HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Spritzgussform zur Herstellung einer Rotoreinheit für eine Exzenterschneckenpumpe.

Die Erfindung betrifft ferner eine Rotoreinheit, eine Statoreinheit und eine Exzenterschneckenpumpe.

2. Beschreibung des Standes der Technik Exzenterschneckenpumpen werden in verschiedenen Industriebereichen, insbesondere in der automatisierten Fabrikation, verwendet, um genau definierte Mengen eines zu dosierenden Mediums, wie beispielsweise einem Klebstoff, auszutragen.

Exzenterschneckenpumpen umfassen dazu einen sogenannten Stator, dessen Innenwand ähnlich einem Innengewinde einer zweigängigen Gewindemutter gewellt ist. In diesem Stator ist ein wendeiförmiger Rotor drehbar aufgenommen. Der wendeiförmige Rotor und die Innenwand des Stators sind dabei so aneinander angepasst, dass zwischen dem Rotor und dem Stator abgeschlossene, taschenartig umlaufende Hohlräume verbleiben, die sich bei einer Drehung des Rotors gegenüber dem Stator in einer Längsrichtung des Stators bewegen. Durch Drehen des Rotors kann so ein zu dosierendes Medium durch das Zu- sammenspiel des Rotors mit dem Stator nach dem Endloskolbenprinzip gefördert werden.

Das Fördervolumen pro Zeiteinheit ist dabei außer von der Drehzahl des Rotors gegenüber dem Stator insbesondere von den Geometrien des Rotors und des Stators, insbesondere deren Abmessungen, der Steigung der Wendelform und deren Durchmesser sowie der Exzentrizität des Rotors, abhängig. Mit derartigen Exzenterschneckenpumpen können Dosiervorgänge hochpräzise mit einer hohen Wiederholgenauigkeit durchgeführt werden.

Im Betrieb einer Exzenterschneckenpumpe vollführt der Rotor eine exzentrische Bewegung um eine Mitteldrehachse, welche dem Rotor durch die gewindeförmige Innenwandung des Stators aufgeprägt wird.

Da typischerweise der wendeiförmige Rotor angetrieben wird, muss zwischen dem wen- delförmigen Rotor und einem entsprechenden Antriebsteil eine flexible Kopplung vorgesehen werden. Da also der Rotor (sowie im Übrigen auch der Stator) mehrteilig aufgebaut sind, wird im Folgenden von einer Rotoreinheit und einer Statoreinheit gesprochen, obwohl in der Fachsprache üblicherweise verkürzt von Rotor und Stator die Rede ist.

Bei bisher bekannten Exzenterschneckenpumpen umfasst die Rotoreinheit typischerweise einen metallischen oder keramischen wendeiförmigen Rotorabschnitt sowie eine ebenfalls metallische oder keramische Antriebswelle. Zwischen dem metallischen Rotorabschnitt und der metallischen Antriebswelle ist dann entweder eine flexible verformbare Welle oder ein Gelenk vorgesehen, um die exzentrische Bewegung des Rotorabschnitts zu ermöglichen. Eine solche Rotoreinheit ist beispielsweise aus der DE 20 2007 018 923 U1 bekannt.

Darüber hinaus ist in der DE 20 2020 005 671 U1 eine Rotoreinheit beschrieben, bei welcher die flexibel verformbare Flexwelle aus einem Stahlseil gefertigt ist, deren Ende in der Antriebswelle der Rotoreinheit derart aufgenommen ist, dass zwischen der Antriebswelle und dem Stahlseil ein Spalt verbleibt, welcher eine Radialbewegung der Flexwelle innerhalb der Antriebswelle ermöglicht und mit einem elastischen Material ausgefüllt ist. Obwohl eine derartige Rotoreinheit für viele Anwendungsfälle gut geeignet scheint, ist diese Rotoreinheit doch aufwändig in der Herstellung und der Spalt um das Stahlseil stellt eine Schwachstelle der Konstruktion dar.

Eine weitere Rotoreinheit ist aus der DE 198 13 999 C1 aus dem Jahre 1999 bekannt. Im Gegensatz zu den heute üblichen mehrteiligen Rotoreinheiten aus Metall wurde diese im Spritzgussverfahren einstückig aus einem Kunststoff gefertigt. Es hat sich aber wohl gezeigt, dass die dort vorgeschlagenen Rotoreinheiten aus Kunststoff nicht die gewünschte Dosierpräzision und Haltbarkeit erreichten. Denn insgesamt existieren am Markt derzeit keine Rotoreinheiten aus Kunststoff für hochpräzise Exzenterschneckenpumpen.

Es hat sich ferner gezeigt, dass die bisher bei hochpräzisen Exzenterschneckenpumpen eingesetzten mehrteiligen Rotoreinheiten mit einem metallischen Rotorabschnitt ebenfalls verschiedene Probleme aufweisen.

Insbesondere wirkt sich die zwischen dem ("vorderen") wendeiförmigen Rotorabschnitt und einem ("hinteren") Antriebsabschnitt gelegene Flexwelle aus einem anderen Material und deren Befestigung an dem Rotorabschnitt bzw. dem Antriebsabschnitt ungünstig vor allem auf die Ausgestaltung des Pumpeneinlaufs am Einlass des wendeiförmigen Rotorabschnitts in die Statoreinheit aus. Auch stellt der Materialübergang eine mögliche Bruchstelle dar, die entweder zu einem früheren Ausfall des Rotors führt oder bei der Herstellung besonders beachtet werden muss.

Darüber hinaus ist der aus Metall gefertigte wendeiförmige Rotorabschnitt aufwendig zu bearbeiten, um dessen Geometrie mit ausreichend hoher Genauigkeit festzulegen und um eine ausreichend hohe Oberflächenqualität bereitzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Rotoreinheit für eine Exzenterschneckenpumpe anzugeben, welches gegenüber dem damaligen Herstellungsverfahren verbessert ist. Insbesondere soll durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Rotoreinheit bereitgestellt werden, die es erlaubt, Exzenterschneckenpumpen mit besseren Dosiereigenschaften, insbesondere höherer Dosierpräzision als bisher, zu schaffen. Auch soll dabei der Aufwand zur Fertigung der Rotoreinheit reduziert werden.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Spritzgussform bereitzustellen, mit welcher sich eine solche Rotoreinheit herstellen lässt.

Schließlich sollen durch die vorliegende Erfindung auch eine Rotoreinheit, eine Statoreinheit und eine Exzenterschneckenpumpe angegeben werden, die hinsichtlich des Standes der Technik verbessert sind. Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer Rotoreinheit für eine Exzenterschneckenpumpe gelöst, bei dem a) die Rotoreinheit einen wendeiförmigen Rotorabschnitt aufweist, der eine Wirkoberfläche hat und dazu eingerichtet ist, mit der Wirkoberfläche mit einem Statorabschnitt der Exzenterschneckenpumpe zusammenzuarbeiten, und/oder b) die Rotoreinheit einen Wellendichtabschnitt aufweist, an dem die Rotoreinheit gegenüber einem Grundkörperbauteil der Exzenterschneckenpumpe drehbar und fluiddicht abgedichtet wird, mit folgenden Schritten: c) Bereitstellen einer Spritzgussform, die

- zumindest für den Bereich der Wirkoberfläche des wendeiförmigen Rotorabschnitts ein Rotorabschnitt-Formteil aufweist, das eine den wendelförmi- gen Rotorabschnitt einstückig umschließende Negativform umfasst, und/oder

- ein Wellendichtabschnitt-Formteil aufweist, welches eine den Wellendichtabschnitt der Rotoreinheit einstückig umschließende Negativform umfasst; c) Spritzgießen der Rotoreinheit in der Spritzgussform.

Die Erfinder haben erkannt, dass man eine verbesserte Rotoreinheit erhält, wenn man den wendeiförmigen Rotorabschnitt und/oder einen Wellendichtabschnitt direkt so herstellt, dass dessen Wirkoberfläche ausreichend glatt ist.

Bei einem üblichen Spritzgussverfahren werden Bauteile wie die Rotoreinheit in zwei Halbschalen gespritzt, deren Trennebene längs durch die Rotoreinheit verläuft, typischerweise meist so, dass die Mittellängsachse der Rotoreinheit in der Trennebene liegt. Dadurch kann die Rotoreinheit nach dem Spritzgießen durch einfaches Öffnen der beiden Halbschalen aus der Spritzgussform entnommen werden.

Die Erfinder haben nun aber erkannt, dass ein solches Herstellungsverfahren zur Herstellung von präziseren Rotoreinheiten ungeeignet ist. Denn die Trennebene der beiden Halbschalen bildet sich quasi zwingend als Trennlinie, meist in Form einer kleinen Unebenheit und/oder eines Grats, auf der Oberfläche der Rotoreinheit ab. Selbst bei sehr präzise gefertigten Spritzgussformen ist dies der Fall.

Die Erfinder haben weiter erkannt, dass sich diese Trennlinie im Bereich des wendelförmi- gen Rotorabschnitts negativ auf die Dosierpräzision einer Exzenterschneckenpumpe mit einer solchen Rotoreinheit auswirkt und dies vermutlich der Grund ist, warum sich die aus Rotoreinheiten aus der DE 198 13 999 C1 bekannten Kunststoff-Spritzguss bis heute nicht etabliert haben.

Eine Trennlinien-Nachbearbeitung, beispielsweise in einer Fräs- oder Schleifmaschine, mit der die Trennlinie im Bereich der Wirkoberfläche entfernt wird, hilft hier auch nur bedingt. Denn zum einen ist die Trennlinien-Nachbearbeitung auch aufgrund der Wendelform des Rotorabschnitts aufwendig. Zum anderen kann durch eine Nachbearbeitung zwar die Oberfläche geglättet werden, die geometrischen Abmessungen des wendeiförmigen Rotorabschnitts werden durch die Nachbearbeitung jedoch eher ungenauer.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren umfasst daher eine Spritzgussform, die zumindest für den Bereich der Wirkoberfläche des wendeiförmigen Rotorabschnitts ein Rotorabschnittformteil aufweist, das eine den wendeiförmigen Rotorabschnitt einstückig umschließende Negativform umfasst. Die Wirkoberfläche des wendeiförmigen Rotorabschnitts wird dadurch trennlinienfrei erzeugt. Insbesondere kann so eine Nachbearbeitung zum Entfernen der Trennlinie entfallen.

Die Erfinder haben also erkannt, dass es trotz der Anforderungen an hochpräzise Exzenterschneckenpumpen möglich ist, von der üblichen dreiteiligen Ausgestaltung der Rotorein- heit abzuweichen und diese einstückig auszugestalten. Insbesondere kann die Rotoreinheit als einstückiges Spritzgussbauteil hergestellt werden, sodass sich der Herstellungsprozess im Wesentlichen auf einen einschrittigen Herstellungsprozess reduziert.

Die Rotoreinheit kann aus Thermoplasten, Duroplasten und/oder Elastomeren hergestellt werden.

Vorzugsweise wird die Rotoreinheit kann aus einem Polymer, insbesondere einem Polymergemisch, hergestellt.

Das Material der Rotoreinheit kann also eines oder mehrere Materialien aus der folgenden Gruppe umfassen: PTFE, ETFE, PFA, FEP, PVDF, PE-UHMW, PPA, PEI, PAI, PEK, PEEK, PAEK, PEKEKK, LCP, PI, PBI, PPS, PSU, PES, POM, PU, UP-Harze, EP-Harze, FEPM, FKM, FFKM, EPDM, HNBR, CSM, PUR, Silikon, TPU, TPE-A, TPE-O, TPE-E.

Vorteilhaft können über die verwendeten Polymere, Polymergemische und deren Zusammensetzung chemische und physikalische Eigenschaften der Rotoreinheit, wie beispielsweise Chemikalienbeständigkeit, Abrasionsbeständigkeit, Gleitreibungsverhalten, Elastizität usw., auf das jeweilige Dosiermedium angepasst, insbesondere daraufhin optimiert, werden.

Insbesondere können die Materialien der Rotoreinheit dahingehend ausgewählt werden, dass je nach Anwendungsfall eine bestimmte oder mehrere Normen erfüllt werden. Bei medizinische Normen, wie beispielsweise FDA, Pharmacopoeia, 3A Sanitary optional, KTW, soll meist verhindert werden, dass aus den Rotoreinheiten Schadstoffe in die zu dosierenden Medien gelangen.

Zudem ist aufgrund des Polymermaterials der Rotoreinheit beim Laufen die Wärmeübertragung vom Rotorabschnitt auf den Gummi des Statorabschnitts geringer, wodurch auch entsprechende Wärmeausdehnungen reduziert sind. Dadurch ist eine exaktere Dosierung möglich bzw. sind Schwankungen in der Dosiergenauigkeit geringer. Auch der Verschleiß des Gummis in der Statoreinheit wird reduziert. Vorteilhaft kann das Material der Rotoreinheit so gewählt werden, dass eine möglichst geringe Reibung gegenüber dem Material der Statoreinheit, beispielsweise ein Elastomer, erreicht wird. Die Materialpaarung von Rotoreinheit und Statoreinheit kann also reibungsoptimiert ausgewählt werden.

Durch die Verwendung einer Kunststoff-Rotoreinheit, kann vorteilhaft also ein tribologisch optimiertes Gemisch (Compound) verwendet werden. Zusätzlich kann auch ein Compoundblend aus zwei oder mehreren Polymeren die Abrasionsbeständigkeit weiter verbessern.

Vorteilhaft können die einzelnen Polymere und/oder Polymergemische mit einem Additiv dotiert werden, das zur Verbesserung der abrasiven und tribologischen Eigenschaften dient. Vorzugsweise wird ein derartiges Additiv mit 1 -30 Gewichtsprozent den Polymeren und/oder Polymergemischen beigemischt. Es können sowohl einzelne Additive, aber auch mehrere zugesetzt werden, jeweils in einem Mischungsverhältnis von 1 -30 Gewichtsprozent bezogen auf die Polymermasse.

Durch ein geeignetes Additiv, insbesondere ein nanoskaliges Additiv, welches durch Abrasion aus der Rotoreinheit extrahiert wird, bilden sich ständig erneuernde Rollkörper zwischen dem Rotorabschnitt und dem Statorabschnitt, die als Zwischenschicht im tribologischen Kontaktbereich wirken. Dadurch reduziert sich der Reibkoeffizient, insbesondere auch dauerhaft, wodurch sich der Verschleiß an der Rotoreinheit aber vor allem auch der Höhenverschleiß am korrespondierenden Stator-Elastomer reduziert.

Das verwendete Additiv kann eines oder mehrere aus der folgenden Gruppe umfassen: TiC, TiO2, CNT, MWCNT, Pyrogenes Siliciumdioxid, Schichtsilikate, Molybdänsulfid, PTFE, Graphit, Carbon Black, AI(OH)3, BaSO4, UH-PE, AI2O3, Bornitrid, Aramid, Silane, Calciumoxid, Magnesiumoxid, Polyolester, Stearate,

Obwohl gerade die einfache Fertigung in einem einzigen Spritzgussschritt große Vorteile bietet, kann die erfindungsgemäße Kunststoff-Rotoreinheit nachträglich mit DLC, ta-C, keramische Beschichtungen oder anderen Beschichtungen beschichtet werden. Dadurch kann beispielsweise ein Verschleißschutz erreicht oder die Lebensdauer erhöht werden. Aufgrund des Kunststoff-Spritzgussverfahrens ist die Rotoreinheit auch metallionenfrei, sodass keine Verschleppung von inhibierenden Metallverbindungen stattfindet.

Der Außendurchmesser des wendeiförmigen Rotorabschnitts kann 1 mm bis 50 mm betragen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der wendeiförmige Rotorabschnitt durch eine Schraubbewegung aus dem Rotorabschnitt-Formteil entnommen wird.

Durch diese Kombination von Dreh- und Linearbewegung lässt sich die Rotoreinheit trotz der Wendelform des Rotorabschnitts aus der vollständig umschließenden Negativform entnehmen. Es kommt dabei nicht darauf an ob das Rotorabschnitt-Formteil von der Rotoreinheit abgeschraubt oder ob die Rotoreinheit aus der dem Rotorabschnitt-Formteil herausgeschraubt wird.

Eine solche Schraubbewegung zur Entnahme der Rotoreinheit aus der Spritzgussform ist ungewöhnlich und im Vergleich zum Öffnen von Halbschalen-Formteilen aufwändig. Eine nachträgliche Bearbeitung wäre jedoch deutlich schwieriger.

Zwar wäre denkbar, das Rotorabschnitt-Formteil als verlorene Form auszugestalten, die zur Entnahme des Bauteils zerstört wird. Aufgrund der Anforderungen an die Oberflächengüte des wendeiförmigen Rotorabschnitts wäre dies jedoch keine wirtschaftlich sinnvolle Lösung. Durch die Schraubbewegung kann das Rotorabschnitt-Formteil stattdessen mehrfach verwendet werden.

Die Erfinder haben auch erkannt, dass sich das Prinzip einer trennlinienfreien Herstellung auch bei einer Rotoreinheit anwenden lässt, die einen Wellendichtabschnitt aufweist, an dem die Rotoreinheit gegenüber einem Grundkörperbauteil der Exzenterschneckenpumpe drehbar und fluiddicht abgedichtet wird, sodass die Spritzgussform ein Wellendichtabschnitt-Formteil aufweist, welches eine den Wellendichtabschnitt der Rotoreinheit einstückig umschließende Negativform umfasst.

Eine Exzenterschneckenpumpe weist immer einen Pumpenzulaufraum auf, durch welchen sich die Rotoreinheit erstreckt. Auf der einen Seite des Pumpenzulaufraumes befindet sich die Statoreinheit und auf der anderen Seite ist der Antriebsbereich für die Rotoreinheit angeordnet. Zur Statoreinheit hin tritt das zu dosierende Medium aus dem Pumpenzulaufraum aus. Zur Antriebsseite hin muss der Pumpenzulaufraum jedoch abgedichtet sein.

Dazu läuft die Rotoreinheit mit dem Wellendichtabschnitt beispielsweise in einer Ringdichtung um. Auch hier hat sich gezeigt, dass ein trennlinienfreier Wellendichtabschnitt vorteilhaft ist, da dadurch eine bessere Dichtwirkung erreicht werden kann.

Zudem kann an die Kontaktfläche zwischen dem Wellendichtabschnitt und der Dichtung durch geeignete Triboadditive benetzt werden. Diese Triboadditive bauen einen permanenten Schmierfilm auf und reduzieren den Reibwiderstand auch im Bereich des Wellendichtabschnitts und erhöhen so die Standzeit der Rotoreinheit bzw. auch der Exzenterschneckenpumpe insgesamt. Bei Metallwellen ist eine Benetzung mit Triboadditiven technisch nicht möglich und es entstehen im Bereich der Dichtungen schnell Einlaufvertiefungen.

Erfindungsgemäß kann also im Spritzgussverfahren eine Rotoreinheit hergestellt werden, bei welcher entweder der wendeiförmige Rotorabschnitt oder der Wellendichtabschnitt aber auch beide zugleich trennlinienfrei ausgebildet sind.

Vorzugsweise ist weiter vorgesehen, dass die Rotoreinheit einen Flexwellenabschnitt aufweist, der zwischen dem Wellendichtabschnitt und dem wendeiförmigen Rotorabschnitt angeordnet ist und eine radial Bewegung des wendeiförmigen Rotorabschnitts gegenüber dem Wellendichtabschnitt ermöglicht, und dass die Spritzgussform ein Flexwellenab- schnitt-Formteil aufweist, welches eine den Flexwellenabschnitt umschließende Negativform umfasst.

Im Gegensatz zu dem Rotorabschnitt-Formteil muss die Negativform des Flexwellenab- schnitt-Formteils den Flexwellenabschnitt nicht einstückig umschließen. Denn es kann in gewohnter Art und Weise eine Trennebene beispielsweise in Längsrichtung aufweisen.

Das Flexwellenabschnitt-Formteil kann für den Flexwellenabschnitt einen kleineren Querschnitt als für den Querschnitt eines anderen Abschnitts der Rotoreinheit, insbesondere des wendeiförmigen Rotorabschnitts, vorgeben. Denn durch eine entsprechende Verjüngung im Bereich des Flexwellenabschnitts kann die für die exzentrische Bewegung des Rotorabschnitts notwendige Flexibilität der Rotoreinheit erreicht werden.

Der Übergang zwischen dem Flexwellenabschnitt und dessen benachbarten Abschnitten kann kontinuierlich erfolgen, beispielsweise durch eine konische Verjüngung und eine konische Verdickung. Konstruktionsbedingt wird dadurch ein flacher, gleichbleibender Auslenkwinkel zum wendeiförmigen Rotorabschnitt erreicht. Im Gegensatz dazu hat eine mehrteilige Rotoreinheit mit Kardangelenken zwei eindeutige Knickstellen. Ähnliches gilt für mehrteilige Rotoreinheiten mit Flexwellen aufgrund der Anschlussköpfe der Flexwellen.

Durch geeignete Auswahl des Länge-Durchmesser-Verhältnis des Flexwellenabschnitts kann sowohl die Flexibilität als auch die Elastizität beeinflusst werden. Der Durchmesser des Flexwellenabschnitts der Rotoreinheit kann 1 mm bis 30 mm betragen. Die Exzentrische Auslenkung kann 0,05 mm bis 30 mm betragen.

Zusätzlich zu den geometrischen Werten, kann die Flexibilität und die Elastizität des Flexwellenabschnitts durch eine Änderung des verwendeten Polymers geändert werden.

Die Flexibilität eines Flexwellenabschnitts der Rotoreinheit kann daher auch dadurch erreicht werden, dass sich die Materialeigenschaften der einstückigen Rotoreinheit an dem Flexwellenabschnitt von anderen Abschnitten unterscheidet.

Dies kann beispielsweise durch ein Mehrkomponenten-Spritzgießen erreicht werden. Dabei wird während des Spritzgießens der einstückigen Rotoreinheit die Zusammensetzung des Einspritzmaterials geändert. So kann der Flexwellenabschnitt mit einem flexibleren Material erzeugt werden als andere Abschnitte der Rotoreinheit.

In diesem Fall muss der Querschnitt des Flexwellenabschnitts nicht verjüngt werden, wodurch das Volumen der Pumpeneinlaufkammer nicht unnötigerweise vergrößert werden muss.

Vorzugsweise ist daher vorgesehen, dass die Rotoreinheit als einstückiges Kunststoffspritzgussbauteil in einem Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren gegossen wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Grundmaterial der Rotoreinheit in zumindest einem Abschnitt nachträglich einem Bearbeitungsschritt zu unterziehen, der dort die Materialeigenschaften verändert, wie beispielsweise Dotieren, Plasmabehandeln oder Ähnliches.

Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass der der flexible Wellenabschnitt eine höhere Flexibilität als der Antriebswellenabschnitt und/oder der wendeiförmige Rotorabschnitt hat.

Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass der Flexwellenabschnitt mit einem unrunden, insbesondere polygonalen, vorzugsweise hexagonalen, Querschnitt erzeugt wird.

Ein unrunder Querschnitt am Flexwellenabschnitt der Rotoreinheit bewirkt eine Rührbewegung in der Pumpenzulaufkammer der Exzenterschnecke. Dies kann bei bestimmten Dosiermedien vorteilhaft sein, um deren Viskosität aufrecht zu erhalten oder eine bessere Homogenisierung des Mediums zu erreichen. Auch kann es verhindern, dass sich Dosiermedium dauerhaft im Inneren der Zulaufkammer und/oder an dem Flexwellenabschnitt absetzt. Ein unrunder Querschnitt lässt im Zusammenspiel mit der radialen Exzenterbewegung gegebenenfalls anhaftendes Dosiermedium besser "abplatzen".

Auch eine Verdickung vor dem wendeiförmigen Rotorabschnitt kann eine laminare Strömung des zu dosierenden Mediums unterbrechen und eine bessere Homogenisierung erreichen. Dazu kann ein speziell ausgebildeter Pumpeneinlaufabschnitt an der Rotoreinheit vorgesehen werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Rotoreinheit einen Antriebsabschnitt aufweist, der dazu eingerichtet ist, mit einem Antrieb der Exzenterschneckenpumpe gekoppelt und von diesem drehend angetrieben zu werden, wobei der Antriebsabschnitt eine Lagerfläche aufweist, an welcher die Rotoreinheit in der Exzenterschneckenpumpe drehbar gelagert wird, und dass die Spritzgussform ein Lagerabschnittformteil aufweist, welches eine den Antriebsabschnitt der Rotoreinheit umschließende Negativform umfasst.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Antriebswellenabschnitt einen Mitnehmer umfasst, über welchen die Rotoreinheit formschlüssig in einer Drehbewegung angetrieben werden kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Flexwellenabschnitt derart ausgestaltet ist, dass der wendeiförmige Rotorabschnitt eine Exzenterbewegung mit einer Amplitude von mindestens 5%- 10% des Durchmessers des Rotorabschnitts gegenüber einer durch den Antriebswellenabschnitt definierten Mittelachse ausführen kann.

Dies kann beispielsweise durch eine Anpassung der Geometrie der Rotoreinheit, insbesondere durch beispielsweise den Durchmesser oder die Länge des Flexwellenabschnitts erreicht werden.

Bei den bisher oft dreiteilig aufgebauten Rotoreinheiten existiert aus mechanischen Gründen am Übergang zwischen dem vorderen Rotorbauteil und dem Flexwellenbauteil eine Verdickung, welche einen Materialfluss in den Einlauf der Statoreinheit behindert.

Vorzugsweise ist daher vorgesehen, dass die Rotoreinheit zwischen dem Flexwellenabschnitt und dem wendeiförmigen Rotorabschnitt einen Übergangsabschnitt aufweist, der einen maximalen Durchmesser hat, der kleiner ist als ein maximaler Durchmesser des wen- delförmigen Rotorabschnitts.

Im Hinblick auf die Spritzgussform wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch eine Spritzgussform zur Herstellung einer Rotoreinheit für eine Exzenterschneckenpumpe, wobei die Rotoreinheit einen wendeiförmigen Rotorabschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzgussform zumindest für den Bereich der Wirkoberfläche des wendeiförmigen Rotorabschnitts ein Rotorabschnittformteil aufweist, welches eine den wendelförmi- gen Rotorabschnitt einstückig umschließende Negativform umfasst.

Eine solche Spritzgussform lässt sich verwenden, um die erfindungsgemäße Rotoreinheit mit einem wendeiförmigen Rotorabschnitt, der ohne Nachbearbeitung trennlinienfrei ist, zu erzeugen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Spritzgussform eines der zusätzlichen Formteile aufweist, das oben in Bezug auf das Herstellungsverfahren erläutert wurde bzw. in den Ansprüchen 2 bis 8 aufgeführt ist. Im Hinblick auf die Rotoreinheit wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch eine Rotoreinheit für eine Exzenterschneckenpumpe, mit einem wendeiförmigen Rotorabschnitt, der eine Wirkoberfläche hat und dazu eingerichtet ist mit der Wirkoberfläche mit einem Statorabschnitt der Exzenterschneckenpumpe zusammenzuarbeiten, wobei der wendeiförmige Rotorabschnitt als einstückiges Spritzgussteil ausgebildet ist, wobei die Wirkoberfläche des wendeiförmigen Rotorabschnitts trennlinienfrei ohne Trennlinien- Nachbearbeitungsbereiche ausgebildet ist.

Eine solche Rotoreinheit ist für Exzenterschneckenpumpen zur hochpräzisen Dosierung geeignet. Insbesondere kann man durch eine Untersuchung der Wirkoberfläche des wen- delförmigen Rotorabschnitts erkennen, dass diese trennlinienfrei in einem Spritzgussverfahren mit einer einstückig umschließenden Negativform erzeugt wurde.

Die erfindungsgemäße gefertigte, einstückige Rotoreinheit steigert sogar die Dosiergenauigkeit gegenüber bekannten mehrteiligen Rotoreinheiten. Denn die Erfinder haben erkannt, dass die Kardangelenke, Stahlseile oder flexiblen Federn der mehrteiligen Rotoreinheiten bauartbedingt ein intrinsisches Spiel bewirken, welches die Dosiergenauigkeit verschlechtert. Bei Flexwellen mit Federn wird durch den aufgebauten Systemdruck der Exzenterschneckenpumpe die Federn axial gezogen oder zusammengedrückt, entsprechend der Förderrichtung. Zusätzlich wird durch das eingebrachte Drehmoment die Feder drehrichtungsabhängig gestaucht oder gezogen. Dadurch entsteht ein Schleppfehler bezüglich des Drehwinkels, welcher sich negativ auf die Dosiergenauigkeit auswirkt. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Rotoreinheit nicht der Fall.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Rotoreinheit einen Wellendichtabschnitt aufweist, an dem die Rotoreinheit gegenüber einem Grundkörperbauteil der Exzenterschneckenpumpe drehbar und fluiddicht abgedichtet wird, und dass der Wellendichtabschnitt trennlinienfrei ohne Trennlinien-Nachbearbeitungsbereiche ausgebildet ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Rotoreinheit einen der zusätzlichen Abschnitte aufweist, die oben in Bezug auf das Herstellungsverfahren erläutert wurden bzw. in den Ansprüchen 2 bis 8 aufgeführt sind. Im Hinblick auf die Statoreinheit wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch eine Statoreinheit für eine Exzenterschneckenpumpe, mit einem hülsenförmigen Grundkörper und einem in dem hülsenförmigen Grundkörper liegenden Statorabschnitt, der dazu eingerichtet ist, einen wendeiförmigen Rotorabschnitt einer Rotoreinheit aufzunehmen, wobei der hülsenförmige Grundkörper im Spritzgussverfahren einstückig aus Kunststoff hergestellt ist, wobei der hülsenförmige Grundkörper eine einstückig angeformte, radial auskragende Verriegelungsnase aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Statoreinheit gegen Verdrehung innerhalb der Exzenterschneckenpumpe zu sichern, und/oder der hülsenförmige Grundkörper eine Innenwandung mit einstückig angeformten Anhafterhebungen aufweist.

Die Anhafterhebungen können der Innenwandung zumindest abschnittsweise eine Rauheit mit einem Mittenrauwert von mindestens Ra = 0,4 pm aufprägen. Insbesondere kann der Mittenrauwert zwischen Ra = 0,4 pm und Ra = 6,5 pm liegen.

In die Hülse einer solchen Statoreinheit lässt sich der Statorabschnitt aus Gummi besonders gut anformen. Ein Zwischenschritt zum Aufrauen der Innenwandung wie z.B. Sandstrahlen, Schleifen, Kratzen, Aktivieren kann dadurch entfallen.

Im Hinblick auf die Exzenterschneckenpumpe wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch eine Exzenterschneckenpumpe mit einer Rotoreinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 12 und/oder einer Statoreinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 13.

Da die bewegte Masse einer polymeren Rotoreinheit deutlich geringer im Vergleich zu mehrteiligen Versionen aus Metall ist, kann die Exzenterschneckenpumpe in Bezug auf Antriebleistung, Lagerauslegung und/oder Pumpenkörpergröße kleiner und/oder leichter ausgelegt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Figur 1 einen Longitudinalschnitt durch eine erfindungsgemäße Exzenterpumpe; Figur 2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Rotoreinheit zur Verwendung der in Figur 1 gezeigten Exzenterschneckenpumpe;

Figur 3 eine Seitenansicht der Rotoreinheit aus Figur 2;

Figur 4 eine perspektivische Ansicht die Rotoreinheit aus den Figuren 2 und 3 in einer nur schematisch dargestellten Gussform zur Herstellung der Rotoreinheit;

Figur 5a eine Draufsicht auf eine Hülse einer Statoreinheit zur Verwendung in der in Figur 1 gezeigten Exzenterschneckenpumpe;

Figur 5b eine Seitenansicht der Hülse;

Figur 5c einen Longitudinalschnitt der Hülse entlang der in Figur 5a gezeigten Schnittlinie A-A;

Figur 5d einen Querschnitt der Hülse entlang der in Figur 5b gezeigten Schnittlinie B-B;

Figur 6 eine perspektivische Ansicht der Hülse.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Figur 1 zeigt schematisch eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehene Exzenterschneckenpumpe.

Die Exzenterschneckenpumpe 10 weist zunächst ein Grundkörper 12 auf, in welchem ein Pumpenzufuhrraum 14 angeordnet ist. Der Pumpenzufuhrraum 14 kann über einen Einlass 15 mit auszutragendem Medium 17 beaufschlagt werden.

An ihrem ausgangseitigen Ende (Figur 1 oben) weist die Exzenterschneckenpumpe 10 weist eine Statoreinheit 16 auf, deren Details weiter unten mit Bezug auf die Figuren 5a-d sowie Figur 6 erläutert werden. Ein wesentliches Element der Statoreinheit 16 ist jedoch ein Statorabschnitt 18, der ähnlich wie ein zweigängiges Innengewinde geformt ist und in einen Durchtrittsraum der Statoreinheit 16 hineinragt.

Die Exzenterschneckenpumpe 10 umfasst ferner eine Rotoreinheit 20. Wie die Figuren 2 und 3 zeigen, ist die Rotoreinheit 20 ein längliches Bauteil, das im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist. Erfindungsgemäß ist die Rotoreinheit 20 dabei als einstückiges Kunststoffspritzgussteil gefertigt und zwar wie weiter unten noch erläutert wird in einem Schritt, ohne Nachbearbeitungsschritte.

Die Rotoreinheit 20 weist zunächst einen wendeiförmigen Rotorabschnitt 22 auf, welcher in die Statoreinheit 16 hineinragt. Die Form des wendeiförmigen Rotorabschnitt 22 sowie der Statorabschnitt 18 sind dabei über die halbe Steigung der Rotoreinheit derart aufeinander abgestimmt, dass sich zwischen den beiden Bauteilen kleine Taschen 24 bilden, in welchen das auszutragendes Medium 17 aufgenommen wird. Im Bereich des Statorabschnitts 18 wirkt der wendeiförmige Rotorabschnitt 22 mit seiner Mantelfläche 26 mit der Statoreinheit 16 zusammen.

Ferner weist die Rotoreinheit 20 einen Übergangsabschnitt 28 auf, der sich an den wendel- förmigen Rotorabschnitt 22 anschließt. Im zusammengesetzten Zustand der Exzenterschneckenpumpe 10 ist der Übergangsabschnitt 28 somit im Pumpenzufuhrraum 14 angeordnet.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel der Rotoreinheit 20 folgt im weiteren Anschluss auf den Übergangsabschnitt 28 ein Flexwellenabschnitt 30. Der wendeiförmige Rotorabschnitt 22 kann aber auch direkt mit dem Flexwellenabschnitt 30 verbunden sein.

Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich, hat der Flexwellenabschnitt 30 einen kleineren Querschnitt als hat der Übergangsabschnitt 28 bzw. der wendeiförmige Rotorabschnitt 22. Dadurch ist der Flexwellenabschnitt 30 flexibler als die übrigen Abschnitte der Rotoreinheit 20 und erlaubt dadurch eine Exzenterbewegung des wendeiförmigen Rotorabschnitts 22. Ferner weist der Flexwellenabschnitt 30 einen hexagonalen Querschnitt auf.

Die Rotoreinheit 20 weist ferner einen Wellendichtabschnitt 32 auf. Der Wellendichtabschnitt 32 schließt sich direkt oder indirekt an den Flexwellenabschnitt 30 an.

Am Wellendichtabschnitt 32 der Rotoreinheit 20 wird der Pumpenzufuhrraum 14, durch welchen sich die Rotoreinheit 20 hindurch erstreckt, gegenüber dem Grundkörper 12 flu- iddicht abgedichtet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegen daher am Wellendichtabschnitt 32 zwei (bedarfsweise auch drei oder mehr) Dichtringe 34 an, die eine fluiddichte aber drehbare Durchführung der Rotoreinheit 20 erlauben.

Schließlich weist die Rotoreinheit 20 noch einen Antriebsabschnitt 36 auf, der in Figur 1 unten liegend angeordnet ist.

Der Antriebsabschnitt 36 umfasst eine Lagerfläche 38, an welcher die Rotoreinheit 20 über ein Wälzlager 40 gegenüber dem Grundkörper 12 der Exzenterschneckenpumpe 10 gelagert ist. Dadurch wird die Rotoreinheit 20 auf eine Drehachse 42 fixiert.

Zudem weist der Antriebsabschnitt 36 am Übergang zum Wellendichtabschnitt 32 noch einen umlaufenden Flansch 37 als Anschlag auf, über welchen die axiale Position der Rotoreinheit 20 nach dem Einsetzen in die Exzenterschneckenpumpe 10 in Richtung des Antriebsabschnitts 36 festgelegt wird.

An seinem Ende weist der Antriebsabschnitt 36 noch eine Mitnahmestruktur hier in Form zweier Kreissegmentzähne 44 auf, mit welcher ein hier nicht gezeigter Antriebsmotor, meist ein Steppermotor, die Rotoreinheit 20 drehend antreibt.

Die Exzenterschneckenpumpe 10 arbeitet derart, dass durch die Drehung der Rotoreinheit 20 über den Antriebsmotor auch der wendeiförmige Rotorabschnitt 22 in Drehung versetzt wird. Diese führt dann dazu, dass die Taschen 24 mit dem auszutragenden Medium 17 vom Pumpenzufuhrraum 14 in Richtung Auslass der Statoreinheit 16 bewegen. Der flexiblere Flexwellenabschnitt 30 ermöglicht dem wendeiförmigen Rotorabschnitt 22 eine Exzenterbewegung um die Drehachse 42 zu vollführen, die durch das Zusammenwirken der Wendelform des Rotorabschnitts 22 und der Statoreinheit 16 bedingt wird.

Die erfindungsgemäße Rotoreinheit 20 wird in einem Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellt, das nachfolgend vor allem anhand der Figur 4 erläutert wird.

Figur 4 zeigt die Rotoreinheit 20 in einer perspektivischen Ansicht innerhalb einer schematisch dargestellten Spritzgussform 50, die mehrere Formteile 52, 54, 56a, 56b, 58 und 60a, 60b umfasst. Das für die vorliegende Erfindung relevanteste Formteil ist das Rotorabschnitt-Formteil 52, in welchem der wendeiförmige Rotorabschnitt 22 gegossen wird. Das Rotorabschnitt- Formteil 52 umschließt den wendeiförmigen Rotorabschnitt 22 einstückig. D.h. insbesondere, dass am Rotorabschnitt 22 keine Trennebene zwischen zwei Halbschalen-Formteilen angeordnet ist.

Die Spritzgussform 50 ist daher dahingehend speziell ausgeführt, dass wie durch den Rotationspfeil 62 in Figur 4 angedeutet, das Rotorabschnitt-Formteil 52 nach dem Spritzgussvorgang durch eine kombinierte Dreh- und Linearbewegung (wie ein Korken von einem Korkenzieher) von dem wendeiförmigen Rotorabschnitt heruntergeschraubt wird, um die Rotoreinheit 20 aus der Spritzgussform zu entnehmen.

Als nächstes Formteil weist die Spritzgussform 50 ein Übergangsabschnitt-Formteil 54 auf, in welchem der Übergangsabschnitt 28 gegossen wird. Auch das Übergangsabschnitt- Formteil 54 ist hier als einstückig umschließend gezeigt. Der Übergangsabschnitt 28 muss jedoch nicht zwingend trennlinienfrei ausgestaltet sein, sodass hier auch in bekannter Weise zwei Halbschalen-Formteile zum Einsatz kommen können.

Die Spritzgussform 50 weist ferner zwei Flexwellenabschnitt-Formteile 56a, 56b auf, die an einer Trennebene 64 aneinander anliegen und den Flexwellenabschnitt 30 formen.

An den Flexwellenabschnitt-Formteilen 56a, 56b befindet sich meist auch eine zentrale Einspritzöffnung, die hier nicht gezeigt ist. Diese kann aber auch am Übergangsabschnitt- Formteil 54 angeordnet sein.

Ist das Übergangsabschnitt-Formteil 54 wie erläutert ebenfalls als Halbschalen-Formteil ausgebildet, so können die entsprechenden Halbschaltenteile mit den Flexwellenabschnitt-Formteilen 56a, 56b zusammengefasst sein.

Als weiteres Element weist die Spritzgussform 50 ein Wellendichtabschnitt-Formteil 58 auf, welches den Wellendichtabschnitt 32 der Rotoreinheit 20 einstückig umschließt. Dadurch wird der Wellendichtabschnitt 32 trennlinienfrei gegossen. Schließlich weist die Spritzgussform 50 noch zwei Antriebsabschnitt-Formteile 60a, 60b auf, die als Halbschalen-Formteile den Antriebsabschnitt 36 formen.

Nach dem Füllvorgang des Spritzgießens wird die Rotoreinheit 20 vorzugsweise in einer Reihenfolge aus der Spritzgussform 50 entfernt, wonach das Rotorabschnitt-Formteil 52 vor den beiden Flexwellenabschnitt-Formteilen 56a, 56b abgeschraubt wird, die anschließend seitlich auseinander genommen werden können. Nach dem Entfernen der beiden Flexwellenabschnitt-Formteile 56a, 56b wird dann das Wellendichtabschnitt-Formteil 58 in Richtung des distalen Endes der Rotoreinheit 20 abgezogen. Bezüglich der Antriebsabschnitt-Formteile 60a, 60b ist die Reihenfolge beliebig, da diese erst am Schluss aber auch zu irgendeinem anderen Zeitpunkt unabhängig von den anderen Formteilen entfernt werden können.

In den Figuren 5a bis 5d sowie Figur 6 ist eine erfindungsgemäße Statoreinheit 16 gezeigt.

Die Statoreinheit 16 umfasst eine meist zylindrische Hülse 70 als Grundkörper in deren Inneren der Statorabschnitt 18 (vgl. Figur 1) angeordnet ist. Der Statorabschnitt 18 ist typischerweise aus einem Gummi, insbesondere einer Gummimischung, gefertigt und wirkt mit dem wendeiförmigen Rotorabschnitt 22 der Rotoreinheit 20 wie oben erläutert zusammen, um die Pumpwirkung der Exzenterschneckenpumpe 10 zu erzeugen.

Die Hülse 70 der Statoreinheit 16 ist nun erfindungsgemäß als einstückiges Kunststoff- Spritzgussbauteil ausgeführt. Dies ermöglicht eine besondere Formgebung der Hülse 70.

So weist die Hülse 70 der Statoreinheit 16 eine einstückig angeformte, radial auskragende Verriegelungsnase 72 auf, die dazu eingerichtet ist, in eine Ausnehmung im Gehäuse 12 der Exzenterschneckenpumpe 10 einzugreifen (vgl. Figur 1). Dadurch wird die eingesetzte Statoreinheit 16 gegen Verdrehung innerhalb der Exzenterschneckenpumpe 10 gesichert.

Darüber hinaus weist die Hülse 70 an ihrer Innenwandung 74 eine Riffelung 76 als angeformte Anhafterhebungen auf. Die Riffelung 76 sorgt so für eine Rauheit mit einem Mittenrauwert von mindestens Ra = 0,4 an der Innenwandung 74 der Hülse 70. Durch die Anhafterhebungen kann der Statorabschnitt 18 aus Gummi nach dem Spritzgießen direkt ohne einen weiteren Oberflächenbearbeitungsschritt an der Innenanwandung 74 der Hülse 70 angebracht werden. Die geschieht in einem weiteren Spritzgussschritt.

Die Anhafterhebungen stellen außer einer vergrößerten Anhaftoberfläche für den Stator- abschnitt 18 auch eine formschlüssige Verdrehsicherung zwischen der Hülse 70 und dem Statorabschnitt 18 dar.

Die Riffelung 76 kann wie gezeigt entlang des Umfangs vollständig umlaufen, sie kann aber auch nur abschnittsweise vorhanden sein.

Wie insbesondere aus Figur 5c ersichtlich ist, erstreckt sich die Riffelung 76 im gezeigten Ausführungsbeispiel axial vollständig durch die Hülse 70 hindurch. Dies ist im Hinblick auf die Herstellung im Spritzgussverfahren von Vorteil, da so ein zentraler Kern einer Stator- Spritzgussform einfach axial entnommen werden kann. Selbstverständlich können aber auch komplexere Anhafterhebungen vorgesehen werden. Beispielsweise kann die Riffelung 76 in axialer Richtung unterbrochen sein, um auch in axialer Richtung eine form- schlüssige Sicherung zwischen der Hülse 70 und dem Statorabschnitt 18 zu schaffen.