DE3920901A1 - Schraubenspindelpumpe - Google Patents
SchraubenspindelpumpeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schraubenspindelpumpe mit in
einem Pumpengehäuse angeordneter Antriebsspindel und
wenigstens einer Dichtspindel, die saugseitig mittels eines
zapfenartigen Endes in einer Lagerausnehmung eines
Pumpenteils, insbesondere eines Pumpendeckels, angeordnet
ist/sind.
Eine derartige Schraubenspindelpumpe mit zwei die
Antriebsspindel flankierenden Dicht- oder Laufspindeln kann
beispielsweise der DE-PS 7 16 161 entnommen werden; die
Lagerausnehmungen für alle Spindeln sind dort im
Pumpendeckel angebracht sowie mit dem Innenraum des
Pumpengehäuses verbunden.
Bei Schraubenspindelpumpen bekannter Bauart mit zwei oder
mehr Spindeln wird das Fördergut in durch die Spindeln und
das sie umgebende Pumpengehäuse gebildeten Kammern bei
Rotation der Spindeln axial bewegt. Der dabei als Folge des
Druckaufbaus in Gegenrichtung entstehende Axialschub wird in
der Regel durch die Spindeln einerseits und mittels eines
Widerlagers auf der Gehäuseseite anderseits aufgenommen.
Diese Lagerung hat sich bei der Förderung schmierender
Fluide im Bereich niederer Förderdrücke bewährt, wobei deren
Schmierwirkung diese eben so einfache wie betriebssichere
Axiallagerung ermöglicht.
Die Förderung nichtschmierender Fluide, im Bereich höherer
Förderdrucke, beispielsweise Wasser, bringt für eine
Schraubenspindelpumpe Erschwernisse mit sich, da die Bewegung
der Spindeln miteinander und gegenüber dem Gehäuse in der
Regel ein schmierwirksames Fördermittel bedingt; zwischen
den genannten Pumpenteilen stehen nur geringe Spaltweiten
zur Verfügung.
Es ist - etwa zur Wasserförderung - möglich, den Eingriff
der Spindeln durch außerhalb des fluidberührten Pumpenraumes
befindliche Einrichtungen zu steuern. Diese
Steuereinrichtungen und die damit unvermeidbaren
zusätzlichen Wellendichtungen verteuern den Bau und Betrieb
einer solchen Maschine sehr, ganz abgesehen von dem aus dem
Wirkungsprinzip herrührenden niedrigeren Wirkungsgrad im
Bereich höherer Förderdrücke.
Es ist bekannt, daß die zur Förderung niedrigviskoser Fluide
sonst bestens geeigneten Kreiselpumpen mit kleiner werdenden
spezifischen Drehzahlen an Wirkungsgrad abnehmen sowie zum
anderen, daß bei hohen Drücken und kleinem Förderstrom der
Einsatz von Verdrängermaschinen angezeigt ist. Gerade im
Leistungsbereich sehr kleiner spezifischer Drehzahlen wird
die Leistung und die Förder-Charakteristik einer
innengelagerten Schraubenspindelpumpe gewünscht.
Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das
Ziel gesetzt, die Förderung nichtschmierender Fluide mit
innengelagerten Schraubenspindelpumpen für den Bereich sehr
kleiner spezifischer Drehzahlen trotz deren - infolge
funktionsbedingter insgesamt großen Gleitflächen bestehenden
- kritischen Zonen zu ermöglichen; zu diesen Zonen gehört
vornehmlich die Lagerung zur Aufnahme der axialen
Schubkräfte der Spindeln.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß an der innengelagerten
Schraubenspindelpumpe zur Aufnahme des Axialschubes der
Dicht- oder Laufspindel/n Lagerkörper angeordnet sind,
welche das zapfenartige Spindelende bzw. einen Lagerzapfen
aufnehmen sowie mit dem Druckraum der Pumpe in Verbindung
stehen. Zudem hat es sich als günstig erwiesen, den
Lagerzapfen in eine Lagerbüchse zu legen und letztere
ihrerseits in einer Ausnehmung des Pumpendeckels zu lagern.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung begrenzt die freie
Stirnseite der Lagerbüchse mit dem Boden der Ausnehmung des
Pumpendeckels einen mit dem Innenraum der
Schraubenspindelpumpe verbundenen dichten Spaltraum, der
bevorzugt über eine radiale Leitung an eine Verlängerung des
Innenraums angeschlossen ist.
Erfindungsgemäß umgibt den Profilauslauf der Dichtspindel
eine Ausgleichsbüchse, die mit ihrem druckseitigen Ende an
einer Schulter der Spindel anschlägt. Diese Ausgleichsbüchse
bildet mit ihrem saugseitigen Ende eine Steuerkante, die
bevorzugt einer in der Lagerbüchse sitzenden Schale aus
verschleißarmem Werkstoff gegenübersteht. Da diese Schale
länger ist als das von der Ausgleichsbüchse freie Ende des
Lagerzapfens, kann so die Weite eines zwischen der
Stirnfläche des Lagerzapfens und dem Boden der
Lagerausnehmung erwünschten - mit dem Druckraum verbundenen
- Stirnspaltes bestimmt werden.
Die Stirnspalte der Lagerzapfen sollen vorteilhafterweise
mittels jeweils wenigstens einer die Lagerbüchse
durchsetzenden Leitung an eine Querleitung angeschlossen
sein. Als günstig hat es sich erwiesen, von dem Boden der
Lagerbüchse eine Bohrung ausgehen zu lassen, die an eine
jenen Spaltraum durchsetzende Hülse als Teil der Leitung
anschließt.
Dank der beschriebenen Maßnahmen ist die Druckzuführung in
den Lagerbüchsen abgedichtet, die Lagerbüchsen selbst aber
sind radial beweglich.
Erfindungsgemäß ist es möglich, die üblicherweise für
schmierende Fluide konzipierte Schraubenspindelpumpe an
einer funktionsentscheidenden Stelle - insbesondere den
hydrostatischen Axialschubausgleich beispielsweise auch bei
Wasserförderung - sicher zu beherrschen.
Hierzu dient die spezifische Anordnung zylindrischer
Lagerkörper oder Lagerbüchsen, in welche die Spindeln bis zu
einem radialen Anschlag eintauchen. Die Lagerkörper oder
-büchsen besitzen eine axiale Öffnung, die den Lagerraum -
in welchen der Spindelzapfen eingetaucht ist - mit dem
Druckraum der Pumpe verbindet. Der Anschluß der
druckführenden Verbindung der Lagerhülse ist so gestaltet,
daß der Fluiddruck ausschließlich auf dem Querschnitt des
Spindelzapfens wirksam wird. So kann sich durch eine
minimale Axialbewegung über die Spaltweite zwischen Spindel
und axialem Bund ein Gleichgewicht zwischen Axialschub und
hydraulischer Entlastung einpendeln. Die Einleitung des
Pumpendruckes zum Ausgleich des Axialschubes ist so
konzipiert, daß sich der Druck auf ausschließlich für den
oben beschriebenen Zweck konzentrieren läßt.
Damit dies alles gewährleistet ist, soll sich die Lagerhülse
radial frei bewegen, d. h. sich an die radiale Bewegung der
Spindel laufend anpassen können. Erfindungsgemäß wird durch
eine kraftschlüssige Drehhemmung etwa in Form eines
elastischen Ringelements sichergestellt, daß sich die
Lagerbüchse nicht mitdreht, da ansonsten die notwendige
Abdichtung zwischen Lagerkörper und der druckführenden
Verbindung oder Leitung nicht gegeben wäre.
Von Bedeutung für die Temperaturverhältnisse in der
erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe ist, daß die Leitung
oder die Querleitung an einen Ringraum zwischen
Pumpengehäuse und einem zu dessen Innenfläche in Abstand
angeordneten rohrartigen Gehäuseeinsatz angeschlossen ist;
dieser Ringraum ist saugseitig gegen den Innenraum
abgedichtet sowie druckseitig mit radialen Durchbrüchen
versehen.
Als günstig hat es sich erwiesen, am saugseitigen Ende des
Ringraumes wenigstens ein Auslauf anzuordnen sowie einen
saugseitigen Zulauf außerhalb des Gehäuseeinsatzes im
radialen Bereich der Spindellagerung vorzusehen; das Fluid
wird i. w. über die gesamte wirksame Spindellänge geführt und
so ein Temperaturausgleich am Spindelpaket geschaffen, also
ein Temperaturunterschied unterbunden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
bevorzugten Ausführungsbeispieles sowie anhand der
Zeichnung; diese zeigt in
Fig. 1 den Längsschnitt durch eine erfin
dungsgemäße Schraubenspindelpumpe;
Fig. 2 einen zu Fig. 1 rechtwinklig geleg
ten Längsschnitt.
Eine Schraubenspindelpumpe 10 weist im Innenraum 12 eines
auf einen Pumpenfuß 11 geschraubten Pumpengehäuses 14 eine
- von zwei Dicht- oder Laufspindeln 16 flankierte -
Antriebsspindel 18 auf. Die Dicht- oder Laufspindeln 16 sind
saugseitig in einem Pumpendeckel 20 gelagert, die
Antriebsspindel 18 ist antriebsseitig an einen koaxialen
Antriebswellenzapfen 22 angeschlossen.
Der Antriebswellenzapfen 22 durchsetzt in einem Lagerdeckel
24 - zwischen einem Labyrinthring 25 und einer Stützscheibe
26 mit nachgeordneter Schmierkammer 27 - angeordnete
Wälzlager 28. Jener Lagerdeckel 24 ist mittels Zyinder
schrauben 29 sowie unter Zwischenschaltung einer
Gleitringdichtung 30, 34 an einen antriebsseitigen Pumpen
deckel 31 angeschlossen, wobei die Gleitringdichtung 30, 34
in einem Dichtungsraum 32 liegt. Daneben ist ein von
verschleißarmen Schalen 35 umgebener sowie mit Drollenuten
versehener Ausgleichskolben 36 an einem Flansch 38 zu
erkennen. Dieser ruht teilweise im Pumpendeckel 31 sowie
teilweise im Pumpengehäuse 14, dessen Länge a etwa 270 mm
beträgt.
Auf die saugseitigen Lagerzapfen 17 der beiden Laufspindeln
16 ist jeweils eine Ausgleichsbuchse 40 der Länge n
aufgeschrumpft, die an einen schulterartigen Absatz 42 der
Laufspindel 16 anschlägt. Diese Ausgleichsbuchse 40 steht
mit ihrem saugseitigen Ende einer Lagerausnehmung 44 eines
Lagerkörpers bzw. einer Lagerbüchse 46 gegenüber und bildet
dort eine Steuerkante zur Regelung des hydrostatischen
Druckes. Der Steuerkante liegt hier der Rand einer in der
Lagerausnehmung 44 sitzenden Schale 41 aus besonders
verschleißarmem Werkstoff gegenüber.
Die Länge t der Schale 41 ist größer als die freie Länge des
Lagerzapfens 17 und bestimmt so die Weite eines zwischen der
saugseitigen Stirnfläche 17 s des Lagerzapfens 17 und dem
Boden 45 der Lagerausnehmung 44 verbleibenden Stirnspalt 48.
In diesen mündet eine axiale Zulaufbohrung 50 der
Lagerbüchse 46; diese Zulaufbohrung 50 ist mittels einer -
eine Axialbohrung 52 aufweisenden - Hülse 53 an einen Kanal
54 des saugseitigen Pumpendeckels 20 angeschlossen; die
Kanäle 54 der Spindellager werden durch eine im Pumpendeckel
20 radial vorgesehene Sackbohrung 56 miteinander verbunden.
Insbesondere Fig. 1 läßt erkennen, daß jene Hülse 53 einen
Spaltraum 58 überbrückt, der zwischen der saugseitigen Stirn
der Lagerbüchse 46 einerseits sowie dem Boden 60 einer diese
aufnehmenden Sackausnehmung 58 a des Pumpendeckels 20
entsteht. Dieser Spaltraum 58 ist über Radialbohrungen 59 an
eine zylindrische Fortsetzung 13 des Innenraumes 12 des
Pumpengehäuses 14 angeschlossen.
Nahe dem Spaltraum 58 ist im Umfang der Lagerbüchse 46 ein
O-Ring 62 als Dichtmittel zu erkennen - auch andere jeweils
in Ringnuten vorgesehene O-Ringe sind mit 62 bezeichnet.
Das Pumpengehäuse 14 ist so ausgestaltet, daß ein die
Spindeln 16, 18 umgebender rohrartiger Gehäuseeinsatz 64 der
Länge b von beispielsweise 190 mm beidends auf Gehäuserippen
66, 66 s so aufliegt, daß zwischen Gehäuseeinsatz 64 und
Pumpengehäuse 14 ein Ringraum 15 entsteht, der an der
saugseitigen Gehäuserippe 66 s zum Innenraum 12 hin mittels
eines O-Rings 62 abgedichtet ist und im Bereich der anderen
Gehäuserippe 66 Durchlässe 68 aufweist. Im übrigen ist der
Gehäuseeinsatz 64 mit seiner druckseitigen Kante 64 d
zwischen Gehäuserippe 66 und Flansch 38 klemmend gehalten.
Zwischen dem Gehäuseeinsatz 64 und den Spindeln 16, 18 sind
Werkstoffeinsätze 70 aus verschleißfestem - bevorzugt
keramischem - Material vorgesehen. Die Werkstoffeinsätze 70
sind an sich scheibenartig sowie mit aus Gründen der
Übersichtlichkeit nicht gezeigten Aufnahmebohrungen für die
sie durchsetzenden Spindeln 16, 18 versehen. Im
Pumpengehäuse 14 sind mehrere dieser Werkstoffeinsätze 70
koaxial angeordnet.
Die Werkstoffeinsätze 70 werden mittels einer bei 71
angedeuteten Kunststoffschicht festgelegt, die durch
Bohrungen 72 zwischen Gehäuseeinsatz 64 und Werkstoffeinsatz
70 eingebracht wird.
Der beschriebene Ringraum 15 ist - wie Fig. 1 erkennen läßt
- mittels einer achsparallelen Längsbohrung 74 im Pumpen
gehäuse 14 an die Sackbohrung 56 des Pumpendeckels 20
angeschlossen.
Insbesondere Fig. 2 läßt den Saugraumzulauf 76 sowie - am
Tiefsten des Ringraumes 15 - den Auslauf 78 erkennen;
zwischen beiden liegt jener Gehäuseeinsatz 64, so daß das
Strömungsmittel zwischen dem Saugraumzulauf 76 und dem
Auslauf 78 gezwungen ist, durch den Durchlaß 68 des
Gehäuseeinsatzes 64 in den Ringraum 15 und über nahezu die
gesamte Länge b des Gehäuseeinsatzes 64 zum Auslauf 78 zu
fließen.
Claims (16)
1. Schraubenspindelpumpe mit in einem Pumpengehäuse
angeordneter Antriebsspindel und wenigstens einer
Dichtspindel, die saugseitig mittels eines
zapfenartigen Endes in einer Lagerausnehmung eines
Pumpenteils, insbesondere eines Pumpendeckels,
angeordnet ist/sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der innengelagerten Schraubenspindelpumpe (10)
zur Aufnahme des Axialschubes der Dichtspindel/n (16)
Lagerkörper (46) angeordnet sind, welche das
zapfenartige Spindelende bzw. einen Lagerzapfen (17)
aufnehmen sowie mit dem Druckraum (15) der
Schraubenspindelpumpe verbunden sind.
2. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lagerausnehmung (44) für den
Lagerzapfen (17) in einer Lagerbüchse (46) als
Lagerkörper vorgesehen ist und diese/r in einer
Ausnehmung (58 a) des Pumpendeckels (20) ruht.
3. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die freie Stirnseite des
Lagerkörpers (46) bzw. der Lagerbüchse (46) mit dem
Innenraum (12) der Schraubenspindelpumpe (10)
verbunden ist.
4. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Stirnseite
(17 s) der Lagerbüchse (46) mit dem Boden (60) der
Ausnehmung (58 a) des Pumpendeckels (20) einen dichten
Spaltraum (58) begrenzt, der mit dem Innenraum (12)
der Schraubenspindelpumpe (10) verbunden ist.
5. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 3 oder 4,
gekennzeichnet durch wenigstens eine den Spaltraum
(58) mit einer Verlängerung (13) des Innenraumes (12)
verbindende Bohrung (59).
6. Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß den Lagerzapfen (17)
eine Ausgleichsbüchse (40) umgibt, die mit ihrem
druckseitigen Ende an einer Schulter (42) der Spindel
(16) anschlägt.
7. Schraubenspindelpumpe nach wenigstens einem der
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausgleichsbüchse (40) saugseitig eine Steuerkante
bildet.
8. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerkante der Ausgleichs
büchse (40) der druckseitigen Kante einer in der
Lagerbüchse (46) sitzenden Schale (40 a) aus ver
schleißarmem Werkstoff bzw. der Lagerbüchse gegenüber
steht.
9. Schraubenspindelpumpe nach wenigstens einem der
Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein
zwischen der Stirnfläche des Lagerzapfens (17) und dem
Boden (45) der Lagerausnehmung (44) vorgesehener
Stirnspalt (48) mit dem Druckraum (15) verbunden ist.
10. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stirnspalte (48) der
Lagerzapfen (17) mittels jeweils wenigstens einer die
Lagerbüchse (46) durchsetzenden Leitung (54) an eine
Querleitung (56) angeschlossen sind.
11. Schraubenspindelpumpe nach wenigstens einem der
Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Druckzuführung zur Lagerbüchse (46) abgedichtet ist.
12. Schraubenspindelpumpe nach wenigstens einem der
Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß von
dem Boden (60) der Lagerbüchse (46) eine Bohrung (50)
ausgeht, die an eine den Spaltraum (58) durchsetzende
Hülse (53) als Teil der Leitung (54) anschließt.
13. Schraubenspindelpumpe nach wenigstens einem der
Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lagerbüchse (46) radial bewegbar angeordnet ist.
14. Schraubenspindelpumpe nach wenigstens einem der
Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Leitung (54) oder die Querleitung (56) an einen
Ringraum (15) zwischen Pumpengehäuse (14) mit einem zu
dessen Innenfläche in Abstand angeordneten rohrartigen
Gehäuseeinsatz (64) angeschlossen ist, wobei der
Ringraum saugseitig gegen den Innenraum (12)
abgedichtet sowie druckseitig mit radialen
Durchbrüchen (68) versehen ist.
15. Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß am saugseitigen Ende des
Ringraumes (15) wenigstens ein Auslauf (78) vorgesehen
ist.
16. Schraubenspindelpumpe nach wenigstens einem der
Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein
saugseitiger Zulauf (76) außerhalb des Gehäuse
einsatzes (64) im radialen Bereich der Spindellagerung
angeordnet ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |