DE3737358C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufgehäuse für eine innengela­ gerte Schraubenspindelpumpe nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1. Außerdem erfaßt die Erfindung ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff des An­ spruches 9.

In der Regel werden beispielsweise der DE-PS 8 39 289 zu entnehmende Laufgehäuse für Schraubenspindelpumpen mit innen­ gelagerten Schraubenspindeln aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, wobei die die Laufflächen für die Schraubenspindeln bildenden Bohrungen im Gehäusekörper spanabhebend z. B. durch Ausbohren oder Räumen hergestellt werden. Auch bei noch so sorgfältiger und glatter Herstellung der Laufflächen ist das Einsatzgebiet einer mit einem derartigen Gehäuse versehenen Schraubenspindelpumpe relativ eng, da hohe Förderdrücke nur bei Fördermedien mit hoher Viskosität erreicht werden können. Die Förderung von Fördermedien geringer Viskosität wie Wasser scheidet also praktisch aus.

Man hat versucht, das Einsatzgebiet von Schraubenspindelpumpen dadurch zu erweitern, daß man das Laufgehäuse - wie etwa in der DE-OS 19 48 589 beschrieben - größer ausbohrte und anschließend die Bohrungen mit einem Kunststoff besonders guter Gleiteigenschaften ausgekleidet hat. Damit wur­ den auch bei sehr dünnflüssigen Medien, beispielsweise bei Öl-Wasser-Emulsionen oder nicht brennbaren Hydraulikflüssigkeiten gute Ergebnisse erzielt, jedoch blieb das Pumpen von Wasser in dem für Schraubenspindelpumpen üblichen Druckbereich von ca. 60-100 bar durch diese Maßnahmen weiterhin unmöglich; die Auskleidung des Laufgehäuses ver­ schleißt zu schnell.

Aus der DE 35 39 096 A1 ist eine zweispindelige, außengelagerte Schraubenspindelpumpe bekannt, deren Pumpengehäuse einstückig von der Saugseite der Druckseite in mit Keramikmaterial ausgekleidet ist. Die anzufertigende Auskleidung aus keramischem Material ist großstückig und daher sehr kompliziert, zudem teuer, da die gesinterten Keramikteile mit Spezialschleifmaschinen nachbearbeitet werden müssen. Der Aufwand ist allerdings noch vertretbar; denn bei außengelagerten Schraubenspindelpumpen, bei denen die Schraubenspindeln mit radialem Spiel im Gehäuse angeordnet sind, ist die geforderte Genauigkeit und Oberflächengüte der Bohrungen im Gehäuse nicht so groß wie bei innengelagerten Schraubenspindelpumpen, bei denen die Schraubenspindeln direkt in den Bohrungen des Laufgehäuses lagern. Hinzu kommt, daß außengelagerte Schraubenspindelpumpen in der Regel großvolumig sind und die Schraubenspindeln einen großen Durchmesser aufweisen; die Bohrungen können daher mit stabilen Werkzeugen bearbeitet werden. Innengelagerte Schraubenspindelpumpen sind dagegen in der Regel kleinvolumige Pumpen mit relativ kleinen Spindeldurchmessern, deren Aufnahmebohrungen im Gehäuse mit kleinen, oft grazilen Werkzeugen, bearbeitet werden müssen. So scheidet die Herstellung eines Laufgehäuses für innengelagerte Schraubenspindelpumpen in der durch die DE 35 39 096 A1 bekannten Ausgestaltung schon aus fertigungstechnischen Gründen aus.

Eine Schraubenspindelpumpe mit innengelagerten Spindeln nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist der Schrift zu DE 78 02 765 U1 zu entnehmen, der Antriebsspindel aus Stahl, Laufspindeln aus Kunstkohle zugeordnet sind. Diese bildet einen keramischen Werkstoff und wird auch zur Fertigung eines die Spindeln umfangenden Laufgehäuses herangezogen, welch letzteres in einen rohrartigen, das Laufgehäuse axial überragenden Stützkörper eingeschrumpft ist. Radiale Anschlüsse dieses Stützkörpers bestimmen den Saug- und den Druckraum der Schraubenspindelpumpe, zwischen denen sich das einstückige Laufgehäuse erstreckt.

Die DE 21 33 096 B2 schildert ein Verfahren zur Fertigung eines Laufgehäuses aus einer größeren Zahl aus Flachmaterial ausgestanzter Gehäuseabschnitte mittels einer Zentriereinrichtung mit außerhalb der Ausnehmung für die Spindeln vorgesehenen Stapel- und Zentrierdornen, auf denen diese aufeinandergelegten Gehäuseabschnitte unlösbar miteinander verbunden werden. Auch die DE-OS 19 48 589 offenbart einen Dorn, der hier Formwerkzeug zum Herstellen der Innenkontur einer Auskleidung aus selbsthärtendem Kunststoff in einem Pumpengehäuse von Schraubenpumpen ist.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Laufgehäuse für eingangs erwähnte Schraubenspindelpumpen zu schaffen, bei dem maß- und formgenau verschleißfester Werkstoff an den Laufflächen der Schraubenspindeln vorhanden ist und welches dank eines günstigen Verfahrens wirtschaftlich hergestellt zu werden ver­ mag.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre nach dem Pa­ tentanspruch 1.

Das erfindungsgemäße Laufgehäuse besteht also in bevorzugter Ausführung aus drei Schichten, deren innenliegende, die auch Aufnahmebohrungen genannten Längsausnehmungen für die Schraubenspindeln aufweisende aus scheibenartigen Materialstücken aus verschleißfestem Werkstoff zusammengesetzt ist. Vorzugsweise bestehen die Materialstücke aus Keramikmaterial, wobei es jedoch nicht ausgeschlossen ist, Materialstücke aus verschiedenen Materialien zu kombi­ nieren.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die eingesetzten Materialstücke C-förmig geformt und bieten die Laufflächen für die Laufspindeln an.

Bei dem von der Erfindung erfaßte Verfahren wird ein Gehäusekörper vorgefertigt, dessen Innenraum im Bereich der Auf­ nahmebohrungen für die Laufspindeln zumindest stellenweise Freiräume aufweist; zudem werden Materialstücke vorgefertigt, die in die Freiräume des Gehäusekörpers passen und an denen - auf das Fertigmaß bearbeitet - ein Teil der Aufnahme­ bohrungen für die Schraubenspindelpumpen ausgebildet ist, wobei die vorgefertigten Materialstücke auf einem maß- und formgenau die fertigen Aufnahmebohrungen im Gehäuse ausfüllenden Dorn angeordnet, mit diesem gemeinsam in den Gehäusekörper eingebracht und der späteren Fertigform entsprechend angeordnet werden. Anschließend werden durch Eingießen von aushärtbarem Kunststoff in den Gehäusekörper die nach dem Einbringen des Dorns verbliebenen Hohlräume ausgefüllt, und der Dorn wird nach dem Aushärten des Kunststoffes entfernt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Laufgehäuses ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Laufgehäuse können nunmehr wirtschaftlich verschleißfeste Werkstoffe zur Anwendung kommen. Dadurch, daß die Materialstücke scheibenartig, also von relativ kurzer Baulänge sind, ist eine äußerst genaue Herstellung der Aufnahmebohrungen der Schraubenspindeln, z. B. durch Sintern und anschließendes Schleifen, mit relativ einfachen Fertigungsmitteln möglich. Die Herstellkosten sind daher relativ günstig.

Da die scheibenartigen Materialstücke axial aneinandergereiht angeordnet sind, ist praktisch jede Laufgehäuselänge herstellbar. Auch ist es möglich, die verschleißfesten Materialstücke nur an den besonders verschleißanfälligen Laufgehäuseteilen, z. B. an der Druckseite oder an den Lauf­ spindelbohrungen, anzuordnen.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Gehäuses sind die Materialstücke sehr genau plazierbar, so daß die für innengelagerte Schraubenspindelpumpen erforderliche Fertigungsgenauigkeit eingehalten werden kann. Die Fertigungsgenauigkeit entspricht jener für die vorgefertigten Materialstücke und den Dorn, auf dem die Materialstücke zum Eingießen in dem Gehäuse plaziert wer­ den.

Das Vergießen mit aushärtbarem Kunststoff hat zusätzlich den Vorteil, daß evtl. vorhandene, geringe Formgenauigkeiten der Materialstücke durch die eingegossene Kunststoffmasse ausgeglichen werden; außerdem werden durch das Vergießen mit Kunststoff die in der Regel äußerst spröden - z. B. aus Keramikmaterial bestehenden - Materialstücke sehr schonend behandelt. Absplitterungen und Abbröckelungen, die etwa beim mechanischen Einpressen der Materialstücke in den Gehäusekörper unvermeidbar wären, kommen bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht vor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Die Fig. 1, 2, 4 und 5 zeigen Längsschnitte durch Ausführungen des Laufgehäuses, wobei Fig. 3 ein Laufgehäuse während seiner Herstellung erkennen läßt. Fig. 4 ist ein Querschnitt zu Fig. 3 nach deren strichpunktierter Linie, Fig. 6 ein Querschnitt zu Fig. 5.

Ein Laufgehäuse einer in der Zeichnung ansonsten nicht wiedergegebenen Schraubenspindelpumpe besteht gemäß den Fig. 1 und 2 aus einem Gehäusekörper 1, in der scheibenartige Materialstücke 2 aus verschleißfestem Material eingesetzt sind. Die Materialstücke weisen sich überschneidende Längsausnehmungen oder Aufnahmebohrungen 3, 4 und 5 für nicht dargestellte Schraubenspindeln auf. In dem Laufgehäuse sind mehrere dieser vorzugsweise aus keramischen Material gefertigten Materialstücke 2 axial aneinandergereiht angeordnet entsprechend der Auskleidungslänge L.

Befestigt sind die Materialstücke 2 mittels Kunststoff 6, der in eigens dafür vorgesehene Freiräume über eine Bohrung 7 eingebracht wurde.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind die verschleißfesten Materialstücke 2 mit Abstand A voneinander angeordnet, wobei der Zwischenraum mit einer Distanzhülse 8 und dem Kunststoff 6 ausgefüllt ist. Diese Ausführungsform ist für weniger schwierige Einsatzfälle vorgesehen, bei denen nicht die gesamte Gehäuselänge mit verschleißfestem Werkstoff ausgekleidet sein muß.

Vorteilhafterweise ist an den axialen Enden 9, 10 der Auskleidung die aus dem Kunststoff 6 bestehende Schicht über die Materialstücke 2 gezogen. Durch diese Maßnahme werden die äußerst spröden Materialstücke 2 bei der Montage des Laufgehäuses vor Beschädigungen geschützt.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Laufgehäuse werden zunächst der Gehäusekörper 1 sowie die einzelnen Materialstücke 2 angefertigt. Bei den Materialstücken 2 werden bei der Anfertigung die die Abschnitte der Längsausnehmungen bzw. Aufnahmebohrungen 3, 4 und 5 für die Schraubenspindeln gleich auf Fertigmaß bearbeitet. Das Außenmaß der Materialstücke 2 ist kleiner als das Innenmaß des Ge­ häusekörpers 1 an den vorgesehenen Aufnahmestellen. Wei­ ter vorgefertigt wird ein in Fig. 3 und 4 dargestellter Dorn 11, dessen Außenkontur maß- und formgenau die ferti­ gen Aufnahmebohrungen der Schraubenspindeln im Laufgehäuse darstellt. Der Dorn 11 weist weiter einen Zentrierbund 12 sowie einen Anschlagbund 13 auf, so daß er einseitig zentrisch, durch einen entsprechenden Zentrierdurchmesser 14 am Gehäusekörper geführt, in den Gehäusekörper 1 ein­ gebracht werden kann. Vorgefertigt wird weiter ein Ver­ schlußdeckel 15, an dem die Form 16 der Aufnahmebohrun­ gen 3, 4 und 5 für die Schraubenspindeln ausgebildet ist. Der Verschlußdeckel 15 ist auf den Dorn 11 aufsteckbar und weist ebenfalls einen Zentrierbund 17 auf, der in einen weiteren Zen­ trierdurchmesser 18 am anderen Ende des Gehäusekörpers 1 paßt. Dessen lichte Weite W ist min­ destens so groß ist wie das Außenmaß der vorgefertigten Materialstücke 2.

An den Materialstücken 2 sind weiter Längsnuten oder Längsflächen 19 und Ringnuten 20 ausgebildet.

Ausgehend von diesen vorgefertigten Teilen erfolgt die weitere Herstellung des Laufgehäuses folgendermaßen.

Zunächst werden der Dorn 11 mit der Zentrierung 12 und dem Anschlagbund 13 sowie der Verschlußdeckel 15 mit einem An­ tihaftmittel für Kunststoff bestrichen. Anschließend wird der Gehäusekörper 1 auf den Dorn 11 bis zum Anschlag­ bund 13 aufgesteckt. Nunmehr werden die einzelnen schei­ benförmigen Materialstücke 2 und ggf. die Distanzstücke 8 auf den Dorn 11 aufgefädelt und in den freien Innen­ raum des Gehäusekörpers 1 eingeschoben. Die Stapellänge ist dabei vorzugsweise so groß, daß am Ende nach dem Auf­ schieben des Verschlußdeckels 15 noch ein freier Ringraum 21 übrig bleibt. Daraufhin wird der Verschlußdeckel 15 mittels den Schrauben 22 fest verspannt. Die Materialstücke 2 nehmen nunmehr im Innern des Gehäusekörpers 1 eine genaue Stellung ein. Die Genauigkeit der Ausrichtung entspricht dabei der Vorfertigung der Materialstücke 2 und des Dornes 11. Nunmehr wird vorzugsweise unter Druck durch die Bohrung 7 aus­ härtbare Kunststoffmasse eingegossen. Diese fließt zunächst, unterstützt durch die Längsflächen 19 und Ringnuten 21, um die Materialstücke 2 und füllt die nach deren Einschieben verbliebenen Frei­ räume zwischen Dorn 11 und Gehäusekörper 1 sowie den Materialstücken 2 und ggf. den Distanzstücken 8 aus. Die aus dem Gehäusekörper 1 verdrängte Luft kann über Ent­ lüftungsöffnungen 23, 24 entweichen. Nach dem Eingießen wird die Aushärtung des Kunststoffes abgewartet; anschlies­ send werden die Schrauben 22 gelöst, der Verschlußdeckel 15 ent­ fernt und der Dorn 11 aus dem nunmehr fertigen Laufgehäu­ se herausgezogen. Das Laufgehäuse ist ohne zusätzliche Be­ arbeitung der Aufnahmebohrungen 3, 4, 5 der Schraubenspindeln in der Pumpe einsetzbar.

In den Fig. 5 und 6 ist eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laufgehäuses dargestellt. Abweichend von den bisherigen Ausführungsformen sind hier die Material­ stücke 30 nur im Bereich der seitlichen Schraubenspindeln innerhalb des Gehäusekörpers 31 angeordnet. Diese Anord­ nung ist damit begründet, daß gerade die Aufnahmebohrungen 3, 5 der seitlichen Schraubenspindeln einem verstärkten Ver­ schleiß unterliegen. Da in der Regel der Kunststoff bessere Gleiteigenschaften aufweist als ein metallischer Gehäuse­ körper, ist bei dem Gehäusekörper 31 die Aufnahmebohrung 4 der mittleren Schraubenspindel größer aufgebohrt als das späte­ re Fertigmaß, so daß beim Einfüllen des Kunststoffes, hier vorzugsweise über zwei gegenüberliegende Bohrungen 32, 33, eine Kunststoffbeschichtung 34 im Bereich der Auf­ nahmebohrung 4 für die mittlere Schraubenspindel entsteht. An­ sonsten erfolgt die Herstellung des Laufgehäuses wie vorab beschrieben.

Claims (10)

1. Laufgehäuse für eine innengelagerte Schraubenspindel­ pumpe mit an verschleißfesten Werkstoffen, insbesondere an Keramikwerkstoff, grenzenden Längsausnehmungen für Schraubenspindeln,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Laufgehäuse einen einstückigen Gehäusekörper (1, 31) und in diesen mit radialem Spiel und entsprechend der Auskleidungslänge (L) axial aneinandergereiht eingebrachte scheibenartige Materialstücke (2, 30) aus dem verschleißfesten Werkstoff aufweist, welche Abschnitte der Längsausnehmungen (3, 4, 5) enthalten oder teilweise umgeben sowie von einer gemeinsamen Kunststoffschicht (6) umfangen sind, die zwischen die Materialstücke und den Gehäusekörper eingebracht ist.

2. Laufgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Enden der Kunststoffschicht (6) die Kanten der axial außenliegenden Materialstücke (2, 30) übergreifen.

3. Laufgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialstücke (30), die Anlauffläche der seitlichen Schraubenspindeln aufweisende querschnittlich C-förmige Scheiben sind, die entsprechend der Auskleidungslänge entlang der Achse der seitlichen Schraubenspindeln im Gehäusekörper (31) an­ einandergereiht angeordnet sind.

4. Laufgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialstücke (2) aus verschleißfestem Werkstoff in axialem Abstand (A) zueinander angeordnet sind und der Zwischenraum Distanzstücke (8) aufnimmt.

5. Laufgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialstücke (2) aus verschleißfestem Werkstoff in axialem Abstand (A) zueinander angeordnet sind und der Zwischenraum mit Kunststoff, insbesondere mit aushärtbarem Harz, ausgefüllt ist.

6. Laufgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäusekörper (1, 31) wenigstens eine radiale Bohrung (7) angeordnet und einends von der Kunststoffschicht (6) geschlossen ist.

7. Laufgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Materialkörpern (2, 30) Längsnuten oder Längsflächen (19) und Ringnuten (20) ausgebildet sind.

8. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialstücke (2, 30) aus unterschiedlichem Werkstoff bestehen.

9. Verfahren zum Herstellen eines Laufgehäuses, bei dem mehrere vorgefertigte Materialstücke eines Gehäuseteils auf einer Zentriereinrichtung axial aneinandergereiht werden, nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigten Materialstücke auf einen maß- und formgenau die fertigen Längsausnehmungen im Laufgehäuse ausfüllenden Dorn angeordnet werden, mit dem Dorn gemeinsam in dem Ge­ häusekörper (1, 31) der späteren Fertigform entsprechend angeordnet und anschließend durch Eingießen von aushärtbarer Kunststoffmasse durch die radiale/n Bohrung/en in den Gehäusekörper die nach dem Einbringen des Dorns und der Materialstücke verbliebenen Hohlräume ausgefüllt werden, und daß der Dorn nach dem Aushärten des Kunststoffes entfernt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einbringen der Kunststoffmasse Luft durch Entlüftungsöffnungen ausgeschoben wird.