具有易于制造的定子衬套的偏心螺杆泵的制作方法

本发明涉及一种偏心螺杆泵(exzenterschneckenpumpe)，其具有根据权利要求1的前序部分所述的专门设计的定子以及用于安装在其偏心螺杆泵中的相应的定子，无论是为了其修理目的还是为了现代化目的。本发明还涉及根据权利要求12的前序部分的、用于偏心螺杆泵的定子衬套以及根据权利要求13的前序部分的、用于制造偏心螺杆泵的、形成螺杆通道(schneckengang)的定子衬套的方法。

背景技术：

1、偏心螺杆泵有广泛的应用领域。

2、至少在泵送稠度和/或固体含量难以控制的高粘度流体时，偏心螺杆泵是优选的机构。由于这些原因，偏心螺杆泵也用于自然资源的开发。

3、在此，偏心螺杆泵非常适合泵送含有磨料成分的流体。偏心螺杆泵的泵送效果基于移动式输送室的原理，所述移动式输送室形成于中央螺杆和由定子衬套形成的、具有双导程(steigung)的螺杆通道之间。

4、由比金属螺杆更软的材料制成的定子衬套随着时间的推移不可避免会磨损。

5、在大多数情况下，定子衬套到目前为止都是由硫化材料(例如塑料，或者如果使用通用术语，则为橡胶)制成。这里称为“橡胶”的材料或具有类橡胶特性的材料具有密封性非常好的优点，因为螺杆的接触区域可以使所接触的定子材料发生持续的(而不仅仅是在微观上并因此无关紧要的)位移。在此，因为一旦与螺杆的局部接触再次结束，定子材料(除了每个周期必须的最小磨损之外)就会恢复到其原始形状，则会发生瞬间位移

6、

7、定子衬套与在其内运行的螺杆的几何形状紧密配合。螺杆的中心具有可多次扭曲的螺杆通道的高度复杂的滚动几何形状。迄今为止，在大多数情况下，定子衬套都是使用螺杆状的模芯铸造或注塑的，模芯保持螺杆通道的净开口，以便随后容纳螺杆。在注塑或铸造过程结束后，对通过铸造/注塑过程形成的、仍为生坯的定子衬套进行硫化。一旦使用更硬的材料，仿型过程(kopierverfahren)也仍然会被使用。

8、时至今日，这种“仿型车削”仍然具有复杂“手工工艺”的特征，而不是作为工业批量生产框架下的全自动化过程。

9、此处称为“橡胶”的较硬的材料不足以在所有应用情况中抵抗泵送的流体，并且由于其必须进行硫化步骤，因此其还需要相当大的制造工作。

10、出于这个原因，也为了能够更加合理化生产，越来越需要制作功能良好的定子衬套，该定子衬套不依赖于使用类橡胶材料，但也可以由替代材料组成，然而这些材料并没有表现出橡胶弹性行为，但显然更硬或弹性明显更小。为了使由这种较硬或弹性较小的材料制成的定子对用于泵送的、移动的输送室具有相当的密封性，必须确保定子衬套的高的形态稳定性，即螺杆通道的设计必须尽可能接近其几何最佳形状。大的公差——其可简单地通过螺杆暂时“移动”多一点或少一点橡胶状的定子材料来补偿——是不可能的。

11、为此，使用当今已知的手段由替代材料生产定子衬套所涉及的工作量仍然相当高，而且还要考虑到至少应省去耗时的仿型过程这一事实。必须通过切削、磨削和/或腐蚀，或者首先生产复杂的注塑模具，以极高的精度生产螺杆通道。

技术实现思路

1、发明目的

2、因此，本发明的目的是提供一种具有定子衬套的偏心螺杆泵，其可以被更容易地制造，并且其中当使用较硬的定子材料时也可以提高效率。

3、根据本发明的解决方案

4、独立权利要求1提供了该目的的解决方案。

5、其基于偏心螺杆泵，具有形成螺杆输送机的转子和形成螺杆通道的定子，在输送操作中转子在定子中旋转。在此，定子包括一件式或多件式的定子壳体。定子衬套位于定子壳体中并且形成螺杆通道，转子在螺杆通道中旋转并有效地进行泵送。定子壳体可以分段。因此，定子壳体可以可选地由沿输送方向串联连接的多个定子壳体部段以及相关联的定子衬套部段组成，这通常适用于下文所述。

6、定子衬套的中心或重要组成部分是由固体材料制成的套筒，即具有连续且因此密封的套筒壁的套筒。该套筒经由在定子壳体上的支撑结构支撑在其外周上，该支撑结构形成宏观的空腔并且通常至少基本上构成定子衬套的其余部分。

7、根据本发明，所提出的解决方案的特征在于，根据支撑结构与套筒的连接位置来设计支撑结构并为支撑结构确定尺寸，使得由其提供的支撑效果适应套筒的局部需要。

8、在此至关重要的是，套筒本身(通常除了其起始法兰和末端法兰之外)是“薄壁”的，以至于在螺杆的沿其内表面以“啮合”或“挤压”的方式移动的接触区域所施加的局部压力下，可以可逆地弹性偏转一定量，从而施加所需的密封压力。

9、这就是根据本发明优化的支撑结构发挥作用的地方。根据支撑结构与套筒的连接位置设计支撑结构，使由其提供的支撑效果适应套筒的局部需要。

10、其中，可以使用以下设计手段来实现根据本发明的效果。

11、不同地点可以使用不同的壁厚。

12、例如，可以在输送方向(即，通常沿着笔直的中心纵向轴线的方向)上提供增加的厚度(即支撑结构的壁厚或支撑力)，由套筒形成的螺杆通道围绕该中心纵向轴线缠绕。这要考虑在螺杆泵出口处出现的较高的压力负载。

13、附加地或可替代地，可以沿着周向方向提供较大的壁厚，其中，例如，由套筒和定子壳体之间的支撑件桥接的局部径向距离较大，必须在该局部径向距离上提供支撑。

14、附加地或可替代地，形成支撑结构的壁的倾斜位置的角度可以用作设计手段，该倾斜位置影响支撑结构的局部弹簧效应。这里指的是壁相对于径向的倾斜位置，该壁从定子中心线正交地向外突出，由套筒形成的螺杆通道围绕该定子中心线缠绕。与基本上仅在压力下有负载的壁相比，以这种方式倾斜的壁相对于由套筒施加在其上的压应力表现得“更软”或更柔韧，压应力在其中也产生弯曲应力。

15、可替代地或同时地，支撑结构的局部密度可以变化，使得所提供的支撑效果适应局部关系。因此，例如可以想到利用支撑结构的单元状或蜂窝状设计的选项(这将在后面更详细地描述)，并且局部地改变单元或蜂窝密度。这可以例如通过将被这种类型的单元包围并且通常保持自由的自由空间在特别受应力的单元的情况下划分成更小的单元来完成，将这些单元嵌入所述(较大的)单元中。

16、由适当的支撑结构提供的支撑通常围绕或基本上围绕整个圆周360°出现。这并不意味着支撑结构在圆周方向上不得有任何中断。

17、根据本发明，不仅提供了在其设计方面仅二级或三级相关的支撑结构，该支撑结构以某种方式设计并且将形成螺杆通道的套筒保持就位，该方式弊大于利，可能在套筒内表面的运行面上仍需涂有橡胶弹性材料的涂层。通过这种设计使得使用有所减少的材料体积就足以生产定子衬套。

18、此外，在某些情况下，可以容易地使用不具有硫化材料意义上的橡胶弹性行为的其他材料，以致其使用第一次在实践中变得有意义，因为其第一次能够通过合理的成本产生。其主要原因在于，可以经由支撑壁以及部分地或完全地界定的空腔的几何形状、尺寸和距离来非常灵敏地控制支撑效果。如果其由薄壁制成并根据需要进行支撑，则也可以用由相当坚固的或弹性较小的塑料材料所制成的套筒、或者甚至用金属套筒来提供必要的弹性。金属套筒通常具有非常薄的壁并且方便地仅配备有对应于待泵送的最大固体颗粒的最大四倍或三倍的壁厚。从绝对值来看，壁厚为0.3mm至2.0mm，甚至更好的是0.4mm至0.7mm，这是金属套筒的首选。由金属制成的(通常是掐丝的)支撑结构可以被模制到这种金属套筒的外周上(理想地通过3d打印)，或者以同样的方式，可以在金属套筒上模制由塑料制成的支撑结构。

19、支撑结构形成的空腔是宏观的，而不仅仅是多孔材料中的最小空洞或其他固体材料中偶尔出现的空隙。除了或多或少较大的微观的表面粗糙度之外，空腔优选具有被完全限定的几何形状，并且作为整体通常形成非随机的图案。可选地，空腔可以完全或部分地填充有另一种材料，例如用于阻尼的材料。

20、本发明优选的设计方案选项

21、作为独立权利要求，而且作为已经提出的权利要求的进一步变型，如果套筒是薄壁的，则是特别有利的。在这种情况下，套筒的壁厚优选地不大于定子壳体的平均内径的1/6，更好地不大于1/10，并且理想地不大于1/12。在没有支撑的情况下，如此薄的套筒不能为转子的螺杆提供足够大的阻力，其行为几乎像柔性软管一样。然后可以通过有针对性的支撑将所期望的柔性行为施加到这样的套筒上。如果套筒由本质上太硬而不能用作螺杆泵的定子衬套的材料制成，则这是有吸引力的。

22、如果套筒的壁厚基本上恒定，则是特别有利的。

23、在其他情况下，以不同的方式进行可能是有利的。为此需要独立的保护，而且还需要保护以促进已经提出的权利要求，这里套筒也是薄壁的。然而，套筒的壁厚局部地变化，优选地最大变化+/-30％，更好地最大变化+/-20％，理想地最大变化+/-12.5％。这种设计方案可以是有用的，以便允许套筒在存在较高压力的区域中(例如在螺杆通道的远离吸入侧的端部处)帮助改善当前与套筒啮合的螺杆区域的密封。

24、在一些应用情况中，由支撑单元生产支撑结构可能是特别有利的，每个支撑单元限定或包围空腔，其中，由这种支撑单元包围的空腔的净横截面积优选地在径向向外的方向上减小。由此使得套筒能够以特殊的方式得到弹性支撑。这不仅适用，而且尤其当支撑单元填充有阻尼材料时适用，该阻尼材料以这种方式在径向外侧敞开的支撑单元中得到特别好的保持。

25、已经证明，借助于形成蜂窝(优选地具有六边形基底)的支撑单元来实现支撑结构是特别有利的。经由这种形成蜂窝的支撑单元可实现特别均匀的支撑，因为蜂窝形成无尽的、无缝互锁的图案。蜂窝还具有一个优点，即其不仅可以在必要时吸收压力。相反，蜂窝还可以产生抵抗纵向和周向拉力的支撑作用，这些拉力往往会使套筒膨胀。无缝的蜂窝网络的行为就像皮带或柔性皮带。

26、优选的情况是支撑单元的壁厚对应于套筒的平均壁厚(完全或至少对应于+/-15％，更好至少对应于+/-7.5％)。这样就可以避免有害的物质积累。即使在不可避免的运行受热的影响下，定子衬套也能均匀膨胀。这避免了由于螺杆上过大的热预应力而导致的局部张力甚至过载。

27、在一些情况下，如果支撑单元的壁厚沿径向向外的方向增加，则是特别有利的。这样，在要桥接的套筒的局部外表面和定子壳体之间的距离相对大的情况下，可以确保特别高的抗扭结性(knickfestigkeit)。

28、已经证明，如果支撑单元的壁厚在传送方向上增加，则是特别有利的。因为在远离吸入侧的定子端部区域，由于泵送效应，压力显著增加。套筒的更强的支撑，尤其是在径向方向上，有助于确保即使在负载较高的区域中，也能保持套筒与沿着套筒啮合的局部螺杆之间必要的预应力。

29、在一些情况下，如果支撑单元的壁在横截面中具有从内向外延伸并且部分或连续弯曲的中心线，则是特别有利的。这样的弯曲壁在径向方向上或从内向外比在该方向上的直壁表现出更强的弹簧效应或柔性。这可以专门用于调整设计中局部所需的弹簧效果。

30、可替代地，已经证明支撑单元的壁在横截面中具有从内向外延伸的中心线，该中心线是直的并且与套筒的局部切线形成角度。以此方式，各个支撑单元也可以在径向方向上或者从内向外获得更强的弹簧效应。这也可用于调整在构造上局部所需的弹簧效果。

31、如果至少所述套筒(优选套筒和支撑结构)由非硫化材料构成，则是特别有利的。理想情况下，该非硫化材料是一种可借助于增材制造进行加工的塑料，最好是聚酰胺pa。可替代地，在某些情况下，可以考虑可借助于增材制造进行加工的金属材料。

32、从磨损抑制和/或润滑的角度来看，对于一些应用情况来说，使用填充有固体颗粒(例如金属或陶瓷颗粒，还可能包括轴承金属颗粒，例如轴承青铜)的塑料也是有吸引力的。可替代地，填充有固体润滑剂颗粒(例如mos2颗粒)的塑料也是有吸引力的。

33、可选地，套筒——优选地从径向方向看——由几个不同的材料层制成。例如，套筒内表面上的最外层可以是磨损保护层，随后向内例如是粘合促进剂层。

34、如果定子衬套的内圆周表面具有与定子衬套的包络面的横截面相对应的多边形横截面，则定子衬套在定子管中的抗扭转紧固是特别简单和可靠的。可替代地，也可以想到将定子用螺钉固定到相邻部件上。

35、如果润滑剂理想地通过穿过套筒壁的扩散或压缩而从套筒的外周表面供应至内周表面，则这是特别有利的。这对于使用3d打印制造的塑料套筒尤其有用。尤其是利用3d打印或增材制造，可以非常精确地控制套筒的局部孔隙率。可以在套筒壁中待润滑的位置或区域处提供孔隙，这些孔隙的尺寸被设计成使得润滑剂可以通过孔隙从外向内被推入，而待泵送的流体在很大程度上不会经由孔隙从内向外被排出。后者可能是归因于孔隙大小和/或反压力，润滑剂利用该反压力从外部被带到套筒。

36、特别优选的实施方式具有优选地在其外周表面被紧固的套筒，该套筒具有传感器，该传感器优选地用于监测套筒的局部轮廓精度、变形和/或温度。通常在不同的、彼此间隔开的位置处提供多个这样的传感器。

37、作为独立的主权利要求，而且也作为已经提出的权利要求的进一步变型，如果支撑结构被设计成使得其产生温度补偿，从而由套筒形成的螺杆通道在支撑结构受热的情况下不变窄或仅较小地变窄，则是特别有利的。这意味着，尽管支撑结构支撑在定子管中，但支撑结构在任何情况下都设计为，使得其不会或不会显著阻碍由套筒的温度增加引起的套筒沿径向向外方向的膨胀，从而使得套筒能够表现为或基本上表现为不受膨胀限制(dehnungsbehinderung)的管，已知管的净内径在加热时增加。

38、还要求对权利要求中描述的用于生产偏心螺杆泵的形成螺杆通道的定子衬套20的方法进行独立保护。其特征在于，借助于添加的材料覆盖层(materialauftrag)(优选地沿径向方向从内向外推进)使套筒成型。套筒形成螺杆通道。套筒的外周表面优选地一体地合并或一体地打印到形成空腔的支撑单元中，其优选地也通过添加的材料覆盖层而成型。

39、可替代地，套筒以传统非打印的方式通过成形和/或成型来生产，并且打印所述支撑单元，所述支撑单元在此可以可选地如本发明的上下文中所描述的那样设计。

40、在此，套筒可以由几种不同的材料分层打印，其中径向最内层优选地使用与钢相比滑动摩擦系数比其他用于打印的材料更低的材料。

41、可选地，存在以下可能性：对于界定支撑单元的壁，使用与用于打印套筒的材料完全不同、大部分不同或基本不同的材料。

42、进一步的设计方案选项、操作模式和优点源自随后根据附图对实施例的描述。