DE19728744C1 - Schraubenspindelpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpe mit in einem Pumpengehäuse angeordneter Antriebsspindel und wenig­ stens einer Laufspindel, die mit einem Ende unter Zwischen­ schaltung eines zapfenartigen Lagerelements mit ihm zugeordnetem ringartigem Dichtelement in einer ortsfesten Lagerausnehmung gelagert ist.

Eine derartige Schraubenspindelpumpe ist beispielsweise in der von der Anmelderin stammenden DE 33 22 591 A1 als Einrichtung zum hydraulischen Axialschubausgleich an Spindeln von Schraubenspindelpumpen beschrieben. Einen gegenüber dem Pumpengehäuse feststehenden Entlastungskolben umgibt ein Drosselspalt, zu dessen Ausbildung die Spindeln in einem hülsenartigen Ansatz eine den Entlastungskolben umschließende Bohrung aufweisen. Der Entlastungskolben endet als in den Boden des Pumpengehäuses eingesteckter Zapfen, der im Bereich eines Schulterabsatzes von einem sich an den Boden schmiegenden Elastomerdichtring umgeben ist.

Der DE 195 01 610 A1 der Anmelderin ist eine Lagerhülse als Lagerelement zu entnehmen, in der ein zapfenartiges Ende der Laufspindel ruht. Diese Lagerhülse weist in einem spin­ delseitigen Kragenabschnitt eine Anlauffläche für die be­ nachbarte Spindelstirn auf und greift mit einem Halsab­ schnitt in jene Lagerausnehmung ein.

Auch die US 25 90 561 zeigt eine Schraubenspindelpumpe, deren Spindeln jeweils einends in eine Lagerbüchse eingreifen, die an einem Pumpendeckel festliegt; ihr Büchsenraum ist an eine Radialbohrung im Pumpendeckel angeschlossen, um den Flüssigkeitsdruck aus dem Pumpeninnenraum über die Lagerbüchse der Antriebsspindel zu den Lagerbüchsen der Laufspindeln zu führen.

Bisher eingesetzte Systeme zum hydraulischen Schubausgleich einer Laufspindel bei Schraubenspindelpumpen arbeiten nicht optimal und sind nur mit hohem fertigungstechnischem Aufwand zu realisieren. Durch Fluchtfehler und Schrägstellung der Achsen zueinander entstehen Restkräfte und Momente, durch die es zum schädlichen Anstreifen der Laufspindel kommen kann; die damit verbundenen Überla­ stungen und Verschleißerscheinungen können zu Störungen führen. Besonders bei spröden Werkstoffen mag es zu äußerst gefährlichen Kantenanpressungen kommen und damit zu beson­ ders hohen Schäden.

In Kenntnis dieser Probleme hat sich der Erfinder die Auf­ gabe gestellt, die im Betrieb auftretenden Verlagerungen durch radiale Verschiebungen und Schrägstellungen der Lauf­ spindelachse auszugleichen. Außerdem sollen die fertigungs­ bedingten Lagefehler, mit denen die Teile behaftet sind, kompensiert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Patentanspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiter­ bildungen an.

Erfindungsgemäß ist zwischen der Laufspindel und dem Pum­ pengehäuse ein Ausgleichszapfen angeordnet und einends in einem Durchbruch eines am Pumpengehäuse festlegbaren Zusatzelementes auf wenigstens einer dort eingelegten Kugel gelagert; jenes Zusatzelement ist bevorzugt eine Anla­ gescheibe, die mit dem Pumpengehäuse - beispielsweise durch Verschraubungen - lösbar verbunden ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Aus­ gleichszapfen zum Saugraum hin durch Dichtelemente abge­ dichtet, wobei insbesondere das Lagerende des Ausgleichs­ zapfens mit radialen Rippen versehen sein kann, und die Dichtelemente am Pumpengehäuse einerseits und an der Anla­ gescheibe andererseits anliegen.

Als günstig hat es sich erwiesen, in die Stirnfläche des Ausgleichszapfens eine gehäusewärtige Einformung einzubrin­ gen, in welcher die Kugel zwischen einer Begrenzungsfläche des Pumpengehäuses einerseits und einem bevorzugt ringarti­ gen Anlagebereich der Einformung andererseits lagert, also die Stirnfläche des Ausgleichszapfens in gewissem Abstand zur benachbarten Innenfläche des Pumpengehäuses hält. Der ringförmige Anlagebereich kann beispielsweise durch eine Trichterkontur der Einformung angeboten werden, welche der Kugeloberfläche haubenartig aufliegt.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß der Ausgleichszapfen in eine stirnseitige Axialausnehmung der Laufspindel ein­ ragt, wobei die Axialausnehmung mit wenigstens einer Ra­ dialbohrung versehen ist. Bei einem anderen Ausführungsbei­ spiel ruht ein Lagerzapfen der Laufspindel in einem büch­ senartigen Bereich des Ausgleichszapfens; es hat sich als günstig erwiesen, einen derartigen büchsenartigen Bereich spindelwärts vorzusehen und zwar eine axiale Bohrung im Ausgleichszapfen, die mit dem hinterschnittenen Bereich des Durchbruches in der Anlagescheibe strömungstechnisch ver­ bunden ist.

Der erfindungsgemäße Ausgleichszapfen ist also auf der Ku­ gel frei beweglich gelagert, die sowohl die radiale Verla­ gerung wie auch die Schrägstellung des Ausgleichszapfens - und damit der Laufspindel - erlaubt. Über den/die Zufuhr­ kanal/kanäle in der Anlagescheibe wird die Verbindung zum Druckraum der Pumpe geschaffen; in dem Raum zwischen Aus­ gleichszapfen und Laufspindel stellt sich der Förderdruck ein. Die dadurch wirksame hydraulische Kraft erzeugt den erforderlichen hydraulischen Schubausgleich und hält die Laufspindel im Gleichgewicht.

Die Gegenkraft wirkt auf den Ausgleichszapfen und wird über die beschriebene Kugel am Pumpengehäuse abgestützt.

Die erwähnten elastischen Dichtelemente übernehmen - wie ausgeführt - die Abdichtung der druckführenden Räume zum Saugraum hin. Diese Dichtelemente liegen im drucklosen Be­ trieb in axialer Richtung mit leichter Vorspannung an und können die notwendigen Verschiebungen in axialer Richtung überbrücken. Unter Betriebsdruck wird die Abdichtung durch die Wirkung des hydraulischen Druckes erzeugt. Die Anpreß­ kräfte wirken über den Umfang der Dichtelemente gleichmäßig verteilt und sind konstant; es entsteht deshalb kein Mo­ ment, das einer Schrägstellung entgegenwirkt oder eine Zwangslage erzeugen würde.

Durch das Anpressen der Dichtelemente an die Gehäuseteile und den Ausgleichszapfen wird zudem ein Mitdrehen dieses Ausgleichszapfens hintangehalten.

Mit der Erfindung werden die fertigungsbedingten Lagefeh­ ler, mit denen die Teile behaftet sind, ausgeglichen. An die Teilefertigung, d. h. die Einhaltung der erforderlichen Form- und Lagetoleranzen, werden keine besonderen hohen An­ forderungen gestellt. Die Ausrichtung des Ausgleichszapfens erfolgt selbsttätig bei der Montage der Teile und vor allem kontinuierlich während dem Betrieb der Pumpe, dies auch bei wechselnden Betriebsbedingungen und den damit verbundenen Verschiebungen und Schrägstellungen der Laufspindelachsen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihren beiden Figuren jeweils einen Teilquerschnitt durch eine Pumpe.

In Fig. 1 ist oberhalb eines endseitigen Pumpendeckels 10 einer nur teilweise wiedergegebenen Pumpe 12 eine Anlage­ scheibe 14 der Höhe a zu erkennen, welche durch eine Ver­ schraubung 16 mit dem Pumpendeckel 10 fest - aber lösbar - verbunden ist.

Oberhalb dieser Anlagescheibe 14 und zu ihr in Spaltabstand b ist eine Laufspindel 18 der Pumpe 12 eines Spindeldurch­ messers d angedeutet. In die Laufspindel 18 ist von ihrer deckelwärtigen Stirnfläche 20 eine zylindrische Axialaus­ nehmung 22 des Durchmesser e und der Tiefe h eingebracht, welche mittels einer Radialbohrung 24 mit der Spindelaußen­ fläche 19 verbunden ist.

In die Axialausnehmung 22 ist ein Ausgleichszapfen 26 eines Durchmessers e₁ eingeführt, der andernends in einem hinter­ schnittenen Durchbruch 28 der Anlagescheibe 14 lagert. Vom Ausgleichszapfen 26 ragen im Bereich des Durchbruches 28 zwei Ringrippen 30 ab, welche in eine Seitenausformung 29 des Durchbruches 28 einragen und einerseits - nach unten hin - in einer Ringnut 32 des Pumpendeckels 10 sowie an­ derseits - nach oben - an einer von jener Seitenausfor­ mung 29 erzeugten dachartigen Schulterfläche 34 der Seiten­ ausformung 29 - unter Zwischenschaltung elastischer Dichtringe 36 - gehalten sind. Aus der ringförmigen Stirn­ fläche 27 des Ausgleichszapfens 26 ragt zumindest ein Stift 38, der andernends als Verdrehsicherung im Pumpendeckel 10 lagert; dank dessen wird der Ausgleichszapfen 26 im druck­ baren Betrieb gegen Mitdrehen gesichert.

Jene ringförmige Stirnfläche 27 umgibt eine Einformung 40, welche durch eine Ringkontur 41 mit anschließender Trichterkontur 42 begrenzt ist; letztere verjüngt sich zur Achse A der Laufspindel 18 hin. Diese Einformung 40 nimmt eine Kugel 44 des Durchmessers i auf, die dem Pumpendeckel 10 aufliegt sowie nach oben hin die Trichterkontur 42 be­ rührt.

Bei 46 ist ein Schrägkanal im Ausgleichszapfen 26 angedeu­ tet, welcher die Einformung 40 mit der Umfangsfläche 48 des Ausgleichszapfens 26 verbindet. Die Mündung dieses Schräg­ kanals 46 ist in dem erwähnten Spalt 50 vorgesehen, welcher von der Anlagescheibe 14 und der Laufspindel 18 begrenzt ist.

Der in die Laufspindel 18 einragende Abschnitt des Aus­ gleichszapfens 26 ist büchsenartig ausgebildet, d. h. er bietet eine axiale Bohrung 52 an, welche - in Einbaulage - etwa in Höhe der Spindelstirnfläche 20 endet. Von dem Bohrungsboden 53 geht ein weiterer Schrägkanal 54 aus, der andernends zwischen den beiden Ringrippen 30 endet. Des Schrägkanals 54 bohrungsferner Mündung 55 liegt ein Zufuhr­ kanal 56 gegenüber, welcher radial in der Anlagescheibe 14 verläuft.

Der Ausgleichszapfen 26 ist auf der Kugel 44 frei beweglich gelagert, die sowohl eine radiale Verlagerung als auch eine Schrägstellung ermöglicht. Über den Zufuhrkanal 56 wird die Verbindung der axialen Bohrung zum Druckraum der Pumpe 12 geschaffen, in einem Kopfraum 58 zwischen Ausgleichszapfen 26 und Laufspindel 18 stellt sich der Förderdruck ein. Die dadurch wirksame hydraulische Kraft erzeugt den erforderli­ chen hydraulischen Schubausgleich und hält die Laufspindel 18 im Gleichgewicht.

Die Gegenkraft wirkt auf den Ausgleichszapfen 26 und wird über die Kugel 44 auf dem Pumpendeckel 10 abgestützt.

Die Abdichtung der druckführenden Räume zum Saugraum über­ nehmen jene elastischen Dichtringe oder Dichtelemente 36, die so angeordnet sind, daß sich die radialen Kräfte über die Gehäuseteile abstützen. Die Dichtelemente 36 liegen im drucklosen Betrieb in axialer Richtung mit leichter Vor­ spannung an und können die notwendigen Verschiebungen in axialer Richtung überbrücken. Unter Betriebsdruck wird die Abdichtung durch die Wirkung des hydraulischen Drucks er­ zeugt. Die Anpreßkräfte wirken über den Umfang der Dichte­ lemente 36 gleichmäßig verteilt und sind konstant, es ent­ steht deshalb kein Moment, das einer Schrägstellung entge­ genwirkt oder eine Zwangslage erzeugt.

Durch die Anpressung der Dichtelemente 36 an die Gehäuse­ teile und den Ausgleichszapfen 26 wird gleichzeitig ein Mitdrehen dieses Ausgleichszapfens 26 verhindert.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 greift die Laufspindel 18 - statt den Ausgleichszapfen 26 zu umfangen - mit einem Lagerzapfen 60 in die Axialausnehmung 22 des Ausgleichszap­ fens 26 ein. Das in Fig. 1 beschriebene Verhalten entsteht auch bei dieser Ausgestaltung.

Claims (14)

1. Schraubenspindelpumpe mit in einem Pumpengehäuse an­ geordneter Antriebsspindel und wenigstens einer Lauf­ spindel, die mit einem Ende unter Zwischenschaltung eines zapfenartigen Lagerelements mit ihm zugeordnetem ringartigem Dichtelement in einer ortsfesten Lagerausnehmung gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Laufspindel (18) und Pumpengehäuse (10) ein Ausgleichszapfen (26) angeordnet und einends in einem Durchbruch (28) eines am Pumpengehäuse festleg­ baren Zusatzelementes auf wenigstens einer eingelegten Kugel (44) gelagert ist.

2. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ausgleichszapfen (26) durch Dichtelemente (36) zum Saugraum hin abgedichtet ist.

3. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerende des Ausgleichszap­ fens (26) mit radialen Rippen (30) versehen ist, die in einen hinterschnittenen Bereich (29) des Durchbru­ ches (28) einragen und daß Dichtelemente (36) am Pumpengehäuse (10) und am Zusatzelement (14) anliegen.

4. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzelement (14) eine Anlagescheibe ist.

5. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Einformung (40) in der gehäusewärtigen Stirnfläche (27) des Ausgleichszap­ fens (26), in welcher die Kugel (44) zwischen einer Begrenzungsfläche des Pumpengehäuses (10) einerseits und einem Anlagebereich der Einformung andererseits lagert.

6. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlagebereich ringartig gestaltet ist.

7. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der ringförmige Anlagebereich durch eine querschnittliche Trichterkontur (42) der Einfor­ mung (40) angeboten ist.

8. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einformung (40) für die Kugel (44) mit dem Umfang (48) des Ausgleichszapfens (26) durch wenigstens einen Schrägkanal (46) verbunden ist.

9. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichszapfen (26) in eine stirnseitige Axialausnehmung (22) der Laufspindel (18) einragt und die Axialausnehmung mit wenigstens einer Radialbohrung (24) im Ausgleichszap­ fen verbunden ist.

10. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichszapfen (26) spindelwärts büchsenartig gestaltet ist und eine axiale Bohrung (52) anbietet, die mit dem hinter­ schnittenen Bereich (29) des Durchbruches (28) in der Anlagescheibe (14) verbunden ist.

11. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in den hinterschnittenen Bereich (29) des Durchbruchs (28) wenigstens ein Zufuhrkanal (56) mündet.

12. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der spindelwärtig trichterartige Bereich des Ausgleichszapfens (26) einen Lagerzapfen (60) der Laufspindel (18) aufnimmt.

13. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichszapfen (26) durch lösbare Verbindungseinrichtungen mit dem Pumpengehäuse (10) verbunden ist.

14. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindungseinrichtung wenigstens ein achsparalleler Stift (38) ist.