an die

Verstellung des Verstellmechanismus nach einer definierten Zeitspanne eine erneute Abfrage des Ist- Betriebszustandes der Exzenterschneckenpumpe und Vergleich mit den Soll- Betriebsparametern. Dabei wird der Erfolg des Verstellens kontrolliert. Besteht weiterhin eine Abweichung zwischen den Ist- Betriebsparametern und den Soll- Betriebsparametern der Exzenterschneckenpumpe, insbesondere eine Abweichung außerhalb eines festgelegten Toleranzbereichs, erfolgt eine erneute Ansteuerung und Einstellung des Verstellmechanismus. Konnte durch die Einstellung des

Verstellmechanismus und somit Nachstellung beziehungsweise Einstellen des Stators die Abweichung zwischen den Ist- Betriebsparametern und den Soll- Betriebsparametern ausreichend reduziert werden, so erfolgt keine weitere Verstellung. Stattdessen wird der eingestellte Betriebszustand der Exzenterschneckenpumpe nach einer definierten weiteren Zeitspanne erneut durch vorbeschriebene sensorische Messungen überprüft. Wird dagegen bei der ersten Abfrage des Ist- Betriebszustandes der

Exzenterschneckenpumpe keine Abweichung zwischen den Ist- Betriebsparametern und den Soll- Betriebsparametern ermittelt, insbesondere keine Abweichung außerhalb des festgelegten Toleranzbereichs, so erfolgt nach einer definierten Zeitspanne eine erneute Abfrage des Ist- Betriebszustandes der Exzenterschneckenpumpe durch Messung der Ist- Betriebsparameter und wiederum ein Vergleich derselben mit den Soll- Betriebsparametern. Durch die regelmäßige Abfrage in definierten Zeitabständen wird das Stator- Rotor- System im laufenden Betrieb ständig überwacht. Somit kann eine

Abweichung vom gewünschten Betriebszustand im laufenden Betrieb zeitnah

nachreguliert und angepasst werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird sensorisch der Druck, die

Drehzahl, das Drehmoment, die Temperatur und / oder der Volumenstrom der

Exzenterschneckenpumpe ermittelt. Alternativ oder zusätzlich werden die Vorspannung zwischen Rotor und Stator und / oder die Reaktionskräfte des Elastomermaterials des Elastomerteils gemessen. Weiterhin kann sensorisch die Position mindestens eines Einstellelementes des Verstellmechanismus und /oder der relative Abstand zwischen zwei Einstellelementen des Verstellmechanismus ermittelt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei der der Verstellmechanismus zwei distanzvariable Einstellelemente umfasst, erfolgt die Verstellung des

Verstellmechanismus, indem der relative Abstand zwischen den beiden Einstellelementen vergrößert oder verkleinert wird. Die Abstandsänderung zwischen den beiden

Einstellelementen bewirkt eine Veränderung des Querschnitts und der Länge des gekoppelten Elastomerteils des Stator- Rotor- Systems. Hierbei berechnet der

Regelmechanismus aufgrund sensorisch ermittelter physikalischer Parameter des Stator- Rotor- Systems einen Soll- Abstand zwischen den beiden Einstellelementen und berechnet insbesondere den Verstellweg des zweiten positionsvariablen Einstellelementes. Anschließend wird der Verstellmechanismus angesteuert und die berechnete Position des zweiten positionsvariablen Einstellelementes eingestellt, insbesondere wird dadurch der berechnete Abstand zwischen den beiden

Einstellelementen eingestellt. Nach einem weiteren Zeitintervall werden die

physikalischen Betriebsparameter erneut ermittelt. Ist die Abweichung vom gewünschten Ist- Wert reduziert, so stellt dies den neuen Betriebszustand der

Exzenterschneckenpumpe dar. Durch weiteres Nachstellen beziehungsweise Einstellen, kann der neue Betriebszustand der Exzenterschneckenpumpe an den gewünschten optimalen Betriebszustand weiter angenähert werden. Ist die Abweichung vom

gewünschten Ist- Wert nicht reduziert, so erfolgt eine weitere Verstellung des

Verstellmechanismus. Die Erfindung bezieht sich also auf eine auf ein Stator- Rotor- System für eine Exzenterschneckenpumpe und auf eine Regelung eines solchen

Systems. Die Erfindung betrifft insbesondere ein automatisches Regelsystem zur

Variation der Vorspannung zwischen dem Stator und dem Rotor einer

Exzenterschneckenpumpe, das heißt zwischen einem weichen Bauteil - dem

Elastomerteil - und einem härteren Bauteil - dem Stützelement, beispielsweise einem sogenannten Statormantel. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die

Exzenterschneckenpumpe zu jedem Zeitpunkt im optimalen Betriebspunkt betrieben werden kann, was zu einer deutlichen Steigerung der Energieeffizienz des Stator- Rotor- Systems führt.

Die automatische Regelung der Vorspannung führt insbesondere zu einem automatischen Verschleißausgleich, so dass ein Stator länger verwendet werden kann. Durch eine festgelegte Prozedur beim Ein- und/oder Ausschalten kann durch das Einstellen des Stators das Losbrechmoment verringert werden.

Weiterhin kann mit dem automatischen Regelsystem die Vorspannung zwischen Stator und Rotor vorteilhaft an die Viskosität des geförderten Mediums angepasst werden.

Das Verfahren kann alternativ oder zusätzlich zu den beschriebenen Merkmalen ein oder mehrere Merkmale und / oder Eigenschaften der zuvor beschriebenen

Vorrichtung umfassen. Ebenfalls kann die Vorrichtung alternativ oder zusätzlich einzelne oder mehrere Merkmale und / oder Eigenschaften des beschriebenen Verfahrens aufweisen. Figurenbeschreibunq

Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.

Figur 1 zeigt eine schematische Teil- Ansicht eines bekannten Stator- Rotor- Systems (Stand der Technik).

Figur 2 zeigt eine schematische Teil- Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßem Stator- Rotor- Systems mit Verstellmechanismus.

Figur 3 zeigt schematisch einen Ablauf eines Regelmechanismus zum Einstellen des Stator- Rotor- Systems.

Figur 4 stellt den idealen Betriebspunkt in Abhängigkeit von einem Verstellweg des Verstellmechanismus dar. Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische

Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar.

Figur 1 zeigt eine schematische Teil- Ansicht eines bekannten Stator- Rotor- Systems 1 für eine Exzenterschneckenpumpe. Ein solches System 1 umfasst einen in der Regel metallischen, eingängig gewendelten Rotor (nicht dargestellt) und einen Stator 3 mit einem zweigängigen Gewinde. Beim Betrieb der Exzenterschneckenpumpe vollführt der Rotor mit seiner Figurenachse eine exzentrische Drehbewegung um die

Statorlängsachse X3. Der Stator 3 umfasst einen Elastomerteil 4 und einen Statormantel 5, wobei keine feste Verbindung zwischen Elastomerteil 4 und Statormantel 5 besteht.

Figur 2 zeigt eine schematische Teil- Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßem Stator- Rotor- Systems 10 mit Verstellmechanismus 12 zum

Nachstellen beziehungsweise Einstellen des Stators 3. Der Verstellmechanismus 12 umfasst ein erstes feststehendes Einstellelement 13 und ein zweites positionsvariables Einstellelement 14. Eine Abstandsänderung der beiden Einstellelemente 13, 14 zueinander bewirkt eine Verformung des Elastomers und somit eine Änderung des Querschnitts und / oder der Länge des Elastomerteils 4 des Stators 3 und somit ein Nachstellen beziehungsweise Einstellen des Elastomerteils 4 des Stators 3. Insbesondere dient ein Flansch 23 am Statormantel 5 als feststehendes Einstellelement 13 und ein am freien Ende 8 des Elastomerteils 4 angeordnetes Betätigungselement 24 dient als positionsvariables Einstellelement 14.

Der Verstellmechanismus 12 ist mit dem Regelsystem 30 gekoppelt und wird durch dieses angesteuert und kontrolliert. Das Regelsystem 30 umfasst eine Steuerung 32 und mindestens einen Sensor 35 zur Messung von physikalischen Betriebsparametern des Stator- Rotor- Systems 10 beziehungsweise der Exzenterschneckenpumpe.

Insbesondere ist mindestens ein erster Sensor 36 an der Exzenterschneckenpumpe vorgesehen, zur Messung des Pumpendrucks, der Drehzahl, der Temperatur und / oder des Volumenstroms. Weiterhin kann mindestens ein zweiter Sensor 37 am Elastomerteil 4 angeordnet sein, der beispielsweise die Vorspannung zwischen Rotor und Stator 3 oder Reaktionskräfte des Elastomermaterials ermittelt. Zudem kann mindestens ein dritter Sensor 38 am Verstellmechanismus 12 vorgesehen sein, der beispielsweise die Position des positionsvariablen Einstellelements 14 beziehungsweise den relativen Abstand zwischen dem feststehenden Einstellelement 13 und dem positionsvariablen

Einstellelement 14 detektiert. Die sensorisch ermittelten Daten werden der Steuerung 32 übermittelt, die diese mit Soll- Betriebsparametern vergleicht und bei einer Abweichung zwischen den gemessenen Ist- Betriebsparametern und den Soll- Betriebsparametern eine entsprechende Verstellung des Verstellsystems 12 ansteuert, insbesondere eine Verstellung, bei der der relative Abstand zwischen dem feststehenden Einstellelement 13 und dem positionsvariablen Einstellelement 14 verändert wird, wodurch eine Verformung des Elastomers und somit eine Änderung des Querschnitts und / oder der Länge des Elastomerteils 4 des Stators 3 bewirkt wird.

Figur 3 zeigt schematisch einen Ablauf eines Regelmechanismus zum Einstellen des Stator- Rotor- Systems 10 gemäß Figur 2. Der erfindungsgemäße

Regelmechanismus stellt einen Zusammenhang zwischen verschiedenen physikalischen Betriebsparametern des Stator- Rotor- Systems 10 beziehungsweise der

Exzenterschneckenpumpe und dem Verschleißzustand des Stators 3 bzw. der

Vorspannung zwischen Stator 3 und Rotor der Exzenterschneckenpumpe her.

Beispielsweise wird ein Zusammenhang zwischen den physikalischen Parametern Druck, Durchfluss, Drehzahl und / oder Viskosität und dem Verschleißzustand des Stators 3 bzw. der Vorspannung zwischen Stator 3 und Rotor hergestellt. Der direkteste Parameter, der diese Zusammenhänge miteinander vereint, ist der Spannungszustand im

Elastomermaterial. Diese kann entweder direkt über eine entsprechende Sensorik 37 im Elastomermaterial bestimmt werden, oder indirekt über die Reaktionskraft des Elastomers auf andere Bauteile, beispielsweise auf die Statorwandung, insbesondere den

Statormantel 5, oder die Stirnseite des Elastomerteils 4, auf Verschlusselemente des Statormantels 5, auf den Rotor des Stator- Rotor- Systems 10 etcetera.

Alternativ und / oder zusätzlich können an der Exzenterschneckenpumpe messbare Parameter herangezogen werden, beispielsweise der Pumpendruck, die Drehzahl, mit der die Exzenterschneckenpumpe betrieben wird, die Temperatur, der Volumenstrom des geförderten Mediums etcetera.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Regelalgorithmus wird eine Korrelation beispielsweise aus Druck, Durchfluss, Drehzahl und der benötigten Vorspannung hergestellt und daraufhin ein entsprechender Verstellweg zur Einstellung des

Verstellmechanismus12 ermittelt, der geeignet sein sollte, den optimalen Betriebspunkt einzustellen. Insbesondere können Sensoren 38 vorgesehen sein, die den Ist- Zustand des Verstellsystems ermitteln, insbesondere die Position des positionsvariablen

Einstellelements 14 beziehungsweise den relativen Abstand zwischen dem feststehenden Einstellelement 13 und dem positionsvariablen Einstellelement 14 und / oder Sensoren, 38, die bei Verstellung der Position des positionsvariablen Einstellelements 14 die Einstellung der gewünschten Soll- Position überwachen.

Die sensorisch ermittelten Betriebsparameter geben eine Auskunft über den Betriebszustand der Exzenterschneckenpumpe. Die Betriebsparameter werden durch die Steuerung 32 (vergleiche Figur 2) mit definierten Betriebsparametern verglichen, die beispielsweise in einem Kennfeld oder in einer Tabelle in der Steuerung 32 gespeichert sind. Ergibt sich zwischen den Ist- Betriebsparametern und den Soll- Betriebsparametern keine Abweichung, so erfolgt keine Reaktion des Systems. Stattdessen werden die Ist- Betriebsparametern nach einem Zeitintervall At1 erneut gemessen und einem Vergleich unterzogen, so dass eine regelmäßige Überwachung beziehungsweise Kontrolle des Betriebszustands der Exzenterschneckenpumpe bzw. des Stator- Rotor- Systems 10 erfolgt.

Ergibt sich zwischen den Ist- Betriebsparametern und den Soll- Betriebsparametern dagegen eine Abweichung, ermittelt die Steuerung 32 anhand eines gespeicherten Kennfelds beziehungsweise einer gespeicherten Tabelle die notwendige Verstellung des Verstellmechanismus 12 und steuert diesen entsprechend an. Nach automatisierter Justierung des Verstellmechanismus 12 werden die physikalischen Betriebsparameter der Exzenterschneckenpumpe beziehungsweise des Stator- Rotor- Systems 10 nach einem weiteren Zeitintervall At2 erneut gemessen und daraus wiederum ermittelt, ob der optimale Betriebszustand erreicht ist beziehungsweise beibehalten wird. Entsprechen die gemessenen Betriebsparameter nicht den gewünschten Soll- Betriebsparametern, so wird durch die Steuerung 32 erneut ein Verstellweg berechnet und der Verstellmechanismus 12 entsprechend nachgestellt. Insbesondere erfolgt eine inkrementale Einstellung durch einen Regelalgorithmus, wie sie nachfolgend im

Zusammenhang mit Figur 4 beschrieben wird.

Auch wenn durch die Verstellung der gewünschte optimale Betriebszustand der Exzenterschneckenpumpe erreicht wurde, erfolgt eine permanente Überwachung durch regelmäßige Ermittlung der Betriebsparameter in definierten Zeitintervallen At3 und gegebenenfalls erneuter Nachjustierung des Verstellmechanismus, um die optimale Verformung des Elastomers und somit den optimalen Betriebszustand der

Exzenterschneckenpumpe im laufenden Betrieb zu erzielen.

Figur 4 stellt die Einstellung eines idealen Betriebspunkts in Abhängigkeit von einem Verstellweg n des Verstellmechanismus dar. Einer bestimmten Drehzahl einer Exzenterschneckenpumpe ist ein bestimmter Volumenstrom Q zugeordnet. Insbesondere würde bei einem 100% volumetrischen Wirkungsgrad der Volumenstrom Q genau dem Volumen betragen, das durch die einzelnen Förderelemente (Förderkammern) entsprechend der Drehzahl von der Saugseite zur Druckseite der

Exzenterschneckenpumpe gefördert wird. Die optimale Einstellung eines idealen Betriebspunkts iBP der

Exzenterschneckenpumpe erfolgt nun folgendermaßen: Betrachtet man bei einer konstanten Drehzahl über einen bestimmten Verstellweg n des Verstellmechanismus den Volumenstrom Q, so ist festzustellen, dass der Volumenstrom Q über einen längeren Verstellweg n fast konstant ist. Das notwendige Drehmoment (im Diagramm der Figur 4 nicht dargestellt) ist jedoch nicht konstant. Wird die Vorspannung gelöst, indem die Einstellelemente des Verstellmechanismus entsprechend eingestellt und / oder neu positioniert werden, sinkt das Drehmoment durch die geringeren Reibungsverluste aufgrund der niedrigeren Vorspannung. In einem in einem in der Regel großen

Verstellbereich, in dem zumindest weitgehend keine Änderung des Volumenstromes Q erfolgt, da noch keine oder nur eine geringe RückStrömung auftritt, steigt der

Wirkungsgrad der Exzenterschneckenpumpe. Erst wenn ein Betriebspunkt erreicht ist, in dem zunehmend Rückströmung auftritt, sinkt der Wirkungsgrad der

Exzenterschneckenpumpe. Der Punkt des höchsten Wirkungsgrad stellt den idealen Betriebspunkt iBP dar und kann anschaulich so beschrieben werden: Der ideale

Betriebspunkt iBP der Exzenterschneckenpumpe liegt genau in dem Bereich des Verstellwegs n des Verstellmechanismus, in dem gerade so viel Vorspannung zwischen Rotor und Stator vorhanden ist, dass es zu keiner beziehungsweise weitgehend keiner Rückströmung kommt. Der ideale Betriebspunkt iBP ist also der Punkt, in dem im Rotor- Stator- System gerade so viel Vorspannung erzeugt wird, wie nötig ist, um den notwendigen Gegendruck ohne Rückströmung des Mediums zu erzeugen.

Diese Funktionsweise wird für den neuen Regelalgorithmus verwendet, wobei insbesondere eine inkrementale Annäherung an den idealen Betriebszustand iBP erfolgt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet der Regelalgorithmus folgendes Messprinzip:

1. Erfassen von Betriebsparametern der Exzenterschneckenpumpe,

beispielsweise Druck, Drehzahl, Drehmoment (Motorstrom), gegebenenfalls Erfassen des Volumenstroms Q, wobei die Messung beispielsweise mittels eines Volumenstrommessers, einer Messblende oder Ähnlichem erfolgt

2. Einstellung des Rotor- Stator- Systems über den Verstellmechanismus:

Zuerst fährt die Verstellung zu. Der Gummi des Elastomerteils wird verpresst, so dass die Rückströmung = 0 beziehungsweise weitgehend 0 ist. Insbesondere sinkt bei zunehmender Verpressung der Volumenstrom Q, da das Kammervolumen der Pumpkammern der

Exzenterschneckenpumpe immer kleiner wird.

3 wenn sichergestellt ist, dass man sich im Bereich ausreichender Verpressung befindet, wird die Verstellung wieder aufgefahren. Dabei bleibt der Volumenstrom Q anfangs bis zu einem bestimmten Punkt konstant. An diesem Punkt bricht der Volumenstrom Q ein, da die

Rückströmung im Stator-Rotor-System zunimmt. Der ideale Betriebspunkt iBP befindet sich kurz vor diesem Einbruchspunkt.

Der Bereich ausreichender Verpressung kann beispielsweise anhand der Messwerte für den Volumenstrom Q ermittelt werden. Beim Verschließen des Verstellmechanismus steigt der Volumenstrom Q an. Wenn sich dieser nicht mehr ändert beziehungsweise wenn der Volumenstrom Q leicht fällt, ist das Maximum überschritten.

4. Die Einstellung nach Punkt 3 wird in bestimmten Zeitabstanden eigenständig innerhalb des Rotor- Stator- Systems durchgeführt, sodass eine aktive Einstellung beziehungsweise Anpassung auf variierende Betriebsbedingungen der Pumpe gewährleistet ist. Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.

Bezuqszeichenliste

1 Stator- Rotor- System

3 Stator

4 Elastomerteil

5 Statormantel

8 freies Ende

10 Stator- Rotor- System

12 Verstellmechanismus

13 erstes feststehendes Einstellelement

14 zweites positionsvariables Einstellelement

23 Flansch

24 Betätigungselement

30 Regelsystem

32 Steuerung

35 Sensor

36 erster Sensor

37 zweiter Sensor

38 dritter Sensor

At Zeitintervall

iBP Idealer Betriebspunkt

n Verstellweg

Q Volumenstrom

X Längsachse