Dichtlinienoptimierte Exzenterschneckenpuxnpe

Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe mit einem inneren und einem äußeren Pumpenteil als Rotor-Stator-Anordnung, welche an Kontaktstellen zwischen Rotor und Stator durchgehend verlaufende Dichtlinien bilden, ein inneres und ein äußeres Pumpenteil für eine derartige Exzenterschneckenpumpe sowie einen Kernkörper zur Herstellung des äußeren Pumpenteils. Die

Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Abschalten einer Exzenterschneckenpumpe .

Exzenterschneckenpumpen sind rotierende Verdrängerpumpen mit einer Roto _^ r-Stator-Anordnung, umfassend ein inneres und ein äußeres Pumpenteil, wobei das innere Teil üblicherweise als Rotor und das äußere Teil als Stator ausgebildet ist. Bekannt sind aber auch Exzenterschneckenpumpen mit einer Rotor-Stator- Anordnung, bei der das äußere Pumpenteil als Rotor dient oder beide Teile gegenläufige Rotoren sind.

Bei einer Rotor-Stator-Anordnung mit einem inneren Pumpenteil als Rotor und einem äußeren Pumpenteil als Stator, ist der Rotor schraubenartig ausgebildet mit großer Steigung und Gangtiefe sowie relativ kleinem Kerndurchmesser. Er ist exzentrisch im Stator angeordnet. Der Stator hat einen Gewindegang mehr als der Rotor. Zwischen dem Rotor und dem Stator entstehen so

Förderräume, die sich kontinuierlich von der Eintritts- zur Austrittsseite bewegen.

Bekannt sind Exzenterschneckenpumpen, bei denen der Stator aus einem Elastomerkörper und einem Statormantel besteht, wobei der Statormantel den Elastomerkörper umgibt. Der Elastomerkörper bewirkt eine Abdichtung zwischen Rotor und Stator, welche dadurch erzeugt werden kann, dass die inneren Konturen des

Stators kleiner sind als die äußeren Konturen des Rotors. Durch die dadurch bewirkte Vorspannung entstehen ununterbrochene

Dichtlinien, welche die aufeinander folgenden Förderkammern abdichten und den Aufbau eines Förderdrucks ermöglichen.

Die Dichtlinien trennen und dichten die Förderkammern und folglich die Saugseite des Stators gegenüber der Druckseite ab. Sie erstrecken sich sowohl als längs verlaufende Dichtlinien als auch als quer verlaufende Dichtlinien im Inneren der Rotor- Stator-Anordnung. Die Bildung und Abdichtung einer Förderkammer erfolgt durch zwei längs verlaufende und zwei quer verlaufende Dichtlinien, welche sich in einem Breitenbereich zwischen zwei Förderkammern treffen, beziehungsweise überschneiden.

Bei einer statischen Betrachtungsweise bilden die Dichtlinien so die Form einer in dem Breitenbereich verknüpften Doppelhelix, welche sich je nach Rotor-Stator-Position zwischen dem Rotor und dem Stator ausbildet. Dynamisch betrachtet, das heißt bei

Betrieb der Pumpe, wandern die quer verlaufenden Dichtlinien von der Saugseite zu Druckseite hin, während die axial verlaufenden Dichtlinien im Umfang der Rotor-Stator-Anordnung eine

Rotationsbewegung beschreiben.

Rotor und Stator weisen unterschiedliche Steigungen auf und unterscheiden sich in einem definierten Verhältnis der Gangzahl. Ein Pumpsystem mit einem eingängigen Rotor und einem

zweigängigen Stator wird als 1/2-gängiges Pumpsystem bezeichnet. Die Länge der Förderkammer und damit auch die Länge der axial verlaufenden Dichtlinien zwischen zwei benachbarten

Breitenbereichen entsprechen einer Statorsteigung. Das

Druckvermögen der Exzenterschneckenpumpe ergibt unter anderem sich dann aus der Anzahl der Förderkammern, welche auch als Stufen bezeichnet werden. Aufgrund der erforderlichen Dichtlinien treten im Betrieb der Pumpe Reibungsverluste auf und ein durch die Reibung zwischen Rotor und Stator beeinflusstes Anlaufmoment beim Anfahren der Pumpe, wirkt sich nachteilig auf deren Betriebssicherheit und Wirkungsgrad aus . Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, um beispielsweise die Anfahrkräfte einer

Exzenterschneckenpumpe zu reduzieren.

Beispielsweise ist aus der Offenlegungsschrift DE 36 41 855 AI eine Exzenterschneckenpumpe mit einem verstellbaren Stator offenbart, der in einem am Umfang durch Längsschlitze in

Segmente aufgeteilten Rohrmantel einvulkanisiert und mit mindestens einer den Rohrmantel umfassenden Spannschelle versehen ist.

Durch eine einstellbare Spannschelle, die mit den einzelnen Segmenten des Rohrmantels radial mitbeweglich angeordnet ist, sollen überhöhte Reibungskräfte zwischen Rotor und Stator vermieden werden. Der verstellbare Stator kann zunächst bei Betriebsbeginn radial gedehnt werden, so dass der Betrieb der Pumpe mit normalen Bedingungen angefahren werden kann. Über Stellschrauben der Spannschelle kann der Stator verstellt beziehungsweise hinsichtlich Reibung angepasst werden.

Wünschenswert wäre jedoch eine Exzenterschneckenpumpe

bereitzustellen, die einem Reibungsverlust dauerhaft und ohne zusätzlichen Bedienaufwand entgegenwirkt. Die aus dem Stand der Technik (SdT) bekannten Lösungen der oben genannten Art sind dazu aber nur unzureichend geeignet. Zudem können bei

herkömmlichen Exzenterschneckenpumpen, durch die

Statoreinstellung, die Reibungskräfte nur bis zu einem Punkt reduziert werden, bei dem zumindest gerade noch ausreichend Druckkraft zwischen Rotor und Stator vorhanden ist, um zu verhindern, dass Dichtlinien unterbrochen oder etwa aufgehoben werden. Diesen kritischen Punkt herauszufinden hat sich in der Praxis als sehr aufwendig herausgestellt. Bei dieser bekannten Lösung ist zudem zu berücksichtigen, dass sich der Punkt der optimalen Abdichtung, bei möglichst geringer Reibung, beim Anfahren der Pumpe und bei Betrieb verschiebt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine

Exzenterschneckenpumpe der eingangs genannten Art anzugeben, bei der zwischen Rotor und Stator auftretende Reibungskräfte reduziert werden, ohne die Betriebssicherheit der Pumpe zu gefährden .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem ein äußeres Pumpenteil in einem Dichtlinienbreitenbereich und/oder

mindestens ein Pumpenteil in einem endseitigen Bereich der Rotor-Stator-Anordnung, zumindest teilweise reibungsoptimiert und/oder mindestens ein Pumpenteil im endseitigen Bereich zumindest teilweise kontaktverhindernd ausgebildet ist, wobei der endseitige Bereich als ein Bereich mit teilweise nicht erforderlichen Dichtlinien definiert ist.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen äußeren Pumpenteils wird ein Kernkörper vorgeschlagen, welcher in seiner Form der inneren Form des gewünschten äußeren Pumpenteils entspricht und der in einem Dichtlinienbreitenbereich mit einer reibungsoptimierende Ausnehmungen (18) bildende Struktur (24) versehen ist.

Vorzugsweise ist das äußere Pumpenteil ein Stator und das innere Pumpenteil ein Rotor.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass nur

Bereiche und Abschnitte der Dichtlinien beansprucht werden sollten, die auch für einen sicheren Betrieb der Pumpe erforderlich sind. Insbesondere sollten Dichtlinienbereiche ohne Funktion ohne Kontakt zwischen Stator und Rotor sein, um keine unnötige Reibung zu erzeugen. Zudem könnten diese Bereiche für andere Zwecke genutzt werden, wie zum Beispiel als Einlass oder Auslass für das Fördermedium. Die Pumpe könnte so kompakter als herkömmliche Exzenterschneckenpumpen gestaltet werden.

Beispielsweis könnte aber auch der Einlass- oder Auslassbereich vergrößert werden, um die Strömungswiderstände in diesen

Bereichen zu reduzieren und um einem Verschleiß durch

auftretende Kavitation entgegenzuwirken. Bei Pumpen mit einem Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor, auch Spaltpumpen genannt, werden in der Praxis im Wesentlich zur Förderung von hochviskosen Medien eingesetzt. Trotz der kontaktlosen Rotor- Stator-Anordnung treten Reibungs- und Scherkräfte in einem Dichtlinienbereich zwischen Rotor und Stator auf, welche durch die erfindungsgemäße Lösung reduziert werden könnten.

Zwischen Rotor und Stator verlaufen in Längsrichtung der Rotor- Stator-Anordnung Dichtlinien. Diese längs verlaufenden

Dichtlinien werden bei bekannten Statoren üblicher Weise begrenzt durch die Statorlänge und sind durch quer verlaufende Dichtlinien in einem Breitenbereich miteinander verbunden. Um die Reibungskräfte zu reduzieren, sind die Oberflächen zwischen Stator und Rotor in diesem Bereich vorzugsweise

reibungsoptimiert ausgebildet. Dazu sind bezogen auf eine oder mehrere bestimmte Rotor-Stator-Positionen, in einfacher oder mehrfacher Ausführung, die sich gegenüberliegenden Oberflächen im Bereich der Dichtlinien reibungsoptimiert gestaltet. Beachtet werden sollte dabei, dass stets eine erforderliche Abdichtung der Kammern erreicht wird. So ist eine Anpassung von Rotor und/oder Stator nicht über deren gesamter Oberfläche

erforderlich, was beispielsweise Herstellungs- und

Wartungskosten gering hält. Indem ein Kontakt zwischen dem Rotor und dem Stator endseitig vorzugsweise verhindert wird, tritt an diesen Stellen keine Kontaktreibung mehr auf. Möglich ist das dadurch, dass in diesem Bereich der Rotor-Stator-Anordnung, nicht alle längs

verlaufenden Dichtlinien eine dichtende Funktion haben und nicht zur Mediumförderung erforderlich sind. Der endseitige Bereich, in dem zumindest bereichsweise durch eine entsprechende

Ausgestaltung von Rotor und/oder Stator ein Kontakt verhindert wird, ist in Längsrichtung der Rotor-Stator-Anordnung begrenzt, derart, dass zur Mediumförderung erforderliche Dichtlinien oder Dichtlinienanteile erhalten bleiben, in anderen Bereichen aber der Kontakt zwischen Rotor und Stator verhindert wird. Statt einer kontaktverhindernden Ausgestaltung der Rotor-Stator- Anordnung, kann die Rotor-Stator-Anordnung im endseitigen

Bereich auch teilweise reibungsoptimiert ausgestaltet sein.

Mit einer derartigen Rotor-Stator-Anordnung, welche in einem endseitigen Bereich zumindest teilweise kontaktverhindernd oder reibungsoptimiert ausgebildet ist, wird in vorteilhafter Weise ein Anfahren der Exzenterschneckenpumpe verbessert, indem die Exzenterschneckenpumpe mit einer Steuer- oder regelbare

Antriebsvorrichtung ausgestattet ist und der Rotor nach

Abschalten der Exzenterschneckenpumpe in eine Position gebracht wird, bei der zwischen Rotor und Stator im endseitigen Bereich zumindest teilweise kein oder ein reibungsoptimierter Kontakt besteht. Das beim Anfahren der Pumpe auftretende hohe

Anfahrdrehmoment, kann so effektiv verringert werden.

Vorzugsweise umfasst die Antriebsvorrichtung einen Synchronmotor als Antriebsmotor.

Der endseitige Bereich mit den teilweise nicht erforderlichen Dichtlinienanteilen kann ermittelt werden, indem die Oberfläche des Stators, die dem Rotor zugewandt ist und die Oberfläche des Rotors, die dem Stator zugewandt ist, fiktiv in eine beliebige Anzahl, vorzugsweise aber in eine große Anzahl von Teilflächen Ai bis A _n aufgeteilt wird. Während einer Umdrehung des Rotors wird jede Teilfläche A _x für sich betrachtet. Sollte A _x während dieser Umdrehung ein- oder mehrmals Teil eines Dichtkontaktes zwischen Rotor und Stator sein, der a) zwei geschlossene Förderkammern oder

b) eine geschlossene Förderkammer und die Druckseite der

Exzenterschneckenpumpe oder

c) eine geschlossene Förderkammer und die Saugseite der

Exzenterschneckenpumpe oder

d) Druckseite und Saugseite voneinander trennt, wird die Fläche A _x in die Kategorie

„erforderlich" eingeteilt. Die Teilflächen, die nicht der

Kategorie „erforderlich" zugeordnet werden, erhalten die

Einstufung „nicht erforderlich". Diese Prüfung wird für alle Teilflächen Ai bis A _n wiederholt.

Die Ausdehnung mit Teilflächen der Kategorie „nicht

erforderlich", bezogen auf den Rotor oder den Stator, definiert den erfindungsgemäßen endseitigen Bereich, welcher die

Teilflächen mit den nicht erforderlichen Dichtlinien enthält. Innerhalb des Teilflächenbereichs kann der Rotor und/oder der Stator mit kontaktverhindernden Ausnehmungen versehen sein, eine reibungsoptimierte Oberfläche aufweisen oder zur Verringerung der Vorspannung zurückgenommen sein, ohne dass die Pumpwirkung wesentlich beeinträchtigt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform, mit den

kontaktverhindernden Endbereichen der Rotor-Stator-Anordnung, kann in vorteilhafter Weise, in Abhängigkeit eines radialen Abstandes zwischen der sich gegenüber liegenden Rotor- und Statoroberfläche, ein Ein- und Auslassbereich für das Fördermedium vergrößert werden. Zu diesem Zweck, sind die

Ausnehmungen zur Saug- und/oder Druckseite hin offen, so dass Fördermedium zusätzlich durch die Ausnehmungen in das Saug- oder Druckgehäuse der Exzenterschneckenpumpe strömen kann. Einer sich auf die Pumpwirkung nachteilig auswirkenden Kavitation, durch zu hohe Strömungsgeschwindigkeiten, kann so effektiv

entgegengewirkt werden.

Grundsätzlich können Ausnehmungen innerhalb des

Teilflächenbereichs im endseitigen Bereich in beliebiger Anzahl, Ausgestaltung und Dimensionierung eingebracht sein. Vorzugsweise sind die Pumpenteile in Längsrichtung über eine Länge

kontaktverhindernd ausgebildet, welche der Ausdehnung des endseitigen Bereichs in dieser Richtung entspricht. Der Ein- und Auslassbereich kann so maximal in Längsrichtung der Rotor- Stator-Anordnung erweitert werden. Besonders bevorzugt ist eine im inneren und/oder äußeren Pumpenteil eingebrachte Ausnehmung, welche im Wesentlichen der Fläche der Summe der Teilflächen A _x bis A _n der Kategorie „nicht erforderlich" entspricht, also betreffend dem gesamten Teilflächenbereich.

Als vorteilhaft wird angesehen, wenn mindestens ein Pumpenteil eine reibungsoptimierte Oberfläche aufweist. Die Oberfläche kann dazu auf die Oberfläche des gegenüberliegenden Pumpenteils abgestimmt sein, um die Reibung auf ein Minimum zu reduzieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die reibungsoptimierte Oberfläche durch kontaktreduzierende Ausnehmungen im Stator gebildet. Die Anordnung der Ausnehmung und auch eine sich daraus ergebene Struktur können beliebig sein, solange die Dichtlinie, außerhalb des endseitigen Bereichs, nicht unterbrochen wird. Zu diesem Zweck stehen die Ausnehmungen vorzugsweise miteinander nicht in Verbindung, derart, dass eine Abdichtung zwischen den Förderkammern und zwischen der Druck- und der Saugseite der Rotor-Stator-Anordnung, gewährleistet ist.

Besonders bevorzugt sind die Ausnehmungen im Wesentlichen quer zur Längsachse der Rotor-Stator-Anordnung angeordnet und befinden sich innerhalb des Breitenbereichs der Dichtlinien, welcher bedingt durch den Kontakt zwischen Rotor und Stator, eine bestimmte Breite aufweist. Innerhalb des erfindungsgemäßen endseitigen Bereichs außerhalb der erforderlichen Dichtlinien, können die Ausnehmungen miteinander in Verbindung stehen, so dass an dieser Stelle grundsätzlich keinerlei Einschränkung hinsichtlich der Art oder Struktur der Ausnehmung besteht.

Die Ausdehnung und Gestaltung des reibungsoptimierten Bereichs kann anhand einer Flächen- bzw. Volumenanalyse der Überdeckung bzw. des Spaltes zwischen Stator und Rotor so gewählt werden, dass in Abhängigkeit von Geometrie, Toleranzfeld von Rotor und Stator und Materialparametern eine möglichst gleichmäßige

Dichtwirkung an allen Stellen der längs- und querverlaufenden Dichtlinien des Rotor-Stator-Systems zu erwarten ist. Eine Bewertung einer bestimmten reibungsoptimiert gestalteten Rotor- Stator-Kombination kann über Versuche erfolgen.

Als charakteristische Merkmale für Ausdehnung und Gestaltung des reibungsoptimierten Bereichs sind Beginn und Ende der

Ausnehmungen, wenn der Reibungsoptimierte Bereich durch eine verringerte Vorspannung erreicht wird, der Betrag, um den die Vorspannung in Abhängigkeit vom Ort verringert wird und wenn der Reibungsoptimierte Bereich eine Struktur bildet, die Breite der Ausnehmungen, deren Abstände zueinander, deren Tiefe und Form.

Vorzugsweise weist mindestens ein Pumpenteil im endseitigen Bereich zumindest teilweise kontaktverhindernde Ausnehmungen auf. Somit können Rotor und/oder Stator in dem gesamten Bereich oder auch nur in einem Teilbereich hiervon beliebig mit

reibungsoptimierenden Ausnehmungen versehen werden, ohne

Rücksicht auf die Dichtheit der Rotor-Stator-Anordnung zu nehmen .

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Stator durch eine partielle Verringerung einer Vorspannung reibungsoptimiert ausgebildet ist. Dadurch wird erreicht, dass nur an den

erfindungsgemäßen Stellen der Statoroberfläche die Reibung verringert wird, indem der Druck vom Stator auf den Rotor, durch die selektiv reduzierte Vorspannung, verringert wird. Die

Vorspannung kann so vorteilhaft beispielsweise im

Dichtlinienbreitenbereich angepasst werden.

Die Breite der Dichtlinien wird bestimmt durch eine

Kontaktfläche zwischen dem Rotor und dem Stator. Bei Spaltpumpen entspricht deren Breite einem Bereich, wo im Wesentlich

aufgrund des geringen Spaltes noch eine Dichtwirkung eintritt. Diese Fläche ist vor allem in einem Breitenbereich, der Bereich indem die längs verlaufenden Dichtlinien auf die quer

verlaufende Dichtlinien treffen, vergleichsweise groß. Der Stator ist in diesem Bereich reibungsoptimiert ausgebildet, insbesondere mit reibungsoptimierenden Ausnehmungen versehen. Dadurch, dass die Ausnehmungen an diesen Stellen des Stators eingebracht sind, wird die Reibung vorteilhaft an dem Ort reduziert, an dem sie verstärkt auftritt. Die Ausnehmungen können aber auch mit einem reibungsoptimierenden Material aufgefüllt sein, um dadurch beispielsweise die mechanischen Eigenschaften des Stators im Breitenbereich beizubehalten oder zu verbessern.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung sind die Ausnehmungen in allen Breitenbereichen und über die gesamte Statorlänge eingebracht. Die Reibung kann somit für den gesamten Stator effektiv verringert werden, ohne dass die Dichtlinien in ihrer Funktion unterbrochen werden.

Der Rotor der Exzenterschneckenpumpe ist vorzugsweise mit einer kontaktverhindernden Ausnehmung versehen, welche sich endseitig in Längsrichtung zur Mitte hin der Rotor-Stator-Anordnung kontinuierlich verkleinert. Dadurch ergibt sich eine

strömungsoptimierte Ausgestaltung. Es wird weiter als

vorteilhaft angesehen, wenn die Ausnehmungen keine scharfen Kanten aufweisen, insbesondere, wenn die Ränder der Ausnehmungen abgerundet sind.

Das äußere Pumpenteil ist vorzugsweise mit mindestens einer kontaktverhindernden Ausnehmung versehen, welche sich ebenfalls in Längsrichtung zur Mitte hin der Rotor-Stator-Anordnung kontinuierlich verkleinert. Analog zur Ausnehmung im Rotor, ist die Umsetzung zur Erreichung einer erfindungsgemäßen

Kontaktverhinderung zwischen Stator und Rotor, auch dadurch möglich, dass die kontaktverhindernde Ausnehmung im Stator eingebracht ist. Auch hier sollten die Ausnehmungen keine scharfen Kanten aufweisen. Der Kantenradius und die

Kantengeometrie sollten vorzugsweise so gewählt sein, dass dadurch auch ein strömungsoptimierter Pumpenein- und -auslass für ein Fördermedium bereitgestellt werden kann. Bei einer stirnseitigen strömungsoptimierten Geometrie des Stators, beispielsweise in Form eines trichterartigen Ein- und Auslasses, bewirkt ein weicher Übergang hin zu den Ausnehmungen eine

Verbesserung der Strömung des Fördermediums.

Statt der kontaktverhindernden Ausnehmung kann aber auch, zur Erreichung einer verbesserten Stabilität und Führung in dem beschriebenen Statorbereich, der Stator mit einem

reibungsoptimierenden Material wie beispielsweise Teflon versehen sein. Zur Erzielung einer vorteilhaften reibungsoptimierenden Wirkung, ist es grundsätzlich nur erforderlich, dass mindestens ein Pumpenteil reibungsoptimiert und/oder bereichsweise

kontaktverhindernd ausgebildet ist. Vorzugsweise sind jedoch beide Pumpenteile reibungsoptimiert und/oder bereichsweise kontaktverhindernd ausgebildet.

Das innere Pumpenteil, als Teil der Rotor-Stator-Anordnung für eine Exzenterschneckenpumpe, kann dazu also erfindungsgemäß in einem endseitigen Bereich zumindest teilweise

reibungsoptimiert und/oder zumindest teilweise

kontaktverhindernd ausgebildet sein, wobei der endseitige

Bereich als ein Bereich mit teilweise nicht erforderlichen Dichtlinien definiert ist.

Bei einer Exzenterschneckenpumpe, bei der das innere Pumpenteil der Rotor ist, kann der Rotor, durch einen im Sinne der

Erfindung verbesserten Rotor ersetzt werden, ohne auch noch den Stator auszutauschen. Statt der Ausnehmung kann in dem

beschriebenen endseitigen Rotorbereich der Rotor auch mit einer reibungsoptimierenden Schicht wie beispielsweise Teflon versehen sein .

Umgekehrt kann aber auch ein äußeres Pumpenteil, als Teil einer Rotor-Stator-Anordnung für eine Exzenterschneckenpumpe,

in einem endseitigen Bereich zumindest teilweise

reibungsoptimiert und/oder zumindest teilweise

kontaktverhindernd ausgebildet sein, wobei der endseitige

Bereich als ein Bereich mit teilweise nicht erforderlichen Dichtlinien definiert ist.

Dazu ist vorzugsweise vorgesehen, dass das äußere Pumpenteil einen Ein- und/oder Auslassbereich für ein Fördermedium aufweist, welcher sich radial nach außen erstreckt und welcher als ein Bereich mit nicht erforderlichen Dichtlinien definiert ist, wobei der endseitige Bereich erfindungsgemäß in

Längsrichtung begrenzt ist, bei einer 1/2 gängigen Rotor-Stator- Anordnung beispielsweise bei 1/4 der Steigung des äußeren

Pumpenteils. Ein- und Auslass einer Exzenterschneckenpumpe mit einem derartigen Pumpenteil, können dadurch in vorteilhafter Weise seitlich am äußeren Pumpenteil angeordnet werden.

Besonders bevorzugt weist das äußere Pumpenteil eine als

Ausschnitt ausgebildete Ausnehmung auf, welche der Summe der Teilflächen Αχ bis A _n der Kategorie „nicht erforderlich", also dem gesamten Teilflächenbereich entspricht.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen äußeren Pumpenteils ist vorzugsweise ein Kernkörper vorgesehen, welcher in seiner Form der gewünschten inneren Form des äußeren Pumpenteils entspricht und der im Dichtlinienbereich mit einer die

reibungsoptimierenden Ausnehmungen bildenden Struktur versehen ist. Der Kernkörper wird dazu beispielsweise in einem

zylindrischen Hohlkörper angeordnet und mit einer Elastomermasse umgössen. Nach deren Vernetzung wird der Kernkörper wieder entfernt und der elastomere Stator kann aus dem zylindrischen Hohlkörper entnommen werden.

Die Oberfläche des Kernkörpers entspricht dabei einer

Negativform der Oberfläche im Inneren des Stators. Die Struktur ist derart gestaltet, dass in Längsrichtung des Stators

geschlossene Dichtlinien gebildet werden können.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, eine energieeffiziente und verschleißarme

Exzenterschneckenpumpe bereit zu stellen, indem die Rotor- Stator-Anordnung reibungsoptimiert ausgestaltet ist. Dadurch kann auch das Anfahrverhalten der Pumpe verbessert werden, wodurch beispielsweise auch eine kostenoptimierende Antriebs- Dimensionierung erfolgen kann. Dadurch, dass der Stator mit ein- und auslasserweiternden und kontaktverhindernden Ausnehmungen versehen ist, kann zudem die Pumpe kompakt und mit

vergleichsweise geringen Kosten hergestellt werden. Mittels des Kernkörpers ist eine einfache Herstellung des erfindungsgemäßen Stators ermöglicht. Neben der reibungsoptimierenden Struktur kann der Kernkörper endseitig partiell radial erweitert sein, wodurch dann die kontaktverhindernden Ausnehmungen im Stator gebildet werden können.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in

exemplarischer Weise mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch die Rotor-Stator-Anordnung einer aus dem

Stand der Technik bekannten Exzenterschneckenpumpe,

Fig. 2 schematisch den Dichtlinienverlauf, umfassend längs und quer verlaufende Dichtlinien,

Fig. 3 schematisch einen Dichtlinienabschnitt, umfassend einen

Breitenbereich eines mittels Ausnehmungen

reibungsoptimierten Stators,

Fig. 4 schematisch in perspektivischer Darstellung einen

Stator mit einer im Dichtlinienbreitenbereich durchgehenden reibungsoptimierenden Struktur im

Längsschnitt,

Fig . 5 schematisch einen reibungsoptimierten Stator im

Querschnitt, welcher mit der reibungsoptimierenden Struktur zugeordneten Ausnehmungen versehen ist, Fig. 6 schematisch in perspektivischer Darstellung einen Kernkörper zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stators, welcher mit einer die reibungsoptimierenden Ausnehmungen bildende Struktur versehen ist,

Fig. 7 schematisch einen aus dem Stand der Technik bekannten

Stator, mit einem von einen Statormantel umfassten Elastomerkörper,

Fig. 8 schematisch in perspektivischer Darstellung eine Rotor- Stator-Anordnung, wobei der Stator endseitig kontaktverhindernde Ausnehmungen aufweist,

Fig. 9 schematisch den Stator aus Fig. 8 im Querschnitt,

Fig. 10 schematisch die Seitenansicht des Stator aus Fig. 8,

Fig. 11 schematisch in perspektivischer Darstellung eine Rotor- Stator-Anordnung mit einem Rotor, welcher endseitig kontaktverhinderte Ausnehmungen aufweist,

Fig. 12 schematisch in perspektivischer Darstellung den Rotor der Rotor-Stator-Anordnung aus Fig. 11,

Fig. 13 schematisch die Seitenansicht des Rotors aus Fig. 12,

Fig. 14 schematisch Querschnitte des Rotors aus Fig. 12 in

Längsrichtung gesehen,

Fig. 15 schematisch in perspektivischer Darstellung eine Rotor- Stator-Anordnung mit einem Rotor und einem Stator, welche endseitig kontaktverhinderte Ausnehmungen aufweisen . Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen .

Fig. 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Rotor- Stator-Anordnung 2 einer Exzenterschneckenpumpe, umfassend einen Stator 4 als äußeres Pumpenteil, mit einem Statormantel 6 und einem Elastomerkörper 8 zur Aufnahme eines Rotors 10 als inneres Pumpenteil. Zwischen dem Rotor 10 und dem Elastomerkörper 8 sind Kammern 12 zur Aufnahme des Fördermediums gebildet. Die

Abdichtung der Kammern 12 wird durch eine Vorspannung erreicht, indem der Elastomerkörper 8 ein Innenmaß aufweist, das geringer als ein Außenmaß des Rotors 10 ist.

Der sich innerhalb des Elastomerkörpers 8 drehende Rotor 10 erzeugt in an sich bekannter Weise einen von der Saugseite zur Druckseite hin die schraubenlinienförmig wandernden Kammern 12, wobei das Fördermedium durch eine Öffnung in ein Pumpengehäuse eintritt (nicht dargestellt) . Es gelangt somit zwischen Rotor 10 und Elastomerkörper 8 zu einem Druckstutzen (nicht dargestellt) , wo es austritt. Der Rotor 10 bewegt sich in einem Abstand E exzentrisch um die Längsachse des Stators 4.

Einen Ausschnitt der Dichtlinien 14a, b einer

Exzenterschneckenpumpe bei statischen Betrachtungsweise, mit einer 1/2 gängigen Geometriepaarung, ist in Fig. 2 gezeigt. Bei dieser Betrachtungsweise bilden die Dichtlinien so die Form einer in dem Breitenbereich verknüpften Doppelhelix, welche sich je nach Rotor-Stator-Position zwischen dem Rotor und dem Stator ausbildet. Der Dichtlinienverlauf kann in 3 Abschnitte

aufgeteilt werden. Zum einen in die endseitigen Abschnitte D und S, zum anderen in den Abschnitt K, welcher die Kammer für das Fördermedium definiert. Der Abschnitt D befindet sich in Bezug auf die Kammer auf der Druckseite und der Abschnitt S auf der Saugseite . Die Dichtlinien 14a, setzen sich aus zwei quer verlaufenden Dichtlinien 14a und zwei in Längsrichtung verlaufenden

Dichtlinien 14b zusammen. Der Abschnitt K wird dabei in

Längsrichtung durch die quer verlaufenden Dichtlinien 14b begrenzt. Die an dieser Stelle aufeinander treffenden

Dichtlinien 14a, b bilden einen Breitenbereich 16. In diesem Bereich können linienförmige Ausnehmungen 18 eingebracht sein (nicht dargestellt) . Die Ausnehmungen 18 würden, wie nachfolgend in Fig. 3 auch dargestellt, eine reibungsoptimierende Struktur 20 bilden, wobei diese so ausgerichtet und angeordnet sein sollte, dass die Dichtlinien 14a, b nicht unterbrochen werden, um die Abdichtung der Förderkammer zu gewährleisten.

Ein solcher Breitenbereich 16, gebildet durch linienförmige Ausnehmungen 18, ist exemplarisch in Fig. 3 vergrößert

dargestellt. Die Ausnehmungen sind dazu derart in dem

zugeordneten Stator eingebracht und angeordnet, dass weder die quer verlaufende Dichtlinie 14a noch die in Längsrichtung verlaufende Dichtlinien 14b hinsichtlich ihrer Dichtwirkung unterbrochen sind, was Voraussetzung dafür ist, dass die

Förderkammern abgedichtet sind und über die gesamte Statorlänge eine ununterbrochene Dichtlinie 14a, b erhalten bleibt. Die Tiefe der Ausnehmung 18 ist so gewählt, dass auch noch unter dem Druck des Rotors 10 auf den Stator 4, eine verringerte Kontaktfläche bestehen bleibt und damit auch eine reibungsreduzierende Wirkung eintreten kann.

Die Fig. 4 zeigt den Elastomerkörper 8 eines mehrstufigen

Stators 4, auf dessen Oberfläche der Innenseite derartig reibungsoptimiert wirkende Strukturen 20 eingebracht sind. Diese verlaufen innerhalb der Breitenbereiche 16 schraubenartig über die gesamte Länge des Stators . Da die reibungsoptimierte Struktur 20 an möglichst vielen

Stellen im Elastomerkörper 8 eingebracht sein sollte, dort wo, durch Kontakt zwischen Rotor 10 und Stator bzw. Elastomerkörper 8, eine Abdichtung für die Förderkammern erforderlich ist, ergeben sich bei einer derartigen Rotor-Stator-Anordnung insgesamt vier dieser schraubenartig verlaufenden

Strukturflächen 20, welche sich innerhalb der Breitenbereiche 16 der Dichtlinien erstrecken.

Wie in Fig. 5 verdeutlicht, sind die strukturbildenden

Ausnehmungen 18 an Umkehrpunkten im Elastomerkörper 8

eingebracht, dort wo sich die Breitenbereiche 16 befinden. Die Ausnehmungen 18 sind für eine bessere Veranschaulichung

vergrößert dargestellt und entsprechen nicht deren tatsächlichen Abmessungen und Größenverhältnis zum Elastomerkörper 8.

Ein Kernkörper 22 zur Herstellung eines erfindungsgemäßen

Stators zeigt Fig. 6. Dieser entspricht in seiner Form der inneren Form des Stators und ist im Dichtlinienbereich mit einer die reibungsoptimierenden Ausnehmungen bildende Struktur 24 versehen. Die insgesamt 4 um den Kernkörper 22 schraubenartig herum verlaufenden Strukturflächen 26, bewirken eine im

Dichtlinienbreitenbereich reibungsoptimierte Oberfläche des Stators .

Wie in Fig. 7 gezeigt, ist aus dem Stand der Technik ein Stator 4 bekannt, welcher einen Statormantel 6 aufweist, der in seiner Form der inneren Form des Elastomerkörpers 8 entspricht. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass zur Statorherstellung vergleichsweise wenig Elastomer erforderlich ist, was unter anderem zu einer vorteilhaften Kosten- und Gewichtsreduzierung führt. Die folgenden erfindungsgemäßen Ausführungsformen in den Figuren 8 bis 15 sind beispielhaft bezogen auf eine 1/2 gängigen Rotor- Stator-Anordnung .

Ein Elastomerkörper 8 für einen derartigen Stator zeigt Fig. 8. Im Elastomerkörper 8 ist ein Rotor 10 angeordnet, welcher einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Die Rotor-Stator-Anordnung 2 ist für eine 1-stufige Exzenterschneckenpumpe vorgesehen. Der Elastomerkörper 8 hat endseitig kontaktverhindernde Ausnehmungen 28, welche auch den Ein- und Auslassbereich der Rotor-Stator- Anordnung 2 erweitern. Indem dadurch Ein- und Auslass der Pumpe seitlich am Stator angeordnet werden können, ist eine kompakte Bauform ermöglicht. Eine derartige Rotor-Stator-Anordnung 2 kann aber auch in einer herkömmlichen Exzenterschneckenpumpe

verwendet werden. Durch die so erweiterten Ein- und

Auslassbereiche, wird das Strömungsverhalten des Fördermediums verbessert .

Die Ausnehmungen 28 verkleinern sich kontinuierlich in axialer Richtung zur Mitte der Rotor-Stator-Anordnung 2 hin und die Ausdehnung der Ausnehmungen 28 in Längsrichtung entspricht bei dieser Ausführungsform der Statorsteigung und insgesamt dem erfindungsgemäßen endseitigen Bereich 30 des Stators, als ein Bereich mit nicht erforderlichen Dichtlinien. In der

dargestellten unteren Rotorstellung und in der oberen Stellung des Rotors existieren 3 Förderkammern, zwei offene äußere und eine innere geschlossene Förderkammer. Bewegt sich der Rotor 10 von dieser Stellung weg, gibt es nur noch jeweils eine zur Druckseite und eine zur Saugseite hin geöffnete Förderkammer.

Die beiden äußeren Förderkammern werden im endseitigen Bereich 30 nur durch eine halbe Dichtlinienfläche abgedichtet, da die Begrenzungen der Ausnehmungen 28 mittig der Dichtflächen verlaufen. Um eine ausreichende Abdichtung zwischen Rotor 10 und Stator zu gewährleisten, ist bei der Einbringung der erfindungsgemäßen reibungsoptimierenden Struktur zu

berücksichtigen, dass nur die halbe Dichtlinienfläche als

Kontaktfläche für eine Rotor-Stator-Abdichtung zur Verfügung steht. Bei einem wie in Fig. 4 gezeigten Elastomerkörper 8 wären die reibungsoptimierenden Ausnehmungen entsprechend anzupassen, um zu verhindern, dass die äußeren Kammern undicht werden und über die Ausnehmung 28 Fördermedium austreten kann. Alternativ kann aber auch die Ausnehmung 28 im Elastomerkörper 8 so entlang einer Dichtliniengrenze eingebracht sein, dass der

Kontaktbereich zwischen Rotor 10 und Elastomerkörper 8 dem gesamten Dichtlinienbereich entspricht, also die

kontaktverhindernden Ausnehmungen 28 eine geringere Ausdehnung aufweisen als die ermittelte Ausdehnung der Fläche mit den nicht erforderlichen Dichtlinien.

Der Elastomerkörper 8 in Längsrichtung gesehen und ohne Rotor ist in Fig. 9 gezeigt. Die Ermittlung des erfindungsgemäßen endseitigen Bereiches, ist bei einer 1/2 gängigen Rotor-Stator- Anordnung, das heißt mit einem eingängigen Rotor und einem zweigängigen Stator, vereinfacht über eine Formel möglich. Der endseitige Bereich des Elastomerkörpers 8, welcher als ein Bereich mit nicht erforderlichen Dichtlinien definiert ist, ist kontaktverhindernd ausgebildet, indem Ausnehmungen in dem

Elastomerkörper 8 eingebracht sind, welche endseitig des

Elastomerkörpers 8 beginnen und im Querschnitt durch die

Abmessung L gekennzeichnet sind. Die Abmessung L an einer beliebigen Stelle T im endseitigen Bereich in Längsrichtung, kann berechnet werden nach der Formel:

L(T) = 4 * E * COS ( T / Ps / 2 * Pi) wobei E für Exzentrizität und Ps für Statorsteigung steht. Somit ergibt sich für den Stator an der Stelle T = 0, dass die Abmessung L(T=0) dem 4fachen der Exzentrizität entspricht. Die Fig. 9 zeigt eine Schnittdarstellung des Elastomerkörpers 8 an der Stelle T, welche als Schnittstelle F-F in Fig. 10

eingezeichnet ist.

In Fig. 10 ist der Elastomerkörper 8 in einer Seitenansicht dargestellt, mit den zur Bestimmung der Geometrie eingetragenen Größen L(T) und T, wobei L die Abmessung der Ausnehmung 28 im endseitigen Bereich 30 des Stators an der Stelle T = 0

darstellt. Die insgesamt 4 Ausnehmungen 28 enden in

Längsrichtung des Stators 4, beziehungsweise des

Elastomerkörpers 8, bei T = % Statorsteigung (Ps) .

1. Eine 1/2 gängige Rotor-Stator-Anordnung 2 mit einem Rotor 10, welcher endseitig mit kontaktverhindernden Ausnehmungen 28 versehen ist, zeigt Fig. 11. Da der Rotor 10 kontaktverhindernd ausgebildet ist, können sowohl die Reibung zwischen Rotor 10 und Stator insgesamt reduziert, als auch das Strömungsverhalten, aufgrund des vergrößerten Strömungsquerschnittes im endseitigen Bereich der Rotor-Stator-Anordnung 2, verbessert werden. Die gezeigte Rotorstellung stellt eine bevorzugte Position des Rotors 10 im endseitigen Bereich 30 dar, bei der ein

Anfahrdrehmoment verringert werden kann, indem zum Abschalten der Exzenterschneckenpumpe mit einer derartigen Rotor-Stator- Anordnung 2, welche im endseitigen Bereich 30 kontaktverhindernd ausgebildet ist, mittels einer Steuer- oder regelbare

Antriebsvorrichtung, der Rotor 10 nach Abschalten der

Exzenterschneckenpumpe in eine Position gebracht wird, bei der zwischen Rotor 10 und Stator 4, insbesondere zwischen Rotor 2 und Elastomerkörper 8, im endseitigen Bereich 30 kein Kontakt besteht . Der dem Stator aus Fig. 11 entnommene Rotor 10 ist in Fig. 12 dargestellt, welcher in einem endseitigen Bereich 30, der in Längsrichtung der Steigung des Stators entspricht und der als ein Bereich mit nicht erforderlichen Dichtlinien definiert ist, kontaktverhindernd ausgebildet ist. Erreicht wird dies durch eine Ausnehmung 28 im Rotor, welche sich endseitig in

Längsrichtung zur Mitte hin der Rotor-Stator-Anordnung 2 kontinuierlich verkleinert. Der Rotor 10 weist einen im Grunde kreisrunden Querschnitt auf und beginnt endseitig an der Stelle T = 0 mit einem halbkreisförmigen Querschnitt.

Eine Seitenansicht des Rotors 10 mit den kontaktverhindernden Ausnehmungen 28 zeigt Fig. 13. Die einzelnen Querschnitte durch den Rotor 10 in den Abständen ΊΊ=Τ ₂ =Τ ₃ =Τ ₄ = 1/8 * Ps, sind in den Figuren 14a bis 14d dargestellt. Die beidseitigen Ausnehmungen 28 erstrecken sich in Längsrichtung über den gesamten jeweiligen endseitigen Bereich 30.

Fig. 14a zeigt den Rotorquerschnitt mit einer

kontaktverhindernden Ausnehmung 28 von 135° im Abstand ΊΊ= 1/8 * Ps, in Fig. 14b von 90° im Abstand ΊΊ+Τ ₂ = 2/8 * PS, in Fig. 14c von 45° im Abstand Ti+T ₂ +T ₃ = 3/8 * Ps und in Fig. 14d im Abstand Ti+T ₂ +T ₃ +T ₄ = 4/8 * Ps den vollen Rotorquerschnitt. Die Ausnehmung 28 verkleinert sich in Längsrichtung kontinuierlich und endet in einem Abstand, welcher ^Ps entspricht.

Eine Rotor-Stator-Anordnung 2 mit einem endseitigen Bereich 30, der in Längsrichtung für den Stator als äußeres Pumpenteil bei H und für den Rotor 10 als inneres Pumpenteil bei ^ der Steigung des Stators begrenzt ist, zeigt Fig. 15. Rotor 10 und

Elastomerkörper 8 sind mit kontaktverhindernden Ausnehmungen 28 versehen, welche sich in Längsrichtung über den gesamten endseitigen Bereich 30, auf der Saug- und der Druckseite der Rotor-Stator-Anordnung, erstrecken. Bei dieser Ausführungsform ermöglichen die Ausnehmungen 28 insbesondere eine seitliche Anordnung von Ein- und Auslass der Pumpe, und durch die

Ausnehmungen 28 im Rotor 10 verbessert sich das

strömungsverhalten des Fördermediums, indem der

Strömungsquerschnitt zwischen Rotor 10 und Elastomerkörper 8 vergrößert wird. Die Reibung zwischen Rotor 10 und Stator wird durch die Ausnehmungen 28 auf eine Kontaktfläche begrenzt, welche für den Betrieb einer derartigen Pumpe erfindungsgemäß erforderlich ist. Analog zur Fig. 11 ist eine bevorzugte

Position oder Stellung des Rotors 10 nach Abschalten einer Exzenterschneckenpumpe mit einer derartigen Rotor-Stator- Anordnung 2 gezeigt.

Die Exzenterschneckenpumpe mit der erfindungsgemäßen Rotor- Stator-Anordnung ist spezifisch auf einen energieeffizienten und verschleißarmen Betrieb ausgelegt. Durch die reibungsoptimierte Rotor-Stator-Anordnung, können die Anfahrkräfte ein Minimum reduziert werden. Bei entsprechender Ausgestaltung der

Ausnehmungen im Stator, ist eine im Vergleich zu den bekannten Exzenterschneckenpumpen kompakte Bauform ohne nennenswerten Leistungsverlust ermöglicht. Zudem wird das Strömungsverhalten verbessert und dem Auftreten von Kavitation entgegengewirkt.

Bezugszeichenliste

2 Rotor-Stator-Anordnung

4 Stator

6 Statormantel

8 Elastomerkörper

10 Rotor

12 Förderkammer

14a, b Dichtlinien

16 Breitenbereich

18 reibungsoptimierende Ausnehmung

20 reibungsoptimierende Struktur

22 Kernkörper

24 Ausnehmungen bildende Struktur

26 reibungsoptimierende Strukturflächen

28 kontaktverhindernde Ausnehmung

30 endseitiger Bereich