DE102013102030B3 - Schraubenspindelpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpe (1) zur Förderung von fluiden Medien mit einem einen Einlasskanal (7) mit einer ersten Längsachse (L1) und einen Auslasskanal (9) mit einer zweiten Längsachse (L1) aufweisenden Pumpengehäuse (2). Das Pumpengehäuse (2) umfasst zumindest bereichsweise eine erste Antriebsspindeln (5) mit einer dritten Längsachse (L1) und mindestens eine zweite angetriebene Spindel (6, 6*). Die Spindeln (5, 6, 6*) umfassen zwischen dem Einlasskanal (7) und dem Auslasskanal (9) jeweils einen Profilabschnitt (P), wobei die Profilabschnitte (P) der wenigstens zwei Spindeln (5, 6, 6*) zumindest teilweise miteinander im Eingriff sind und mit dem Pumpengehäuse (2) zwischen dem Einlasskanal (7) und dem Auslasskanal (9) eine Förderstrecke (FS) parallel zu der Längsachse (L3) der Antriebspindel (5) mit Förderkammern (F) für das fluide Medium bilden. Erfindungsgemäß ist die zweite Längsachse (L2) des Auslasskanals (9) in einem stumpfem Winkel (α)) zur Förderstrecke (FS) im Pumpengehäuse (2) angeordnet. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Schraubenspindelpumpe (1).

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Schraubenspindelpumpe gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Schraubenspindelpumpe gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 12.
• Stand der Technik
• Die Schraubenspindelpumpe ist eine so genannte Verdrängerpumpe, bei der die Form der rotierenden Verdränger der einer Spindelschraube ähnelt. Die Schraubenspindelpumpe besteht aus zwei oder mehr gegenläufigen Rotoren und einem Pumpengehäuse, das die Rotoren umschließt. Die Rotoren sind mit einer regelmäßigen, gewindeförmigen Profilierung ausgebildet und greifen zahnradartig ineinander. Die Rotoren werden auch als Schraubenspindeln bezeichnet und weisen mindestens einen ersten Schaftabschnitt und einen Profilabschnitt mit einem schraubenförmigen- oder gewendelten Profil auf. Die Hohlräume, die durch die mindestens drei Konstruktionselemente Pumpengehäuse, erste Schraubenspindel und mindestens zweite Schraubenspindel gebildet werden, bilden die Förderräume für das Fördermedium. Bei der Drehung der Schraubenspindeln wandern die Förderräume in eine Maschinenrichtung aus und fördern das Medium innerhalb des Pumpengehäuses von der Saugseite (= Einlasskanal) zur Druckseite (= Auslasskanal).
• Diese Pumpenart eignet sich insbesondere für inkompressible, auch zähe Medien und zur Erzeugung von hohen Drücken. Schraubenspindelpumpen werden sowohl zum Transporteinphasiger als auch mehrphasiger Flüssigkeiten eingesetzt. Die dreispindelige Schraubenspindelpumpe wird überwiegend zum Pumpen von Schmierflüssigkeiten eingesetzt, die frei von Abrasivstoffen sind. Sie zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es mit ihr möglich ist, hohe Drücke bis zu 160 bar zu erzeugen.
• Bei dreispindeligen Schraubenspindelpumpen sind die drei Spindeln gewöhnlich so angeordnet, dass eine in der Mitte liegende Antriebsspindel (auch als Hauptläufer bezeichnet) zwei seitlich eingreifende Nebenläuferspindeln antreibt. Die Antriebsspindel ihrerseits ist mit einem Antriebsmotor verbunden, der sowohl als Elektromotor als auch als Verbrennungsmotor ausgeführt sein kann. Das über den Antrieb erzeugte Drehmoment wird von der Antriebsspindel über das Spindelprofil auf die angetriebenen Spindeln übertragen. Die ineinander greifenden Spindelprofile erzeugen abgeschlossene Förderkammern, in denen das Fördermedium eingeschlossen und in axialer Richtung von der Saug- zur Druckseite transportiert wird.
• Um die auf den Hauptläufer einwirkenden Belastungen zu reduzieren, sind die Nebenläufer ausgehend von der Drehachse des Hauptläufers in einem Winkel von 180° im Pumpengehäuse positioniert, was die radiale Krafteinwirkung auf den Hauptläufer ausbalanciert. Die Nebenläufer sind hydraulisch gelagert, indem das gepumpte Fördermedium unter Druck und Bewegung in den geringen Spalt zwischen Läufer und Pumpengehäuse gepresst wird und so den Tragfilm aufbaut, der wiederum ein Anlaufen der Spindeln verhindert. Als Gehäuse wird jener Teil der Pumpe bezeichnet, in dem alle drei Spindeln eingebettet sind. Am Gehäuse werden die Förderkammern am Außendurchmesser der jeweiligen Pumpenspindel abgedichtet.
• Die DE 12 17 542 A beschreibt eine Einrichtung zum Regeln einer Schraubenrotormaschine zur Kompression oder Expansion gasförmiger Medien, bei der die Schraubenrotormaschine in axialer und radialer Richtung fördernde männliche und weibliche Schrauben umfasst. Durch das Verstellorgan kann einerseits die Menge des die Maschine durchsetzenden Arbeitsmediums und andererseits das Nenndruckverhältnis der Maschine geändert werden.
• Die EP 2 295 801 A2 beschreibt einen Schraubenspindelrotor. Dieser weist an der Saugseite einen mehrfachen Gewindeabschnitt und auf der Auslassseite einen einfachen Gewindeabschnitt auf.
• Aufgabe der Erfindung ist, die Strömung des transportierten Mediums in der Pumpe, insbesondere im Bereich des Auslasskanals, zu optimieren. Außerdem soll die Bildung von Wirbeln, die den Transport stören und zu Strömungsverlusten führen, in diesem Bereich verringert werden.
• Die obige Aufgabe wird durch eine Schraubenspindelpumpe und ein Verfahren zum Betreiben einer Schraubenspindelpumpe gelöst, die die Merkmale in den Patentansprüchen 1 und 12 umfassen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.
• Beschreibung
• Die Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpe zur Förderung von fluiden Medien, insbesondere von inkompressiblen oder auch zähen Medien. In einem mindestens einen Einlasskanal und mindestens einen Auslasskanal aufweisenden Pumpengehäuse sind eine erste Antriebsspindel und mindestens eine zweite angetriebene Spindel angeordnet. Der mindestens eine Einlasskanal ist beispielsweise als erste Bohrung mit einer ersten Längsachse ausgebildet. Der mindestens eine Auslasskanal ist beispielsweise als zweite Bohrung mit einer zweiten Längsachse ausgebildet. Die Antriebsspindel umfasst eine dritte Längsachse und besteht aus einem Schaftabschnitt, der zumindest bereichsweise über eine Lagerung drehend im Pumpengehäuse gelagert ist und einem Profilabschnitt, der spindel- bzw. wendelförmig ausgebildet ist. Dem freien außenliegenden Ende der Antriebsspindel ist ein Antrieb zugeordnet. Weiterhin ist in dem Pumpengehäuse mindestens eine zweite angetriebene Spindel angeordnet. Vorzugsweise handelt es sich um eine dreispindelige Schraubenspindelpumpe mit einer Antriebsspindel und zwei angetriebenen Nebenläuferspindeln. Zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal umfassen die mindestens zwei Spindeln jeweils einen Profilabschnitt mit einem spindelförmigen oder gewendelten Profil, wobei die Profilabschnitte der wenigstens zwei Spindeln zumindest teilweise miteinander im Eingriff sind. Im Bereich zwischen Einlasskanal und Auslasskanal wird dadurch die so genannte Förderstrecke für das fluide Medium gebildet. Insbesondere bilden das Pumpengehäuse und die ineinander greifenden Profilabschnitte der Spindeln die Förderkammern, in denen das Medium zwischen Einlasskanal und Auslasskanal in Förderrichtung parallel zu den Längsachsen der Spindeln transportiert wird. Die zweite Längsachse des Auslasskanals ist in einem stumpfen Winkel, das heißt in einem Winkel von mehr als 90°, zur Förderstrecke angeordnet. Das heißt die Förderstrecke und die zweite Längsachse des Auslasskanals schließen einen Winkel ein, der größer als 90° ist.
• Erfindungsgemäß ist ein Teilabschnitt des Schaftabschnittes der Antriebsspindel zumindest abschnittsweise als konusförmig ausgebildeter Abschnitt ausgebildet. Der Teilabschnitt grenzt an den Profilabschnitt an, insbesondere dergestalt, dass der konusförmig ausgebildete Abschnitt der Antriebsspindel dem Auslasskanal zugeordnet ist. Der konusförmige Abschnitt des Schaftabschnittes verjüngt sich in Richtung des Profilabschnitts. Insbesondere ist der konusförmige Abschnitt somit dem Auslasskanal zugeordnet.
• Aufgrund der gewählten Anordnung von Einlasskanal und Auslasskanal in Bezug auf die Förderstrecke im Pumpengehäuse strömt das fluide Medium in einer ersten Strömungsrichtung durch den Einlasskanal in das Pumpengehäuse ein, wobei die erste Längsachse des Einlasskanals weitgehend orthogonal zur Förderstrecke angeordnet ist. Das fluide Medium wird in einem dem Einlasskanal nachgeordneten Bereich umgelenkt und in Förderrichtung entlang der Förderstrecke innerhalb der Förderkammern transportiert. Anschließend wird das Medium wieder umgelenkt und verlässt das Pumpengehäuse in einer zweiten Strömungsrichtung durch den Auslasskanal. Der Winkel, der zwischen der Förderstrecke und dem Auslasskanal eingeschlossen wird, ist stumpf. Das heißt, der Winkel zwischen Förderstrecke und Auslasskanal ist größer als 90°. Somit ist der Gegenwinkel zwischen einer gedachten Verlängerung der Förderstrecke über den Auslasskanal hinaus und dem Auslasskanal spitz. Das Fördermedium wird von der gedachten Verlängerung aus in dem spitzen Gegenwinkel in den Auslasskanal abgelenkt. Das heißt, das Fördermedium wird von der Förderrichtung aus in den Auslasskanal um einen Winkel abgelenkt, der kleiner als 90° ist. Durch die schräge Anordnung des Auslasskanals in Bezug auf die Förderstrecke und die dadurch bewirkte geringere Ablenkung der Strömungsrichtung des Mediums im Bereich des Auslasskanals, wird im Gegensatz zum Stand der Technik eine vorteilhafte Strömung des Mediums in diesem Bereich erzielt. Insbesondere kann dadurch die Bildung von Wirbeln im Auslasskanal deutlich reduziert werden.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Antriebsspindel zumindest abschnittsweise als konkav verrundeter Konus ausgebildet. Vorzugsweise ist der Bereich, der in der montierten Pumpe im Bereich des Auslasskanals angeordnet ist, abschnittsweise als konusförmig ausgebildeter Abschnitt, insbesondere als konkav verrundeter konusförmig ausgebildeter Abschnitt, ausgebildet. Die Antriebsspindel umfasst einen Profilabschnitt und einen Schaftabschnitt, der bereichsweise in einem Lager des Pumpengehäuses gelagert ist. Der konusförmig ausgebildete Abschnitt ist ein Teilabschnitt des Schaftabschnittes und grenzt unmittelbar an den Profilabschnitt an. Der Querschnitt des konusförmig ausgebildeten Abschnitts, insbesondere der Querschnitt des konkav verrundeten konusförmig ausgebildeten Abschnitts, ist vorzugsweise in Richtung des Profilabschnitts reduziert bzw. verjüngt.
• Das geförderte Medium wird über den vorzugsweise konkav verrundeten konusförmig ausgebildeten Abschnitt der Antriebsspindel vorteilhaft in die durch die Anordnung des Auslasskanals vorgegebene zweite Strömungsrichtung geleitet. Die zweite Strömungsrichtung schließt mit der Förderstrecke einen Winkel ungleich 90° ein, insbesondere einen stumpfen Winkel, das heißt einen Winkel, der größer ist als 90°.
• Im Gegensatz zur Antriebsspindel ist die mindestens eine angetriebene Nebenläuferspindel vollständig innerhalb des Pumpengehäuses angeordnet und drehbar gelagert.
• Vorzugsweise handelt es sich um eine dreispindelige Schraubenspindelpumpe mit einer ersten Antriebsspindel und zwei Nebenläuferspindeln, wobei die Längsachsen der drei Spindeln parallel und in einer Ebene angeordnet sind. Insbesondere ist die Längsachse der Antriebsspindel mittig zwischen den Längsachsen der Nebenläuferspindeln angeordnet.
• Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Schraubenspindelpumpe zur Förderung eines fluiden Mediums, bei dem das fluide Medium durch mindestens einen Einlasskanal in einer ersten Strömungsrichtung in das Pumpengehäuse eingeleitet wird. Die erste Strömungsrichtung ist weitgehend orthogonal zur Förderrichtung des Mediums im Pumpengehäuse. Das Medium wird in einem dem mindestens einen Einlasskanal nachgeordneten Bereich in etwa um 90° umgelenkt und in Förderrichtung entlang der Längsachsen der Spindeln durch das Pumpengehäuse transportiert. Am Ende der Förderstrecke wird das Medium von seiner Förderrichtung in eine Ausströmungsrichtung in den Auslasskanal umgelenkt. Der sich aufgrund der Anordnung des Auslasskanals ergebende Ablenkwinkel ist kleiner als 90°, das heißt das Medium wird um weniger als 90° von der Förderrichtung abgelenkt. Anschließend verlässt das Medium das Pumpengehäuse über den mindestens einen Auslasskanal in der zweiten Strömungsrichtung. Das Medium wird somit in dem den mindestens einen Auslasskanal vorgeschalteten Bereich weniger stark umgelenkt als bei den herkömmlich bekannten Pumpen. Dadurch wird die Wirbelbildung im Bereich des mindestens einen Auslasskanals reduziert bzw. komplett verhindert. Vorzugsweise erfolgt die vorteilhafte Umlenkung des fluiden Mediums innerhalb einer vorbeschriebenen Schraubenspindelpumpe.
• Die erfindungsgemäße Lösung stützt sich insbesondere auf einer Änderung der Form und Position des Auslasskanals im Pumpengehäuse und einer Änderung der Form des Spindelschaftes der Antriebsspindel im Bereich des Auslasskanals. Dadurch werden die Wirbelbildung und die damit verursachte turbulente Strömung vorteilhaft minimiert, wodurch eine Verbesserung des hydraulischen Wirkungsgrades der Schraubenspindelpumpe erreicht wird. Die Änderung am Pumpengehäuse sieht insbesondere eine Schrägstellung des Auslasskanals sowohl in Achsrichtung als auch in radialer Richtung zur Antriebsspindel vor.
• Die Antriebsspindel umfasst weiterhin einen sich zumindest abschnittsweise konkav in Richtung des Profilabschnitts verjüngenden Konus, der die Strömung des geförderten Mediums seitlich in den schrägen Auslasskanal ablenkt. Durch den schräg angestellten Auslasskanal am Pumpengehäuse und dem strömungsführenden, vorzugsweise konkav verrundeten Konus am Antriebsrotor wird der Strömungswiderstand insbesondere bei hochviskosen Fluiden vorteilhaft reduziert, was sich wiederum positiv auf die Wirkungsgrad der Pumpe auswirkt. Der durch die optimierte Strömungsführung an dem Auslasskanal der Schraubenspindelpumpe erzielte positive Effekt ist mittels computergestützter dynamischer Fluid-Simulation nachweisbar.
• Die konstruktionellen Modifikationen am Pumpengehäuse und an der Antriebsspindel sind einfach und kostengünstig realisierbar, so dass mit einfachen Mitteln und zu geringen Kosten die Gesamteffizienz einer erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöht werden kann.
• Figurenbeschreibung
• Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
• 1 zeigen eine erfindungsgemäße Schraubenspindelpumpe.
• 2 zeigen eine Antriebsspindel mit erfindungsgemäßer Modifikation.
• 3 zeigen jeweils einen Querschnitt durch den Auslassbereich einer Schraubenspindelpumpe.
• 4 zeigen schematisch die Anordnungen verschiedener Längsachsen im Pumpengehäuse.
• 5 zeigt eine weitere Darstellung eines Teilbereiches einer Schraubenspindelpumpe.
• Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
• Die 1A und 1B zeigen eine erfindungsgemäße Schraubenspindelpumpe 1 mit Pumpengehäuse 2. Darin sind eine Antriebsspindel 5, eine erste Nebenläuferspindel 6 und eine zweite Nebenläuferspindel 6* (kaum sichtbar, vergleiche 5) angeordnet. Insbesondere ist die zweite Nebenläuferspindel 6* ausgehend von der Drehachse D der Antriebsspindel 5 in einem Winkel von 180° zur ersten Nebenläuferspindel 6 im Pumpengehäuse 2 angeordnet, das heißt die Längsachsen beziehungsweise Drehachsen der drei Spindeln 5, 6, 6* liegen in einer Ebene. Das geförderte Medium strömt in Strömungsrichtung SR1 durch den Einlasskanal 7 entlang einer ersten Längsachse L1 in das Pumpengehäuse 2 ein. Im Einlassbereich 8 wird das geförderte Medium umgelenkt und nunmehr in Förderrichtung FR parallel zur Drehachse D beziehungsweise Längsachse L3 der Antriebsspindel 5 durch das Pumpengehäuse 2 transportiert. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht die Drehachse D der Längsachse L3 der Antriebsspindel 5. Anschließend verlässt das Medium das Pumpengehäuse 2 über den Auslasskanal 9 entlang einer zweiten Längsachse L2. Das geförderte Medium wird somit in axialer Richtung von der Saugseite zur Druckseite transportiert.
• Die Antriebsspindel 5 ist auf der gesamten Länge der Windungen, das heißt in ihrem gesamten Profilabschnitt P (vergleiche 2) im Pumpengehäuse 2 hydraulisch gelagert. Das Pumpengehäuse 2 umfasst ein Aufnahmegehäuse 22 für eine Wellenabdichtung 20 und ein Kugellager 26 der Antriebsspindel 5 von der ein Wellenabschnitt A bereichsweise durch eine Öffnung 15 aus dem Pumpengehäuse 2 austritt. Im Aufnahmegehäuse 22 sind an der Antriebsspindel 5 Dichtelemente 21 als Wellenabdichtung 20 angeordnet, um das Pumpengehäuse 2 im Bereich der Wellenaustrittsöffnung 15 abzudichten. In einem zum Profilabschnitt P benachbarten Wellenabschnitt A ist die Antriebsspindel 5 nochmals mechanisch in einer Zone niedrigen Drucks mittels Kugellager 26 gelagert. Die Wellenabdichtung 20 geschieht insbesondere mittels Dichtelementen 21, die ein Drehen der Antriebsspindel 5 gegenüber dem Pumpengehäuse 2 ermöglichen, beispielsweise Gleitringdichtungen, Wellendichtringe oder Stopfbuchspackungen. Ein weiteres Dichtungssystem ist einem Wellenabschnitt A_D des Wellenschafts der Antriebsspindel 5 mit einem vergrößerten Durchmesser (vgl. 2) als Labyrinthdichtung 28 zugeordnet. Dieses ist in der Lage, den Druck von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite abzubauen. Die sich dabei einstellende Spaltströmung verhindert ein Festlaufen der Antriebsspindel 5 im Pumpengehäuse 2 und schmiert gleichzeitig das Kugellager 26. Zudem reduziert der als hydraulisch wirkender Ausgleichskolben 28 konzipierte verbreiterte Abschnitt A_D des Wellenschafts der Antriebsspindel 5 die axialen Lagerkräfte, indem die auf das Schraubenprofil einwirkenden Kräfte in etwa mit denen des Ausgleichskolbens hydraulisch ausbalanciert werden.
• Der zur Niederdruckseite hin austretende kontinuierliche Leckstrom ist verantwortlich für den Wärmeaustausch und die Schmierung der Dichtelemente 21 der Wellenabdichtung 20, beispielsweise der Gleitringdichtungen. Der Leckstrom wird über einen Kanal zur Saugseite hin abgeführt und verhindert somit einen allmählichen Druckanstieg im Dichtungsraum.
• Die Hohlräume, die durch das Pumpengehäuse 2, die Antriebsspindel 5 und die Nebenläuferspindeln 6, 6* gebildet werden, bilden die Förderräume für das geförderte Medium. Bei der Drehung der Schraubenspindeln 5, 6, 6* wandern die Förderräume in Förderrichtung FR und fördern somit das Medium von der Saugseite (= Einlasskanal) zur Druckseite (= Auslasskanal).
• Das geförderte Medium strömt durch den Einlasskanal 7 weitgehend orthogonal zur Längsachse der Spindeln 5, 6, 6* in das Pumpengehäuse 2 ein und wird im Einlassbereich 8 umgelenkt. Anschließend wird das geförderte Medium über die Bewegung der Schraubenspindeln 5, 6, 6* in den innerhalb des Pumpengehäuses gebildeten Förderräumen in Richtung des Antriebs M bewegt. Die Förderrichtung FR ist dabei weitgehend parallel zu der Längsachse L3 der Antriebsspindel 5. Anschließend wird das geförderte Medium wieder umgelenkt und verlässt das Pumpengehäuse 2, indem es durch den Auslasskanal 9 ausfließt. Die Strecke, die das Medium innerhalb des Pumpengehäuses zurücklegt, bezeichnet man auch als Förderstrecke FS.
• Vorzugsweise ist die Längsachse L2 des Auslasskanals 9 im Pumpengehäuse 2 in einem Winkel ungleich 90° zur Längsachse L3 der Antriebsspindel 5 angeordnet. Insbesondere ist der Auslasskanal 9 derart schräg ausgebildet, dass zwischen dem Profilabschnitt P der Antriebsspindel 5 und der Längsachse L2 des Auslasskanals 9 ein stumpfer Winkel ausgebildet ist. Das Medium verlässt das Pumpengehäuse 2 durch den Auslasskanal 9 in einer zweiten Strömungsrichtung SR2. Diese zweite Strömungsrichtung SR2 bzw. die zweite Längsachse L2 des Auslasskanals 9 bildet mit der Förderstrecke FS einen stumpfen Winkel. Da die Längsachse L1 des Einlasskanals 7 vorzugsweise orthogonal zur Längsachse L3 der Antriebsspindel 5 angeordnet ist, ergibt sich, dass die erste Längsachse L1 des Einlasskanals 7 und die zweite Längsachse L2 des Auslasskanals 9 in einer gemeinsamen Ebene in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die die erste Längsachse L1 des Einlasskanals 7 und die dritte Längsachse L3 der Antriebsspindel 5 eine erste Ebene definieren und dass die zweite Längsachse L2 des Auslasskanals 9 nicht in dieser Ebene angeordnet ist. Insbesondere ist bei dieser alternativen Ausführungsform die zweite Längsachse L2 des Auslasskanals 9 in einer anderen Ebene und in einem Winkel zur ersten Längsachse L1 des Einlasskanals angeordnet. Dagegen ist bei herkömmlichen Pumpen normalerweise die Strömungsrichtung des geförderten Mediums im Bereich des Einlasskanals 7 weitgehend parallel zur Strömungsrichtung des geförderten Mediums im Bereich des Auslasskanals 9, bzw. ist die Strömungsrichtung des geförderten Mediums im Bereich des Auslasskanals weitgehend orthogonal zur Förderrichtung FR entlang der Längsachse der Antriebsspindel innerhalb des Pumpengehäuses.
• Die 2A und 2B zeigen eine Antriebsspindel 5 mit erfindungsgemäßer Modifikation. Diese besteht aus einem Profilabschnitt P mit einem ausgebildeten Spindelprofil beziehungsweise mit einem gewendelten Profil, die mit den Profilabschnitten der Nebenläuferspindeln 6, 6* (vergleiche 1A und 1B) die Förderkammern für das zu fördernde Medium bilden. Weiterhin weist die Antriebsspindel 5 einen Schaftabschnitt S auf. Dieser umfasst einen Wellenabschnitt A mit Lagerungsabschnitt AL. In der fertig montierten Schraubenspindelpumpe 1 ist der Lagerungsabschnitt AL im Kugellager 26 des als Wellenaustrittsöffnung 15 ausgebildeten Aufnahmegehäuses 22 und Teil des Pumpengehäuse 2 drehend gelagert (vergleiche 1A und 1B). Zwischen dem Achsenabschnitt A und dem Profilabschnitt P ist ein konusförmig ausgebildeter Abschnitt K angeordnet. Dieser befindet sich in der montierten Schraubenspindelpumpe 1 innerhalb des Pumpengehäuses 2 im Bereich des Auslasskanals 9. Der Durchmesser des konusförmig ausgebildeten Abschnitts K verjüngt sich entgegen der Förderrichtung FR des Mediums innerhalb des Pumpengehäuses 2. Insbesondere ist der konusförmig ausgebildete Abschnitt K als konkav verrundeter Konus ausgebildet. Der zusätzliche konusförmig ausgebildete Abschnitt K an der Antriebsspindel 5 erzeugt einen Drall des geförderten Mediums und führt zu einer besseren Einleitung des geförderten Mediums am Stator bzw. in den Auslasskanal 9 (vergleiche 1A und 1B).
• Aufgrund der konstruktiv anders gewählten Form und Position des Auslasskanals 9, insbesondere aufgrund der Schrägstellung des Auslasskanals 9, erfolgt eine weniger starke Umlenkung des geförderten Mediums zwischen Förderrichtung FR und zweiter Strömungsrichtung SR2 im Bereich des Auslasskanals 9. Dies in Kombination mit dem konkav verrundeten konusförmig ausgebildeten Abschnitt K ergibt im Bereich des Auslasskanals 9 eine vorteilhafte Strömung des geförderten Mediums. Insbesondere ist die Wirbelbildung reduziert und die Strömung somit weniger turbulent. Dadurch wird eine Verbesserung des hydraulischen Wirkungsgrades der Schraubenspindelpumpe 1 erzielt.
• Der konkav verrundete konusförmig ausgebildete Abschnitt K übt weiterhin die zusätzliche Funktion aus, ein axiales Verschieben der Nebenläuferspindeln 6, 6* (vergleiche 1A und 1B) inklusive deren Lagerbuchsen zu verhindern.
• 2B zeigt einen Detailbereich der Antriebsspindel 5. Insbesondere verjüngt sich der konusförmig ausgebildeten Abschnitt K zumindest abschnittsweise konkav (vergleiche Bezugszeichen kV) in Richtung des Profilabschnitts P. Dies bewirkt die vorteilhafte Ablenkung der Strömung des geförderten Mediums seitlich in den schrägen Auslasskanal 9 (vergleiche 1 und 3).
• Die 3A und 3B zeigen jeweils einen Querschnitt durch den Auslassbereich einer Schraubenspindelpumpe 1, 1 _A. Die 4A und 4B zeigen schematisch die Anordnungen von der ersten Längsachse L1 des Einlasskanals 7, der zweiten Längsachse L2, L2_A des Auslasskanals 9, 9 _A und der dritten Längsachse L3 der Antriebsspindel 5 im Pumpengehäuse. Die Längsachse L1 des Einlasskanals 7 ist sowohl bei einer Schraubenspindelpumpe 1 _A gemäß dem Stand der Technik als auch bei einer erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe 1 orthogonal zur dritten Längsachse L3 der Antriebsspindel 5 angeordnet. Insbesondere zeigen die 3A und 4A den Stand der Technik einer Schraubenspindelpumpe 1 _A, bei der der Auslasskanal 9 _A orthogonal zur Längsachse L3 der Antriebsspindel 5 (vergleiche 1) angeordnet ist und somit eine Umlenkung des geförderten Mediums von der Förderrichtung FR in die zweite Strömungsrichtung SR2_A (vergleiche 1A und 1B) um ca. 90° bewirkt. Beim Stand der Technik gemäß dargestellter Ausführungsform einer Schraubenspindelpumpe 1 _A sind somit die erste Einströmrichtung SR1_A und die zweite Ausströmrichtung SR1_A antiparallel zueinander ausgerichtet. Bei einer herkömmlichen Schraubenspindelpumpe 1 _A bilden die Längsachse L1 des Einlasskanals 7 und die dritten Längsachse L3 der Antriebsspindel 5 eine Ebene. Die zweite Längsachse L2_A des Auslasskanals 9 _A befindet sich ebenfalls in dieser Ebene, d. h. die erste Längsachse L1 des Einlasskanals 7 und die zweite Längsachse L2_A des Auslasskanals 9 _A sind parallel zueinander angeordnet. Gemäß einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform können die erste Längsachse L1 des Einlasskanals 7 und die zweite Längsachse L2_A des Auslasskanals 9 _A beim Stand der Technik jeweils orthogonal zur dritten Längsachse L3 der Antriebsspindel 5, aber nicht parallel zueinander angeordnet sein. Das bedeutet, dass die beiden Längsachsen L1, L2 windschief zueinander sind und sich insbesondere nicht schneiden. Auch in diesem Fall wird das geförderte Medium von der Förderrichtung FR in die zweite Strömungsrichtung SR2_A (vergleiche 1A und 1B) um ca. 90° umgelenkt. Die computergestützte dynamischer Fluid-Simulation zeigt eine starke Wirbelbildung des durch den Auslasskanal 9 _A in Strömungsrichtung SR2_A ausströmenden Mediums.
• Dagegen ist bei der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe 1 gemäß 3B und 4B der Auslasskanal 9 in einem stumpfen Winkel α zur Förderstrecke FS innerhalb des Pumpengehäuses 2 parallel zur Längsachse L3 der Antriebsspindel 5 angeordnet. Dadurch wird das geförderte Medium im Bereich des Auslasskanals 9 nur um einen Winkel β in die zweite Strömungsrichtung SR2 umgelenkt, wobei β kleiner als 90° ist. Insbesondere wird das geförderte Medium um einen Winkel β = 180° – α umgelenkt. Die Längsachsen L1 des Einlasskanals 7 und die Längsachse L3 der Antriebsspindel 5 sind somit immer in einem Winkel ungleich 90° zueinander angeordnet, wobei der Schnittpunkt der Längsachsen L1 und L3 in der Regel außerhalb des Pumpengehäuses liegt. Die computergestützte dynamischer Fluid-Simulation zeigt eine stark verringerte Wirbelbildung des durch den Auslasskanal 9 in Strömungsrichtung SR2 ausströmenden Mediums.
• Die Änderungen der Konstruktion des Pumpengehäuses mit einem anders angestellten Auslasskanal 9 und der zusätzliche Konus K, insbesondere die konkave Verjüngung kV des Konus K an der Antriebsspindel 5 sind mit einfachen technischen Mitteln ohne merklichen Kostenaufwand zu erzielen. Aufgrund des verbesserten Strömungsverhaltens des geförderten Mediums kann mit diesen kostengünstigen Änderungen die Gesamteffizienz der Schraubenspindelpumpe 1 deutlich erhöht werden.
• 5 zeigt eine weitere Darstellung eines Teilbereiches einer Schraubenspindelpumpe 1. Insbesondere zeigt 5 den die Spindeln 5, 6, 6* umfassenden Teilbereich des Pumpengehäuses 2 mit dem den Auslasskanal 9 umfassenden Auslaufbereich. Der den Einlassbereich 8 und den Einlasskanal 7 umfassende Teilbereich des Pumpengehäuses 2 wurde zur besseren Verdeutlichung der Anordnung der Antriebsspindel 5 und der angetriebenen Nebenläuferspindeln 6, 6* nicht dargestellt. Für die Beschreibung der Bezugszeichen wird insbesondere auf die 1 verwiesen. Weiterhin ist in 5 mit dem Bezugszeichen F eine Förderkammer für den Transport des fluiden Mediums gekennzeichnet, die durch die ineinandergreifenden Profilbereiche der Spindeln 5, 6, 6* ausgebildet wird.
• Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
• Bezugszeichenliste

1

Schraubenspindelpumpe

1_A

Schraubenspindelpumpe (Stand der Technik)

2

Pumpengehäuse

5

Antriebsspindel

6, 6*

angetriebene Nebenläuferspindel

7

Einlasskanal

8

Einlassbereich

9

Auslasskanal

15

Öffnung

20

Wellenabdichtung

21

Dichtelement

22

Aufnahmegehäuse

26

Kugellager

28

Labyrinthdichtung

A, A_D

Wellenabschnitt

D

Drehachse

F

Förderkammer

FR

Förderrichtung

FS

Förderstrecke

K

konusförmig ausgebildeter Abschnitt

kV

konkave Verjüngung

L1, L2, L3

Längsachse

M

Antrieb

P

Profilabschnitt

S

Schaftabschnitt

SR1, SR2,

Strömungsrichtung

SR1_A, SR2_A

Strömungsrichtung (Stand der Technik)

α

Winkel

β

Winkel (Gegenwinkel zu α)

Claims (9)

1. Schraubenspindelpumpe (1) zur Förderung von fluiden Medien mit einem mindestens einen Einlasskanal (7) mit einer ersten Längsachse (L1) und mindestens einen Auslasskanal (9) mit einer zweiten Längsachse (L2) aufweisenden Pumpengehäuse (2), wobei in dem Pumpengehäuse (2) zumindest bereichsweise eine erste Antriebsspindel (5) mit einer dritten Längsachse (L3) und mindestens eine zweite angetriebene Spindel (6, 6*) angeordnet sind, wobei die Spindeln (5, 6, 6*) zwischen dem mindestens einen Einlasskanal (7) und dem mindestens einen Auslasskanal (9) jeweils einen Profilabschnitt (P) umfassen, wobei die Profilabschnitte (P) der wenigstens zwei Spindeln (5, 6, 6*) zumindest teilweise miteinander im Eingriff sind und mit dem Pumpengehäuse (2) zwischen dem mindestens einen Einlasskanal (7) und dem mindestens einen Auslasskanal (9) eine Förderstrecke (FS) parallel zu der Längsachse (L3) der Antriebspindel (5) mit Förderkammern (F) für das fluide Medium bilden, wobei die zweite Längsachse (L2) des mindestens einen Auslasskanals (9) in einem stumpfem Winkel (α) zur Förderstrecke (FS) im Pumpengehäuse (2) angeordnet ist, wobei die Antriebsspindel (5) einen Profilabschnitt (P) und einen Schaftabschnitt (S) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilabschnitt des Schaftabschnittes (S) der Antriebsspindel (5) zumindest abschnittsweise als konusförmig ausgebildeter Abschnitt (K) ausgebildet ist, an den Profilabschnitt (P) angrenzt, wobei der konusförmig ausgebildete Abschnitt (K) der Antriebsspindel (5) dem Auslasskanal (9) zugeordnet ist und wobei sich der konusförmige Abschnitt (K, kV) in Richtung des Profilabschnitts (P) verjüngt.
2. Schraubenspindelpumpe (1) nach Anspruch 1, wobei der konusförmig ausgebildete Abschnitt (K), als konkav verrundeter konusförmig ausgebildeter Abschnitt (K, kV), ausgebildet ist.
3. Schraubenspindelpumpe (1) nach Anspruch 2, wobei die Antriebsspindel (5) in einem dem Auslasskanal (9) benachbarten Abschnitt als zumindest bereichsweise konkav verrundeter konusförmig ausgebildeter Abschnitt (K, kV) ausgebildet ist.
4. Schraubenspindelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei das geförderte Medium über den konkav verrundeten konusförmigen Abschnitt (K, kV) in eine zweite Strömungsrichtung (SR2) leitbar ist, wobei die zweite Strömungsrichtung (SR2) mit der Förderstrecke (FS) einen Winkel (α) ungleich 90° einschließt.
5. Schraubenspindelpumpe (1) nach Anspruch 4, wobei die zweite Strömungsrichtung (SR2) mit der Förderstrecke (FS) einen Winkel (α) einschließt, der größer als 90° ist
6. Schraubenspindelpumpe (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei mindestens eine zweite angetriebene Spindel (6, 6*) komplett innerhalb des Pumpengehäuses (2) angeordnet ist.
7. Schraubenspindelpumpe (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Schraubenspindelpumpe (1) dreispindelig ist, mit einer ersten Antriebsspindel (5) und zwei Nebenläuferspindeln (6, 6*), wobei die Längsachsen der drei Spindeln parallel und in einer Ebene angeordnet sind, wobei die Längsachse (L1) der Antriebsspindel (5) mittig zwischen den Längsachsen der Nebenläuferspindeln (6, 6*) angeordnet ist.
8. Verfahren zum Betreiben einer Schraubenspindelpumpe (1) zur Förderung eines fluiden Mediums, wobei das zu fördernde Medium mit einer ersten Strömungsrichtung (SR1) durch mindestens einen Einlasskanal (7) in das Pumpengehäuse (2) eingeleitet wird, wobei die erste Strömungsrichtung (SR1) weitgehend orthogonal zur Förderrichtung (FR) des Mediums im Pumpengehäuse (2) verläuft, wobei das Medium in einem dem mindestens einen Einlasskanal (7) nachgeordneten Bereich (8) in etwa um 90° umgelenkt und in Förderrichtung (FR) parallel zu der Längsachse (L3) der Spindel (5) durch das Pumpengehäuse (2) transportiert wird und wobei das Medium anschließend wieder umgelenkt wird und das Pumpengehäuse (2) in einer zweiten Strömungsrichtung (SR2) über mindestens einen Auslasskanal (9) verlässt, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium in einem dem mindestens einen Auslasskanal (9) vorgeschalteten Bereich an einer dem Auslasskanal (9) zugeordneten Verjüngung in Richtung eines Profilabschnitts (P) eines konusförmig ausgebildeten Abschnitts (K, kV), der ein Teilabschnitt des Schaftabschnittes (S) der Antriebsspindel (5) ist und an den Profilabschnitt (P) der Antriebsspindel (5) angrenzt, um einen Winkel von weniger als 90° von der Förderrichtung (FR) abgelenkt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die vorteilhafte Umlenkung des fluiden Mediums innerhalb einer Schraubenspindelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erfolgt.

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