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Bezeichnung: Schraubenspindelpumpe Gegenstand der Erfindung ist eine
Schraubenspindelpumpe mit einer Antriebsspindel und mit dieser in Eingriff stehenden
Laufspindeln.
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Derartige Schraubenspindelpumpen besitzen einen symmetrischen Aufbau
in der Art, daß die Laufspindeln gleichmäßig am Umfang der Antriebsspindel angeordnet
sind.
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Bei einer dreispindligen Pumpe beispielsweise liegen sich daher die
Laufspindeln gegenüber. Dieser Aufbau kann unter Umständen fertigungstechnisch vorteilhaft
sein, außerdem wird die Antriebsspindel nicht durch unausgeglichene hydraulische
Radialkräfte beaufschlagt.
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Eine Schraubenspindelpumpe ist eine Verdrängermaschine, bei der durch
axiales Verschieben von von den Gewindelücken der Spindeln gebildeten Kammern ein
Fördereffekt entsteht. Theoretisch erfolgt die Förderung kontinuierlich ohne Druckschwankungen.
In der Praxis jedoch wird
dieser Idealzustand nicht erreicht, weil
die Anzahl der Förderkammern beim Drehen der Spindeln nicht konstant bleibt. Es
kann sein, daß in einer Pumpe bei entsprechender Spindellänge und Steigung des Schraubengewindes
beispielsweise die Anzahl der dichten Kammern zwischen drei und vier wechselt. Mit
diesem Wechseln der Anzahl der Kammern ändert sich auch die Größe der Leckverluste,
so daß der Förderstrom der -Pumpe proportional der Drehung fortlaufend wächst und
wieder abnimmt.
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Dieser Wechsel des Förderstromes hat eine Pulsation des Druckes zur
Folge, die unter Umständen als sehr störend empfunden wird, insbesondere wenn Geräuscharmut
verlangt wird, oder wenn die Pumpen in schwingungsempfindlichen Anlagen, wie hydraulische
Aufzüge, eingesetzt werden.
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Es hat bisher nicht an Versuchen gefehlt, die störende Pulsation an
Schraubenspindelpumpen zu beseitigen. So wird versucht, durch bestimmte Längenverhältnisse
von Schraubenspindeln und dem diese umschließenden Gehäuse die Anzahl der Kammern
konstant zu halten. Theoretisch ist dies auch möglich. In der Praxis jedoch läßt
sich dieses in Folge von Fertigungstoleranzen nicht durchführen.
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Die Pulsation bleibt vorhanden, wenn auch in etwas geringerem Maße.
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Da der Dichtigkeitsgrad von der Drehstellung abhängt, fällt bei einer
dreispindeligen Schraubenspindelpumpe, bei der die Laufspindeln um 180 ° versetzt
sind und bei der aus Gründen der Dichtigkeit die Antriebsspindel und die Laufspindeln
zweigängig ausgeführt sind, der Punkt des maximalen und minimalen Dichtigkeitsgrades
der einzelnen Laufspindeln zeitlich immer zusammen. Die Pulsation wirkt sich hier
also verstärkt aus, so daß die Druckspitzen und die Drucktiefen besonders kraß vorhanden
sind.
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Ein anderer Weg mit dem Ziel, die Pulsation bei Schraubenspindelpumpen
zu vermindern, besteht darin, daß man die Pumpe als solche beläßt und in die Förderleitung
Pulsationsdämpfer, beispielsweise Resonatoren oder Hydrospeicher mit Gasblasen,
einsetzt.
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Dieser Einsatz von Pulsationsdämpfern erfolgt mit unterschiedlichem
Erfolg, weil für die Wirksamkeit nicht allein die Pumpe, sondern auch die nachfolgenden
Aggregate maßgeblich sind.
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Selbst wenn der Erfolg. sichergestellt ist, so bedeutet der Einsatz
von Pulsationsdämpfern eine erhebliche Verteuerung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraubenspindelpumpe
zu schaffen, bei der auf wirtschaftliche Weise eine geringere Pulsation erreicht
wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Schraubenspindeipumpe,
bei der die Laufspindeln derart winkelversetzt sind, daß eine Laufspindel den maximalen
Dichtigkeitgrad erreicht, während eine andere Laufspindel den minimalen Dichtigkeitsgrad
erreicht.
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Bei der erfindungsgemäß ausgeführten Pumpe werden die Extremwerte
des Dichtigkeitsgrades zeitlich miteinander zur Deckung gebracht und daher ausgeglichen.
Gesehen auf die Wirkungsweise der Pumpe wird der Dichtigkeitsgrad gleichförmiger.
Dies hat zur Folge, daß die Pulsation abnimmt.
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Bei der üblichen dreispindeligen Ausführung der Schraubenspindelpumpe
besitzen die Laufspindeln dieselbe axiale Lage gegenüber der Antriebsspindel. Die
Erfindung läßt sich jedoch auch bei einer Schraubenspindelpumpe mit einer Antriebsspindel
und nur einer Laufspindel ausführen, indem Laufspindelteile axial aneinander gereiht,
jedoch zueinander winkelversetzt sind. Neben der geringeren Pulsation hat diese
erfindungsgemäße Ausbildung außerdem noch den Vorteil, daß eine große wirksame Laufspindellänge
und damit eine große Druckbelastbarkeit der Pumpe erreicht wird, ohne daß die Schwierigkeiten
auftreten, die von der Fertigung langer Laufspindeln bekannt sind.
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Durch das Versetzen der Laufspindeln wirken auf die Antriebsspindel
Radialkräfte ein. Um dies zu vermeiden, sieht die Erfindung weiter vor, daß paarweise
symmetrisch angeordnete Laufspindeln axial aneinander gereiht sind und paarweise
zueinander winkelversetzt sind. Somit ist der an sich bekannte und auch bewährte
symmetrische Aufbau der drei spindeligen Pumpe weiterhin vorhanden.
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Insbesondere bei dreispindeligen Pumpen mit zweigängigen Spindeln
ist erfindungsgemäß der Versatzwinkel der Laufspindeln ca. 90 °. Bei einem derartigen
Versatz der Laufspindeln ist die geringste Pulsation der Pumpe zu erwarten.
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Die nachfolgende Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung.
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Es stellen dar: Figur 1 den Druckverlauf einer Schraubenspindelpumpe
während einer Umdrehung.
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Figur 2 eine erfindungsgemäße Schraubenspindelpumpe Figur 3 einen
Schnitt durch diese Schraubenspindelpumpe entlang der Schnittlinie A-A.
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Figur 4 eine weitere erfindungsgemaß ausgeführte Schraubenspindelpumpe.
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Figur 5 die Ansicht der Schraubenspindelpumpe gemäß Figur 4 in angegebener
Pfeilrichtung X.
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In Figur l ist der Druck P einer dreispindeligen Schraubenspindelpumpe
mit zweigängigen Spindeln in Abhängigkeit vom Drehwinkel # dargestellt. Die gestrichelte
Sinuslinie a stellt- aen theoretischen Drc<'ieri-auf einer no£ialen, mit symmetrisch
angeordneten Laufspindeln versehenen Pumpe dar.
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Die waagerechte Linie b ist der am Manometer abgelesene Druck. Die
Linie a ist in Folge des schnellen Ablaufes nur mir elektronischen Meßgeräten feststellbar.
Pro Umdrehung
bei einem Drehwinkel von 0 - 360 ° besitzt die Kurve
a zwei Minima und zwei Maxima, d. h. es gibt zwei Druckspitzen und zwei Drucktiefen.
An den Druckschwankungen sind theoretisch die zwei Laufspindeln in selbem Maße beteiligt,
vorausgesetzt, daß die Fertigungstoleranzen gleich liegen. Da die Spindeln genau
symmetrisch angeordnet und Antriebsspindel sowie Laufspindeln zweigängig ausgebildet
sind, liegen die von einer Laufspindel erzeugten Druck schwankungen genau in Phase
und addieren sich.
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Die von einer Laufspindel erzeugte Druckschwankung ist durch die Sinuslinie
c wiedergegeben. Die Amplituden der Sinuslinie c sind genau halb so groß wie die
der Sinuslinie a.
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Eine weitere Sinuslinie d liegt mit umgekehrtem Vorzeichen mit der
Sinuslinie c in Phase, d. h. sie ist gegenüber der Sinuslinie c um einen Drehwinkel<'
= 90 ° verschoben. Wird die manometrische Drucklinie b als Nullinie betrachtet,
so heben sich die Amplituden der Sinuslinien c und d auf, wenn diese addiert werden.
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überträgt man diese Verhältnisse wieder auf eine Schraubenspindelpumpe,
so werden theoretisch die Druckschwankungen beseitigt, wenn man die Laufspindeln
der Pumpe derart anbringt, daß eine Spindel die Drucklinie c erzeugt und die andere
die Drucklinie d. Entsprechend müßte dann die die Drucklinie d erzeugende Laufspindel
gegenüber der die Drucklinie c erzeugenden Laufspindel um einen Drehwinkelrt= =
90 ° versetzt sein.
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Eine solche Schraubenspindelpumpe ist schematisch in Figur 2 und 3
dargestellt. Ein Pumpengehäuse 1 umschließt eine Antriebsspindel 2 und die Laufspindeln
3 und 4. Die Laufspindeln sind um einen Winkel f von ca. 90 ° versetzt angebracht.
Bei Drehung der Antriebsspindel 2 in Pfeilrichtung 5 wird in der durch die weiteren
Pfeile 6 und 7 gezeigten axialen Richtung gefördert.
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Bei der in Figur 4 und 5 dargestellten Pumpe kommt die Antriebsspindel
8 mit zwei axial aneinander gereihten, um einen Winkel < = 90 ° versetzten Laufspindelpaaren
mit den Laufspindeln 9, 10 und 11, 12. Das Gehäuse 13 der Pumpe
besteht
aus zwei Teilen 13 a und 13 b. Zwischen den Gehäuseteilen ist eine Aussparung 14
ausgebildet, damit das in Pfeilrichtung 15 axial durchströmende Medium von einem
Laufspindelpaar zum anderen gelangen kann. Der Pfeil 16 gibt die Drehrichtung der
Pumpe an.
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