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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpe gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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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 einen ersten Wellenabschnitt, einen Profilabschnitt mit einem Schrauben- oder Wendelprofil und einen zweiten Wellenabschnitt auf. Die Hohlräume, die durch die drei Konstruktionselemente Pumpengehäuse, erste Schraubenspindel und zweite Schraubenspindel gebildet werden, bilden die Förderräume für das geförderte Medium. Bei der Drehung der Schraubenspindeln wandern die Förderräume in eine Maschinenrichtung und fördern das Medium von der Saugseite (= Einlass) zur Druckseite (= Auslass).
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Diese Pumpenart eignet sich insbesondere für inkompressible, auch zähe Medien und zur Erzeugung von hohen Drücken. Schraubenspindelpumpen werden sowohl zum Transport einphasiger als auch mehrphasiger fluider Medien eingesetzt. Eine zweispindelige doppelflutige Schraubenspindelpumpe umfasst eine Antriebsspindel (Hauptläufer), die zusammen mit mindestens einer angetriebenen Spindel (Nebenläufer) in einem Pumpengehäuse angeordnet ist. Das über den Antrieb erzeugte Drehmoment wird von der Antriebsspindel über Zahnräder auf die angetriebene Spindel übertragen. Der Förderstrom wird von beiden Enden her, d.h. von den sogenannten Saugseiten der Pumpe, zur Mitte bzw. Druckseite der Pumpe hin transportiert.
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Aufgabe der Erfindung ist, die Pumpenkonstruktion an sich und damit einhergehend die Montage der Schraubenspindelpumpe zu vereinfachen.
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Die obige Aufgabe wird durch eine Schraubenspindelpumpe gelöst, die die Merkmale in dem Patentanspruch 1 umfasst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.
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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpe zur Förderung eines fluiden Mediums, insbesondere zur Förderung von zähflüssigen und / oder Abrasivstoffen enthaltenden Medien. Die Schraubenspindelpumpe umfasst ein Pumpengehäuse mit einem Einlass und einem Auslass für das zu fördernde Medium. In dem Pumpengehäuse sind wenigstens zwei Spindeln angeordnet. Die Spindeln bestehen jeweils aus einer Welle mit mindestens zwei Wellenabschnitten und einem dazwischen angeordneten Profilabschnitt. Die Profilabschnitte der wenigstens zwei Spindeln sind zumindest teilweise miteinander im Eingriff. Die mindestens zwei Spindeln sind drehbar gelagert und zumindest teilweise im Pumpengehäuse angeordnet. Die jeweils direkt benachbarten zwei Spindeln, deren Profilabschnitte zumindest teilweise ineinander greifen, drehen jeweils in eine entgegengesetzte Drehrichtung. Insbesondere dreht die erste Spindel im Uhrzeigersinn und die zweite Spindel dreht entgegen des Uhrzeigersinns oder vice versa.
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Der Einlass für das zu fördernde Medium steht saugseitig mit dem außenliegenden Profilabschnitt der Spindeln in Verbindung. Der Auslass für das zu fördernde Medium steht druckseitig mit dem innenliegenden Profilabschnitt in Verbindung. Einer ersten der wenigstens zwei Spindeln ist ein direkter erster Antrieb zugeordnet. Man bezeichnet diese erste Spindel auch als Antriebsspindel. Erfindungsgemäß ist mindestens einer zweiten der wenigstens zwei Spindeln ein zweiter direkter Antrieb zugeordnet.
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Der erste Antrieb und der zweite Antrieb sind vorzugsweise einander weitgehend gegenüberliegend, an jeweils außerhalb des Pumpengehäuses liegenden Wellenenden der Spindeln angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugsten Ausführungsform umfasst die Schraubenspindelpumpe zwei Spindeln in einer doppelflutigen Anordnung. Der Förderstrom des Mediums wird von beiden Enden her, d.h. von den sogenannten Saugseiten der Schraubenspindelpumpe, zur Mitte bzw. Druckseite der Schraubenspindelpumpe hin transportiert. Beiden Spindeln ist jeweils ein Antrieb zugeordnet, d.h. es handelt sich insbesondere um eine Schraubenspindelpumpe mit zwei direkt angetriebenen Spindeln in einer doppelflutigen Anordnung.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Antrieb an den jeweiligen Spindeln an einem ersten Endbereich angeordnet, wobei die Spindeln vorzugsweise so parallel nebeneinander liegend angeordnet sind, dass sich die jeweiligen antriebsnahen Bereiche der Spindeln an der jeweils gegenüberliegenden Seite des Pumpengehäuses befinden. Das Pumpengehäuse besitzt für jede Spindel eine Wellendurchführung für eine Außenlagerung zur Lagerung eines Wellenabschnitts der Spindeln zwischen dem ersten antriebsnahen Endbereich und dem Profilbereich. Die Wellendurchführung der ersten und der zweiten Spindel befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten des Pumpengehäuses. Das dem so genannten Antriebsende jeweils gegenüberliegende freie Wellenende der Spindeln ist vorzugsweise jeweils innerhalb des Pumpengehäuses angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das freie Wellenende der Spindeln jeweils innerhalb des Pumpengehäuses drehend gelagert, wobei die entsprechenden Lagerungen weitgehend einander gegenüberliegend angeordnet sind.
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Den mindestens zwei Spindeln mit jeweils eigenem Antrieb einer erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe ist jeweils eine Außenlagerung für einen antriebsnahen Wellenbereich der jeweiligen Spindel, eine Innenlagerung für das gegenüberliegende freie Wellenende der jeweiligen Spindel und ein Dichtelement zur Abdichtung der Außenlagerung zugeordnet. Gegenüber den Schraubenspindelpumpen gemäß dem bekannten Stand der Technik müssen somit nur zwei anstelle von vier Wellendurchführungen abgedichtet werden. Das Pumpengehäuse weist gegenüber herkömmlich bekannten Pumpen somit nur 50% potentieller Leck-Stellen auf.
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Vorzugsweise werden für den ersten Antrieb und einen mindestens zweiten Antrieb identische Elektromotoren verwendet. Insbesondere muss die Drehzahl, mit der die Spindeln bewegt werden, auf die Profilierung des Profilabschnitts abgestimmt werden, damit die Wendeln des Profilabschnitts die Förderkammern ausbilden und nicht miteinander verkeilen.
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Die verwendeten identischen Elektromotoren können jeweils Synchronmotoren oder Asynchronmotoren sein. Den Antrieben der Spindeln kann jeweils eine Steuerung zugeordnet sein, über die die Antriebe jeweils einzeln gesteuert werden können. Insbesondere können über die Steuerungen die Drehzahlen der Antriebe einzeln gesteuert werden, um die Spindeln jeweils synchron zu betreiben. Werden beispielsweise Asynchronmotoren verwendet, kann es vorkommen, dass minimale Geschwindigkeitsunterschiede bei der Rotation der Spindeln auftreten. Hier ist es besonders wichtig, dass die Profilabschnitte der Spindeln dem Verzahnungsgesetz folgen, so dass die schnellere Spindel die langsamere entsprechend mitnimmt, ohne dass die Spindeln verkeilen und dadurch gegebenenfalls beschädigt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das gegenüberliegende freie Wellenende der Spindeln jeweils in einer so genannten Laufbuchse drehend gelagert. Der Laufbuchse ist ein Anschlusselement zugeordnet. Über das Anschlusselement kann der Laufbuchse ein Schmiermittel zugeführt werden. Dies ist insbesondere erforderlich, wenn das zu fördernde Medium keine guten Schmiereigenschaften aufweist oder Abrasivstoffe enthält. Als Schmiermittel wird insbesondere saubere und unter Druck stehende Schmierflüssigkeit verwendet. Der Druck der zugeführten Schmierflüssigkeit muss dabei höher sein als der anliegende Saugdruck der Schraubenspindelpumpe. Das Schmiermittel vermischt sich beim Austritt aus den Lagerstellen mit dem geförderten Medium und wird mit diesem abgeführt.
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Weist das geförderte Medium dagegen gute Schmiereigenschaften auf und enthält keine Abrasivstoffe, dann erfolgt die Schmierung des in der jeweiligen Laufbuchse gelagerten freien Endes durch das geförderte Medium selbst. In diesem Fall ist vorgesehen, dass Spindeln Bohrungen entlang ihrer Längsachse umfassen, Wobei sich die Bohrungen beispielsweise vom freien Ende her bis zur Mitte des Profilabschnitts erstrecken. Über eine Querbohrung im mittleren Bereich des Profilabschnittes ist somit eine fluide Verbindung zwischen dem Hochdruckinnenraum der Schraubenspindelpumpe und den Lagerbuchsen herstellbar. Aufgrund des in der Schraubenspindelpumpe vorliegenden Druckgefälles gelangt zu förderndes Medium von der Hochdruckseite über die Bohrungen in die Laufbuchsen und schmiert diese ausreichend. Anschließend vermischt sich das über die Bohrungen zu den Lagerstellen gelangte Medium wieder mit dem geförderten Medium und wird mit diesem abgeführt. Es handelt sich hierbei um einen internen Kreislauf, bei dem das geförderte Medium gleichzeitig als Schmiermittel für die Lagerungen der Wellenenden der Spindeln verwendet wird.
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Figurenbeschreibung
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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.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer konventionellen zweispindeligen Schraubenspindelpumpe gemäß dem Stand der Technik.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe.
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4 und 5 zeigen unterschiedliche perspektivische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe.
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6 und 7 zeigen jeweils eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Schraubenspindelpumpe.
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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 ausgestaltet sein kann und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
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1 zeigt eine konventionelle zweispindelige Schraubenspindelpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik bestehend aus einer Antriebsspindel 3 in doppelflutiger Ausführung, einer angetriebenen doppelflutigen Spindel 4, die in ein Pumpengehäuse 2 mit oder ohne Verschleißkörper 6 montiert sind. Bei dem Verschleißkörper 6 handelt es sich um ein Einschubgehäuse innerhalb des Pumpengehäuses 2, in dem die Spindeln 3, 4 laufen. Wenn der Verschleißkörper 6 eingelaufen, insbesondere wenn der Verschleißkörper 6 verschlissen ist, kann er einfach ausgetauscht werden,
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Die Spindeln 3, 4 umfassen jeweils einen ersten Wellenabschnitt A1-3 bzw. A1-4, einen Profilabschnitt P3, P4 und einen zweiten Wellenabschnitt A2-3, A2-4. Das Pumpengehäuse 2 weist vier Außenlagerstellen 7-3a, 7-3b, 7-4a und 7-4b und vier Wellendurchführungen 5 für die Spindeln 3, 4 auf. In den Wellendurchführungen 5 sind die Spindeln 3, 4 drehbar gelagert sind und an den Außenlagerstellen 7-3a, 7-3b, 7-4a und 7-4b treten die Spindeln 3, 4 aus dem Pumpengehäuse 2 aus. An den Wellendurchführungen 5 sind Gleitringdichtungen 8 als Dichtelemente zur Abdichtung des Pumpengehäuses 2 nach außen hin vorgesehen. Die Antriebsspindel 3 wird direkt über einen Antrieb M angetrieben. Das über den Antrieb M erzeugte Drehmoment wird von der Antriebsspindel 3 über Zahnräder 9-3a, 9-3b, 9-4a und 9-4b auf die angetriebene Spindel 4 übertragen.
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Die konventionelle zweispindelige Schraubenspindelpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik wird vorzugsweise zum Pumpen von Schmierflüssigkeiten oder nicht schmierenden und mehrphasigen Fluiden eingesetzt. Aufgrund ihrer Konstruktion mit sehr vielen Einzelteilen, insbesondere vier Wellendurchführungen 5 mit Gleitringdichtungen 8, vier Außenlagerstellen 7-3a, 7-3b, 7-4a und 7-4b bzw. Wellenlagerungen und mindestens einem Zahnradpaar 9-3a, 9-3b, 9-4a und 9-4b, ist die Montage der dargestellten Schraubenspindelpumpe 1 aufwendig.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe 10a mit einem Pumpengehäuse 12, die zwei Antriebsspindeln 14-1 und 14-2 umfasst. Die beiden Antriebsspindeln 14-1 und 14-2 umfassen jeweils einen antriebseitigen ersten Wellenabschnitt A1-1 bzw. A2-1, einen Profilabschnitt P1, P2 und einen Lagerabschnitt L1, L2 zur Lagerung des freien Endes 16-1, 16-2 der jeweiligen Antriebsspindel 14-1, 14-2 innerhalb des Pumpengehäuses 12. Die Profilbereiche P1, P2 der Antriebsspindeln 14-1, 14-2 weisen ihrerseits je zwei gegenläufige Spindelwindungen mit verzahntem Profil auf. Das Profil ist vorzugsweise speziell für den abwälzenden Betrieb entworfen.
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Jede der beiden Antriebsspindeln 14-1, 14-2 wird von einem eigenen Antrieb M1, M2, insbesondere von einem eigenen Antriebsmotor direkt angetrieben.
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Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Stand der Technik umfasst die erfindungsgemäße Schraubenspindelpumpe 10a nur zwei Außenlagerstellen 7-1, 7-2, zwei Wellendurchführungen 5 mit Gleitringdichtungen 8 als Dichtelemente. Die erfindungsgemäße Schraubenspindelpumpe 10a weist somit nur die Hälfte an abzudichtenden Wellendurchführungen 5 auf. Weiterhin werden keine Zahnräder 9-3a, 9-3b, 9-4a, 9-4b (vgl. 1) zur Übertragung des Drehmoments benötigt. Dadurch ist die erfindungsgemäße Schraubenspindelpumpe 10a zum einen kostengünstiger in der Herstellung und zum anderen günstiger in der Wartung, da sie weniger wartungsanfällige Bauteile enthält.
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Die parallel zueinander angeordneten Antriebsspindeln 14-1, 14-2 sind im Bereich ihrer Lagerabschnitte L1, L2 in so genannten Laufbuchsen 20-1, 20-2 innerhalb des Pumpengehäuses 12 gelagert. Die Antriebsspindeln 14-1, 14-2 sind gegenläufig angeordnet, sodass die Antriebe M1, M2 auf gegenüberliegenden Seiten des Pumpengehäuses 12 angeordnet sind.
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Vorzugsweise können bei der so konstruierten Schraubenspindelpumpe 10a die Antriebsmotoren M1, M2 sowohl als Synchronmotor als auch Assynchronmotor ausgeführt sein. Dies ist insbesondere abhängig vom zu fördernden Medium.
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Falls das zu fördernde Medium keine guten Schmiereigenschaften aufweist oder Abrasivstoffe enthält, kann für die Schmierung der Laufbuchsen 20-1, 20-2 über Anschlusselemente 22-1, 22-2 saubere und unter Druck stehende Schmierflüssigkeit zugeführt werden. Der Druck der zugeführten Schmierflüssigkeit muss dabei höher sein als der anliegende Saugdruck der Schraubenspindelpumpe 10a. Die an den Laufbuchsen 20-1, 20-2 austretende Schmierflüssigkeit vermischt sich während des Pumpvorganges mit dem geförderten Medium und wird mit diesem abgeführt.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe 10b. Bei dieser geschieht die Schmierung der Laufbuchsen 20-1, 20-2 durch das zu fördernde Medium selbst, wobei die Schmierflüssigkeit aufgrund des Druckgefälles von der Hochdruckseite in der Spindelmitte über die Bohrungen 24-1 und 24-2 innerhalb der Spindeln 14-1, 14-2 in die Laufbuchsen 20-1, 20-2 gelangt. In diesem Falle, muss das zu fördernde Medium frei von Verunreinigungen und Abrasivstoffen sein und gute Schmiereigenschaften aufweisen.
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4 und 5 zeigen unterschiedliche perspektivische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe 10 und 6 und 7 zeigen jeweils eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Schraubenspindelpumpe 10. Für die Beschreibung der Bezugszeichen wird insbesondere auf die 2 und 3 verwiesen. Den Antrieben M1, M2 der Spindeln 14-1, 14-2 ist jeweils eine Steuerung S1, S2 zugeordnet, über die die Antriebe M1, M2 einzeln gesteuert werden können. Insbesondere können über die Steuerungen S1, S2 die Drehzahlen der Antriebe M1, M2 einzeln gesteuert werden, um die Spindeln 14-1, 14-2 jeweils synchron betreiben zu können. Werden die Spindeln 14-1, 14-2 beispielsweise mit herkömmlicherweise verwendeten Asynchronmotoren betrieben, kann es vorkommen, dass minimale Geschwindigkeitsunterschiede auftreten. Hier ist es besonders wichtig, dass die Profilabschnitte P1, P2 der Spindeln 14-1, 14-2 dem Verzahnungsgesetz folgen, so dass die schnellere Spindel 14-1 oder 14-2 die langsamere mittels Verzahnungsgesetz mitnimmt.
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Gemäß einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist eine Kopplung der Steuerungen S1, S2 bzw. eine gemeinsame Steuerung für die Antriebe M1, M2 der Spindeln 14-1, 14-2 vorgesehen
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schraubenspindelpumpe
- 2
- Pumpengehäuse
- 3
- Antriebsspindel
- 4
- angetriebene Spindel
- 5
- Wellendurchführung
- 6
- Verschleißkörper
- 7
- Außenlagerstelle
- 8
- Gleitringdichtungen
- 9
- Zahnrad
- 10
- Schraubenspindelpumpe
- 12
- Pumpengehäuse
- 14
- Antriebsspindel
- 16
- freies Ende
- 20
- Laufbuchse
- 22
- Anschlusselement
- 24
- Bohrung
- A
- Wellenabschnitt
- L
- Lagerabschnitt
- M
- Antrieb
- P
- Profilabschnitt
- S
- Steuerung
