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Die
Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpenanordnung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Schraubenspindelpumpen
haben meistens zwei oder drei parallel zueinander angeordnete und miteinander
kämmende Spindeln, die von einer Arbeitsmaschine (z. B.
Elektromotor) in Rotation versetzt werden. Die Spindeln sind in
einem Gehäuse aufgenommen, wobei zwischen den Außenseiten
der Spindeln und dem Gehäuse nur minimale Abstände bestehen.
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Durch
die Rotation wird das zu fördernde Fluid in den Räumen,
die sich in den gewindeartig ineinander greifenden Wendelgängen
zwischen den Spindeln und dem Gehäuse ergeben, entlang
der Spindeln gefördert. Dadurch ergibt sich am einen Ende
der Spindeln bzw. des Gehäuses ein Niederdruckbereich und
am anderen Ende ein Hochdruckbereich. Gleichzeitig dringt das zu
fördernde Fluid in die minimalen Abstände zwischen
den Spindeln und dem Gehäuse und erzeugt einen tragenden
und schmierenden Film.
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In
der Druckschrift
DE
39 20 901 A1 ist eine Schraubenspindelpumpe mit drei Spindeln
gezeigt. Eine mittlere Antriebsspindel kämmt mit beidseitig angeordneten
Laufspindeln, entlang deren Wendelgängen ein Fluid gefördert
wird.
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Bei
einer doppelflutigen Bauweise der Schraubenspindelpumpe sind die
Spindeln hingegen nicht durchgehend gewendelt, sondern in zwei gegensinnig gewendelte
Abschnitte geteilt, deren Räume sich bei Rotation aufeinander
zu bewegen. Dadurch ergeben sich zwei Niederdruckbereiche an den beiden
Enden der Spindeln und ein Hochdruckbereich in der Mitte der Spindeln.
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In
der Druckschrift
DE
10 2006 061 971 A1 ist eine derartige doppelflutige Schraubenspindelpumpe
mit zwei Spindeln gezeigt.
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Nachteilig
an Schraubenspindelpumpen gemäß der
DE 39 20 901 A1 , die von
konstanten Elektromotoren angetrieben werden, ist ihre geringe Flexibilität
bzgl. Pumpenausgangsdruck und Volumenstrom.
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Dem
gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine
Schraubenspindelpumpenanordnung zu schaffen, die einfach an unterschiedliche Anforderungen
bzgl. Pumpenausgangsdruck und Volumenstrom anpassbar ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Schraubenspindelpumpenanordnung
nach Patentanspruch 1.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Schraubenspindelpumpenanordnung
hat einen Hochdruckanschluss, einen Niederdruckanschluss, eine Antriebsspindel und
zumindest eine Laufspindel. Eine Förderstrecke der Laufspindel
ist in zwei Förderabschnitte teilbar, die entweder parallel
oder in Reihe betrieben bzw. durchströmt werden können.
Dadurch ist mit geringem Aufwand eine Schraubenspindelpumpenanordnung
geschaffen, bei der ohne Regelungstechnik zwei Betriebszustände
(höherer Ausgangsdruck bei geringerem Volumenstrom oder
niedrigerer Ausgangsdruck bei höherem Volumenstrom) wählbar sind.
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Bei
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäße
Schraubenspindelpumpenanordnung sind in einem mittleren Bereich
der Förderstrecke zwei durch eine Verbindungsleitung verbindbare
Abgriff-Anschlüsse am Gehäuse vorge sehen. Die
Verbindungsleitung kann abgesperrt Werden, und dabei können
der in Förderrichtung erste Abgriff-Anschluss mit dem Hochdruckanschluss
und der in Förderrichtung zweite Abgriff-Anschluss mit dem
Niederdruckanschluss verbunden werden. Durch die offene Verbindungsleitung
ist eine Reihenschaltung (höherer Druck, geringerer Volumenstrom) gegeben,
die einer Schraubenspindelpumpe gemäß dem Stand
der Technik entspricht. Bei der abgesperrten Verbindungsleitung
und den gleichzeitigen oben genannten getrennten Druckmittelströmungspfaden kann
die Schraubenspindelpumpenanordnung einfach in der Parallelschaltung
(niedrigerer Druck, höherer Volumenstrom) betrieben werden.
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Zur
Trennung des Endes des ersten Förderabschnitts vom Anfang
des zweiten Förderabschnitts (bzw. der darin befindlichen
Druckmittel) entspricht der Abstand der beiden Abgriff-Anschlüsse
entlang der Förderstrecke mindestens der Breite der Stege der
Laufspindeln. Somit verhindert zumindest ein Steg einen Druckmittelaustausch
zwischen den Bereichen der beiden Abgriff-Anschlüsse.
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Bei
einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist in der Verbindungsleitung
ein Wegeventil angeordnet, das über eine Hochdruck-Verbindungsleitung
mit dem Hochdruckanschluss und über einen Niederdruck-Verbindungsleitung
mit dem Niederdruckanschluss verbunden ist. Damit kann durch Ventilbetätigung
zwischen Reihenschaltung und Parallelschaltung umgeschaltet werden.
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Vorzugsweise
ist in einer federvorgespannten Grundstellung eines Wegeventilkörpers
der Druckmittelströmungspfad zwischen den Abgriff-Anschlüssen über
die Verbindungsleitung abgesperrt. Statt dessen sind der erste Abgriff-Anschluss
mit dem Hochdruckanschluss und der zweite Abgriff-Anschluss mit
dem Niederdruckanschluss verbunden. In einer Schaltstellung des
Ventilkörpers hingegen sind die beiden Abgriff-Anschlüsse über
die Verbindungsleitung miteinander verbunden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform ist in der Hochdruck-Verbindungsleitung
ein Rückschlagventil angeordnet, das vom Wegeventil zu
einer Hochdruckleitung öffnet, die den Hochdruckanschluss
mit einem Pumpenausgang verbindet.
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Aus
Gründen der Betriebssicherheit kann ein zu einem Tank entlastendes
Druckbegrenzungsventil an der Hochdruckleitung angeordnet sein.
Dabei kann das Druckbegrenzungsventil pneumatisch vorgesteuert sein.
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Je
nach Auslegung kann es vorteilhaft sein, wenn die Schraubenspindelpumpenanordnung
zwei Laufspindeln hat, deren Gänge gleichsinnig gewendelt
sind.
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Aus
Kostengründen kann die Antriebsspindel von einem konstanten
zweipoligen Elektromotor angetrieben sein, dessen Herstellungskosten
geringer sind, als die eines regelbaren Elektromotors.
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Alternativ
kann die Antriebsspindel zu Steigerung der Flexibilität
bzw. Anpassbarkeit von Ausgangsdruck und Volumenstrom mit einem
drehzahlgeregelten Elektromotor verbunden sein, wobei an der Hochdruckleitung
ein damit verbundener Drucksensor angeordnet sein kann.
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Vorzugsweise
wird die erfindungsgemäße Schraubenspindelpumpenanordnung
zur Versorgung einer Werkzeugmaschine mit Kühlschmiermittel
eingesetzt. In diesem Einsatzbereich ist die erfindungsgemäße
Umschaltmöglichkeit besonders vorteilhaft. Die Reihenschaltung
(höherer Druck mit geringerem Volumenstrom) wird bei größeren
Werkzeugen und die Parallelschaltung (niedrigerer Druck mit höherem
Volumenstrom) bei kleineren Werkzeugen benötigt. Auch bei
unterschiedlichen Zerspanungsleistungen der Werkzeugmaschine sind
diese beiden Betriebszustände der Pumpe vorteilhaft einsetzbar.
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Im
Folgenden wird anhand einer einzigen Figur ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpenanordnung
detailliert beschrieben.
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Diese
Figur zeigt eine erfindungsgemäße Schraubenspindelpumpenanordnung
Sie weist eine in ihrem Grundaufbau aus dem Stand der Technik bekannte
Schraubenspindelpumpe 1 auf, die (in der Figur) links und
im Schnitt dargestellt ist.
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Weiterhin
weist die Anordnung erfindungsgemäße Veränderungen
bzw. Erweiterungen auf, die als symbolisches Schaltbild dargestellt
sind und (in der Figur) weitgehend rechts dargestellt sind.
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Die
Schraubenspindelpumpe hat ein längliches Gehäuse,
das im Wesentlichen aus einem Gehäusehauptabschnitt 2 und
zwei stirnseitigen Gehäusedeckeln 3, 4 besteht.
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Im
Innern des Gehäuses 2, 3, 4 sind
zwei Laufspindeln 6 angeordnet, die minimale Abstände zu
den benachbarten Abschnitten der Innenwandung 8 des Gehäusehauptabschnitts 2 aufweisen.
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Die
Laufspindeln 6 haben umlaufend gewendelte Nuten bzw. Gänge 10.
Zwischen den Windungen der Gänge 10 verbleiben
ebenfalls umlaufend gewendelte Stege 12.
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Mittig
im Gehäusehauptabschnitt 2 und zwischen den Laufspindeln 6 ist
eine Antriebsspindel 14 angeordnet, die ebenfalls einen
umlaufend gewendelten Steg 16 aufweist. Der Steg 16 ist
andersherum gewendelt als die Stege 12 der Laufspindeln 6,
wobei die Antriebsspindel 14 mit beiden Laufspindeln 6 kämmt.
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Am
(in der Figur) oberen Endabschnitt der Antriebsspindel 14 ist
ein Wellenabschnitt 18 ausgebildet, der in dem (in der
Figur) oberen Gehäusedeckel 4 über ein
Wälzlager 20 gelagert ist und außerhalb
des Gehäuses 2, 3, 4 einen Anschlussabschnitt 22 hat. Über
den Anschlussabschnitt 22 ist die Antriebsspindel 14 von
einem (nicht gezeigten) Elektromotor antreibbar, wobei der Elektromotor
aus Kostengründen ein Konstantmotor sein kann oder aus Gründen
einer höheren Flexibilität regelbar sein kann.
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Durch
den kämmenden Eingriff der Antriebsspindel 14 mit
den beiden Laufspindeln 6 werden diese bei Antrieb in Rotation
versetzt. Dabei sind die von der Innenwandung 8 des Gehäusehauptabschnitts 2 begrenzten
Gänge 10 der Laufspindeln 6 durch den Steg 16 der
Antriebsspindel 14 in Abschnitte bzw. Räume unterteilt,
die sich während der Rotation der Laufspindeln 6 (in
der Figur) von unten nach oben bewegen. Dadurch kann Druckmittel,
das an einem Niederdruckanschluss 24 angesaugt wird, zu
einem Hochdruckanschluss 26 gefördert und dabei
verdichtet werden.
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Erfindungsgemäß sind
im Gehäusehauptabschnitt 2 in einem mittleren
Bereich der (in der Figur) von unten nach oben verlaufenden Förderstrecke zwei
axial beabstandete Abgriff-Anschlüsse 28, 30 vorgesehen.
Ihre Abmessung quer zur Förderrichtung ist so gewählt,
dass sie in Druckmittelverbindung zu den entsprechenden Gangabschnitten
beider Laufspindeln 6 stehen. Dabei weisen die beiden Abgriff-Anschlüsse 28, 30 in
Förderrichtung einen Axialabstand zueinander auf, der mindestens
der Dicke der Stege 16 entspricht. Dadurch ist eine Trennung
der beiden Abgriff-Anschlüsse 28, 30 bzw.
der in den entsprechenden Gangabschnitten befindlichen Druckmittel
gewährleistet.
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Weiterhin
hat die erfindungsgemäße Schraubenspindelpumpenanordnung
ein 4/2-Wegeventil 32. In einer federvorgespannten Stellung
(a) eines Ventilkörpers des Wegeventils 32 ist
der Niederdruckanschluss 24 über eine Niederdruckleitung 34,
eine Niederdruck-Verbindungsleitung 36 und über
eine zweite Abgriff-Leitung 38 mit dem zweiten Abgriff-Anschluss 30 verbunden.
Weiterhin ist in der o. g. Schaltstellung der erste Abgriff-Anschluss 28 über eine
erste Abgriff-Leitung 40 und eine Hochdruck-Verbindungsleitung 42 mit
einer Hochdruckleitung 44 verbunden. Die Hochdruckleitung 44 verbindet
den Hochdruckanschluss 26 mit einem Pumpenausgang P.
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In
einer Schaltstellung (b) des Ventilkörpers, die über
einen Schaltmagneten 46 wählbar ist, ist ein Druckmittelströmungspfad
von dem ersten Abgriff-Anschluss 28 über die erste
Abgriff-Leitung 40, das Wegeventil 32 und die
zweite Abgriff-Leitung 38 zum zweiten Abgriff-Anschluss 30 freigegeben.
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In
der Hochdruck-Verbindungsleitung 42 ist ein Rückschlagventil 48 vorgesehen,
das vom Wegeventil 32 zur Hochdruckleitung 44 öffnet.
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Im
Folgenden wird die Funktion der erfindungsgemäßen
Schraubenspindelpumpenanordnung erläutert.
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Durch
die erfindungsgemäßen Abgriff-Anschlüsse 28, 30 und
die erfindungsgemäße hydraulische Schaltung ist
die Förderstrecke der beiden Laufspindeln 6 im
Wesentlichen durchgehend betreibbar oder alternativ in zwei Förderabschnitte 45a, 45b aufteilbar,
die parallel betrieben werden können.
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Die
Parallelschaltung der beiden Förderabschnitte 45a, 45b wird
bei der in der Figur gezeigten Schaltstellung (a) des Ventilkörpers
des Wegeventils 32 erreicht. Dabei teilt sich der bei einem
Sauganschluss S angesaugte Druckmittel-Volumenstrom einerseits über
die Niederdruckleitung 34 zum Niederdruckanschluss 24 und
andererseits über die Niederdruck-Verbindungsleitung 36 und
die zweite Abgriff-Leitung 38 zum zweiten Abgriff-Anschluss 30. Die
beiden Förderabschnitte 45a, 45b der
Laufspindeln 6 werden somit parallel betrieben, wobei ein
erster Hochdruck-Volumenstrom vom ersten Abgriff-Anschluss 28 über
die erste Abgriff-Leitung 40 und über die Hochdruck-Verbindungsleitung 42 zum
Pumpenausgang P strömt, während ein zweiter Volumenstrom
vom Hochdruck-Anschluss 26 über die Hochdruckleitung 44 zum
Pumpenausgang P strömt. Dabei wird sicher gestellt, dass
in der Hochdruck-Verbindungsleitung 42 und in der Hochdruckleitung 44 etwa
gleicher Druck herrscht. Damit ist der Volumenstrom am Pumpenausgang
P vergleichsweise hoch, während der Ausgangsdruck am Pumpenausgang
P vergleichsweise gering ist.
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Die
Reihenschaltung der beiden Förderabschnitte 45a, 45b bzw.
ein herkömmlicher Betrieb der erfindungsgemäßen
Schraubenspindelpumpenanordnung wird erreicht, in dem der Schaltmagnet 46 bestromt
wird und den Ventilkörper des Wegeventils 32 in
die mit b gekennzeichnete Schaltstellung verschiebt. Dadurch sind
die beiden Abgriff-Anschlüsse 28, 30 miteinander
verbunden, wobei das druckbeaufschlagte Druckmittel aus dem ersten
Förderabschnitt 45a über die beiden Abgriff-Leitungen 40, 38 in
den zweiten Förderabschnitt 45b der Laufspindeln 6 strömt.
Im zweiten Förderabschnitt 45b erfolgt dann der
zweite Teil der Druckerhöhung, wobei das Druckmittel mit
maximalem Druck aus dem Hochdruckanschluss 26 über
die Hochdruckleitung 44 zum Pumpenausgang P strömt.
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In
diesem Fall ist der Volumenstrom vergleichsweise gering, während
die Druckerhöhung vergleichsweise groß ist.
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Das
in der Hochdruck-Verbindungsleitung 42 angeordnete Rückschlagventil 48 schließt
bei Reihenschaltung der beiden Förderabschnitte 45a, 45b und öffnet
bei der Parallelschaltung der beiden Förderabschnitte 45a, 45b,
wenn in der Hochdruck-Verbindungsleitung 42 und in der
Hochdruckleitung 44 etwa gleicher Druck herrscht.
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Von
der Hochdruckleitung 44 zweigt weiterhin eine Leitung 49 ab,
in der ein Druckbegrenzungsventil 50 vorgesehen ist, das
bei Überschreitung eines einstellbaren Maximaldrucks die
Hochdruckleitung 44 zu einem Tank T entlastet. Das Druckbegrenzungsventil 50 ist
pneumatisch vorgesteuert und hat ein stufenlos einstellbares Proportionaldruckventil.
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Weiterhin
ist an der Hochdruckleitung 44 ein elektronischer Drucksensor 52 und
ein Manometer 54 zur Überwachung des Pumpen-Ausgangsdrucks vorgesehen,
wobei die Druckbeaufschlagung des Manometers 54 über
eine Drossel 56 erfolgt.
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Die
erfindungsgemäße Schraubenspindelpumpenanordnung
eignet sich besonders zur Förderung von Kühlschmiermittel
bei Werkzeugmaschinen. In diesem Einsatzbereich werden Schraubenspindelpumpen
bevorzugt, da sie größtmögliche Resistenz
gegen teilweise abrasive Partikel haben, die sich im Kühlschmiermittel
ansammeln.
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Bei
Werkzeugwechseln der zugeordneten Werkzeugmaschinen oder bei Änderung
der Zerspanungsleistung sind Änderungen des Drucks und
des Volumenstroms des Kühlschmiermittels gefordert, die
mit der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpenanordnung
erreicht werden können, ohne dass ein drehzahlgeregelter
Elektromotor nötig ist. So wird z. B. bei einem kleinen
Werkzeug der vergleichsweise hohe Druck mit dem vergleichsweise geringen
Volumenstrom durch die Reihenschaltung (Schaltstellung b) erzeugt,
während bei einem größeren Werkzeug der
vergleichsweise geringe Druck mit dem vergleichsweise hohen Volumenstrom
durch die Parallelschaltung (Schaltstellung a) erzeugt wird.
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Die
maximale Antriebsleistung des (nicht gezeigten) Elektromotors kann
dabei im o. g. Einsatzbereich gegenüber dem Stand der Technik
um ca. 40% verringert sein.
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Gegenüber
einer drehzahlgeregelten Schraubenspindelpumpe hat die erfindungsgemäße Schraubenspindelpumpenanordnung
neben den geringeren Kosten den Vorteil, dass eine Volumenstromreduzierung
nicht durch Drehzahlreduzierung erzeugt wird, wodurch die Trageigenschaft
des Kühlschmiermittels in den Bereichen zwischen den Stegen 12 und
dem Gehäusehauptabschnitt 2 beeinträchtigt
werden könnte.
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Offenbart
ist eine Schraubenspindelpumpenanordnung mit einem Niederdruckanschluss,
einem Hochdruckanschluss, einer Antriebsspindel und zumindest einer
Laufspindel. Eine Förderstrecke der Laufspindeln ist in
zwei Förderabschnitte teilbar, die entweder parallel oder
in Reihe betrieben werden können. Dadurch ist mit geringem
Aufwand eine Schraubenspindelpumpenanordnung geschaffen, bei der
ohne Regelungstechnik zwei Betriebszustände wählbare
sind.
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In
einem mittleren Bereich der Förderstrecke sind zwei durch
eine Verbindungsleitung verbindbare Abgriff-Anschlüsse
vorgesehen. Die Verbindungsleitung kann abgesperrt werden, und dabei
können der niederdruckseitige Abgriff-Anschluss mit dem
Hochdruckanschluss und der hochdruckseitige Abgriff-Anschluss mit
dem Niederdruckanschluss verbunden werden. Durch die offene Verbindungsleitung
ist eine Reihenschaltung (höherer Druck geringerer Volumenstrom)
gegeben, die einer Schraubenspindelpumpe gemäß dem
Stand der Technik entspricht. Bei der abgesperrten Verbindungsleitung
und den gleichzeitigen oben genannten Druckmittelströmungspfaden
kann die Schraubenspindelpumpenanordnung einfach in der Parallelschaltung
(niedrigerer Druck höherer Volumenstrom) betrieben werden.
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- 1
- Schraubenspindelpumpe
- 2
- Gehäusehauptabschnitt
- 3,
4
- Gehäusedeckel
- 6
- Laufspindel
- 8
- Innenwandung
- 10
- Gang
- 12
- Steg
- 14
- Antriebsspindel
- 16
- Steg
- 18
- Wellenabschnitt
- 20
- Wälzlager
- 22
- Anschlussabschnitt
- 24
- Niederdruckanschluss
- 26
- Hochdruckanschluss
- 28
- erster
Abgriff-Anschluss
- 30
- zweiter
Abgriff-Anschluss
- 32
- 4/2-Wegeventil
- 34
- Niederdruckleitung
- 36
- Niederdruck-Verbindungsleitung
- 38
- zweite
Abgriff-Leitung
- 40
- erste
Abgriff-Leitung
- 42
- Hochdruck-Verbindungsleitung
- 44
- Hochdruckleitung
- 45a
- erster
Förderabschnitt
- 45b
- zweiter
Förderabschnitt
- 46
- Schaltmagnet
- 48
- Rückschlagventil
- 49
- Leitung
- 50
- Druckbegrenzungsventil
- 52
- Drucksensor
- 54
- Manometer
- P
- Pumpenausgang
- S
- Sauganschluss
- T
- Tank
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 3920901
A1 [0004, 0007]
- - DE 102006061971 A1 [0006]